La historia de los detectores infrarrojos

En general, los detectores infrarrojos se utilizan para detectar, generar imágenes de, y medir, los patrones de radiación térmica que emiten todos los objetos. El desarrollo de termopares y bolómetros comenzó en el siglo XIX. Los primeros dispositivos consistían en elementos de detección únicos que se basaban los cambios de temperatura del detector. La tecnología ha evolucionado, pero el principio de los bolómetros y los termopares sigue siendo el mismo.

Los detectores térmicos son generalmente sensibles a todas las longitudes de onda infrarrojas y funcionan a temperatura ambiente. En estas condiciones, tienen una sensibilidad relativamente baja y una respuesta lenta.

Los detectores de fotones de la primera generación

Los detectores de fotones se desarrollaron para mejorar la sensibilidad y el tiempo de respuesta. Estos detectores han experimentado un gran desarrollo desde la década de 1940. El sulfuro de plomo (PbS) fue el primer detector infrarrojo de uso práctico. Es sensible a longitudes de onda infrarroja hasta ~3 µm.

A finales de la década de 1940 y a principios de la del 50, se desarrolló una amplia variedad de nuevos materiales para las actividades de detección infrarroja. El seleniuro de plomo (PbSe), el telururo de plomo (PbTe) y el antimonio de indio (InSb) ampliaron el rango espectral más allá de las capacidades del PbS, y brindaron una sensibilidad en la ventana atmosférica de longitud de onda media (MWIR) de 3 a 5 µm

A finales de la década de 1950 se presentaron las primeras aleaciones de semiconductores, en los sistemas materiales de los grupos III-V, IV-VI y II-VI de la tabla periódica de los elementos. Estas aleaciones permitieron que la banda prohibida del semiconductor, y en consecuencia su respuesta espectral, pudiera adaptarse a aplicaciones específicas. El MCT (HgCdTe), un material del grupo II-VI, se ha transformado en el material de banda prohibida ajustable más comúnmente utilizado.

A medida que la fotolitografía se hizo de uso común a principios de la década de 1960, comenzó a aplicarse en la fabricación de conjuntos de sensores infrarrojos. La tecnología de conjuntos lineales se aplicó por primera vez en detectores PbS, PbSe y InSb. El desarrollo de detectores fotovoltaicos (PV) comenzó cuando se hicieron disponibles los cristales únicos en material InSb.

A finales de la década de 1960 y a principios de la de 1970, se desarrolló la primera generación de sistemas lineales con detectores fotoconductores MCT intrínsecos. Éstos permitieron que los sistemas de imágenes LWIR de radiómetro con barrido frontal (FLIR) funcionaran a 80° K con un criomotor de fase única, lo que los hizo mucho más compactos, livianos y con un consumo de energía significativamente menor.

En la década de 1970 se produjo un espectacular avance de las aplicaciones infrarrojas, de la mano del comienzo de la producción masiva de los primeros sistemas de sensores con conjuntos de detección lineal.

De forma simultánea, se estaban produciendo otros avances significativos en la tecnología de detección. La tecnología del silicio permitió fabricar novedosos dispositivos de detección de siliciuro de platino (PtSi), los cuales se han transformado en el estándar comercial para una variedad de aplicaciones MWIR de alta resolución.

Los detectores de fotones de la segunda generación

La invención de los dispositivos de carga acoplada (CCD) a finales de la década de 1960 fue un precursor de la "segunda generación" de conjuntos de detectores, los cuales incluían circuitos lectores electrónicos analógicos de plano focal con capacidad de multiplexar la señal proveniente de conjuntos formados por numerosos detectores. Las primeras evaluaciones de este concepto demostraron que los detectores fotovoltaicos, tales como los InSb, PtSi y MCT, los fotoconductores con elevados valores de impedancia, tales como los PbSe y PbS, y los detectores extrínsecos de silicio, eran candidatos prometedores debido a que sus valores de impedancia eran apropiados para conectarse con los transistores FET de los multiplexores de lectura. Los PC MCT no eran apropiados debido a sus valores de impedancia bajos. Por lo tanto, a finales de década de 1970 y durante la década de 1980, la tecnología MCT se enfocó casi con exclusividad en el desarrollo de dispositivos fotovoltaicos debido a la necesidad de un bajo consumo de energía y altos valores de impedancia para conectarse con los circuitos lectores de entrada en conjuntos grandes de detectores. Estos trabajos dieron su fruto en la década de 1990, con el nacimiento de la segunda generación de detectores infrarrojos que posibilitan el uso de conjuntos 2D grandes en ambos formatos lineales. Estos detectores utilizan tecnología TDI para los sistemas de escaneo; en los sistemas de plano focal, los detectores vienen en formato cuadrado y rectangular.

Los detectores extrínsecos monolíticos de silicio hicieron su primera aparición a mediados de la década de 1970. El enfoque de detectores extrínsecos monolíticos de silicio posteriormente se dejó de lado debido a que el proceso de fabricación de circuitos integrados degradaba la calidad del detector. No obstante, los detectores monolíticos PtSi, en los cuales el detector puede realizarse luego de haber procesado la lectura, se utilizan ampliamente en la actualidad.