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制冷型探測器技術對比

來源:電子發燒友網 ? 作者:李寧遠 ? 2021-09-05 07:44 ? 次閱讀

上一期介紹紅外探測芯片文章中,已經介紹了在非制冷紅外焦平面探測器芯片上,目前國內紅外探測器芯片龍頭已經實現了國產完全替代,技術水平穩居國際第一梯隊。在制冷型探測器領域,國內參與的玩家就比較少了,主要是各研究院在推進,民企里的參與者目前只有高德紅外能比肩國外。

這是因為制冷型紅外探測器本質上是一個光子探測器,要發揮其最佳性能,需要在低溫制冷。這就增加了其系統的復雜性,造成系統價格居高不下,從而制約了它的應用和發展。目前僅在對靈敏度要求非常高的軍事領域和部分工業領域中得到應用。目前第三代制冷型紅外光電探測器的材料主要包含HgCdTe、量子阱光探測(QWIPs)、II類超晶格(II-SLs)與量子點光探測(QDIPs)四種。

InfraRed Associates

InfraRed Associates是一家美國供應商,在制冷InSb探測器,液氮制冷/斯特林制冷和熱電制冷HgCdTe探測器領域有深厚的技術積累。

(銻化銦探測器—InSb Detectors)


InfraRed Associates的光伏銻化銦探測器,是使用單晶材料臺面技術形成p-n結。在這個過程會產生最高質量的光電二極管而顯示出在1μm至5.5μm波長范圍內優良的電光性能。這些二極管是背景限制(BLIP)的探測器,其性能優化可以通過空間增強(冷卻FOV stops)或頻譜(冷卻干擾濾波器)背景減少。

在InSb制冷探測器上,InfraRed Associates憑借多年積累有著其他廠商難以逾越的技術護城河。

(InfraRed Associates標準光伏銦銻檢測器數據)


Lynred

法國Sofradir公司與Ulis公司在2019年合并為Lynred。Sofradir此前是歐洲主要的空間紅外探測制造商,是軍事、空間、科學和工業應用的關鍵類別高級紅外探測器的領先開發商和制造商。其廣泛的紅外產品覆蓋從可見光、近紅外到遠紅外線的全部光譜。

Lynred前身Sofradir最拿手的技術便是碲鎘汞技術,Sofradir基于此技術率先研發了制冷型紅外探測器,并且提供不同的制冷器結構布局以應對系統不同的機械和制冷需求。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器技術。

(Lynred Daphnis制冷型紅外探測器)


Daphnis HD-MW基于此前Sofradir成熟的碲鎘汞技術技術構建,是LYNRED提供的最小像素間距產品,可以適用于所有16:9的高清格式應用。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99.8%,幀率輸出可以高達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介紹了高德紅外已經擁有高性能非制冷探測器、制冷型碲鎘汞及二類超晶格紅外探測器三條核心器件批產線,是國際少有的具備三類器件研產能力的廠家。能批量生產制冷型探測器高德紅外也是國內民企的獨一份了。

(高德紅外制冷型MCT中波系列產品)


MCT中波系列均為碲鎘汞制冷型探測器。C1212M中波陣列規格為1280X1024,像元間據為12μm,是國內首創高清中波制冷紅外探測器,有更廣的視角,更遠的視距,以及更為小巧緊湊的整機設計。在像元間距為12μm情況下,NETD仍能做到小于20mK,靈敏度可見一斑。上圖系列產品中,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器,對比上文Lynred Daphnis系列,可見高德紅外技術實力比起國外廠商也不逞多讓。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”制冷型紅外探測器在國內首次實現同時輸出的中長波雙色紅外焦平面探測器,填補了國內該領域空白,技術指標也位列國際領先水平。

(Ⅱ類超晶格制冷紅外探測系列)


小結

目前國內外企業的制冷型紅外探測器材料的制造工藝都趨于成熟,技術路線也相對確定。如何基于現有工藝,進行產品的高性能、小型化以及低成本升級,將在各國制冷型紅外探測器民用化進程中起到決定性作用。

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