HgCdTe焦平面红外探测器封装中的芯片粘接技术
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(仅供参考)红外焦平面探测器普及知识页数:3
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中远红外焦平面探测器页数:78
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红外成像系统
目录一、概论 (11、热像仪构成 (12、热成像功能: (13、热成像技术的优点 (14、红外成像阵列与系统分类 (15、热成像技术的划代 (16、典型技术特点 (27、制冷红外成像阵列与系统的发展 (47、非制冷红外成像阵列与系统的发展 (48、红外成像探测器的发展趋势 (5二、工作原理与结构 (51、串扫型热像仪 (62、并扫型热像仪 (73、串并扫型热像仪 (8四、常见的光机扫描机构 (91、旋转反射镜鼓做二维扫描 (92、平行光路中旋转反射镜鼓与摆镜组合 (103、平行光路中反射镜鼓加会聚光路中摆镜 (104、折射棱镜与反射镜鼓组合 (115、会聚光路中两旋转折射棱镜组合 (126、两个摆动平面镜组合 (12五、热成像系统基本技术参数 (121、光学系统的通光口径0D 和焦距0f (122、瞬时视场角α、β (123、观察视场角H W 、V W (134、帧时f T 和帧速∙F (135、扫描效率η (136、滞留时间d τ (13六、红外成像系统综合性能参数 (141、噪声等效温差NETD (142、最小可分辨温差MRTD (153、最小可探测温差MDTD (18红外成像系统一、概论能够摄取景物红外辐射分布,并将其转换为人眼可见图像的装置,就是红外热成像系统(简称热像仪。
实现景物热成像的技术称为热成像技术。
1、热像仪构成✓接收和汇聚景物红外辐射的红外光学组件;✓既实现红外望远镜大视场与红外探测器小视场匹配,又按显示制式的要求进行信号编码的光学机械扫描器(当使用探测元数量足够多的红外焦平面探测器时,光学机械扫描器可以省去;✓将热辐射信号变成电信号的红外探测器组件;✓对电信号进行处理的电子学组件;✓将电信号转变成可见光图像的显示器;✓进行信号处理的算法和软件。
2、热成像功能:✓将人眼的观察范围扩展到光谱红外区;✓极大地提高人眼观察的灵敏度;✓获得了客观世界与热运动相关的信息。
3、热成像技术的优点✓环境适应性优于可见光,尤其是在夜间和恶劣天候下,具有较好的穿透烟雾和尘埃的能力;✓隐蔽性好,比雷达和激光探测安全且保密性强,不易被干扰;✓识别伪装目标的能力优于可见光,具有较强的反隐身能力;✓具有较远的作用距离;✓与雷达系统相比,体积小,重量轻,功耗低。
红外探测技术的应用
红外探测技术的应用摘要：红外探测技术广泛应用于生活与科技的方方面面，不过红外技术的发展也经历了一个比较漫长的过程，从发现到应用，都是一点一丁的积累的。
在这个过程中，红外技术也慢慢改变，极大方便人们的生活。
关键词：红外探测技术；应用；发展趋势一、引言红外辐射是波长介于可见光与微波之间的电磁波辐射，人眼察觉不到。
要察觉这种辐射的存在并测量其强弱，必须把它转变成可以察觉和测量的其他物理量。
一般说来，红外辐射照射物体所引起的任何效应，只要效果可以测量而且足够灵敏，均可用来度量红外辐射的强弱。
现代红外探测器所利用的主要是红外热效应和光电效应。
这些效应的输出大都是电量，或者可用适当的方法转变成电量。
红外探测技术是利用目标辐射的红外线来搜索、探测和跟踪目标的一门高技术。
由于红外探测器环境适应性好、隐蔽性好、抗干扰能力强、能在一定程度上识别伪装目标，且具有设备体积小、重量轻、功耗低等特点，所以在军事，医疗，工程等领域都得到广泛的应用。
二、红外探测的发展历史发展过程：1800 年, 英国人赫婿尔用水银温度计发现红外辐射。
1821 年, 塞贝克发现温差电效应, 之后把热电偶、热电堆用于红外探测器。
1859 年, 基尔霍夫提出有关物体热辐射吸收与发射关系的定律。
1879～1884年, 斯特番•玻尔兹曼提出了有关绝对黑体总辐射能量与其绝对温度之间关系的定律。
1893 年, 维恩推出黑体分布的峰值与其温度之间关系的位移定律。
1900 年, 普朗克发表能量子模型和黑体辐射定律, 导出黑体光谱辐射出射度随温度和波长变化的关系式。
上述这些工作为红外技术的发展奠定了坚实的理论基础。
在1910～1920 年的10 年中, 出现了探测舰船、飞机、炮兵阵地和冰山等目标的红外装置, 发展了通信、保安、红外测温等设备。
二战期间, 出现了红外变像管、光子探测器等, 开创了夜视技术。
1952～1953 年, 美国研制出世界上最早的热像仪,1956 年长波热像仪问世, 随后, 1964 年美国TI 公司研制的热像仪成功地用在越南战场上。
光电子技术第8章 发展中的纳米光电子技术
半导体量子点的发光性质可以通过改变量子点的 尺寸和它的化学组成来加以调控，可以使其荧光发 射波长覆盖整个可见光区。量子点的尺寸越小，发 射的光波长越短。
量子阱、量子线、量子点是由两种不同带隙 的半导体组成的周期性纳米结构；由两种不同 折射率的电介质制成的周期性纳米结构：一维、 二维、三维光子晶体也表现出奇异的特性，在 8.4节专门介绍。
这对于发展新型光子器件、纳米尺度光子回路、 新型的光传感器和测量技术等前景诱人，已经在光 传感、光存储、太阳电池以及生物光子学、纳米集 成光子学等多方面有重要应用。
三、碳纳米管
碳纳米管是由石墨中一层或若干层碳原子卷曲而 成的”笼状”纤维，内部是空的。
分为单壁碳管和多壁碳管，直径为零点几纳米 至几十纳米，长度一般为几微米至几十微米。可 用电弧法、化学气相沉积等多种方法制造。
利用其导电性和化学特性，可做灵敏度极高而体 积极小的化学传感器，还可用于制造微电子元件。
碳纳米管场发射特性优异。其尖端电子逸出功 很低，利于电子的场发射，发射特性稳定。
在平面阴极上制成几十万个碳纳米管直立阵列， 在其对面安置有荧光粉的阳极面板，这就形成场致 发射显示器FED的基本结构。
对该器件通电，在电场作用下，碳纳米管发射 电子，轰击荧光屏而实现显示。
三、纳米光电探测器
1.谐振腔增强型RCE-PIN
PIN是一种应用广泛的光电探测器，噪声低， 频率响应高。不足之处是内量子效率不够高， 加之I层高电阻使输出电流小。
采用谐振腔增强（RCE）技术，可以显著提高内 量子效率。
在器件的顶 部和底部设计 DBR反射镜： 如Si/SiO2、 GaAS/AlGaA S，DBR反射 镜的两种材料 折射率不同。
SPP波沿界面传输，其传播波数决定于 金属和电介质的介电常数。倏逝波向 SPP波提供能量，当倏逝波沿界面的波 数与SPP波的波数相同时，则发生共振。 入射光被强烈吸收，形成吸收峰。
量子阱、量子线、量子点是由两种不同带隙 的半导体组成的周期性纳米结构；由两种不同 折射率的电介质制成的周期性纳米结构：一维、 二维、三维光子晶体也表现出奇异的特性，在 8.4节专门介绍。
这对于发展新型光子器件、纳米尺度光子回路、 新型的光传感器和测量技术等前景诱人，已经在光 传感、光存储、太阳电池以及生物光子学、纳米集 成光子学等多方面有重要应用。
三、碳纳米管
碳纳米管是由石墨中一层或若干层碳原子卷曲而 成的”笼状”纤维，内部是空的。
分为单壁碳管和多壁碳管，直径为零点几纳米 至几十纳米，长度一般为几微米至几十微米。可 用电弧法、化学气相沉积等多种方法制造。
利用其导电性和化学特性，可做灵敏度极高而体 积极小的化学传感器，还可用于制造微电子元件。
碳纳米管场发射特性优异。其尖端电子逸出功 很低，利于电子的场发射，发射特性稳定。
在平面阴极上制成几十万个碳纳米管直立阵列， 在其对面安置有荧光粉的阳极面板，这就形成场致 发射显示器FED的基本结构。
对该器件通电，在电场作用下，碳纳米管发射 电子，轰击荧光屏而实现显示。
三、纳米光电探测器
1.谐振腔增强型RCE-PIN
PIN是一种应用广泛的光电探测器，噪声低， 频率响应高。不足之处是内量子效率不够高， 加之I层高电阻使输出电流小。
采用谐振腔增强（RCE）技术，可以显著提高内 量子效率。
在器件的顶 部和底部设计 DBR反射镜： 如Si/SiO2、 GaAS/AlGaA S，DBR反射 镜的两种材料 折射率不同。
SPP波沿界面传输，其传播波数决定于 金属和电介质的介电常数。倏逝波向 SPP波提供能量，当倏逝波沿界面的波 数与SPP波的波数相同时，则发生共振。 入射光被强烈吸收，形成吸收峰。
InAs_GaSb超晶格中波焦平面材料的分子束外延技术
性好，可与传统红外探测器材料ＨｇＣｄＴｅ和ＩｎＳｂ相
取得令人瞩目的成绩，但目前报道的焦平面探测器 性能与其理论预期还有相当大的差距．主要的制约
因素是材料性能尚有待进一步提高．另外，国内对该
方向的研究尚处于起步阶段，要赶上国际先进水平，
更需要在材料生长与性能表征上加大研究力度．
本文报道用ＭＢＥ技术生长ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格材 料及其性能的研究．我们采用微分相衬显微镜、原子
ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ
２０００８３，Ｃｈｉｎａ）
ｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｍｉｄ－ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｉｎｆｒａｒｅｄ ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ
台阶高度为０．３６５ｎｍ，与一个单原子层的厚度基本 吻合．测试范围２¨ｍ ｘ２阻ｍ内的平均粗糙度在１— １．５ Ａ之间，说明样品具有原子级平整的表面．因此
在后续的实验中，ＧａＳｂ的生长温度采用４８５℃， ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格的生长温度采用４５０℃． 第二组材料是在获得最佳的衬底温度条件下，
行的，超晶格材料的Ａｓ源和ｓｂ源分别由Ａｓ带阀的 裂解炉和ｓｂ带阀的裂解炉提供的Ａｓ２和ｓｂ２．Ｉｎ源 和Ｇａ源分别是７Ｎ的高纯金属Ｉｎ和Ｇａ．实验采用
（１００）晶向的ＧａＳｂ衬底，衬底表面脱氧过程由在线
的反射式高能电子衍射（ＲＨＥＥＤ）花样监控，材料外 延生长的速率由ＲＨＥＥＤ强度振荡曲线获得，Ｉｎ／Ａｓ
和Ｇａ／Ｓｂ的束流比由在线的离子规测量得到，衬底
设计了３种不同的界面结构如图３所示，主要改变 了界面层中Ｉｎ和ｓｂ的开关时间长短及开关顺序． 由于ＩｎＡｓ的晶格常数比ＧａＳｈ的晶格常数ｔｈ７．５％，
取得令人瞩目的成绩，但目前报道的焦平面探测器 性能与其理论预期还有相当大的差距．主要的制约
因素是材料性能尚有待进一步提高．另外，国内对该
方向的研究尚处于起步阶段，要赶上国际先进水平，
更需要在材料生长与性能表征上加大研究力度．
本文报道用ＭＢＥ技术生长ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格材 料及其性能的研究．我们采用微分相衬显微镜、原子
ｏｆ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｉｍａｇｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ， Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｓｈａｎｇｈａｉ
２０００８３，Ｃｈｉｎａ）
ｏｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ｍｉｄ－ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｉｎｆｒａｒｅｄ ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅ
台阶高度为０．３６５ｎｍ，与一个单原子层的厚度基本 吻合．测试范围２¨ｍ ｘ２阻ｍ内的平均粗糙度在１— １．５ Ａ之间，说明样品具有原子级平整的表面．因此
在后续的实验中，ＧａＳｂ的生长温度采用４８５℃， ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格的生长温度采用４５０℃． 第二组材料是在获得最佳的衬底温度条件下，
行的，超晶格材料的Ａｓ源和ｓｂ源分别由Ａｓ带阀的 裂解炉和ｓｂ带阀的裂解炉提供的Ａｓ２和ｓｂ２．Ｉｎ源 和Ｇａ源分别是７Ｎ的高纯金属Ｉｎ和Ｇａ．实验采用
（１００）晶向的ＧａＳｂ衬底，衬底表面脱氧过程由在线
的反射式高能电子衍射（ＲＨＥＥＤ）花样监控，材料外 延生长的速率由ＲＨＥＥＤ强度振荡曲线获得，Ｉｎ／Ａｓ
和Ｇａ／Ｓｂ的束流比由在线的离子规测量得到，衬底
设计了３种不同的界面结构如图３所示，主要改变 了界面层中Ｉｎ和ｓｂ的开关时间长短及开关顺序． 由于ＩｎＡｓ的晶格常数比ＧａＳｈ的晶格常数ｔｈ７．５％，
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〜lOOOAm 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-ADIN)：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 3〜8F; (4)长波红外(LWIR, IR-C DIN)：波长在 8〜15A 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。
10080•40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、海洋研究等尖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0 267(9 Wavelength i mi cons)10 H 12 13 150窗ca H*°曲HiOH*O co.caAtsontnq Molecule45图红外波段大气透射谱线f *红外探测器20生某种性质或物理量的变化，都可以被用来进行红外探测。
光电材料领域调查研究报告
光电材料领域调查研究报告光电子材料向纳米技术构造、非平均值、离散系统和非平衡态发展趋势。
我为大伙儿搜集整理的光电材料领域调查研究报告，期待大伙儿可以喜爱。
二十世纪电子信息技术的发展趋势，随着着电子信息技术、电子信息技术、现代信息技术及其互联网技术等的发生，使社会发展进人了信息时代。
光电技术是继电子信息技术以后30很多年来飞速发展起來的综合型高新科技，以其强劲的活力促进着光电材料(光量子)技术性与产业链的发展趋势，伴随着七十年代中后期半导体材料激光发生器和硅基光导两大基本元器件在基本原理和生产制造加工工艺上的提升，光量子技术性和电子信息技术逐渐融合并产生了具备强劲活力的信息内容光电技术和产业链。
迄今光电材料(光量子)技术性的运用已涉及到高新科技、经济发展、国防和社会经济发展的各行各业，光电材料产业链终将变成 21世纪的主导产业之一。
光电技术产业发展规划水准既是一个我国的高新科技整体实力的反映，也是一个国家整体实力的反映。
光电子材料就是指能造成、变换、传送、解决、储存光电材料数据信号的原材料。
光电子器件就是指能完成光辐射动能与数据信号中间变换作用或光学数据信号传送、解决和储存等作用的元器件。
光电子材料是伴随着光电技术的盛行而发展趋势起來的，光量子健身运动速率高，容积大，不会受到干扰信号，无电阻器热。
光电子材料向纳米技术构造、非平均值、离散系统和非平衡态发展趋势。
光学集成化将是21世纪光电技术发展趋势的一个关键方位。
光电子材料是发展趋势光学信息科技的主导和基本，原材料限度逐渐低维化——由体原材料向层析、超层析和纳米技术构造原材料的方位发展趋势，原材料系统软件由匀质到非匀质、工作中特点由线形向离散系统，由平衡态向非平衡态发展趋势是其最显著的特点。
1、光电子材料按其作用，一般可分成下列7类：(l)发亮(包含激光器)原材料;(2)光电显示原材料;(3)光存储原材料;(4)光电探测器原材料;(5)电子光学新型功能材料;(6)光电转换原材料;(7)光学集成化原材料。
红外技术的应用和前景
红外技术的应用及前景红外技术的应用及前景 (1)摘要 (2)第1章绪论 (2)第2章红外探测技术 (4)摘要本文在第一章中主要介绍了红外线的基础、红外线的特性以及红外技术的发展历史，在第二章中，重点介绍了红外线在探测方向的应用，以及不同的红外探测器的分类和特性，并且通过对探测原理的推导，了解探测器工作的方法,最后介绍了红外探测器的发展前景。
关键字：红外线、探测器第1章绪论1.1引言目前红外技术作为一种高技术，它与激光技术并驾齐驭，在军事上占有举足轻重的地位.红外成像、红外侦察、红外跟踪、红外制导、红外预警、红外对抗等在现代和未来战争中都是很重要的战术和战略手段.在70年代以后，军事红外技术又逐步向民用部门转化.红外加热和干燥技术广泛应用于工业、农业、医学、交通等各个行业和部门.红外测温、红外测湿、红外理疗、红外检测、红外报警、红外遥感、红外防伪更是各行业争相选用的先进技术.标志红外技术最新成就的红外热成像技术，它与雷达、电视一起构成当代三大传感系统，尤其是焦平面列阵技术的采用，将使它发展成可与眼睛相媲美的凝视系统.1.2红外简介1.2.1红外线概述1672年，牛顿使用分光棱镜把太阳光（白光）分解为红、橙'黄'绿、青、蓝、紫等各色单色光，证实了太阳光（白光）是由各种颜色的光复合而成。
1800年，英国物理学家F. W.赫胥尔从热的观点来研究各种色光时，偶然发现放在光带红光外的一支温度计，比其他色光温度的指示数值高.经过反复试验，这个所谓热量最多的高温区，总是位于光带最边缘处红光的外面.于是他宣布：太阳发出的辐射中除可见光线外，还有一种人眼看不见的“热线"，这种看不见的“热线”位于红色光外侧，叫做红外线.这种红外线，又称红外辐射，是指波长为0.78~1000四的电磁波.其中波长为0.78~1.5网的部分称为近红外，波长为1.5~10H m的部分称为中红外，波长为10~1000削的部分称为远红外线.而波长为2.0-1000pm的部分，也称为热红外线.红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射，它在电磁波连续频谱中的位置是处于无线电波与可见光之间的区域。
区域熔炼技术
21
a
区域熔炼的影响因素
可见，熔区的长度要综合考虑来决定。在实际的区 熔中，最初可用大熔区，后几次用小熔区，这样的 提纯效果比用熔区不变的更好些。此外具有高熔点 和导热不良的材料，较之熔点接近室温而热导率良 好的材料，更易产生狭熔区。Chii-Hong Ho等得出 最优的熔区长度随分配系数的增加而增加，随区熔 次数的增加而减小。
20
a
区域熔炼的影响因素
熔区长度z对区域熔炼效果的影响也很显著。这从 两方面看，由一次通过的区熔提纯公式可以看出： 当K为恒定时，随着熔区长度l的增大，C的值将减 小，即提纯效果好。
在多次通过熔区时。由极限分布方程看出：K一定 时，l值增加一B值减小一A值增加一C(x)增加，因此， 熔区长度l值增加，杂质浓度C(x)也增加，此时的提 纯效果较差。
26
a
区域熔炼的设备
坩埚和容器材料的选择，在很大程度上由纯化材料 的熔点来决定，但是必须把热导率、多孔性和热膨 胀等性质考虑在内。如果在有关温度，纯化材料对 所有已知的坩埚和容器材料完全不相容，则可以考 虑使用悬浮区域技术。
垂直法进行的悬浮区域技术，是在无坩埚的情况下， 移动的熔区由表面张力、薄氧化层或电磁场的浮生 效应等因素所支持的一种方法。该方法最大的优点 就是避免了容器对材料的污染，而且有可能利用浮 力或重力除去不溶物。
28
a
区域熔炼技术的应用
就锌而言，目前7N锌主要是应用于制备HgCdTe红 外焦平面陈列的CdZnTe(CZT)衬底材料，CdZnTe作为 室温核辐射探测器的最适宜材料，近年来愈发受到 广泛关注，Cd ZnxTe单晶是红外光敏半导体材料， 可以制作核辐射探测仪、红外仪器、热成像仪，而 7N锌的制备只能通过区域熔炼来实现。 W．P．Allred等通过区熔和拉晶过程制备了AlSb化 合物。可见，区熔提纯在金属以及化合物方面应用 也很广泛。
红外探测器非均匀性校正
响的红外焦平面阵列图像
b.较为理想的红外焦平面阵列图像
图3：红外焦平面阵列图像校正前后对比
非均匀性的校正方法
红外探测器非均匀性校正
基于温度标定的非均匀性校正
基于场景的非均匀性校正
单 点 法
两 点 法
多 点 法
时 域 高 通 滤 波 法
恒 定 统 计 法
卡 尔 曼 滤 波 法
基于温度标定的校正技术的原理及优缺点 基于温度标定的校正技术要求在特定温度下由黑 体产生的均匀辐射对红外焦平面阵列定标，通常 使用两点定标算法或多点定标算法。 优点：算法成熟、原理简单，便于硬件实时处理 实现； 缺点：当红外探测器的非均匀性很大时，基于标 定的校正方法存在一定的误差，并且基于标定的 校正方法在使用时，需要隔一段时间就进行重新 标定，以保证非均匀校正系数的准确。
(c) 两点温度标定校正后
(d) 三点温度标定校正后
非均匀性校正的算法（两点校正为例）过程
分别在高温辐照度低温辐照度 进行定标 根据标定数据，应用盲元检测 算法得到盲元的数目、标记 盲元的位置 得到中间辐照度的红外数据， 并判断是否是盲元 No 运用两点或多点校正算法， 得到校正后的数据 运用校正后的数据和盲元补偿 算法，得到补偿后的数据
(a) 未进行盲元的检测和补偿
(b) 进行盲元检测和补偿后
图2：进行和未进行盲元检测比较图
非均匀性的产生原因
1
部件 影响非均匀性的起因 饱和电流 探 测 器 阵 列 光敏面积
具体因素 载流子寿命、掺杂浓度 PN节面积、晶体缺陷 光刻技术 表面反射率、载流子寿命 入射光谱成分 成分配比、势阱深度 掺杂浓度、势阱深度 CCD设计、电荷迁移率 势阱的非线性 输入电阻、电容
HgCdTe光伏探测器的辐射响应性能与它所处的实际温度 相关，焦平面器件和焦平面器件探测单元的温度均匀性 将影响整个焦平面器件响应的均匀性。同样，红外探测 单元及其CCD器件单元驱动信号的变化将影响整个焦平 面器件响应的均匀性。这种非均匀性主要由焦平面器 件的工作状态确定，同一焦平面在不同成像系统中可 以有不同的非均匀性效果。
b.较为理想的红外焦平面阵列图像
图3：红外焦平面阵列图像校正前后对比
非均匀性的校正方法
红外探测器非均匀性校正
基于温度标定的非均匀性校正
基于场景的非均匀性校正
单 点 法
两 点 法
多 点 法
时 域 高 通 滤 波 法
恒 定 统 计 法
卡 尔 曼 滤 波 法
基于温度标定的校正技术的原理及优缺点 基于温度标定的校正技术要求在特定温度下由黑 体产生的均匀辐射对红外焦平面阵列定标，通常 使用两点定标算法或多点定标算法。 优点：算法成熟、原理简单，便于硬件实时处理 实现； 缺点：当红外探测器的非均匀性很大时，基于标 定的校正方法存在一定的误差，并且基于标定的 校正方法在使用时，需要隔一段时间就进行重新 标定，以保证非均匀校正系数的准确。
(c) 两点温度标定校正后
(d) 三点温度标定校正后
非均匀性校正的算法（两点校正为例）过程
分别在高温辐照度低温辐照度 进行定标 根据标定数据，应用盲元检测 算法得到盲元的数目、标记 盲元的位置 得到中间辐照度的红外数据， 并判断是否是盲元 No 运用两点或多点校正算法， 得到校正后的数据 运用校正后的数据和盲元补偿 算法，得到补偿后的数据
(a) 未进行盲元的检测和补偿
(b) 进行盲元检测和补偿后
图2：进行和未进行盲元检测比较图
非均匀性的产生原因
1
部件 影响非均匀性的起因 饱和电流 探 测 器 阵 列 光敏面积
具体因素 载流子寿命、掺杂浓度 PN节面积、晶体缺陷 光刻技术 表面反射率、载流子寿命 入射光谱成分 成分配比、势阱深度 掺杂浓度、势阱深度 CCD设计、电荷迁移率 势阱的非线性 输入电阻、电容
HgCdTe光伏探测器的辐射响应性能与它所处的实际温度 相关，焦平面器件和焦平面器件探测单元的温度均匀性 将影响整个焦平面器件响应的均匀性。同样，红外探测 单元及其CCD器件单元驱动信号的变化将影响整个焦平 面器件响应的均匀性。这种非均匀性主要由焦平面器 件的工作状态确定，同一焦平面在不同成像系统中可 以有不同的非均匀性效果。
红外探测器的七大用途
红外探测器的七大用途导语：红外光是波长介于可见光与太赫兹波之间的电磁波，红外探测器就是用来探测这种人眼看不见的光信号的器件。
它将红外光信号转变成某种可测量的物理量，从而实现感知。
红外光是波长介于可见光与太赫兹波之间的电磁波，红外探测器就是用来探测这种人眼看不见的光信号的器件。
它将红外光信号转变成某种可测量的物理量，从而实现感知。
经过几代的发展，红外探测器已经从单元发展到焦平面阵列。
红外焦平面根据制冷方式划分，分为制冷型焦平面阵列和非制冷型焦平面阵列。
制冷型探测器背景温度与探测温度之间的对比度决定着探测器的理想分辨率，所以，为提高探测器精度必须大幅降低背景温度。
制冷型探测器发展较早、应用广泛的有：HgCdTe探测器、InSb探测器和量子阱探测器等。
非制冷型探测器能在室温工作，主要有微测辐射热计、热释电探测器和热电堆探测器等。
只要不处在绝对零度，地球温度环境下的物体都存在红外辐射。
因此，地球环境下的目标探测，红外具有特别重要的地位。
相比其他手段，红外探测具有隐蔽性强、恶劣天气影响小，适于夜间使用；识别目标能力强的特点。
红外系统涉及成像、成像光谱、智能化检测等问题，那么，这天上地下的，红外探测器究竟能用在哪儿？气象预测因为有风云系列气象卫星、海洋系列卫星昼夜监测，发送卫星云图，所以台风预测越来越准确。
尤其是卫星上的红外探测器组件，做成遥感仪器放在卫星上，才能够观测得到各种成像。
对地成像红外探测器规模越大看得越清楚，大规模就是像素做的多，目前规模最大的是美国做的6400万像素。
汶川地震时中美协商，请美方派卫星在汶川上空观测灾情。
军事侦察红外侦察分为地面、海面、空中和空间侦察。
空间侦察主要指：利用侦察卫星上的红外遥感设备，从空间轨道上对目标实施侦察和监视。
我国商用卫星已能够拍到美国军用造船厂的清晰图片。
环境监测2011年日本福岛核电站事故，放射性物质泄漏，美国海洋与大气管理局公布污染海水流向预测结果图，正是基于红外成像做出来的。
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第34卷 第8期 红 外 技 术 Vol.34 No.8 2012年8月 Infrared Technology Aug. 2012
444 HgCdTe焦平面红外探测器封装中的芯片粘接技术 熊 雄，朱颖峰，王 微，黄一彬，刘远勇 （昆明物理研究所，云南 昆明 650223）
摘要：针对HgCdTe焦平面红外探测器封装的特殊性，提出了芯片粘接胶的选用原则，影响粘接质量的主要因素，以及粘接工艺优化方法。提出了用于封装HgCdTe MW 320×256探测器的低温胶X1，并对该胶做了一系列可靠性实验。实验证明，低温胶X1满足该探测器的封装要求。 关键词：HgCdTe红外探测器；封装；芯片粘接；可靠性 中图分类号：TN215 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2012)08-0444-04
Die Attach Technology in HgCdTe IRFPA Detector Package XIONG Xiong，ZHU Ying-feng，WANG Wei，HUANG Yi-bin，LIU Yuan-yong （Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China）
Abstract：Concerning the special properties of the HgCdTe FPAIR detector package, the basic principles of adhesive selection, the main factors affecting the bonding quality, and the optimization of the die attach methods are introduced. Low-temperature adhesive X1 is proposed to package HgCdTe MW 320×256 detectors, and the reliability experiments show that adhesive X1 meets the package requirements. Key words：HgCdTe IR detector，package，die attach，reliability
0 引言 在HgCdTe焦平面红外探测器的封装中，HgCdTe芯片的粘接是极为重要的工艺环节，粘接胶的选择，固化工艺，胶层质量等因素对探测器组件的可靠性起重要作用。本文主要针对HgCdTe芯片粘接胶的选用原则、粘接工艺的优化和粘接可靠性论证做了探讨研究，以期提高红外探测器封装质量。
1 封装特殊性 HgCdTe焦平面红外探测器的封装是一个多层叠形结构，如图1所示，包括陶瓷基板、粘接胶、HgCdTe芯片、冷屏等结构。与传统集成电路封装相比，HgCdTe红外探测器的封装有其独特性[1,2]：
①HgCdTe芯片需要在80 K左右的低温下工作；②为保证其工作温度，芯片封装在杜瓦真空绝热环境中；③芯片粘接面积大，对胶层厚度、平行差、传热等提出了较严苛的要求。
图1 HgCdTe焦平面红外探测器封装示意图 Fig.1 HgCdTe FPA IR detector package drawing 2 粘接胶选择
基于HgCdTe红外探测器封装的特殊性，选择芯片粘接胶需着重考虑以下几个方面的性能参数[3-5]： 1）粘接强度：HgCdTe芯片必须良好的粘附于陶瓷基板，确保在振动冲击条件下有足够的粘接强度。 2）耐低温性能：粘接胶在低温下脆性变大韧性下降，则需选用的粘接胶在低温下物理化学性质保持基本不变或在可接受范围内变化。
收稿日期：2012-05-07. 作者简介：熊雄（1986-），男，湖南长沙人，主要从事红外探器封装技术研究。E-mail：xxoo520@sohu.com. 第34卷 第8期 Vol.34 No.8 2012年8月 熊 雄等：HgCdTe焦平面红外探测器封装中的芯片粘接技术 Aug. 2012
4453）热膨胀系数：由于封装结构中各种材料热膨胀系数不同，探测器工作时，在材料内部产生热应力[6]。热失配引起的应力会造成HgCdTe材料的损伤或互连In柱的失效，从而影响焦平面探测器的可靠性，故膨胀系数是否匹配也是选择粘接胶时需要重点考量的因素。 4）弹性模量：对于不同弹性模量的粘接胶，HgCdTe芯片所受的内应力不同。图2是基于Ansys分析的HgCdTe芯片工作时应力分布图，在物性参数设定时，图2（b）比图2（a）粘接胶的弹性模量大一个数量级，其他参数相同，由图易知，粘接胶的弹性模量越大，产生的最大内应力也越大。因此，低模量也是选择粘接胶的一个方向。 5）热导率：粘接胶应与粘接接头材料的导热性能匹配，保证HgCdTe芯片能够快速达到工作温度，且温度均匀性好。 6）放气量：选择饱和蒸汽分压低的粘接胶，在真空下不易分解蒸发，从而减小对杜瓦真空性能的破坏。 (a) (b) 图2 基于Ansys分析的HgCdTe芯片工作时应力分布图Fig.2 Internal stress distribution 遵循以上分析原则，选择低温胶X1封装HgCdTe MW 320×256焦平面探测器，表1是低温胶X1的主要技术参数。 表1 低温胶X1主要技术参数 Table 1 Technical Data of X1 Typical Properties Data Specific Gravity Hardness Viscosity CTE Thermal Conductivity Degradation Temp. Outgassing , NASA Curing 2.8 g/cm3 Shore D 82 37282 cPs
52 ppm
3.3 W/mK
403℃ Passes 75℃ 150 min
3 粘接工艺优化 3.1 胶层空洞与内应力 粘接的基本工艺过程一般为：表面处理、配胶、涂胶、粘合、固化、检验等，粘片质量的好坏将直接影响探测器的封装可靠性[4]。
常出现的问题之一是胶层出现孔洞[7]，孔洞会降低HgCdTe芯片的有效粘接面积，影响粘接强度；同时孔洞的存在将降低粘接系统的导热性能。图3是基于有限元分析孔洞对温度分布的影响，白色区域为孔洞，分析表明胶层中的孔洞对热的传导形成明显的阻力，会严重影响焦平面的传热温差，因此，在封装工艺过程中应设法避免孔洞出现。
图3 空洞对温度分布的影响 Fig.3 Relationship of gap and temperature distribution 内应力也是影响封装可靠性的一个重要方面。内应力是由于固化时的体积收缩和热膨胀系数差异而存在于粘接体系内部的应力[8]。产生原因主要有：
一是粘接胶固化时的体积收缩；二是胶层与被粘物热膨胀系数的差异；三是粘接界面有气泡或夹入空气。 3.2 工艺优化处理 针对上述机理，工艺上的改进方法主要有： 第34卷 第8期 红 外 技 术 Vol.34 No.8 2012年8月 Infrared Technology Aug. 2012
446 1）通过粘接面的表面处理增大有效粘接面积、提高粘接强度：一是保证陶瓷基板粘接面合适的粗糙度；二是对粘接面进行适当的清洁处理。 2）配胶后进行真空排气处理。粘接胶在粘接之前做真空排气处理，减少胶中的含气量，一方面减少胶层中孔洞的存在几率；另一方面减少胶层在杜瓦排气后的出气量，有效的保持杜瓦真空度，保证探测器组件的使用寿命。 3）通过设计专用的工装夹具严格控制胶层厚度与平行差。胶层太厚，会因体积收缩造成内应力增大，放气量相应增多；胶层太薄容易缺胶，出现孔洞。HgCdTe芯片与陶瓷基板间的剪切力先随胶层厚度增大而增大，到某一值后随胶层厚度增大而减小，从图4可以看出胶层厚度控制在0.050～0.100 mm剪切强度最高。 4）优化固化工艺。固化是粘接工艺的关键所在，粘接胶在固化期间，溶剂或气体会释放出来，若气体聚集则会产生孔洞。由于HgCdTe材料本身的性质，固化温度不宜过高，并且温度高时内应力积累越甚；为提高封装效率，固化时间越短越好。所以在优化固化工艺时，在保证质量的同时需折中处理温度与时间的关系。 图4 胶层厚度与剪切强度的关系 Fig.4 Curve of shear strength and thickness 4 低温胶X1可靠性验证 4.1 实验设计 图5是低温胶X1的可靠性试验流程，共有20组 HgCdTe芯片封装在金属杜瓦中，分为高低温试验、高温存储、低温冲击和对比组，试验中高温为80℃，低温为液氮温度。 4.2 结果分析 图6是20组HgCdTe芯片的胶层厚度值，胶层厚度基本落在0.05～0.08 mm区间。 20组实验组在振动冲击试验后做芯片性能测试，测试数据显示主要性能指标与封装前基本保持一致。 粘接胶的剪切强度是粘接强度的主要指标，图7是破坏性剪切强度的原理图。剪切破坏应力按下式计算[9]：
＝F/BL (1)
式中：——接头的拉伸剪切强度，MPa；
F——试样剪切破坏时的最高负荷，N； B——试样粘接面的宽度，mm； L——试样粘接面的长度，mm。 破坏性剪切强度测试仪器为Dage 4000，图8是20组剪切强度分布，对应图6，剪切强度与胶层厚度的关系与图4基本相符合，经过高低温和振动冲击的粘接系统剪切强度满足探测器可靠性要求。
图5 可靠性试验流程 Fig.5 Reliability test process
图6 胶层厚度 Fig.6 Layer thickness
5 小结 本文分析了HgCdTe焦平面红外探测器芯片粘接胶的选用原则，优化了粘接工艺，对封装HgCdTeMW 320×256焦平面探测器的低温胶X1
胶层厚度/mm