第Ⅰ部分 红外探测技术的基础知识 2
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光电探测器的最佳厚度 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限制的比较 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 84
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 170
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
9.2 p-n结光敏二极管 190
9.2.1理想扩散限p-n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p-n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
9.3 p-i-n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
9.9 nBn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
13.1 Ⅲ-Ⅴ族窄带隙半导体的物理性质 295
13.2 InGaAs光敏二极管 301
13.2.I p-i-n InGaAs光敏二极管 302
13.2.2 InGaAs雪崩光敏二极管 304
13.3二元Ⅲ-Ⅴ探测器 308
13.3.1 InSb光电导探测器 308
13.3.2 InSb光电磁探测器 309
13.3.3 InSb光敏二极管 310
13.3.4 InAs光敏二极管 318
13.3.5 InSb非平衡光敏二极管 321
13.4三元和四元Ⅲ-Ⅴ探测器 323
13.4.1 InAsSb探测器 324
13.4.1.1 InAsSb光电导体 324
13.4.1.2 InAsSb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
13.5.1 InTlSb和InTlP 337
13.5.2 InSbBi 338
13.5.3 InSbN 338
参考文献 338
第14章 碲镉汞（HgCdTe）探测器 351
14.1 HgCdTe探测器的发展史 351
14.2 HgCdTe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
14.3 HgCdTe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
14.6.1.1 Hg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限制 407
14.6.3对HgCdTe光敏二极管性能的次要限制 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
14.7 Hg基探测器 437
14.7.1晶体生长 437
14.7.2物理性质 438
14.7.3 HgZnTe光电探测器 440
14.7.4 HgMnTe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
15.3 p-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HgCdTe 507
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啼镉汞探测器 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
16.7.1 p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
16.7.3 SiGe/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
17.1 HgTe/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
17.3 InAsSb/InSb应变层超晶格光敏二极管 584
17.4 InAs/GaInSb Ⅱ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
17.4.3 nBn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
18.4.1 R0A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 618
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
19.4.2.1 HgCdTe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
21.4 Ⅲ-Ⅴ族（元素）焦平面阵列 704
21.4.1 InGaAs焦平面阵列 704
21.4.2 InSb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
21.5 HgCdTe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
21.8 InAs/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
23.3 HgCdTe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
23.5 Ⅱ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