红外探测器的历史

总体而言,红外探测器用于对所有物体发射的热辐射形式进行探测、成像和测量。  热电偶和辐射热计的开发 始于 19纪。 这些早期的设备包括单个依赖探测器本身温度变化进行测量的探测器元件。 现在,技术发展日新月异,但是辐射热计和热电偶的原理至今依然被广泛 应用。 

热探测器通常对所有红外波长敏感,并且在室温条件下工作。 在这些条件下,其灵敏度和响应度相对较低。

第一代探測器陣列

为了提高灵敏度和响应时间,人们开发出光子探测器。 自20世纪40年代'以来,这些探测器得以大量开发。 硫化铅(Pbs)探测器是第一款实用红外探测器。 其敏感红外波长可达~3 µm。

在20世纪'40年代晚期和20世纪'50年代早期,大量新型红外传感材料得以开发。 硒化铅(PbSe)、碲化铅(PbTe)和锑化铟(InSb)将光谱范围扩展到硫化铅(Pbs)的范围之外,从而实现了在3-5 µm中波(MWIR)大气窗口的灵敏度。

在20世纪'50年代末,在化学表III-V、IV-VI和II-VI组材料系统的半导体合金得以首次引进。 这些合金可允许根据特定的应用量身定制半导体的频带间隙,以及其光谱响应。 II-VI组材料MCT(HgCdTe)已成为当今最广泛使用的频带间隙调整材料。

光刻法于20世纪'60年代面世,随即被应用于红外传感器阵列的制造。 最先面世的线性阵列技术为硫化铅(PbS)、硒化铅(PbSe)和锑化铟(InSb)探测器。 光电(PV)探测器的开发始于单晶锑化铟(InSb)材料的应用。

在20世纪'60年代晚期和20世纪'70年代早期,"第一代"本征MCT光电导探测器线性阵列成功开发。 这些技术使得LWIR前视成像辐射计(FLIR)系统在使用单级制冷条件下可在80K温度运行,从而使其更加小型化、轻量化,并且显著降低其耗电量。

20世纪'70年代,各种红外应用如雨后春笋般出现,并且,采用线性阵列的第一代传感器系统开始了大批量生产。

同时,其他重要的探测器技术开发也在进行。 硅技术的发展催生了硅化铂(PtSi)探测器设备,其现今已经成为了各种MWIR高分辨率应用的标准商业产品。

第二代探測器陣列

电荷耦合装置(CCD)发明于20世纪'60年代晚期,从而可预见通过焦平面电子模拟信号读出装置耦合的"第二代"探测器阵列,这种阵列使用了大量的探测器阵列,从而使信号量以成倍数增加。 这种概念的早期评估表明,光电探测器(例如InSb、PtSi和MCT探测器)或高阻抗光电导探测器(例如PbSe、PbS和本征硅探测器)都曾是颇有希望的竞争选手,因为它们具有适用于读出多路复用器PET输入连接的阻抗。 由于其低阻抗,PC MCT方案被否定。 因此,从20世纪'70年代晚期到20世纪'80年代,MCT技术的开发努力几乎全部集中在PV装置开发,因为需要获得低功率且高阻抗以连接到大型阵列中的读出输入电路。 这一努力最终收到回报,并于20世纪'90年代研制出第二代红外探测器,可用于制造大型线性和2D阵列。 这些探测器使用TDI作为扫描系统;在一些著名的系统中,其一般为方形或矩形形式。

单片非本征硅探测器于20世纪'70年代中期面世。 单片非本征硅方案随后即被搁置,因为集成电路制造的工艺降低了探测器的质量。 然而,单片PtSi探测器方案现在得到广泛普及,在该方案中,可在读出装置加工之后再成形加工探测器。