红外探测器

译者序

原书前言

致谢

作者简介

第Ⅰ部分红外探测技术的基础知识

第1章 辐射度学2

1.1辐射度学和光度学的相关量和单位3

1.2辐射度学物理量的定义5

1.3辐射率6

1.4黑体辐射9

1.5发射率（比辐射率）12

1.6红外光学系统13

1.7红外系统辐射度学的相关概念16

1.7.1夜视系统16

1.7.2大气透射和红外光谱19

1.7.3景物辐射和对比度20

参考文献21

第2章 红外探测器的性质22

2.1 现代红外技术的发展史24

2.2红外探测器分类28

2.3红外探测器制冷31

2.3.1低温杜瓦瓶31

2.3.2焦耳-汤普森制冷器32

2.3.3斯特林循环制冷技术32

2.3.4珀耳帖制冷器33

2.4探测器的品质因数33

2.4.1响应度34

2.4.2噪声等效功率34

2.4.3探测率34

2.5基本的探测率极限35

参考文献40

第3章 红外探测器的基本性能极限44

3.1热探测器44

3.1.1工作原理44

3.1.2噪声机理47

3.1.3比探测率和基本极限48

3.2光子探测器52

3.2.1光子探测过程52

3.2.2光子探测器的理论模型55

3.2.2.1光学生成噪声56

3.2.2.2热生成和复合噪声57

3.2.3光电探测器的最佳厚度58

3.2.4探测器材料的品质因数58

3.2.5减小器件体积以提高性能60

3.3光子和热探测器基本限制的比较62

3.4光电探测器的建模66

参考文献68

第4章 外差式探测技术72

参考文献80

第Ⅱ部分红外热探测器

第5章 温差电堆84

5.1温差电堆的基本工作原理84

5.2品质因数87

5.3热电材料89

5.4利用微机械技术制造温差电堆93

5.4.1设计优化93

5.4.2温差电堆的结构布局94

5.4.3微温差电堆技术95

参考文献97

第6章 测辐射热计100

6.1测辐射热计的基本工作原理100

6.2测辐射热计类型102

6.2.1金属测辐射热计102

6.2.2热敏电阻103

6.2.3半导体测辐射热计104

6.2.4微型室温硅测辐射热计107

6.2.4.1测辐射热计的传感材料109

6.2.4.2氧化钒109

6.2.4.3非晶硅110

6.2.4.4硅二极管111

6.2.4.5其它材料111

6.2.5超导测辐射热计112

6.2.6高温超导测辐射热计116

6.3热电子测辐射热计121

参考文献124

第7章 热释电探测器132

7.1热释电探测器的基本工作原理132

7.1.1响应度133

7.1.2噪声和探测率136

7.2热释电材料选择138

7.2.1单晶141

7.2.2热释电聚合物142

7.2.3热释电陶瓷142

7.2.4电介质测辐射热计144

7.2.5材料选择145

7.3热释电摄像机146

参考文献147

第8章 新型热探测器150

8.1高莱辐射计150

8.2新型非制冷探测器152

8.2.1电耦合悬臂梁结构153

8.2.2光学耦合悬臂梁结构156

8.2.3热-光传感器160

8.2.4天线耦合微测辐射热计161

8.3热探测器性能比较163

参考文献164

第Ⅲ部分红外光子探测器

第9章 光子探测器理论170

9.1光电导探测器170

9.1.1本征光电导理论170

9.1.1.1扫出效应172

9.1.1.2光电导体中的噪声机理174

9.1.1.3量子效率176

9.1.1.4光电导体的最终性质177

9.1.1.5背景影响178

9.1.1.6表面复合的影响178

9.1.2非本征光电导理论179

9.1.3本征和非本征红外探测器的工作温度187

9.2pn结光敏二极管190

9.2.1理想扩散限pn结192

9.2.1.1扩散电流192

9.2.1.2量子效率193

9.2.1.3噪声194

9.2.1.4比探测率196

9.2.2实际的pn结197

9.2.2.1生成-复合电流198

9.2.2.2隧穿电流200

9.2.2.3表面漏电流201

9.2.2.4空间电荷限电流203

9.2.3响应时间204

9.3pin光敏二极管206

9.4雪崩光敏二极管209

9.5肖特基势垒光敏二极管214

9.5.1肖特基-莫特理论及其修正214

9.5.2电流传输过程216

9.5.3硅化物217

9.6金属-半导体-金属光敏二极管218

9.7金属-绝缘体-半导体光敏二极管220

9.8非平衡光敏二极管224

9.9nBn探测器225

9.10光电磁、磁致浓差和登伯探测器226

9.10.1光电磁探测器227

9.10.1.1光电磁效应227

9.10.1.2利乐解228

9.10.1.3制造技术和性能229

9.10.2磁致浓差探测器230

9.10.3登伯探测器231

9.11光子牵引探测器234

参考文献236

第10章 本征硅和锗探测器246

10.1硅光敏二极管247

10.2锗光敏二极管254

10.3锗化硅光敏二极管256

参考文献258

第11章 非本征硅和锗探测器261

11.1非本征探测技术262

11.2非本征光电探测器的工作特性264

11.3非本征光电导体的性能265

11.3.1硅掺杂光电导体265

11.3.2锗掺杂光电导体268

11.4受阻杂质带器件269

11.5固态光电倍增管273

参考文献273

第12章 光电发射探测器278

12.1内光电发射过程278

12.1.1散射效应281

12.1.2暗电流283

12.1.3金属电极283

12.2肖特基势垒探测器截止波长的控制285

12.3肖特基势垒探测器的结构优化和制造285

12.4新型内光电发射探测器287

12.4.1异质结内光电发射探测器287

12.4.2同质结内光电发射探测器288

参考文献290

第13章 Ⅲ-V族（元素）探测器295

13.1Ⅲ-V族窄带隙半导体的物理性质295

13.2InGaAs 光敏二极管301

13.2.1pin InGaAs光敏二极管302

13.2.2InGaAs 雪崩光敏二极管304

13.3二元Ⅲ-V探测器308

13.3.1InSb光电导探测器308

13.3.2InSb 光电磁探测器309

13.3.3InSb 光敏二极管310

13.3.4InAs 光敏二极管318

13.3.5InSb 非平衡光敏二极管321

13.4三元和四元Ⅲ-V探测器323

13.4.1InAsSb探测器324

13.4.1.1InAsSb光电导体324

13.4.1.2InAsSb光敏二极管327

13.4.2以GaSb三元和四元合金为基础的光敏二极管333

13.5以Sb为基础的新型Ⅲ-V窄带隙光电探测器337

13.5.1InTlSb和InTlP337

13.5.2InSbBi338

13.5.3InSbN338

参考文献338

第14章 碲镉汞（HgCdTe）探测器351

14.1HgCdTe探测器的发展史351

14.2HgCdTe材料：技术和性质354

14.2.1相图354

14.2.2晶体生长技术355

14.2.3缺陷和杂质362

14.2.3.1固有缺陷362

14.2.3.2掺杂物363

14.3HgCdTe的基本性质364

14.3.1能带隙366

14.3.2迁移率367

14.3.3光学性质369

14.3.4热生成-复合过程373

14.3.4.1肖克莱-里德过程373

14.3.4.2辐射过程374

14.3.4.3俄歇过程375

14.4俄歇效应为主的光电探测器性能378

14.4.1平衡型器件378

14.4.2非平衡型器件379

14.5光电导探测器380

14.5.1探测技术381

14.5.2光电导探测器的性能382

14.5.2.1工作在温度77K的器件382

14.5.2.2工作温度高于77K的器件386

14.5.3俘获模式光电导体388

14.5.4排斥光电导体389

14.5.5扫积型探测器392

14.6光伏探测器397

14.6.1结的形成397

14.6.1.1Hg向内扩散398

14.6.1.2离子束铣399

14.6.1.3离子植入399

14.6.1.4反应离子刻蚀402

14.6.1.5生长期间掺杂402

14.6.1.6钝化404

14.6.1.7接触层金属化工艺406

14.6.2对HgCdTe光敏二极管性能的主要限制407

14.6.3对HgCdTe光敏二极管性能的次要限制419

14.6.4雪崩光敏二极管423

14.6.5俄歇抑制光敏二极管429

14.6.6金属-绝缘体-半导体光敏二极管433

14.6.7肖特基势垒光敏二极管436

14.7Hg基探测器437

14.7.1晶体生长437

14.7.2物理性质438

14.7.3HgZnTe光电探测器440

14.7.4HgMnTe光电探测器442

参考文献444

第15章 IV-Ⅵ族（元素）探测器469

15.1材料制备和性质469

15.1.1晶体生长469

15.1.2缺陷和杂质472

15.1.3物理性质473

15.1.4生成?复合过程477

15.2多晶光电导探测器481

15.2.1多晶铅盐的沉积481

15.2.2制造技术482

15.2.3性能483

15.3p-n结光敏二极管486

15.3.1性能限486

15.3.2技术和性质489

15.3.2.1扩散光敏二极管492

15.3.2.2离子植入493

15.3.2.3异质结493

15.4肖特基势垒光敏二极管495

15.4.1肖特基势垒的相关争议问题496

15.4.2技术和性质498

15.5非寻常薄膜光敏二极管503

15.6可调谐谐振腔增强型探测器505

15.7铅盐与HgCdTe507

参考文献509

第16章 量子阱红外光电探测器521

16.1低维固体：基础知识521

16.2多量子阱和超晶格结构526

16.2.1成分超晶格结构527

16.2.2掺杂超晶格结构529

16.2.3子带间光学跃迁530

16.2.4子带间弛豫时间533

16.3光电导量子阱红外光电探测器534

16.3.1制造技术536

16.3.2暗电流537

16.3.3光电流542

16.3.4探测器性能543

16.3.5量子阱红外光电探测器与碲镉汞探测器546

16.4光伏量子阱红外光电探测器548

16.5超晶格微带量子阱红外光电探测器551

16.6光耦合552

16.7其它相关器件555

16.7.1p类掺杂GaAs/AlGaAs 量子阱红外光电探测器555

16.7.2热电子晶体管探测器557

16.7.3SiGe/Si量子阱红外光电探测器558

16.7.4采用其它材料体系的量子阱红外光电探测器560

16.7.5多色探测器561

16.7.6集成发光二极管量子阱红外光电探测器564

参考文献565

第17章 超晶格红外探测器576

17.1HgTe/HgCdTe超晶格576

17.1.1材料性质576

17.1.2超晶格光敏二极管580

17.2应变层超晶格583

17.3InAsSb/InSb应变层超晶格光敏二极管584

17.4InAs/GaInSb II类应变层超晶格585

17.4.1材料性质586

17.4.2超晶格光敏二极管589

17.4.3nBn超晶格探测器596

参考文献598

第18章 量子点红外光电探测器603

18.1量子点红外光电探测器的制备和工作原理603

18.2量子点红外光电探测器的预期优势606

18.3量子点红外光电探测器模型607

18.4量子点红外光电探测器性能611

18.4.1R0A乘积611

18.4.2温度78K时的比探测率611

18.4.3高温性能612

参考文献614

第Ⅳ部分焦平面阵列

第19章 焦平面阵列结构概述618

19.1概述619

19.2单片焦平面阵列结构625

19.2.1电荷耦合器件626

19.2.2互补金属氧化物半导体器件629

19.3混成型焦平面阵列632

19.3.1互连技术633

19.3.2读出集成电路635

19.4焦平面阵列的性能640

19.4.1噪声等效温差640

19.4.2读出电路对噪声等效温差的影响643

19.4.2.1HgCdTe光敏二极管和量子阱红外光电探测器的读出电路限噪声等效温差645

19.5最小可分辨温差646

19.6自适应焦平面阵列647

参考文献649

第20章 热探测器焦平面阵列653

20.1热电堆焦平面阵列655

20.2测辐射热计焦平面阵列659

20.2.1制造技术662

20.2.2焦平面阵列性能664

20.2.3封装669

20.3热释电焦平面阵列670

20.3.1线阵列670

20.3.2混成型结构672

20.3.3单片结构674

20.3.4对非制冷焦平面阵列商业市场的展望677

20.4新型非制冷焦平面阵列678

参考文献681

第21章 光子探测器焦平面阵列688

21.1本征硅和锗焦平面阵列688

21.2非本征硅和锗焦平面阵列693

21.3光电发射阵列698

21.4Ⅲ V族（元素）焦平面阵列704

21.4.1InGaAs焦平面阵列704

21.4.2InSb焦平面阵列708

21.4.2.1混成型InSb焦平面阵列709

21.4.2.2单片InSb焦平面阵列712

21.5HgCdTe 焦平面阵列715

21.5.1单片焦平面阵列717

21.5.2混成型焦平面阵列718

21.6铅盐焦平面阵列726

21.7量子阱红外光电探测器阵列729

21.8InAs/GaInSb 应力层超晶格焦平面阵列735

参考文献737

第22章 太赫兹探测器和焦平面阵列749

22.1直接和外差太赫兹探测技术：概论750

22.2肖特基势垒结构754

22.3对破坏中断光子探测器757

22.4热探测器760

22.4.1半导体测辐射热计761

22.4.2超导热电子测辐射热计763

22.4.3转换边界传感器测辐射热计765

22.5场效应晶体管探测器769

22.6结论772

参考文献772

第23章 第三代红外探测器781

23.1多色探测技术的优越性782

23.2第三代探测器的技术要求783

23.3HgCdTe多色探测器786

23.3.1双波段HgCdTe探测器787

23.3.2三色HgCdTe探测器795

23.4多波段量子阱红外光电探测器797

23.5Ⅱ类InAs/GaInSb双波段探测器807

23.6多波段量子点红外光电探测器809

参考文献812

跋819

《红外探测器(原书第2版)》内容丰富、系统，极具先进性。《红外探测器(原书第2版)》有三个鲜明特点：第一，内容十分丰富，该书由四部分23章组成，概述了红外探测器的发展史，详细介绍了各种红外探测器的当前状况，同时根据相关理论预测了其性能极限；第二，内容非常系统，不仅介绍了红外探测技术的基础知识，而且还较为详细地阐述了各种类型的探测器，可使读者对红外探测器有全面了解，又能侧重自己从事的研究项目；第三，内容极具先进性，囊括了各种成熟的红外探测器和研究课题，同时介绍了曾经研究但尚未完全成功应用的一些项目，分析了其中的主要原因，指出未来可能的发展方向。《红外探测器(原书第2版)》参考了大量的会议文献和技术资料，并根据原书作者研究团队的研究成果和经验，分析和列出了目前已经达到的最高性能，无疑给读者提供了一个参考基准，是一部非常有价值的参考书。《红外探测器(原书第2版)》可供光电子领域特别是航空航天方向从事红外光学仪器设计、器件设计及研究的工程师和研究人员使用，也可作为大专院校相关专业师生的参考用书。【作者简介】作者(波兰)罗格尔斯基 译者周海宪、程云芳 注释解说词周华君、程林