概念深读：为什么近红外（NIR）必须用 InGaAs？
为什么近红外（NIR）必须用 InGaAs？
很多人第&一次接触近红外光谱仪，都会有一个直觉问题：
为什么一过 1000 nm，仪器价格就陡然上升？
为什么近红外几乎“必须"用 InGaAs，而不是更便宜的硅（Si）？
答案并不在厂商，而在半导体能带结构本身。
这是一条由物理定律划出的分水岭。
从硅（Si）到 InGaAs：成本飙升的真正起点
理解这个问题，只需要一个核心隐喻——
电子的“跳高"比赛。
探测器到底在“测"什么？
无论是 CCD、CMOS，还是 InGaAs，本质都是一件事：
让光子把电子从价带“踢"到导带，形成可读出的电信号
可以把电子想象成被困在深坑里的运动员：
坑的深度 = 材料的带隙能量（Eg）
光子能量 = 助跑与起跳的力量
只有跳出坑，探测器才“看得见"光。
硅（Si）：可见光的王&者，NIR 的终点
硅的带隙：约 1.1 eV
对应的截止波长约为：
结果很直接：
可见光（>1.6 eV）
轻松起跳，信号清晰
近红外光（如 1500 nm，对应 ~0.8 eV）
力量不够，撞在坑壁上
结论：
超过 1100 nm，硅“物理性失明"
不是算法不行，也不是厂家偷工减料，而是电子根本跳不出来。
InGaAs：为近红外而生的材料
标准 InGaAs（In₀.₅₃Ga₀.₄₇As）的带隙约为：
Eg ≈ 0.75 eV
截止波长 ≈ 1700 nm
这一次：1500 nm 光子（~0.8 eV）
刚好能跳出来
这就是 InGaAs 成为 NIR 探测“事实标准"的根本原因。
暗电流：坑太浅，连“热"都能把电子震出来
暗电流：坑太浅，连“热"都能把电子震出来
InGaAs 的“浅坑"有一个严重副作用：
不仅光子能踢电子出来，环境热量也可以
即使在完&全黑暗中：
电子也会被室温热激发
形成大量暗电流（Dark Current）
本质上是噪声
解决办法只有一个：制冷
常规 InGaAs：
TE 制冷到 -10 ~ -20°C否则：
信号会被噪声彻&底淹没
制造难度：从“沙子"到“精密外延艺术"
硅（Si）
来自沙子
工艺成熟、良率极&高
可做千万像素 CMOS
InGaAs
必须在 InP 衬底上外延生长
对晶格匹配极其敏感
一点失配就产生位错和坏点
这就是为什么：
NIR 相机像素通常只有 256 / 512 / 1024，却价格惊人
不是厂家不想做大，而是物理良率不允许。
如何从 1700 nm 突破到 2500 nm？
改变“配方"：铟含量决定极限波长
标准 InGaAs：
53% In + 47% Ga（完&美匹配 InP）扩展型 InGaAs：
提高铟比例（可达 ~80%）
结果：
带隙进一步减小
截止波长延伸至 2.2–2.5 μm
代价：致命的晶格失配（Lattice Mismatch）
问题来了：
铟多了 → 晶格变大
InP 衬底没变
就像：
大脚硬穿小鞋
生长过程中会产生：
位错
缺陷
漏电通道
后果：暗电流暴增
扩展型 InGaAs 的暗电流通常：
比标准型 高 10–100 倍
不处理，图像全是“雪花"
唯&一出路：深度制冷
标准 InGaAs（1.7 μm）：
一级 TE（~ -10°C）扩展 InGaAs（2.5 μm）：
TE2 / TE3，多级制冷
-50°C 至 -80°C
这直接导致：
体积更大（散热片）
功耗更高
成本成倍上升
总结
奥谱天成 InGaAs高光谱成像仪
近红外不是“选择 InGaAs"，而是“只能 InGaAs"
而 1700 nm 与 2500 nm 的差距，不是 800 nm 波长，而是：
晶格失配
暗电流指数级上升
制冷与制造成本的断崖
这不是市场问题，而是半导体物理的边界。
