微测辐射热计型非制冷红外焦平面探测器技术新进展

近年来,随着大规模集成电路、半导体薄膜、微机电系统等科技进步,微测辐射热计型非制冷红外焦平面探测器技术快速发展,已成为目前技术最成熟、市场占有率最高的一种焦平面探测器型式。本文介绍了红外焦平面探测器分类、微测辐射热计型非制冷红外焦平面探测器工作原理及总体设计、制造与工艺、测试等关键技术模块。综述了国内外相关技术最新进展和领域应用。最后,总结指出了非制冷红外焦平面探测器技术发展趋势及发展方向,包括:1) 亚波长微纳光学技术与像元中心距压缩到10 μm以下更小尺寸的超高清红外成像;2) 基于新一代TSV (硅通孔技术)三维垂直封装的三维单芯片系统(3DSoC)技术与红外热像机芯/模组的集成化与智能化;3) 无快门(shutter-less)技术结合无热电冷却元件(TEC-less)与进一步降低系统功耗等。

腔体型超表面非制冷红外探测器

随着非制冷红外探测器像元尺寸的逐步缩小,提高探测器吸收率变得越来越重要。该文章基于现有的制备工艺,提出了一种IMIAM(Insulator-Metal-Insulator-Air-Metal)腔体型超表面非制冷红外探测器结构,在增强探测器吸收的同时有效改善了光敏层受热的均匀性。通过系统的仿真优化,其在长波红外波段(8~14μm)的平均吸收率超过了97%,使器件几乎实现了百分百的完美吸收,同时在中红外波段也表现出了优异的吸收特性。该文章还通过工艺验证了该结构的可靠性,对于改进现有非制冷红外探测器工艺具有一定的启示意义。

基于超表面微辐射热计的双色偏振探测器

介绍了利用超表面吸收体即具有亚波长尺寸和间距的光学谐振器阵列来取代分立的滤光片和偏振片实现了氧化钒(VO x)微测辐射热计对光谱和偏振的同时选择。超表面吸收体选择性地吸收特定波段的TM偏振光而反射TE偏振光,其中特定波段的中心波长和带宽可人为调动。针对5.3~6.6μm和6~7.4μm两个红外波段分别设计制备了超表面吸收体,制备出的超表面吸收体对TM偏振光的吸收率分别为0.8322和0.7720,偏振消光比分别为42.24和42.65。并将超表面吸收体与氧化钒微测辐射热计进行了集成,测试得到的探测器响应谱与超表面吸收体的吸收谱能够较好地吻合。制备出的两种探测器的峰值响应度分别为1.0V/W和1.46V/W,分别位于6.0μm和6.8μm处。同时两个探测器的峰值探测率分别为6.94×10^(5)cm·Hz^(1/2) W^(-1)和9.95×10^(5)cm·Hz^(1/2) W^(-1),工作频率分别为11Hz和36Hz。我们的工作为实现大面阵室温多光谱偏振成像探测器提供了一种新的方法。

探测器温度对非致冷型微测辐射热计热像仪测温的影响与修正

根据红外辐射理论和红外热像仪的测温原理,得到了红外热像仪测温的计算公式及测温程序,分析了非致冷微测辐射热计的温度对测温的影响,并得出了相应的修正公式和修正方法,得到的两种修正方法简单易行,为非致冷微测辐射热计阵列热像仪的设计制造及实际使用提供了一定的方法和依据。

非制冷红外焦平面探测器及其技术发展动态

非制冷红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件。介绍了非制冷红外焦平面探测器的工作原理及微测辐射热计、读出电路、真空封装三大技术模块,分析了影响其性能的关键参数。与微测辐射热计设计相关的重要参数包括低的热导、高的红外吸收率、合适的热敏材料等;读出电路的传统功能是实现信号的转换读出,近年来也逐渐加入了信号补偿的功能;真空封装技术包括了金属管壳封装、陶瓷管壳封装、晶圆级封装和像元级封装。列举了国内外主要厂商的非制冷红外焦平面探测器的技术指标及近年来的最新技术进展,总结了非制冷红外焦平面探测器的技术发展趋势。

国外非制冷红外焦平面阵列探测器进展

非制冷红外焦平面阵列探测器是目前发展最为迅速的红外探测器种类之一,并已广泛渗透到军事和民事应用中。本文重点阐述几种国外具有代表性的非制冷红外焦平面探测器的现状及其发展趋势。

钨摻杂氧化钒基非制冷红外探测器性能研究

氧化钒(VOx)作为热敏材料已经广泛应用在非制冷红外探测器中,其中热敏材料的性能对于最终器件性能的影响尤为关键。为了研究钨元素摻杂对氧化钒热敏薄膜材料的相变温度、热滞宽度、低温时的电阻温度系数的影响以及对探测器性能指标的影响,利用微电子加工工艺制备了钨摻杂与非钨摻杂氧化钒溅射薄膜红外探测器件,并利用黑体测试系统结合锁相放大器和频谱分析仪对器件性能指标进行了测试。结果表明,相比非钨掺杂器件,钨掺杂器件的相变温度降低了16℃左右,热滞宽度缩短了5℃左右,器件的响应电压则提高了0.15 m V,单位带宽噪声均方根电压降低了15 n V·Hz-1/2,从而使器件探测率提高。当辐射信号的调制频率为80 Hz时,非钨掺杂氧化钒探测器的探测率D*值为1.67×108cm·Hz1/2/W,而钨掺杂氧化钒探测器的探测率D*值为1.85×108cm·Hz1/2/W。可见,钨掺杂氧化钒探测器的探测率较非钨掺杂氧化钒探测器的探测率高。

基于非制冷红外焦平面探测器的工业测温系统

传统的非接触性测温系统主要采用红外CCD，其工作波长大多为0．4-1．1μm，受到截止波长的影响，红外CCD在工业中低温测量误差过大。非制冷焦平面红外热像仪（uncooled IRFPA camera）的工作波长一般在8-14μm之间，常温环境下测温可精确到0．01℃。UL01011型非制冷微测辐射热计是非制冷焦平面热像仪中最常使用的核心光电探测器，以此作为实验用光电探测器件，构建了非接触性工业测温系统，从实验结果可以看出，该方法在实际应用中获得了较好的效果。

非制冷红外焦平面探测器研究进展与趋势

介绍了非制冷红外焦平面探测器的基本工作原理,并概括了其关键技术参数。梳理了非制冷红外焦平面探测器技术与产品的发展简史,综述了国内外相关研究及产品开发的最新进展。最后还讨论了非制冷红外焦平面探测器技术的发展趋势。

非制冷红外焦平面探测器技术应用及市场分析

主要介绍了非制冷红外焦平面探测器的发展历史、现状以及主要应用领域,分析了非制冷红外焦平面探测器技术未来发展趋势和市场应用前景,对红外产品生产厂家的未来发展方向提供了参考建议.

非制冷红外微测辐射热计的研制

采用多晶硅薄膜材料作为热敏电阻材料，以普通的ＩＣ工艺及微机械加工技术研制成功了在室温下工作的红外微测辐射热计，其多晶硅电阻温度系数为－２％℃－１，探测率Ｄ＊达２×１０８ｃｍ·Ｈｚ１／２·Ｗ－１．

基于VO_2薄膜非致冷红外探测器性能研究

用微电子工艺制备了 V O2 溅射薄膜红外探测器 ,在 2 96 K的环境温度中测试了该探测器对 8- 12 μm红外辐射的黑体响应率和噪声电压 ,结果显示该探测器在调制频率为 30 Hz时可以实现探测率 D*=1.89× 10 8cm H z1 /2W- 1 ,热时间常数 τ=0 .0

新型非致冷红外探测器

介绍了近年来出现的各种新型非致冷红外探测器,对不同探测器的基本工作原理、器件结构、制作工艺以及性能的优缺点进行了讨论和对比,并对非致冷红外探测器的改进方向进行了预测。

非制冷微测辐射热计的特性参数

描述了非制冷微测辐射热计的电热效应 ,推导了响应率、噪声、噪声等效功率、噪声等效温差、探测率等特性参数的计算公式 ,结果表明 。

非制冷微测辐射热计的热平衡分析

非制冷微测辐射热计焦平面阵列技术在国外已取得了令人瞩目的成就 ,与其它红外探测器相比 ,微测辐射热计更适于开拓民用市场 ,目前国内在这方面的研究也已成为热点。文章介绍了微测辐射热计的物理模型及其理论计算方法 ,利用黑体辐射和传热理论 ,建立了微测辐射热计的热平衡方程 ,并利用MATLAB软件获得了数值运算结果。分析表明 ,热传导、热容、偏置方式等对微测辐射热计性能的影响是设计考虑的关键。

非制冷微测辐射热计热成像

文中在指出现代制冷型红外成像技术的不足 ,论述非制冷红外成像技术的优点之后 ,介绍了微测辐射热计阵列的非制冷热成像系统。首先与非制冷热电热像仪进行了比较 ,指出测辐射热计热成像的优势。然后描写了微测辐射热计阵列的设计 ,分析了桥式结构热绝缘对响应率提高所起的作用 ,并讨论了探测器噪声等效温差 (NETD)的性能。最后概括地描述了微测辐射热计成像仪的设计。

测辐射热计用氧化薄膜与采用氧化薄膜的红外探测器 美国专利US7250604（2007年7月31日授权）

本发明提供一种供高灵敏度测辐射热计型非致冷红外探测器用的氧化薄膜。该氧化薄膜是一种非晶氧化钒钨（v-w-Ox），即一种掺钨的氧化钒，其电阻较低，为5kΩ至200kΩ，可变电阻温度系数（TCR）在-1．5％／℃与-4．1％／℃之间。它是在300℃左右的温度下通过改变钨的含量和氧化时间使钒-钨金属膜氧化的方法获得的。

非制冷微测辐射热计阵列单元结构模型应力有限元分析

介绍了基于非制冷测辐射热计阵列红外成像系统的噪声等效温差(NETD)计算模型。由此设计了一种非制冷微测辐射热计阵列单元结构模型,并对此模型进行了有限元分析,继而对该模型进行了优化。

一种更小像元尺寸的新型非制冷红外探测器

成功展示了一种像元间距23．5μm的非制冷红外（IR）焦平面（FPA），在热相法、安全摄像机等领域有广泛的商业应用。非制冷IRFPA的一个关键议题是减小像元间距，因为像元间距的大小决定了FPA的总体尺寸，最终也就确定了红外摄像产品的成本。本文提出了一种新的像元结构，光阑和悬梁放置在不同层上，实现了一种像元间距更小（≤17μm）的非制冷红外焦平面。上层包括了带有VOx测辐射热计和红外吸收层的光阑。下层包括两个悬梁，设计为放在相邻像元上。12μm、15μm、17μm间距这种像元结构测试器件已经制作于si读出集成电路（ROIC）上，这种读出电路适用于23．5μm间距的QVGA（quarter video graphics array）（320×240）其性能基本等同于23．5μm间距的红外焦平面。例如，对于热时间常数为14．5ms的F／1光学来说，12μm像元的噪声等效温差为63．1mK。所以，对于现有的23．5μm的红外焦平面，这种新提出的结构是有效的，在红外灵敏度方面有改进。接下来，双层悬梁的先进像元结构柏．展示了其可行性。

非制冷微测辐射热计支撑层厚度比研究

根据实验室设计的单层微测辐射热计所采用的Si3N4和SiO2双层膜复合支撑结构工艺,分别利用力学的等效截面方法和复合材料热导公式,从理论上推导了微桥桥腿正应力和热导的解析表达式.分析在其它因素不变的情况下,仅调整Si3N4和SiO2两者厚度比值(m)对微测辐射热计力学和热学性质的影响,并用ANSYS有限元仿真的方法验证了理论推导.