作者：John Wallace 译者：蒙红云

    量子井红外光电探测器（QWIP）用来作为焦平面阵列（FPA）相机元件，FPA相机用来获取中波和长波红外图像。除了在军事方面的价值，基于量子QWIP的FPA在微光摄像电视中也有应用价值。但是，由于垂直入射的光不能进行光学转换，因此QWIP几乎不吸收垂直入射的光。可以利用光栅或者其他方法避免这个问题，但是附加元件增加了成本。

    一个克服QWIP缺点的可选方法就是量子点红外探测器（QDIP），这种探测器可以吸收垂直入射的光。目前，由西北大学（Evanston，IL）、 空气动力研究实验室（Wright-Patterson AFB，OH）和导弹防御处（Washington，D.C.）等三个部门组成的小组已经开始开发和试验第一代QDIP FPA。

    利用低压金属有机物化学气相沉积（MOCVD）方法，他们开发出了一块256X256像素的砷化镓铟（InGaAs）量子点FPA。这块FPA 以磷化镓铟（InGaP）为基片，像素材料是用砷化镓（GaAs）。采用倒装芯片技术，裸片与读出芯片上装在一起，直到它们之间的空隙被填满，GaAs衬底的厚度只有30μm 。

    西北大学科学家Manijeh Razeghi说：“FPA开发过程的最大困难就是如何实现低的等噪声温度差分（NEFT，或者NEDT），这是红外PFA的最重要参数。QDIP FPA的开发是一个相当艰难的过程。它涉及到许多技术，比如MOCVD外延技术、照相平版技术、等离子体蚀刻术、倒装芯片技术等等。对QDIP FPA的开发来说，要实现比较小的NEDT，高密度和高均匀性自组装量子点是关键。”

    在 300K环境温度下，以53Hz的帧速率，利用一个f/2.3成像镜头对QDIP FPA进行了测试。通过处理90%的像素，得到了很好的图像，如图所示。光响应的峰值在4.7μm 波长位置，在5.2μm 波长处截止。理论估计NEDT值是87mK，但是实际结果是509mK，这种差异可能是像素不均匀引起的。10%没有处理的像素从非常薄（2μm ）的铟肿块（在覆晶接合时用到）中显现出来，对读出单元导致一些非常弱的连接。当偏压为-1.6V时，注入电流效率接近90%。

    除了由量子点3-D幽禁效应产生的垂直入射作用的优点之外，QDIP与QWIP相比，在原型方面的优点也是相当明显的。据Razeghi介绍，性能相当的QWIP只能在低于67K环境温度下运行，而即使在120K温度下，QDIP FPA原型成像的效果也相当好。

    Razeghi介绍说：“目前，大部分红外FPA是利用QWIP或者碲镉汞（MCT）内置光电探测器。由于MCT材料的原因，很难得到高均匀 MCT探测器阵列，所以基于MCT的FPA价格昂贵，成品率低。”Razeghi还指出，除了QWIP的垂直入射问题，QWIP和MCT FPA都不适合在高温环境下运行。她补充到:“通过进一步研究开发，期望在比较高的温度条件下其性能可以与MCT或者QWIP FPA相当，或者比QDIP FPA更好！”。

（编辑：小曾）

最新供应

最新求购