Detectores de matriz de infrarrojos
Los detectores de matriz de infrarrojos son matrices de semiconductores enfriadas criogénicamente que captan la radiación térmica, extendiendo la detección electrónica más allá del límite del silicio hacia el infrarrojo cercano y medio.
Definition
Un detector de matriz de infrarrojos es una matriz bidimensional de fotodiodos o fotoconductores sensibles al infrarrojo, hibridada a un circuito de lectura de silicio y enfriada a temperaturas criogénicas, utilizada para obtener imágenes de longitudes de onda más allá del límite de aproximadamente un micrón de los CCD de silicio.
Scope
Este tema cubre los materiales detectores como el telururo de cadmio y mercurio y el antimoniuro de indio, así como el silicio dopado para longitudes de onda más largas, las arquitecturas híbridas unidas a multiplexores de lectura de silicio, el muestreo no destructivo y ascendente (up-the-ramp), la corriente oscura y la necesidad de un enfriamiento profundo, y el comportamiento de píxeles defectuosos y la persistencia característicos de las matrices de infrarrojos.
Core questions
- ¿Por qué los CCD de silicio no pueden detectar la mayor parte de la luz infrarroja?
- ¿Qué materiales y arquitecturas se utilizan para las matrices de infrarrojos?
- ¿Por qué las matrices de infrarrojos deben enfriarse tan profundamente?
- ¿Cómo reducen los esquemas de lectura el ruido en los detectores de infrarrojos?
Key theories
- Brecha de banda y selección de materiales
- Un detector responde a fotones lo suficientemente energéticos como para superar su brecha de banda, por lo que las longitudes de onda infrarrojas más largas requieren materiales de brecha estrecha como el telururo de cadmio y mercurio o el silicio dopado.
- Arquitectura de detector híbrido
- La capa sensible al infrarrojo se une píxel a píxel a un multiplexor de silicio separado, lo que permite optimizar de forma independiente el material del fotodetector y la electrónica de lectura.
- Lectura no destructiva y muestreo ascendente (up the ramp)
- Debido a que los píxeles infrarrojos se pueden leer sin borrar su carga, el muestreo repetido durante una exposición permite reducir el ruido e identificar los impactos de rayos cósmicos.
Clinical relevance
Las matrices de infrarrojos permiten la obtención de imágenes y la espectroscopia de la formación estelar oscurecida por el polvo, estrellas frías y enanas marrones, exoplanetas y galaxias de alto corrimiento al rojo; son el corazón de los instrumentos en instalaciones como el Telescopio Espacial James Webb.
History
Los detectores infrarrojos individuales dieron paso a pequeñas matrices en la década de 1980 a medida que la tecnología híbrida maduraba, y los formatos crecieron rápidamente durante las décadas de 1990 y 2000. Las matrices de telururo de cadmio y mercurio y de antimoniuro de indio ahora alcanzan millones de píxeles y dominan la instrumentación infrarroja terrestre y espacial.
Key figures
- Frank Low
- Craig McCreight
Related topics
Seminal works
- rieke2003
- mclean2008
Frequently asked questions
- ¿Por qué no se puede utilizar un CCD normal para la astronomía infrarroja?
- Un CCD de silicio solo detecta fotones lo suficientemente energéticos como para cruzar la brecha de banda del silicio, lo que corresponde a longitudes de onda más cortas que aproximadamente 1.1 micrones. Los fotones infrarrojos más largos pasan sin ser absorbidos, por lo que el trabajo infrarrojo necesita detectores hechos de materiales con una brecha de banda más estrecha.
- ¿Por qué las matrices de infrarrojos se enfrían mucho más que los CCD ópticos?
- Los materiales infrarrojos de brecha de banda estrecha generan grandes corrientes oscuras a temperaturas moderadas porque incluso una pequeña energía térmica puede liberar portadores de carga. El enfriamiento a decenas de kelvin o menos suprime esta corriente oscura para que la matriz pueda detectar señales infrarrojas astronómicas débiles.