焦平面APD探测器的国内外技术现状和发展趋势.doc

红外焦平面探测器的国内外技术现状和发展趋势 焦平面APD探测器的背景及 焦平面APD探测器主要是由：和读出电路ROIC)两部分组成，其中核心元件。 1APD 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）线模式低于击穿电压） （1）Geiger-mode特点 1）极高的探测灵敏度，单个光子即可雪崩效应 2）GM-APD输出信号在有高的时间分辨率，进而有 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输出为可以直接进行数字处理，ROIC)不需要前置放大器和模拟处理模块，即更简单的 缺点： 死时间效应：-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淬火电对进行抑制。 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。 ）特点 ： 探测率高，可达%以上 2）有较小的通道串扰效应； 具有多目标探测能力； 4可获取回强度信息； 相比目标有更好的探测能力。 ： 1低于-APD；（现今已经研制出有单光子灵敏度的-APD） 的复杂度大于对输入信号进行放大、滤波、高速采样、阈值比较、存储等操作）信号包括强度和时间测量两部分） 半导体材料分为：Ge APD、InGaAs APD、HgCdTe APD。 其中Si的波长在，由于材料限制很难做到大于，再考虑到安全以及对高功率激光的需求，波长：um的InGaAs APD 及HgCdTe APD为研究的热点内容。 现状 工作区间进行分类讨论。 Geiger-mode APD(GM-APD)的焦平面探测器 ）手段 1）APD阵列：主要采用型衬底金属有机气相（）台面工艺方法；或者型衬底平面工艺方法制备。 2采用代工流片 3）封装技术：陶瓷封装在一起的探测器封装，再到半导体热电制冷（）使其工作与浅低温的条件。 集成：Bump-bonding)技术或者Bridge-bonding)技术。 ）： 1998林肯实验室研制出*4的APD焦面探测器； 2001年研制出Gen-I系统； 2002年研制出微型的en-II； 2003年研制出en-III（APD阵列：*32） 2011年研制出（：*128） 目前为止已经可以实现：：*256，测量精度：cm以内。 研究： 美国实验室、波音pectrolab公司、Princeton Lightwave公司 （4）及其原理框图 如图一所的）脉冲stop)；该脉冲使读出电路时间测量单元停止计数；光脉冲到达的时间数字化，同时降低偏置实现雪崩淬灭，数据经传输处理获取目标三维距离信息。 如图二所示：InGaAs/InP APD阵列通过In柱子的倒装和下面的ROIC芯片集成，通过陶瓷封装之后，再封装到含有三级半导体热电制冷器(TEC)和石英玻璃光窗的金属管壳。 如图三所示： 的、具有能带渐变层和电荷层的结构。 2、基于线性模式APD(LM-APD)的焦平面探测器 ）手段 1）APD阵列：主要（）制备 2采用代工流片 3）封装技术：陶瓷封装在一起的探测器封装，再到半导体热电制冷（）使其工作与浅低温的条件。 集成结构：（-stacking）互连探测器阵列技术（ertically Integrated Sensor Arrays，） 如图四所示：垂直互连代替中的平行结构，其可以克制芯片的长度限制，用于更大规模的探测器阵列和更复杂的片上信号处理系统。 （2） 2000年开始Raytheon在国防预先研究DARPA)支持下研制了： 4*432*2,10*10,4*256等不同规格的PD阵列探测器； 2001年开始RS公司对gCdTe APD进行研究，并利用高密度垂直集成光电二极管的开发形on-P APD； 2005年开始SC公司3D闪光激光探测成像传感器InGaAs APD 阵列（28×128） 2007年，Raytheon研制了一种应用于导弹系统和海军空中作战中心的HgCdTe APD三维成像雷达（APD阵列2×128），目前仪可以做出*256； 2007年，DSR公司在陆军了gCdTe APD脉冲无扫描激光雷达系统（28×128，增益可达1000）