Sensorteknologi for fremtidig UAV - FFI rapporter - Forsvarets ...

40
langbølgeinfrarød deteksjon for raskt søk samt sikt gjennom støv/røyk, det vil si deteksjon i
begge bånd samtidig. Tredje generasjons detektorer er på demonstrasjonsplanet, jamfør (15) og
(56), (to-farget QWIP, og to-farget HgCdTe FPA sensorer).
7.3.3 Stirrende sensorer erstatter bevegelige komponenter
Første generasjons termisk avbildende utstyr med en eller flere detektorrekker benytter
todimensjonal optisk- og mekanisk skanning for avlesning av scenen. Målet er et konvergerende
system som avbilder oppløsningselementer av objektoverflaten på den infrarøde detektoren.
Detektoren produserer et svakt elektrisk signal som forsterkes til å kunne drive et display som
elektronisk skannes synkront med detektorskanningen. Det er vanskelig å gjøre den optiske og
mekaniske skannemekanismen robust. Derfor er det en klar evolusjon mot elektronisk skanning,
noe som reduserer vekt og antall bevegelige kameraelementer og gir mer robuste systemer,
ifølge (25), (47), og (56). Mitsubishi var de første til å realisere et stirrende array ved å benytte
et 512x512 PtSi (platinum-silicide) -element integrert med deres silisiumbaserte CCD
utlesningselektronikk i en monolittisk IC-krets, ifølge (16). Vi snakker her om 80-talls
spissteknologi med anvendelse innover på 90-tallet. Kappløpet mot høyoppløselig termisk
avbildning realisert ved hjelp av infrarøde og halvlederbaserte detektorer, har gitt et bredt utvalg
av mer eller mindre vellykkede teknikker og materialer.
7.3.4 Fremtidig langbølget infrarød detektorteknologi
I det langbølgeinfrarøde området, 8μ til 12μ, eksisterer det i dag to konkurrerende teknologier –
henholdsvis, HgCdTe, kvikksølv-kadmium-tellurid, og GaAs/AlGaAs-kvantebrønndetektorer
(QWIP 82 ). HgCdTe har som enkelt element høyere følsomhet og deteksjonsegenskaper enn en
kvantebrønndetektor, det samme gjelder mørkestrømnivået som er vesentlig høyere i QWIP enn
i HgCdTe-detektorelementet, noe som krever kraftig nedkjøling (T=60K) av QWIP mot
(T=80K) for HgCdTe. Dette gir et større effektforbruk i QWIP-baserte kamera. Til gjengjeld har
QWIP høyere romlig uniformitet enn HgCdTe, noe som blant annet henger sammen med at
QWIP-array er produksjonsmessig mer kontrollerbare og har større produksjonsutbytte. Dette
gjør at QWIP-detektorer er tilgjengelig til lavere pris enn HgCdTe-detektorer. Det lages i dag
kameraer med 640x480 elementers stirrende QWIP-array, mens tilsvarende HgCdTe-array
foreløpig bare er demonstrert. Kameraer med 256x256 elementer HgCdTe-array med pitch 40
μm er i produksjon i følge (16).
Stirrende fokalplan produseres i det alt vesentlige med fotodiode teknologi. Stirrende fokalplan
array til militært taktisk bruk i langbølget område har vært teknologisk ledende gjennom 80- og
90-tallet. I dag rapporteres det at det er halvlederbasert fotodiodeteknologi for det
mellombølgeinfrarøde området som regnes for å være lengst fremme, ref. (56). Det er generelt
vanskelig å sammenstille detektorelementene med utlesningselektronikken. Spesielt vanskelig er
det å produsere store HgCdTe-diodearray for det langbølgeinfrarøde området som følge av
termisk-mekaniske spenningsvariasjoner, variasjoner som medfører indusert 1/f-støy. Løsninger
for sammenføyning av detektor- og utlesningskretser, basert på balansert kompositt strukturer er
under utvikling for å redusere mekaniske spenninger i store hybride array. Det vil si forbedring
av dagens eksisterende 'loop-hole'- og 'indium-bump'-teknikker. Se kapittel (7.4) for
sammenføyning av detektor- og utlesningskretser, og silikon gitterstruktur (lattice) som ikke
82 QWIP ~ Quantum Well Infrared Photodetector.