紅外探測器技術的發展

　　所有物體均發射與其溫度和特性相關的熱輻射，環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）。可知，紅外輻射提供了客觀世界的豐富信息，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。

　　熱成像是紅外技術的一個重要方面，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、開發乃至生產，越來越受重視而得以長足發展。

　　1800年Herschel 發現太陽光譜中的紅外線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，不斷出現新器件。現代科學技術的進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、材料等基礎科學和光、機、微電子和計算機等多領域的綜合科學技術。

　　2、物理學的進展是紅外探測器的基礎

　　紅外輻射與物質（材料）相互作用產生各種效應。100多年來，從經典物理到20世紀開創的近代物理，特別是量子力學、半導體物理等學科的創立，到現代的介觀物理、低維結構物理等等，有許多而且越來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生可度量的輸出。有多種熱效應可用于紅外探測器。

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

　　（2）溫差電（Seebeck）效應。可做成熱電偶和熱電堆，主要用于測量儀器。

　　（3）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。

　　（4）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 “ 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，將是21世紀最引人注目的探測器。

　　（5）熱釋電效應：快速溫度變化使晶體自發極化強度改變，表面電荷發生變化，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；光譜響應與波長無關，為無選擇性探測器；制備工藝相對簡易，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題。

　　2.2光電探測器

　　紅外輻射光子在半導體材料中激發非平衡載流子（電子或空穴），引起電學性能變化。因為載流子不逸出體外，所以稱內光電效應。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：又稱光敏電阻。入射光子激發均勻半導體中的價帶電子越過禁帶進入導帶并在價帶留下空穴，引起電導增加，為本征光電導。從禁帶中的雜質能級也可激發光生載流子進入導帶或價帶，為雜質光電導。截止波長由雜質電離能決定。量子效率低于本征光導，而且要求更低的工作溫度。