红外行业报告：蓝海的需求（43页）

行业报告下载 2019年09月24日 06:56 管理员

根据焦平面阵列工作单元光电转换过程中应用物理原理的不同，红外探测器可分为光子探测器和热探测器。光子探测器基于光电效应，探测器在吸收光子后，敏感材料电子状态发生改变，通过测量光电效应大小，可以确定被吸收的光子数，进而得到目标红外辐射分布。而热探测器则基于热敏材料温升后的物理性质变化（如电阻变化），通过测量这些物理性质的变化，可以确定探测器所吸收的红外辐射能量，同样可以得到目标红外辐射分布。成像机理不同是决定性能差异的核心。基于光电效应的光子探测器，在受到特定频率的红外线辐射后能够瞬时产生光电子，一般系统响应时间为纳秒级；基于热电效应的热探测器，在受到红外辐射后需要升温过程，响应时间为毫秒级，两类探测器在响应时间上相差多个量级。同时，光电效应的激发只需要特定频率辐射，对辐射强度没有要求；热电效应则只在辐射达到一定强度后才能产生可以准确测量的材料物理性质变化，因此制冷在探测率、噪声等效温差等反应灵敏度的指标上同样大幅优于非制冷。

两类探测器应用不同的敏感材料，对应不同工作温度，因此光子型探测器也称制冷型探测器，热探测器则称非制冷探测器。基于不同的物理原理，近年来两类探测器都发展出了多种性能各异的敏感材料。光子探测器的各类敏感材料中，碲镉汞应用最广泛，量子阱（QWIP）、量子点、超晶格材料近年来也都在快速发展。上述敏感材料一般工作于低温环境，如适用于中波段的碲镉汞材料有效工作温度为 200K（-73℃），当探测器制冷到 77K 时，该材料的响应波段才能延伸到 3~5μm，只有接近绝对零度光谱效应才能超过 8μm，因此光子型探测器需要配置制冷器，也称制冷型探测器。而制冷器的应用也决定了制冷型探测器的体积大、功耗大、寿命短。在热探测器的敏感材料中，氧化钒和非晶硅应用最广泛。参考 Antoni Rogalski 2011 年发表的《Recent progress in HgCdTe infrared detector technology》，全球范围内应用氧化钒材料的非制冷探测器市场份额达 70%，而多晶硅为 17%。因为该类材料都工作在常温环境，不需要制冷器，所以热探测器也称非制冷探测器。

整体看，红外探测器正朝焦平面阵列规模扩大、像元尺寸和像元间距缩小的方向发展。提升阵列规模与像元密度，能够在不扩大探测器体积的前提下大幅提升探测器的探测与成像能力，像元尺寸和像元间距的缩小都能显著提升阵列密度，且像元间距减小还能节省原材料，降低探测器成本。同时，光学系统的技术更迭有助于探测性能的提升。例如，制冷型领域目前正朝变 F 数镜头（充分发挥制冷型探测器的高灵敏度和大面阵）、双波段镜头（通过双孔径同时接收中、长两个波段的红外辐射，使系统获得双波段探测能力）发展；非制冷领域，为更好发挥探测器性能需要适配不同的镜头，据《红外成像光学系统进展与展望》，随着体积和重量的大幅减低，非制冷探测器对光路小于 1/2 焦距的微型红外镜头需求日益提升。不同像元尺寸的红外探测器需要匹配不同的镜头，以国内较大的红外镜头供应商舜宇科技为例，其官网在售的红外镜头产品主要面向 12μm 和 17μm 的红外探测器。预计在未来适配 10μm 等镜头的加速研制，具备更为先进探测器的红外厂商或率先受益，市场份额有持续扩大的可能。

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