红外InAsSb探测器：符合RoHS标准，可替MCT

一谈到中红外探测器，尤其是科研领域应用，碲镉汞MCT探测器一定榜上有名。滨松多年前也曾致力于MCT探测器的推广，但是滨松现如今推出了新一代InAsSb探测器来全部替代MCT，主要原因如下：1、MCT晶体很难均匀生长，探测器的光敏面以及不同芯片之间D*通常会发生变化，晶体生长困难增加了探测器成本；2、探测器制冷增加了尺寸和运行功耗；3、MCT含有重金属元素汞，不符合RoHS标准。

InAsSb探测器的出现就可以很好地解决以上问题。接下来我们通过展示与竞争对手的参数对比和与同等类型材料的性能对比，用实际数据进一步说明滨松InAsSb探测器所能发挥的优势长处。

滨松InAsSb与同类型材料性能对比

相比于碲镉汞HgCdTe材料衬底昂贵、大面积组分不均匀，工作需低温制冷，滨松InAsSb材料均匀性和稳定性更好。InAsSb材料具有载流子寿命长、吸收系数大等优点，是一种具有广阔应用前景的中红外光电材料。InAsSb探测器可以在150K甚至室温下工作，具有较高的灵敏度和比探测率，是小型化、低功耗、高灵敏度和快响应中红外探测最佳选择之一。并且完全符合RoHS标准，更容易大规模制造。

表1 制冷型中红外探测器材料性能对比

 

滨松InAsSb与竞品对比分析

滨松提供专有的多级TE制冷InAsSb探测器，其受环境温度变化影响较小并允许室温下运行。以下是滨松与竞品对比：

图1 滨松InAsSb探测器（左）与VIGO高性能4级制冷MCT探测器（右）D*对比

对比核心指标比探测率D*可以发现，滨松InAsSb探测器的优点在于：

滨松InAsSb探测器1~2 μm波段的D*优于VIGO MCT探测器 ；

滨松覆盖3~8 μm波段C12494-210M的D*和VIGO的PVI-4TE-8基本接近 ；滨松单个探测器的波长响应范围可以覆盖10 μm以上（C12494-011LH） 。

表2 滨松InAsSb探测器P12691-201G与VIGO MCT探测器PVI-4TE-8对比

通过对势垒层的设计和优化，滨松的InAsSb探测器P12691-201G 比探测率D*相比VIGO的4级TE制冷探测器PVI-4TE-8高了20%，同时可以实现更高的工作温度（-30℃），大大降低了对于制冷的要求。在不牺牲探测面积的情况下P12691-201G的带宽可以做到VIGO的PVI-4TE-8的4倍以上，高达百MHz量级。

图2 滨松InAsSb探测器P12691-201G产品展示

滨松InAsSb新品预告

滨松将于2023年上半年推出紧凑型、高性价比、高速响应InAsSb探测器模块P16702-011MN（集成前放）。

图3 InAsSb探测器模块P16702-011MN展示

红外探测器的发展历史

讲完了中红外探测器，我们就借此机会回顾一下红外探测器的百年发展史，（点击了解，红外探测器基础知识）。

红外线介于可见光和微波之间，波长范围0.76~1000 μm。凡是高于绝对零度（0 K，即-273.15℃）的物质都可以产生红外线，也叫黑体辐射。由于红外肉眼不可见，要察觉这种辐射的存在并测量其强弱离不开红外探测器。

1800年英国天文学家威廉·赫胥尔首次发现了红外线，随着后续对红外技术的不断研究以及半导体技术的发展，红外探测器得到了迅猛的发展，先后出现了硫化铅（PbS）、碲化铅（PbTe）、锑化铟（InSb）、碲镉汞（HgCdTe，简称MCT）、铟镓砷（InGaAs）、量子阱（QWIP）、铟砷锑（InAsSb）、二类超晶格（type-II superlattice，简称T2SL）、量子级联（QCD）等不同材料红外探测器，如图所示：

图4 第一代至第四代红外探测器发展路线及大事记[1]

从工作原理来看红外探测器主要分两类：热探测器和光电探测器。热探测器利用热电效应通过热电偶将温度转换为电压，比如热电堆、热电探测器和热辐射计等。光电探测器通过光电效应将红外信号转换为电信号，比如PbS、PbSe、InGaAs、InAsSb、MCT等。

从材料来看红外探测器主要有两大类：以氧化钒、非晶硅为代表的非制冷型材料；以MCT、InSb、T2SL等为代表的制冷型材料。非制冷型材料主要利用红外辐射热效应进行工作，制冷型材料主要利用光电效应工作。

表3 制冷型和非制冷型红外探测器对比

从波长范围来看常见的红外探测器及响应波段如下表所示：

表4 典型红外探测器响应波段

 

滨松红外探测器分类及介绍

滨松红外探测器可以实现近红外到长波红外（0.7~15 μm）全系列覆盖，包括常见的Si、InAs、InSb、InAsSb、T2SL、QCD以及热电堆探测器。

图5 滨松红外探测器分类及波长范围

参考文献：

[1] Rogalski A. Next decade in infrared detectors[C]//Proc of SPIE, 2017, 10433: 104330 L.

关于中红外探测器系列文章的第一篇到此就已经结束了，后面我们还会陆续介绍滨松的二类超晶格T2SL探测器和量子级联QCD探测器大家敬请期待。如果有任何问题都可以在评论区提问，以下滨松中国产品技术工程师会第一时间为您解答。

审核编辑 黄宇