红外探测器组件制冷参数分析

全面深入了解红外探测器组件制冷需求对促进红外探测器组件应用具有重要意义.本文详细分析了红外探测器组件应用中和斯特林制冷机相关的技术参数,主要有红外探测器组件外形尺寸、重量、红外探测器工作温度、制冷时间、输入功率、控温精度、机械噪声、环境适应性和可靠性等,并结合工程实际应用,指出了红外探测器组件应用中斯特林制冷机选型要重点关注的问题以及红外探测器组件制冷参数设计方法,为更好地应用红外探测器组件提供参考.     

制冷型红外探测器组件降温时间的影响因素

以工作物质的一定压力、温度为基准状态,定义了组件热容量影响系数、工质状态(压力/温度)影响系数、流量影响系数等参数,为红外探测器组件的降温时间计算建立理论模型,用该模型计算分析了高温环境下组件的热容量和工质制冷量的变化对降温时间的影响,并和实验结果进行了比较.另外分析了实际情况小幅偏离基准状态对实验结果的影响.     

冷屏对红外探测器组件降温影响研究

冷屏是制冷型红外探测器组件的重要组成部分并伴随探测器一起降温,所以不同技术状态冷屏对红外探测器组件降温会有影响。本文针对320×256 30 μm规模红外探测器用F2冷屏,通过对不同技术状态冷屏在相同冷平台下的降温实验,研究对应技术状态冷屏对降温过程的影响情况,并获得了各冷屏技术状态对应的影响量。本文结果对优化冷屏热学设计有一定借鉴意义。     

资源遥感用红外多谱段探测器组件性能探讨

资源遥感对红外探测器有较高的要求,如高探测率、高可靠性、低功耗、多谱段、探测率均匀性好、探测器元间串音小、可在较高温度下工作等。从工程应用的角度出发,将滤光片、红外探测器和前置放大器视为一个组件,考虑三者间的相互影响,对组件的主要性能指标和评测方法进行了论述,提出了探测器组件设计和测试时需要注意的问题。在实际工作中,根据系统要求,正确理解性能参数的含义,从应用的角度提出合理的测试评价方法,对推动红外探测器的应用具有重要意义。     

SPRITE红外探测器性能的最佳应用

文章介绍了工作波段为8～12.5μm、工作温度为80K,器件尺寸:长度L=700μm、宽度w=62.5μm、厚度d=7μm、读出区面积wl=62.5μm×50μm(名义值)的8条SPRITE红外探测器制造和性能;描述了器件工作电压和探测器性能的关系;讨论了该探测器在热成像系统中最佳使用偏置应为60V/cm,而不是目前的30V/cm;对SPRITE探测器进行了理论分析,指出:在热成像系统中,偏置为60V/cm的SPRITE探测器将获得最佳应用,其性能优于160元背景限线列探测器;还讨论了探测器的热负载和工作电压的关系.     

红外探测器组件的结构

针对当今实用的红外探测器组件结构，根据应用场合致冷方式的不同作了简明的分类，并阐述各自的环境特点和应用方向。     

基于CMOS工艺的双层非制冷热敏电阻型红外探测器

采用0.5μm标准CMOS工艺和微机械加工工艺,设计并制作了低成本双层非制冷热敏电阻型红外探测器。探测器采用隐藏桥腿式微桥结构,使用表面牺牲层技术实现,其中包括Al、W和Si3种牺牲层材料。CMOS工艺加工完成后,双层微桥结构的微机械加工过程只需进行湿法腐蚀即可,成本较低。对双层红外探测器的热性能和光电特性进行测试,其热导为1.96×10-5 W/K,热容为2.23×10-8 J/K,热时间常数为1.14ms。当红外辐射调制频率为10Hz时,双层红外探测器的电压响应率为2.54×104 V/W,探测率为1.6×108 cm·Hz1/2/W。     

线列TDI型红外探测器组件坏元替代方法

国产线列TDI型红外探测器组件在红外系统中的应用越来越广泛,但由于加工材料和制造工艺等因素的影响,探测器组件存在坏元,将造成图像质量下降,图像灰度分布失真,进而影响红外系统的性能。本文介绍了576×6线列TDI型红外探测器组件的读出电路坏元替代方法,采用该方法可进行线列TDI型红外探测器组件通道内的坏元替代,提高图像质量。     

非制冷红外探测器陶瓷封装结构优化及可靠性分析

陶瓷封装是非制冷红外探测器最主流的封装形式,封装的低成本、小型化和高可靠性是发展方向。在某款陶瓷封装探测器结构的基础上,提出一种优化结构,优化后成本降低约5%、体积缩小约30%。基于ANSYSWorkbench有限元分析软件,从网格数量无关性验证出发,分析了非制冷红外探测器陶瓷封装原始结构和优化结构各组件在10.2G随机振动环境和500g半正弦波冲击振动环境的最大等效应力和最大形变,结果显示两种结构均满足可靠性要求。在此基础上,本文对优化结构红外窗口的不同材料和不同厚度进行了500g半正弦波冲击振动环境可靠性仿真,结果表明：0.3 mm～1.0 mm厚度锗窗口和硅窗口均满足可靠性要求,最大等效应力和最大形变与窗口厚度呈负相关,相同厚度的红外窗口,硅窗口比锗窗口可靠性表现更好。本文的研究为非制冷红外探测器陶瓷封装形式的后续结构设计和仿真计算提供了参考。     

基于InGaAs探测器的制冷试验分析

为解决红外图像高质量要求与紧张的卫星有效载荷资源间矛盾,针对Xenics公司的InGaAs短波红外探测器XLIN-1.7-2048开展电制冷试验以确定其工作模式。对比暗背景与不同光辐照情况下,探测器开启半导体热电制冷与不制冷时的像元均值、噪声与灵敏度,综合考虑系统要求、功耗、辐冷板面积、重量及可靠性等因素,最终确定常温工作状态下的工作模式。     

硫化铅红外探测器光电性能自动测试系统设计

简要介绍了硫化铅红外探测器光电性能自动测试系统的构造及设计思路。与传统的测试设备相比,自动测试系统具有测试快速准确、操作简单、可靠性高等显著特点。     

星载红外探测器组件环境适应性分析与性能优选

为满足低等级红外探测器组件在高可靠性领域的空间应用需求,对星载红外探测器组件进行温度循环试验、力学试验以及高温老炼试验等环境试验考核,并基于双积分球式均匀照明系统对环境试验前后红外探测器组件相对光谱响应率进行测试。通过对比环境试验前后红外探测器组件相对光谱响应率变化,分析红外探测器组件的环境适应性,揭示红外探测器组件的质量缺陷及其他潜在缺陷,剔除早期失效,并从参试红外探测器组件中筛选出性能优良的探测器应用在星载偏振扫面仪进行大气偏振探测。试验结果表明:参试的红外探测器组件在环境试验前后具有良好的稳定性和可靠性,可以满足航天载荷应用需求。     

HgCdTe红外探测器信号抑漂与一致性研究

对三级半导体制冷HgCdTe红外探测器信号输出不一致性和信号漂移产生原因进行深入分析与研究,并说明使其输出一致与信号稳定的必要性,着重论证了调整偏置电流对探测器输出的影响,并采用校零技术,信号合成与还原技术等对抑制漂移的基本方法。     

红外焦平面探测器模拟装置设计

红外焦平面探测器价格昂贵,不慎损坏将带来巨大的经济损失,使用探测器模拟装置进行调试可以降低风险,装置采用CMOS传感器＋DSP＋FPGA的体系结构。传感器产生1280×1024可见光图像发送给DSP,DSP对数据处理后写入双端口存储器,FPGA读取数据并缓存后根据收到的MC、INT信号及窗口尺寸和位置等配置情况对缓存的图像进行开窗,生成DV等信号并控制数模转换器将图像数据转换为四路模拟信号输出,FPGA控制模数转换器对接口电路电源进行检测。实验结果表明,模拟装置能够较全面模拟探测器各项功能和工作模式,可以有效降低装调风险并提高测试效率。     

Improvement of tunnel compensated quantum well infrared detector

To reduce the difficulty of the epitaxy caused by multiple quantum well infrared photodetector (QWIP) with tunnel compensation structure, an improved structure is proposed. In the new structure, the superlattices are located between the tunnel junction and the barrier as the infrared absorption region, eliminating the effect of doping concentration on the well width in the original structure. Theoretical analysis and experimental verification of the new structure are carried out. The experimental sample is a two-cycle device, each cycle contains a tunnel junction, a superlattice infrared absorption region and a thick barrier. The photosurface of the detector is 200 × 200 μm² and the light is optically coupled by 45° oblique incidence. The results show that the optimal operating voltage of the sample is –1.1 V, the dark current is 2.99 × 10^–8 A, and the blackbody detectivity is 1.352 × 10⁸ cm·Hz^1/2·W^–1 at 77 K. Our experiments show that the new structure can work normally.     

Cooling process optimization to control Te inclusions for improving CdZnTe detector performance

Investigation of Te inclusion distribution in CdZnTe crystals treated by the cooling process at different rates indicated that cool slowly at 10–20 K/h caused the emergence of lower concentration but larger size Te inclusions, with a high level total volume fraction, decreasing the IR transmittance. When cooled fast, the dimension of Te inclusions reduced and the concentration increased, even the faster cooling rate, the higher the concentration; moreover the IR transmittance improved. The measurement of energy spectrum demonstrated that Te inclusions of large size or high concentration induced by slow or too fast cooling rate respectively degenerate spectroscopy performance. Cooling at 40–50 K/h presented an optimized process, which retained a certain amount but small size Te inclusions and kept a low total volume fraction, expressing better energy resolution.     

拼接红外探测器冷头设计

随着红外探测技术的快速发展,具有长线列/大面阵特征的拼接探测器应用需求越来越广泛。本文结合国内外拼接探测器封装技术的研究情况,分析了拼接探测器冷头结构的常用材料和设计方法,对于拼接探测器的研制具有一定的参考价值。