중파 적외선 탐지기 (MWIR) 의 작동 원리는 적외선 복사와 물질이 상호 작용하는 물리적 효과에 기초하며, 핵심 메커니즘은 광전 효과와 열전 효과 두 종류를 포함하며, 목표 물체에서 나오는 3~5μm 대역의 적외선 복사를 포착하여 측정 가능한 전기 신호로 전환시킨다.다음은 구체적인 원리의 계층화 해석입니다.

1. 광전효과: 광자가 전자를 자극하는 직접적인 전환

광전 효과는 MWIR 탐사선의 주요 작동 메커니즘이며, 특히 군사 정찰, 자동 운전과 같은 높은 응답 속도와 감도가 필요한 장면에 적합합니다.핵심 프로세스는 다음과 같습니다.

광자 흡수

목표 물체에서 나오는 MWIR 광자 (파장 3~5μm) 가 안티몬화 인듐 InSb, 텔루륨 카드뮴 수은 HgCdTe와 같은 탐지기 재료에 비추면 광자 에너지는 재료에 흡수된다.

핵심 매개변수: 광자 에너지는 재료 밴드 너비(Eg)보다 커야 합니다. 예를 들어 HgCdTe의 밴드 너비는 Cd 그룹(0.2)을 조정하여

전자 이동 및 캐리어 생성

광자를 흡수한 후, 재료 중의 전자는 가격대에서 도대로 약진하여 전자-공혈대(캐리어)를 형성한다.

양자 효율: 양질의 MWIR 탐지기의 양자 효율은 80% 이상에 달합니다. 즉, 100개의 입사 광자당 80개의 전자-공혈 쌍을 자극할 수 있습니다.

전신번호 출력

캐리어는 탐측기 내부의 전장 작용하에 정방향으로 이동하여 광전류를 형성한다.광전류의 크기를 측정함으로써 사광자의 수량을 반추하여 목표물체의 적외선복사강도를 얻을수 있다.

일반적인 구조:

태양광형(PV): p-n 매듭 내에 건설된 전장을 이용하여 캐리어를 분리하고 외부 편압이 필요 없어 저전력 응용(예를 들어 휴대용 열화상 카메라)에 적합하다.

광전도(PC): 외부 편압을 통해 캐리어 드리프트 속도를 향상시키고 응답 속도가 더 빨라 고속 탐지 장면에 많이 사용됩니다.

2. 열전효과: 온도변화구동의 간접전환

　　중파 적외선 탐지기열전효과는 탐측기 재료가 적외선 복사를 흡수한 후의 온도 변화를 통해 간접적으로 전기 신호를 생성하며, 비냉방형 MWIR 탐측기 (예: 산업 검측, 스마트 홈) 에 적용된다.핵심 프로세스는 다음과 같습니다.

적외선 흡수와 열화

산화 바나듐 VOₓ, 비실리콘과 같은 탐지기 재료가 MWIR 방사선을 흡수하면 분자 진동이 심해지고 재료 온도가 높아집니다.

열 및 응답 시간: 재료 열 용량이 작을수록 온도 변화가 빠르고 응답 시간이 짧습니다(일반<10ms).

열 민감 소자 저항 변화

온도가 높아지면 열 민감성 재료의 저항이 변한다(예를 들어 VOₓ저항은 온도가 높아짐에 따라 낮아진다).

저항온도계수 (TCR): 양질의 열민감성 재료의 TCR은 -2% ~ -5% / ℃ 에 달할 수 있다. 즉 온도가 1 ℃ 상승할 때마다 저항이 2% ~ 5% 변화한다.

브리지 회로와 신호 증폭

열 민감 소자는 휘스톤 브리지 회로에 접속하여 온도 변화가 브리지의 불균형을 일으키고 미약한 전압 신호를 출력한다.

저소음 증폭기(LNA)를 통해 신호를 처리 가능한 범위(예: 밀리볼트)로 확대하여 최종적으로 열 이미지를 생성합니다.