美国科学家研发出一种低成本制造红外相机的新材料

美国陆军研究实验室和纽约州立大学石溪分校的科学家们开发出了一种用于低成本制造红外相机材料的合成工艺。这一技术为未来的陆军夜间作战提供了新的可能性。

图片显示：军队研究人员正在用分子束外延法（MBE）生产基于InAsSb的新型红外探测器材料。 InAsSb是一种III-V族半导体，也是许多商业产品（如DVD播放器和手机）中用于光电子的一类材料。图片来源：美军

美国陆军研究实验室（ARL）的博士 Wendy Sarney和Stefan Svensson率先研发出了半导体InAsSb应用的一种特殊方法，InAsSb是一种尚未用于最长波长（10μm）的高性能红外相机中的材料。而目前红外摄像机光传感器的最佳材料都是基于HgCdTe开发的，它们都属于II-VI族化合物。

“不幸的是，HgCdTe非常昂贵，主要是因为这种材料只针对于军用客户，” Svensson说。

InAsSb是一种III-V型半导体，属于应用于商业产品（如手机和DVD播放器）中光电子材料中的一种。

“人类的眼睛被大自然优化，观察到太阳反射的光线在一个非常窄的光波范围内，此范围被称为可见光谱；然而，即使在低温下，自然界中的所有物体都会发出微弱的光线，产生红外（IR）范围内的人的肉眼所看不见的颜色，这些波长大约是可见光波长的十倍。

Sarney说：“通过使用可以探测微弱红外线的摄像头，士兵们便可以在夜间进行活动。 这种相机的灵敏度越高，或者说它可以探测到的光波或温差越小，士兵们在战场上可以识别出的细节就越多，也就使得可以在更远的范围内探测到敌人。可想而知，这种高性能的红外相机对于陆军来说是非常重要的。”

这一发现的关键在于要认识到材料必须以10μm的应变而不变形。要想将InAsSb用作传感器材料，则必须要克服这一关键难点。基于半导体材料器件的性能也依赖于材料的结晶完整性。有必要将InAsSb沉积到包含原子之间较小间距的起始晶体材料（基板）上。为了使光敏材料能够正常工作，原子尺度上的这种不匹配现象必须得到很好的控制。

在可能的衬底中，较便宜和较大的衬底通常具有逐渐减小的原子间距。多年以来，Stony Brook和ARL发现了一种控制原子间距不匹配的方法，最终选择以GaAs（是许多消费品在III-V行业中最常用的基材）作为衬底，它尺寸大且价格便宜。这种大面积衬底允许同时制造多个照相机传感器，这可以在商业铸造厂进行。所有这一切都为日后以非常经济的方式开发适用于战士的高品质红外摄像机提供了新机会。

Stony Brook和ARL结合了应变介导技术来有效地控制GaAs衬底和InAsSb传感材料之间10％的原子间距不匹配现象。为了解决这一问题，科研人员将GaSb的中间层沉积在GaAs上，以捕获原子大小不匹配所引起的大部分缺陷。然后，他们继续增加原子间距，并采用了分级层，这同样也防止了InAsSb传感器材料的缺陷。

使用高分辨率透射电子显微镜对材料进行检测，以确保其具有足够的结构质量。他们还发现，与检测性能有关的光学性能非常优异。该研究为基于III-V长波长红外材料的夜视系统的最终部署提供了一个低成本、实用的解决方案。

文章来自azom，原文题目为Researchers Develop New Material for Army Night-Time Operations

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