68、长波长红外探测器技术解析

长波长红外探测器技术解析

1. 引言

长波长红外探测器在红外天文学等领域有着至关重要的作用。随着科技的发展，探测器的性能和技术也在不断进步。本文将详细介绍几种常见的长波长红外探测器及其相关技术。

2. 光子探测器

2.1 光电导体

光电导体是一种半导体材料，当具有足够能量的光子撞击该材料时，会产生自由电荷载流子。其工作原理基于半导体的能带结构，产生自由电荷载流子的最小能量被称为半导体的带隙 (E_g)，它对应于材料导带和价带之间的能量差。光电导体可检测的最长波长 (\lambda_c) 与带隙的关系为：(\lambda_c = hc/E_g = 1.24(\mu m)/E_g(eV))，其中 (h) 是普朗克常数，(c) 是光速。

常见的本征红外探测器材料及其截止波长如下表所示：
| 材料 | 截止波长 ((\mu m)) |
| — | — |
| HgCdTe | 0.8 到 >20 |
| Si | 1.1 |
| Ge | 1.6 |
| InSb | 5.5 |

除了利用半导体材料的本征带隙，探测器还可以利用半导体中掺杂剂相关的能级。例如，硅中掺杂砷，砷的杂质能级距离导带仅 0.054 eV，这意味着能量大于 0.054 eV（波长小于 23 (\mu m)）的光子足以将电荷载流子电离到导带中，这种过程称为非本征光电导性。

重要的非本征掺杂剂及其相关参数如下表：
| 材料 | 掺杂剂 | 类型 | 截止波长 ((\mu m)) | 光电离截面 ((cm^2)) |
| — | — | — | — |