红外探测器技术发展
红外光电探测器技术的发展(学术前沿专题)
量子点红外光电探测器技术的发展（学术前沿专题）专业：测试计量技术及仪器班级：硕研22班学生学号： S0908*******学生姓名：李刚量子点红外光电探测器目前大多数红外焦平面阵列（FPA）都以量子阱红外光电探测器（QWIP）或碲镉汞（MCT）光电探测器为基础，而这两类探测器都存有重大的不足。
QWIP对垂直入射光的探测效率很低，因为垂直方向上光子的跃迁被禁止。
尽管利用光栅可以弥补这一缺点，但光栅的制作无疑会增加系统的成本。
另外，QWIP在高温工作时暗电流较高，所以通常采用冷却方式使其在低温下工作，这便大大增加了成像系统的成本、体积和功耗。
MCT光电探测器则因为MCT固有的不稳定性，很难实现高度均匀的探测器阵列，而且以MCT为基础的FPA还具有成本高和效率低的缺点。
近年来，量子点红外光电探测器（QDIP）在工作温度和量子效率方面取得的重大进步，将有望引领新一轮成像技术热潮，并将在医学与生物学成像、环境与化学监测、夜视与太空红外成像等领域开辟新的应用天地。
目前，通过采用纳米技术形成量子点，研究人员已经在开发室温或接近室温工作的高性能成像器方面迈出了一大步。
量子点又称“人造原子”，目前量子点作为提高电子与光电子器件性能的一种手段，已经被广泛应用。
量子点的尺寸很小，通常只有10nm，因此其具有独特的三维光学限制特性。
将量子点应用在红外光电探测器上，可以使探测器在更高的温度下工作。
开发高温工作的红外光电探测器，可以降低红外成像系统的成本，减小重量，提高效率，这将极大地拓展红外光电探测器的应用范围。
研究人员已经开发出了首个以QDIP为基础的焦平面阵列。
研究人员在开发高性能QDIP方面取得了重大突破。
新开发的在室温下工作的QDIP，探测峰值波长在中红外波段（3～5μm），这一波段具有重要的应用价值，因为地球大气层对中红外波段的吸收很小。
该款QDIP由砷化铟（InAs）量子点和铟砷化镓（InGaAs）量子阱组成的混合结构，同时利用铝铟砷化物（AlInAs）形成势垒。
红外探测器的发展
红外技术发展的先导是红外探测器的发展，一个国家红外探测器的技术水平代表着其红外技术发展的水平。
最早的红外探测器是1800年英国天文学家威廉·赫歇耳发明的水银温度计，随后发明了热电偶、热电堆，1880年美国的Langley发明了测热辐射计。
最初的红外探测器主要是热电探测器，直至1917年Case研制出第一只硫化铊光电导探测器，这种探测器比热电探测器灵敏度高，响应也快。
第二次世界大战，人们认识到了红外技术在军事应用中的巨大潜力，开始对红外技术极为重视，寻找新的材料和制作方法。
19世纪40年代初，以PbS为代表的光电型红外探测器问世，随后又出现了硒化铅、碲化铅探测器。
二次大战后，半导体技术的发展推动了红外探测技术的发展，先后出现了InSb、HgCdTe、掺杂Si、PtSi。
InSb的灵敏度较高，但是带隙只有0.22eV，所以只能探测低于5.6μm。
PtSi由于它的高均匀性和可生产性，可以做成大的焦平面阵列,但是其截至波长为5.7μm，也只能用于中短波范围，而且量子效率很低。
同时InSb和PtSi都没有波长可调性和多色探测能力。
掺杂Si有很宽的光谱带宽，但是也不具备波长可调性，而且必须工作在很低的温度。
1959年Lawso研制出碲镉汞（HgxCd1-xTe）的长波长红外探测器，这是红外技术史上的一次重要进展。
它是目前性能最好，也是最广泛应用的II－VI 族红外探测器。
它是利用带间吸收，因此具有极高的探测率和量子效率。
通过调节Hg的组分x可以实现带隙从0-0.8eV的连续可调。
因此它所能探测的波长范围覆盖了中波红外（3-5μm）和长波红外（8-14μm）两个波段。
而利用MBE生长的III－V族材料体系制成的量子阱材料正好可以弥补碲镉汞方面的不足，III－V族材料生长、器件制作工艺成熟，适于制作大面阵探测器。
同时III－V族材料组分容易控制和调节，通过调节化合物的组分，可以比较容易的改变量子阱的阱宽、垒高等参数，进而可以调节探测波长。
红外探测技术的应用及发展
红外探测技术的应用及发展红外探测技术是指利用红外辐射进行探测的技术。
红外辐射是一种波长长于可见光、但又短于微波的电磁辐射，它的特点是能够穿透雾霾、烟尘、冷、黑暗等环境，并且能够“看透”墙壁、土壤等一些不透明的物质。
红外探测技术在军事、安防、医疗、环境监测、工业检测等领域有广泛的应用。
本文将从这些方面展开讨论红外探测技术的应用及发展。
一、军事领域红外探测技术在军事领域的应用是最早的，也是最广泛且深入的。
红外成像系统可以探测到敌方的红外辐射，包括敌方的各种装备、人员和机动装置等。
通过红外成像系统，军方可以在战场上实时监测敌方的动态，提早获得情报并制定应对措施。
红外探测技术还可以用于导弹制导、无人机监测、夜视仪等方面的应用，提高军方对战场的战术优势。
二、安防领域红外探测技术在安防领域的应用也非常广泛。
红外监控设备可以在光线较暗或者完全黑暗的环境下实时监测到人员或者物体的活动信息，并及时报警。
这些设备可以用于监控大型建筑物、重要设施、银行、监狱、机场、地铁等场所，确保这些重要场所的安全。
红外探测技术还可以用于人脸识别、指纹识别、虹膜识别等生物识别技术中，提高安防系统的准确性和可靠性。
三、医疗领域红外成像技术在医疗领域的应用很广泛。
红外热像仪可以检测到人体表面的温度分布，进而识别出问题部位。
这对于诊断疾病、监测疗效、判断受伤程度等方面都有很大帮助。
红外探测技术还可以用于手术中的定位和导航，提高手术的精确性和安全性。
红外探测技术还在医学影像领域得到了广泛应用，比如红外显影等技术，可以更清晰地显示出人体内部的结构。
四、环境监测领域红外探测技术在环境监测领域的应用也得到了广泛的推广。
红外辐射可以检测出大气中的污染物，比如二氧化碳、甲烷等，用于监测大气质量和气候变化。
红外探测技术还可以用于水质监测、土壤质量检测等方面，对于环境保护和农业发展具有重要意义。
五、工业检测领域红外探测技术在工业检测领域也有重要的应用。
红外成像技术可以监测机械设备的运行状态，及时发现异常情况并进行维修保养。
2024年热电堆红外探测器市场规模分析
2024年热电堆红外探测器市场规模分析引言热电堆红外探测器是一种基于热电效应原理的红外探测器，通过测量物体辐射的热量来实现红外图像的获取。
在过去几年中，热电堆红外探测器市场呈现出快速发展的趋势。
本文将对热电堆红外探测器市场规模进行分析，并探讨其发展趋势。
市场规模分析市场现状热电堆红外探测器市场在过去几年中取得了显著的发展，目前已广泛应用于军事、安防、医疗和消费电子等领域。
据市场研究报告显示，热电堆红外探测器市场规模从2015年的X亿美元增长到2020年的X亿美元。
市场驱动因素热电堆红外探测器市场的快速增长受到以下驱动因素的影响：1.军事领域需求：军事应用是热电堆红外探测器市场的主要推动力之一。
军队对高性能和高分辨率的红外探测器的需求不断增加，用于夜视仪、无人机和导弹导航等领域。
2.安防市场需求：随着安防需求的增长，热电堆红外探测器在视频监控、人脸识别等领域得到广泛应用。
其优异的低光条件下的探测性能和夜视能力，使其成为安防市场的首选。
3.医疗应用需求：热电堆红外探测器在医疗应用中的需求也在逐渐增加。
例如，在体温检测和医学成像中，热电堆红外探测器可提供高精度和高灵敏度的数据。
4.消费电子需求：消费电子产品中的红外成像功能也在不断增加，如智能手机、平板电脑和家用电器。
热电堆红外探测器的小尺寸、低功耗和成本效益，为其在消费电子市场的应用提供了巨大的潜力。
市场分析根据产品类型，热电堆红外探测器市场可以分为单元式和多元式两类。
目前，多元式红外探测器在市场上占据主导位置，预计在未来几年中仍将保持较高的增长率。
这可以归因于多元式红外探测器具有更高的温度灵敏度、更高的图像分辨率和更广泛的应用领域。
根据应用领域，热电堆红外探测器市场可以进一步分为军事、安防、医疗和消费电子等子市场。
军事领域是热电堆红外探测器市场的主要驱动因素，占据了市场份额的较大比例。
然而，安防和消费电子领域的需求也在不断增加，预计在未来几年中将成为热电堆红外探测器市场增长的新动力。
红外技术的发展及其在航空中的应用
红外技术的发展及其在航空中的应用红外技术的发展红外技术发展的先导是红外探测器的发展。
1800年：F·W·赫歇尔发现红外辐射时使用的是水银温度计，这是最原始的热敏型红外探测器。
1830年以后：相继研制出温差电偶的热敏探测器、测辐射热计等。
在1940年以前，研制成的红外探测器主要是热敏型探测器。
19世纪：科学家们使用热敏型红外探测器，认识了红外辐射的特性及其规律，证明了红外线与可见光具有相同的物理性质，遵守相同的规律。
它们都是电磁波之一，具有波动性，其传播速度都是光速、波长是它们的特征参数并可以测量。
20世纪初开始：测量了大量的有机物质和无机物质的吸收、发射和反射光谱，证明了红外技术在物质分析中的价值。
30年代：首次出现红外光谱代，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。
40年代初：光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构牢靠。
50年代：半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。
到60年初期：对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器。
在同一时期内，固体物理、光学、电子学、精密机械和微型致冷器等方面的发展，使红外技术在军、民两用方面都得到了广泛的应用。
60年代中叶：60年代中叶起，红外探测器和系统的发展体现了红外技术的现状及发展方向。
1.在1～14微米范围内的探测器已从单元发展到多元，从多元发展到焦平面阵列。
2.红外探测器的工作波段从近红外扩展到远红外。
3.轻小型化。
非致冷、集成式、大面阵红外探测器方向发展。
4.红外探测系统从单波段向多波段发展。
在红外技术的发展中，需要特别指出的是：60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。
在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。
红外产业的发展趋势
红外产业的发展趋势红外产业的发展趋势摘要：红外产业是近年来发展迅猛的新兴产业之一，具有广泛的应用领域和市场潜力。
本文从技术发展、市场需求和政策扶持三个方面，分析了红外产业的发展趋势。
一、技术发展1. 多波段红外技术：传统红外技术主要在波段上有限，多波段红外技术的发展使红外图像的分辨率和检测能力得到大幅度提升，能够更细致地观察和分析目标，广泛应用于军事侦查、安防监控等领域。
2. 高温红外技术：高温红外技术在工业制造中有着重要的应用，能够对高温环境进行精确监测和控制，帮助企业提高生产效率和产品质量。
3. 红外探测器技术：红外探测器是红外产品的核心部件之一，其性能的提升对整个产业的发展至关重要。
未来，红外探测器的发展趋势主要包括高灵敏度、低噪声、宽波段和低功耗等方面。
4. 光电集成技术：光电集成技术是将光学器件和电子器件进行集成，实现产品功能的多样化和性能的优化。
红外产业中，光电集成技术的应用广泛，未来发展趋势主要包括微纳加工技术、微型化和集成化等方面。
二、市场需求1. 安防监控市场：随着社会安全意识的提高和安防监控需求的增加，红外技术在安防领域的应用越来越广泛。
未来，随着国家政策的支持和技术的进一步发展，红外监控产品的市场规模将进一步扩大。
2. 工业检测市场：工业制造领域对高温、高压、有毒等环境的检测需求非常迫切，红外技术能够在这些环境中实现高精度、高效率的检测，未来工业检测市场将成为红外产业的重要增长点。
3. 医疗健康市场：红外技术在医疗领域的应用主要包括医学影像、体温检测等。
未来，随着全球人口老龄化和健康意识的提高，医疗健康市场将成为红外产业发展的重要推动力。
4. 军事侦查市场：军事侦查是红外技术最早应用的领域之一，未来随着军事现代化的推进和军事需求的增加，红外技术在军事侦查领域的应用将越来越广泛。
三、政策扶持1. 技术研发支持：政府鼓励企事业单位加大对红外技术的研发投入，提供政策和财政支持，以促进红外技术的突破和创新。
红外探测技术的应用及发展
红外探测技术的应用及发展红外探测技术是利用物体的红外辐射特征来获取目标信息的一种技术。
它广泛应用于军事、安防、医疗、工业等领域。
在红外探测技术的发展过程中，从初期的单光束红外辐射测温仪器到现在的红外成像系统，其应用领域和技术性能都有了显著的提升。
在军事领域，红外探测技术被广泛用于导弹、无人机、战机、坦克等武器装备的瞄准、探测和导航系统中。
它可以实时监测和追踪敌方目标，提高武器系统的精确打击能力，增强战斗力。
在安防领域，红外探测技术被应用于监控和防盗系统中。
红外摄像机能够实时监测区域内的温度变化，并通过红外图像识别技术进行目标识别和跟踪，从而实现对潜在威胁的及时预警和防范。
红外探测技术还被应用于火灾预防和报警系统中，可以及时发现火源和烟雾，减少火灾的发生和损失。
在医疗领域，红外探测技术被应用于体温测量、疾病诊断和手术导航等方面。
通过红外成像仪器可以快速、无接触地测量人体表面的温度，用于发现体温异常或热源。
红外成像技术可以通过对人体表面热分布的分析，辅助医生进行疾病诊断和治疗。
而在手术导航方面，红外探测技术可以用来识别和定位人体内部组织结构，帮助医生进行手术操作。
在工业领域，红外探测技术被应用于工业生产过程的监测和控制。
通过红外测温仪器可以实时测量和监测工业生产过程中的物体温度，帮助工程师进行质量控制和故障检测。
红外辐射成像技术还可以通过对目标表面的红外分布图像进行分析，实现对材料的非接触式缺陷检测和质量评估。
随着科技的不断进步，红外探测技术也在不断发展。
目前，红外成像技术已经发展到高清晰度和高灵敏度的水平，成像质量和图像分辨率得到了显著提高。
红外探测器件的制造技术也在不断改进，红外成像设备的尺寸和重量得到了大幅度的减小。
这些技术的突破和创新为红外探测技术的应用提供了更广阔的发展空间。
红外探测原理及其应用
1800年，英国物理学家F.W.赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，发现了 一种看不见的“热线”，由于这种“热线”出现于红光的外侧，因此人们 称之为红外线，也叫红外辐射。
红外辐射本质是一种电磁波辐射。温度在绝对零度以上的物体，都会因自 身的分子和原子运动而辐射出红外线。分子和原子的运动愈剧烈，辐射的 能量愈大，反之，辐射的能量愈小。
红外探测器技术的发展历史
30年代，首次出现红外光谱仪，以后，它发展成在物质分析中不可缺少的仪器。
红外探测器技术的发展历史
·40年代初，光电型红外探测器问世，以硫化铅红外探测器为代表的这类探测器，其性能优良、结构牢靠。 ·50年代，半导体物理学的迅速发展，使光电型红外探测器得到新的推动。 ·到60年初期，对于1～3、3～5和8～13微米三个重要的大气窗口都有了性能优良的红外探测器
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热电偶和热电堆
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热电偶和热电堆常用来测量温度，应用很广泛。如果热电偶的一个接头受到红外线照射， 就会因吸收辐射功率而温度升高，该接头与电偶的的另一未受到照射的接头之间就会产 生温度差，于是温度不同的两个接头间就会产生电动势。此电动势大小反映出入射的红 外辐射功率大小，这就是热电偶型红外探测器。
物体的温度与辐射波长呈反比关系（维恩位移定律）
目标特性与背景特性
Part One
➢ 在应用中，红外探测需要有更高的灵敏度和更强的识别功能，能从复杂的背景中 分辨出目标，了解目标和背景的辐射特性对于红外探测系统的设计来说是至关重 要的。
➢ 目标的红外辐射特性是系统选择红外波段的主要依据。选择波段要根据目标的温 度不同来选择恰当的大气窗口进行探测。因而红外系统对波段的选择需要综合权 衡，不单要了解其温度、辐射系数，还要进一步分析、测试其光谱特征。
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应当说明，表中InGaAs/GaAlAs 是响应在0.9~1.7um的短波焦平
面阵列，此波段一般目标自发辐射较弱，但有成熟的激光光源，
主要用于主动探测，近年引起广泛关注。
红外探测器技术发展
PtSi肖特基势垒型和AlGaAs/GaAs多量子阱 其分立器件，与已成熟的InSb、HgCdTe相比，性能明显不 足，基本不用作分立式器件使用，如PtSi的量子效率约为百分 之一，AlGaAs/GaAs的光谱响应带宽约为～1μm。但由于其 外延方法生长的材料，可以面积大、均匀性好、便于制作集成 器件，特别是便于与Si信号处理电路工艺兼容或互连耦合，用 于焦平面阵列工作时，元数多、积分时间长、可生产性好，其 性能潜力得到充分发挥，成为很有前景的焦平面阵列，可以说 是集成化的焦平面技术使它们充分发挥出潜在的性能优势。如 PtSi焦平面阵列，其光电转换和信号处理芯片可以制作在同一 Si 片 上 （ 单 片 集 成 ） ， 工 艺 兼 容 ， 目 前 已 达 512×512 、 1024×1024元阵列规模。
红外探测器技术发展
2020/11/30
红外探测器技术发展
主要讨论的几个问题
1、红外探测器从分立型器件到焦平面阵 列
2、探测器“代”的划分问题 3、HgCdTe和 AlGaAs/GaAs的比较 4、超晶格结构材料 5、焦平面阵列关键技术 6、应该大力发展成像传感器
红外探测器技术发展
1、引言
• 红外探测技术是信息获取的主要手段之一，红 外系统的核心是红外探测器；
图1 分立型器件信号输出与前放连接示意图
红外探测器技术发展
红外焦平面阵列（IRFPA） 系指大规模M×N（元）面阵型或4N或6N （元）型探测器芯片与信号处理电路芯片集 成互连耦合后，共同封装在一个外壳中，在 焦平面上实现光电转换和信号处理，将各元 件的光电信号多路传输至一条或几条输出线， 以行转移或帧转移的视频信号的形式输出， 探测器结构大大简化，包括电源线、驱动电 路和信号输出等全部引出线大约只须 ４０条。其结构[1]如图2所示。
红外探测器技术发展
In a.) 柱碰焊和环孔焦平面阵列 b) 焦平面阵列的探测器和处理电路
图2 焦平面信号输出示意图
与分立型器件相比，红外焦平面阵列的元数 可以提高几个数量级，扩展到材料和工艺技 术允许的规模。红外焦平面阵列从结构、制 造、检测到性能都发生了质的变化，是新一 代红外探测器。
红外探测器技术发展
3、热探测器与非制冷焦平面阵列
• 热型探测器接收红外辐射后，引起灵敏 元温度变化而产生信号，对不同波长辐 射能量的响应是相同的，即对波长无选 择性，在室温工作；与光子型探测器相 比，其灵敏度低、响应时间偏长。通常 认为响应时间比较快的热电 （pyroelectric）探测器，其响应时间也 在毫秒量级，探测率为108量级,因此分立 式热型探测器无法用于扫描成像，非制 冷面阵红外焦平面阵列只能凝视成像使 用。
足一般工业需要和部分中低端军用需要。
红外探测器技术发展
4、光子探测器及其焦平面阵列
红外光子探测器一般由半导体材料 制成， 针对应用最广的三个大气透 过窗口，发展了1~3μm的短波红 外 (SWIR) 、 3~5μm 的 中 波 红 外 (MWIR) 和 8~14μm 的 长 波 红 外 (LWIR)的探测器。光子探测器灵敏 度高，响应快，但大多在低温工作， 需要制冷。常用分立式光子探测器 如表1所示。
红外探测器技术发展
第二代为扫描型和凝视型焦平面结 构，在美国出现LADA（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）型 阵列应用的基础上发展起来的焦平面阵 列，规模在103~106元，其代表产品有： 4×240元、4（６）×480元HgCdTe和 256×256元、320×240元InSb、HgCdTe 等。
• 单元、多元线列和小规模面阵器件技术已经成 熟， 已经由分立型器件发展为集成化的焦平面 阵列；
• 红外器件水平的提高和新一代器件的出现，就 会使红外整机性能大幅提升甚至更新换代，所 以有“一代器件、一代整机、一代装备”之说。
红外探测器技术发展
2、从分立器件到焦平面阵列
分立型红外探测器，系指器件单独封装实现光 电转换功能，每个探测器元单独输出信号，再 与前放等信号处理电路相连，每个器件都形成 一个单独的信号通道，其结构如图1所示。
红外探测器技术发展
5、三代红外探测器典型规模[2]
目前，红外探测器通常被分为 三代[1]。第一代以分立型为主，元 数 在 103 元 以 下 ， 有 线 列 和 小 面 阵 结构，其代表产品有：美国的60元、 120 元 、 180 元 光 导 HgCdTe 器 件 ； 法国5×11元光伏HgCdTe器件；英 国 4 条 （ 或 8 条 ） 扫 积 型 HgCdTe 器 件等
红外探测器技术发展
热型探测器用于凝视成像
用可以和电视兼容的每秒25帧成像为例,每帧时间为 40ms,对于时间常数为毫秒级的热型探测器来说,凝视 成像要求的时间常数已不成问题。非制冷红外焦平面 阵列目前已达640×480元，应用最多的是160×120元、 320×240元器件。其功能材料主要有：测辐射热计型 的无定型硅（a-Si）、氧化钒(VOx)和热电型的锆钛 酸铅（PZT）、钛酸锶钡（BST）、旦酸钪铅（PST） 等。目前非制冷焦平面热像仪的NETD可达0.1℃,能满
表2 对应三个大气透过窗口的常用焦平面阵列
光谱响应范围 1~3μm
3～5μm
8～14μm
焦平面阵列 HgCdTe, InSb,HgCdTe, PtSi HgCdTe,AlGaAs/GaAs
InGaAs/GaAlAs
结构形式 4N,凝视; 4N,凝视; 凝视; 4N,凝视; 凝视
非制冷型
a-Si，VOx，PE, 凝视
红外探测器技术发展
表1 对应三个大气透过窗口的常用分立式光子探测器
光谱响应范围 1~3μm
3～5μm
8～14μm
光导型探测器 PbS, PbSe,InSb, HgCdTe HgCdTe,Ge:Hg,Si:X
光伏型探测器 HgCdTe, InSb,HgCdTe
HgCdTe
InGaAs/GaAlAs
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