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上海大学2014～2015学年冬季学期研究生课程考试

小论文

课程名称： 光电探测技术 课程编号： 10SAZ9001

论文题目: 红外光电探测器

研究生姓名: 高** 学 号: 1*******

论文评语:

成 绩: 任课教师: 张继军

评阅日期:

红外光电探测器

Infrared Photoelectricity Detector

高**

微电子与固体电子学专业，材料科学与工程学院，上海大学

摘要：红外探测器可以将红外辐射信号转变为电信号，进而可以被人类所感知到。

本文主要介绍红外探测器所利用的光电效应的基本原理，再介绍各种类型的红外探测器及其发展和应用，最后再介绍红外探测器的发展现状和未来展望。

关键词：红外探测器；光电效应；碲镉汞；量子阱

Abstract: Infrared photoelectricity detector can transfer infrared information to

electronic information, thus can be felt by human beings. This article mainly tell the fundamental principle of photoelectric effect which infrared photoelectricity detector utilized. Then introduce all types of infrared photoelectricity detector and its development as well as application. At last, introduce the current situation of infrared photoelectricity detector and its future expectations.

Keyword: Infrared photoelectricity detector; photoelectric effect; HgTe; Quantum

well

引言

红外探测器是将入射的红外辐射信号转变成电信号输出的器件，现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应[1]。红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波，人眼觉察不到。

1800年：赫胥尔利用涂黑水银温度计发现了红外辐射，一般把这支温度计当作第一个红外探测器。1917 年美国人克斯研制出第一支硫化铊光电导红外探测器。19世纪 30 年代末，德国人研制出硫化铅(PbS)光电导型红外探测器。硫化铅是第一个在战场中得到多种应用的实用红外探测器。二次世界大战后先后出现了 PbTe、InSb、HgCdTe、Si 掺杂、PtSi 等探测器[2]。1959年英国劳森（Lawson）

与其同事的研究带动了可变带隙合金Hg1－xCdxTe（HgCdTe）的发展，由此呈现出红外探测器蓬勃发展的局面。

基本原理

从第一代红外探测器至今已有40余年历史，按照其特点可分为三代[3]： 第一代，（1970s-80s）主要是以单元、多元器件进行光机串/并扫描成像； 第二代，（1990s-2000s）小规模凝视型焦平面阵列；

第三代，以大面阵、高分辨力、多波段、智能灵巧型系统级芯片为主要特点，具有高性能数字信号处理功能，甚至具备单片多波段融合探测与识别能力。

现代探测器技术进入第二、第三代，重要标志之一就是元数大大增加。另一方面是开发同时覆盖两个波段以上的双色和多光谱探测器。所有进展都离不开新技术特别是半导体技术的开发和进步[4]。

半导体精密光刻技术使探测器技术由单元向多元线列探测器迅速发展，即后来称为第一代探测器。Si集成电路技术，即利用Si读出电路与光敏元大面阵耦合，诞生了所谓第二代的大规模红外焦平面阵列探测器。先进的薄层材料生长技术的出现，也即分子束外延、金属有机化学汽相淀积和液相外延等技术可重复、精密控制生长大面积高度均匀材料，使制备大规模红外焦平面阵列成为可能。也是量子阱探测器出现的前提。高性能探测器低温要求驱动微型制冷机的开发，制冷技术又促进了探测器的研制和应用[5]。这些技术在红外光电探测器的发展中都是具有里程碑意义的技术。

早期研制的红外探测器存在波长单一、量子效率低、工作温度低等问题，大大地限制了红外探测器的应用[6]。

碲镉汞红外探测器自发现以来一直是红外探测器技术的首选，在红外探测器发展历程中占有重要的地位。碲镉汞红外探测器自发现以来一直是红外探测器技术的首选[7]，在红外探测器发展历程中占有重要的地位。

红外探测器按工作机理分类可以分为热探测器和光电探测器。热探测器的机理是入射辐射的热效应引起探测器某一特性的变化，而光电探测器的机理是入射光子流与探测材料相互作用产生的光电效应。热探测器的换能过程包括：热阻效应、热伏效应、热气动效应和热释电效应等。 光电探测器的换能过程包括：光生伏特