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작은 양자 우물에 숨겨진 힘: 과학자들이 1985년에 적외선 감지를 어떻게 바꾸었는가.
광범위한 적외선 감지 기술 분야에서 양자우물 적외선 광검출기(QWIP)는 의심할 여지 없이 큰 의미를 지닌 발전입니다. 이러한 종류의 검출기는 전자의 하위 대역 이동을 사용하여 적외선 광자를 흡수합니다. 핵심 원리는 정교하게 설계된 양자 우물에 의존하며 구조 설계를 통해 에너지 차이가 들어오는 적외선 광자의 에너지와 정확하게 일치할 수 있습니다. 이러한 기술 수준은 과학자들이 이 분야에서 양자역학의 신비를 탐구하기 시작한 1985년으로 거슬러 올라갑니다.
양자우물 적외선 광검출기는 양자소자의 기본 구조로 중파장 및 장파장 적외선을 안정적으로 검출할 수 있으며 픽셀 간 균일성과 조작성이 우수하다.
QWIP 연혁
1985년에 과학자 Stephen Egerash와 Lawrence West는 다중 양자 우물에서 강한 부분대역 이동을 관찰했는데, 이는 적외선 감지기에 양자 우물을 사용할 가능성을 촉진한 발견이었습니다. 양자우물에 대한 이전 연구는 주로 자유흡수라는 개념을 기반으로 했지만, 이러한 방식의 검출기의 감도는 충분하지 않았습니다.
1987년에 이르러 기본적인 작동 원리가 점차 확립되었고, 1991년에는 최초로 적외선 영상 획득에 성공했습니다. 2002년 미 육군 연구소 연구원들은 전압 조정이 가능한 2색 QWIP를 개발하여 원격 온도 감지 분야에서 이 기술의 새로운 가능성을 열었습니다.
QWIP 기술은 민간 분야에서 널리 사용되고 있지만 당시 미군은 그 기술이 요구 사항을 충족하기에는 부족하다고 간주했습니다.
QWIP 기술의 진화
연구가 계속 심화됨에 따라 과학자들은 3차원 공간에서 적외선을 감지하는 가장 효과적인 방법을 발견했습니다. 이 발견은 2008년 미 육군 연구소에서 개발한 주름형 양자 적외선 광검출기(C-QWIP)로 이어졌습니다. . 이 새로운 검출기는 마이크로미러 설계를 사용하여 양자 우물 영역에서 빛의 효과를 높여 전체 파장 대역의 빛을 반사할 수 있습니다.
C-QWIP는 양자우물을 기반으로 한 혁신의 산물입니다. 테스트 결과 이 새로운 검출기는 3 마이크론 이상의 대역폭을 갖고 있어 성능 면에서 현재 시장 기술을 능가하는 것으로 나타났습니다.
Nasa는 2013년 Landsat 데이터 연속 임무를 위해 위성에 C-QWIP 탐지기를 사용하여 이 기술이 우주 영역에 처음으로 진출했습니다.
QWIP의 기본 기능
QWIP의 작동 원리는 기존 적외선 감지기의 작동 원리와 다르며 감지 물질의 밴드 갭에 의해 제한되지 않으므로 낮은 에너지 방사선을 감지할 수 있습니다. 양자 우물의 전자 상태는 바이어스 전압이 인가된 후 전체 전도성 밴드의 기울기로 인해 전자가 적절한 조명 조건에서 여기 상태로 전이되도록 설계되었으며, 이는 광전류로 측정됩니다.
검출기에 빛이 들어올 때 입사광의 에너지가 충분하면 전자가 여기되어 연속 영역으로 들어가 측정 가능한 광전류를 형성합니다. 광전류 생성 효율은 효율적인 QWIP 설계에 중요한 여러 매개변수의 영향을 받습니다.
외부 측정 중에도 효과적인 광전류를 얻으려면 전기장을 가해 전자를 추출해야 합니다. 이 프로세스의 효율성은 검출기의 전반적인 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.
향후 전망
기술이 발전함에 따라 QWIP의 응용 분야는 전통적인 군사 및 민간 탐지기에서 우주 관찰 기술까지 점차 확대되었습니다. 이 기술이 적외선 탐지의 규칙을 바꾸고 있다는 것은 분명합니다. 양자 기술이 계속해서 탐구됨에 따라 더욱 혁신적인 응용 프로그램이 등장하게 될 것입니다. 이로 인해 적외선 감지 기술에 대한 지식 탐색 방법과 기대가 바뀌게 될까요?
