红外线感测器材料的研究进展
1.硒镉汞(HgCdTe)红外探测器材料
硒镉汞(HgCdTe)是一种直接带隙半导体,通过控制组分的x值,可以使带隙在0~1.45eV间变化,理论上可以探测1μm以上所有波长的红外辐射,具有中波红外、长波红外和超长波红外的波长灵活性和多色能力。此外,碲镉汞的有效质量小、电子迁移率高、少子寿命长,能够达到80%左右的极高量子效率。自20世纪80年代国外已开始把碲镉汞材料的生长重点由体材料转向了外延薄膜材料。近年来随着分子束外延技术的迅速发展,HgCdTe薄膜材料也取得了较大的进展,主要体现在大规格Si、Ge衬底碲镉汞薄膜材料以及多色异质外延碲镉汞薄膜材料技术方面,以适应红外焦平面器件对材料的大面积、均匀、高性能、多色的要求,是当前红外探测器材料技术研究的重点和热点。
2.量子阱红外探测器材料
量子阱红外探测器材料近年来发展迅速,长波阵列的性能已与碲镉汞阵列的性能相当。它具有独特的结构特点,更易于实现大规格和多色探测能力,也是红外探测器材料技术的一个重要发展方向。
3.非制冷红外探测器材料
非制冷红外探测器材料具有低成本、低功耗、高可靠性等优势,能满足第三代红外探测器的高工作温度要求,是未来小型低成本热像仪的主流材料,未来的发展方向是继续缩小像素尺寸,改善温度灵敏度和空间分辨力,缩短响应时间和降低成本。例如,热释电探测器、微测辐射热计、非晶硅探测器等。
4.新型红外探测材料
除了上述传统材料,研究人员还在研发一些新型的红外探测材料。例如,硫系钙钛矿(chalcogenide
perovskites),其中一款硫化钡钛(Barium
titanate,
BTS)材料可制备成大晶体形态,该材料可与光发生交互反应,光的折射方向取决于名为双折射(birefringence)的光属性。双折射效应是具有取决于光的偏振和传播方向的折射率的材料的光学性质。BTS材料可被用于传感器设备,助其过滤某些光偏振,提升图像的对比度。
5.结论
综上所述,红外线感测器材料的研究进展主要体现在以下几个方面:一是传统材料如碲镉汞和量子阱的优化和发展;二是非制冷红外探测器材料的低成本、低功耗、高可靠性的优势;三是新型材料如硫系钙钛矿的研究和应用。这些进展不仅提高了红外线感测器的性能,也为未来的红外技术发展提供了更多的可能性。