红外探测器（原书第2版）

译者序
原书前言
致谢
作者简介
第Ⅰ部分红外探测技术的基础知识
第1章辐射度学2
1.1辐射度学和光度学的相关量和单位3
1.2辐射度学物理量的定义5
1.3辐射率6
1.4黑体辐射9
1.5发射率（比辐射率）12
1.6红外光学系统13
1.7红外系统辐射度学的相关概念16
1.7.1夜视系统16
1.7.2大气透射和红外光谱19
1.7.3景物辐射和对比度20
参考文献21

第2章红外探测器的性质22
2.1现代红外技术的发展史24
2.2红外探测器分类28
2.3红外探测器制冷31
2.3.1低温杜瓦瓶31
2.3.2焦耳-汤普森制冷器32
2.3.3斯特林循环制冷技术32
2.3.4珀耳帖制冷器33
2.4探测器的品质因数33
2.4.1响应度34
2.4.2噪声等效功率34
2.4.3探测率34
2.5基本的探测率极限35
参考文献40

第3章红外探测器的基本性能极限44
3.1热探测器44
3.1.1工作原理44
3.1.2噪声机理47
3.1.3比探测率和基本极限48
3.2光子探测器52
3.2.1光子探测过程52
3.2.2光子探测器的理论模型55
3.2.2.1光学生成噪声56
3.2.2.2热生成和复合噪声57
3.2.3光电探测器的很好厚度58
3.2.4探测器材料的品质因数58
3.2.5减小器件体积以提高性能60
3.3光子和热探测器基本的比较62
3.4光电探测器的建模66
参考文献68

第4章外差式探测技术72
参考文献80

第Ⅱ部分红外热探测器
第5章温差电堆84
5.1温差电堆的基本工作原理84
5.2品质因数87
5.3热电材料89
5.4利用微机械技术制造温差电堆93
5.4.1设计优化93
5.4.2温差电堆的结构布局94
5.4.3微温差电堆技术95
参考文献97

第6章测辐射热计100
6.1测辐射热计的基本工作原理100
6.2测辐射热计类型102
6.2.1金属测辐射热计102
6.2.2热敏电阻103
6.2.3半导体测辐射热计104
6.2.4微型室温硅测辐射热计107
6.2.4.1测辐射热计的传感材料109
6.2.4.2氧化钒109
6.2.4.3非晶硅110
6.2.4.4硅二极管111
6.2.4.5其它材料111
6.2.5超导测辐射热计112
6.2.6高温超导测辐射热计116
6.3热电子测辐射热计121
参考文献124

第7章热释电探测器132
7.1热释电探测器的基本工作原理132
7.1.1响应度133
7.1.2噪声和探测率136
7.2热释电材料选择138
7.2.1单晶141
7.2.2热释电聚合物142
7.2.3热释电陶瓷142
7.2.4电介质测辐射热计144
7.2.5材料选择145
7.3热释电摄像机146
参考文献147

第8章新型热探测器150
8.1高莱辐射计150
8.2新型非制冷探测器152
8.2.1电耦合悬臂梁结构153
8.2.2光学耦合悬臂梁结构156
8.2.3热-光传感器160
8.2.4天线耦合微测辐射热计161
8.3热探测器性能比较163
参考文献164

第Ⅲ部分红外光子探测器
第9章光子探测器理论170
9.1光电导探测器170
9.1.1本征光电导理论170
9.1.1.1扫出效应172
9.1.1.2光电导体中的噪声机理174
9.1.1.3量子效率176
9.1.1.4光电导体的最终性质177
9.1.1.5背景影响178
9.1.1.6表面复合的影响178
9.1.2非本征光电导理论179
9.1.3本征和非本征红外探测器的工作温度187
9.2pn结光敏二极管190
9.2.1理想扩散限pn结192
9.2.1.1扩散电流192
9.2.1.2量子效率193
9.2.1.3噪声194
9.2.1.4比探测率196
9.2.2实际的pn结197
9.2.2.1生成-复合电流198
9.2.2.2隧穿电流200
9.2.2.3表面漏电流201
9.2.2.4空间电荷限电流203
9.2.3响应时间204
9.3pin光敏二极管206
9.4雪崩光敏二极管209
9.5肖特基势垒光敏二极管214
9.5.1肖特基-莫特理论及其修正214
9.5.2电流传输过程216
9.5.3硅化物217
9.6金属-半导体-金属光敏二极管218
9.7金属-绝缘体-半导体光敏二极管220
9.8非平衡光敏二极管224
9.9nBn探测器225
9.10光电磁、磁致浓差和登伯探测器226
9.10.1光电磁探测器227
9.10.1.1光电磁效应227
9.10.1.2利乐解228
9.10.1.3制造技术和性能229
9.10.2磁致浓差探测器230
9.10.3登伯探测器231
9.11光子牵引探测器234
参考文献236

第10章本征硅和锗探测器246
10.1硅光敏二极管247
10.2锗光敏二极管254
10.3锗化硅光敏二极管256
参考文献258

第11章非本征硅和锗探测器261
11.1非本征探测技术262
11.2非本征光电探测器的工作特性264
11.3非本征光电导体的性能265
11.3.1硅掺杂光电导体265
11.3.2锗掺杂光电导体268
11.4受阻杂质带器件269
11.5固态光电倍增管273
参考文献273

第12章光电发射探测器278
12.1内光电发射过程278
12.1.1散射效应281
12.1.2暗电流283
12.1.3金属电极283
12.2肖特基势垒探测器截止波长的控制285
12.3肖特基势垒探测器的结构优化和制造285
12.4新型内光电发射探测器287
12.4.1异质结内光电发射探测器287
12.4.2同质结内光电发射探测器288
参考文献290

第13章Ⅲ-V族（元素）探测器295
13.1Ⅲ-V族窄带隙半导体的物理性质295
13.2InGaAs光敏二极管301
13.2.1pinInGaAs光敏二极管302
13.2.2InGaAs雪崩光敏二极管304
13.3二元Ⅲ-V探测器308
13.3.1InSb光电导探测器308
13.3.2InSb光电磁探测器309
13.3.3InSb光敏二极管310
13.3.4InAs光敏二极管318
13.3.5InSb非平衡光敏二极管321
13.4三元和四元Ⅲ-V探测器323
13.4.1InAsSb探测器324
13.4.1.1InAsSb光电导体324
13.4.1.2InAsSb光敏二极管327
13.4.2以GaSb三元和四元合金为基础的光敏二极管333
13.5以Sb为基础的新型Ⅲ-V窄带隙光电探测器337
13.5.1InTlSb和InTlP337
13.5.2InSbBi338
13.5.3InSbN338
参考文献338

第14章碲镉汞（HgCdTe）探测器351
14.1HgCdTe探测器的发展史351
14.2HgCdTe材料：技术和性质354
14.2.1相图354
14.2.2晶体生长技术355
14.2.3缺陷和杂质362
14.2.3.1固有缺陷362
14.2.3.2掺杂物363
14.3HgCdTe的基本性质364
14.3.1能带隙366
14.3.2迁移率367
14.3.3光学性质369
14.3.4热生成-复合过程373
14.3.4.1肖克莱-里德过程373
14.3.4.2辐射过程374
14.3.4.3俄歇过程375
14.4俄歇效应为主的光电探测器性能378
14.4.1平衡型器件378
14.4.2非平衡型器件379
14.5光电导探测器380
14.5.1探测技术381
14.5.2光电导探测器的性能382
14.5.2.1工作在温度77K的器件382
14.5.2.2工作温度高于77K的器件386
14.5.3俘获模式光电导体388
14.5.4排斥光电导体389
14.5.5扫积型探测器392
14.6光伏探测器397
14.6.1结的形成397
14.6.1.1Hg向内扩散398
14.6.1.2离子束铣399
14.6.1.3离子植入399
14.6.1.4反应离子刻蚀402
14.6.1.5生长期间掺杂402
14.6.1.6钝化404
14.6.1.7接触层金属化工艺406
14.6.2对HgCdTe光敏二极管性能的主要407
14.6.3对HgCdTe光敏二极管性能的次要419
14.6.4雪崩光敏二极管423
14.6.5俄歇抑制光敏二极管429
14.6.6金属-绝缘体-半导体光敏二极管433
14.6.7肖特基势垒光敏二极管436
14.7Hg基探测器437
14.7.1晶体生长437
14.7.2物理性质438
14.7.3HgZnTe光电探测器440
14.7.4HgMnTe光电探测器442
参考文献444

第15章IV-Ⅵ族（元素）探测器469
15.1材料制备和性质469
15.1.1晶体生长469
15.1.2缺陷和杂质472
15.1.3物理性质473
15.1.4生成复合过程477
15.2多晶光电导探测器481
15.2.1多晶铅盐的沉积481
15.2.2制造技术482
15.2.3性能483
15.3p-n结光敏二极管486
15.3.1性能限486
15.3.2技术和性质489
15.3.2.1扩散光敏二极管492
15.3.2.2离子植入493
15.3.2.3异质结493
15.4肖特基势垒光敏二极管495
15.4.1肖特基势垒的相关争议问题496
15.4.2技术和性质498
15.5非寻常薄膜光敏二极管503
15.6可调谐谐振腔增强型探测器505
15.7铅盐与HgCdTe507
参考文献509

第16章量子阱红外光电探测器521
16.1低维固体：基础知识521
16.2多量子阱和超晶格结构526
16.2.1成分超晶格结构527
16.2.2掺杂超晶格结构529
16.2.3子带间光学跃迁530
16.2.4子带间弛豫时间533
16.3光电导量子阱红外光电探测器534
16.3.1制造技术536
16.3.2暗电流537
16.3.3光电流542
16.3.4探测器性能543
16.3.5量子阱红外光电探测器与碲镉汞探测器546
16.4光伏量子阱红外光电探测器548
16.5超晶格微带量子阱红外光电探测器551
16.6光耦合552
16.7其它相关器件555
16.7.1p类掺杂GaAs/AlGaAs量子阱红外光电探测器555
16.7.2热电子晶体管探测器557
16.7.3SiGe/Si量子阱红外光电探测器558
16.7.4采用其它材料体系的量子阱红外光电探测器560
16.7.5多色探测器561
16.7.6集成发光二极管量子阱红外光电探测器564
参考文献565

第17章超晶格红外探测器576
17.1HgTe/HgCdTe超晶格576
17.1.1材料性质576
17.1.2超晶格光敏二极管580
17.2应变层超晶格583
17.3InAsSb/InSb应变层超晶格光敏二极管584
17.4InAs/GaInSbII类应变层超晶格585
17.4.1材料性质586
17.4.2超晶格光敏二极管589
17.4.3nBn超晶格探测器596
参考文献598

第18章量子点红外光电探测器603
18.1量子点红外光电探测器的制备和工作原理603
18.2量子点红外光电探测器的预期优势606
18.3量子点红外光电探测器模型607
18.4量子点红外光电探测器性能611
18.4.1R0A乘积611
18.4.2温度78K时的比探测率611
18.4.3高温性能612
参考文献614

第Ⅳ部分焦平面阵列
第19章焦平面阵列结构概述618
19.1概述619
19.2单片焦平面阵列结构625
19.2.1电荷耦合器件626
19.2.2互补金属氧化物半导体器件629
19.3混成型焦平面阵列632
19.3.1互连技术633
19.3.2读出集成电路635
19.4焦平面阵列的性能640
19.4.1噪声等效温差640
19.4.2读出电路对噪声等效温差的影响643
19.4.2.1HgCdTe光敏二极管和量子阱红外光电探测器的读出电路限噪声等效温差645
19.5最小可分辨温差646
19.6自适应焦平面阵列647
参考文献649

第20章热探测器焦平面阵列653
20.1热电堆焦平面阵列655
20.2测辐射热计焦平面阵列659
20.2.1制造技术662
20.2.2焦平面阵列性能664
20.2.3封装669
20.3热释电焦平面阵列670
20.3.1线阵列670
20.3.2混成型结构672
20.3.3单片结构674
20.3.4对非制冷焦平面阵列商业市场的展望677
20.4新型非制冷焦平面阵列678
参考文献681

第21章光子探测器焦平面阵列688
21.1本征硅和锗焦平面阵列688
21.2非本征硅和锗焦平面阵列693
21.3光电发射阵列698
21.4ⅢV族（元素）焦平面阵列704
21.4.1InGaAs焦平面阵列704
21.4.2InSb焦平面阵列708
21.4.2.1混成型InSb焦平面阵列709
21.4.2.2单片InSb焦平面阵列712
21.5HgCdTe焦平面阵列715
21.5.1单片焦平面阵列717
21.5.2混成型焦平面阵列718
21.6铅盐焦平面阵列726
21.7量子阱红外光电探测器阵列729
21.8InAs/GaInSb应力层超晶格焦平面阵列735
参考文献737

第22章太赫兹探测器和焦平面阵列749
22.1直接和外差太赫兹探测技术：概论750
22.2肖特基势垒结构754
22.3对破坏中断光子探测器757
22.4热探测器760
22.4.1半导体测辐射热计761
22.4.2超导热电子测辐射热计763
22.4.3转换边界传感器测辐射热计765
22.5场效应晶体管探测器769
22.6结论772
参考文献772

第23章第三代红外探测器781
23.1多色探测技术的优越性782
23.2第三代探测器的技术要求783
23.3HgCdTe多色探测器786
23.3.1双波段HgCdTe探测器787
23.3.2三色HgCdTe探测器795
23.4多波段量子阱红外光电探测器797
23.5Ⅱ类InAs/GaInSb双波段探测器807
23.6多波段量子点红外光电探测器809
参考文献812
跋819

本书有三个鲜明特点：第一，内容十分丰富，该书由四部分23章组成，概述了红外探测器的发展史，详细介绍了各种红外探测器的当前状况，同时根据相关理论预测了其性能极限；第二，内容非常系统，不仅介绍了红外探测技术的基础知识，而且还较为详细地阐述了各种类型的探测器，可使读者对红外探测器有全面了解，又能侧重自己从事的研究项目；第三，内容极具优选性，囊括了各种成熟的红外探测器和研究课题，同时介绍了曾经研究但尚未接近成功应用的一些项目，分析了其中的主要原因，指出未来可能的发展方向。本书参考了大量的会议文献和技术资料，并根据原书作者研究团队的研究成果和经验，分析和列出了目前已经达到的优选性能，无疑给读者提供了一个参考基准，是一部非常有价值的参考书。本书可供光电子领域特别是航空航天方向从事红外光学仪器设计、器件设计及研究的工程师和研究人员使用，也可作为大专院校相关专业师生的参考用书。

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