红外探测器：从分立器件飞跃到焦平面阵列的关键进展

红外探测器技术的发展历程是从分立器件逐步迈向集成化的焦平面阵列，这一转变代表了技术的重大进步。早期的红外探测器，如分立型器件，每个探测器元独立封装，实现光电转换功能，信号通过单独的线路传输至前放等信号处理电路，形成独立的信号通道。这种结构虽然基础，但存在器件数量有限、体积大、复杂性高的问题。 焦平面阵列（IRFPA）的引入解决了这些问题。它是一种大规模集成的面阵型探测器芯片，与信号处理电路芯片紧密集成，封装在一起。这种结构极大地提高了器件的集成度，每个元的数量可以从几百到数千个，甚至更多，这得益于材料科学和制造技术的进步。红外焦平面阵列在焦平面上实现光电转换和信号处理，减少了引出线的数量，如图2所示的In柱碰焊和环孔焦平面阵列结构，信号以行转移或帧转移的视频形式输出，显著降低了系统复杂性和成本。 红外焦平面阵列在性能上实现了质的飞跃，包括响应速度、灵敏度和能效的提升。相比于热型探测器，非制冷焦平面阵列在接收红外辐射后对不同波长的辐射能量反应一致，适用于凝视成像，其响应时间相对较短，适合实时成像应用，如电视兼容的每秒25帧成像，尽管其灵敏度可能略低于光子型探测器，但整体性能优势明显。 此外，红外探测器技术还涉及到探测器“代”的划分，即随着每一代新型器件的出现，整机和装备的技术水平也随之升级。例如，HgCdTe和AlGaAs/GaAs材料的选择影响着探测器的性能，而超晶格结构材料则为更高效、灵敏的探测器提供了可能。关键技术研发，如低温制冷技术和噪声抑制技术，都是推动红外探测器技术发展的重要因素。 红外探测器技术的发展是一个从分立器件向集成化、高性能、多功能方向演进的过程，其核心在于不断提高器件的集成度、响应速度和选择性，以及适应不同的应用场景需求，如成像、传感等，这对现代信息技术和军事等领域具有重要意义。