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。紅外輻射占據相當寬的電磁波段（0.8μm～1000μm）?？芍?，紅外輻射提供了客觀(guān)世界的豐富信息，充分利用這些信息是人們追求的目標。

　　將不可見(jiàn)的紅外輻射轉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系統的核心關(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(gè)重要方面，得到了廣泛應用，首要的當屬軍事應用。反之，由于應用的驅使，紅外探測器的研究、開(kāi)發(fā)乃至生產(chǎn)，越來(lái)越受重視而得以長(cháng)足發(fā)展。

　　1800年Herschel 發(fā)現太陽(yáng)光譜中的紅外線(xiàn)用的涂黑水銀溫度計為最早的紅外探測器，此后，尤其是二次大戰以來(lái)，不斷出現新器件?，F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、材料等基礎科學(xué)和光、機、微電子和計算機等多領(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

　　紅外輻射與物質(zhì)（材料）相互作用產(chǎn)生各種效應。100多年來(lái)，從經(jīng)典物理到20世紀開(kāi)創(chuàng )的近代物理，特別是量子力學(xué)、半導體物理等學(xué)科的創(chuàng )立，到現代的介觀(guān)物理、低維結構物理等等，有許多而且越來(lái)越多可用于紅外探測的物理現象和效應。

　　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。有多種熱效應可用于紅外探測器。

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

　?。?）溫差電（Seebeck）效應?？勺龀蔁犭娕己蜔犭姸?，主要用于測量儀器。

　?。?）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的熱敏效應--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）：半導體有高的溫度系數而應用最多，常稱(chēng) “ 熱敏電阻”。利用轉變溫度附近電阻巨變的超導探測器引起重視。如果室溫度超導成為現實(shí)，將是21世紀最引人注目的探測器。

　?。?）熱釋電效應：快速溫度變化使晶體自發(fā)極化強度改變，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（ 超導除外 ）而易于使用、維護，可靠性好；光譜響應與波長(cháng)無(wú)關(guān)，為無(wú)選擇性探測器；制備工藝相對簡(jiǎn)易，成本較低。但靈敏度低，響應速度慢。熱探測器性能限制的主要因素是熱絕緣的設計問(wèn)題。

　　2.2光電探測器

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

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