CN117553445A - 一种红外探测器快速启动集成制冷机组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种红外探测器快速启动集成制冷机组件，包括斯特林制冷机、节流制冷器和杜瓦瓶；斯特林制冷机包括冷指气缸和斯特林制冷主机，冷指气缸通过软管与斯特林制冷主机相连；节流制冷器包括热交换器，高压混合气体接入热交换器，高压混合气体为35Mpa~45Mpa压力的Ar/C2H6/C3H8混合气体；热交换器围绕冷指气缸缠绕形成两种制冷方式集成耦合的快速制冷器冷指；杜瓦瓶内设置有冷盘，冷盘的一个端面设有微孔蓄冷垫，快速制冷器冷指通过微孔蓄冷垫与冷盘贴合，冷盘的另一个相对端面上设置有中波红外焦平面芯片和经过黑化处理的超薄冷屏。本发明能够实现某些红外探测、预警和制导等系统的快速启动。
Description
技术领域
本发明涉及红外探测器制冷技术领域，尤其涉及一种红外探测器快速启动集成制冷机组件。
背景技术
制冷红外探测器可广泛应用于航空航天、导弹制导、预警搜索等诸多方面。在有些应用场景中，需要红外探测系统快速响应，甚至需要在数十秒内制冷红外探测器达到稳定工作状态。在某些应用领域中，既对红外探测系统启动时间有苛刻的要求，又对制冷红外探测器组件的光电性能、体积和质量都有严格的限制，所以，拟实现上述应用需求必须对制冷红外探测器组件进行所有相关影响因素的综合考量。
首先，红外探测器芯片的工作温度对于快速启动非常重要。器件芯片稳定工作所需的温度越低，同等制冷能力的制冷器达到所需的温度时间就越长。以往高性能的制冷型红外探测器主要包括碲镉汞(MCT)、锑化铟（InSb）探测器，采用这两种制冷型探测器大部分工作在液氮温度附近（77K）。提高红外探测器工作温度的关键在于降低器件的暗电流、提高器件的量子效率，在保证红外探测器光电性能满足要求的前提下提高探测器的工作温度，如采用分子束外延技术制备的III-V 族材料形成的nBn结构的探测器在中波波段就可以实现高于150K工作温度的条件。一些工作在常温附近的红外探测器虽然启动很快，但其探测器的探测率等光电性能参数不能满足某些特殊系统的要求。总之，就是在满足光电性能的前提下，尽可能的提高探测器的工作温度。
其次，是制冷器方式或类型的选择。斯特林制冷机体积小，可时间长工作，但该类制冷机启动时间较长。启动时间就是从制冷机开启到探测器可以稳定工作的时间。节流制冷方式相对斯特林制冷机制冷启动快，但耗气量大，需要大量气源供气，气源体积和重量大，不能满足某些红外探测系统的需求。同时，两类制冷机采用的工质气体所实现的制冷效率对快速启动也至关重要，节流制冷气体的充分热交换技术对提高制冷效率和缩短启动时间也有较大益处。
第三，芯片组件、冷屏及冷盘基座的热传导和热容量对快速启动也很重要。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服制冷红外探测器组件的启动时间长，体积和重量大及制冷效率低等问题，提供一种红外探测器快速启动集成制冷机组件，采用斯特林制冷机与有限体积和重量的混合气体节流制冷器，以及稳定工作温度不低于150K的中波（3-5微米波段）红外焦平面芯片巧妙集成，很好地解决了制冷红外探测器组件快速启动难题，能够实现超快速启动。
本发明提供了一种红外探测器快速启动集成制冷机组件，包括斯特林制冷机，所述斯特林制冷机包括冷指气缸和斯特林制冷主机，所述冷指气缸通过软管与所述斯特林制冷主机相连；节流制冷器，所述节流制冷器包括热交换器，其中，高压混合气体接入所述热交换器，所述高压混合气体为35Mpa~45Mpa压力的Ar/C2H6/C3H8混合气体；所述热交换器围绕所述冷指气缸缠绕形成两种制冷方式集成耦合的快速制冷器冷指；杜瓦瓶，所述杜瓦瓶内设置有冷盘，所述冷盘设置为可伐（Kovar）合金冷盘，可伐是一种Fe-Ni-Co三元合金；所述冷盘的一个端面设有微孔蓄冷垫，所述快速制冷器冷指通过所述微孔蓄冷垫与所述冷盘贴合，所述微孔蓄冷垫设置为紫铜微孔蓄冷垫；所述冷盘的另一个相对端面上设置有中波红外焦平面芯片和经过黑化处理的超薄冷屏，其中，所述中波红外焦平面芯片的稳定工作温度不低于150K，所述中波红外焦平面芯片是在InAs（砷化铟）衬底上生长的III-V 族材料，分别生长的重掺杂下电极接触层、吸收层、势垒层和重掺杂上电极接触层的nBn 探测器芯片结构。中波红外焦平面芯片的制备工艺为本专业常用的方法，即采用光刻、腐蚀、表面钝化、电极制备、铟柱生长、芯片切割及与读出电路倒焊等常用步骤。器件面阵规模256×320元，芯片光敏元中心距为15µm。
在本发明的一个实施例中，所述斯特林制冷机设置为分置式斯特林制冷机，所述斯特林制冷机设置为分置式斯特林制冷机，所述斯特林制冷机的制冷工质为纯度大于99.995%的高纯氦气，所述高纯氦气的露点温度低于-70℃，所述斯特林制冷机的制冷温区覆盖60K~180K的范围。
在本发明的一个实施例中，所述热交换器包括毛细管和尼龙绳，所述毛细管上设置有散热片，所述毛细管缠绕设置在所述冷指气缸上，所述尼龙绳缠绕设置在所述毛细管上，调节所述尼龙绳与所述杜瓦瓶内壁之间的间隙能够形成气阻，通过调节所述气阻以调节所述热交换器的热交换效率。
在本发明的一个实施例中，所述毛细管上设有节流孔和出气孔，所述尼龙绳的缠绕密度能够调节，且调节所述尼龙绳的缠绕密度能够调节所述节流孔处和所述出气孔外侧之间的压差，其中，调节该压差在0.1个大气压~0.3个大气压之间，所述节流孔的直径为0.3mm~1mm。
在本发明的一个实施例中，所述节流制冷器还包括高压容器，所述高压容器与所述热交换器相连，所述高压容器的容积为500ml~1000ml，所述高压容器内充填所述高压混合气体，所述高压混合气体按摩尔质量百分比分别设置为Ar：30%~50%、C2H6：25%~35%、C3H8：25%~35%。
在本发明的一个实施例中，所述微孔蓄冷垫的厚度为2mm~5mm，所述微孔蓄冷垫的微孔直径为100um~1000um。
在本发明的一个实施例中，所述中波红外焦平面芯片为分子束外延技术生长的材料制备。
在本发明的一个实施例中，所述重掺杂上电极接触层、所述重掺杂下电极接触层为InAs/InAsSb 超晶格、掺杂浓度为（3~10）×1017/cm3、厚度为200nm~450nm；所述吸收层设置为InAs/InAszSb1-z超晶格、z=0.65~0.85、掺杂浓度为N型（0.7~1）×1016/cm3、厚度为2 um~4 um；所述势垒层为AlAsSb、非主动掺杂，厚度为150nm~250nm。
在本发明的一个实施例中，所述超薄冷屏的壁厚为0.1mm~0.15mm，其经过黑化处理后的中波红外反射率不大于3%。
在本发明的一个实施例中，在混合前，所述高压混合气体中每种气体的气体纯度均优于99.995%，且其露点温度均低于-70℃。
红外探测器快速启动集成制冷机组件工作的流程如下：组件开始工作时，同时开启斯特林制冷主机的电源开关和节流制冷器的阀门。斯特林制冷机在通电后逐渐产生制冷效果。斯特林制冷机单独制冷从开启至达到设置的温度（如150K）大约在30-60秒左右；而当节流制冷器气体阀门开启后可以迅速达到设置的温度（150K），大约需要十几秒，这时红外探测器即可开始正常工作，达到探测器规定的性能指标。节流制冷器的总工作时间取决于混合气体容器的大小和压力，当节流制冷器工作时制冷芯片组件消耗部分混合冷液，多余部分就吸附贮存在蓄冷垫之中，当混合气体耗尽后，仍有吸附在蓄冷垫冷液继续维持所需的冷量，这时斯特林制冷机已达到了所设置的额定功率和温度，斯特林制冷机将一直工作下去直至系统需要关闭为止。而两个制冷方式同时工作比各自分别工作制冷效果更好，时间更短。实际上，快速启动主要靠节流制冷器，为了减小整个系统的体积，高压混合气体的容积不能太大，即所需的气量能满足启动和持续制冷到斯特林制冷机达到设定的温度（如150K）即可。如果斯特林制冷机需要更长的时间才能到达所设置的温度，那就要加大混合气体容器的体积或压力而使其能工作更长的时间或使所吸附的冷液可以维持到斯特林制冷机达到设置温度的时间。
综上，为了缩短制冷组件的时间，本发明采用了多种手段减小探测器芯片组件的热负载和提高两种制冷方式的效率。通过上述技术解决了制冷红外探测器组件快速启动难题，可以实现小于20秒的红外探测器启动时间。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，采用了能够在150K及以上温度稳定工作的中波红外焦平面芯片，不需要冷却到很低的温度。斯特林制冷机和节流制冷器的高效集成利用了各自的优势，特别是节流制冷气体采用Ar/C2H6/C3H8高压混合气体，高压混合气体节流液化时比通常的氮气具有更大的冷量，大大缩短了启动时间。微孔蓄冷垫对液氩的吸附，能够保持混合液的持续制冷，即使高压混合气体已消耗完毕，由于该微孔蓄冷垫的作用仍可蓄冷一段时间，利用这段时间等待斯特林制冷机达到所需的温度（如150K）。超薄冷屏通过减少热负载或热容量进一步达到快速启动。由此，本发明所述红外探测器快速启动集成制冷机组件，采用多种手段减小红外探测器芯片组件的热负载和提高两种制冷方式的效率，使得红外中波焦平面探测器大幅度缩短了启动时间，甚至可以实现小于20秒的启动时间。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图1为本发明优选实施例中红外探测器快速启动集成制冷机组件的结构示意图；
图2为图1中A处的局部放大结构示意图。
说明书附图标记说明：11、冷指气缸；12、斯特林制冷主机；121、软管；122、电源开关；13、热交换器；131、毛细管；1311、节流孔；1312、出气孔；132、尼龙绳；14、高压容器；15、阀门；20、杜瓦瓶；21、冷盘；22、微孔蓄冷垫；23、中波红外焦平面芯片；24、超薄冷屏；25、蓝宝石窗口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1和图2所示，本发明公开了一种红外探测器快速启动集成制冷机组件，包括斯特林制冷机、节流制冷器和杜瓦瓶20。
斯特林制冷机包括冷指气缸11和斯特林制冷主机12，冷指气缸11通过软管121与斯特林制冷主机12相连。节流制冷器包括热交换器13，其中，高压混合气体接入热交换器13，高压混合气体为35Mpa~45Mpa压力的Ar/C2H6/C3H8混合气体，热交换器13围绕冷指气缸11缠绕形成两种制冷方式集成耦合的快速制冷器冷指。本发明优选实施例中，接入所述热交换器13的气体采用高压混合气体，尤其是35Mpa~45Mpa的混合气体，其节流液化时比通常的氮气具有更大的冷量，因此可以产生很大的冷量，大大缩短了启动时间。
杜瓦瓶20内设置有冷盘21，冷盘21设置为可伐（Kovar）合金冷盘，可伐是一种Fe-Ni-Co三元合金，冷盘21的一个端面设有微孔蓄冷垫22，快速制冷器冷指通过微孔蓄冷垫22与冷盘21贴合，微孔蓄冷垫22设置为紫铜微孔蓄冷垫。高压混合气体节流液化时，能够通过微孔蓄冷垫22吸附一部分混合液体，能够保持混合液体以持续制冷，即使高压混合气体已消耗完毕，由于微孔蓄冷垫22的作用仍可蓄冷一段时间，利用这段时间等待斯特林制冷机的达到所需的温度（如150K）。
冷盘21的另一个相对端面上设置有中波红外焦平面芯片23和经过黑化处理的超薄冷屏24，杜瓦瓶20上开设有对应超薄冷屏24和中波红外焦平面芯片23的蓝宝石窗口25。其中，中波红外焦平面芯片23稳定工作温度均不低于150K，中波红外焦平面芯片23是在InAs 衬底上生长的III-V 族材料，分别生长的重掺杂下电极接触层、吸收层、势垒层和重掺杂上电极接触层的nBn 探测器芯片结构。通过该结构的设置，使得制冷机组件不需要冷却到很低的温度即可实现启动。中波红外焦平面芯片23的制备工艺为本领域常用的方法，即采用光刻、腐蚀、表面钝化、电极制备、铟柱生长、芯片切割及与读出电路倒焊等常用步骤。器件面阵规模256×320元，芯片光敏元中心距为15um。
本发明所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，在一些实施例中，斯特林制冷机设置为分置式斯特林制冷机，斯特林制冷机的制冷工质为纯度大于99.995%的高纯氦气，高纯氦气的露点温度低于-70℃，斯特林制冷机的制冷温区覆盖60K~180K的范围。分置式斯特林制冷机采用闭式循环进行工作，在节流制冷器产生制冷效应、使中波红外焦平面芯片23的温度快速降到150K后，分置式斯特林制冷机能够保证中波红外焦平面芯片23一直维持在150K温区，且连续工作时间长，可靠性高。
本发明所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，在一些实施例中，热交换器13包括毛细管131和尼龙绳132，毛细管131上设置有散热片，毛细管131缠绕设置在冷指气缸11上，尼龙绳132缠绕设置在毛细管131上，调节尼龙绳132与杜瓦瓶20内壁之间的间隙能够形成气阻，通过调节气阻以调节热交换器13的热交换效率。需要说明的是，散热片为现有技术，在图中未示出。
进一步的，本发明所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，在一些实施例中，毛细管131上设有节流孔1311和出气孔1312，尼龙绳132的缠绕密度能够调节，且调节尼龙绳132的缠绕密度能够调节节流孔1311处和出气孔1312外侧之间的压差，其中，调节该压差在0.1个大气压~0.3个大气压之间，节流孔1311的直径为0.3mm~1mm。具体的，出气孔1312外侧为1个大气压，通过调节尼龙绳132的缠绕密度使得节流孔1311处为1.1个大气压~1.3个大气压，压差太大则制冷效果不好，压差太小则热交换不充分、制冷效率低。优选的，压差控制在0.2个大气压，节流孔1311的直径设置为0.5mm。
本发明所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，在一些实施例中，节流制冷器还包括高压容器14，高压容器14与热交换器13相连，高压容器14的容积为500ml~1000ml，高压容器14内充填高压混合气体，高压混合气体按摩尔质量百分比分别设置为Ar：30%~50%、C2H6 ：25%~35%、C3H8 ：25%~35%。
低沸点的工质可以获得较低的制冷温度，高沸点的工质因其比热较大，往往可得到更大的制冷量。对于纯质组分，积分节流效应和等温节流效应有如下关系式：
其中，为等温节流效应，数值上等于定温压缩前后气体的焓差；/>为理想气体等压比热容；/>为积分交流效应。
利用范德瓦尔斯方程可以得到纯质组分等温节流效应与其沸点的关系式：
其中，为气体常数；/>为沸点温度；/>为纯质温度；/>为等温节流效应，数值上等于定温压缩前后气体的焓差。
因此，可以看出高沸点工质等温节流效应大，积分节流效应也大。单工质在其高、低压力对应的饱和温区节流制冷才是最高效的。不同气体的对应饱和温度不同，如果将具有不同饱和温度的几种单工质合成混合工质，可以达到最低制冷温度的过程获得高效率。计算表明，采用优化的混合工质在整个温区中的节流效应可以远大于单工质的节流效应。
因此，在确定混合工质比例时的主要因素有如下几点：
（1）泡露点温度的计算，通过在物性数据库中查询，以满足中波红外焦平面芯片23为工作温度150K的需求；需要说明的有：泡露点是从液相中分离出第一批气泡的温度的临界点；露点是固定气压之下，气相达到饱和而凝结成液相所需要降到的温度；
（2）在降温过程中不会出现固相，以防止堵塞节流制冷器；
（3）兼容不同高低沸点的气体，不同制冷能力的比较。
综合考虑，确定此节流制冷器中高压混合气体的摩尔质量配比的百分比为Ar：30%~50%、C2H6 ：25%~35%、C3H8 ：25%~35%；优选的，Ar：40%、C2H6 ：30%、C3H8 ：30%。
为减小该红外组件的体积，节流制冷提供气源的高压容器14的内容积为500ml~1000ml，优选的，设置为900ml；高压容器14内装有35MPa~45MPa的Ar/C2H6/C3H8混合气体，优选的，设置为40Mpa。
本发明所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，在一些实施例中，在混合前，高压混合气体中每种气体的气体纯度均优于99.995%，露点温度低于-70℃，确保气体的干燥。
本发明所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，在冷盘下面、斯特林制冷机冷指气缸顶端的蓄冷垫为导热好的多层紫铜金属微孔状，微孔的直径大小影响蓄冷垫对混合冷液的吸附能力，微孔太大吸附不住冷液，微孔太小吸附冷液的空间太小，吸附的量不足。蓄冷垫的厚度太大影响热传递，厚度太小可吸附冷液的容积就小，通过试验优化微孔的直径优选在100-1000µm之间，厚度在2mm-5mm之间。
本发明所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，在一些实施例中，所述中波红外焦平面芯片23为分子束外延技术生长的材料制备。分子束外延生长方法与已往其它的III-V 族超晶格材料生长技术方法类似，该领域的技术人员能够实现。
本发明所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，在一些实施例中，重掺杂上电极接触层、重掺杂下电极接触层为InAs/InAsSb 超晶格、掺杂浓度为（3~10）×1017/cm3；厚度为200nm~450nm；优选的，掺杂浓度设置为5×1017/cm3、厚度设置为300nm。吸收层设置为InAs/InAszSb1-z超晶格、z=0.65~0.85、掺杂浓度为N型（0.7~1）×1016/cm3、厚度为2 um ~4 um；优选的，z=0.7，掺杂浓度为N型0.8×1016/cm3、厚度为3um。势垒层为AlAsSb、非主动掺杂，厚度为150nm~250nm；优选的，厚度为230nm。
本发明所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，为减小冷盘21上面的热容量，应尽量减小超薄冷屏24的厚度，但不能太薄、否则强度不够。因此，设置超薄冷屏24的壁厚为0.1mm~0.15mm；优选的，壁厚为0.12mm。其经过黑化处理后的中波红外反射率不大于3%，反射率太大可能产生光学串扰，更小的反射率实现起来难度较大，试验表明3%可以满足系统要求。
具体实施例：
提供一个以斯特林制冷机冷指气缸为节流制冷器的芯棒，节流制冷的热交换器围绕芯棒缠绕形成两种制冷方式的集成耦合的快速制冷器冷指，集成的快速制冷器冷指通过微孔蓄冷垫与金属杜瓦瓶的内壁冷盘贴合，杜瓦瓶内套顶端为导热良好的金属冷盘，冷盘上面装有稳定工作在150K温度或以上温度的中波红外焦平面芯片和经过黑化处理的超薄冷屏，所述的中波红外焦平面芯片是在InAs 衬底上生长的III-V 族材料，分别生长的重掺杂下电极接触层、吸收层、势垒层和重掺杂上电极接触层的nBn 探测器芯片结构，斯特林制冷机冷指气缸通过软管与斯特林制冷主机相连，节流制冷热交换器与高压混合气体容器相连。
所述的斯特林制冷机为分置式斯特林制冷机，其工质为高纯氦气，气体的纯度大于99.995%。
所述的节流制冷的热交换器是带有散热片的毛细管缠绕在斯特林这冷机冷指上且缠绕尼龙绳调节其与杜瓦内套的间隙而形成的气阻而提高热交换效率。 为节流制冷提供气源的容器内容积为900毫升、容器内装有40MPa 的Ar/C2H6/C3H8混合气体，混合气体其摩尔质量配比的百分比为Ar：40%、C2H6 ：30%、C3H8 ：30%。所采用的混合气体露点温度为 -70℃ 。
在冷盘下面、斯特林制冷机冷指气缸顶端的蓄冷垫为多层紫铜金属微孔状，微孔的直径为500µm，厚度为3mm。节流孔圆孔的直径为0.5mm。
所述的中波红外焦平面探测器芯片的工作温度150K，且所述的中波红外焦平面探测器芯片为分子束外延技术生长的材料制备，具体详细结构为：衬底为InAs，上下电极的两个N型重掺杂接触层为InAs/InAsSb 超晶格，掺杂浓度为5×1017/cm3，厚度为300nm；吸收层为InAs/InAszSb1-z超晶格，z=0.7掺杂浓度为N型0.8×1016/cm3，厚度为3微米；势垒层为AlAsSb，厚度为230nm。该材料在分子束外延系统中生长，生长方法与已往其它的III-V 族材料类似。
探测器焦平面芯片的制备工艺为本专业常用的方法， 即采用光刻、腐蚀、表面钝化、电极制备、铟柱生长、芯片切割及与读出电路倒焊等常用步骤。器件面阵规模256×320元，芯片光敏元之间中心距为15µm。
为减小冷盘上面的热容量应尽量减小冷屏的厚度，所述的超薄的金属冷屏壁厚为0.12mm，经黑化处理后的中波红外反射率小于3%。
为提高节流制冷的效率要实现流出冷气充分的热交换，在所述的节流制冷器节流孔与外出气孔之间的压差通过调节节流毛细管间的尼龙绳密集成度及尼龙绳与杜瓦内壁的间隙控制在0.2个大气压。
红外探测器快速启动集成制冷机组件工作的流程如下：组件开始工作时，同时开启斯特林制冷机电开关和节流制冷器的高压混合气体阀门，节流制冷器气体阀门开启后可以迅速达到设置的温度（150K），本实施例共用19秒，而当这时红外探测器即可开始正常稳定工作，达到了探测器规定的性能指标，蓄冷垫吸附的冷液在节流制冷器已停止供气时仍然保持大于30秒的低温状态，而斯特林制冷机通电后逐渐产生制冷效果，斯特林制冷机单独制冷从开启至达到设置的温度（150K）需要30秒，斯特林制冷机达到设置的150k的温度并且持续保持该温度直至工作到整个红外探测器组件系统需要工作结束为止。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种红外探测器快速启动集成制冷机组件，其特征在于，包括：
斯特林制冷机，所述斯特林制冷机包括冷指气缸和斯特林制冷主机，所述冷指气缸通过软管与所述斯特林制冷主机相连；
节流制冷器，所述节流制冷器包括热交换器，其中，高压混合气体接入所述热交换器，所述高压混合气体为35Mpa~45Mpa压力的Ar/C2H6/C3H8混合气体；所述热交换器围绕所述冷指气缸缠绕形成两种制冷方式集成耦合的快速制冷器冷指；
杜瓦瓶，所述杜瓦瓶内设置有冷盘，所述冷盘设置为可伐合金冷盘，所述冷盘的一个端面设有微孔蓄冷垫，所述快速制冷器冷指通过所述微孔蓄冷垫与所述冷盘贴合，所述微孔蓄冷垫设置为紫铜微孔蓄冷垫；所述冷盘的另一个相对端面上设置有中波红外焦平面芯片和经过黑化处理的超薄冷屏，其中，所述中波红外焦平面芯片的稳定工作温度不低于150K，所述中波红外焦平面芯片是在InAs 衬底上生长的III-V 族材料，分别生长的重掺杂下电极接触层、吸收层、势垒层和重掺杂上电极接触层的nBn 探测器芯片结构。
2.根据权利要求1所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，其特征在于：所述斯特林制冷机设置为分置式斯特林制冷机，所述斯特林制冷机的制冷工质为纯度大于99.995%的高纯氦气，所述高纯氦气的露点温度低于-70℃，所述斯特林制冷机的制冷温区覆盖60K~180K的范围。
3.根据权利要求1所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，其特征在于：所述热交换器包括毛细管和尼龙绳，所述毛细管上设置有散热片，所述毛细管缠绕设置在所述冷指气缸上，所述尼龙绳缠绕设置在所述毛细管上，调节所述尼龙绳与所述杜瓦瓶内壁之间的间隙能够形成气阻，通过调节所述气阻以调节所述热交换器的热交换效率。
4.根据权利要求3所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，其特征在于：所述毛细管上设有节流孔和出气孔，所述尼龙绳的缠绕密度能够调节，且调节所述尼龙绳的缠绕密度能够调节所述节流孔处和所述出气孔外侧之间的压差，其中，调节该压差在0.1个大气压~0.3个大气压之间，所述节流孔的直径为0.3mm~1mm。
5.根据权利要求1所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，其特征在于：所述节流制冷器还包括高压容器，所述高压容器与所述热交换器相连，所述高压容器的容积为500ml~1000ml，所述高压容器内充填所述高压混合气体，所述高压混合气体按摩尔质量百分比分别设置为Ar：30%~50%、C2H6 ：25%~35%、C3H8 ：25%~35%。
6.根据权利要求1所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，其特征在于：所述微孔蓄冷垫的厚度为2mm~5mm，所述微孔蓄冷垫的微孔直径为100um~1000um。
7.根据权利要求1所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，其特征在于：所述中波红外焦平面芯片为分子束外延技术生长的材料制备。
8.根据权利要求1或7所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，其特征在于：所述重掺杂上电极接触层、所述重掺杂下电极接触层为InAs/InAsSb 超晶格、掺杂浓度为（3~10）×1017/cm3、厚度为200nm~450nm；所述吸收层设置为InAs/InAszSb1-z超晶格、z=0.65~0.85、掺杂浓度为N型（0.7~1）×1016/cm3、厚度为2 um ~4 um；所述势垒层为AlAsSb、非主动掺杂，厚度为150nm~250nm。
9.根据权利要求1所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，其特征在于：所述超薄冷屏的壁厚为0.1mm~0.15mm，其经过黑化处理后的中波红外反射率不大于3%。
10.根据权利要求1所述的红外探测器快速启动集成制冷机组件，其特征在于：在混合前，所述高压混合气体中每种气体的气体纯度均优于99.995%，且其露点温度均低于-70℃。
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