紅外探測器技術(shù)的發(fā)展

　　所有物體均發(fā)射與其溫度和特性相關(guān)的熱輻射，環(huán)境溫度附近物體的熱輻射大多位于紅外波段。紅外輻射占據(jù)相當(dāng)寬的電磁波段（0.8μm～1000μm）?？芍t外輻射提供了客觀世界的豐富信息，充分利用這些信息是人們追求的目標(biāo)。

　　將不可見的紅外輻射轉(zhuǎn)換成可測量的信號的器件就是紅外探測器。探測器作為紅外整機(jī)系統(tǒng)的核心關(guān)鍵部件，探測、識別和分析紅外信息并加以控制。

　　熱成像是紅外技術(shù)的一個重要方面，得到了廣泛應(yīng)用，首要的當(dāng)屬軍事應(yīng)用。反之，由于應(yīng)用的驅(qū)使，紅外探測器的研究、開發(fā)乃至生產(chǎn)，越來越受重視而得以長足發(fā)展。

　　1800年Herschel 發(fā)現(xiàn)太陽光譜中的紅外線用的涂黑水銀溫度計為最早的紅外探測器，此后，尤其是二次大戰(zhàn)以來，不斷出現(xiàn)新器件?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展提供紅外探測器研制的廣闊天地，高性能新型探測器層出不窮。今天的探測器制備已成為涉及物理、材料等基礎(chǔ)科學(xué)和光、機(jī)、微電子和計算機(jī)等多領(lǐng)域的綜合科學(xué)技術(shù)。

　　2、物理學(xué)的進(jìn)展是紅外探測器的基礎(chǔ)

　　紅外輻射與物質(zhì)（材料）相互作用產(chǎn)生各種效應(yīng)。100多年來，從經(jīng)典物理到20世紀(jì)開創(chuàng)的近代物理，特別是量子力學(xué)、半導(dǎo)體物理等學(xué)科的創(chuàng)立，到現(xiàn)代的介觀物理、低維結(jié)構(gòu)物理等等，有許多而且越來越多可用于紅外探測的物理現(xiàn)象和效應(yīng)。

　　2.1熱探測器

　　熱輻射引起材料溫度變化產(chǎn)生可度量的輸出。有多種熱效應(yīng)可用于紅外探測器。

　?。?）熱脹冷縮效應(yīng)的液態(tài)的水銀溫度計、氣態(tài)的高萊池（Golay cell）;

　?。?）溫差電（Seebeck）效應(yīng)?？勺龀蔁犭娕己蜔犭姸眩饕糜跍y量儀器。

　　（3）共振頻率對溫度的敏感可制作石英共振器非致冷紅外成像陣列。

　?。?）材料的電阻或介電常數(shù)的熱敏效應(yīng)--輻射引起溫升改變材料電阻用以探測熱輻射- 測輻射熱計（Bolometer）：半導(dǎo)體有高的溫度系數(shù)而應(yīng)用最多，常稱 “ 熱敏電阻”。利用轉(zhuǎn)變溫度附近電阻巨變的超導(dǎo)探測器引起重視。如果室溫度超導(dǎo)成為現(xiàn)實(shí)，將是21世紀(jì)最引人注目的探測器。

　?。?）熱釋電效應(yīng)：快速溫度變化使晶體自發(fā)極化強(qiáng)度改變，表面電荷發(fā)生變化，可作成熱釋電探測器。 熱探測器一般不需致冷（ 超導(dǎo)除外 ）而易于使用、維護(hù)，可靠性好；光譜響應(yīng)與波長無關(guān)，為無選擇性探測器；制備工藝相對簡易，成本較低。但靈敏度低，響應(yīng)速度慢。熱探測器性能限制的主要因素是熱絕緣的設(shè)計問題。

　　2.2光電探測器

　　紅外輻射光子在半導(dǎo)體材料中激發(fā)非平衡載流子（電子或空穴），引起電學(xué)性能變化。因?yàn)檩d流子不逸出體外，所以稱內(nèi)光電效應(yīng)。量子光電效應(yīng)靈敏度高，響應(yīng)速度比熱探測器快得多，是選擇性探測器。為了達(dá)到最佳性能，一般都需要在低溫下工作。光電探測器可分為：

（1）光導(dǎo)型：又稱光敏電阻。入射光子激發(fā)均勻半導(dǎo)體中的價帶電子越過禁帶進(jìn)入導(dǎo)帶并在價帶留下空穴，引起電導(dǎo)增加，為本征光電導(dǎo)。從禁帶中的雜質(zhì)能級也可激發(fā)光生載流子進(jìn)入導(dǎo)帶或價帶，為雜質(zhì)光電導(dǎo)。截止波長由雜質(zhì)電離能決定。量子效率低于本征光導(dǎo)，而且要求更低的工作溫度。