红外探测器技术的发展

　　1992年诞生了第一台国产化通用组件高性能热像仪，SPRITE探测器研制成功是关键。到90年代初，第一代碲镉汞光导探测器纷纷完成技术鉴定，性能达到世界先进水平。

　　兵器工业211所的SPRITE、32和60元探测器已实用化并投入批量生产，规模和市场不断扩大。国外在80年代就已大批量生产。由于电极、杜瓦瓶设计和制冷机方面的重重困难，第一代碲镉汞探测器元数一般无法超过200。大的碲镉汞光敏阵列和Si读出集成电路分别制备并最佳化，然后两者进行电学耦合和机械联结形成混合式焦平面阵列，就是第二代碲镉汞探测器。

　　目前国际上已研制出256×256甚至640×480规模的长波IRFPA。中波红外已有用于天文的1024×1024的规模，现阶段典型产品是法国的4N系列288×4扫描式FPA。国内仍处于研制开发阶段。晶体碲镉汞材料也有鲜明的弱势：

　　1）相图液线和固线分离大，分凝引起径向、纵向组分不均匀；

　　2）高Hg压使大直径晶体生长困难，晶格结构完整性差；

　　3）重复生产成品率低。薄膜材料的困难在于难以获得理想的CdZnTe衬底材料。

　　人们致力于研究替代衬底，如PACE（Producible Alternative to CdTe for Epitaxy ）－ I （ HgCdTe / CdTe/ 宝石），PACE－II（HgCdTe/C dTe/GaAs）和PACE－III（HgCdTe/CdTe/Si）。日本和法国还报道Ge衬底，目标是与MCT的晶格 匹配并有利于与Si读出线路的耦合。 优质碲镉汞材料制备困难、均匀性差、器件工艺特殊，成品率低，因而成本高一直是困扰碲镉汞IRFPA的主要障碍。人们始终没有放弃寻找材料的努力，但迄今还没有一种新材料能超过碲镉汞的基本优点。为满足军事应用更高的性能要求，碲镉汞FPA仍然是首选探测器。

　　5、非致冷焦平面阵列 （UFPA）红外探测器

　　非制冷焦平面阵列省去了昂贵的低温制冷系统和复杂的扫描装置，敏感器件以热探测器为主。突破了历来热像仪成本高昂的障碍，“使传感器领域发生变革”。另外，它的可靠性也大大提高、维护简单、工作寿命延长，因为低温制冷系统和复杂扫描装置常常是红外系统的故障源。非致冷探测器的灵敏度（D）比低温碲镉汞要小1个量级以上，但是以大的焦平面阵列来弥补，便可和第一代MCT探测器争雄。对许多应用，特别是监视与夜视而言已经足够。广阔的准军事和民用市场更是它施展拳脚的领域。为避免大量投资，把硅集成电路工艺引入低成本、非制冷红外探测器开发生产，制造大型高密度阵列和推进系统集成化的信号处理，即大规模焦平面阵列技术，潜力十分巨大。正因为如此，单元性能较低的热电探测器又重新引人注目，而且可能成为21世纪最具竞争力的探测器之一。目前发展最快、前景看好的有两类UFPA：

（1）热释电FPA。热释电探测器的研究早在60年代和70年代就颇为盛行，有过多种材料，较新型的有钛酸锶钡（BST）陶瓷和钛酸钪铅（PST）等。美国TI公司推出的328×240钛酸锶钡（BST）FPA已形成产品，NETD优于0.1K，有多种应用。计划中还有640×480的FPA，发展趋势是将铁电材料薄膜淀积于硅片上，制成单片式热释电焦平面，有很高的潜在性能，可望实现1000×1000阵列的优质成像。

　　（2）微测辐射热计（Microbolometer）。它是在IC－CMOS硅片上以淀积技术，用Si3N4支撑有高电阻温度系数和高电阻率的热敏电阻材料Vox或α－Si，做成微桥结构器件（单片式FPA）。接收热辐射引起温度变化而改变阻值，直流耦合无须斩波器，仅需一半导体制冷器保持其稳定的工作温度。90年代初，由Honeywell公司首先开发，研制成工作在8μm～14μm的320×240 UFPA，并以此制成实用的热像系统，NETD已达到0.1K以下，可望在近期达到0.02K。此类FPA90年代发展神速，成为热点。与热释电UFPA比较，微测辐射热计采用硅集成工艺，制造成本低廉；有好的线性响应和高的动态范围；像元间好的绝缘而有低的串音和图像模糊；低的1/f噪声；以及高的帧速和潜在高灵敏度（理论NETD可达0.01K）。其偏置功率受耗散功率限制和大的噪声带宽不足以与热释电相比。

　　6、红外探测器技术的发展

　　历史上，红外探测器的发展得益于战争尤其是二次大战的刺激。随后的冷战时期，到现今的局部战争，人们不断加深对红外探测器重要性的认识。至今，军事应用仍占整个红外敏感器市场的75%。更高的性能指标和降低成本对红外技术提出了愈来愈高的要求。由于民用需求的急剧增长，军事应用的比例正在稳步减小。据美国市场调查，到2002年军事应用将下降到50%以下。今后焦平面红外图像系统及传感器的需求量会继续增长，年增长率将达29%。军事应用中的商用成品有望每年增加15%。估计增长最快的将是非制冷焦平面系统，年增长率将超过60%。2002年美国红外技术市场将达到12亿美元。据中国光学学会预测，今后 5年，我国热像设备总数在4万台左右，而年自产不足500台。所有这些，势必使21世纪的红外科学技术加速开拓前进，首先是红外探测器技术的突飞猛进。