本书内容主要基于红外焦平面阵列探测器领域取得的成果，并系统介绍了红外焦平面阵列探测器的设计理论及制造过程。本书分别介绍了非制冷型和制冷型两大类红外焦平面阵列探测器，主要具体内容为：碲镉汞和超晶格等热敏材料制备；金属、陶瓷、晶圆和像素级四类封装工艺；线性、旋转式等多种斯科特式制冷技术与器件；涉及各类核心器件性能的高精度检测技术；红外焦平面阵列探测器全生命生产周期管理；各类红外焦平面阵列探测器应用技术。

制冷红外焦平面探测器具有精度高、灵敏度高等优势，在军事、航空航天、舰载、防火预警等领域有重要应用。为满足其在严苛环境中对稳定性和可靠性要求，探测器及核心元器件批量化标准制造技术尤为关键。 本书围绕制冷红外焦平面探测器的批量化制造过程，对其部分关键技术进行系统介绍。首先介绍Ⅱ-Ⅵ族的碲镉汞（HgCdTe）和Ⅲ-Ⅴ族的锑基超晶格两种主流红外敏感材料的生长技术，以及相应的碲锌镉（CZT）衬底材料和锑化镓（GaSb）衬底材料的制备技术；然后对制冷红外焦平面探测器的杜瓦封装的设计、工艺与可靠性评价进行分析，对制冷红外焦平面探测器常用的制冷机（器）常用的旋转斯特林制冷机、线性斯特林制冷机、节流制冷器设计及制冷技术进行详细描述；阐述制冷红外焦平面探测器关键参数及其测试方法，搭建了专用硬件平台与软件平台，针对典型制冷红外焦平面探测器检测结果进行分析讨论，并开展了典型问题的检测与分析；最后介绍制冷红外焦平面探测器的应用场景，包括典型的军事领域，如手持、车载、机载、舰载、制导、卫星，以及民用领域，如气体检测、飞行视觉增强、智能监测、火灾告警等。 由于作者水平有限，书中难免不足，恳请读者批评指正。 编者 2022年5月

目录 第1章 绪论 1 1.1 制冷红外焦平面阵列探测器概述 1 1.1.1 红外概述 1 1.1.2 制冷红外焦平面探测器的工作原理 3 1.2 制冷红外焦平面探测器结构 5 1.2.1 探测器组成 5 1.2.2 探测器各部分功能 6 1.2.3 探测器的工艺流程 9 1.3 制冷红外焦平面探测器发展趋势 10 参考文献 17 第2章 制冷红外焦平面探测器材料技术 21 2.1 碲镉汞红外敏感材料 21 2.1.1 碲镉汞材料技术发展历程 21 2.1.2 碲镉汞基本物理特性 24 2.1.3 碲镉汞材料类型 27 2.1.4 碲镉汞材料生长 28 2.1.5 碲锌镉衬底材料 37 2.2 超晶格红外敏感材料 44 2.2.1 超晶格技术发展历程 44 2.2.2 超晶格原理与特点 47 2.2.3 超晶格材料设计 48 2.2.4 超晶格材料生长 51 2.2.5 锑化镓衬底材料 58 参考文献 63 第3章 制冷红外焦平面探测器芯片技术 71 3.1 红外焦平面芯片概述 71 3.1.1 发展历程 71 3.1.2 结构与原理 73 3.2 红外焦平面芯片设计 74 3.2.1 红外焦平面阵列性能 74 3.2.2 读出电路设计 82 3.3 红外焦平面阵列制备技术 85 3.3.1 碲镉汞焦平面阵列制备技术 86 3.3.2 超晶格焦平面阵列制备技术 93 3.4 红外焦平面芯片集成技术 102 3.4.1 倒装焊互连技术 102 3.4.2 底部填充技术 109 参考文献 114 第4章 制冷红外探测器封装技术 118 4.1 杜瓦封装概述 118 4.1.1 杜瓦封装的功能 118 4.1.2 杜瓦封装的发展趋势 119 4.2 制冷红外焦平面探测器封装设计 120 4.2.1 结构设计 120 4.2.2 参数计算 123 4.3 封装工艺 125 4.3.1 密封焊接工艺 125 4.3.2 粘接工艺 129 4.3.3 引线键合工艺 130 4.3.4 检漏工艺 131 4.3.5 除气及超高真空排气工艺 131 4.4 杜瓦可靠性评价 132 参考文献 134 第5章 制冷红外焦平面探测器用制冷技术 136 5.1 红外探测器用制冷机（器）分类 136 5.2 旋转斯特林制冷机 137 5.2.1 旋转斯特林制冷机设计 137 5.2.2 旋转斯特林制冷机制造流程及关键工艺 144 5.2.3 旋转斯特林制冷机可靠性设计 145 5.3 线性斯特林制冷机 147 5.3.1 线性斯特林制冷机设计 148 5.3.2 线性斯特林制冷机制造工艺 154 5.3.3 线性斯特林制冷机可靠性设计 156 5.4 节流制冷器 159 5.4.1 节流制冷原理 160 5.4.2 微型节流制冷器设计 162 5.4.3 节流制冷器制造工艺 169 5.4.4 节流制冷器可靠性设计及验证 170 参考文献 170 第6章 制冷红外焦平面探测器检测技术 172 6.1 制冷红外焦平面探测器关键参数及其测试方法 172 6.1.1 关键参数 172 6.1.2 关键参数测试方法 173 6.2 制冷红外焦平面探测器参数测试系统 176 6.2.1 测试系统总体结构 176 6.2.2 测试系统硬件组成 177 6.2.3 测试系统软件组成 179 6.3 典型制冷红外焦平面探测器测试结果 181 参考文献 184 第7章 制冷红外焦平面探测器应用 185 7.1 红外观瞄器件 185 7.2 红外光电系统 186 7.3 卫星侦察 189 7.4 气体检测 190 7.5 飞行视觉增强 191 7.6 智能监控 192 7.7 火灾告警 193 参考文献 194