高灵敏度大动态量子阱长波红外探测器.pdf

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1、红外科学与技术全国实验室高灵敏度、大动态高灵敏度、大动态量子阱长波红外探测器量子阱长波红外探测器第25届中国国际光电博览会“红外技术赋能智慧电网安全运营论坛”2024.9.12 深圳红外探测器发展历史路线图红外探测器发展历史路线图DR.MICHAEL A.KINCHChief Scientist of DRS-RSTA量子阱的基本原理量子阱的基本原理 量子力学原理量子力学原理探测波长：由阱宽和垒高决定探测波长：由阱宽和垒高决定 GaAs/AlGaAsAlGaAsAlGaAsAlGaAsGaAsGaAsAlGaAsGaAsGaAs=02*cossin4)(rowccnmhfNdvva96.0)(

2、22122*=zEEmfIncidence angleIncidence angleGaAs-AlGaAs 材料体系材料体系人工胜于先天？人工胜于先天？先天胜于人工？先天胜于人工？得天独厚的得天独厚的材料体系材料体系GaAs-AlGaAs成熟的成熟的III-V工艺工艺碲镉汞量子阱比较波段可调是是=相同响应宽带窄带 各有千秋量子效率高低 短处 均匀性好很好+长处盲元率高低(10.5)+长处积分时间短长NETD好好=工作温度HOT偏低 短处 大规模有难度较容易(4/6inch)+长处(量产)价格高较低(封装成本为主)+目前目前量子阱焦平面探测器状况量子阱焦平面探测器状况1.规模：规模：320 25

3、6、640 5122.探测波长：探测波长：8 9 m、10 11 m、14 16 m3.长波长波偏振焦平面偏振焦平面(消光比消光比10:1)4.航天应用验证航天应用验证(新技术试验卫星新技术试验卫星)5.像素级像素级A/D的全数字化读出电路的全数字化读出电路应用背景估算应用背景估算假设目标背景温度为27，按照黑体辐射公式，显然辐射功率最大处在10m，出射光子数最大处在12m处。取探测波长为1012m可获得最大入射光子数246810121416182022242628300.05.0 x10-41.0 x10-31.5x10-32.0 x10-32.5x10-33.0 x10-3 Mqbb(W.

4、cm-2m-1)Wavelength(m)T=301K(28Co)T=300K(27Co)T=299K(26Co)T=273K(0Co)246810121416182022242628302.0 x10164.0 x10166.0 x10168.0 x10161.0 x10171.2x10171.4x10171.6x10171.8x1017 Mqbb(s-1cm-2m-1)Wavelength(m)T=301K(28Co)T=300K(27Co)T=299K(26Co)T=273K(0Co)1.响应率估算，假设光敏元面积为A，冷屏F数为f，则照射到光敏元上的背景光功率谱密度为：探测器性能参数估

5、算=+=+=+=+其中,c为光速,TB为背景温度。假设探测波段为1012m,则有：P0(W/m2)301K300K(27)299K89m30.312429.746629.18781112m29.472929.060128.65051012m60.541959.655358.7761812m122.4178120.4361118.47411415m22.383022.128621.8755探测器性能参数估算=42+1241=42+11012241=42+1012对应的波段光子数为，假设探测波段为1012m，则有：光子数秒-1cm-2m-1M0(1017)301K300K(27)M0(1015)M

6、0(301K)/M0(300K)89m1.29721.27302.421.90%1112m1.70431.68042.391.42%1012m3.34493.29614.881.48%812m6.15076.05239.841.63%1415m1.63171.61321.851.15%=421=42 1=nR=4=42计算公式：响应率光电流根据普朗克黑体公式可推导出噪声等效温差(NETD)定义：探测器噪声限的NETD为：(为量子效率，n为入射光子数)量子阱探测器的噪声电流D=1=2=探测器噪声限的NETD的积分形式