製品開発特集 VIGO Photonics

AM03120-01シリーズ お手頃価格のIR検出モジュール

VIGO社はチップサイズ10 x 10 x 3 mmという市場最小の環境に優しい中赤外線(MWIR)検出モジュールを提供致します。

手頃な価格の赤外線検出モジュールはInAsSb半導体材料をベースにしており、水銀やカドミウムを使用しないため、RoHSに準拠したデバイスとなります。

中赤外 InAsSb 赤外検出モジュール Vigo

AM03120-01 は手頃な価格の中赤外線(MWIR)InAsSb 検出モジュールで、コンパクトな TO8 パッケージに収められた「オールインワン」非冷却型赤外線検出モジュールです。
フォトボルティック(光起電力)マルチジャンクションInAsSb検出素子が低ノイズプリアンプと直接統合されています。
増幅されたアナログ出力は計測機器に直接接続することができます。
スルーホール実装が可能です。

検出モジュールは不要な干渉の影響を防ぐために反射防止コーティングされたウィンドウで提供されます。
最終製品はOEM部品(検出素子付きPCBのみ)、TO8マウント、またはウィンドウ付きTO8パッケージへのマウントとシーリングで提供が可能です。


製品の主な特徴

VIGO社の技術的可能性はMBE(分子線エピタキシー)法によるInAsSb(インジウム砒素アンチモン)検出器の製造を可能にします。
手頃な価格の検出モジュールは過酷な動作条件への高い耐性を確保する必要があるアプリケーション向けに設計されています。

InAsSbモジュールはRoHS指令に準拠しており、VIGO社の製品は消費者市場の安全性を保証しています。
手頃な価格は最高品質の素材とともに、強力なアドバンテージとなります。


使い勝手の良いモジュール

・増幅済み信号、電圧出力
・標準サブマウント(TO8)で使用可能
・ユーザーのPCBに直接実装可能(OEMバージョン)
・小型

手頃な価格の中赤外InAsSb検出モジュール(AM03120-01)は3種類ございます
・AM03120:TO8パッケージのディテクター
・AM03110:スチール製ベース上のディテクター
・AM03100:サイズ10 x 10 x 3 mmの小型チップとPCB上のアンプ



アプリケーション

手頃な価格の検出モジュールは様々なアプリケーションで使用されています。
高速応答のため、中赤外線(MWIR)高速パルスレーザーが情報を伝えるアプリケーション、例えば中赤外線(MWIR)分光に適しています。
アフォーダブルモジュールは限られたスペースと低電力のアプリケーションのために設計されています。
不要なトランスインピーダンス・プリアンプを内蔵しているお客様のアプリケーションでは省スペース化が図れます。
また、バッテリー駆動の機器に適した低消費電力設計となっています。
残りのアプリケーションはレーザー計測、産業および研究所のプロセスの監視、レーザーパワーの監視と制御です。
このデバイスはデジタル出力、TE冷却など、新しい機能の開発にも取り組んでいます。

主なアプリケーション
・MWIR分光(気体、液体、固体の分析)
・温度計測
・レーザー計測
・産業および研究所のプロセス監視
・レーザーパワーのモニタリングと制御



スペクトル応答(Ta = 20°C)




仕様

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マルチエレメント検出器とモジュール - MCT / InAsSb

VIGO社の32素子アレイに専用プリアンプが登場しました。
検出器列は個々の能動素子の集合で、それぞれの信号が独立して出力されます。
マルチエレメント(多素子)検出器はシングルエレメント(単素子)検出器と異なり、異なる波長の放射線を同時に記録することが可能です。


VIGO社はお客様のアプリケーションに特化したカスタマイズ検出器やモジュールを得意としています。
32素子アレイは現在、専用プリアンプと共に生産されています。
VIGO社で製造されるマルチエレメント(多素子)検出器のほとんどはHgCdTe(エピタキシャルHgCdTeヘテロ構造)フォトボルティック(光起電力)検出器をベースにしたTE冷却式です。

チャート1は分光特性の例、表1は異なる波長に対して最適化された検出器のパラメーターです。


チャート1 分光感度特性の例




表1 HgCdTe検出器の検出率と時定数


VIGO社はMBE(分子線エピタキシー)法によるInAsSb(インジウム砒素アンチモン)マルチエレメント検出器の製造も可能な技術力を持っています。
これらのデバイスは、RoHS指令に準拠しています。
厳しい動作条件への耐性が要求されるアプリケーション向けに設計されています。
VIGO社のマルチエレメント検出器の大きな利点は、極低温での冷却が不要であることです。
その結果、装置の小型・軽量化、ひいては消費電力の低減につながります。
図1ではVIGO社のマルチエレメント検出器を搭載したTO8 16pin (a) とフラットパック 40pin (b) のハウジングの寸法(単位:mm)を示します。


表1 HgCdTe検出器の検出率と時定数




製品の主な特徴

メリット
・高感度
・高速応答
・極低温での冷却無しで便利



VIGO社のマルチエレメント検出器の主な利点は非常に高い精度と測定速度です。
温度測定ではわずか数マイクロ秒の視野内に存在する物体を測定する場合でも、1ミリケルビンの精度を達成します。
分光測定の場合、これらの利点により、短時間で高品質の測定が可能になります。
また、全波長域を一度に測定することで、測定時間の短縮を図ることができます(一体型検出器でのスキャンや全波長解析に要する時間との比較)。

表2は個々のアプリケーションのニーズに合わせて選択されたVIGO社のマルチエレメント検出器のパラメーターを示したものです。


表2 パラメーター


VIGO社のマルチエレメント検出器は豊富なアクセサリーとともに提供致します。
アクセサリーはアプリケーションやユーザーのシステムとの統合のニーズに合わせてカスタマイズすることが可能です。
表3はソリューションの例を示しています。


表3 アクセサリー




アプリケーション

マルチエレメント検出器は高速で移動する素子の温度を点・非接触で測定するために使用されます。
例として、外部および内部のホイールベアリングや高速鉄道のブレーキの温度をリアルタイムで監視することができます。
その他にも、生産ラインの温度測定、異常検出、冷却や燃焼プロファイルのモニタリングなどにも使用されます。

現在市販されている分光光度計は通常0.8~2.5µmの近赤外領域が使用されています。
有機化合物、温室効果ガス、炭化水素は、MWIR (3.0 – 8.0µm) と LWIR (8.0 – 14.0µm) の領域でより正確に観察することができます。
マルチエレメント検出器を使用することにより、スペクトルや空間をスキャンするためのフィルターや可動機械要素を使用する必要がなくなり、その結果、それらの作業に関連する誤差を排除することができます。
VIGO社のマルチエレメント検出器は短時間で高品質の分光測光を可能にし、非常に低ノイズであるため、熱ダイオードや赤外線ダイオードなどの低電力源での動作も可能にします。

高性能な光学選別システムは、マルチエレメント検出器のもう一つの応用例です。
検出器ラインはテープ上を移動する元素を画像化し、化学組成を検査することができます。
光学選別は、鉱業、食品、化学、薬学などの産業で使用することができます。

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InAs / InAsSbの超格子(SL)技術

MCT技術に匹敵するパラメータを持つMWIR/LWIR領域の広スペクトル帯域吸収ディテクタに対するお客様のご要望により、VIGO社は新しいクラスの材料と検出器を開発致しました。
InAs/InAsSb超格子(SL)ベースの検出器は高温条件下でのサーモエレクトリック・クーラー(TEC)操作用に設計された完全なRoHS準拠の製品へのVIGO社の対応です。


現在、広く使用されている検出器は有機金属化学気相成長法(MOCVD)技術による水銀-テルルカドミウム化合物(MCT)で製造されています。
MCT化合物には多くの利点がありますが、現在、一部のアプリケーションでは水銀、カドミウム、鉛を含む検出器は、その毒性のため、規範や指令(例:RoHS)によって消費者市場から順次撤去されてきています。
このようにMCTには限界があるため、VIGO社では代替となる材料系と技術を探すことにしました。InAsSb三元系III-V化合物は同様の波長領域で動作する優れた候補です。
文献や科学的パートナーに後押しされ、VIGO社ではGaフリーのInAs/InAsSb超格子を開発することを決定しました。
SI GaAs基板上のInAs/InAsSb超格子のMBE成長技術に関する3年間の研究の後、VIGO社はMCTと同等のパラメータを持つ超格子の第一世代を発表する準備が整いました。
これまでにフォトボルティックデバイス(MWIR)およびフォトコンダクティブデバイス(LWIR)の製造に成功しています。


MWIR超格子検出器

MWIR検出のためにVIGO社は室温または2ステージのTE冷却(230K)で動作するSL検出器の開発を進めています。
最近の結果ではSL検出器はバルクのInAsSbデバイスと比較して高い抵抗面積(RA)積を示すことがわかりました。
これにより、より広いスペクトル帯域の検出器(図1)が実現でき、十分な検出性能を得ることができます。

メリット
・カットオン波長をGaSbバッファの透過率1.7µmに制限
・高RA品でD*はMCTと同等(図2)
・RoHS対応製品
・PbSe検出器より広いスペクトル範囲と高い動作周波数 (1つのデバイスで多くのガスを迅速に検出)
・バイアス無しの動作 (フォトコンダクター素子に存在する1/fノイズを除去)




仕様




LWIR超格子検出器

LWIR検出のためにVIGO社は2ステージおよび3ステージのTE冷却(それぞれ230Kおよび210Kで作動)を用いた検出器を開発しています。
10µmと12µmに最適化された検出器を提供することができます(15µmやそれ以上の可能性もあります)。
最近の結果ではSL検出器は210~230Kの温度範囲でMCT技術に匹敵するシート抵抗を示すことが確認されています。
また、液体窒素による冷却を必要としないLWIR検出器としては、初のRoHS対応製品です。
この製品群は分光学の新しい展望を切り開くものです。

メリット
・カットオン波長はGaSbバッファの透過率1.7µmに制限
・PC InAsSbやサーモパイル検出器と比較して高いD*を実現
・RoHS指令に準拠した製品
・非常に優れた安定性で、過酷な環境に最適
・10µmまたは12µmに最適化された50%カットオフ波長
・液体窒素による冷却が不要 (図4)





仕様


1 x 1 mm on request



MWIR InAs/InAsSbのSL検出器のロードマップ
2021年第1四半期~第2四半期:テスト用サンプルあり

アクティブエリア
・1×0.1
・1×1(浸漬)
・1×1* (特別なリクエストに対応)


2021年第3四半期~第4四半期:さらなる開発
・エタロン低減コーティング層
・最適化された波長変換
・フォトボルティックマルチジャンクション技術
・高RA品位ユニポーラフォトコンダクター素子の開発


LWIR InAs/InAsSb SL検出器のロードマップ
2021年第1四半期~第2四半期:テスト用サンプルあり

アクティブエリア
・1×1(浸漬)
・1×1 または 0.1×0.1 *(特別なリクエストに対応)



2021年第3四半期~第4四半期:さらなる開発
・アンチフリンギング層、アンチリフレクション層
・VLWIRの波長変更
・1/fノイズのない太陽電池の開発
・特に長波長域のパラメータ改善


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VIGO Photonics社は1987年に設立された赤外検出器の世界的メーカーです。
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