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凯发k8国际首页登录 非制冷红外——微测辐射热计探测器

2022-08-18 16:28:16

自1930年以来,光子探测器一直占据着红外探测器发展的主导地位。然而,光子探测器所需的低温制冷不但使得探测器价格昂贵,也使得系统体积增大、使用不便。非制冷红外焦平面探测器无需制冷装置,能够工作在室温状态下,具有体积小、质量轻、功耗小、寿命长、成本低、启动快等优点。虽然在灵敏度上不如制冷型红外焦平面探测器,但非制冷红外焦平面探测器在民用领域应用广泛。

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目前,微测辐射热计探测器的产量比所有其他红外阵列技术的总和都要大,主导非制冷红外探测器技术。目前,商用测辐射热计主要由氧化钒制造、非晶硅或硅二极管制造。短波红外探测器也属于非制冷型红外探测器的一种。

VOx的电阻温度系数较高(一般为2%~3%/K),即随着温度的变化电阻变动的幅度较大,是目前首选的热敏电阻型非制冷红外焦平面探测材料。

早在20世纪80年代初,美国的Honeywell公司开始研究氧化钒薄膜,并于20世纪80年代末研制出非制冷氧化钒微测辐射热计红外焦平面阵列。在1993年就报道了320×240像素的微测热辐射红外焦平面阵列,其像元尺寸为50μm×50μm,噪声等效温差(NETD)为100 mK(f/1:30 Hz)。

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Honeywell公司这种原创技术授权给了美国的几家公司,1994年,美国DRS公司获得Honeywell技术许可。两年后,DRS发明了“伞状”像元结构专利,“伞状”结构由吸收介质薄膜构成,与下面的绝缘体一起可以使辐射吸收最大化。其“伞状”结构可以调节从而对其热道和热容进行控制,使工作波段的红外吸收得到最大,实现最佳响应度和响应时间。

美国雷声视觉系统(RVS)在1999年的研究表明,延长支撑腿的长度是提高灵敏度的有效方法之一,并在此基础上对像元结构进行了一些改进,开发了一种多层微辐射热计像元结构,将热绝缘支撑腿和VOx测辐射热计放置在不同的平面上。

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2004年,日本NEC提出了一种带有屋檐结构的改进像元结构。该像元是三层结构,最上层是采用SiN制成的屋檐结构,VOx测辐射热计薄膜、隔膜以及制成位于中间层。最下面是一个反射层,与处于中间层的隔膜形成光学谐振吸收器。

其他西方国家也紧随其后,相继研发出结构类似性能相当的红外焦平面探测器。这些公司在上付出了大量的努力,通过减小像元尺寸、增加表面吸收以及改进CMOS的读出,使得VOx测辐射热计在更多方面的应用成为可能。

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