وقتی از یک دوربین دیجیتال معمولی استفاده می کنیم، نور مرئی جمع آوری شده توسط لنز به یک سنسور CMOS (مکمل فلز اکسید نیمه هادی) می رسد،جایی که میلیون ها پیکسل کوچک سیگنال های نوری را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند تا یک تصویر ایجاد کنندیک آرایه فلز افراژ قرمز خنک شده (IR FPA) بر اساس یک اصل مشابه کار می کند، اما به جای گرفتن نور قابل مشاهده، برای تشخیص اشعه مادون قرمز نامرئی منتشر شده توسط اشیاء طراحی شده است.می توان آن را یک دوربین بسیار تخصصی دانست که گرما را به جای رنگ های قابل مشاهده می بیندبا این حال، برخلاف دوربین های معمولی، آشکارسازان مادون قرمز با عملکرد بالا اغلب نیاز به کار در دمای بسیار پایین برای دستیابی به حساسیت استثنایی دارند.در میان مواد مختلف کشنده ی مادون قرمز، تلورید کادمیوم جیوه (HgCdTe، همچنین به عنوان MCT شناخته شده است) به مدت طولانی به عنوان یکی از پیشرفته ترین فن آوری ها برای برنامه های تصویربرداری مادون قرمز بالا در نظر گرفته شده است.به لطف حساسيت خارق العاده اش، انعطاف پذیری طیف، و ویژگی های پاسخ سریع، HgCdTe یخچال مادون قرمز صفحه کانونی آرایه به طور گسترده ای در هوافضا، تحقیقات علمی، بازرسی صنعتی استفاده می شود،و سایر کاربردهای سخت.
1.HgCdTe Cooled Infrared Focal Plane Array چیست؟
یک آرایه فلز فوکال (FPA) جزء اصلی تصویربرداری در داخل یک دوربین مادون قرمز است. شبیه به سنسور CMOS در یک دوربین نور مرئی،FPA مادون قرمز شامل هزاران یا میلیون ها پیکسل آشکارساز است که اشعه مادون قرمز را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند.تفاوت این است که اشعه مادون قرمز طول موج بسیار طولانی تری نسبت به نور مرئی دارد و برای شناسایی آن به طور موثر به مواد نیمه هادی تخصصی نیاز دارد.یک آرایه سطح شعاعی مادون قرمز خنک شده HgCdTe از تلورید کادمیوم جیوه به عنوان ماده حساس به نور استفاده می کند و آن را با یک سیستم خنک کننده ادغام می کنداین آشکارگر فوتون های مادون قرمز را جذب می کند، آنها را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند و تصاویر حرارتی را با حساسیت بسیار بالا تولید می کند.آشکارسازان HgCdTe خنک شده حساسیت قابل توجهی بالاتر را ارائه می دهند، سرعت پاسخ سریعتر و عملکرد بهتر در محیط های چالش برانگیز.
2.چرا HgCdTe مواد مورد علاقه برای تشخیص مادون قرمز با عملکرد بالا است؟
عملکرد برجسته HgCdTe از خواص نیمه هادی منحصر به فرد آن حاصل می شود.
2.1 فاصله باند قابل تنظیم برای تشخیص طیف مادون قرمز کامل
بزرگترین مزیت تلورید کادمیوم جیوه، فاصله تنظیم پذیر آن است.
HgCdTe یک نیمه هادی مرکب سه گانه است که شامل جیوه (Hg) ، کادمیوم (Cd) و تلوریوم (Te) است. با تنظیم نسبت کادمیوم در ماده،مهندسان ميتونن به دقت محدوده پاسخ طیفش رو کنترل کنناین قابلیت اجازه می دهد تا آشکارسازان HgCdTe تقریباً کل طیف مادون قرمز را پوشش دهند ، از جمله مادون قرمز موج کوتاه (SWIR) ، مادون قرمز موج متوسط (MWIR) ،موج های بلند مادون قرمز (LWIR) و موج های بسیار بلند مادون قرمز (VLWIR)این بدان معنی است که یک سیستم مواد مشابه می تواند برای ماموریت های مختلف سفارشی شود. به عنوان مثال، آشکارسازان MWIR HgCdTe می توانند برای اهداف با دمای بالا بهینه شوند.این انعطاف پذیری طیف یکی از دلایل اصلی است که چرا HgCdTe همچنان یک انتخاب مواد پیشرو برای سیستم های مادون قرمز پیشرفته است.
2.2 کارایی کوانتومی بالا و واکنش سریع
یکی دیگر از مزایای مهم HgCdTe توانایی بسیار خوبی در تشخیص فوتون است. کارایی کوانتومی آشکارگرهای HgCdTe با کیفیت بالا می تواند تقریباً 70٪ تا 85٪ باشد.به این معنی که اکثر فوتون های مادون قرمز که به آشکارگر می رسند می توانند به طور موثر به سیگنال های الکتریکی تبدیل شوند.علاوه بر این، HgCdTe دارای تحرک حامل بالا است، که اجازه می دهد الکترون ها به سرعت از طریق مواد حرکت کنند. این ویژگی های پاسخ بسیار سریع را فراهم می کند.که آن را برای کاربردهایی که نیاز به تشخیص اهداف سریع تغییر می کنند مناسب می کندبرای ردیابی فضانوردی، تصویربرداری با سرعت بالا و مشاهده علمی، زمان پاسخ سریع برای گرفتن اطلاعات حرارتی پویا و دقیق ضروری است.
3.چرا کشنده های مادون قرمز HgCdTe نیاز به خنک کردن دارند؟
یک سوال رایج در مورد آشکارسازان مادون قرمز خنک شده این است: چرا آنها نیاز به کار در دمای بسیار پایین، گاهی نزدیک به 77K (تقریبا -196 ° C) دارند؟پاسخ در اصل کار آشکارسازان فوتون نهفته استآشکارسازان HgCdTe سیگنال ها را با جذب فوتون های مادون قرمز تولید می کنند. هنگامی که فوتون های مادون قرمز وارد مواد آشکارساز می شوند، الکترون ها را تحریک می کنند و سیگنال های الکتریکی قابل اندازه گیری ایجاد می کنند.
با این حال، یک چالش بزرگ وجود دارد: سر و صدای حرارتی. در دمای طبیعی، انرژی حرارتی درون نیمه هادی می تواند حتی بدون تشعشع مادون قرمز الکترون ها را تحریک کند.این باعث ایجاد سیگنال های ناخواسته به نام جریان تاریک می شود.، که می تواند سیگنال های مادون قرمز ضعیف را مغلوب کند. با خنک کردن آشکارگر به دمای کریوجنیک، سر و صدای حرارتی و جریان تاریک به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در نتیجه،دتکتور به حساسیت بالاتری می رسد.، نسبت سیگنال به نویز بهبود یافته، تشخیص بهتر تفاوت های کوچک دمایی و عملکرد تصویربرداری در شرایط کم نور یا فاصله های طولانی.به همین دلیل است که آشکارسازان HgCdTe خنک شده می توانند جزئیات حرارتی را که بسیاری از فن آوری های مادون قرمز دیگر نمی توانند حل کنند، تشخیص دهند..
4.مزایا تکنولوژی FPA تحت قرمز خنک شده HgCdTe
در مقایسه با سایر فن آوری های آشکارگر مادون قرمز، آرایه های فلز افراطی مادون قرمز خنک شده HgCdTe مزایای قابل توجهی را ارائه می دهند.پاسخ طیف گسترده آنها اجازه می دهد یک بستر مواد برای پشتیبانی از چند باند مادون قرمزکارایی کوانتومی بالا آنها باعث حساسیت عالی می شود، در حالی که پاسخ سریع آنها را برای برنامه های تصویربرداری با سرعت بالا مناسب می کند.این مزایا باعث می شود HgCdTe به ویژه در زمینه هایی که دقت و قابلیت اطمینان تشخیص بسیار مهم است، ارزشمند باشد.، از جمله سنجش از راه دور ماهواره ای، نظارت فضایی، مشاهده علمی، تجزیه و تحلیل حرارتی صنعتی و نظارت امنیتی پیشرفته.توانایی تشخیص سیگنال های فرعی مادون قرمز می تواند به طور مستقیم بر موفقیت ماموریت تاثیر بگذارد.
5.چالش های تولید آشکارساز HgCdTe
اگرچه HgCdTe عملکردی فوق العاده ای را ارائه می دهد، تولید آشکارسازان با کیفیت بالا از نظر فنی همچنان چالش برانگیز است.جیوه بسیار ناپایدار است و می تواند به راحتی در طول پردازش از مواد خارج شوداین مسئله به ویژه در هنگام تولید آشکارسازان مادون قرمز موج طولانی چالش برانگیز است. مشکل دیگر در تولید منطقه بزرگ است.فیلم های نازک HgCdTe با کیفیت بالادستیابی به تطبیق دقیق شبکه بین مواد HgCdTe و بستر نیاز به فن آوری های پیشرفته رشد نیمه هادی و کنترل دقیق فرآیند دارد.این چالش ها باعث می شود که تولید آشکارساز HgCdTe یکی از پیچیده ترین زمینه های فناوری نیمه هادی مادون قرمز باشد.
6.سنسور میکرو: پیشرفت تکنولوژی آشکارگر مادون قرمز با عملکرد بالا
به عنوان یک شرکت حرفه ای فناوری مادون قرمز، SensorMicro از بیش از 20 سال تخصص تکنولوژیکی که توسط شرکت مادر خود، GUIDE Infrared،در زمینه آشکارسازان مادون قرمز خنک شده HgCdTeبا تجربه عميق در طراحي کشنده هاي مادون قرمز، تکنولوژي نيمه رسان و سيستم هاي تصويرگر حرارتي،SensorMicro همچنان راه حل های مادون قرمز با عملکرد بالا را برای کاربردهای سخت پیش می بردبا ترکیب مواد پیشرفته ی آشکارگر، فرایندهای دقیق تولید و بهینه سازی سطح سیستم،SensorMicro کمک می کند تا فناوری های مادون قرمز نسل بعدی را به طیف گسترده ای از صنایع برساند، از تحقیقات هوافضا و علمی تا کاربردهای صنعتی و سنجش هوشمند.