آشکارسازهای آرایهای فروسرخ
آشکارسازهای آرایهای فروسرخ، آرایههای نیمهرسانای سردشده با سرمازا هستند که تابش گرمایی را تصویربرداری میکنند و تشخیص الکترونیکی را فراتر از حد قطع سیلیکون به فروسرخ نزدیک و میانی گسترش میدهند.
Definition
آشکارساز آرایهای فروسرخ، آرایهای دو بعدی از فوتودیودها یا فوتورساناهای حساس به فروسرخ است که به یک مدار خوانش سیلیکونی هیبرید شده و تا دماهای کرایوژنیک سرد میشود و برای تصویربرداری طول موجهای فراتر از حد تقریبی یک میکرون CCDهای سیلیکونی استفاده میشود.
Scope
این موضوع شامل مواد آشکارساز مانند تلورید کادمیوم جیوه و آنتیمونید ایندیم و سیلیکون ناخالص برای طول موجهای بلندتر، معماریهای هیبریدی متصل به مالتیپلکسرهای خوانش سیلیکونی، نمونهبرداری غیرمخرب و نمونهبرداری در حین افزایش (up-the-ramp)، جریان تاریک و نیاز به سرمایش عمیق، و رفتار پیکسلهای معیوب و پایداری (persistence) مشخصه آرایههای فروسرخ میشود.
Core questions
- چرا CCDهای سیلیکونی نمیتوانند بیشتر نور فروسرخ را تشخیص دهند؟
- چه مواد و معماریهایی برای آرایههای فروسرخ استفاده میشود؟
- چرا آرایههای فروسرخ باید تا این حد عمیق سرد شوند؟
- چگونه طرحهای خوانش، نویز را در آشکارسازهای فروسرخ کاهش میدهند؟
Key theories
- شکاف باند و انتخاب مواد
- یک آشکارساز به فوتونهایی پاسخ میدهد که به اندازه کافی پرانرژی باشند تا شکاف باند آن را پر کنند، بنابراین طول موجهای فروسرخ بلندتر به مواد با شکاف باند باریک مانند تلورید کادمیوم جیوه یا سیلیکون ناخالص نیاز دارند.
- معماری آشکارساز هیبریدی
- لایه حساس به فروسرخ پیکسل به پیکسل به یک مالتیپلکسر سیلیکونی جداگانه متصل میشود، که امکان بهینهسازی مستقل ماده فوتوآشکارساز و الکترونیک خوانش را فراهم میکند.
- خوانش غیرمخرب و نمونهبرداری در حین افزایش
- از آنجا که پیکسلهای فروسرخ را میتوان بدون پاک کردن بار آنها خواند، نمونهبرداری مکرر در طول یک نوردهی امکان کاهش نویز و شناسایی برخورد پرتوهای کیهانی را فراهم میکند.
Clinical relevance
آرایههای فروسرخ امکان تصویربرداری و طیفسنجی از شکلگیری ستارگان پوشیده از غبار، ستارگان سرد و کوتولههای قهوهای، سیارات فراخورشیدی، و کهکشانهای با انتقال به سرخ بالا را فراهم میکنند؛ آنها قلب ابزارهای موجود در تأسیساتی مانند تلسکوپ فضایی جیمز وب هستند.
History
آشکارسازهای فروسرخ منفرد در دهه 1980 با بلوغ فناوری هیبریدی جای خود را به آرایههای کوچک دادند و فرمتها به سرعت در طول دهههای 1990 و 2000 رشد کردند. آرایههای تلورید کادمیوم جیوه و آنتیمونید ایندیم اکنون به میلیونها پیکسل میرسند و بر ابزارهای فروسرخ زمینی و فضایی غالب هستند.
Key figures
- Frank Low
- Craig McCreight
Related topics
Seminal works
- rieke2003
- mclean2008
Frequently asked questions
- چرا یک CCD معمولی نمیتواند برای نجوم فروسرخ استفاده شود؟
- یک CCD سیلیکونی تنها فوتونهایی را تشخیص میدهد که به اندازه کافی پرانرژی باشند تا از شکاف باند سیلیکون عبور کنند، که مربوط به طول موجهای کوتاهتر از حدود 1.1 میکرون است. فوتونهای فروسرخ بلندتر بدون جذب از آن عبور میکنند، بنابراین کار با فروسرخ به آشکارسازهایی ساخته شده از مواد با شکاف باند باریکتر نیاز دارد.
- چرا آرایههای فروسرخ بسیار بیشتر از CCDهای نوری سرد میشوند؟
- مواد فروسرخ با شکاف باند باریک در دماهای متوسط جریانهای تاریک زیادی تولید میکنند زیرا حتی انرژی حرارتی کم نیز میتواند حاملهای بار را آزاد کند. سرمایش تا دهها کلوین یا کمتر این جریان تاریک را سرکوب میکند تا آرایه بتواند سیگنالهای فروسرخ نجومی ضعیف را تشخیص دهد.