在红外视觉领域,就像在微电子领域一样,小型化是创新背后的驱动力。例如相比15 µm像素的红外探测器,7.5 µm像素的探测器成本更低、能耗更低、体积更小、效率更高。
据麦姆斯咨询报道,近期,法国原子能委员会电子与信息技术实验室(CEA-Leti)的科学家们表示,他们已经“克服了前所未有的技术挑战”,能够将这种7.5 µm小像素、高灵敏度红外传感技术转移到工业量产之中。
目前,总部位于法国格勒诺布尔的CEA-Leti正在将其“破纪录”的红外传感技术转让给总部位于法国帕莱索的Lynred,该公司为广泛的市场提供红外探测器。Lynred的红外探测器系列涵盖整个红外光谱,从短波红外(SWIR)到甚长波红外(VLWIR)。
CEA-Leti表示,这项新技术的主要优势在于其图像清晰度。在红外探测器中,光子被半导体材料吸收并产生电荷,然后在整个材料中扩散几微秒。只要扩散范围小于探测器像素尺寸,那么这种现象就是可以接受的。但是,如果电荷可扩散到20 µm,而探测器像素仅为7.5 µm,那么结果会降低图像清晰度。
此外,Lynred希望其红外探测器具有较高的工作温度(130 K或更高,而目前的工作温度为110 K),因为这可以减小低温冷却系统的尺寸和成本。
不幸的是,更高的温度也意味着电荷扩散得更远。因此,CEA-Leti研究人员想出了一个创新的解决方案来应对这一挑战。该7.5 µm像素的设计方案使电荷永远不会到达相邻像素。这项创新技术不在于材料(红外视觉解决方案中常见的汞-镉-碲合金),而在于像素架构本身。
由此产生的性能在锐度方面非常出色,锐度以调制传递函数(MTF)的百分比来衡量。虽然由完美像素组成的理论探测器的MTF不能超过64%,而CEA-Leti的探测器可以达到55%。
“我们设计了一种测量MTF清晰度的新方法。”CEA-Leti研究总监Olivier Gravrand评论道,“我们不是在局部注入光子来激发像素,而是使用扫描电子显微镜(SEM)来注入电子。这种‘电子刷’比传统光束精细得多,可以更准确地测量MTF。”
CEA-Leti研发的高性能红外探测器主要供国防部门使用,因为其具有高分辨率和图像清晰度,可在更远的距离提供更好的能见度。Lynred断言,迄今为止,还没有其它已发布的技术展示出55%或更高的MTF。
CEA-Leti红外探测器还可用于气象卫星,以更好地监测大气中的温度、湿度和二氧化碳含量。最后,天体物理学家也对其感兴趣,因为可以帮助他们观察非常遥远的恒星。