多色探测器列阵的设计和研制

1引言高性能传感器的应用需要多色红外焦平面.高性能传感器需要的是能在中波红外/长波红外和长波红外/甚长波红外波段中覆盖人们所关心的各种波长的多色焦平面列阵.HgCdTe探测器工艺在这方面已获得了显著的进步.与使用多个单色红外焦平面列阵相比,使用一个双色红外焦平面列阵的成像系统更加简单可靠,其重量更轻,功耗更小,价格也更便宜.     

红外焦平面阵列非均匀性校正技术的最新进展

面列阵红外焦平面探测器的非均匀性校正技术是正在探索的一项关键技术。介绍了近期国内外发展的红外焦平面阵列非均匀性校正技术：基于场景的代数算法、基于干扰抵消原理的自适应校正法和基于低次插值的多点校正法。     

红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型

 非均匀性校正是红外焦平面阵列成像质量提高的关键,在现有一元线性理论模型局限下,红外焦平面阵列成像非均匀性校正难以获得校正精度的提高.本文通过红外焦平面阵列探测器成像机理及其成像过程理论分析,推导了影响探测器响应及其非均匀性的主要因素,首次建立了红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型,通过实验测试及其统计分析验证了理论模型.该模型能在较宽红外辐射和环境温度范围内准确预测红外焦平面阵列响应曲线及其非均匀性,比原一元线性理论模型更全面准确地描述了红外成像非均匀性影响因素及探测器响应关系.     

用于红外焦平面列阵的高性能读出集成电路的设计（上）

1引言 在研制和生产红外焦平面列阵方面,美国的Raytheon优秀红外中心始终处于国际领先的地位.由小规模探测器列阵和分立的放大电路构成的第一代红外传感器目前仍在生产.这些产品系列为建立生产工厂提供了宝贵的经验基础.具有较大列阵规模和更多芯片功能度的第二代焦平面列阵于20世纪70年代末研制成功,并于80年代末投入生产.自那以后,对具有更大列阵尺寸、更快数据速率、更低功耗、更高操作温度、更高性能和更高片上信号处理能力的先进焦平面列阵的需求量迅速上升.为了满足这些要求,探测器的读出集成电路(ROIC)已成为一种不可或缺的的元件.Raytheon优秀红外中心在这一方面投入了大量的人力和物力,设计并演示成功几种高性能的读出集成电路.     

用离子注入法研制低暗电流和高性能的Hg0.57Cd0.43Te红外探测器

本文介绍美国雷神视觉系统(RVS)公司和AVYD器件公司在提高红外探测器性能方面所获得的成果。这两家公司联合验证了一些具有高可操作性和高性能的甚大规格成像焦平面列阵,它们将在未来的近红外和短波红外成像应用中发挥应有的潜能。这种探测器的设计理念可能会使像元间距小到5μm的大规格焦平面列阵达到衍射限分辨率。本文报导雷神视觉系统公司的先进样品制造厂把该公司的Hg_(1-x)Cd_xTe材料生长和探测器操作工艺方法与AVYD公司的p型离子注入方法结合起来在制作平面探测器列阵晶片方面所做的工作。同时综述像元间距为20μm的1024×1024元短波红外焦平面列阵的性能。这种探测器列阵是用响应波段为从近红外至2.5μm截止波长的Hg_(1-x)Cd_xTe材料制作的。通过柱状焊接互连技术,探测器列阵与雷神视觉系统公司的天文学级读出电路片焊接在一起。这些焦平面列阵在整个光谱范围内呈现出极佳的量子效率和均匀性,并呈现出中值为每秒0.25个电子的甚低漏泄电流。用来制作探测器列阵的工程级Hg_(1-x)Cd_xTe外延层是用经过改进的液相外延方法在CdZnTe衬底上生长的,并经过了复合的钝化/离子注入/钝化处理。本文详细评论探测器的性能数据,其中包括测试结构的电流-电压特性曲线、截止光谱曲线、焦平面列阵的量子效率和漏泄电流。     

室温型热释电红外探测器焦平面列阵新进展

文中介绍了目前室温工作的热释电红外探测器焦平面列阵的国外进展，混合型铁电陶瓷焦平面列阵已进入批量生产阶段，这类焦平面列阵制作的热像仪已于１９９５年进入商品市场，而单片式铁电薄膜红外探测器焦平面列阵还处在实验室研究阶段。     

环境温度补偿的红外焦平面阵列非均匀性校正

由于非制冷红外焦平面阵列的非均匀性随使用环境温度的变化漂移,校正参数需要经常更新.针对非制冷红外焦平面阵列非均匀这一特点和定标校正的不足,应用红外焦平面阵列二元非线性的非均匀性理论模型,提出了环境温度补偿的非均匀性校正,该方法既考虑了在大动态范围目标温度探测器响应的非线性,又考虑了使用环境温度变化对非均匀性的影响,从而...     

红外探测器响应非均匀性对系统灵敏度的影响

红外焦平面探测器的响应非均匀性将产生空域噪声,影响系统的灵敏度,在一般的红外系统灵敏度噪声等效照度（NEFD）和噪声等效温差（NETD）计算公式中,却不包含非均匀性的影响.通过非均匀性空域噪声的定义和焦平面探测器的空域噪声与时域噪声不相关的基本假设,在给出图像总噪声与探测器空域噪声和时域噪声关系的基础上,推导出了响应非均匀性与系统灵敏度NEFD和NETD的关系式,为红外系统的设计特别是非均匀性校正提供了依据.     

64×64元InSb光伏红外探测器列阵性能表征

用改进的恒压微探针方法,对64×64元 InSb 凝视红外焦平面器件光伏探测器列阵芯片的性能进行了抽样检测和均匀性评价.测得典型64×64元 InSb 芯片的探测器平均零偏阻抗为42MΩ(90K),非均匀性为20%;平均1000K黑体响应率为2.8A/W,非均匀性为6.3%;电学串音率＜2%.讨论了性能异常芯片上存在的局部电学串音现象.     

红外探测器材料与器件

一、红外焦平面列阵1．适合空间和地面应用的多色长波红外焦平面列阵技术（Latika S．R．Becker）2．长波HgCdTe焦平面列阵用高性能辐射硬化增透膜的设计与研制（Ashok K．Sood）3．多色探测器列阵的设计与研制（Ashok K．Sood）4．在硅上研制大规格红外焦平面列阵（Nibir K．Dhar等）     

用于侦察应用的6000元红外焦平面列阵

这里介绍一种6 000元锑化铟(InSb)红外焦平面列阵的设计、体系结构及性能.这种焦平面列阵体系结构允许用其基本元件制作任何一种N×1000元大小的列阵.为了能在穿轨和沿轨两个方向进行有效间距为10μm的21过取样,探测器采用了一种独特的双交错几何图形.这种探测器几何图形除了能以10μm的有效间距进行取样外,还允许使用25μm以下的实际像元尺寸,这样它便可以利用大像元的高信号俘获能力进行无重叠成像.锑化铟探测器是正面照射的P-on-N型台式二极管,它们不会产生明显的串音.互补型CMOS多路传输器是按M×250的分节形式设计的,它具有多达1 000万个电子的满势阱输出,其瞬时动态范围大于14bit,它可以为焦平面列阵提供灵活的低噪声读出.为了提供可用于侦察应用的、可靠且能够生产的长焦平面线列,锑化铟探测器与多路传输器的混成是利用一项取得专利的梁式引线技术完成的.介绍了6 000元红外焦平面列阵的表征,包括二极管的动态阻抗、读出噪声、线性度以及非均匀性等.除了构成焦平面列阵的混成组件的数据外,还介绍了CMOS多路传输器的实测特性.     

可编程高光谱红外焦平面列阵

红外探测器可产生用于温度测量和热探测的热图像。它们可以用于军事、工业和医学等不同领域。从结构上看,红外探测器又可分为单元、小列阵、长线列阵或者二维列阵。 本发明提供的是一种量子阱红外焦平面列阵,它是     

用递归空间低通滤光片对红外探测器列阵进行无颤动非均匀性补偿

美国专利US6507018 (2003年1月14日公布) 本发明提供一种用于补偿红外探测器列阵探测器元件响应非均匀性的无颤动空间-时间低通滤光片方法。该方法既适用于一维扫描列阵、又适用于二维凝视列阵。首先,它需要确定景物与探测器列阵的相对运动是否足以使用空间-时间低通滤光片型非均匀性补偿(NUC)算法。如果是,它便应用NUC算法,然后NUC     

红外导弹告警传感器

目前的红外导弹告警装置的研制得益于焦平面列阵和信号处理技术的最新进展。上一代机械结构复杂的大型扫描传感器正在被采用凝视探测器列阵的紧凑型传感器取代,新的传感器存在着一些新的设计问题,而且一般都具有更严格的信号处理要求。在本文中,我们将研究来犯导弹及背景的红外特性,并且说明我们如何能够表征凝视列阵传感器的性能以及用于目标－背景判别的有关信号处理技术,特别有意义的是多色判别技术的发展以及对于采用非致冷     

伪随机红外模糊列阵

美国专利US6469304 (2002年10月22日公布) 红外成像敏感器(即,焦平面列阵或焦平面列阵探测器)通常由成千上万个探测器元件组成。这些探测器元件都定位在光学系统的焦平面上,它们是通过一条合适的光路来观察一个场景并产生与该场景相对应的电输出的。     

加入运动触发场景的非均匀性校正方法

针对目前非均匀性校正方法存在的问题与不足,介绍了适于红外焦平面阵列探测器的非均匀性校正处理方法。其特点是用一个触发电路使基于场景的非均匀性校正电路对探测器的运动信号做出响应。实验结果表明,在没有劣化静态场景的情况下,该方法实现了运动场景信号的校正,不仅消除了红外焦平面阵列响应的非均匀性,而且补偿了其漂移。     

红外焦平面阵列非线性响应仿真

通过对红外焦平面阵列非均匀性产生原因的分析和总结,考虑了红外焦平面阵列各探测元问的空间相关性,在空间无关的红外焦平面阵列非线性响应模型的基础上,建立了基于空间相关性的红外焦平面阵列响应模型.用以线性响应模型为基础的非均匀性两点校正法对仿真结果进行了初步验证,仿真结果表明:校正以后非均匀性明显下降,但仍剩余的非均匀性与红外焦平面阵列的理想化响应模型以及基于各探测元问是互相独立不相关假设下的非线性响应模型相比,基于空间相关性的红外焦平面阵列非线性响应模型更为科学、客观,也更接近真实的红外焦平面探测器成像.     

红外焦平面探测器的非均匀性与校准方法研究

红外焦平面成像系统是红外成像技术发展的趋势,文中研究了红外焦平面探测器本身参数的非均匀性和对焦平面红外成像系统中探测器非均匀性的校准机理,并介绍焦平面成像信息处理系统实现的基本技术路线。     

红外焦平面阵列非均匀性仿真技术研究

红外焦平面阵列非均匀性的建模和仿真,是红外成像系统仿真中很关键的一部分.根据红外焦平面阵列非均匀性产生的原因和特点,建立了基于空间相关性的探测器响应模型,较基于各探测元间是独立不相关假设下的响应模型更为科学客观.     

多色量子阱红外探测器的发展

军用红外探测器需要使用工作在各种红外波段的大规格、高均匀性多色焦平面阵列器件.满足这些要求的一个候选者就是量子阱红外（光电）探测器（Quantum Well Infrared Photodetector,QWIP）.作为新一代红外探测器,QWIP基于极薄半导体异质结构中的载流子束缚效应. GaAs/AlGaAs/QWIP的主要优点包括标准的Ⅲ-Ⅴ族衬底材料和技术、良好的热稳定性、大面积、低研发成本以及抗辐射性.QWIP的另一个重要优点是具有带隙工程能力.可以通过调节量子阱宽度和势垒组分设计出满足特殊要求（例如多色焦平面列阵应用）的器件结构.介绍了对QWIP探测物理机制的理解以及近年来多色QWIP技术的发展状况.