SPRITE探测器是英国皇家信号与雷达研究所的埃略特等人于1974年首先研制成功的一种新型红外探测器，它实现了在器件内部进行信号处理。这种器件利用红外图像扫描速度等于光生载流子双极漂移速度这一原理实现了在探测器内进行信号延迟、叠加，从而简化了信息处理电路。它可用于串扫或串并扫热成像系统，但与热成像系统中使用的阵列器件不同。阵列器件是相互分立的单元，每个探测器要与前置放大器和延迟器相连，它接收目标辐射产生的输出信号需经放大、延迟和积分处理后再送到主放大器，最后在显示器中显示出供人眼观察的可见图像。

目前国内外研制的SPRITE探测器，有工作温度为77 K、工作波段为8～14 μm和工作温度为200 K左右、工作波段为3～5 μm两种。将它用于热成像系统中，既有探测辐射信号的功能，又有信号延迟、积分功能，大大简化了信息处理电路，有利于探测器的密集封装和整机体积的缩小。

目前具有代表性的SPRITE探测器由8条细长条Hg1-x CdxTe组成，如图9-11所示。每条长700 μm、宽62.5 μm，彼此间隔12.5 μm，厚约为10 μm。

图9-11　SPRITE探测器（8条）

将N型Hg1-xCdxTe材料按要求进行切、磨、抛后粘贴于衬底上，经精细加工、镀制电极，刻蚀成小条，再经适当处理就成了SPRITE探测器的芯片。每一长条相当于N个分立的单元探测器。N的数目由长条的长度和扫描光斑的大小决定。对于上述结构，每条相当于11～14个单元件，所以8条SPRITE约相当于100个单元探测器。每一长条有3个电极，其中两个用于加电场，另一个为信号读出电极。读出电极非常靠近负端电极，读出区的长度约为50 μm、宽度约为35 μm。

假设SPRITE探测器的每一细长条如图9-12所示，红外辐射从每一长条的左端至右端进行扫描。当红外辐射在Ⅰ区产生的非平衡载流子在电场E的作用下无复合地向Ⅱ区漂移，其双极漂移速度va为

图9-12　SPRITE探测器工作原理图(www.daowen.com)

其中，μ为双极迁移率，可表示为

式中，n为电子数；p为空穴数。

对于N型半导体，n≫p，因此μ=μp。这表示光生少数载流子空穴在电场的作用下作漂移运动。

当双极漂移速度va与红外图像扫描速度vs相等时，从Ⅰ区产生的非平衡少数载流子空穴在电场的作用下漂移运动到Ⅱ区，此时红外图像也刚好扫描到Ⅱ区，在Ⅱ区又产生空穴（同时也产生电子）。红外图像在I区产生的空穴与在Ⅱ区产生的空穴正好叠加。如果红外图像不断地从左向右扫描，所产生的非平衡载流子空穴在电场的作用下不断地进行漂移运动，并依次叠加，最后在读出区取出，从而实现了目标信号在探测器内的延迟与叠加。这就是SPRITE探测器的工作原理。

实现SPRITE探测器信号延迟和叠加的必要条件是红外图像扫描速度vs等于非平衡少数载流子空穴的双极漂移速度va。双极漂移速度va与N型Hg1-xCdxTe材料少数载流子的迁移率μp和加于长条的电场强度Ex有关。对于一定的材料，μp是一定的，唯有外加电场强度可以调节。如果在器件允许的条件下所加电场强度足够高，非平衡少数载流子被电场全部或大部分扫出，这样就能实现信号的延迟和叠加；如果少数载流子寿命τp不够长，少数载流子在其寿命τp时间内漂移的长度小于SPRITE探测器每一细长条的长度，那么少数载流子必然在体内复合，信号到达不了读出区，即使红外图像扫描速度等于非平衡少数载流子的漂移速度，也不能在读出电极上取出信号。