焦平面apd探測器的國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(已修改)
2025-06-29 19:44 本頁面
【正文】 紅外焦平面探測器的國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢一、 焦平面APD探測器的背景及特點焦平面APD探測器主要是由：APD陣列和讀出電路(ROIC)兩部分組成，其中APD是核心元件。APD雪崩光電二極管（APD）是一種具有內(nèi)部增益的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換器件，具有量子響應(yīng)度高、響應(yīng)速度快、線性響應(yīng)特性好等特點，在可見光波段和近紅外波段的量子效率可達90%以上，增益在10～100倍，新型APD材料的最大增益可達200 倍，有很好的微弱信號探測能力。APD陣列的分類按照APD的工作的區(qū)間可將其分為：Geigermode APD（反向偏壓超過擊穿電壓）和線性模式APD（偏壓低于擊穿電壓）兩種。（1）Geigermode APD陣列的特點優(yōu)點：1）極高的探測靈敏度，單個光子即可觸發(fā)雪崩效應(yīng)，可實現(xiàn)單光子探測； 2）GMAPD輸出信號在100ps量級，即有高的時間分辨率，進而有較高的距離分辨率，厘米量級； 3）較高的探測效率，采用單脈沖焦平面陣列成像方式； 4）較低的功耗，體積小，集成度高； 5）GMAPD輸出為飽和電流，可以直接進行數(shù)字處理，讀出電路(ROIC)不需要前置放大器和模擬處理模塊，即更簡單的ROIC。缺點：1）存在死時間效應(yīng)：GMAPD飽和后需要一定時間才能恢復(fù)原來狀態(tài)，為使其可以連續(xù)正常工作需要采用淬火電路對雪崩進行抑制。 2）GMAPD有極高的靈敏度，其最噪聲因素更加敏感，通道之間串擾更嚴重。（2）線性模式APD陣列的特點 優(yōu)點： 1）光子探測率高，可達90%以上； 2）有較小的通道串擾效應(yīng)；3）具有多目標探測能力；4）可獲取回波信號的強度信息；5） 相比于GMAPD，LMAPD對遮蔽目標有更好的探測能力。缺點：1）靈敏度低于GMAPD；（現(xiàn)今已經(jīng)研制出有單光子靈敏度的LMAPD） 2）讀出電路的復(fù)雜度大于GMAPD（需對輸入信號進行放大、濾波、高速采樣、閾值比較、存儲等操作）。（其信號測量包括強度和時間測量兩部分） 按照基底半導(dǎo)體材料APD可分為： Si APD、Ge APD、InGaAs APD、HgCdTe APD。其中Si的由于波長在1um左右，由于材料限制很難做到大于32*32的陣列，再考慮到人眼安全以及軍事對高功率激光的需求，工作波長在： APD 及HgCdTe APD為研究的熱點內(nèi)容。二、 國外的技術(shù)現(xiàn)狀按照APD的工作區(qū)間進行分類討論?；贕eigermode APD(GMAPD)的焦平面探測器（1）技術(shù)手段： 1）APD陣列：主要采用p型襯底金屬有機氣相外延（MOCVD）及臺面工藝方法；或者n型襯底P擴散平面工藝方法制備。 2）ROIC：采用CMOS工藝代工流片。 3）封裝技術(shù)：采用陶瓷封裝等將APD和ROIC集成在一起的探測器封裝，再封裝到半導(dǎo)體熱電制冷（TEC）方式使其工作與淺低溫的條件。 4）APD和ROIC的集成：塊接(Bumpbonding)技術(shù)或者橋接(Bridgebonding)技術(shù)。（2）發(fā)展歷史： 1998年林肯實驗室研制出4*4的APD焦面探測器； 2001年研制出GenI系統(tǒng)； 2002年研制出微型化的GenII； 2003年研制出GenIII（APD陣列：32*32）； 2011年研制出ALIRT系統(tǒng)（APD陣列：32*128）； 目前為止已經(jīng)可以實現(xiàn)：APD陣列：256*256，測量精度：5cm以內(nèi)。 （3）主要的研究機構(gòu)：美國MIT林肯實驗室、波音Spectrolab公司、Princeton Lightwave公司等 （4）結(jié)構(gòu)及其原理框圖：
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