本书以光子型红外探测器为论述主体，内容聚焦于Si、InSb、InGaAs、HgCdTe、QWIP等几种发展成熟且有重要而广泛应用的探测器以及若干新型探测器。对其原理、结构、性能特点、工艺技术路线和测试评价技术作了较为详尽的介绍。对近年来迅速发展的红外焦平面成像阵列，从其原理、信号读出、关键技术到性能特点等方面作了比较系统、深入的讨论。
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陈伯良，1943年生，上海市人，九三学社成员。1964年毕业于上海科学技术大学技术物理系，曾任中国科学院上海技术物理研究所研究员、中国电子显微镜学会半导体材料专业组成员、上海市有色金属学会半导体材料专业委员会委员等职。从事红外探测器材料和器件研究、研制、测试和应用四十余年。曾赴德国Max-Planck固体研究所和日本山口大学访问研究。在国际、国内发表学术论文三十余篇，持有中国发明专利4项，曾获中国科学院科技进步三等奖，国防科学技术二等奖。领衔完成国家863计划重点项目——InSb凝视红外焦平面组件研制和应用，并获2005年度国家科技进步奖二等奖。
李向阳，1969年生于山东临清，现任中国科学院上海技术物理研究所研究员，博士生导师。并任中国光学学会会员、上海市传感技术学会理事、上海科技大学特聘教授等职，享受政府特殊津贴。从事HgCdTe红外探测器和AIGaN紫外探测器等研究。曾承担并完成航天红外探测器研制、上海启明星计划、上海光科技专项以及国家863、973项目的专题、自然科学基金等项目。获上海市科技进步一等奖3项、军队科技进步二等奖1项。
第1章 绪论(1)
1.1 红外辐射与红外探测(1)
1.2 红外探测器的发展历程(5)
1.3 红外探测技术的重要地位(7)
1.4 应用需求激励和关键技术突破促进红外成像探测器不断发展(9)
参考文献(10)
第2章 红外光子探测器原理(12)
2.1 半导体的光吸收(12)
2.2 半导体中少数载流子寿命和扩散长度(16)
2.3 红外探测器的特性参数(18)
2.3.1 响应率(19)
2.3.2 噪声(20)
2.3.3 噪声等效功率(22)
2.3.4 探测率(22)
2.3.5 响应时间(24)
2.3.6 量子效率(24)
2.3.7 其他参数(25)
2.4 红外探测器的噪声机构(27)
2.4.1 热噪声(27)
2.4.2 散粒噪声(28)
2.4.3 温度噪声(31)
2.4.4 噪声(32)
2.4.5 随机电报信号噪声(32)
2.5 光电导型红外探测器理论(33)
2.5.1 半导体的光电导效应(33)
2.5.2 光电导型探测器的性能(34)
2.5.3 实际使用条件(39)
2.5.4 杂质光电导红外探测器(40)
2.6 光生伏特型红外探测器理论(42)
2.6.1 半导体的光生伏特效应(42)
2.6.2 光生伏特型红外探测器基本结构(46)
2.6.3 量子效率和噪声(47)
2.6.4 载流子复合机构和少子寿命(52)
2.6.5 光伏红外探测器的电流机构和优值因子(55)
2.6.6 光伏红外探测器的实际使用条件(58)
2.7 红外光子探测器背景限性能和工作温度(60)
2.7.1 背景限性能(60)
2.7.2 低温工作的必要性(61)
2.8 光电导和光生伏特探测器性能特点比较(62)
参考文献(63)
第3章 红外焦平面阵列概论(65)
3.1 从扫描成像到凝视成像(65)
3.1.1 红外成像的对比度要求(65)
3.1.2 单元探测器光学机械扫描成像原理和性能描述(65)
3.1.3 凝视阵列成像(67)
3.1.4 光机扫描成像和凝视阵列成像的限制性因素(68)
3.2 红外焦平面阵列的结构及成像原理(69)
3.2.1 单片焦平面器件和混成焦平面器件(70)
3.2.2 用于焦平面阵列的探测器类型(72)
3.2.3 焦平面阵列成像原理简述(73)
3.2.4 凝视焦平面和扫描焦平面(74)
3.3 红外焦平面阵列特性参数(75)
3.4 红外焦平面阵列的信号读出(79)
3.4.1 电压读出和电流读出(79)
3.4.2 交流信号读出和直流信号读出(80)
3.4.3 红外焦平面读出电路的基本结构(80)
3.4.4 红外焦平面读出电路的其他功能单元(92)
3.4.5 读出电路的噪声(96)
3.5 红外焦平面阵列的热灵敏度表征(102)
3.5.1 表征红外焦平面阵列热灵敏度的特性参数(102)
3.5.2 红外成像系统和红外焦平面阵列NEΔT表达式的导出(104)
3.5.3 基于光子通量计数的NEΔT公式(107)
3.5.4 各种性能限制条件下的NEΔT表达式(109)
3.5.5 实际例子(111)
3.5.6 HgCdTe阵列和QWIP阵列读出电路限制NEΔT的比较(114)
3.5.7 实验室测量方法(115)
3.5.8 直观的估计方法(116)
3.5.9 最小可分辨温差概念(120)
3.5.10 红外焦平面阵列灵敏度的其他表示方式(122)
3.6 红外焦平面阵列成像空间分辨率(124)
3.6.1 简单红外成像系统的光路(124)
3.6.2 红外系统成像空间分辨率(125)
3.6.3 调制传递函数(126)
3.6.4 Fλd参数空间(129)
3.6.5 减小探测器光敏面尺寸的好处(131)
3.6.6 减小探测器尺寸的工艺技术困难(134)
3.6.7 用HDVIP技术制备的5μm阵列(135)
3.6.8 空间过采样概念及亚衍射限像元前景(137)
3.6.9 焦平面阵列像元的最佳尺寸(138)
3.6.10 探测器像元相关MTF的测量(140)
3.7 红外焦平面阵列性能非均匀性问题(142)
3.7.1 影响红外焦平面阵列性能均匀性的因素(142)
3.7.2 焦平面阵列非均匀性的表示方法(145)
3.7.3 非均匀性对凝视红外焦平面灵敏度和热成像的影响(147)
3.7.4 焦平面阵列非均匀性校正方法(149)
3.7.5 当前商品红外焦平面阵列非均匀性实际水平(152)
3.8 红外焦平面阵列的响应速度(153)
3.8.1 焦平面阵列成像的帧频(153)
3.8.2 关于D*公式中Δf的取值问题(155)
参考文献(157)
第4章 InSb红外探测器阵列(163)
4.1 InSb单晶材料的性质(163)
4.1.1 InSb单晶的冶金学与机械性质(163)
4.1.2 InSb单晶的电学与光学性质(165)
4.1.3 商品InSb单晶片的技术参数(169)
4.2 InSb光伏探测器(170)
4.2.1 InSb光伏探测器的制备技术(170)
4.2.2 InSb光伏探测器的电流机构(172)
4.2.3 InSb光伏探测器性能(177)
4.3 InSb 红外焦平面阵列的制备(179)
4.3.1 工艺技术路线(179)
4.3.2 InSb二极管阵列和读出结构参数设计(180)
4.3.3 台面结构和平面结构的优缺点(186)
4.4 InSb红外焦平面阵列性能与应用(186)
4.4.1 战术应用InSb焦平面阵列(186)
4.4.2 空间和战略应用InSb焦平面阵列(189)
4.5 InSb焦平面阵列制备的替代技术路线(191)
4.6 势垒InSb焦平面阵列(193)
4.6.1 AlInSbInSb焦平面阵列(193)
4.6.2 AlAsSb/InAsSb势垒二极管(194)
4.6.3 AlInSbInSb光伏串(195)
参考文献(196)
第5章 Hg1-xCdxTe红外探测器(200)
5.1 碲镉汞(Hg1-xCdxTe)概述(200)
5.2 Hg1-xCdxTe材料的性质(202)
5.2.1 Hg1-xCdxTe组分在材料基本的物理化学性质中的重要性表现(202)
5.2.2 Hg1-xCdxTe的光学性质(205)
5.2.3 Hg1-xCdxTe基本电学性质(207)
5.3 航天应用Hg1-xCdxTe光电导探测器(210)
5.3.1 碲镉汞光电导探测器的基本设计考虑的问题(211)
5.3.2 Hg1-xCdxTe光电导探测器的响应光谱形状的深入理解和优化设计技术(215)
5.3.3 航天Hg1-xCdxTe光电导探测器芯片照片和性能参数(219)
5.4 Hg1-xCdxTe光伏探测器(221)
5.4.1 Hg1-xCdxTe光伏探测器的制备技术(223)
5.4.2 关于Hg1-xCdxTe光伏探测器的结构(234)
5.4.3 关于台面结和平面结？环孔结的讨论(238)
5.5 多色碲镉汞红外焦平面探测器(239)
5.6 Hg1-xCdxTe 雪崩光电二极管(241)
5.7 Hg1-xCdxTe高工作温度的红外探测器(243)
5.8 碲镉汞红外焦平面探测器在航天中的应用(245)
参考文献(247)
第6章 InGaAs和Si∶X红外焦平面阵列(252)
6.1 InGaAs红外焦平面阵列(252)
6.1.1 InGaAs材料性质(252)
6.1.2 InGaAs光子探测器(254)
6.1.3 NIRSWIR InGaAs焦平面阵列(261)
6.2 非本征硅和锗焦平面阵列(264)
6.2.1 探测器(264)
6.2.2 阻挡杂质带光电导探测器原理(265)
6.2.3 焦平面阵列(268)
6.2.4 航天应用低背景和高背景焦平面阵列简介(272)
6.2.5 焦平面阵列(275)
参考文献(276)
第7章 量子阱和超晶格红外探测器阵列(279)
7.1 QWIP光电探测器阵列(279)
7.1.1 GaAsAlGaAs量子阱光电探测器工作原理(279)
7.1.2 QWIP的制作和性能(288)
7.1.3 QWIP 成像焦平面阵列的热灵敏度(292)
7.1.4 兆元级MWIR和LWIR QWIP FPA简介(293)
7.1.5 双波段(中波/长波)QWIP FPA(295)
7.1.6 QWIP FPA的航天应用举例(297)
7.2 InAs/GaSb Ⅱ类超晶格探测器(298)
7.2.1 InAs/GaSb Ⅱ类超晶格的能带结构特点(298)
7.2.2 InAs/GaSb Ⅱ类超晶格探测器(300)
7.2.3 InAs/GaSb Ⅱ类超晶格探测器的暗电流(303)
7.2.4 InAs/GaSb Ⅱ类超晶格焦平面阵列(306)
参考文献(308)
第8章 红外焦平面阵列若干关键制造技术(313)
8.1 铟柱互连技术(313)
8.1.1 高密度铟柱阵列制备工艺(314)
8.1.2 互连技术(317)
8.1.3 三维互连(323)
8.2 焦平面阵列芯片减薄(325)
8.2.1 红外焦平面阵列芯片(衬底)减薄的目的和作用(325)
8.2.2 焦平面芯片的CMP加工(328)
8.2.3 焦平面芯片的金刚石车削加工(331)
8.3 航天红外焦平面组件结构和可靠性组装(333)
8.3.1 冷却型红外探测器组件的一般结构(333)
8.3.2 军用红外探测器组件(337)
8.3.3 航天红外探测器组件结构(341)
8.3.4 航天红外焦平面阵列的结构优化和封装可靠性(343)
参考文献(351)
第9章 红外探测器的数值仿真(356)
9.1 数值仿真概述(356)
9.2 光电子器件数值仿真的基本原理和方法(359)
9.3 HgCdTe红外探测器数值仿真计算进展(365)
9.4 热敏探测器件的热力学有限元仿真分析简介(368)
9.4.1 有限元法热学分析引言(368)
9.4.2 热敏电阻红外探测器的热学仿真实例(369)
9.5 结论(372)
参考文献(373)
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