প্রতিদিনের তাপ চিত্রগ্রহণের ক্ষেত্রে, বেশিরভাগ মানুষ তাপমাত্রা পরিমাপ, বিল্ডিং পরিদর্শন, ভোক্তা ইলেকট্রনিক্স এবং নিরাপত্তা ক্যামেরায় ব্যবহৃত অ-শীতল ইনফ্রারেড ডিটেক্টরগুলির সাথে পরিচিত।কিন্তু দীর্ঘ দূরত্বের নজরদারির মতো অ্যাপ্লিকেশনের জন্য, সুনির্দিষ্ট তাপমাত্রা পরিমাপ, মহাকাশ পর্যবেক্ষণ, এবং জ্যোতির্বিজ্ঞানে, আরেক ধরনের ডিটেক্টর একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেঃ ইন্ডিয়াম অ্যান্টিমোনাইড (InSb) শীতল ইনফ্রারেড ফোকাল প্লেন অ্যারে (FPA) ।ইনএসবি হল মিড ওয়েভ ইনফ্রারেড (এমডব্লিউআইআর) ইমেজিংয়ের জন্য সবচেয়ে প্রতিষ্ঠিত ফোটন ডিটেক্টর উপকরণগুলির মধ্যে একটি, বিশেষ করে 3 ¢ 5 μm বায়ুমণ্ডলীয় সংক্রমণ উইন্ডোতে। এর উচ্চ সংবেদনশীলতা, দ্রুত প্রতিক্রিয়া,এবং পরিপক্ক উত্পাদন প্রযুক্তি এটি উচ্চ কর্মক্ষমতা শীতল ইনফ্রারেড ক্যামেরা জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ পছন্দ তৈরি করেছে.
1.ইনএসবি কি এবং কেন এটি এমডব্লিউআইআর সনাক্তকরণের জন্য উপযুক্ত?
ইনএসবি হ'ল ইন্ডিয়াম অ্যান্টিমোনাইড, ইন্ডিয়াম (ইন) এবং অ্যান্টিমোন (এসবি) থেকে তৈরি একটি III-V যৌগিক সেমিকন্ডাক্টর।এটি একটি সংকীর্ণ-ব্যান্ডগ্যাপ সেমিকন্ডাক্টর যা স্পেকট্রাল রেসপন্সের সাথে বিশেষ করে মধ্য তরঙ্গ ইনফ্রারেড অঞ্চলের জন্য উপযুক্ত. 3 ¢ 5 μm MWIR ব্যান্ড একটি গুরুত্বপূর্ণ বায়ুমণ্ডলীয় ট্রান্সমিশন উইন্ডো। উচ্চ তাপমাত্রার বস্তু যেমন বিমান নিষ্কাশন, জেট ইঞ্জিন, শিল্প শিখা, জ্বলন প্রক্রিয়া থেকে ইনফ্রারেড বিকিরণ,এই তরঙ্গদৈর্ঘ্যের পরিসরে তাপীয় উৎসগুলোকে কার্যকরভাবে সনাক্ত করা যায়। কারণ উপযুক্ত পরিবেশগত অবস্থার অধীনে বায়ুমণ্ডলীয় শোষণ এই উইন্ডোতে তুলনামূলকভাবে কম,এমডব্লিউআইআর ইমেজিং বিশেষ করে দূরবর্তী পর্যবেক্ষণের জন্য মূল্যবানএই বর্ণালী বৈশিষ্ট্যটি ইনএসবিকে এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে একটি প্রাকৃতিক সুবিধা দেয় যেখানে দীর্ঘ দূরত্বে তুলনামূলকভাবে দুর্বল তাপীয় বিকিরণ সনাক্ত করার ক্ষমতা গুরুত্বপূর্ণ।
একটি উষ্ণ মাইক্রোবোলোমিটারের বিপরীতে, যা তাপমাত্রা-প্ররোচিত বৈদ্যুতিক প্রতিরোধের পরিবর্তনের মাধ্যমে পরোক্ষভাবে ইনফ্রারেড বিকিরণ সনাক্ত করে, ইনএসবি একটি ফোটন ডিটেক্টর।ইনফ্রারেড ফোটনগুলি সরাসরি অর্ধপরিবাহী উপাদানগুলির সাথে যোগাযোগ করে এবং চার্জ ক্যারিয়ার তৈরি করেএই ফোটন সনাক্তকরণ প্রক্রিয়া InSb কে বেশ কয়েকটি গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য দেয়, যার মধ্যে রয়েছে উচ্চ সংবেদনশীলতা, দ্রুত প্রতিক্রিয়াএবং দ্রুত পরিবর্তনশীল তাপ সংকেত ক্যাপচার করার জন্য চমৎকার ক্ষমতাএই কারণে, ইনএসবি উচ্চ-পারফরম্যান্স এমডব্লিউআইআর ক্যামেরাগুলির জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ ডিটেক্টর উপাদান হিসাবে রয়ে গেছে, যদিও অ-শীতল ইনফ্রারেড প্রযুক্তি ক্রমবর্ধমানভাবে ব্যাপক হয়ে উঠেছে।
2.কেন ইনএসবি ডিটেক্টরকে ৭৭ কিলোগ্রাম পর্যন্ত ঠান্ডা করা দরকার?
InSb শীতল ইনফ্রারেড ডিটেক্টরের সবচেয়ে স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্য হল এর অত্যন্ত কম অপারেটিং তাপমাত্রা। অনেক প্রচলিত InSb ফোকাল প্লেন অ্যারে প্রায় 77 K এ কাজ করে,প্রায় -১৯৬°C এর সমান, বায়ুমণ্ডলীয় চাপে তরল নাইট্রোজেনের ফুটন্ত বিন্দুর কাছাকাছি। কারণটি InSb এর সংকীর্ণ ব্যান্ডগ্যাপের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত।তাপীয় শক্তি একটি উল্লেখযোগ্য সংখ্যক ইলেকট্রন-হোল জোড়া তৈরি করতে পারে এমনকি যখন কোনও ইনফ্রারেড বিকিরণ ডিটেক্টরে প্রবেশ করছে নাএই তাপীয়ভাবে উৎপন্ন ক্যারিয়ারগুলি অন্ধকার প্রবাহের জন্য অবদান রাখে, একটি অবাঞ্ছিত বৈদ্যুতিক সংকেত তৈরি করে।
একটি ইনফ্রারেড ডিটেক্টরের জন্য, এটি একটি গুরুতর সমস্যা। একটি দূরবর্তী বা তুলনামূলকভাবে কম বিকিরণ লক্ষ্য থেকে প্রকৃত ইনফ্রারেড সংকেত অত্যন্ত ছোট হতে পারে।যদি ডিটেক্টর নিজেই খুব বেশি বৈদ্যুতিক শব্দ তৈরি করে, দরকারী সংকেত পটভূমিতে কবর হতে পারে। শীতল নাটকীয়ভাবে তাপ উত্পাদিত ক্যারিয়ার দমন এবং অন্ধকার বর্তমান হ্রাস। ফলস্বরূপ,ডিটেক্টরটি দুর্বল ইনফ্রারেড সংকেতকে অনেক বেশি নির্ভুলতার সাথে আলাদা করতে পারেসহজ কথায় বলতে গেলে, শীতলকরণ InSb ডিটেক্টরকে শক্তিশালী ইনফ্রারেড সংকেত তৈরি করে আরও সংবেদনশীল করে না; পরিবর্তে,এটি ডিটেক্টরের নিজস্ব তাপীয় শব্দ হ্রাস করে যাতে দুর্বল ইনফ্রারেড সংকেতগুলি সনাক্ত করা সহজ হয়এটি একটি শীতল InSb ডিটেক্টর এবং একটি uncooled microbolometer মধ্যে মৌলিক পার্থক্য এক।
3.ইনএসবি এফপিএ কিভাবে ঠান্ডা হয়?
একটি ইনএসবি ডিটেক্টরকে কেবলমাত্র পরিবেশের সংস্পর্শে রাখা যায় না এবং এটি 77 কিলোগ্রাম তাপমাত্রা বজায় রাখতে পারে। ডিটেক্টরটি সাধারণত একটি ভ্যাকুয়াম ডিউয়ার সমাবেশের সাথে একীভূত হয়।Dewar ঠান্ডা ডিটেক্টর এবং পার্শ্ববর্তী পরিবেশের মধ্যে তাপ নিরোধক প্রদান করেএকটি যান্ত্রিক ক্রিওকুলার, সাধারণত একটি স্টার্লিং-চক্র কুলার, তারপর ডিটেক্টর সমাবেশ থেকে তাপ অবিচ্ছিন্নভাবে অপসারণ করে এবং প্রয়োজনীয় অপারেটিং তাপমাত্রা বজায় রাখে।এই আর্কিটেকচারটি সাধারণত বেশ কয়েকটি মূল উপাদানকে একত্রিত করে: ইনএসবি ডিটেক্টর চিপ, রিড আউট ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট, ঠান্ডা আঙুল, ডিউয়ার ভেসেল, ইনফ্রারেড উইন্ডো, এবং ক্রিওজেনিক কুলার।ফলাফল একটি সম্পূর্ণ শীতল ইনফ্রারেড ডিটেক্টর বা ক্যামেরা কোর যা ইমেজিংয়ের সময় স্থিতিশীল নিম্ন তাপমাত্রা অপারেশন বজায় রাখতে সক্ষম.
4.ইনএসবি ইনফ্রারেড ফোকাল প্লেন অ্যারে কিভাবে কাজ করে?
একটি ফোকাল প্লেন অ্যারে, বা এফপিএ, হাজার হাজার বা লক্ষ লক্ষ পৃথক পিক্সেল ধারণকারী একটি দ্বি-মাত্রিক ইনফ্রারেড ইমেজ সেন্সর হিসাবে বোঝা যায়।প্রতিটি পিক্সেল দৃশ্যের একটি সংশ্লিষ্ট অবস্থান থেকে ইনফ্রারেড বিকিরণ পায়সুতরাং পুরো অ্যারেটি স্থানিক তথ্য ক্যাপচার করে এবং ইনফ্রারেড বিকিরণ বিতরণকে বৈদ্যুতিক চিত্রে রূপান্তর করে।
একটি ইনএসবি এফপিএ সাধারণত দুটি সমালোচনামূলক অর্ধপরিবাহী উপাদান নিয়ে গঠিতঃ ইনএসবি ফটোডেটেক্টর অ্যারে এবং রিডাউট ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট (আরওআইসি) ।ইনএসবি ডিটেক্টর অ্যারেতে অনেক সংখ্যক ফটোডাইড পিক্সেল রয়েছেযখন MWIR ফোটন এই পিক্সেলগুলিতে পৌঁছায়, তখন তারা ফোটন শোষণের মাধ্যমে চার্জ ক্যারিয়ার তৈরি করে।ফলে বিদ্যুৎ সংকেত অত্যন্ত ছোট এবং তাই দক্ষতার সাথে সংগ্রহ এবং প্রক্রিয়াজাত করা প্রয়োজনROIC এই গুরুত্বপূর্ণ রিডিং ফাংশন সম্পাদন করে। এটি পৃথক সনাক্তকারী পিক্সেল থেকে সংকেত সংগ্রহ করে, একীভূত করে এবং চার্জকে শক্তিশালী করে,এবং পরবর্তী সিগন্যাল প্রক্রিয়াকরণের জন্য তথ্য প্রস্তুত করেডিটেক্টর অ্যারে এবং ROIC সাধারণত একটি ইন্ডিয়াম বাম্প হাইব্রিডাইজেশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে সংযুক্ত করা হয়, একটি কম্প্যাক্ট হাইব্রিড ফোকাল প্লেন সমাবেশ গঠন করে।
5.ইনএসবি কুলড এফপিএঃ এমডব্লিউআইআর ইমেজিংয়ের জন্য একটি উচ্চ-কার্যকারিতা পছন্দ
ইনএসবি শীতল ইনফ্রারেড ফোকাল প্লেন অ্যারেগুলি বোঝার মূল চাবিকাঠি হ'ল উপাদান বৈশিষ্ট্য, বর্ণালী প্রতিক্রিয়া এবং ক্রায়োজেনিক অপারেশনগুলির মধ্যে সম্পর্ককে স্বীকৃতি দেওয়া।InSb অবশ্যই MWIR অঞ্চলের জন্য উপযুক্তএটি একটি ফোটন ডিটেক্টর হিসাবে দ্রুত প্রতিক্রিয়া এবং উচ্চ সংবেদনশীলতা প্রদান করতে পারে। তবে, এটি একটি ফোটন ডিটেক্টর যা একটি ফোটন ডিটেক্টর হিসাবে দ্রুত প্রতিক্রিয়া এবং উচ্চ সংবেদনশীলতা প্রদান করতে পারে।তার সংকীর্ণ ব্যান্ডগ্যাপ এছাড়াও এটি রুম তাপমাত্রায় তাপীয়ভাবে উত্পাদিত ক্যারিয়ারের জন্য অত্যন্ত সংবেদনশীল করে তোলে, যার কারণে উচ্চ পারফরম্যান্স অপারেশনের জন্য গভীর শীতলতা অপরিহার্য।
একটি ROIC সঙ্গে একটি InSb আবিষ্কারক অ্যারে একীভূত করে, একটি ভ্যাকুয়াম Dewar ভিতরে প্যাকেজিং সমাবেশ, এবং একটি cryocooler সঙ্গে একটি কম অপারেটিং তাপমাত্রা বজায় রেখে,নির্মাতারা উচ্চ নির্ভুলতার সাথে দুর্বল এমডাব্লুআইআর সংকেত সনাক্ত করতে সক্ষম ইনফ্রারেড ইমেজিং সিস্টেম তৈরি করতে পারেযদিও ঠান্ডা ইনসিবি সিস্টেমগুলি বড়, জটিল এবং আনকুলড ইনফ্রারেড ক্যামেরার চেয়ে বেশি শক্তি ক্ষুধার্ত,তাদের পারফরম্যান্স তাদের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে প্রতিস্থাপন করা কঠিন করে তোলে যেখানে দীর্ঘ দূরত্বের সনাক্তকরণ, উচ্চ সংবেদনশীলতা, দ্রুত প্রতিক্রিয়া, এবং উচ্চ মানের MWIR ইমেজিং সমালোচনামূলক। যেমন ডিটেক্টর পিক্সেল ছোট হয়ে যায়, অ্যারে বিন্যাস বড় হয়ে যায়, ROICs আরও উন্নত হয়ে ওঠে,এবং ক্রায়োজেনিক সিস্টেম আরো কম্প্যাক্ট হয়ে, ইনএসবি প্রযুক্তি চাহিদাপূর্ণ এমডব্লিউআইআর ইমেজিং অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ বিকল্প হিসাবে থাকবে বলে আশা করা হচ্ছে।
সিস্টেম ডিজাইনারদের জন্য, পছন্দটি শেষ পর্যন্ত অ্যাপ্লিকেশনটির উপর নির্ভর করেঃ যখন কমপ্যাক্টতা এবং কম শক্তি অগ্রাধিকার হয়, একটি uncooled আবিষ্কারক আরও ভাল সমাধান হতে পারে;যখন সর্বোচ্চ MWIR সংবেদনশীলতা এবং দ্রুত প্রতিক্রিয়া প্রয়োজন হয়, একটি শীতল InSb ফোকাল প্লেন অ্যারে একটি প্রমাণিত উচ্চ-কার্যকারিতা প্রযুক্তি রয়ে গেছে।