红外材料光电性能表征
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红外成像系统性能参数测试系统摘要:经过近几十年的发展,红外成像系统经历数次变革,已经由最初的点源和线阵扫描型发展到现在的第三代红外焦平面凝视型系统,目前国外对红外成像系统实验室测试的性能参数多达十六七项。
本文对其最主要的信号传递函数(SITF)、噪声等效温差(NETD)和三维噪声模型、调制传递函数(MTF)、最小可分辨温差(MRTD)五个参数进行研究,阐述了它们的定义、物理意义和测量方法。
关键字:红外成像系统性能参数定义测量方法1 红外成像系统性能参数测试研究的意义基于光电图像的测量,是以图像的获取及其处理为手段,来确定被测对象的诸如空间、时间、温度、速度以及功能等等有关参数或者特性的一种测量方法。
把图像当作检测和传递的手段或载体加以利用,是一种建立在光学成像技术基础上并融入了计算机技术、光电子学数字图像处理技术以及光机电一体化的综合测量技术,其目的在于从图像中提取有用的信号。
由于其具有非接触、高灵敏度和高准确度等特点,在信息科学、生命科学、工农业生产和制造业、航空航天、国防军事、科学研究以及人们的日常生活等领域中得到了广泛应用,是当代先进测试技术之一[1]~[3]。
自然界中凡是温度高于绝对零度的物体,就会一直向外辐射能量。
通过探测并收集这些辐射能,再现物体的辐射起伏,进而显示出物体的特征信息,这样的成像系统就是红外成像系统。
红外成像系统利用景物本身各部分辐射的差异获取被测对象的细节,可以穿透烟、雾、霾以及雪等不利因素以及识别伪装,具有较强的抗干扰和全天时远距离观察目标的能力,这些特点使红外成像系统广泛应用于军事领域。
现代军事应用中,要求红外系统不仅具有高灵敏度、大视场、高空间分辨率、高帧频、适装性好的特点,为了适应恶劣的环境条件,还同时要求具有很好的结构稳定性和温度特性等。
传统的红外光学系统的结构形式有反射式、折射式和折反式,它们共同的特点是结构简单,这往往不能满足现代军用特殊条件下的高质量的成像要求,需要增加辅助器件,就使得结构变得复杂,更加促使了人们开发新型的结构[4]。
傅里叶红外光谱在半导体材料中的应用傅里叶变换红外光谱(FTIR)技术是一种非常有用的分析工具,在半导体领域中有许多重要应用。
这项技术被广泛用于材料表征,由于FTIR技术非常灵敏,因此可以用来研究半导体材料的化学成分、结构和功能。
FTIR技术可以用来分析半导体的纯度和杂质浓度。
半导体材料通常需要非常高的纯度,以避免不期望的电子和空穴的寿命、载流子浓度和其他性质的变化。
使用FTIR技术分析半导体材料中的杂质浓度,可以为半导体制造商提供更准确、可重复的数据,以确定半导体材料是否符合其预期的要求。
FTIR技术可以用于研究半导体材料的内部结构和功能。
半导体材料中的晶格结构和缺陷可以通过频谱分析得到详细的描述。
在作为红外检测器材料的半导体中,FTIR技术可用于表征这些材料的有效带隙和光电性质。
通过使用FTIR技术,可以获得有关半导体材料和器件性能的关键信息。
FTIR技术可以用于研究化学反应的发生。
在半导体工业中,使用氧化物化学气相沉积法制备氧化硅层是一种重要的技术,通过使用FTIR技术,可以确定氧化硅层的化学成分和纯度。
在这种示例中,FTIR技术提供了分析化学反应所需的信息。
FTIR技术可以用于研究表面过程。
在半导体制造业中,需要对表面进行严格的控制。
通过使用FTIR技术,可以确定表面的化学组成和纯度,以及表面反应的发生,从而提供一些数据来控制半导体材料的制备与性能。
在半导体材料的制备过程中,FTIR技术的应用不仅限于纯度分析和表征,还能够提高半导体材料和器件的性能。
在制备红外检测器时,使用FTIR技术可确定其吸收谱和透射谱,从而确定其有效带隙。
这对于红外检测器的灵敏度和响应速度至关重要。
FTIR技术还可用于表征不同材料的成像系统或集成电路中的化学成分、功能和性能。
通过使用FTIR技术,可以确定半导体薄膜、窗口层、掺杂和其他异质结构的化学成分和厚度,从而优化器件的性能。
另一个应用领域是在半导体材料的质量控制和过程监测中使用FTIR技术。
有机光电材料的性能表征与优化有机光电材料是一类具有广泛应用前景的材料,其优异的光学和电学性能使其在太阳能电池、有机发光二极管等光电器件中具有重要作用。
为了充分发挥有机光电材料的性能,需要对其进行详细的性能表征和优化。
本文旨在探讨有机光电材料的性能表征方法并介绍优化策略。
一、性能表征方法在对有机光电材料的性能进行表征时,需要考虑其光学和电学性能等方面的参数。
以下是常用的性能表征方法:1. 光学性能表征有机光电材料的吸收谱和发射谱是其光学性能的关键指标。
紫外可见吸收光谱可以揭示材料的吸光度、带隙宽度等信息,荧光发射光谱可以反映材料的发光效率和光谱特性。
此外,还可以通过荧光寿命和量子产率等参数来评估材料的光学性能。
2. 电学性能表征有机光电材料在电学方面的性能主要包括载流子迁移率、载流子寿命、电子亲和势等指标。
载流子迁移率可以反映材料的电导率和电子传输能力,载流子寿命则与材料的电子复合速率相关。
通过电学性能表征,可以评估材料在光电器件中的可用性和稳定性。
3. 动态性能表征除了静态性能的表征之外,了解有机光电材料的动态响应特性也是十分重要的。
例如,对于光电二极管材料,可以通过研究其响应时间、内外量子效率和电流电压关系等参数来评估其动态性能。
4. 表面形貌表征有机光电材料的表面形貌对其性能具有重要影响。
通过扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等手段可以观察材料的表面形态和颗粒分布情况,进而评估其性能优劣。
二、性能优化策略为了提高有机光电材料的性能,可以采取以下优化策略:1. 分子结构调控通过有针对性地设计和合成有机光电材料的分子结构,可以改变其光电性能。
例如,通过引入不同的官能团或调整分子链的长度,可以调控材料的光谱特性、电荷传输能力等。
2. 杂化结构设计将有机光电材料与无机材料进行结合,构建复合结构,可以充分利用两者的优点。
例如,可通过有机-无机杂化材料构建高效率的光伏器件,融合有机材料的可塑性和无机材料的稳定性。
硅氧烷基功能材料的红外光谱分析与性能探索硅氧烷基功能材料是一类广泛运用于科技领域的材料。
其独特的红外光谱特征和优异的性能属性使得它在多个领域具有广泛的应用潜力。
本文将重点探讨硅氧烷基功能材料的红外光谱分析及相关的性能研究。
一、硅氧烷基功能材料的红外光谱分析方法硅氧烷基功能材料的红外光谱分析是研究该类材料成分和结构的重要手段之一。
通常采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)来获取样品的红外光谱图谱。
FT-IR仪器能够将样品中的各种化学键振动信息转化为红外光谱信号,从而实现对硅氧烷基功能材料的成分鉴定及分析。
同时,通过红外光谱仪的数据处理和谱图解析,可以获取硅氧烷基功能材料的官能团信息、化学键的强度和相对位置等重要性质。
二、硅氧烷基功能材料的红外光谱特征硅氧烷基功能材料的红外光谱图谱通常呈现出一系列特征峰,这些峰对应着不同的化学键振动。
以硅氧烷基为主要成分的材料,在红外光谱图谱中往往表现出下述特征:1. Si-O键振动峰:硅氧烷基功能材料的主要结构单元为硅原子与氧原子形成的化学键。
因此,红外光谱图谱中常可观察到Si-O键的伸缩振动和弯曲振动峰,这些峰往往位于500-1300 cm-1的频率范围内。
2. Si-C键振动峰:由于硅氧烷基材料中往往含有C-Si键,因此红外光谱图谱中还可能出现Si-C键的伸缩振动峰。
这些峰往往位于600-900 cm-1的频率范围内。
3. 功能团振动峰:硅氧烷基材料中常含有多种功能团,例如氨基(-NH2)、羟基(-OH)、甲基(-CH3)等。
这些功能团通常在红外光谱图谱中表现出特征性的振动峰,用于确认材料中的官能团类型及含量。
三、硅氧烷基功能材料的性能探索1. 强韧性能:硅氧烷基功能材料由于其特殊的分子结构,具有良好的强韧性能。
研究者通过控制硅氧烷基材料中硅键的含量和长度,调节材料的强度和延展性,以满足不同领域的应用需求。
2. 高温稳定性:硅氧烷基功能材料在高温环境下表现出良好的稳定性。
1,进口CVD硒化锌(ZnSe)红外光学材料CVD硒化锌(ZnSe)是一种化学惰性材料,具有纯度高,环境适应能力强,易于加工等特点。
它的光传输损耗小,具有很好的透光性能。
是高功率CO2激光光学元件的首选材料。
由于该红外材料的折射率均匀和一致性很好,因此也是前视红外(FLIR)热成像系统中保护窗口和光学元件的理想材料。
同时,该材料还广泛用于医学和工业热辐射测量仪和红外光谱仪中的窗口和透镜。
CVD ZINC SELENIDE TransmissionWavelength in Micrometers (t=8mm)光学性质:透过波长范围μm---22μm折射率不均匀性(Δn/n)吸收系数(1/cm)×10-3@1300nm×10-4@2700nm×10-4@3800nm×10-4@5250nm×10-4@10600nm热光系数dn/dT(1/k,298—×10-5@1150nm折射率n随波长的变化(20℃)理化性质:激光损伤阈值:(10600nm脉冲激光,脉冲宽度=15μs)2,进口CVD硫化锌(ZnS)红外光学材料CVD硫化锌是一种化学惰性材料,具有纯度高,不溶于水,密度适中,易于加工等特点,广泛应用于红外窗口,整流罩和红外光学元件的制作。
和硒化锌(ZnSe)一样,硫化锌(ZnS)也是一种折射率均匀性和一致性好的材料,在8000nm—12000nm波段具有很好的图像传输性能,该材料在中红外波段也有较高的透过率,但随着波长变短,吸收和散射增强。
与硒化锌(ZNSE)相比,硫化锌的价格低,硬度高,断裂强度是硒化锌的两倍,抗恶劣环境的能力强,非常适合用于制造导弹整流罩和军用飞行器的红外窗口。
透过率曲线:CVD ZINC SULFIDE Transmission(CVD硫化锌)Wavelength in Micrometer (t =6mm)CLEARTRAN Transmission(多光谱CVD硫化锌)Wavelength in Micrometers (t=理化性质:CVD硫化锌多光谱CVD硫化锌密度 (g . cm-3 @ 298k)电阻率 (Ω. Cm)~1012~熔点 (℃)1827化学纯度 (%)热膨胀系数(1/k)* 10-6@273k* 10-6@273k* 10-6@373k* 10-6@373k光学性质:折射率随波长的变化(CVD硫化锌(ZNS)(20摄氏度)多光谱CVD硫化锌(CLEARTRAN ZnS)(20摄氏度)3,进口氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体,硬度高,抗机械冲击和热冲击能力强,在紫外,可见和红外波段具有良好的透过率,广泛用于激光,红外光学,紫外光学和高能探测器等科技领域,特别是它们在紫外波段的光学性能很好,是目前已知的紫外截止波段的光学晶体,透过率高,荧光辐射很小,是紫外光电探测器,紫外激光器和紫外光学系统的理想材料。
一、红外光学玻璃与红外晶体资料光学特征:1. 晶体资料晶体资料包含离子晶体与半导体晶体离子晶体包含碱卤化合物晶体,碱土—卤族化合物晶体及氧化物及某些无机盐晶体。
半导体晶体包含Ⅳ族单元素晶体、Ⅲ~Ⅴ族化合物和Ⅱ~Ⅵ族化合物晶体等。
离子型晶体往常拥有较高的透过率,同时有较低的折射率,因而反射损失小 ,一般不需镀增透膜,同时离子型晶体光学性能受温度影响也小于非离子型晶体。
半导体晶体属于共价晶体或某种离子耦合的共价键晶体。
晶体的特色是其物理和化学特征及使用特征的多样性。
晶体的折射率及色散度变化范围比其余种类资料丰富得多。
能够知足不一样应用的需要,有一些晶体还具备光电、磁光、声光等效应,能够用作探测器械料。
[1]按内部晶体构造晶体资料可分为单晶体和多晶体①单晶体资料表几种常用红外晶体资料[1]名称化学构成透射长波限 /折射率 / μ m硬度/克氏密度/(g ·cm)溶解度μm/(g ·L)HO金刚石C308820不溶锗Ge25800不溶硅Si151150不溶石英晶体SiO740不溶兰宝石AlO1370不溶氟化锂LiF110氟化镁MgF576不溶氟化钡BaF82氟化钙CaF158溴化铊TLBr3412金红石TiO880不溶砷化镓GaAs18(8 μm)750不溶氯化钠NaCl251735硒化锌ZnSe22150不溶锑化铟InSb16223不溶硫化锌ZnS15354不溶KRS-5TLBr-TLI4540KRS-6TLBr-TLCl3035②多晶体资料表红外多晶资料[1]资料透射范围 / μm折射率 /5 μm硬度/克氏熔点/℃密度/(g ·m)在水中溶解度MgF~5761396不溶ZnS~3541020不溶MgO~6402800不溶CaF~2001403微溶ZnSe~22150不溶CdTe2~30401045不溶常用的红外单晶资料包含Ge、Si 、金红石、蓝宝石、石英晶体、ZnS、 GaAs、 MgF、 NaCl 、TlBr 、KHS-6(TlBr-TlCl)和KHS-5(TlBr-TlI)等,拥有熔点高、热稳固性好、硬度高、折射率和色散化范围大等长处,但晶体尺寸受限、成真相对较高。
红外光谱在新能源材料中的应用随着新能源产业的不断发展,新能源材料的研究和应用越来越受到人们的关注。
红外光谱作为一种非常重要的分析技术,不仅在传统化学中被广泛应用,同时在新能源材料领域中也发挥着重要作用。
本文将从太阳能电池、燃料电池、锂离子电池等多个方面介绍红外光谱在新能源材料中的应用。
1. 太阳能电池太阳能电池是一种将太阳能直接转换成电能的设备,其工作原理是利用光子激发半导体材料中的电子从而产生电流。
红外光谱可以通过表征太阳能电池的吸收谱,帮助研究太阳能电池的光致效应,了解在不同条件下光生电子-空穴对的生成和寿命等特性,有助于改进太阳能电池器件的光电性能。
以铜铟镓硒太阳能电池为例,通过红外光谱分析其晶体结构和光伏性能之间的联系,可以发现在CuIn_1−xGa_xSe_2衍生物中,氮和硫的掺杂提高了其导电性能,通过调控掺杂水平可以改善电池器件转化效率。
2. 燃料电池燃料电池是一种将化学能转化为电能的设备,它可以直接转化燃料氢气或可再生燃料,如甲醇、乙醇等,为电能,同时产生水和二氧化碳。
红外光谱技术可以揭示燃料电池中电催化剂的结构和活性中心,以及在电化学反应中的变化情况。
例如,红外光谱可以分析燃料电池中的氧还原反应(ORR),它是燃料电池中最重要的反应之一,其效率直接影响整个燃料电池的能量转化效率。
通过红外光谱可以观测到ORR反应中活性位点和中间产物,研究电化学界面反应机理,进而改进电催化剂的活性和稳定性。
3. 锂离子电池锂离子电池是当前最为常见的可充电电池,其优点在于高能量密度、轻量化和无污染。
红外光谱可以帮助锂离子电池中正极材料与锂离子之间的反应机理研究,并且可以通过分析正极材料和电解质材料的红外吸收谱,了解它们在锂离子电池中的反应规律、离子传输机制等。
例如,锂离子电池中常用的正极材料是氧化物,红外光谱可以用来揭示其化学结构特征、氧化还原反应机理和热稳定性等信息,有助于改进锂离子电池的可靠性和电化学性能。
第51卷 第5期 激光与红外Vol.51,No.5 2021年5月 LASER & INFRAREDMay,2021 文章编号:1001 5078(2021)05 0548 06·综述与评论·Ⅱ类超晶格红外探测器技术概述(二)尚林涛,王 静,邢伟荣,刘 铭,申 晨,周 朋,赵建忠(华北光电技术研究所,北京100015)摘 要:简要归纳总结了Ⅱ类超晶格材料的生长、器件制备方法以及最近新型Ⅱ类超晶格材料体系的演化。
Ⅱ类超晶格理论和工艺技术不断取得进步和完善并呈现出材料体系多样化和更高的性能。
虽然目前及今后较长时间内HgCdTe技术仍然是市场主流,但是Ⅱ类超晶格技术在整体系统性能和成本上可以挑战HgCdTe,Ⅱ类超晶格技术将在红外应用领域全方位替代HgCdTe技术的优势已经越来越清晰。
关键词:Ⅱ类超晶格;Type Ⅱ;T2SL;SLS;生长及制备中图分类号:TN213 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1001 5078.2021.05.002Overviewoftype Ⅱsuperlatticeinfrareddetectortechnology(Ⅱ)SHANGLin tao,WANGJing,XINGWei rong,LIUMing,SHENChen,ZHOUPeng,ZHAOJian zhong(NorthChinaResearchInstituteofElectro Optics,Beijing100015,China)Abstract:Thegrowthoftype Ⅱsuperlatticematerials,thedevicepreparationmethodsandtherecentevolutionofnewtype Ⅱsuperlatticematerialssystemsarebrieflysummarized type Ⅱsuperlatticestheoryandprocesstechnologyhavebeencontinuouslyimproved,presentingdiversifiedmaterialsystemsandhigherperformance AlthoughHgCdTetechnologyisstillthemarketmainstreamatpresentandforalongtimetocome,type ⅡsuperlatticetechnologycanchallengeHgCdTeintermsofoverallsystemperformanceandcost Theadvantagesoftype ⅡsuperlatticetechnologyincomprehensivelyreplacingHgCdTetechnologyinthefieldofinfraredapplicationhavebecomeincreasinglyclear Keywords:classⅡsuperlattice;type Ⅱ;T2SL;SLS;growthandpreparation作者简介:尚林涛(1985-),男,硕士,工程师,研究方向为红外探测器材料分子束外延技术研究。
常见材料的红外发射率红外发射率是指材料对红外辐射的发射能力,是红外辐射传热的重要参数之一。
不同材料的红外发射率不同,对于红外传感器、热像仪等红外设备的性能影响很大。
本文将介绍常见材料的红外发射率,以便更好地了解和应用红外技术。
一、金属材料金属材料的红外发射率很低,通常在0.1以下。
这是因为金属材料具有良好的反射性能,对红外辐射能量的吸收较少。
常见的金属材料如铝、铜、铁等,它们的红外发射率都很低。
这也是为什么在红外测温中,金属表面的温度无法直接测量的原因之一。
二、绝缘材料绝缘材料的红外发射率通常在0.8以上,这是因为绝缘材料对红外辐射能量的吸收较多。
常见的绝缘材料如塑料、橡胶、陶瓷等,它们的红外发射率较高。
这也是为什么在红外测温中,绝缘材料表面的温度可以通过红外测温仪来测量的原因之一。
三、半导体材料半导体材料的红外发射率介于金属和绝缘材料之间,通常在0.2-0.8之间。
常见的半导体材料如硅、锗、砷化镓等,它们的红外发射率相对较低。
这也是为什么在红外技术应用中,半导体材料常被用于红外光电器件的制造的原因之一。
四、玻璃材料玻璃材料的红外发射率通常在0.85以上,这是因为玻璃材料对红外辐射能量的吸收较多。
常见的玻璃材料如普通玻璃、石英玻璃等,它们的红外发射率较高。
这也是为什么玻璃器皿在红外实验中常被用作红外辐射的传递介质的原因之一。
五、涂层材料涂层材料的红外发射率与其材料成分和厚度有关,通常在0.1-0.9之间。
涂层材料的红外发射率可以通过合理设计和选择来实现红外辐射的控制。
常见的涂层材料如红外反射涂料、红外吸收涂料等,它们的红外发射率可以根据具体需求进行调整。
常见材料的红外发射率各不相同,金属材料的红外发射率较低,绝缘材料的红外发射率较高,半导体材料和玻璃材料的红外发射率介于两者之间。
涂层材料的红外发射率可以通过设计和选择来实现控制。
了解不同材料的红外发射率对于红外技术的应用和设备性能的优化具有重要意义。
红外光学材料大全折射率n随波长的变化(20℃)理化性质:激光损伤阈值:(10600nm脉冲激光,脉冲宽度=15μs)2,进口CVD硫化锌(ZnS)红外光学材料CVD硫化锌是一种化学惰性材料,具有纯度高,不溶于水,密度适中,易于加工等特点,广泛应用于红外窗口,整流罩和红外光学元件的制作。
和硒化锌(ZnSe)一样,硫化锌(ZnS)也是一种折射率均匀性和一致性好的材料,在8000nm—12000nm波段具有很好的图像传输性能,该材料在中红外波段也有较高的透过率,但随着波长变短,吸收和散射增强。
与硒化锌(ZNSE)相比,硫化锌的价格低,硬度高,断裂强度是硒化锌的两倍,抗恶劣环境的能力强,非常适合用于制造导弹整流罩和军用飞行器的红外窗口。
透过率曲线:CVD ZINC SULFIDE Transmission(CVD硫化锌)Wavelength in Micrometer (t =6mm)CLEARTRAN Transmission(多光谱CVD硫化锌)Wavelength in Micrometers (t=9.4mm) 理化性质:光学性质:折射率随波长的变化(CVD硫化锌(ZNS)(20摄氏度)多光谱CVD硫化锌(CLEARTRAN ZnS)(20摄氏度)3,进口氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体氟化钙(CaF2)和氟化镁(MgF2)晶体,硬度高,抗机械冲击和热冲击能力强,在紫外,可见和红外波段具有良好的透过率,广泛用于激光,红外光学,紫外光学和高能探测器等科技领域,特别是它们在紫外波段的光学性能很好,是目前已知的紫外截止波段的光学晶体,透过率高,荧光辐射很小,是紫外光电探测器,紫外激光器和紫外光学系统的理想材料。
与氟化钙(CaF2)不同的是氟化镁(MgF2)是一种双折射晶体。
透过率曲线:Calcium Fluoride (CaF2)Wavelengt h (micrometers)Magnesium Fluoride (MgF2)Wavelength ( micrometers)氟化钡(BaF2)在200—9500nm光谱范围有接近90%的光学透过率。