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紅外與太赫茲探測器(原書第3版) 版權信息
- ISBN：9787030739308
- 條形碼：9787030739308 ; 978-7-03-073930-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
紅外與太赫茲探測器(原書第3版) 內容簡介
本書系統介紹了紅外與太赫茲探測器件中的電子信息理論、物理內涵、光學知識，以及器件制備與應用中所涉及的材料、結構和制冷系統等多方面的內容，對紅外與太赫茲器件制備、應用研發以及實際工程使用人員具有很高的參考價值。全書分為5個部分，包括紅外與太赫茲探測基礎、紅外熱探測器、紅外光子探測器、紅外焦平面陣列以及太赫茲探測器與焦平面陣列。其中紅外熱探測器部分單列了氣動探測器一章，紅外光子探測器部分分列了多種近十年開始進入成熟期的器件類型，太赫茲探測器從原來的一章擴充為一個部分，并對近期的一些進展做了詳細的介紹。
紅外與太赫茲探測器(原書第3版) 目錄
目錄
**部分 紅外與太赫茲探測基礎
第1章 輻射度量學 3
1.1 輻射度量學與光度學中的量和單位 4
1.2 輻照度學中量的定義 6
1.3 輻射亮度 8
1.4 黑體輻射 10
1.5 發射率 13
1.6 紅外光學 15
第2章 紅外系統基礎 19
2.1 紅外探測器市場 19
2.2 夜視系統的概念 21
2.3 熱成像 25
2.4 制冷器技術 32
2.5 大氣傳輸與紅外波段 42
2.6 場景輻射與對比度 43
第3章 紅外探測器的性能 45
3.1 現代紅外探測技術的發展歷史 47
3.2 紅外探測器的分類 50
3.3 探測器工作溫度 54
3.4 探測器的品質因子 56
3.5 探測率基本極限 58
第4章 紅外探測器的基本性能限制 64
4.1 熱探測器 64
4.2 光子探測器 72
4.3 光子和熱探測器的基本限制比較 79
4.4 光子探測器的理論模型 83
第5章 紅外輻射與探測器的耦合 87
5.1 標準耦合 87
5.2 等離激元耦合 89
5.3 陷光探測器 98
第6章 外差探測 103
6.1 外差探測理論 105
6.2 紅外外差探測技術 108
第二部分 紅外熱探測器
第7章 熱電堆 117
7.1 熱電堆的基本原理與操作 117
7.2 品質因子 121
7.3 熱電材料 123
7.4 微機械加工熱電堆 126
第8章 測輻射熱計 132
8.1 測輻射熱計的基本工作原理 132
8.2 測輻射熱計的類型 135
8.3 微加工室溫測輻射熱計 139
8.4 超導測輻射熱計 147
8.5 高溫超導測輻射熱計 152
8.6 熱電子測輻射熱計 156
第9章 熱釋電探測器 161
9.1 熱釋電探測器的基本原理和操作 161
9.2 熱釋電材料的選擇 167
9.3 探測器設計 176
9.4 熱釋電的視像管 178
第10章 氣動探測器 179
10.1 高萊管 179
10.2 微機械高萊管型傳感器 181
第11章 新型熱探測器 183
11.1 新型非制冷探測器 183
11.2 熱傳感器的比較 196
第三部分 紅外光子探測器
第12章 光子探測器的原理 201
12.1 光電導探測器 201
12.2 pn結光電二極管 222
12.3 pin光電二極管 239
12.4 雪崩光電二極管 242
12.5 肖特基勢壘光電二極管 247
12.6 金屬半導體金屬光電二極管 252
12.7 MIS光電二極管 254
12.8 非平衡光電二極管 258
12.9 勢壘型光電二極管 259
12.10 光電磁、磁聚及丹倍探測器 264
12.11 光子牽引探測器 270
第13章 本征硅和鍺探測器 274
13.1 硅光電二極管 275
13.2 鍺光電二極管 284
13.3 SiGe光電二極管 288
第14章 非本征硅和鍺探測器 292
14.1 非本征光電導 292
14.2 非本征光電導技術 293
14.3 非本征光電導工作特性 295
14.4 非本征光電導的性能 296
14.5 阻擋雜質帶器件 301
14.6 固態光電倍增管 306
第15章 光電發射探測器 308
15.1 內光電發射過程 308
15.2 肖特基勢壘探測器截止波長的控制 315
15.3 肖特基勢壘探測器的結構優化與制備 316
15.4 新型內光電發射探測器 317
第16章、-Ⅴ族探測器 321
16.1、-Ⅴ族窄禁帶半導體的物理特性 321
16.2 銦鎵砷光電二極管 331
16.3 二元Ⅲ-Ⅴ族光探測器 339
16.4 InAsSb光電探測器 357
16.5 GaSb基三元、四元合金光電二極管 365
16.6 新型銻基Ⅲ-Ⅴ族窄禁帶光電探測器 368
第17章 碲鎘汞探測器 371
17.1 碲鎘汞探測器的歷史 372
17.2 碲鎘汞：技術和特性 374
17.3 碲鎘汞的基本特性 383
17.4 俄歇過程主導的光探測器性能 397
17.5 光電導型探測器 400
17.6 光伏型探測器 414
17.7 勢壘型光電二極管 454
17.8 其他Hg基探測器 457
第18章、-Ⅵ族探測器 463
18.1 材料制備與特性 464
18.2 多晶光電導探測器 476
18.3 pn結型光電二極管 481
18.4 肖特基勢壘型光電二極管 489
18.5 非傳統的薄膜光電二極管 496
18.6 可調諧振腔增強探測器 498
18.7 鉛鹽與HgCdTe器件的比較 500
第19章 量子阱紅外光電探測器 503
19.1 低維固體：背景 503
19.2 多量子阱和超晶格 508
19.3 光導型量子阱紅外光電探測器 516
19.4 光伏型量子阱紅外光電探測器 531
19.5 超晶格微帶QWIP 533
19.6 光耦合 534
19.7 相關器件 537
第20章 超晶格探測器 547
20.1 HgTe/HgCdTe超晶格 548
20.2 Ⅱ類超晶格 554
20.3 InAs/GaSb超晶格光電二極管 564
20.4 InAs/InAsSb超晶格光電二極管 573
20.5 器件鈍化 575
20.6、蝾惓Ц窆怆娞綔y器中的噪聲機制 578
第21章 量子點紅外光電探測器 581
21.1 QDIP制備和工作原理 581
21.2 QDIP的預期優勢 584
21.3 QDIP模型 585
21.4 QDIP的性能 590
21.5 膠體QDIP593
第22章 紅外勢壘型光電探測器 596
22.1 短波紅外勢壘型探測器 596
22.2 銦砷銻勢壘型探測器 597
22.3 銦砷/鎵銻Ⅱ類勢壘型探測器 600
22.4 勢壘型探測器與HgCdTe 光電二極管的比較 606
第23章 級聯紅外光電探測器 616
23.1 多級紅外探測器 616
23.2、蝾惓Ц駧чg級聯紅外探測器 617
23.3 與碲鎘汞HOT光電探測器的性能比較 625
第四部分 紅外焦平面陣列
第24章 焦平面陣列結構概述 629
24.1 焦平面陣列概述 630
24.2 單片式陣列 633
24.3 混成式陣列 639
24.4 讀出集成電路 643
24.5 焦平面陣列的性能 646
24.6 小像元焦平面陣列的發展 655
24.7 自適應焦平面陣列 665
第25章 熱探測焦平面陣列 668
25.1 熱電堆焦平面陣列 669
25.2 測輻射熱計焦平面陣列 673
25.3 熱釋電焦平面陣列 689
25.4 封裝 697
25.5 新型非制冷焦平面陣列 699
第26章 光子探測焦平面陣列 703
26.1 本征硅陣列 707
26.2 非本征硅和鍺陣列 716
26.3 光發射陣列 722
26.4、-Ⅴ族焦平面陣列 729
26.5 碲鎘汞焦平面陣列 739
26.6 鉛鹽陣列 751
26.7 量子阱紅外光電探測器陣列 756
26.8 勢壘型探測器和Ⅱ類超晶格焦平面陣列 762
26.9 碲鎘汞與Ⅲ -Ⅴ族———未來展望 768
第27章 第三代紅外探測器 775
27.1 對第三代探測器的需求 777
27.2 碲鎘汞多色探測器 780
27.3 多波段量子阱紅外光電導 790
27.4 多波段Ⅱ類銦砷/鎵銻探測器 799
27.5 多波段量子點紅外光電探測器 804
第五部分 太赫茲探測器與焦平面陣列
第28章 太赫茲探測器與焦平面陣列 809
28.1 概述 809
28.2 太赫茲輻射特性概述 812
28.3 太赫茲探測器的發展路徑 815
28.4 太赫茲直接探測和外差探測技術 821
28.5 光導型器件中太赫茲波的產生與探測 826
28.6 室溫太赫茲探測器 828
28.7 非本征探測器 852
28.8 破裂對光子探測器 853
28.9 微波動態電感探測器 857
28.10 半導體測輻射熱計 860
28.11 超導測輻射熱計 865
28.12 轉變邊沿傳感測輻射熱計 871
28.13 新型太赫茲探測器 876
后記 895
**部分 紅外與太赫茲探測基礎
第1章 輻射度量學 3
1.1 輻射度量學與光度學中的量和單位 4
1.2 輻照度學中量的定義 6
1.3 輻射亮度 8
1.4 黑體輻射 10
1.5 發射率 13
1.6 紅外光學 15
第2章 紅外系統基礎 19
2.1 紅外探測器市場 19
2.2 夜視系統的概念 21
2.3 熱成像 25
2.4 制冷器技術 32
2.5 大氣傳輸與紅外波段 42
2.6 場景輻射與對比度 43
第3章 紅外探測器的性能 45
3.1 現代紅外探測技術的發展歷史 47
3.2 紅外探測器的分類 50
3.3 探測器工作溫度 54
3.4 探測器的品質因子 56
3.5 探測率基本極限 58
第4章 紅外探測器的基本性能限制 64
4.1 熱探測器 64
4.2 光子探測器 72
4.3 光子和熱探測器的基本限制比較 79
4.4 光子探測器的理論模型 83
第5章 紅外輻射與探測器的耦合 87
5.1 標準耦合 87
5.2 等離激元耦合 89
5.3 陷光探測器 98
第6章 外差探測 103
6.1 外差探測理論 105
6.2 紅外外差探測技術 108
第二部分 紅外熱探測器
第7章 熱電堆 117
7.1 熱電堆的基本原理與操作 117
7.2 品質因子 121
7.3 熱電材料 123
7.4 微機械加工熱電堆 126
第8章 測輻射熱計 132
8.1 測輻射熱計的基本工作原理 132
8.2 測輻射熱計的類型 135
8.3 微加工室溫測輻射熱計 139
8.4 超導測輻射熱計 147
8.5 高溫超導測輻射熱計 152
8.6 熱電子測輻射熱計 156
第9章 熱釋電探測器 161
9.1 熱釋電探測器的基本原理和操作 161
9.2 熱釋電材料的選擇 167
9.3 探測器設計 176
9.4 熱釋電的視像管 178
第10章 氣動探測器 179
10.1 高萊管 179
10.2 微機械高萊管型傳感器 181
第11章 新型熱探測器 183
11.1 新型非制冷探測器 183
11.2 熱傳感器的比較 196
第三部分 紅外光子探測器
第12章 光子探測器的原理 201
12.1 光電導探測器 201
12.2 pn結光電二極管 222
12.3 pin光電二極管 239
12.4 雪崩光電二極管 242
12.5 肖特基勢壘光電二極管 247
12.6 金屬半導體金屬光電二極管 252
12.7 MIS光電二極管 254
12.8 非平衡光電二極管 258
12.9 勢壘型光電二極管 259
12.10 光電磁、磁聚及丹倍探測器 264
12.11 光子牽引探測器 270
第13章 本征硅和鍺探測器 274
13.1 硅光電二極管 275
13.2 鍺光電二極管 284
13.3 SiGe光電二極管 288
第14章 非本征硅和鍺探測器 292
14.1 非本征光電導 292
14.2 非本征光電導技術 293
14.3 非本征光電導工作特性 295
14.4 非本征光電導的性能 296
14.5 阻擋雜質帶器件 301
14.6 固態光電倍增管 306
第15章 光電發射探測器 308
15.1 內光電發射過程 308
15.2 肖特基勢壘探測器截止波長的控制 315
15.3 肖特基勢壘探測器的結構優化與制備 316
15.4 新型內光電發射探測器 317
第16章、-Ⅴ族探測器 321
16.1、-Ⅴ族窄禁帶半導體的物理特性 321
16.2 銦鎵砷光電二極管 331
16.3 二元Ⅲ-Ⅴ族光探測器 339
16.4 InAsSb光電探測器 357
16.5 GaSb基三元、四元合金光電二極管 365
16.6 新型銻基Ⅲ-Ⅴ族窄禁帶光電探測器 368
第17章 碲鎘汞探測器 371
17.1 碲鎘汞探測器的歷史 372
17.2 碲鎘汞：技術和特性 374
17.3 碲鎘汞的基本特性 383
17.4 俄歇過程主導的光探測器性能 397
17.5 光電導型探測器 400
17.6 光伏型探測器 414
17.7 勢壘型光電二極管 454
17.8 其他Hg基探測器 457
第18章、-Ⅵ族探測器 463
18.1 材料制備與特性 464
18.2 多晶光電導探測器 476
18.3 pn結型光電二極管 481
18.4 肖特基勢壘型光電二極管 489
18.5 非傳統的薄膜光電二極管 496
18.6 可調諧振腔增強探測器 498
18.7 鉛鹽與HgCdTe器件的比較 500
第19章 量子阱紅外光電探測器 503
19.1 低維固體：背景 503
19.2 多量子阱和超晶格 508
19.3 光導型量子阱紅外光電探測器 516
19.4 光伏型量子阱紅外光電探測器 531
19.5 超晶格微帶QWIP 533
19.6 光耦合 534
19.7 相關器件 537
第20章 超晶格探測器 547
20.1 HgTe/HgCdTe超晶格 548
20.2 Ⅱ類超晶格 554
20.3 InAs/GaSb超晶格光電二極管 564
20.4 InAs/InAsSb超晶格光電二極管 573
20.5 器件鈍化 575
20.6、蝾惓Ц窆怆娞綔y器中的噪聲機制 578
第21章 量子點紅外光電探測器 581
21.1 QDIP制備和工作原理 581
21.2 QDIP的預期優勢 584
21.3 QDIP模型 585
21.4 QDIP的性能 590
21.5 膠體QDIP593
第22章 紅外勢壘型光電探測器 596
22.1 短波紅外勢壘型探測器 596
22.2 銦砷銻勢壘型探測器 597
22.3 銦砷/鎵銻Ⅱ類勢壘型探測器 600
22.4 勢壘型探測器與HgCdTe 光電二極管的比較 606
第23章 級聯紅外光電探測器 616
23.1 多級紅外探測器 616
23.2、蝾惓Ц駧чg級聯紅外探測器 617
23.3 與碲鎘汞HOT光電探測器的性能比較 625
第四部分 紅外焦平面陣列
第24章 焦平面陣列結構概述 629
24.1 焦平面陣列概述 630
24.2 單片式陣列 633
24.3 混成式陣列 639
24.4 讀出集成電路 643
24.5 焦平面陣列的性能 646
24.6 小像元焦平面陣列的發展 655
24.7 自適應焦平面陣列 665
第25章 熱探測焦平面陣列 668
25.1 熱電堆焦平面陣列 669
25.2 測輻射熱計焦平面陣列 673
25.3 熱釋電焦平面陣列 689
25.4 封裝 697
25.5 新型非制冷焦平面陣列 699
第26章 光子探測焦平面陣列 703
26.1 本征硅陣列 707
26.2 非本征硅和鍺陣列 716
26.3 光發射陣列 722
26.4、-Ⅴ族焦平面陣列 729
26.5 碲鎘汞焦平面陣列 739
26.6 鉛鹽陣列 751
26.7 量子阱紅外光電探測器陣列 756
26.8 勢壘型探測器和Ⅱ類超晶格焦平面陣列 762
26.9 碲鎘汞與Ⅲ -Ⅴ族———未來展望 768
第27章 第三代紅外探測器 775
27.1 對第三代探測器的需求 777
27.2 碲鎘汞多色探測器 780
27.3 多波段量子阱紅外光電導 790
27.4 多波段Ⅱ類銦砷/鎵銻探測器 799
27.5 多波段量子點紅外光電探測器 804
第五部分 太赫茲探測器與焦平面陣列
第28章 太赫茲探測器與焦平面陣列 809
28.1 概述 809
28.2 太赫茲輻射特性概述 812
28.3 太赫茲探測器的發展路徑 815
28.4 太赫茲直接探測和外差探測技術 821
28.5 光導型器件中太赫茲波的產生與探測 826
28.6 室溫太赫茲探測器 828
28.7 非本征探測器 852
28.8 破裂對光子探測器 853
28.9 微波動態電感探測器 857
28.10 半導體測輻射熱計 860
28.11 超導測輻射熱計 865
28.12 轉變邊沿傳感測輻射熱計 871
28.13 新型太赫茲探測器 876
后記 895
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紅外與太赫茲探測器(原書第3版) 節選
**部分 紅外與太赫茲探測基礎 第1章 輻射度量學 本章將討論在書中會使用的一些概念。輻射度量計算是探測器性能及信號/噪聲水平評價時必須用到的工具。輻射度量學（mdiometry）這個詞不只是描述了電磁輻射能量的感知與測量，也可普遍用于從一個物體或表面到其他物體或表面通過輻射方式傳遞能量的預測與計算。輻射度量學的概念類似于光度學（photometric），光度學是采用人眼視覺作為探測器來對電磁輻射進行計量的，同時，這些概念又與光子（photon）的傳輸聯系在一起，這些定義都是為了便于討論這三者。 紅外光譜區的波長在電磁波譜中長于可見光，短于毫米波，如圖1.1所示。這樣的分類起始于在不同波段所采用的不同的波源與探測技術。在紅外光譜區內又可以根據通常適用的探測器的譜帶限制劃分為多個光譜區，如表1.1所示。1pm波長來自于常用的硅（Si）探測器的探測波長上限。3μm波長是硫化鉛（PbS）和銦鎵砷（InGaAs）的探測波長上限;6μm是銻化銦（nSb）、砸化鉛（PbSe）、硅化鉑（PtSi）及應用于3～5μm大氣窗口的碲鎘汞（HgCdTe）探測器的探測波長上限;15μm是應用于8～14μm大氣窗口的碲鎘汞（HgCdTe）探測器的探測波長上限。 紅外探測器件的設計需要通過輻射度量學來深人理解目標所發射出的輻射，以及傳輸到探測器的輻射功率。對于紅外系統整體所能實現的信噪比，這是一個至關重要的問題。 本章的討論根據一些假設和近似做了簡化。我們僅考慮非相干光源的輻射，忽略干涉效應。同時，我們做出類似于近軸光學中的小角度假設，在該假設下，一個角度的正弦值在數值上可以近似等于這個角度的弧度值。 本章還提供了一些輻射度量學的指導，詳細信息可以參考文獻。 1-1輻射度量學與光度學中的量和單位 輻射度量學是光物理學的一個分支，主要涉及的是頻率為3x1013～3x1016Hz內的電磁波的測量，對應到波長，則覆蓋了10nm～10的范圍，包括了通常被稱為紫外光、可見光及紅外光的區間。輻射度量學所研究的是光的實際能量，而不是人類視覺系統所能感知的量。典型的輻射度量學單位包括輻射通量單位瓦特（W）、輻射強度單位瓦特/立體角（W/Sr）、輻射照度單位瓦特/米2（W/m2）和輻射亮度單位瓦特/（米2 立體角）[W/（m2 Sr）]。 光源的強度*早是通過觀察光源的亮度來獲得的。隨著科技的發展，人們認識到人眼所能感受到的亮度，不僅和光的實際能量相關，也與波長和顏色相關。從明亮的陽光到僅包含幾個光子的閃爍，人眼可以感受到的光強跨越了11個數量級。 人眼視網膜包含兩種類型的受體，稱為視錐細胞和視桿細胞，它們可以產生神經沖動，并傳遞給后續的人類視覺系統進行處理。視錐細胞分布在整個視網膜上，在我們的視覺中心（稱為中心凹的區域）更密集，有助于人眼在視野中心實現高視覺敏銳度。視錐細胞負責我們的色彩感覺，視桿細胞分布在除了中心凹的整個視網膜上，負責夜間弱光下的黑白視覺。 相較于紅藍光，眼睛對黃綠光更為敏感。為了考慮這樣的差異，對應于輻射度量學中的物理量，可以引人一系列新的量來描述可見光，根據人眼響應進行加權，將相應的數值乘以光譜響應函數八A），該函數也稱為明視覺下的光譜照度系數。該函數定義在360～830nm的波長范圍內，并將峰值處（555nm）的值定為1，進行歸一化（圖1.2）。7（A）反映了人眼對各種波長光的適當反應。這個函數*早由國際照明委員會（CommissionInternationaleder?clairage，CIE）于1924年設定[]，是不同年齡人群的平均反應。應該注意的是，F（A）函數的定義基于感知相加性的假設，以及在較高照度下2°視場角的測試條件，此時，視錐細胞起到主導作用。在非常弱的照度條件下，視桿細胞將起到主導作用，從而導致人眼的光譜響應產生較大偏差。對應于明視覺，這樣的情況稱為暗視覺。 光度學（photometric）是對人眼可感知的光輻射進行測量的一門學科。因為光度學僅涉及可見光波段，所有的量都是針對人眼的光譜響應進行折算的。典型的光度學單位包括光通量單位流明（m）光強度單位坎德拉（cd）、照度單位勒克斯（k）和亮度單位坎德拉/米2（cd/m2）。 光度學與輻射度量學中類似的物理量會具有不同的名稱和單位。例如，功率在輻射度量學中稱為功率或輻射通量，單位是瓦特（W），而在光度學中稱為光通量，單位是流明（m）。國際單位制（SI）中規定了7個基本單位：米、千克、秒、安培、開爾文、摩爾和坎德拉。坎德拉是光度學中的發光強度或亮度，對應于輻射度量學中的輻射強度。流明是根據坎德拉定義的。表1.2列出了輻射度量學與光度學中對應的物理量、單位及換算關系。 輻射度量學的術語、符號、定義和單位經常容易引起混淆，這主要是由早期不同領域的研究人員在平行開展的輻射度量學工作中各自發展出自己的術語導致的。在閱讀文獻時需要特別注意這些問題。本章將采用國際標準和推薦術語進行描述。 1.2輻照度學中量的定義 輻射通量也稱為輻射功率，定義為光源在單位時間內輻射的能量以單位為J） （1.1） 輻射通量的單位為W。 輻射強度是指一個點光源在給定方向單位立體角內發射的輻射通量，可表示為 （1.2） 式中，d0為該光源發出的沿給定方向在一個立體角元dD內傳播的輻射通量（圖1.3）。輻射強度的單位為W/sr。 立體角用微分形式表示如式（1.3）所示，單位為球面度（r）： （1.3） 如果采用圖1.4中的球坐標系，并令d4=r2sin況糾～我們可以將半平面角為0max的一個平板所對應的立體角表示為 （1.4） 輻射照度是入射表面上某一點處的輻射通量，可以定義為通過單位面積的輻射量[圖1.5（a）]，如下： （1.5）
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