你有没有想过，那些在黑暗中默默守护我们的红外探测器，其实背后隐藏着怎样的科技奥秘？今天，就让我们一起走进InAs/GaSb II类超晶格探测器的世界，看看它如何用微小的像元，成就强大的探测能力。

超晶格探测器的诞生

早在20世纪80年代，科学家们就发现InAs/GaSb II类超晶格材料具有优异的红外探测性能。这种材料特殊的能带结构，让它拥有了与HgCdTe相似的光学特性，同时在抑制俄歇复合与隧穿电流方面有着天然的优势。随着技术的不断进步，II类超晶格在红外成像技术方面的应用越来越广泛，其性能已经接近甚至超越了传统的HgCdTe材料。

像元：探测器的“眼睛”

在红外探测器中，像元是至关重要的组成部分。它就像探测器的“眼睛”，负责接收和转换红外辐射信号。InAs/GaSb II类超晶格探测器，通过精密的分子束外延（MBE）技术，可以在GaSb衬底上生长出高质量的外延层。这些外延层经过精心设计，可以覆盖从短波到长波的红外波段，实现多波段全覆盖。

以武汉高芯科技有限公司为例，他们从2014年开始制备基于InAs/GaSb II类超晶格的长波红外探测器。他们报道的像元规模为640×512，像元间距为15微米的焦平面探测器，在77 K时，器件的50%截止波长为10.5微米，峰值量子效率为38.6%。当F数为2、积分时间为0.4 ms时，测得器件的噪声等效温差为26.2 mK，且有效像元率达99.71%。这些数据充分展示了InAs/GaSb II类超晶格探测器在长波红外波段应用的巨大潜力。

技术突破：大规模量产的可行性

InAs/GaSb II类超晶格探测器之所以能够取得如此优异的性能，还得益于其基于III-V族材料生长与成熟的芯片工艺。通过MBE技术，可以在大尺寸的晶圆上获得高质量的外延，而在成熟的III-V族芯片工艺线上，则可以获得高良率的芯片。这使得InAs/GaSb II类超晶格芯片的大规模、低成本生产成为可能。

中国科学院上海技术物理研究所的研究人员也取得了类似的成果。他们报道了1280×1024元InAs/GaSb II类超晶格中/中波双色红外焦平面探测器。该探测器采用PN-NP叠层双色外延结构，信号提取采用叠层双色结构和顺序读出方式。在80 K时测试，器件双波段的工作谱段为中波1：3~4微米，中波2：3.8~5.2微米。中波1器件平均峰值探测率达到6.321011 cm·Hz1/2W-1，中波2器件平均峰值探测率达到2.841011 cm·Hz1/2W-1。红外焦平面偏压调节成像测试得到清晰的双波段成像。这是国内首次报道1280×1024规模InAs/GaSb II类超晶格中/中波双色红外焦平面探测器，标志着我国在红外探测技术领域又迈出了坚实的一步。

应用前景：从军事到民用

InAs/GaSb II类超晶格探测器不仅在军事领域有着广泛的应用，在民用领域也有着巨大的潜力。例如，在安防监控、医疗诊断、环境监测等领域，这种探测器都可以发挥重要作用。

以燧石技术（烟台）有限公司的Photon H615中波HOT制冷红外机芯组件为例，它内置高性能II类超晶格制冷型红外焦平面探测器，采用SWaP设计，搭载自研图像处理算法，具有灵敏、可靠、快速出图等优点。支持多种数字视频接口，适配多种定焦和连续变焦镜头，广泛应用于小型吊舱、手持、边海防等场景。提供SDK，简单易用，降低二次开发成本。

挑战与未来

尽管InAs/GaSb II类超晶格探测器已经取得了显著的进步，但仍然面临着一些挑战。例如，如何进一步提高像元的分辨率和灵敏度，如何降低探测器的成本，如何提高探测器的稳定性和可靠性等。

未来，随着技术的不断进步，相信InAs/GaSb II类超晶格探测器将会在更多领域发挥重要作用。而我们，也将继续关注这一领域的最新进展，为你带来更多精彩的内容。

发布时间： 2025-05-06

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