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。

一种用于非制冷红外探测器的高速比较器

为了提高红外探测器模数转换的速度与精度,设计了一种用于非制冷红外焦平面阵列探测器片上14位10 MSps逐次逼近型模数转换器的高速比较器。本比较器采用前置放大器、动态高速度锁存器和新型输出缓冲器的三联级结构,并通过输入、输出失调存储的方式对各级放大器进行失调电压消除,使比较器工作的速度与精度得到提高。结果表明:基于TSMC 0.18μm 1P6M工艺进行设计与仿真,在电源电压为5 V的情况下,该比较器的采样速率为200 MSps,失调电压为32.63 V,传输延时为259 ps,-3 dB带宽为1.11 GHz。该比较器相较于其他的设计,具有更小的失调电压以及传输延时,满足逐次逼近型模数转换器对其比较器速度与精度的要求。

非制冷红外探测器陶瓷封装结构优化及可靠性分析

陶瓷封装是非制冷红外探测器最主流的封装形式,封装的低成本、小型化和高可靠性是发展方向。在某款陶瓷封装探测器结构的基础上,提出一种优化结构,优化后成本降低约5%、体积缩小约30%。基于ANSYSWorkbench有限元分析软件,从网格数量无关性验证出发,分析了非制冷红外探测器陶瓷封装原始结构和优化结构各组件在10.2G随机振动环境和500g半正弦波冲击振动环境的最大等效应力和最大形变,结果显示两种结构均满足可靠性要求。在此基础上,本文对优化结构红外窗口的不同材料和不同厚度进行了500g半正弦波冲击振动环境可靠性仿真,结果表明:0.3 mm~1.0 mm厚度锗窗口和硅窗口均满足可靠性要求,最大等效应力和最大形变与窗口厚度呈负相关,相同厚度的红外窗口,硅窗口比锗窗口可靠性表现更好。本文的研究为非制冷红外探测器陶瓷封装形式的后续结构设计和仿真计算提供了参考。

非制冷红外探测器用VO_x薄膜的制备

介绍了一种采用反应溅射工艺 ,通过控制不同气氛的分布制备VOx 薄膜的方法 ,并制备出电阻温度系数 (TCR)优于 - 2 %的非制冷红外探测器用VOx 薄膜。其XPS、XRD分析结果表明 ,薄膜的生长情况与制备工艺条件有密切关系。

MEMS技术在非制冷红外探测器中的应用

随着微探测器的广泛应用,M E M S 技术因其微小、智能、可执行、可集成、工艺兼容性好、成本低等特点,被越来越多地应用于微探测器的制造工艺中,为该领域的研究提供了新途径。本文简要介绍了 MEMS 技术的工艺及其主要特点,并对 MEMS 技术在非制冷红外探测器研制方面的应用作了比较详细的阐述。

非制冷红外探测器非均匀性的校正方法

两点温度定标校正算法是非制冷红外探测器的有效的非均匀性校正技术。根据焦平面特性和两点算法,提出一种采用两级存储结构的现场可编程门阵列实现途径:流水运算,采用分级存储校正系数和并行结构运算部件。仿真和试验证明:这种方法具有高速、系数存储大容量、可扩展的特点,适合于大阵列非制冷红外焦平面的实时校正。

基于电容读出的非制冷红外探测器

介绍了一种基于标准硅工艺的电容读出式微悬臂梁非制冷红外探测器的设计、制作以及集成读出电路的设计。该探测器用于探测室温下物体的红外辐射,其响应波长为8～12μm。由于氮化硅和铝的热膨胀系数相差很大,用这两种材料的薄膜做成的双材料微悬臂梁在红外辐射下会发生弯曲,微悬臂梁和衬底形成一个可变电容,通过检测电容的变化来反映微悬臂梁的弯曲,从而可以探测红外辐射的情况。采用和探测器集成的CMOS读出电路对探测器信号进行读取,微悬臂梁的电容灵敏度可达2.5 fF/K,温度分辨率为0.1 K。

非制冷红外探测器多孔硅绝热层的研究

以多孔硅作为绝热层材料,采用超高真空对靶磁控溅射镀膜法,在多孔硅样品表面和硅基底表面沉积氧化钒薄膜。实验采用电化学腐蚀法制备多孔硅,利用场致发射扫描电子显微镜观测了孔隙率为50%,60%,70%三个多孔硅样品的微观形貌。利用显微喇曼光谱法测量其热导率,分别为8.16,7.28和0.624W/mK;利用纳米压入仪测量氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量,测得沉积在孔隙率为50%,60%,70%的多孔硅基底上氧化钒薄膜的显微硬度分别为1.917,0.928和0.13GPa,杨氏模量分别为31.087,16.921和2.285GPa,而沉积在单晶硅基底的氧化钒薄膜的显微硬度和杨氏模量分别为10.919GPa和193.792GPa,并分析了微观结构差异对多孔硅绝热性能和机械性能的影响,为非制冷红外探测器的工艺制作过程提供一定的热学力学参数。

铁电薄膜非制冷红外探测器的技术发展

介绍了课题组在铁电薄膜的制备、特性研究以及非制冷红外探测技术方面的研究结果。研究获得了几种控制铁电薄膜微结构(如晶粒尺寸、晶粒形状、Ba1-xSrxTiO3(BST)和PbZrxTi1-xO3(PZT)铁电薄膜的择优取向生长等)的新技术;研制出具有高度自极化特性的0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3(PMNT)弛豫铁电薄膜;探索了一种具有将红外转化为可见光机制的新型光读出方式;发明了PZT薄膜的低温(400°C)生长方法。此外,还介绍了256×1线列铁电薄膜非制冷红外探测器的研制及部分成像结果。

微悬臂梁非制冷红外探测器的研究

本文介绍基于标准硅工艺的非制冷红外探测器的设计和建造。由于氮化硅和金的热膨胀系数有很大的差别,用这两种材料做成的双材料片在红外辐射下会发生热弯曲。用偏振光对弯曲程度进行检测,在CCD上呈现偏振光的干涉图案。它完全消除了由电路引入的噪声。目前能够实现的噪声等效温差(NEDT)在1K左右,但其理论值仅为几mK。

二极管非制冷红外探测器及其读出电路设计

针对非制冷红外技术的低成本高性能应用,提出了基于SOI的二极管红外探测器及其读出电路的集成设计方案。阐述了二极管非制冷红外探测器的基本原理和工艺实现。对探测器的电学特性进行理论推导,得出读出电路的设计指标。采用连续时间自稳零电路结构实现探测器输出信号的低噪声低失调放大,采用级联滤波器以减弱开关非理想因素的影响,并采用片内电容采样保持,使得I/O引脚数较少,从而减小版图面积。采用spectre工具进行仿真,在CSMC 0.5μm 2P3M CMOS工艺下实现。结果表明:读出电路性能良好,闭环增益为65.8 dB,等效输入噪声谱密度为450 nV/Hz,等效输入失调电压100μV以内,功耗为5 mW,能实现探测器信号的准确读出。

探测材料在非制冷红外探测器方面的应用

本文首先阐述了探测材料,特别是非制冷红外探测材料对于经济发展、社会进步与国防巩固等的重要战略意义,然后介绍了当前世界非制冷红外探测器的研究概况, 并就热释电和热电两类重要的非制冷红外探测器的研发及其应用情况作了重点述评。

非制冷红外探测器用热释电材料的研究进展

分析了热释电非制冷红外探测技术的优势,介绍了当前应用较广泛的各种非制冷红外探测器用热释电材料,即单晶材料、高分子有机聚合物及复合材料和金属氧化物陶瓷及薄膜材料,并预计了热释电材料的发展趋势。指出了铁电性热释电陶瓷材料的优越性,其应用分为正常热释电体、介电测辐射热型热释电体和弥散相变热释电体,并分别列出了具有代表性材料的研究结果。最后,指出了研究高性能、大尺寸、易加工的热释电薄膜材料的制备技术,是未来红外探测器用热释电材料的发展的关键;并在此基础上结合半导体集成工艺,制备高性能、大规模的热释电红外焦平面阵列。

一种低噪声非制冷红外探测器驱动电路的设计

随着非制冷成像系统在军方领域的发展和应用,也促使非制冷探测器的驱动电路向更低噪声和更高精度的方向发展。文中详细介绍了驱动电路中由超低噪声运算放大器构成的一个二阶电压源低通滤波器,其具有良好的低通幅频特性和低噪声性能,介绍了Xilinx公司的Spartan-6系列FPGA输出的高精度数字时序信号。最后经测试,该驱动电路偏置电压噪声低,数字时序精度高,满足成像系统的应用要求。

基于MEMS的非制冷红外探测器读出电路的设计

基于MEMS的非制冷红外探测器广泛用于军用和民用领域,其中作为探测器核心部件的焦平面探测阵列的读出电路等关键技术的研究至为重要。设计了一块240×320的焦平面探测阵列的读出电路,此电路能够抑制MEMS工艺的波动,减小探测器环境温度的影响。采用HHNEC 0.5μm工艺对此设计流片,其测试结果达到预期目标。芯片输出电压为1.5～3.5V,每帧图像输出时间为16.32ms,可以保证每秒61帧图像输出。

非制冷红外探测器片上偏压逐点非均匀性校正方法

针对非制冷红外焦平面阵列(Uncooled Infrared Focal Plane Array,UIRFPA)成像系统中普遍存在的非均匀性较差的问题,本文提出了一种基于探测器工作偏压对其输出影响来进行片上非均匀性校正(Non-uniformity Correction,NUC)的方法——探测器片上偏压逐点NUC技术。该方法是在探测器每一个像元关键偏压VEB和VFID上使用DAC供电,通过在积分前对每个像元的偏压进行单独的调整来校正其信号输出值。在不影响探测器帧频的情况下,实现了非均匀性从1.9%降低到0.4%,有效改善了探测器原始信号的非均匀性,且具有很好的实时性。

国外美法独秀 国内依赖进口——非制冷红外探测器产业现状及发展策略分析

非制冷红外探测器以其体积小、性能优而逐渐成为应用于军事及商业领域红外热成像产品的主流核心配件,然而其"国外美法独秀、国内依赖进口"产业现状,导致红外热成像产品价格居高不下。在巨大潜力市场的诱惑下,国内实力派厂商及科研院所寄希望于国产化研究——谁率先实现非制冷红外探测器国产化量产,谁将抢占非制冷红外探测器产业制高点。

多电容非制冷红外探测器动态范围调整技术

针对非制冷红外焦平面阵列(Uncooled Infrared Focal Plane Array,UIRFPA)对多目标成像时动态范围有限的问题,基于探测器特性提出了一种根据目标调整动态范围的方法。积分前,根据所选目标初始成像的灰度分布实时调整电容;同时逐点配置像元偏压,以适应动态范围并完成非均匀性校正(NonUniformity Correction,NUC);依次实现局部目标的最佳成像效果。最后搭建了一种用于验证此方法可行性的红外成像系统。结果表明,本文方法实现了动态范围的实时调整,并获得了清晰的局部关键目标图像。由于解决了动态范围与目标不匹配的问题,该方法对非制冷红外成像系统在多目标场景下的拓展应用具有一定意义。

Cypress半导体公司联合DRS Technologies公司量产非制冷红外探测器

Cypress半导体公司将其最先进的微测热辐射技术转让给DRSTechnologies公司，用于批量生产非制冷红外探测器。DRSTechnologies公司网络和成像系统（NIS）部门开发的专项生产工艺将转移到Cypress半导体公司在明尼苏达州布卢明顿65nm的10级8英寸（1英寸=2．54cm）晶圆制造厂。

非制冷红外探测器

本发明提供一种非制冷辐射红外探测器,它由偶极天线、衬底、闭锁接点以及带隙探测器元件等构成。偶极天线固定在衬底上。