制冷型探測(cè)器技術(shù)對(duì)比

上一期介紹紅外探測(cè)芯片文章中，已經(jīng)介紹了在非制冷紅外焦平面探測(cè)器芯片上，目前國內(nèi)紅外探測(cè)器芯片龍頭已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)完全替代，技術(shù)水平穩(wěn)居國際第一梯隊(duì)。在制冷型探測(cè)器領(lǐng)域，國內(nèi)參與的玩家就比較少了，主要是各研究院在推進(jìn)，民企里的參與者目前只有高德紅外能比肩國外。

這是因?yàn)橹评湫图t外探測(cè)器本質(zhì)上是一個(gè)光子探測(cè)器，要發(fā)揮其最佳性能，需要在低溫制冷。這就增加了其系統(tǒng)的復(fù)雜性，造成系統(tǒng)價(jià)格居高不下，從而制約了它的應(yīng)用和發(fā)展。目前僅在對(duì)靈敏度要求非常高的軍事領(lǐng)域和部分工業(yè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。目前第三代制冷型紅外光電探測(cè)器的材料主要包含HgCdTe、量子阱光探測(cè)（QWIPs）、II類超晶格（II-SLs）與量子點(diǎn)光探測(cè)（QDIPs）四種。

InfraRed Associates

InfraRed Associates是一家美國供應(yīng)商，在制冷InSb探測(cè)器，液氮制冷/斯特林制冷和熱電制冷HgCdTe探測(cè)器領(lǐng)域有深厚的技術(shù)積累。

（銻化銦探測(cè)器—InSb Detectors）

InfraRed Associates的光伏銻化銦探測(cè)器，是使用單晶材料臺(tái)面技術(shù)形成p-n結(jié)。在這個(gè)過程會(huì)產(chǎn)生最高質(zhì)量的光電二極管而顯示出在1μm至5.5μm波長范圍內(nèi)優(yōu)良的電光性能。這些二極管是背景限制（BLIP）的探測(cè)器，其性能優(yōu)化可以通過空間增強(qiáng)（冷卻FOV stops）或頻譜（冷卻干擾濾波器）背景減少。

在InSb制冷探測(cè)器上，InfraRed Associates憑借多年積累有著其他廠商難以逾越的技術(shù)護(hù)城河。

（InfraRed Associates標(biāo)準(zhǔn)光伏銦銻檢測(cè)器數(shù)據(jù)）

Lynred

法國Sofradir公司與Ulis公司在2019年合并為Lynred。Sofradir此前是歐洲主要的空間紅外探測(cè)制造商，是軍事、空間、科學(xué)和工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵類別高級(jí)紅外探測(cè)器的領(lǐng)先開發(fā)商和制造商。其廣泛的紅外產(chǎn)品覆蓋從可見光、近紅外到遠(yuǎn)紅外線的全部光譜。

Lynred前身Sofradir最拿手的技術(shù)便是碲鎘汞技術(shù)，Sofradir基于此技術(shù)率先研發(fā)了制冷型紅外探測(cè)器，并且提供不同的制冷器結(jié)構(gòu)布局以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)不同的機(jī)械和制冷需求。后面逐漸增加了銻化銦（InSb）、銦鎵砷（InGaAs）和量子阱紅外光電探測(cè)器技術(shù)。

（Lynred Daphnis制冷型紅外探測(cè)器）

Daphnis HD-MW基于此前Sofradir成熟的碲鎘汞技術(shù)技術(shù)構(gòu)建，是LYNRED提供的最小像素間距產(chǎn)品，可以適用于所有16：9的高清格式應(yīng)用。RM2，RM3，K508N冷卻器均可以用于此系列。

Daphnis系列的陣列可操作性高達(dá)99.8%，幀率輸出可以高達(dá)85Hz的全幀率。在293K，70%井填充，2.7 Me-的工況下NETD為20mK，靈敏度很高。

高德紅外

在上一期非制冷型的已經(jīng)介紹了高德紅外已經(jīng)擁有高性能非制冷探測(cè)器、制冷型碲鎘汞及二類超晶格紅外探測(cè)器三條核心器件批產(chǎn)線，是國際少有的具備三類器件研產(chǎn)能力的廠家。能批量生產(chǎn)制冷型探測(cè)器高德紅外也是國內(nèi)民企的獨(dú)一份了。

（高德紅外制冷型MCT中波系列產(chǎn)品）

MCT中波系列均為碲鎘汞制冷型探測(cè)器。C1212M中波陣列規(guī)格為1280X1024，像元間據(jù)為12μm，是國內(nèi)首創(chuàng)高清中波制冷紅外探測(cè)器，有更廣的視角，更遠(yuǎn)的視距，以及更為小巧緊湊的整機(jī)設(shè)計(jì)。在像元間距為12μm情況下，NETD仍能做到小于20mK，靈敏度可見一斑。上圖系列產(chǎn)品中，有效像元率均大于99.5%，而最佳的NETD可低至8mK。

同為碲鎘汞制冷型探測(cè)器，對(duì)比上文Lynred Daphnis系列，可見高德紅外技術(shù)實(shí)力比起國外廠商也不逞多讓。在像元間距更小的情況下甚至靈敏度還能比Daphnis做得更高。

另外，高德紅外的“Ⅱ類超晶格”制冷型紅外探測(cè)器在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)同時(shí)輸出的中長波雙色紅外焦平面探測(cè)器，填補(bǔ)了國內(nèi)該領(lǐng)域空白，技術(shù)指標(biāo)也位列國際領(lǐng)先水平。

（Ⅱ類超晶格制冷紅外探測(cè)系列）

小結(jié)

目前國內(nèi)外企業(yè)的制冷型紅外探測(cè)器材料的制造工藝都趨于成熟，技術(shù)路線也相對(duì)確定。如何基于現(xiàn)有工藝，進(jìn)行產(chǎn)品的高性能、小型化以及低成本升級(jí)，將在各國制冷型紅外探測(cè)器民用化進(jìn)程中起到?jīng)Q定性作用。