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第1章 绪论1

1.1 红外探测器的分类1

1.1.1 热探测器1

1.1.2 光子探测器3

1.1.3 辐射场探测器5

1.1.4 热探测器与光子探测器的比较5

1.2 红外探测器性能参数6

1.2.1 主要工作条件6

1.2.2 主要性能参数7

1.2.3 多元及焦平面探测器品质参数14

1.3 噪声源18

1.3.1 探测器噪声18

1.3.2 背景辐射光子噪声22

1.3.3 放大器噪声24

1.4 红外光学材料与红外探测器制冷器24

1.4.1 红外光学材料24

1.4.2 红外探测器制冷器26

1.5 红外探测器的发展简史30

1.5.1 早期热探测器的发展30

1.5.2 早期光子探测器的发展31

1.5.3 现代红外探测器的发展31

参考文献35

第2章 热探测器基本理论36

2.1 热探测器的工作原理36

2.1.1 基本工作模式37

2.1.2 基本工作原理37

2.2 热辐射探测器的噪声39

2.3 热探测器的比探测率41

2.4 噪声等效温差43

参考文献45

第3章 测辐射热电偶和热电堆46

3.1 热电偶的基本工作原理46

3.1.1 温差电效应46

3.1.2 测辐射热电偶49

3.2 热电材料51

3.2.1 材料品质因子Z51

3.2.2 典型热电材料53

3.3 典型测辐射热电堆红外探测器55

3.3.1 薄膜型热电堆探测器55

3.3.2 微机械热电堆探测器55

参考文献59

第4章 测辐射热计61

4.1 热敏电阻61

4.2 测辐射热计的工作原理63

4.2.1 零偏置条件64

4.2.2 直流偏置条件64

4.2.3 脉冲偏置条件67

4.3 测辐射热计的性能分析68

4.3.1 响应度68

4.3.2 噪声分析70

4.4 典型测辐射热计72

4.4.1 金属测辐射热计72

4.4.2 半导体测辐射热计73

4.4.3 微机械室温测辐射热计75

4.4.4 复合测辐射热计78

4.4.5 超导测辐射热计79

参考文献84

第5章 热释电探测器85

5.1 热释电体和铁电体85

5.1.1 热释电效应86

5.1.2 铁电效应87

5.1.3 热释电材料的基本参数88

5.1.4 铁电材料用于红外探测的两种工作模式93

5.2 热释电探测器的工作原理95

5.2.1 热释电探测器的响应度95

5.2.2 热释电探测器的噪声103

5.2.3 噪声等效功率和比探测率107

5.2.4 外部环境影响及补偿措施110

5.3 典型热释电探测器111

参考文献113

第6章 其他热探测器114

6.1 二极管测辐射热计114

6.1.1 二极管电压温度系数114

6.1.2 二极管测辐射热计的性能参数116

6.2 双材料微悬臂梁热探测器116

6.2.1 热力学模型117

6.2.2 电读出式微悬臂梁热探测器118

6.2.3 光读出式微悬臂梁探测器124

6.3 微机械高莱盒红外探测器127

6.3.1 高莱盒的热致形变127

6.3.2 电容读出式高莱盒129

6.3.3 隧道电流读出式高莱盒132

参考文献137

第7章 光电导探测器138

7.1 半导体中的光生载流子138

7.1.1 半导体中的光吸收138

7.1.2 半导体中光生载流子的产生144

7.1.3 非平衡载流子的复合145

7.1.4 半导体中光生载流子的输运149

7.2 本征光电导探测器151

7.2.1 光电导探测器的响应度152

7.2.2 光电导探测器的噪声和比探测率157

7.2.3 影响光电导探测器性能的因素162

7.2.4 典型本征光电导探测器166

7.3 杂质光电导探测器177

7.3.1 杂质光电导探测器的响应度178

7.3.2 噪声和比探测率183

7.3.3 典型非本征光电导探测器184

7.4 受阻杂质带红外探测器187

7.4.1 BIB器件结构187

7.4.2 工作原理188

参考文献190

第8章 光伏探测器191

8.1 PN结的基本特性191

8.1.1 PN结的基本结构191

8.1.2 平衡状态下的PN结191

8.1.3 PN结电流-电压特性194

8.1.4 PN结电容195

8.2 PN结光伏探测器的工作原理196

8.2.1 PN结的光生电流197

8.2.2 光照下PN结的I-U特性202

8.2.3 光伏探测器的响应度205

8.2.4 光伏探测器的噪声208

8.2.5 光伏探测器的比探测率209

8.2.6 光伏探测器的R0Ad210

8.2.7 光伏探测器的响应时间212

8.3 PIN光电二极管215

8.3.1 PIN光电二极管的量子效率217

8.3.2 PIN光电二极管的响应时间217

8.4 雪崩光电二极管220

8.4.1 PN结雪崩倍增效应220

8.4.2 雪崩光电二极管的特性222

8.5 肖特基势垒光电二极管225

8.5.1 金属和半导体的接触电势差226

8.5.2 金属半导体接触整流227

8.5.3 肖特基势垒光电二极管工作原理229

8.6 金属-绝缘体-半导体光电二极管234

8.6.1 MIS结构的表面电场效应234

8.6.2 MIS结构的非平衡态特性238

8.6.3 MIS结构的电容240

8.6.4 MIS型红外探测器工作原理241

8.7 典型光伏探测器245

8.7.1 InGaAs光电二极管246

8.7.2 InAs、InAsSb和InSb光电二极管250

8.7.3 HgCdTe光伏探测器253

参考文献255

第9章 光电磁探测器、磁聚集探测器和丹倍探测器257

9.1 光电磁探测器257

9.1.1 光电磁效应257

9.1.2 PEM探测器的性能参数260

9.1.3 典型PEM探测器263

9.2 磁聚集探测器265

9.2.1 EMCD探测器中的电流分布266

9.2.2 光照下的信号电流267

9.2.3 EMCD探测器的性能分析269

9.3 丹倍探测器271

9.3.1 丹倍电势差271

9.3.2 电压响应度和比探测率272

9.3.3 丹倍探测器性能分析274

9.4 光子牵引探测器276

参考文献278

第10章 天线耦合探测器280

10.1 天线的基本概念280

10.2 天线耦合热电偶282

10.3 天线耦合测辐射热计285

10.4 天线耦合金属-氧化物-金属二极管289

参考文献293

第11章 量子结构红外探测器295

11.1 低维量子结构的基本概念295

11.1.1 超晶格295

11.1.2 量子阱297

11.1.3 量子点299

11.2 量子阱红外探测器300

11.2.1 基本组成301

11.2.2 探测机理301

11.2.3 主要类型303

11.2.4 性能表征305

11.2.5 光伏型量子阱红外探测器311

11.2.6 典型量子阱红外探测器313

11.3 量子点红外探测器316

11.3.1 量子点红外探测器结构316

11.3.2 量子点红外探测器光电转化机理及性能参数319

11.3.3 量子点红外探测器的特性优势322

11.4 超晶格红外探测器324

11.4.1 超晶格材料的特点324

11.4.2 典型超晶格红外探测器326

11.5 多色／多波段探测器327

11.5.1 基本结构及原理327

11.5.2 典型多波段探测器328

参考文献334

第12章 红外焦平面阵列335

12.1 多元红外探测器与红外焦平面阵列335

12.1.1 红外焦平面阵列的特点336

12.1.2 红外焦平面阵列的分类336

12.2 固体成像器件工作原理340

12.2.1 电荷耦合器件341

12.2.2 电荷耦合成像器件351

12.2.3 CMOS成像器件362

12.3 热探测器焦平面阵列372

12.3.1 热电堆焦平面阵列372

12.3.2 微测辐射热计焦平面阵列380

12.3.3 热释电焦平面阵列397

12.3.4 新型非制冷焦平面阵列407

12.4 光子探测器焦平面阵列429

12.4.1 非本征硅、锗焦平面阵列429

12.4.2 肖特基势垒焦平面阵列430

12.4.3 InGaAs焦平面阵列432

12.4.4 InSb焦平面阵列435

12.4.5 HgCdTe焦平面阵列438

12.4.6 铅盐焦平面阵列445

12.4.7 新型光子探测器焦平面阵列447

参考文献458