128×128元锑化铟红外焦平面探测器热-应力耦合分析

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16红外焦平面器件

四、红外焦平面器件红外焦平面器件（IRFPA）就是将CCD、CMOS技术引入红外波段所形成的新一代红外探测器，是现代红外成像系统的关键器件。

IRFPA建立在材料、探测器阵列、微电子、互连、封装等多项技术基础之上。

1.IRFPA的工作条件IRFPA通常工作于1〜3p m、3〜5p m和8〜12p m的红外波段并多数探测300K背景中的目标。

典型的红外成像条件是在300K背景中探测温度变化为0.1K的目标。

用普朗克定律计算的各个红外波段300K背景的光谱辐射光子密度：随波长的变长，背景辐射的光子密度增加。

通常光子密度高于1013/cm2s的背景称为高背景条件，因此3〜5p m或8〜12p m波段的室温背景为高背景条件。

上表同时列出了各个波段的辐射对比度，其定义为：背景温度变化1K所引起光子通量变化与整个光子通量的比值。

它随波长增长而减小。

IRFPA工作条件：高背景、低对比度。

2.IRFPA的分类按照结构可分为单片式和混合式按照光学系统扫描方式可分为扫描型和凝视型按照读出电路可分为CCD、MOSFET和CID等类型按照制冷方式可分为制冷型和非制冷型按照响应波段与材料可分为1〜3p m波段（代表材料HgCdTe—碲镉汞）3〜5p m波段（代表材料HgCdTe、InSb—锑化铟和PtSi—硅化铂）8〜12p m波段（代表材料HgCdTe）。

3.IRFPA的结构IRFPA由红外光敏部分和信号处理部分组成。

红外光敏部分——材料的红外光谱响应信号处理部分——有利于电荷的存储与转移目前没有能同时很好地满足二者要求的材料——IRFPA结构多样性（1）单片式IRFPA单片式IRFPA主要有三种类型：非本征硅单片式IRFPA主要缺点是：要求制冷，工作于8〜14p m的器件要制冷到15〜30K,工作于3〜5p m波段的器件要制冷到40〜65K；量子效率低，通常为5%〜30%；由于掺杂浓度的不均匀，使器件的响应度均匀性较差。

红外探测器

红外探测器1 红外探测器应用发展红外探测器由于诸多特点在军用和民用领域都取得了广泛的应用，红外探测器在红外系统中起着至关重要的作用。

简述国内外红外探测器部分最新的研究成果和动态，关于红外成像技术发展，讨论红红外探测器应用中的一些新技术、发展重点和难点，对以后一段时期内的红外探测器发展及其市场前景进行展望。

2 红外探测器应用背景红外探测器具有作用距离远、抗干扰性好、穿透烟尘雾霾能力强、可全天候、全天时工作等优点，在军用和民用领域都得到了极为广泛的应用。

在军事上，包括对军事目标的搜索、观瞄、侦察、探测、识别与跟踪；对远、中、近程军事目标的监视、告警、预警与跟踪；红外探测器的精确制导；武器平台的驾驶、导航；探测隐身武器系统，进行光电对抗等。

在民用领域，在工业、遥感、医学、消费电子、测试计量和科学研究等许多方面也得到广泛应用。

目前国外红外成像器件已发展到了智能灵巧型的第四代，在光电材料、生产工艺及系统应用等方面都取得了丰硕的成果，但是国内红外相关技术研究与生产起步较晚，并且受工业基础制约，发展远滞后于国外，而市场需求却持续强劲，无论在军用还是民用领域都有巨大的发展空间。

3 红外探测器现状分析从第一代红外探测器至今已有40余年历史，按照其特点可分为四代：第一代（1970s-80s）主要是以单元、多元器件进行光机串/并扫描成像；第二代（1990s-2000s）是以4×288为代表的扫描型焦平面；第三代是凝视型焦平面；目前正在发展的可称为第四代，以大面阵、高分辨率、多波段、智能灵巧型系统级芯片为主要特点，具有高性能数字信号处理功能，甚至具备单片多波段融合探测与识别能力。

在红外探测器发展过程中，新材料、新工艺、新器件、新方法不断涌现，按工作环境可分为致冷型和非致冷型两大类。

3.1 高性能致冷型红外探测器此类器件需要在低温下（77K）工作，相比非致冷器件成像质量优异、探测灵敏度高，通常又可分为传统型和量子阱焦平面探测器。

红外制导的发展趋势及其关键技术

红外制导的发展趋势及其关键技术赵超1，(1．中国航天科工集团第35研究所，北京100013；杨号22．海军驻阎良地区航空军事代表室，西安710089)摘要：在各种精确制导体制中，红外制导因其制导精度高、抗干扰能力强、隐蔽性好、效费比高等优点，在现代武器装备发展中占据着重要地位，综述了红外制导系统的发展历程、现状特点、未来趋势，为红外制导技术的研究开发提供有益参考。

首先介绍了红外制导系统的工作原理和发展历程，然后从现代作战需求出发分析了当前红外制导系统的7个发展方向，最后从探测器件、信息处理、结构设计、干扰对抗等方面分析了未来红外制导系统发展中所面临的5种关键技术等。

关键词：精确制导；红外制导；非制冷红外；红外成像；复合制导中图分类号：V448．13 文献标识码：AA survey on development trends and key technologiesof infrared guidance systemsZHAO Cha01，YANG Had(1．No．35 Institute ofCaSlC，蜥100013，Ol／na；2．NavyA蒯M／／／tary啪筋∞／nYan／／angArea，Xi’帆710089，Odna)Abstract： Among many kind of precise guidance systems．IR guidance system is playing a n10re and moreimportant rule in modem weapon system since it has the characteristics of hi曲precision，strong anti—interfer—ence capability and good benefit-cost ratio．The paper gives a brief survey on IR guidance system and tech—niques，involving its evolution history，developing trends，and critical techniques．First of all，working principlesand developing process of IR guidance system are explained．Then，the developing trends of modem IR guid—ance system are analyzed based on operational requirements．Finally。

国外精确制导武器的导引头技术发展

控制与制导
国外精确制导武器的导引头技术发展
刘颖陈勇
摘要导引头是精确制导武器的核心部件，其发展倍受武器装备发达国家的重视。对国外先进的精确制导武器导引头的现状及发展进行了跟踪，并对红外导引头、激光导引头、雷达导引头以及多模复合导引头这四类导引头进行了分析。
关键词精确制导武器导引头技术发展
红外非成像导引头中光学探测器一般由一个或几个敏感元件组成，不能充分采集目标特征的有价值信息。而红外成像导引头的性能和探测质量远远优于非成像导引头。红外成像导引头中采用的多元光学探测器，是由分布于光学系统焦平面上敏感元件组成的阵列。使用一种特殊的光电设备从这种探测器读出信息，可按照敏感元件的曝光序号来确定被投影到光学探测器上的目标映像的相关部分的坐标，接着对收到的输入信号进行放大和调制，并发送至计算组件。具有数字图像处理功能并使用光学纤维的读数器得到了最广泛的应用。
本文 2011-03-22 收到，作者分别系中国空空导弹研究院工程师、高工
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飞航导弹 2011 年第 8 期
控制与制导
标的自行判断、决策和跟踪，使导弹可以选择目标和选择攻击目标的要害部位，在云层中断时中断视场仍可跟踪目标。
4）扫描状态的视场很大，为 ± 90° （红外非成像导引头 4 ～ 8 元光学探测器不超过 ± 75°），且最大目标截获距离增大（红外非成像导引头为 5 km ～ 7 km，红外成像导引头为 10 km ～ 15 km）。
具有半主动激光、红外成像和主动雷达通道的多模导引头计划装备联合空地导弹（ JAGM）。从结构上说，导引头接收机的光电组件和雷达天线集成在统一的跟踪系统内，从而保证在导引过程中这些部件的独立或协同工作。这种导引头实现了可随目标类型（红外或雷达对比度）和环境条件变化的复合自导引，可以根据目标类型和环境条件从导引头一种工作模式中自动选择最优导引法，而其它的工作模式仍然同时运行，以在计算瞄准点时生成目标的对比映像。

锑化铟红外焦平面探测器盲元失效问题的研究

ｔｅｍａｘａｓｏｏｆｃｅｔｆｄｆｒｎｔｒａｓｔｅｂｎｄｎａｓｉｈＡｔｃｏａｅｆｔｇｅｈｒｌｐｎｉｎｃｅｉｎｓｏｉｅｅｔｍａｅｉｌ，ｈｏｉｇｐｄｎｔｅＦＰｄｅｅｔｒｃｎｂｉｕｅｉａ
ａｄｆｉｒｎｔｅｍａｙｌｓａｄｈｎｅｃｕｅｔｅｄｔｃｏｏｂａｌｒ．Ａｈｒａｙｌｑｉｍｅｔｎａｌｅｉｈｒｌｃｃｅｎｅｃａｓｈｅｅｔｒｔｅｆｉｅｕｕｔｅｍｌｃｃｅｅｕｐｎ
ｄｖｌｐｄｂｒｈＣｈｎｓａｃｎｔｔｔｆＥｌｃｒ－ｐｉｓｉｓｄｔｎｈｉｒａｓｓｏｄｕｅｅｏｅｙＮｏｔｉａＲｅｅｒｈＩｓｉｕｅｏｅｔｏｏｔｃｓｕｅｏｆｄｔｅｆｌｅｃｕｅｆｉｉｍｉａｕｎ
ｒｎｅｆｏｒｏｔｍｐｒｔｒｏ７Ｋｏｅｅａｈｕａｄｔｍｅｎｉｓｌｅｉｅｐｅｉｄ．Ｄｕｏｔｅｄｆｅｅｔａｇｒｍｏｍｅｅａｕｅｔ７ｆｒｓｖｒｌｏｓｎｉｓｉｔｉｔｍｒｏｔｆｅｔｈｉｒｎ
ｓｌｅ — ｕｐｎｈｏｄｒｂｍｓａｄｔｅＡＮＳＳＳｆｗａｅｉｓｄｔｎａｙｅｔｅｆｉｕｅｍｅｈｎｉｍｆｈｕｐ．ＴｈｏｇＹＯｔｒｓｕｅｏａｌｚｈａｌｒｃａｓｏｅｂｍｓｔｒｕｈｔｅａａｙｉｆｔｅｒｌｔｏｓｉｅｗｅｎｂｕｈｎｌｓｓｏｈｅａｉｎｈｐｂｔｅｍｐｈｉｈｎｏｄｄｐｎａｉｔ，ｈｔｔｅｒｌｂｌｙｏｈｅｇｔａｄｂｎｅｅｄｂｌｙｔａｈｅｉｉｔｆｔｅｉａｉｄｔｃｏａｐｏｅｙｉｒａｉｇｉｓｂｅｅｔｒｃｎｂｅｉｒｖｄｂｍｎｃｅｓｎｕｍｐｈｉｈｏｃｕｅｔｅｇｔｉｃｎｌｄｄ．Ｔｈｔｏｒｅａｕｔｎｏｄｎｓｅｍｅｈｄｆｖｌａｉｇｂｎｉｇｏｒｌｂｌｙｉｒｓｎｅｅｉｉｔｓｐｅｅｔｄ．Ｂｙｕｉｇｔｅｉｒｖｄｂｎｉｇｐｏｅｓｈｅｉｂｌｙｏｈｅｅｔｒｃｎｂａｉｓｎｈｍｐｏｅｏｄｎｒｃｓ，ｔｅｒｌｉｔｆｔｅｄｔｃｏａｅａｉｅｈａｃｄｇｅｔｙｎｎｅｒａｌ．ＫｅｏｄｓＦＰＡｅｅｔｒｄａｘｌｒｌｂｌｙｙｗｒ：ｄｔｃｏ；ｅｄｐｉｅ；ｅｉｉｉａｔ

红外焦平面成像技术发展现状

红外焦平面成像技术发展现状姓名：高洁班级：11级硕研1班学号：S11080300007摘要红外焦平面列阵成像技术已经进入了成熟期。

本文对几种红外焦平面列阵器件如MCT、Insb 和QWIP 的最新进展作一评述，简要介绍其器件发展水平、技术路线和关键工艺。

简要提及一种新颖的非制冷焦平面成像技术：光学读出微光机红外接收器。

关键词：红外焦平面列阵；碲镉汞；锑化铟；量子阱红外探测器AbstractInfrared focal plane array (IRFPA) imaging technology has been matured during the passed decade. In this paper an overview of recent progress to several kind of IRFPA such as MCT, Insb and QWIP is provided , focusing on new device development, technical lines and key technologies. Also, a new type of uncooled FPA imaging technigue micro !optomechanical infrared receiver with optical readout is briefly introduced.Key words: IRFPA; MCT; Insb; QWIP引言红外探测器技术在20 世纪90 年代取得了飞速发展。

红外焦平面列阵成像技术进入了成熟期。

高性能大规格焦平面列阵已正式地应用于各种重大国家安全项目中，例如弹道导弹防御计划和重要新型武器系统。

另外，新型非制冷红外焦平面技术的涌现正在促进红外技术走向第三代。

美国人预言，未来几年美国红外市场将出现年均30%的连续高速增长[1]。

本文简要评述了几种红外焦平面列阵器件技术的最新进展。

锑化铟红外探测器原理

锑化铟红外探测器原理锑化铟红外探测器的工作原理可以简单地概括为以下几个步骤：1. 光能吸收：当锑化铟晶体暴露在红外光波段的辐射下时，红外光的能量会被晶体中的电子吸收。

2. 热漫射：被吸收的光能导致晶体中的电子被激发为高能态，形成了电子-空穴对。

这些高能态的电子会随着时间的推移通过热漫射（thermal diffusion）的过程逐渐传播到晶体的表面。

3. 收集电流：一旦电子达到晶体表面，它们会被电极收集并形成电流。

这个电流是通过将锑化铟晶体构建成PN结（即通过掺杂来形成正负电荷分离的结构）来实现的。

当入射光有红外光时，PN结会产生电压差，电压差越大，电流越大。

4. 信号放大和处理：通过将检测到的微弱电流信号放大并转换为可读的输出信号，进一步处理，以便我们能够分析和利用红外光的信息。

总的来说，锑化铟红外探测器利用光能被吸收后在晶体中形成电子-空穴对的原理，通过收集产生的电流来检测红外光，并经过信号放大和处理，实现对红外光的探测和分析。

补充解释：锑化铟（InSb）是一种半导体材料，其禁带宽度较窄，能够吸收中红外波段（大约2-5微米）的光。

当锑化铟晶体暴露在红外光中时，其晶体内的电子会吸收红外光的能量，从而被激发到高能态。

这些激发的电子会随着时间的推移通过热漫射扩散到晶体的表面。

为了将这些电子转化为测量信号，锑化铟晶体通常会构建成PN结。

通过掺杂杂质（如氮、硅等）将某些区域N型掺杂和另外一些区域P型掺杂，同时形成正负电荷分离的结构。

当被吸收的光激发了晶体中的电子后，这些电子将在晶体中扩散到PN结，并在PN结处产生电压差。

这个电压差将导致PN 结两侧形成了电势差，从而使电子在PN结中运动，最终形成电流。

这个电流信号通常是微弱的，并需要经过放大和进一步处理才能得到可读的输出信号。

这可以通过电路放大器和信号处理电路来实现。

最终，输出的信号可以被连接到显示器、记录仪或其他设备上，以进行分析和利用。

锑化铟红外探测器具有高灵敏度和快速响应等优点，适用于各种红外光谱分析、红外成像、红外监测等应用领域。

锑化铟红外探测器原理(一)

锑化铟红外探测器原理(一)锑化铟红外探测器原理概述•红外辐射，作为一种电磁波，波长范围通常在~1000微米之间，相比可见光波长更长，频率更低。

红外辐射广泛应用于热成像、军事、医疗和通信等领域。

•锑化铟（InSb）作为一种半导体材料，具有优异的红外探测性能，被广泛应用于红外探测器和红外摄像机中。

工作原理锑化铟红外探测器的工作原理基于半导体材料的特性。

下面是它的工作过程：1.光吸收：当红外辐射通过锑化铟材料时，其中的光子将被材料吸收。

锑化铟具有适宜的能隙，对于波长在35微米和814微米范围的中红外辐射有高的吸收率，能够将光能转化为电子能。

2.电子激发：在锑化铟材料中，光吸收后的光子激发了一定数量的电子，使其跃迁到导带中，并在导带中形成自由电子。

3.电子运输：自由电子在导带中通过电子运输，被引导到电极上形成电流。

这里的电极可以是引出接口，用于将电流信号传输到下游的电子设备。

4.信号放大：通过引入适当的电子器件，如场效应晶体管，可以对产生的电流信号进行放大。

5.信号处理：经过放大后的电流信号可以通过各种信号处理电路进行滤波、增强和调节，最后转化为可读取或可录制的红外图像。

特点•高响应度：锑化铟材料对红外辐射有很高的吸收能力，因此在红外波长范围内具有高响应度，能够有效地捕捉辐射能量。

•高灵敏度：与其他材料相比，锑化铟红外探测器具有更高的灵敏度，能够探测到较低能量的红外辐射。

•高速响应：锑化铟红外探测器具有快速的响应速度，可以实时地捕捉到红外辐射信号。

•宽波长范围：锑化铟材料在中红外波段有较好的吸收能力，并且其工作温度范围也相对较广。

应用领域•军事热成像：锑化铟红外探测器在热成像设备中广泛应用，能够实时捕捉到目标的红外辐射，用于军事侦察、智能导弹和无人机等领域。

•医学诊断：红外辐射可以被人体组织吸收，因此锑化铟红外探测器在医学成像中具有重要作用，可以帮助医生进行疾病诊断，如体温监测、癌症筛查等。

•通信与电信：锑化铟红外探测器在激光通信、红外光纤通信等领域也有应用，可以接收和放大红外光信号，实现光信号的传输和通信。

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Ｔｈｅｒｍａｌ－ｓｔｒｅｓｓｃｏｕｐｌｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｎ１２８ ×１２８ＩｎＳｂ
ｉｎｆｒａｒｅｄｆｏｃａｌｐｌａｎｅａｒｒａｙｄｅｔｅｃｔｏｒ
ｔｒｅｎｄｓｏｆＶｏｎＭｉｓｅｓｓｔｒｅｓｓｍａｘｉｍｕｍｉｎＩｎＳｂｃｈｉｐｏｆｔｈｅｍａｒｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｍｏｄｅａｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈａｔｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌａｓ —
效的原因进行了初步探讨，这对预测裂纹的发生提供了一定的帮助。关键词：锑化铟；焦平面探测器；热一应力耦合；有限元
中图分类号：ＴＮ２１５文献标识码：ＡＤＯＩ：ｉ０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１．５０７８．２０１３．０９．１４
ＬＩＰｅｎｇ — ｆｅｉ，ＺＨＡＮＧＬｉ — ｗｅｎ，ＭＥＮＧＱｉｎｇ — ｄｕａｎ，ＹｕＱｉａｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＨｅｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌｕｏｙａｎｇ４７１０２３，Ｃｈｉｎａ）
第４３卷第９期
２０１３年９月
激光与红外
ＬＡＳＥＲ＆ＩＮＦＲＡＲＥＤ
Ｖｏ１．４３，Ｎｏ．９
Ｓｅｐｔｅｍｂｅ１００１－５０７８（２０１３）０９ — １０２５－０５
・
红外技术及应用・
１２８×１２８元锑化铟红外焦平面探测器热一应力耦合分析
李鹏飞，张立文，孟庆端，余倩
（河南科技大学电子信息工程学院，河南洛阳４７１０２３）
摘
要：考虑探测器在热冲击过程中由于传导降温非均匀引起的温度梯度分布，借助ＡＮＳＹＳ软件
ｆｏｍｒｉｎｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｌｅａｄｓｔｏｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎｉｎｓｉｄｅｔｈｅｄｅｖｉｃｅ．Ｗｉｔｈｔｈｅｃｏｕｐｌｅ — ｉｆｅｌｄｆｕｎｃｔｉｏｎ０ｆＡＮＳＹＳ．ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｅｓｉｎｓｉｄｅＩＲＦＰＡｉｎｌｆｕｅｎｃｅｄｂｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｇｒａｄｉｅｎｔａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｈｅｍａｒｌａｎｌｙａ．ｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｔｈｅｔｉｍｅ — ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣＨＩＶｅｉＳｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ．ｔｈｅｔｈｅｍａｒ１．ｓｔｒｅｓｓｃｏｕｐｉｉｎｇａｎｌｙａｓｉｓｉＳｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．ａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎｉｎＩＲＦＰＡｉＳｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｆｏｍｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｔｉｍｅ．ｔｈｅｖａｒｉｅｄ
对温度梯度影响下的锑化铟探测器进行热一应力耦合分析。依据热分析结果得到了热冲击下探测
器的降温时间曲线，以此为基础进行热一应力耦合分析得到了探测器的应力分布，并以温度、时间
为参考量将热冲击过程中ＩｎＳｂ芯片上应力最大值变化与传统均匀降温方式下的应力最大值变化进行对比，结果表明器件内部存在温度梯度时，ＩｎＳｂ芯片上的应力增加呈现出先快后慢现象，明显不同于均匀降温的线性增加；且应力增加主要集中在热冲击初始０～０．５Ｓ时间段，如此短时间段内应力的急剧增加将严重影响探测器的可靠性。最后对传导降温方式下应力变化可能引起ＩｎＳｂ芯片失
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｈｅｎｉｆｒｎａｒｅｄｆｏｃａｌｐｌａｎｅａｒｒａｙｄｅｔｅｃｔｏｒ（ＩＲＦＰＡ）ｉＳｌｏａｄｅｄｂｙｔｈｅｍａｒｌｓｈｏｃｋ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｎｏｎ．ｕｎｉ．