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制冷型探測(cè)器技術(shù)對(duì)比

時(shí)光流逝最終成了回憶 ? 來(lái)源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:李寧遠(yuǎn) ? 2021-09-05 07:44 ? 次閱讀

上一期介紹紅外探測(cè)芯片文章中,已經(jīng)介紹了在非制冷紅外焦平面探測(cè)器芯片上,目前國(guó)內(nèi)紅外探測(cè)器芯片龍頭已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)完全替代,技術(shù)水平穩(wěn)居國(guó)際第一梯隊(duì)。在制冷型探測(cè)器領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)參與的玩家就比較少了,主要是各研究院在推進(jìn),民企里的參與者目前只有高德紅外能比肩國(guó)外。

這是因?yàn)橹评湫图t外探測(cè)器本質(zhì)上是一個(gè)光子探測(cè)器,要發(fā)揮其最佳性能,需要在低溫制冷。這就增加了其系統(tǒng)的復(fù)雜性,造成系統(tǒng)價(jià)格居高不下,從而制約了它的應(yīng)用和發(fā)展。目前僅在對(duì)靈敏度要求非常高的軍事領(lǐng)域和部分工業(yè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。目前第三代制冷型紅外光電探測(cè)器的材料主要包含HgCdTe、量子阱光探測(cè)(QWIPs)、II類超晶格(II-SLs)與量子點(diǎn)光探測(cè)(QDIPs)四種。

InfraRed Associates

InfraRed Associates是一家美國(guó)供應(yīng)商,在制冷InSb探測(cè)器,液氮制冷/斯特林制冷和熱電制冷HgCdTe探測(cè)器領(lǐng)域有深厚的技術(shù)積累。

(銻化銦探測(cè)器—InSb Detectors)


InfraRed Associates的光伏銻化銦探測(cè)器,是使用單晶材料臺(tái)面技術(shù)形成p-n結(jié)。在這個(gè)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生最高質(zhì)量的光電二極管而顯示出在1μm至5.5μm波長(zhǎng)范圍內(nèi)優(yōu)良的電光性能。這些二極管是背景限制(BLIP)的探測(cè)器,其性能優(yōu)化可以通過(guò)空間增強(qiáng)(冷卻FOV stops)或頻譜(冷卻干擾濾波器)背景減少。

在InSb制冷探測(cè)器上,InfraRed Associates憑借多年積累有著其他廠商難以逾越的技術(shù)護(hù)城河。

(InfraRed Associates標(biāo)準(zhǔn)光伏銦銻檢測(cè)器數(shù)據(jù))


Lynred

法國(guó)Sofradir公司與Ulis公司在2019年合并為L(zhǎng)ynred。Sofradir此前是歐洲主要的空間紅外探測(cè)制造商,是軍事、空間、科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵類別高級(jí)紅外探測(cè)器的領(lǐng)先開(kāi)發(fā)商和制造商。其廣泛的紅外產(chǎn)品覆蓋從可見(jiàn)光、近紅外到遠(yuǎn)紅外線的全部光譜。

Lynred前身Sofradir最拿手的技術(shù)便是碲鎘汞技術(shù),Sofradir基于此技術(shù)率先研發(fā)了制冷型紅外探測(cè)器,并且提供不同的制冷器結(jié)構(gòu)布局以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)不同的機(jī)械和制冷需求。后面逐漸增加了銻化銦(InSb)、銦鎵砷(InGaAs)和量子阱紅外光電探測(cè)器技術(shù)。

(Lynred Daphnis制冷型紅外探測(cè)器)


Daphnis HD-MW基于此前Sofradir成熟的碲鎘汞技術(shù)技術(shù)構(gòu)建,是LYNRED提供的最小像素間距產(chǎn)品,可以適用于所有16:9的高清格式應(yīng)用。RM2,RM3,K508N冷卻器均可以用于此系列。

Daphnis系列的陣列可操作性高達(dá)99.8%,幀率輸出可以高達(dá)85Hz的全幀率。在293K,70%井填充,2.7 Me-的工況下NETD為20mK,靈敏度很高。

高德紅外

在上一期非制冷型的已經(jīng)介紹了高德紅外已經(jīng)擁有高性能非制冷探測(cè)器、制冷型碲鎘汞及二類超晶格紅外探測(cè)器三條核心器件批產(chǎn)線,是國(guó)際少有的具備三類器件研產(chǎn)能力的廠家。能批量生產(chǎn)制冷型探測(cè)器高德紅外也是國(guó)內(nèi)民企的獨(dú)一份了。

(高德紅外制冷型MCT中波系列產(chǎn)品)


MCT中波系列均為碲鎘汞制冷型探測(cè)器。C1212M中波陣列規(guī)格為1280X1024,像元間據(jù)為12μm,是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)高清中波制冷紅外探測(cè)器,有更廣的視角,更遠(yuǎn)的視距,以及更為小巧緊湊的整機(jī)設(shè)計(jì)。在像元間距為12μm情況下,NETD仍能做到小于20mK,靈敏度可見(jiàn)一斑。上圖系列產(chǎn)品中,有效像元率均大于99.5%,而最佳的NETD可低至8mK。

同為碲鎘汞制冷型探測(cè)器,對(duì)比上文Lynred Daphnis系列,可見(jiàn)高德紅外技術(shù)實(shí)力比起國(guó)外廠商也不逞多讓。在像元間距更小的情況下甚至靈敏度還能比Daphnis做得更高。

另外,高德紅外的“Ⅱ類超晶格”制冷型紅外探測(cè)器在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)同時(shí)輸出的中長(zhǎng)波雙色紅外焦平面探測(cè)器,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域空白,技術(shù)指標(biāo)也位列國(guó)際領(lǐng)先水平。

(Ⅱ類超晶格制冷紅外探測(cè)系列)


小結(jié)

目前國(guó)內(nèi)外企業(yè)的制冷型紅外探測(cè)器材料的制造工藝都趨于成熟,技術(shù)路線也相對(duì)確定。如何基于現(xiàn)有工藝,進(jìn)行產(chǎn)品的高性能、小型化以及低成本升級(jí),將在各國(guó)制冷型紅外探測(cè)器民用化進(jìn)程中起到?jīng)Q定性作用。

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