碲鎘汞線性雪崩焦平面探測(cè)器具有高增益、高帶寬及低過(guò)剩噪聲等特點(diǎn)，在航空航天、天文觀測(cè)、軍事裝備及地質(zhì)勘探等領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)展了碲鎘汞線性雪崩焦平面器件的研制工作，但缺乏評(píng)價(jià)其性能的方法及標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)其的應(yīng)用仍然處于探索階段。

據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，近期，昆明物理研究所的科研團(tuán)隊(duì)在《紅外與激光工程》期刊上發(fā)表了以“碲鎘汞線性雪崩焦平面器件評(píng)價(jià)及其應(yīng)用（特邀）”為主題的文章。該文章第一作者為張應(yīng)旭工程師，主要從事紅外探測(cè)器材料、器件及其可靠性方面的研究工作。通訊作者為李雄軍研究員，主要從事紅外探測(cè)器材料與器件方面的研究工作。

文中首先分析討論了表征APD焦平面器件性能的關(guān)鍵參數(shù)，同時(shí)基于碲鎘汞線性APD器件的特點(diǎn)，討論了碲鎘汞線性APD焦平面器件在主/被動(dòng)紅外成像、快速紅外成像等領(lǐng)域的應(yīng)用，最后對(duì)其未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

碲鎘汞APD器件性能評(píng)價(jià)

現(xiàn)有的制冷型碲鎘汞紅外焦平面陣列參數(shù)無(wú)法完全覆蓋碲鎘汞APD焦平面器件的性能表征。針對(duì)碲鎘汞APD器件的特點(diǎn)及應(yīng)用需求，為更準(zhǔn)確地表征碲鎘汞APD焦平面器件的性能特性，需要增加增益、過(guò)剩噪聲因子、噪聲等效光子數(shù)及時(shí)間分辨率等參數(shù)。

增益

APD器件的增益M用于衡量器件對(duì)輸入光信號(hào)的放大能力，定義為有增益時(shí)器件的響應(yīng)電流與無(wú)增益時(shí)器件響應(yīng)電流之比。碲鎘汞APD焦平面的增益測(cè)試可參照GB/T 17444-2013紅外焦平面陣列參數(shù)測(cè)試方法開(kāi)展。分別面對(duì)20 ℃和35 ℃的面源黑體，調(diào)節(jié)積分時(shí)間Tint（V）使器件輸出處于半阱狀態(tài)測(cè)試獲取焦平面器件不同偏置電壓下對(duì)15 ℃溫差的響應(yīng)信號(hào)VS（V），計(jì)算得到器件單位積分時(shí)間下響應(yīng)信號(hào)R（V）= VS（V）/ Tint（V）。無(wú)增益時(shí)APD器件單位積分時(shí)間響應(yīng)信號(hào)為R（V=?50 mV）=VS（V=?50 mV）/Tint（V=?50 mV），即可計(jì)算得到不同偏置電壓下器件增益M。

圖1為昆明物理研究所制備的碲鎘汞APD焦平面組件增益隨偏置電壓的變化情況，APD焦平面的平均增益與反偏電壓呈指數(shù)型關(guān)系，且在?8 V反偏下，器件平均增益即超過(guò)了100。圖2為芯片?8.6 V反偏電壓下增益灰度圖，焦平面平均增益可達(dá)166，增益非均勻性不超過(guò)3.4%。

圖1 碲鎘汞APD增益和過(guò)剩噪聲因子隨偏置電壓的變化情況

圖2 ?8.6 V電壓下碲鎘汞APD焦平面增益灰度圖

過(guò)剩噪聲因子

APD器件載流子倍增的隨機(jī)性引入了過(guò)剩噪聲，使得輸入器件信號(hào)被放大的同時(shí)器件輸出信號(hào)的信噪比惡化，通常采用過(guò)剩噪聲因子來(lái)描述APD器件增益過(guò)程對(duì)輸入信號(hào)信噪比的惡化程度，可用無(wú)增益時(shí)器件輸出信噪比與有增益時(shí)器件輸出信噪比之比來(lái)計(jì)算APD器件的過(guò)剩噪聲因子（F）。

值得注意的是芯片動(dòng)態(tài)范圍的限制使得無(wú)增益或低增益時(shí)采集到的輸出響應(yīng)較小，因此要求測(cè)試系統(tǒng)和讀出電路均具有較低的噪聲水平。圖1為昆明物理研究所制備的碲鎘汞APD焦平面組件過(guò)剩噪聲因子隨偏置電壓的變化情況。從圖1中可以看出，隨著器件增益快速增長(zhǎng)，器件過(guò)剩噪聲因子保持緩慢增長(zhǎng)，器件增益超過(guò)100時(shí)過(guò)剩噪聲因子仍小于1.5，顯示了器件優(yōu)異的性能。圖3為166倍增益下器件過(guò)剩噪聲因子直方圖。由于碲鎘汞APD器件的量子效率會(huì)隨著器件偏置電壓變化，限制了采用該方法獲取器件過(guò)剩噪聲因子的精度。另一種更加精確的獲取APD器件過(guò)剩噪聲因子的方法為觀測(cè)單光子探測(cè)過(guò)程中光生載流子的增益概率分布F。

圖3 166倍增益下碲鎘汞APD焦平面過(guò)剩噪聲因子直方圖

另一種更加精確的獲取APD器件過(guò)剩噪聲因子的方法為觀測(cè)單光子探測(cè)過(guò)程中光生載流子的增益概率分布。通過(guò)重復(fù)測(cè)量單光子照射下器件的增益計(jì)算增益標(biāo)準(zhǔn)差獲取器件的過(guò)剩噪聲因子具有較高的精度，但測(cè)量值的準(zhǔn)確性仍然會(huì)受到結(jié)區(qū)寬度變化、倍增區(qū)對(duì)光子吸收的影響，同時(shí)保證焦平面任一個(gè)像元都是單光子照射也是一個(gè)挑戰(zhàn)。

噪聲等效光子數(shù)

與被動(dòng)紅外成像噪聲等效溫差類(lèi)似，噪聲等效光子數(shù)（NEPh）用于評(píng)估主動(dòng)成像模式下APD器件的靈敏度，其主要由器件的增益、暗電流水平、背景光通量及讀出電路噪聲水平等因素共同決定。

主動(dòng)成像應(yīng)用中APD器件的積分時(shí)間較短，在低增益狀態(tài)下讀出電路噪聲對(duì)APD器件的NEPh具有重要的影響。若APD器件的過(guò)剩噪聲因子、量子效率、占空比等不隨增益變化，隨著APD器件增益的增長(zhǎng)，器件的NEPh將會(huì)逐漸減小至恒定值，該恒定值由APD器件的積分時(shí)間、背景光通量及器件暗電流水平共同決定。

通常NEPh指的是器件本身的極限性能，一般在非背景限下進(jìn)行測(cè)試（即要求背景光通量引起的光電流小于器件的暗電流）。在相同的測(cè)試條件下，高增益狀態(tài)下APD器件的NEPh隨積分時(shí)間縮短而減小，如圖4所示。通過(guò)降低器件的過(guò)剩噪聲因子、提高器件的可用增益、降低器件暗電流水平、縮短積分時(shí)間及降低讀出電路噪聲等手段可以提高碲鎘汞APD器件的靈敏度，噪聲等效光子數(shù)可通過(guò)入射到像元的光子數(shù)除以信噪比求得。

圖4 不同積分時(shí)間下NEPh隨偏壓的變化

時(shí)間分辨率

APD器件與具有計(jì)時(shí)功能的讀出電路相耦合可實(shí)現(xiàn)距離信息的獲取，時(shí)間分辨率反映了APD焦平面組件能分辨的到達(dá)焦平面脈沖激光的最小時(shí)間間隔，代表了探測(cè)器能識(shí)別的最小空間距離。碲鎘汞線性APD器件采用模擬斜波記錄激光脈沖飛行時(shí)間，激光到達(dá)APD焦平面時(shí)采集到的信號(hào)電壓。

碲鎘汞線性APD器件的應(yīng)用

APD器件的內(nèi)增益來(lái)源于載流子在電場(chǎng)作用下的碰撞電離，APD器件在放大輸入信號(hào)的同時(shí)伴隨著倍增噪聲的引入，通常將信號(hào)倍增過(guò)程中引入的噪聲稱(chēng)為過(guò)剩噪聲。APD器件的這種特性，使得器件輸出噪聲的增長(zhǎng)速度快于輸出信號(hào)，因此，APD器件更適用于噪聲不是由焦平面芯片決定的系統(tǒng)（如探測(cè)短激光脈沖信號(hào)的高帶寬系統(tǒng)）。通過(guò)提升探測(cè)器的雪崩增益，可以持續(xù)提升系統(tǒng)噪聲限裝備的信噪比，當(dāng)器件噪聲與系統(tǒng)噪聲相當(dāng)時(shí)繼續(xù)提升APD器件增益將會(huì)引起系統(tǒng)信噪比惡化，如圖5所示。McIntyre的經(jīng)典場(chǎng)論模型認(rèn)為APD器件的過(guò)剩噪聲因子是器件平均增益和碰撞電離系數(shù)比的函數(shù)。

圖5 APD器件噪聲隨增益變化示意圖

若碰撞電離系數(shù)為0或無(wú)窮大，意味著只有一種載流子倍增，此時(shí)APD器件輸出的噪聲將與信號(hào)同比例放大。圖6為根據(jù)McIntyre公式計(jì)算得到的半導(dǎo)體器件過(guò)剩噪聲因子隨增益的變化情況。APD器件引入的過(guò)剩噪聲限制了其可用的最大增益，理想的無(wú)倍增過(guò)程噪聲的APD器件的靈敏度由光子噪聲決定，對(duì)于k≠0或∞的APD器件，倍增過(guò)程引入的噪聲超過(guò)了光子噪聲，使得在使用APD器件過(guò)程中需要考慮器件的可用增益。

圖6 半導(dǎo)體APD器件過(guò)剩噪聲因子隨增益變化

InGaAs線性雪崩器件和碲鎘汞線性雪崩器件均工作于人眼安全的1.55 μm近紅外波段，InGaAs半導(dǎo)體的碰撞電離比系數(shù)為0.4，從圖6可以看出，隨著增益的增長(zhǎng)，器件過(guò)剩噪聲因子迅速增長(zhǎng)，輸出信噪比快速惡化；作為對(duì)比，隨著器件增益的增長(zhǎng)，HgCdTe雪崩器件的過(guò)剩噪聲因子保持接近于1，意味著增益過(guò)程幾乎沒(méi)有引起信噪比的惡化。能帶可調(diào)節(jié)的碲鎘汞半導(dǎo)體是目前唯一一種碰撞電離系數(shù)比為0或無(wú)窮大的半導(dǎo)體，其制備的APD器件的過(guò)剩噪聲因子接近于1，工作波段范圍覆蓋1.3~11 μm，表1為公開(kāi)報(bào)道的不同材料制備的線性APD探測(cè)器性能對(duì)比（其中，hole-HgCdTe為空穴倍增型碲鎘汞APD，e-HgCdTe為電子倍增型碲鎘汞APD）。

表1 公開(kāi)報(bào)道的不同類(lèi)型線性模式APD探測(cè)器性能對(duì)比

主動(dòng)成像

進(jìn)行潛在目標(biāo)成像時(shí)，需要在寬視場(chǎng)下快速探測(cè)目標(biāo)，在窄視場(chǎng)下識(shí)別并辨識(shí)目標(biāo)。由于激光發(fā)射功率的限制及對(duì)回波信號(hào)強(qiáng)度的要求，主動(dòng)成像系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離寬視場(chǎng)成像，同時(shí)主動(dòng)激光成像存在暴露系統(tǒng)位置的風(fēng)險(xiǎn)。通常采用被動(dòng)紅外與主動(dòng)激光聯(lián)合成像，被動(dòng)紅外成像系統(tǒng)用于潛在目標(biāo)的探測(cè)，主動(dòng)成像系統(tǒng)用于目標(biāo)的辨識(shí)與鎖定。被動(dòng)成像系統(tǒng)與主動(dòng)成像系統(tǒng)為兩套相互獨(dú)立的光電系統(tǒng)，光學(xué)、低溫封裝、探測(cè)器、信號(hào)處理電子學(xué)及電源系統(tǒng)均相互獨(dú)立，使得裝置體積質(zhì)量較大，需要專(zhuān)門(mén)的光路對(duì)準(zhǔn)系統(tǒng)，傳統(tǒng)的被動(dòng)成像/激光門(mén)控成像聯(lián)合系統(tǒng)原理如圖7所示。

圖7 熱成像/激光門(mén)控聯(lián)合成像系統(tǒng)原理圖

將被動(dòng)成像與主動(dòng)成像整合進(jìn)一個(gè)系統(tǒng)中，有望克服兩套光電成像系統(tǒng)帶來(lái)的問(wèn)題。紅外被動(dòng)成像與主動(dòng)激光成像整合需要解決以下問(wèn)題：（1）探測(cè)器本身可實(shí)現(xiàn)主動(dòng)短波成像、被動(dòng)中波成像的切換；（2）光學(xué)系統(tǒng)需要支持不同成像模式下視場(chǎng)的切換。采用碲鎘汞中波紅外材料制備的焦平面探測(cè)器在低偏壓下即具有較高的雪崩增益，調(diào)節(jié)所加偏壓能實(shí)現(xiàn)從主動(dòng)激光成像到被動(dòng)中波紅外成像的切換：高偏壓下實(shí)現(xiàn)高增益短波激光成像，低偏壓下實(shí)現(xiàn)被動(dòng)中波紅外成像，如圖8、圖9所示。

圖8 單傳感器紅外被動(dòng)與主動(dòng)激光聯(lián)合成像系統(tǒng)

圖9 雙模相機(jī)獲取的圖像

主動(dòng)成像通常采用波長(zhǎng)為1.55 μm或1.06 μm的短波紅外激光作為光源，隨著激光技術(shù)的發(fā)展及人眼安全的需求，其有向更長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)展的趨勢(shì)。表2為采用不同材料制備的線性APD器件性能對(duì)比，由此可以看出，采用碲鎘汞材料制備的APD器件具有更高的量子效率，工作波段覆蓋短波至中波紅外，且采用碲鎘汞中波紅外材料制備的APD在較低的偏置電壓下即可得到較高的雪崩增益。Leonardo公司采用截止波長(zhǎng)為4.0 μm的碲鎘汞材料制備APD器件開(kāi)展主/被動(dòng)雙模成像試驗(yàn)，主動(dòng)成像時(shí)器件工作在高偏置電壓下提升器件增益，被動(dòng)模式下器件工作于低偏置電壓，通過(guò)電子學(xué)切換即可實(shí)現(xiàn)傳感器主/被動(dòng)成像模式的切換，圖9為采用該成像系統(tǒng)獲得的目標(biāo)圖像。DRS公司采用中波碲鎘汞APD器件為美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室搭建了一套主/被動(dòng)成像系統(tǒng)，其面陣規(guī)模為640×480，像元間距為25 μm，被動(dòng)成像模式下系統(tǒng)NETD為18 mK（積分時(shí)間為16 ms，F(xiàn)4光學(xué)系統(tǒng)）；主動(dòng)門(mén)控成像模式下（帶增益）噪聲等效光子數(shù)為2（積分時(shí)間為100 ns）。

表2 不同材料制備的APD雪崩器件性能對(duì)比

碲鎘汞APD器件耦合具有計(jì)時(shí)功能的讀出電路并結(jié)合脈沖激光即可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)距離信息的獲取，法國(guó)Sofradir公司在設(shè)計(jì)的讀出電路中加入3D功能，其原理如圖10所示。該讀出電路通過(guò)小電容充放電快速響應(yīng)輸入激光脈沖回波信號(hào)，采用模擬斜波電壓作為計(jì)時(shí)信號(hào)，通過(guò)記錄回波到達(dá)焦平面時(shí)斜波電壓值來(lái)獲取目標(biāo)距離信息。碲鎘汞APD器件的線性增益使得在獲取回波飛行時(shí)間的同時(shí)可以獲取回波強(qiáng)度，并由讀出電路中的積分電容記錄。Sofradir公司采用碲鎘汞中波紅外材料制備了面陣規(guī)模為320×256的APD焦平面組件（像元間距30 μm），通過(guò)調(diào)節(jié)偏置電壓可實(shí)現(xiàn)20~100增益的調(diào)節(jié)。搭配脈寬8 ns的激光（能量8 mJ），Sofradir公司開(kāi)展了40 m景深下3D/2D成像演示。

圖10 3D成像用讀出電路原理簡(jiǎn)圖

電子倍增碲鎘汞雪崩APD器件采用中波紅外材料制備，其能同時(shí)響應(yīng)中波段紅外信號(hào)和短波紅外信號(hào)。室溫環(huán)境下中波紅外產(chǎn)生的器件注入電流接近nA量級(jí)，室溫背景下的短波紅外產(chǎn)生的注入電流在fA量級(jí)，當(dāng)APD器件用于單模式成像時(shí)，不必考慮中波紅外背景對(duì)成像的影響；但采用單傳感器開(kāi)展主/被動(dòng)復(fù)合成像時(shí)，必須對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，避免中波段紅外背景干擾主動(dòng)成像。

典型的APD探測(cè)器主動(dòng)成像原理如圖11所示。激光器發(fā)射的脈沖激光經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后照射在目標(biāo)物體并反射至探測(cè)器收集，電子學(xué)系統(tǒng)處理后獲得目標(biāo)的距離等信息。

圖11 APD器件主動(dòng)成像原理圖

假設(shè)照射激光波長(zhǎng)為1.55 μm，單個(gè)脈沖能量為10 mJ，脈寬為10 ns，器件量子效率為50%，回波激光產(chǎn)生的注入電流（無(wú)增益）隨距離的變化如圖12所示（各參數(shù)取值如表3所示）。從圖12中可以看出，回波激光強(qiáng)度引起的光電流隨著作用距離的增加急劇減小，接近甚至小于室溫背景輻射引入的電流水平，因此將碲鎘汞APD焦平面組件用于主/被動(dòng)復(fù)合成像時(shí)必須考慮環(huán)境背景中紅外輻射的屏蔽。Leonardo公司和DRS公司基于中波碲鎘汞APD焦平面組件搭建的主/被動(dòng)雙模成像系統(tǒng)均設(shè)計(jì)了紅外屏蔽，用于減少主動(dòng)成像模式下中波紅外背景帶來(lái)的不利影響。

圖12 無(wú)增益時(shí)回波光電流隨距離變化情況

表3 系統(tǒng)參數(shù)

被動(dòng)成像

碲鎘汞APD器件具有的幾乎無(wú)雪崩噪聲的線性?xún)?nèi)增益特性給中波紅外成像帶來(lái)了新的應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)調(diào)節(jié)器件內(nèi)增益，可以實(shí)現(xiàn)相同積分時(shí)間不同輻射強(qiáng)度目標(biāo)的觀察或?qū)ο嗤繕?biāo)成像時(shí)間的調(diào)節(jié)。在快速搜索成像中要求積分時(shí)間內(nèi)成像點(diǎn)在探測(cè)器焦平面上的移動(dòng)距離不超過(guò)1個(gè)像元，否則將導(dǎo)致圖像模糊，影響成像質(zhì)量。對(duì)于面陣規(guī)模為640×512的焦平面組件（像元間距25 μm，積分時(shí)間取4 ms），若其視場(chǎng)角為2°，則其最大搜索角速度不能超過(guò)0.975 (°)/s，若采用增益為100的APD焦平面組件，則可將系統(tǒng)最大搜索速度提高至97.5 (°)/s，完成360°的全方位搜索只需要不到4 s的時(shí)間。碲鎘汞APD器件可實(shí)現(xiàn)掃描成像系統(tǒng)中復(fù)雜的二維光學(xué)或電子運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的代替，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)搜索/跟蹤一體化。

紅外圖像的噪聲主要來(lái)源于背景光子噪聲、器件暗電流噪聲、讀出電路噪聲及后續(xù)電子學(xué)系統(tǒng)噪聲等，從圖13可以看出，無(wú)增益時(shí)縮短積分時(shí)間獲得的圖像質(zhì)量明顯下降，增加器件增益至一定水平，圖像質(zhì)量有一定改善，但無(wú)法恢復(fù)圖13(a)的水平。相同的器件響應(yīng)電流及帶寬下，APD過(guò)剩噪聲的存在使得其輸出信噪比產(chǎn)生衰退。通過(guò)優(yōu)化器件工藝降低過(guò)剩噪聲因子能有效提升碲鎘汞APD器件的可用增益。從圖5可以看出，當(dāng)電子學(xué)系統(tǒng)噪聲水平高于器件噪聲時(shí)，通過(guò)內(nèi)增益能提高輸出信號(hào)的信噪比。圖13為法國(guó)Sofradir公司采用320×256面陣規(guī)模的碲鎘汞APD器件獲取的中波段紅外圖像。

圖13 法國(guó)Sofradir公司采用面陣規(guī)模為320×256（像元間距30 μm）的碲鎘汞APD器件獲取的被動(dòng)中波紅外圖像。（a）常規(guī)成像，SNR=61 dB；（b）短積分時(shí)間成像，SNR=39 dB；（c）短積分時(shí)間高增益成像，SNR=42 dB

目前，美國(guó)Raytheon公司、法國(guó)Sofradir公司及英國(guó)Leonardo公司等均已制備得到過(guò)剩噪聲因子接近于1的碲鎘汞線性APD器件。Leonardo公司采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）工藝制備的320×256面陣規(guī)模的碲鎘汞APD焦平面芯片的靈敏度達(dá)到了單光子級(jí)，過(guò)剩噪聲因子小于1.25。配合Flower采樣、相關(guān)采樣等技術(shù)，法國(guó)First Light imaging公司采用該芯片生產(chǎn)的C-RED one碲鎘汞APD機(jī)芯最大幀頻可達(dá)3500 FPS，讀出噪聲小于1個(gè)電子，響應(yīng)波段覆蓋1.1~2.4 μm，已成功用于波前傳感、低背景成像等領(lǐng)域。

被動(dòng)成像中另一個(gè)值得注意的問(wèn)題是隨著器件增益的增長(zhǎng)，APD器件的暗電流也隨之放大，圖14為昆明物理研究所制備的碲鎘汞APD器件暗電流隨偏置電壓的變化情況，器件的暗電流隨偏置電壓線性增長(zhǎng)，因此在APD制備中除了需要優(yōu)化過(guò)剩噪聲因子，還需要盡可能降低暗電流水平并減少缺陷的引入。采用制備的面陣規(guī)模為256×256的APD焦平面芯片，昆明物理研究所開(kāi)展了APD成像驗(yàn)證，圖15為不同增益下獲取的中波段紅外圖像，從圖中可以看出，制備的器件在小偏壓下獲取的圖像與常規(guī)中波紅外探測(cè)器相當(dāng)，器件積分時(shí)間較短時(shí)，信號(hào)的雪崩增益明顯提升了圖像質(zhì)量。

圖14碲鎘汞APD暗電流隨偏置電壓變化情況

圖15 HgCdTe-APD焦平面芯片在不同增益下獲取的中波紅外圖像。（a） M=1，積分時(shí)長(zhǎng)800 μs；（b） M=1，積分時(shí)長(zhǎng)20 μs；（c） M=19，積分時(shí)長(zhǎng)20 μs

展望

碲鎘汞材料的光譜響應(yīng)范圍可覆蓋短波、中波及長(zhǎng)波紅外，光子探測(cè)效率高，無(wú)后脈沖效應(yīng)，單載流子雪崩增益的特性使其具有接近零過(guò)剩噪聲放大的潛力。高增益線性碲鎘汞APD器件能夠同時(shí)獲取目標(biāo)強(qiáng)度和距離信息，其在軍事、天文、航天等領(lǐng)域顯示了巨大的應(yīng)用潛力。在軍事應(yīng)用需求及光電成像技術(shù)的發(fā)展?fàn)恳拢皂阪k汞線性雪崩焦平面器件為代表的APD器件受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注，并呈現(xiàn)出加快發(fā)展的態(tài)勢(shì)。伴隨著碲鎘汞材料生長(zhǎng)技術(shù)、器件制備工藝、讀出電路設(shè)計(jì)加工技術(shù)和器件測(cè)試表征技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)性能更好、面陣規(guī)模更大、像元中心距更小、幀頻更高的碲鎘汞線性APD焦平面產(chǎn)品，滿(mǎn)足三維成像激光雷達(dá)、主/被動(dòng)雙模復(fù)合成像、單光子高靈敏探測(cè)等多種應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)高性能探測(cè)器的需求。

國(guó)內(nèi)對(duì)于碲鎘汞APD器件的研制處于起步階段，其靈敏度等指標(biāo)遠(yuǎn)低于國(guó)外報(bào)道水平。在碲鎘汞APD焦平面器件的研制過(guò)程中，需要重點(diǎn)關(guān)注以下兩個(gè)方面：（1）靈敏度提升。通過(guò)開(kāi)展器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制備工藝研究，將碲鎘汞APD器件的靈敏度提升至單光子水平；（2）讀出電路設(shè)計(jì)。讀出電路在主動(dòng)成像用焦平面器件中占據(jù)重要地位，計(jì)時(shí)精度的提升、讀出噪聲的降低及電路功耗的控制等將是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

結(jié)論

文中首先分析了表征碲鎘汞APD焦平面芯片性能的關(guān)鍵參數(shù)；其次，基于碲鎘汞線性雪崩焦平面器件的特點(diǎn)，展開(kāi)討論了雪崩焦平面器件在主/被動(dòng)成像、快速成像及3D成像等領(lǐng)域的應(yīng)用；最后對(duì)碲鎘汞雪崩焦平面器件的未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。隨著對(duì)碲鎘汞APD器件研究的不斷深入，相信該器件將會(huì)在軍事應(yīng)用和民用等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。

審核編輯：劉清