InGaAs短波红外探测器应用
InGaAs(P)InP近红外单光子探测器暗计数特性研究.doc
InGaAs(P)/InP近红外单光子探测器暗计数特性研究基于InGaAs(P)/InP 雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diodes,SPADs)的近红外单光子探测器具有功耗低、不需超低温制冷、可靠性高、使用简单、易集成、近红外探测效率高等优点,在光通讯波段(1310 nm、1550 nm)量子密钥分发(QKD)、激光测距(1064nm、1550nm)等前沿领域有着迫切的应用需求,但其暗计数特性对应用有诸多限制。
InGaAs(P)/InPSPAD基近红外单光子探测器主要包括InGaAs(P)/InP SPAD及其驱动电路,二者的性能均可影响探测器性能。
本论文主要针对InGaAs(P)/InP SPAD基近红外单光子探测器的暗计数特性及其影响因素、InGaAs(P)/InPSPAD暗电流特性及其影响因素进行深入研究,探索二者关联特性,为SPAD器件及单光子探测器的性能优化提供指导。
搭建SPAD 器件变温测试平台对SPAD暗电流特性进行了研究;搭建激光束诱导电流(LBIC)测试系统对SPAD器件的响应均匀性及其边缘击穿特性进行了研究;研制SPAD器件单光子探测性能测试装置对不同SPAD器件对应单光子探测器的暗计数特性进行了研究。
对SPAD器件暗电流特性及其对应单光子探测器的暗计数关联性进行探索,研究发现SPAD雪崩击穿偏压处的暗电流斜率与相应单光子探测器的暗计数相关,斜率较小时相应的暗计数较小;暗电流与暗计数存在抖动情况,此抖动均与温度呈负相关,与过偏压无关。
目前对暗计数特性的研究主要集中于影响机制,并未发现对上述结果的报导。
ingaas吸收光谱 -回复
ingaas吸收光谱-回复什么是InGaAs吸收光谱？InGaAs即为Indium Gallium Arsenide的简称，是一种宽带隙半导体材料，在红外光谱范围内具有较高的吸收系数和灵敏度。
由于其独特的电子结构和光学性质，InGaAs已被广泛应用于红外探测器、光电二极管、激光二极管等光学器件中，因此了解InGaAs的吸收光谱对于研究和应用该材料至关重要。
InGaAs的吸收光谱主要由其能带结构决定。
InGaAs是一种能带隙为0.74~1.35 eV的直接带隙半导体，其能带结构决定了在不同波长光照射下的吸收特性。
在研究InGaAs的吸收光谱之前，我们首先需要了解吸收度和吸收系数两个概念。
吸收度表示材料吸收光线的能力，是一个无量纲量；而吸收系数则是表示单位长度内材料吸收光线的能力，其单位为1/米。
对于InGaAs而言，其吸收光谱通常在800 nm到2600 nm（或更长）的波长范围内进行研究。
在这个范围内，InGaAs的吸收系数随着波长的增加而增加。
在800 nm到1100 nm范围内，InGaAs的吸收系数通常较小，且随着波长的增加而缓慢增加。
在1100 nm到1700 nm的范围内，InGaAs的吸收系数开始快速增加，这个范围也是其应用较广泛的波长范围。
在1700 nm到2600 nm的波长范围内，InGaAs的吸收系数则开始趋于稳定，但仍然相对较高。
此外，InGaAs的吸收光谱还受到多种因素的影响，如结构缺陷、杂质、表面态和温度等。
这些因素的存在会导致吸收谱的变化，影响材料的光吸收性能。
总的来说，InGaAs的吸收光谱表现出在可见光范围内较小的吸收系数，而在红外光谱范围内表现出较高的吸收系数。
这使得InGaAs在红外光学器件和探测器中具有广泛应用的潜力。
在利用InGaAs进行光学器件设计和优化时，研究其吸收光谱是十分重要的。
了解材料在不同波长光照射下的吸收特性，可以为器件的光学性能优化提供指导，并有助于最大限度地利用这种材料的特性。
铟镓砷相机的原理
铟镓砷（InGaAs）相机是一种红外相机，适用于探测和拍摄近红外和短波红外光谱范围内的图像。
它的工作原理基于铟镓砷半导体的特性以及红外辐射的探测和转换。
铟镓砷半导体具有较高的红外灵敏度，其能带结构使其在近红外和短波红外波段（0.9微米至1.7微米）具有较高的响应度。
在铟镓砷相机中，通常使用PN结或PN垒结来实现红外光的探测。
工作时，铟镓砷相机通过透镜将红外辐射聚焦在铟镓砷探测器上。
当红外光照射到探测器的PN结或PN垒结处时，光子的能量会激发电子从价带跃迁到导带，产生电荷载流子。
这些电荷载流子被探测器中的电场分离，形成由电压或电流表示的信号。
接下来，铟镓砷相机通常使用信号放大器和模数转换器（ADC）来处理和转换来自探测器的电信号。
这样，红外图像的亮度和对比度等信息就能以数字形式输出，并可通过显示器或其他设备进行显示和分析。
铟镓砷相机由于其在近红外和短波红外波段的敏感性，常被用于军事、安防、医疗和科学研究等领域，例如红外光谱分析、红外成像和热成像等应用。
InGaAs短波红外探测器应用
2、基于可见光的景物短波红外仿真研究
Evr vr (v) E0vr
Enir nir (v) E0nir
DN 'vr k Evr vr (v) Eovr DN 'nir k Enir nir (v) E0 nir
光 云 凌
术 技
(c)实拍近红外图像
(a)可见光图像
术 技
短波红外 假草灰度: 32 真草灰度: 69 对 比 度: 0.53623
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光电学院光电成像与信息工程研究所
1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
光 云 凌
金属在短波红外下的图像
术 技
水在短波红外下的图像
9
光电学院光电成像与信息工程研究所
1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
0.9-1.7 1-2.5 m
1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
光 云 凌
2016/11/2
术 技
一组植物与伪装的光谱曲线 6
光电学院光电成像与信息工程研究所
1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
光 云 凌
术 技
7
光电学院光电成像与信息工程研究所
1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
光 云 凌
可见光
假草灰度: 107 真草灰度: 112 对 比 度: 0.04464
光 云 凌
术 技
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光电学院光电成像与信息工程研究所
1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
光 云 凌
2016/11/2
术 技
两种典型的可见光伪装
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光电学院光电成像与信息工程研究所
1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
光 云 凌
用于建筑的伪装网
InGaAs短波红外探测器的光电机理
InGaAs短波红外探测器的光电机理邵海洋;邢怀中【摘要】利用ISE TCAD仿真软件,建立了铟镓砷(InGaAs)短波红外探测器表面漏电的二维模型.在背面照射方式下,模拟研究了InGaAs短波红外探测器的表面漏电对器件暗电流、总电流、量子效率和响应率的影响.研究结果表明,表面漏电会导致器件的暗电流和总电流增大,但响应率和量子效率会降低.由此可知,表面漏电是制约InGaAs短波红外探测器性能的重要影响因素,该研究结果为器件的设计与优化提供了理论依据.【期刊名称】《东华大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(045)001【总页数】5页(P158-162)【关键词】表面漏电;InGaAs短波红外探测器;暗电流;响应率;量子效率【作者】邵海洋;邢怀中【作者单位】东华大学理学院,上海201620;东华大学理学院,上海201620【正文语种】中文【中图分类】O4741～3 μm短波红外波段的探测器在空间遥感、夜视、温度测量等领域具有重要的应用价值和前景[1]。
目前，该波段范围的探测器除了使用传统的碲镉汞和锑化物红外材料以外，铟镓砷(InGaAs)材料由于具有高吸收系数、高迁移率和高探测率，被认为是制作短波红外探测器的优良材料[2]。
InGaAs是由III-V族的材料磷化铟(InP)和砷化镓(GaAs)以任意配比形成的三元化合物，由于In0.53 Ga0.47As材料的禁带宽度(Eg)为0.75 eV，采用它制作的短波红外探测器截止波长约为1.7 μm，可以完全覆盖光纤通信常用的1.30和1.55 μm波长。
此外，InGaAs和InP可以做到完全晶格匹配，可以在InP的衬底上生长出质量很高的外延层，研制出高性能的器件。
国内外针对InGaAs短波红外探测器性能的研究已有不少报道。
国内研究主要分析了不同掺杂浓度[3]、不同吸收层厚度[4]以及缓冲层的改变[5]对InGaAs短波红外探测器的影响。
国外的研究报道中，文献[6]研究了不同入射方向的InGaAs短波红外探测器的电学特性，文献[7]研究了场效应对InGaAs基太赫兹辐射探测器的影响,文献[8]研究了不同的表面处理与钝化对InGaAs/InP异质结晶体管稳定性的影响。
InGaAs探测器热电制冷方法研究
InGaAs探测器热电制冷方法研究InGaAs探测器热电制冷方法研究摘要：本文通过对InGaAs探测器热电制冷方法的研究分析，对其工作原理、关键技术和发展趋势进行了分析，并举例论述了应用场景和效果。
结果表明，InGaAs探测器热电制冷技术可以显著提高探测器的性能和精度，具有广泛应用前景。
关键词：InGaAs探测器、热电制冷、性能、精度、应用1.引言InGaAs探测器作为一种具有广泛应用前景的光电器件，被广泛应用于红外检测、通信、太赫兹光学等领域。
然而，由于环境温度和其它因素的影响，InGaAs探测器的性能和精度存在较大的波动和偏差。
热电制冷技术可以通过降低探测器温度，提高器件的性能和精度，进而提高其应用价值。
因此，研究InGaAs探测器热电制冷方法具有重要的理论和应用价值。
2. InGaAs探测器热电制冷技术的工作原理和关键技术热电制冷技术主要通过特殊的材料电性热效应，将能量从低温区域转移到高温区域，实现探测器温度降低。
通常情况下，热电制冷部件由热电材料、电极和冷却板组成，其中热电材料是实现热电效应的核心组件。
在热电材料中，自由电子随着热量的传递而发生热电效应，产生热电势，从而产生了冷却效应。
而冷却板则将探测器本身产生的热量均匀地散布到周围环境中，以保持温度在一定范围内。
因此，热电制冷技术可以通过控制热电材料的特性和调节制冷板的表面积和厚度等关键参数，实现探测器的快速降温和精确稳定温度控制，提高了其性能和精度。
3. InGaAs探测器热电制冷技术应用举例（1）红外成像在红外成像系统中，InGaAs探测器可以通过探测不同波段的红外辐射，实现对目标物体的高精度成像。
然而，在工作温度过高的情况下，探测器的性能和分辨率明显下降，无法满足高精度需求。
而采用热电制冷技术，可以将探测器的温度控制在较低的温度范围内，从而显著提高探测器的性能和分辨率，满足高精度红外成像需求。
（2）太赫兹成像太赫兹波段的光学成像在医学、生物、安全检查等领域应用广泛。
短波红外InGaAs探测器功能简析
红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在0.75～1000μm之间，其在军事、通讯、探测、医疗等方面有广泛的应用。
目前对红外线的分类还没有统一的标准，各个专业根据应用的需要，有着自己的一套分类体系。
一般使用者对红外线的分类为（1）近红外(NIR, IR-A DIN)：波长在0.75～1.4μm；（2）短波红外(SWIR, IR-B DIN)：波长在1.4～3μm；（3）中波红外(MWIR, IR-C DIN)：波长在3～8μm；（4）长波红外(LWIR, IR-C DIN)：波长在8～15μm；（5）远红外(FIR)：波长在15～1000μm。
根据Maxwell电磁方程，红外线在空气等物质内部和界面传播会发生吸收、反射和透射等，其中吸收是影响传播的最主要因素。
空气中的一些气体分子如CO2、H2O等有着与其物质分子结构相对应的特征吸收谱线，对某些波长的红外线产生强烈地吸收，而对另外一些红外线则不产生吸收，从而表现出很高的透射率。
大气中对红外辐射吸收比较少的波段称为“大气窗口”，主要包括三个：1～3μm，3～5μm，8～14μm，图1描述了红外线在大气中传播的透射曲线。
红外探测器从1800年英国W. Herschel发现红外线到现在已有二百多年历史。
人们通过不断地技术开发和创新，使红外应用从军事国防迅速朝着资源勘探、气象预报、环境监测、医学诊治、海洋研究等关系到国计民生的各个领域扩展。
在这些应用中红外探测又显得特别重要，因为要更好地研究红外线必须先对其进行探测。
理论上任何形态的物质只要在红外辐射作用下发生某种性质或物理量的变化，都可以被用来进行红外探测。
目前来说按照工作机理不同, 红外探测器常被分为热探测器和光子型探测器。
热探测器利用红外光的热效应及材料对温度的敏感性来测量红外辐射，其原理是热敏材料吸收红外光后温度升高，利用材料的温度敏感特性将温度的变化转变为电信号。
目前主要利用温差电效应、热释电效应、金属、气体等热胀冷缩现象、超导体在Tc附近升高温度电阻急剧变化等等。
铟镓砷光电管
铟镓砷光电管
铟镓砷（InGaAs）光电管是一种特殊类型的光电探测器，广泛应用于光电子学领域。
InGaAs光电管通常用于探测红外光谱范围的光，其波长范围一般在800nm至1700nm之间，但也有一些特殊设计的产品可以覆盖更宽或更窄的光谱范围。
InGaAs光电管的工作原理基于光电效应，即当光照射在半导体材料上时，能够激发出电子-空穴对，从而产生光电流。
这种光电效应使得InGaAs光电管能够将光信号转换为电信号，从而实现对光的探测和测量。
InGaAs光电管具有许多优点，如高灵敏度、快速响应、低暗电流和低噪声等。
这使得它在许多领域都有广泛的应用，如光通信、光谱分析、红外成像和光探测等。
请注意，虽然InGaAs光电管在许多应用中表现出色，但它也有一些限制和缺点。
例如，它对某些特定波长的光可能不够敏感，或者在高温环境下性能可能会下降。
因此，在选择和使用InGaAs光电管时，需要根据具体的应用需求和条件进行综合考虑。
此外，InGaAs光电管还可以分为不同类型，如PIN光电二极管、
雪崩光电二极管（APD）等。
每种类型的光电管都有其独特的特点和适用场景，因此在选择时需要根据具体需求进行选择。
总的来说，铟镓砷光电管是一种重要的光电探测器件，具有广泛的应用前景和市场需求。
随着光电子学技术的不断发展，InGaAs光电管的性能和应用范围也将不断得到提升和拓展。
短波红外相机的应用
短波红外相机的魅力●什么是短波红外红外线是一种不可见的光线，红外辐射的波长介于可见光和微波之间，其中短波红外（SWIR）是指波长在1~2.7μm之间的波段，肉眼无法直接观测。
但短波红外临近可见光波段，短比较类似，所发出的光子都会被物体反射。
砷化铟镓（InGaAs）传感器是在短波红外相机中使用的主要传感器，SWIR广泛应用主要得益于InGaAs焦平面技术成熟发展，常见的探测器响应波段分为0.9～1.7μm。
●短波红外相机技术优点●高分辨：以光反射成像为主，空间分辨率高●多天候：兼具可见光与热红外的成像优点，胜任多天候应用；●主被动：覆盖主要激光波长及人眼安全波长，兼容主被动应用；●多光谱：特征光谱丰富，光谱传感需求潜力巨大●热响应：具备高温热辐射探测能力，且响应迅速●可透过玻璃成像：无需昂贵透镜或外壳●应用场景❖光伏检测光伏检测分为：EL（电致发光）：需要组件接通电极、PL（光致发光）：原材料，晶圆、CPV多节电池：多波段检测、后期运维巡检；SWIR的量子效率是明显高于CCD的。
其中，PL对QE的要求更高。
SWIR的优势在于1、能够高帧频实时成像2、晶圆级检测可靠性更高3、CCD检测对环境要求更高❖分选领域水在短波红外区域有很强的吸光性。
1、分拣淤伤水果2、灌溉情况3、散装农作物水分4、分拣杂质......❖激光检测分析❖安防领域❖军事防务❖生物医疗近红外二区小鼠成像●短波红外相机推荐面阵面阵规模640×512像元间距15μm光谱范围900~1700nm量子效率≥70%@1064 / 1550nm 有效像元率≥99.8%最大帧频300fps读出噪声30e@HG, 20℃像元暗电流≤80ke/s@20℃工作温度-20℃~+60℃稳态功耗≤5W外形尺寸55×55×60mm3数据接口I/O USB3.0 / CameraLink，TTL线扫Sensor Type InGaAs Photodiode Active Pixels 1024×1Pixel Size 12.5μm×12.5μmOptical Fill Factor 100%Spectral Response Range 0.95~1.70μm @RT Pixel Operability ≥99.8%Max Line Rate 38kHz Integration Time ≥15μs Selectable Sensor Gain ≥4Mean Pixel Dark Current ≤100ke/s@20℃Dark Noise (RMS) ≤1.5mV@1~38kHz14 bitDigital OutputOutput Interface CameraLink or GigE Weight 200±10gDimensions Storage Temperature 55 ×55 ×60mm3 -20℃~+60℃。
InGaAs短波红外探测器
第36卷，增刊、r01．36Suppl em明t红外与激光工程hl丘a r ed and LaLser E ngi I l e er i ng2007年6月J un．2007 I nG aA s短波红外探测器潘建旋，以善珍，周航宇(天津津航技术物理研究所，天津300192)摘要：与I I l P衬底晶格常数相匹配的1110．53G ao．47A s材料能够制作出高质量的光电探测器，可工作在室温或热电制冷条件下，光响应谱范围为0．92～1．7岫，具有高迭80％以上的量子效率。
通过对I nG aA s探测器芯片平面和平台式结构的分析，以及I I l G aA s芯片和H gcdR芯片的性能测试、比较，充分证明了II l G aA s材料芯片的优越性及研制在室温下工作的高性能I nG aA s探测器的可行性。
对hl G aA s芯片相对光谱特性的测试表明，hG aA s材料温度响应重复性较好。
关键词：短波红外；InG aA s；探测器；室温中图分类号：TN21文献标识码：A文章编号l1007．2276(2007)增(器件)．0202—D4I l l G aA s s hor t w ave i nf．r ared det ec t orPA N Ji an—xuaI l，Y I Shal l—Zl l en，ZH O U H aI l g—yu∞衄j i n J i nh锄g T b c l In i cal Ph ys i cs hIg吐tI I峨Ti姐j in300192，C hina)A bst r act：Lat t i ce—m at ched I I l o．53G a0．47A s i s觚opt i m a l m at er i al f or s hort w aV el engt h i I l丘ar ed i m a gi I l g appl i c at i ons，a Il d I nG a A s phot od i odes can operat e at r oom t em per at ur e w i nl l l i gh qua nt um f or w a V el engm s 舶m920～1700砌．Thr ou曲a11al yzi ng m e pl觚ar a rc hi t ec t ure o r pl al l a卜m esa ar c王l i t ect ur e of I nG aA s det e ct or cl li p，aIl d coInpaI i ng capabi l i t y be t w ee n I I l G aA s det ec t or and H gC dT e det e ct or chi p，i t i s f ound t ll at hl G a A s is m or e a sc enda Il t m at H gC dl l e f or S W I R det ec t ors．A t t he s锄e t i m e，t he f easi bi l i t)，i s pr oV ed t h at deV el opi ng e xc e l l e nt I nG a A s det ect or w om ng at r oomt eInpe咖re．Tbm perat l l re r es p ons e of I I l G aA s is w eU af论r t e st i ng r e l at i V e spec t nm l cur v e．K ey w or ds：SWⅡt；h1G aA s；D et ect or；R00m t唧eratur eO引言在近红外、短波红外领域，可用于红外探测器的材料有s i、Pcs i、H gC dTe、hl Q A s等。
InGaAs探测器热电制冷方法研究
InGaAs探测器热电制冷方法研究董长哲;王宇;李明;丁晓燕【摘要】InGaAs探测器在短波红外领域具有良好的探测率,对空间遥感和探测有重要的价值。
为了实现空间红外仪器的高灵敏度要求,使用热电制冷技术设计了探测器制冷系统,使探测器稳定地工作在合适的温度,以相对较小的体积和功耗代价显著地提高红外仪器的探测灵敏度。
%InGaAs dectectors are valuable to spatial remote sensing and detection for the high dectectivity in the short wave infrared range.In order to satisfy the high sensitivity demand of instruments,a thermoelectric refrigeration system was designed to make InGaAs dectectors function in an appropriate temperature.Then,the sensitivity of infrared instruments was enhanced significantly at the cost of relatively less volume and lower power.【期刊名称】《航天返回与遥感》【年(卷),期】2011(032)004【总页数】6页(P53-58)【关键词】红外仪器;InGaAs;探测器;热电制冷;空间遥感【作者】董长哲;王宇;李明;丁晓燕【作者单位】北京空间机电研究所,北京100076;北京空间机电研究所,北京100076;北京空间机电研究所,北京100076;北京空间机电研究所,北京100076【正文语种】中文【中图分类】TB661 引言近年来，红外仪器在空间遥感和探测领域的应用越来越多。
ingaas折射率
“InGaAs”是“Indium Gallium Arsenide”的缩写，中文意思是“铟镓砷”。
它是一种半导体材料，常用于制造高速、高灵敏度的光电探测器和激光器等。
在光学领域，InGaAs材料的折射率是一个非常重要的参数。
它决定了一个物体对光线的反射和折射行为。
InGaAs的折射率受到其化学成分和晶体结构的影响。
InGaAs的折射率取决于其化学成分比例。
当In、Ga和As的原子百分比发生变化时，InGaAs的折射率也会相应地改变。
通常，InGaAs的折射率范围在3.5到4.2之间。
除了化学成分，InGaAs的晶体结构也会影响其折射率。
在InGaAs材料中，原子排列方式会影响光线的传播速度和方向。
这种影响通常需要在制造过程中通过精确控制工艺条件来控制。
在应用方面，InGaAs的高折射率使得它在光纤通信和光学传感等领域具有广泛的应用。
例如，InGaAs材料可以用于制造光纤连接器和光学器件，以提高光学系统的性能和稳定性。
此外，InGaAs还可以用于制造红外探测器和激光器，用于军事、安全和环境监测等领域。
总之，InGaAs是一种具有重要应用价值的半导体材料，其折射率是影响其性能和应用的关键参数之一。
通过对InGaAs材料的深入研究和技术优化，我们可以更好地发挥其在不同领域的应用潜力。
InGaAs 材料
常识：近红外波段 0.78-3μm，中红外波段 3-6μm，中远红外波段 6-20μm，远红外波段 20-1000μm。
粗略地认为有 1~3μm、3~5μm 和 8~14μm 三个大气窗口短波红外是指 1~3μm 波段的红外辐射.，其广泛存在于自然界中1.探测材料的比较InSb 和 InAs: 材料禁带宽度较小，都是窄禁带半导体，探测器性能稳定，但室温条件下暗电流很大，探测率较低，需要低温制冷进行工作.HgCdTe :HgCdTe 材料制备的红外探测器在短波红外波段也有较好的性能。
但是HgCdTe 材料也存在一些局限性：在短波红外波段，Hg 组分较大，材料生长难度较大，均匀性较难控制；HgCdTe 材料的本征缺陷浓度较高，在温度较高或辐射的作用下性能不稳定；HgCdTe 材料存在严重的隧道效应，必须工作在低温致冷条件下，以抑制热噪声，才能达到良好的红外探测效果（最优短波红外材料）InGaAs:三元化合物 In1-xGaxAs 是 III-V 族的赝二元系、直接带隙的半导体材料可由 InAs 与 GaAs 以任何配比形成。
，InxGa1－xAs 材料为闪锌矿立方晶体结构如图 1.3.1 所示，随着组分 x 的变化，其晶格常数从 GaAs 的5.6533Ǻ 变化到 InAs 的6.0583Ǻ，禁带宽度从 1.43eV 变化到0.35eV，相应的，截止波长从 0.87μm 变化到 3.5μm，很好的覆盖了 1-3μm 的大气窗口，因此是制备短波红外探测器的合适材料。
In1-xGaxAs 材料具有高迁移率、良好的抗辐照特性等优点，而且 InGaAs 材料制备技术非常成熟，包括气相外延、液相外延、金属有机化合物化学气相淀积、分子束外延技术等，可以生长出高质量的 InGaAs 外延材料。
因此 InGaAs 探测器是小型化、低成本和高可靠性的短波红外探测系统的最佳选择之一。
2. InGaAs器件：采用ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓ材料的探测器有很多，如ＩｎＧａＡｓ光伏探测器，伏探测器，有时也称ＩｎｘＧａ１－ｘＡｓＰＩＮ探测器。
InGaAs短波红外探测器研究进展_张卫锋
〈综述与评论〉InGaAs短波红外探测器研究进展张卫锋，张若岚，赵鲁生，胡 锐，史衍丽（昆明物理研究所，云南 昆明650023）摘要：In x Ga1－x As材料属于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体合金材料，随In组分含量的不同，其光谱响应的截止波长可在0.87～3.5μm范围内变化，并具有高量子效率，加之成熟的MBE和MOVCD材料生长方式，很容易获得大面积高质量的外延材料，InGaAs材料因此成为一种重要的短波红外探测材料。
InGaAs探测器可以在室温或近室温下工作，且具有较高的灵敏度和探测率，是小型化、低成本和高可靠性的短波红外探测系统的最佳选择，因此InGaAs短波红外探测器获得了飞速的发展和广泛的应用。
同时对国内外InGaAs焦平面探测器发展状况和趋势进行了介绍。
关键词：InGaAs；短波红外；焦平面阵列；红外探测器中图分类号：TN215 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2012)06-0361-05Development Progress of InGaAs Short-wave Infrared Focal Plane ArraysZHANG Wei-feng，ZHANG Ruo-lan，ZHAO Lu-sheng，HU Rui，SHI Yan-li（Kunming Institute of Physics, Kunming Yunnan 650223, China）Abstract：As the cut-off wavelength of spectral response of the Ⅲ-Ⅴ semiconductor alloy material, In x Ga1－x As can be changed from 0.87 to 3.5μm by tuning the relative amount of Indium in the alloy.Besides, with high quantum efficiency, as well as mature MBE and MOVCD material growth technology, it is easy to gain large area and high-quality epitaxial materials. Therefore InGaAs become an important SWIR detector materials. InGaAs detector can work at room temperature with higher sensitivity and detectivity. So it is one of the best choices for miniature, low-cost and high-reliable SWIR detection system.The results of analysis and comparison provide guidance for rapid development of InGaAs short-wave infrared detectors. So InGaAs detectors obtain a rapid development and wide applications. At the same time, the status and development trends of the InGaAs infrared focal plane arrays(FPAs) domestic and abroad are introduced.Key words：InGaAs，SWIR，focal plane arrays，infrared detector0引言Ⅲ-Ⅴ族化合物In x Ga1－x As是一种直接带隙半导体合金材料，具有高的电子迁移率和量子效率、良好的抗辐照特性等特点。
InGaAs探测器的光电性能仿真与结构优化研究
InGaAs探测器的光电性能仿真与结构优化研究短波红外In GaAs探测器在近室温下具有良好的性能,在航天遥感领域有着重要的应用价值。
为进一步提升短波红外InGaAs探测器的性能,本论文重点研究了InAlAs帽层的晶格匹配和延伸波长探测器的关键结构参数对暗电流的影响,并进行了实验验证,研究了器件暗电流机制;仿真了吸收层内含有电子阻挡层器件的暗电流特性,与无电子阻挡层结构器件特性进行对比分析,并对电子阻挡层的位置和周期进行了仿真优化,获得了抑制暗电流的优化结构参数。
概述了建立仿真建模的过程,包括模块的选择、结构定义、物理模型设定、数值方法选择、器件特性获取以及结果分析等。
另外,还有实时输出窗口可以用来直接查看结果并调试模型的参数等,概述了Atlas软件仿真的基本流程。
采用Atlas器件仿真软件,研究了与InP衬底晶格匹配的InAlAs帽层器件的暗电流机制,分析了吸收层厚度和掺杂浓度对器件暗电流的影响。
研究发现,吸收层厚度在0.25μm以内时,暗电流会随着厚度增大而减小,进一步增大厚度时,暗电流的变化较小;吸收层浓度增大,暗电流会减小,但是浓度增大到一定程度将会影响到光的吸收效率。
通过实验验证,分析器件的暗电流机制,发现室温下器件的暗电流主要由扩散电流主导。
采用标准替代的方法,研究了光栅光谱仪和傅里叶光谱仪校准器件的响应光谱,结果表明,利用已知的标准器件及其标准光谱,两者都可以用来校准待测器件的响应光谱。
傅里叶光谱仪由于具有便携操作性,信号较强,稳定性高等优点,一般得到的结果相对优于光栅光谱仪。
采用Atlas器件仿真软件研究了InAlAs帽层延伸波长器件的暗电流机制,分析了吸收层厚度和掺杂浓度对器件暗电流的影响,同时研制了基于界面数字超晶格结构的In GaAs探测器,并测试了器件的暗电流和响应光谱。
器件响应光谱与仿真拟合结果基本一致。
在暗电流特性方面,在-0.01V下,300K和200K时的暗电流大小为6.47×10-9A和1.05×10-12A。
InGaAs探测器温度控制技术及其系统应用研究的开题报告
InGaAs探测器温度控制技术及其系统应用研究的开题报告一、研究背景和意义InGaAs探测器是一种常用的红外探测器，其在生物医学、环境监测、物质探测等领域有着广泛的应用。
在实际应用中，InGaAs探测器的性能受温度影响比较大，因此需要对其进行温度控制，以保证其性能稳定和精度。
因此，研究InGaAs探测器温度控制技术及其系统应用具有很大的现实意义和应用价值。
二、研究内容和方法本研究的主要内容是针对InGaAs探测器的温度控制技术进行研究，包括探测器温度的测量、控制和稳定等方面。
同时，还将开展探测器在不同温度下的性能测试，分析不同温度下探测器的响应、灵敏度、分辨率等性能指标的变化规律。
最后，基于所得到的实验数据，设计并建立InGaAs探测器温度控制系统，并对其性能进行评估和验证。
本研究采用实验研究法，先进行探测器温度的测量和控制的基础实验，然后在不同温度下进行探测器性能的测试实验，并对实验数据进行分析和处理，最后设计并建立探测器温度控制系统，并进行实验验证。
三、主要研究内容和难点(1) InGaAs探测器温度的测量与控制技术研究。
(2) 不同温度下探测器性能的测试和分析。
(3) 基于实验数据的探测器温度控制系统的设计和建立。
(4) 探测器在极端环境下的温度控制技术研究。
难点(1) 如何实现精确的探测器温度测量和控制。
(2) 如何对不同温度下探测器性能的变化进行科学的分析和定量描述。
(3) 如何克服探测器温度控制技术在极端环境下的困难。
四、预期结果和成果(1) 建立适用于不同场合的InGaAs探测器温度控制技术和系统，并推广应用到实际领域中。
(2) 对InGaAs探测器在不同温度下的性能进行深入分析，为其在实际应用中提供科学依据和指导。
(3) 实现探测器温度控制技术在各种环境下的稳定工作，为实际应用提供可靠保障。
(4) 发表相关论文，为相关学科的发展做出贡献。
五、研究进度安排(1) 第一年：对InGaAs探测器温度的测量和控制技术进行基础实验，探究控温原理及稳定性。
基于FPGA的短波红外PAL制视频处理系统
基于FPGA的短波红外PAL制视频处理系统赵爽;刘云芳;冯旗【摘要】InGaAs短波红外探测器因具备可在常温下工作、灵敏度高、功耗低等优点成为短波红外成像领域的主流器件.由于短波红外在微光、夜视、雾霾等条件下的独特光谱效应,其在视频监视系统的优势得以显现.为使短波红外监视系统兼容传统模拟监视器,系统采用FPGA与ADV7127相结合的方式,对640×512原始图像进行非均匀性校正、图像放大、灰度转换,得到25帧/秒,10比特灰度,图像大小符合720×576 PAL制式的模拟视频输出.实际使用情况表明,在常温下得到了高质量的短波红外视频图像.%As its high sensitivity,low power consumption,non- cooling and other advantages of shortwave infrared imaging,InGaAs shortwave infrared detector has become the mainstream of the field. Aiming at the unique spectral characteristic of shortwave infrared in low light,night vision,haze and other conditions,the advantages of video surveillance is revealed.In order to make the shortwave infrared surveillance system compatible with the traditional analog monitor on the ma rket,the system uses FPGA and ADV7127 to process the 640×512 original image for non-uniformity correction,image enlargement, and gray-scale conversion to achieve the 25 frames per second,10 bit grayscale,image size with 720× 576 PAL standard analog video o utput. The actual use shows that the imaging system meets the requirements of the detector,and the high quality shortwave infrared video image is obtained at room temperature.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)004【总页数】5页(P1-5)【关键词】电子电路;PAL制视频成像;FPGA;InGaAs探测器【作者】赵爽;刘云芳;冯旗【作者单位】中国科学院红外探测与成像技术重点实验室(上海技术物理研究所),上海200083;中国科学院红外探测与成像技术重点实验室(上海技术物理研究所),上海200083;中国科学院红外探测与成像技术重点实验室(上海技术物理研究所),上海200083【正文语种】中文【中图分类】TN219短波红外的波段在1～3 μm之间，具有很强的穿透力，在遥测遥感、夜视、环保监测、农林普查、工业检测、食品检测以及医学成像等领域有着广泛应用[1-2]。
短波红外InGaAs探测器功能简析
红外线是波长介于微波与可见光之间的电磁波，波长在 0.75〜lOOO ^m 之间，其在军事、通讯、探测、医疗等方面有广泛的应用。
目前对红外线的分类还没有统一的标准，各个专业根据应用的需要，有着自己的一套分类体系。
一般使用者对红外线的分类为(1)近红外(NIR,IR-A DIN):波长在 0.75 〜1.4 艸；(2)短波红外(SWIR, IR-B DIN):波长在 1.4 〜3叩；(3) 中波红外(MWIR, IR-C DIN):波长在3〜8^m; (4)长波红外(LWIR, IR-C DIN):波长在8〜 15^m; ( 5)远红外(FIR):波长在15〜1000叩。
根据Maxwell 电磁方程，红外线在空气等物质内部和界面传播会发生吸收、反射和透射等， 其中吸收是影响传播的最主要因素。
空气中的一些气体分子如 CO2、H2O 等有着与其物质分子结构相对应的特征吸收谱线，对某些波长的红外线产生强烈地吸收，而对另外一些红外线则不产生吸收，从而表现出很高的透射率。
大气中对红外辐射吸收比较少的波段称为大气窗口 ”，主要包括三个：1〜3艸，3〜5叩，8〜14叩，图1描述了红外线在大气中传播 的透射曲线。
100图红外波段大气透射谱线红外探测器从1800年英国W. Herschel 发现红外线到现在已有二百多年历史。
人们通过不断地技 术开发和创新，使红外应用从军事国防迅速朝着资源勘探、 气象预报、环境监测、医学诊治、海洋研究等关系到国计民生的各个领域扩展。
在这些应用中红外探测又显得特别重要， 因为要更好地研究红外线必须先对其进行探测。
理论上任何形态的物质只要在红外辐射作用下发生某种性质或物理量的变化，都可以被用来进行红外探测。
目前来说按照工作机理不同，红外探测器常被分为热探测器和光子型探测器。
热探测器利用红外光的热效应及材料对温度的敏感性来测量红外辐射，其原理是热敏材料吸收红外光后温度升高，利用材料的温度敏感特性将温度的变化转变为电信号。
近红外面阵铟镓砷（InGaAs）CCD
近红外面阵铟镓砷(InGaAs)CCD探测器（相机）
特点：
900nm-1700nm具有较高的灵敏度
16bit AD转化
超强制冷（ΔT>45度）
高动态范围
强大软件支持，易操作
25fps,10MHz读出频率
320*256pixels，640*512pixels两种分辨率选择
应用：
太阳能电池检测
天文观测（红外活动类星体观测）
半导体检测
工业热成像
激光光束分析
近红外面阵铟镓砷(INGAAS)CCD应用:
(1)硅片检测
(2)太阳能电池缺陷检测
光致发光是检测太阳能电池的主要手段。
太阳能电池光致发光图像直观地展现出了太阳电池的扩散长度的分布特征，通过该图像的分析可以有效地发现太阳能电池生产环节可能存在的问题,如裂纹，晶界等。
由于光致发光的波长在1100nm,并且强度非常低, 同时由于用于激发荧光的激光波长为808nm，这就要求CCD相机在1100nm具有高灵敏度，并且最好对808nm激光无响应。
可见光CCD甚至EMCCD在近红外波段量子效率极低，因此需要很长的曝光时间（≥1s），影响检测效率。
本公司代理的近红外面阵铟镓砷(InGaAs)CCD在1100nm处量子效率由于70%，同时在808nm处量子效率几乎为零，是理想的太阳能电池检测仪器。
下图为采用本公司(InGaAs)CCD拍摄的太阳能电池图片，曝光时间为10ms，检测效率提高了100倍！！
太阳能电池基片检测，曝光时间为200ms@320*256pixels
太阳能电池检测，曝光时间为10ms@320*256pixels。
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外波段，在目标探测时利用短红外波段可实现全天候的探测。
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2、基于可见光的景物短波红外仿真研究
反演反射率 反演模型建立 校正后的 可见光图像 可见光图像 灰度校正
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姬亚玲
短波红外国内外应用情况及趋势
凌云光技术集团科学图像业务部副总监
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InGaAs短波红外探测器的应用
白廷柱
tzhbai@
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引言：短波红外的光学性质与特点
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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两种典型的可见光伪装
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用于建筑的伪装网
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用于野外的伪装网
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一组植物与伪装的光谱曲线 6
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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术 技
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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可见光
假草灰度: 107 真草灰度: 112 对 比 度: 0.04464
2、基于可见光的景物短波红外仿真研究
Evr vr (v) E0vr
Enir nir (v) E0nir
DN 'vr k Evr vr (v) Eovr DN 'nir k Enir nir (v) E0 nir
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(c)实拍近红外图像
(a)可见光图像
Evr vr (v) E0vr
Enir nir (v) E0nir
DN 'vr k Evr vr (v) Eovr DN 'nir k Enir nir (v) E0 nir
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(c)实拍近红外图像
(a)可见光图像
(b)仿真近红外图像
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USB2.0
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电源 致冷方式 采集接口 工作温度
12V-5A 非制冷
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重量 像素 帧速(fps) 外形尺寸
225g 320×256 60 50×50×50 m m3
USB2.0
数据格式
14 bit
-40-70℃
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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T 2898m K
红 外
3 - 5 m
8-14 m
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夜视短波红外图像
复 现 可 见 光 图 像 细 节
夜视可见光图像
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
Xenics公司的XS-FPA-1.7-320
传感器 工作波段 相机接口 InGaAs 0.9-1.7μm
仿真需求
目前实验室内的微光、中长波红外仿真研究已经开展了很多的研 究，形成了多种仿真设备和场景生成仿真软件，相关的工作在短波红 外波段则很少。随着短波红外探测器的发展及相关应用，针对短波红 外的研究将会越来越多，有关短波红外场景的实验室仿真需求已经开 始提出。
这种研究可以填补可见光和中长波红外探测的光谱空缺，实现在
(b)仿真近红外图像
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2、基于可见光的景物短波红外仿真研究
(a)地砖
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(b)杨树
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(c)草地
(d)背景墙
(a)复杂场景仿真结果
(b)拍摄近红外图像
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短波红外探测器应用前景分析
1、短波红外成像光谱技术应用； 2、资源遥感、环保、农作物生长情况监测； 2、与短波红外激光匹配的短波红外成像制导； 3、人体血液的非接触测试分析。
100
绿色草木
透 80 射 60 比 (%) 40
20
0
1
2
3
4
5
02 H20
C02 H20 C02 03
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6 7 8 9 10 11
12
13
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混凝土
波长(μm)
暗绿色漆
C02
H20
吸收分子
C02 03
H20 C02
短红外波段最主要的辐射吸收来自于大气中的H2O，主要吸收带位于： 0.94μm、1.1μm、1.38μm和1.87μm。因此，可见光波段0.685μm~0.705μm、 0.73μm~0.755μm，短红外波段0.83μm~0.89μm、0.99μm~1.05μm 是比较理想 的大气窗口。此外，夜天光中含有较多的短波红外成分。 2
术 技
短波红外 假草灰度: 32 真草灰度: 69 对 比 度: 0.53623
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
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金属在短波红外下的图像
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水在短波红外下的图像
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
0.9-1.7 1-2.5 m
1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
黄色灌木中的黄色伪装网识别：
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
黄色灌木中的黄色伪装网识别： M=162%
0.40909
0.15577
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2、基于可见光的景物短波红外仿真研究
1.06382
0.2893
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
绿色植被中的可见光迷彩服识别：
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
绿色植被中的可见光迷彩服识别：M=360%
0.6
0.13043
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
伪装的可见光图像 可见光图像中伪装 目标的平均灰度
基于短波红外的伪装识别研究系统
伪装的短波红外图像 短波红外图像中伪 装目标的平均灰度
可见光图像中背 景的平均灰度
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M
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短波红外图像中 背景的平均灰度
可见光图像伪装目标 与背景的对比度
可见光伪装基于短 波红外的识别度
C 2 C1 100% C1
短波红外图像 中伪装目标与 背景的对比度
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
草丛中的可见光迷彩服识别：
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
草丛中的可见光迷彩服识别： M=267%
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谢谢您的宝贵时间！ T h a n k Yo u !
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QQ：2847243946
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
绿色植被中的绿色伪装网识别：
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1、基于短波红外光谱的隐身特性研究
绿色植被中的绿色伪装网识别： M=282%
0.44186
0.11557
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引言：短波红外的光学性质与特点
短波红外波段介于红外与可见光波段之间，具有穿透性好、对温度 不敏感等优点，能够较好的适应各种恶劣的天气条件的影响，广泛应用 于科学研究及军事领域伪装与反伪装侦察等技术研究中。 在短波红外波段，自然景物与人工物的光谱反射特性有相当大的差 异，因此利用短波红外光谱和图像，可为伪装与反伪装侦察技术研究提 供可靠的数据和手段。 短波红外图像在一定程度上可以弥补可见光和长波红外波段无法获 取的信息，对实现全波段无缝隙探测，获取目标全部信息有重要的价值。 目前，许多军用照射、探测设备多采用短波红外激光设备，而短波 红外的反射特性同可见光类似，因此，可通过短波红外波段的成像设备 实现相关激光的探测。 此外，夜天光中包含较多的短波红外成分，且其又存在较多的大气 窗口，故1~3m有望成为新的夜视成像波段。
测量图像 采集试验
地物反射率数据
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不同材质分类 可见光与近红外 光谱转换模型 理想情况下 近红仿真图像 近红外场景图像