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红外焦平面探测器介绍红外焦平面探测器（Infrared Focal Plane Array Detector，以下简称IRFPA）是一种用于探测红外辐射的器件，可广泛应用于航天、军事和民用领域。
它能够实时、高效地探测并转换红外辐射能量为电信号，从而实现红外图像的获取和处理。
工作原理IRFPA的工作原理基于红外辐射与物体表面的相互作用。
当红外辐射照射在IRFPA上时，它会导致IRFPA内的感光元件产生电子-空穴对。
感光元件通常由半导体材料制成，如硒化铟（InSb）、硫化镉汞（CdHgTe）等。
这些电子-空穴对随后在感光元件中分离并转换为电信号。
IRFPA的关键组件是焦平面阵列（Focal Plane Array，以下简称FPA），它由大量排列成矩阵的感光元件组成。
每个感光元件都对应于焦平面上的一个像素，因而整个FPA可以同时探测多个红外像素。
这些像素的信号经过放大和处理后，可以生成红外图像。
型号和特性IRFPA的型号和特性各不相同，取决于其应用领域和需求。
以下是一些常见的IRFPA型号和相应的特性：1.分辨率：IRFPA的分辨率指的是其能够探测到的最小单位像素数量。
一般而言，分辨率越高，探测到的红外图像越清晰。
常见的分辨率有320x240、640x480等。
2.帧率：IRFPA的帧率是指其每秒能够获取和处理的红外图像数量。
较高的帧率可以捕捉到快速移动的物体，对于一些动态场景非常重要。
3.波段范围：不同的IRFPA可以探测不同波长范围的红外辐射，如近红外（NIR），短波红外（SWIR），中波红外（MWIR）和长波红外（LWIR）。
选择适当波段范围的IRFPA取决于具体的应用需求。
4.灵敏度：IRFPA的灵敏度是指其能够探测到的最小红外辐射强度。
较高的灵敏度意味着IRFPA可以探测到较微弱的红外辐射，对于一些低信噪比场景非常重要。
应用领域IRFPA在多个领域具有广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1.热成像：IRFPA可以通过探测物体表面的红外辐射，用于热成像和温度分布检测。
焦平面红外探测器应用现状0 引言红外探测器广泛应用于军事、科学、工农业生产和医疗卫生等各个领域，尤其在军事领域，红外探测器在精确制导、瞄准系统、侦察夜视等方面具有不可替代的作用。
近年来，红外探测器的需求不断增加。
据美国相关公司市场调研分析师预测，全球军用红外探测器需求额有望在2020年达到163.5亿美元，复合年均增长率为7.71%。
红外探测器按探测机理可分为热探测器和光子探测器，按其工作中载流子类型可以分为多数载流子器件和少数载流子器件两大类，按照探测器是否需要致冷，分为致冷型探测器和非致冷型探测器。
非致冷探测器目前主要是非晶硅和氧化钒探测器，致冷型探测器主要包括碲镉汞三元化合物、量子阱红外光探测器Ⅱ类超晶格等。
在过去的几十年里，大量的新型材料、新颖器件不断涌现，红外光电探测器完成了第一代的单元、多元光导器件向第二代红外焦平面器件的跨越，目前正朝着以大规模、高分辨力、多波段、高集成、轻型化和低成本为特征的第三代红外焦平面技术的方向发展。
1 焦平面红外探测器应用现状热探测器的应用早于光子探测器。
热探测器包括热释电探测器、温差电偶探测器、电阻测辐射热计等。
热探测器具有宽谱响应、室温工作的优点，但是它响应时间较慢、高频时探测率低，目前主要应用于民用领域。
光子探测器是基于光电效应制备的探测器，通过配备致冷系统，具有高量子效率、高灵敏度、低噪声等效温差、快速响应等优点。
在军事领域，光子探测器占据主导地位。
常用的光子探测器有碲镉汞（HgCdTe）、InAs / InGaSb Ⅱ类超晶格、GaAs / AlGaAs量子阱等。
近年来量子点红外光探测器也引起广泛关注，量子点红外光探测器在理论上具有很多优点，但实际制备的量子点红外光探测器与理论预测的还是有一定差距。
表1对几种常用的光子型焦平面红外探测器进行了比较。
在精确制导领域，主流制导方式有红外制导和雷达制导，这两种方式各有优势，在某些特定的场合，红外制导更是显示出其不可替代性。
红外焦平面探测器的国内外技术现状和发展趋势一、焦平面APD探测器的背景及特点焦平面APD探测器主要是由：APD阵列和读出电路(ROIC)两部分组成，其中APD是核心元件。
1、APD雪崩光电二极管（APD）是一种具有内部增益的半导体光电转换器件，具有量子响应度高、响应速度快、线性响应特性好等特点，在可见光波段和近红外波段的量子效率可达90%以上，增益在10～100倍，新型APD材料的最大增益可达200 倍，有很好的微弱信号探测能力。
2、APD阵列的分类按照APD的工作的区间可将其分为：Geiger-mode APD（反向偏压超过击穿电压）和线性模式APD（偏压低于击穿电压）两种。
（1）Geiger-mode APD阵列的特点优点：1）极高的探测灵敏度，单个光子即可触发雪崩效应，可实现单光子探测；2）GM-APD输出信号在100ps量级，即有高的时间分辨率，进而有较高的距离分辨率，厘米量级；3）较高的探测效率，采用单脉冲焦平面阵列成像方式；4）较低的功耗，体积小，集成度高；5）GM-APD输出为饱和电流，可以直接进行数字处理，读出电路(ROIC)不需要前置放大器和模拟处理模块，即更简单的ROIC。
缺点：1）存在死时间效应：GM-APD饱和后需要一定时间才能恢复原来状态，为使其可以连续正常工作需要采用淬火电路对雪崩进行抑制。
2）GM-APD有极高的灵敏度，其最噪声因素更加敏感，通道之间串扰更严重。
（2）线性模式APD阵列的特点优点：1）光子探测率高，可达90%以上；2）有较小的通道串扰效应；3）具有多目标探测能力；4）可获取回波信号的强度信息；5）相比于GM-APD，LM-APD对遮蔽目标有更好的探测能力。
缺点：1）灵敏度低于GM-APD；（现今已经研制出有单光子灵敏度的LM-APD）2）读出电路的复杂度大于GM-APD（需对输入信号进行放大、滤波、高速采样、阈值比较、存储等操作）。
（其信号测量包括强度和时间测量两部分）按照基底半导体材料APD可分为： Si APD、Ge APD、InGaAs APD、HgCdTe APD。
红外焦平面探测器成像中的重影现象李娟;冯帅;马静;刘兴新【摘要】There appears the double image phenomenon in a kind of medium-wave 256×256 infrared focal plane ar-ray detector imaging,and it seriously affects the image quality.The special experiment platform of IRFPA point source was introduced,and the data characteristics of the double image were analyzed.The causes of the double image were found through mechanism analysis and experiments.The mismatch of impedance and the lack of bandwidth of the test circuit lead to the formation of double image.The double image phenomenon can be eliminated by improving the per-formance of the test circuit.%在一款256×256中波红外探测器成像中,发现了成像重影,这种重影严重影响图像质量.特别是探测微弱目标时,对目标的识别和捕获会产生严重的干扰.本文介绍了专用红外焦平面点源实验平台,对成像重影的数据特性进行了分析,并通过机理分析和实验比较定位了引起成像重影的原因.成像重影是由于测试电路阻抗不匹配及带宽不够造成的,通过改进测试电路消除了这种重影.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2018(048)004【总页数】4页(P493-496)【关键词】红外焦平面阵列;成像重影;测试电路【作者】李娟;冯帅;马静;刘兴新【作者单位】华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015;华北光电技术研究所,北京100015【正文语种】中文【中图分类】TN2141 引言红外焦平面阵列(infrared focal plane array,IRFPA)作为热成像系统的核心部件,已被广泛应用于监视、识别、跟踪、制导、火控、夜视、光电对抗、遥感等各个军事领域[1]。
红外焦平面探测器普及知识红外焦平面阵列（IR FPA）技术已经成为当今红外成像技术发展的主要方向。
红外焦平面阵列像元的灵敏度高，能够获取更多的信息以及更高的可变帧速率。
红外焦平面阵列探测器对入射的红外能量进行积分，然后产生视频图像，经过调节后被提供给视频显示器，以供人观察。
焦平面阵列每个像元的输出是一种模拟信号，它是与积分时间内入射在该元件上的红外能量成正比的。
但是由于制造工艺和使用环境的影响，即使对温度均匀的背景，焦平面背景中所有像元产生的输出信号也是不一致的，即红外焦平面阵列器件的非均匀性（Nonuniformity,NU）。
为了满足成像系统的使用要求，需要对红外焦平面阵列探测器进行非均匀性校正。
从生产工艺而言，单纯从提高焦平面阵列质量的角度来降低其非均匀性，不仅困难而且造价昂贵。
因此，通过校正算法减小非均匀性对红外焦平面阵列成像质量的影响，提高成像质量，不仅是必须的，同时具有很高的经济价值和应用价值。
目前，对红外图像质量的改善，一般是根据红外焦平面阵列对于温度响应的不一致性，采用非均匀性校正的方法，提高红外图像的质量。
主要有两类校正方法：基于红外参考辐射源的非均匀性校正算法和基于场景的自适应校正方法。
在实际应用中，普遍采用的是基于红外参考辐射源定标的校正方法。
但是，采用参考辐射源定标的校正方法校正的红外图像，因红外焦平面阵列器件由于长时间的工作，受到时间、环境等因素的影响，红外图像质量逐渐下降，出现类似细胞状和块状的斑纹，影响了红外图像的质量。
所以，需要在基于参考辐射源定标的校正方法的基础上，对于红外图像的质量进行改善。
国内外现状和发展趋势自然界的一切物体，只要其温度高于绝对零度，总是在不断地辐射能量。
红外热成像技术就是把这种红外热辐射转换为可见光，利用景物本身各部分温度辐射与发射率的差异获得图像细节，将红外图像转化为可见图像。
利用这项技术研制成的装置称为红外成像系统或热像仪。
用热像仪摄取景物的热图像来搜索、捕获和跟踪目标，具有隐蔽性好、抗干扰、易识别伪装、获取信息丰富等优点。
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710600470.5(22)申请日 2017.07.21(66)本国优先权数据201710414068.8 2017.06.05 CN(71)申请人 北京弘芯科技有限公司地址 100176 北京市大兴区北京经济技术开发区荣昌东街甲5号3号楼401-2(72)发明人 白谢晖 (74)专利代理机构 北京清源汇知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 11644代理人 冯德魁 窦晓慧(51)Int.Cl.H01L 31/103(2006.01)H01L 31/18(2006.01)H01L 27/144(2006.01)(54)发明名称红外焦平面探测器及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种红外焦平面探测器，其包括硅片衬底、复数个红外探测单元构成的红外探测器阵列、硅读出电路、以及复数个铟柱；红外探测器阵列设置于所述硅片衬底的其中一侧；复数个铟柱设置于红外探测器阵列和硅读出电路之间，将红外探测器阵列的每一红外探测单元和硅读出电路相连。
本发明还提供一种红外焦平面探测器的制备方法。
本发明的红外焦平面探测器不仅解决了现有的红外焦平面探测器由于红外探测器阵列和硅读出电路两部分的材料不同导致热膨胀系数不同引起的红外焦平面探测器使用寿命短，使用成本高的问题，而且其结构简单，易实现，制造成本低，且减少了对入射的红外辐射的反射和吸收，提高了进光量。
权利要求书2页 说明书6页 附图3页CN 108987523 A 2018.12.11C N 108987523A1.一种红外焦平面探测器，其特征在于，包括硅片衬底、复数个红外探测单元构成的红外探测器阵列、硅读出电路、以及复数个铟柱；所述红外探测器阵列设置于所述硅片衬底的其中一侧；所述复数个铟柱设置于所述红外探测器阵列和所述硅读出电路之间，将所述红外探测器阵列的每一红外探测单元和所述硅读出电路相连。
