非制冷探测器
氧化钒薄膜材料及非制冷红外探测器微结构设计的研究
氧化钒薄膜材料及非制冷红外探测器微结构设计的研究1. 引言1.1 概述氧化钒薄膜材料及非制冷红外探测器微结构设计是当前光电领域中的研究热点之一。
红外技术具有在暗夜或复杂环境下实现目标探测和成像的能力，因此被广泛应用于军事安防、火灾监测、医学诊断等领域。
然而，传统的制冷红外探测器由于高成本、大尺寸以及复杂维护等问题限制了其在民用领域的普及。
非制冷红外探测器作为一种新型的探测技术，具有体积小、重量轻、无需制冷等优点，在红外领域有着广阔的应用前景。
1.2 研究背景在非制冷红外探测器中，氧化钒薄膜材料作为一种重要的敏感元件已经引起了广泛关注。
氧化钒薄膜具有良好的热电特性和纵横触发效应，可将红外辐射转化为电信号，并显示出快速响应、高灵敏度的特点。
然而，氧化钒薄膜在实际应用中面临着一些挑战，如制备工艺复杂、稳定性差等问题，因此对其进行深入研究和优化设计具有重要意义。
1.3 研究意义本文旨在探索氧化钒薄膜材料以及非制冷红外探测器微结构设计的相关研究，并揭示其在红外技术领域中的应用潜力和发展方向。
通过对氧化钒薄膜材料制备方法和物理性质的分析，可以为制备工艺的改进提供依据，并为其应用领域提供更广阔的空间。
同时，通过对非制冷红外探测器微结构要素及其优化设计进行研究，可以提高非制冷红外探测器的灵敏度和响应速度。
将氧化钒薄膜与非制冷红外探测器相结合，则可实现更高性能的红外成像系统。
我们希望本文能够为相关领域的研究人员提供有益参考，并促进氧化钒薄膜材料和非制冷红外探测器微结构设计技术的进一步发展。
2. 氧化钒薄膜材料研究2.1 氧化钒薄膜的制备方法氧化钒薄膜是一种重要的功能材料，在红外光电子器件中具有广泛的应用。
为了制备高质量的氧化钒薄膜，研究人员尝试了多种不同的制备方法。
一种常用的制备氧化钒薄膜的方法是物理气相沉积（PVD）。
在这个过程中，首先需要将高纯度的金属钒加热至其沸点，形成金属蒸汽。
然后，将基底材料放置在反应室中，并通过调节反应室内部的温度和压力来控制金属钒与基底之间的相互作用。
384×288非制冷红外探测器驱动电路设计
384×288非制冷红外探测器驱动电路设计O 引言
近年来，非制冷红外探测器以及由多个敏感单元构成的红外焦平面阵列在军事及民用领域受到越来越广泛的关注。
非制冷红外探测器工作于室温下，所以又称之为室温红外探测器。
与制冷型红外探测器相比，室温红外探测器最大的优点在于系统无需制冷器，可在常温下工作，在低成本、低功耗、小型化和可靠性等方面有明显的优势，且已显示出了巨大的市场潜力。
UFPA 是非制冷红外热成像系统的核心，决定了系统的性能参数和成像质
量。
为了进一步提高UFPA 的性能，除提高工艺水平外，还需设计高质量低噪声的驱动电路，使UFPA 处于最佳工作状态，以提高系统的成像品质。
1 UFPA 的结构及工作原理
本电路采用的384&TImes;288 像素非制冷红外焦平面器件为ULIS 公司生产的非晶硅微测辐射热计UL03191，其主要由一个二维微测辐射热计阵列(FPA)和一个内部集成的热电制冷器(17EC)组成，热电制冷器通过对焦平面温度的精确控制使焦平面获得稳定的工作温度。
ULO3191 壳体外形紧凑，其像感面面积为9．6 mm&TImes;7．2 mm，重量小于等于25 克，像元间距为。
非制冷红外探测器应用概述
主要产品 336×256 640×512
160×120 384×288 640×512 320×240 640×480 320×240 640×480 320×240 640×480 160×120 384×288
应用材料 氧化钒 氧化钒
非晶硅
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
主要技术指标
NETD:40mk 响应时间：10~15ms
NETD:50mk 响应时间：12ms
NETD:50~80mk 响应时间：＜10ms
非晶硅 氧化钒
氧化钒
NETD:35mk 响应时间：10ms
NETD:＜50mK
氧化钒
NETD:23mK~100mK
氧化钒
NETD：＜50mK
厂商 高德
大立 广微积电
睿创
主要产品 336×256 640×512
384×288 640×512 384×288 640×512
二、非制冷红外技术概述
➢ 非制冷红外技术原理及分类 ➢ 非制冷红外探测器关键技术 ➢ 探测器的技术指标 ➢ 非制冷红外技术应用
2.1 非制冷红外技术原理
非制冷红外探测器利用红外辐射的热效应，由 红外吸收材料将红外辐射能转换成热能，引起敏 感元件温度上升。敏感元件的某个物理参数随之 发生变化，再通过所设计的某种转换机制转换为 电信号或可见光信号，以实现对物体的探测。
探测材料：硫酸三甘肽、钽 酸锂、钽铌酸钾、钛（铁电） 酸铅、钛酸锶铅、钽钪酸铅、 钛酸钡
热电堆
由逸出功不同的两种导体材料所组成的闭合回路，当两接触 点处的温度不同时，由于温度梯度使得材料内部的载流子向 温度低的一端移动，在温度低的一端形成电荷积累，回路中 就会产生热电势。（塞贝克效应Seebeck）
非制冷红外探测器研究进展(特邀)
第50卷第1期 V〇1.50 No.l红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年1月Jan. 2021非制冷红外探测器研究进展（特邀）余黎静^3,唐利斌杨文运2,郝群”(1.北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室，北京10008卜，2.昆明物理研究所，云南昆明650223;3.云南省先进光电材料与器件重点实验室，云南昆明650223)摘要：非制冷红外探测器由于无需制冷装置，能够工作在室温状态下，具有成本低、体积小、功耗低 等特点，在红外领域得到了广泛的应用。
在军事应用方面，非制冷型探测器的应用逐渐进入了之前制 冷型探测器的应用范围，大量应用在一些低成本的武器系统，甚至在一些应用领域取代了原来的非制 冷型探测器。
在民用领域方面，更表现出了其价格和使用方便的优势，在民用车载夜视、安防监控等应 用领域引起了广泛的兴趣和关注。
文中介绍了 Bolometer、热释电、热电堆等几种典型非制冷红外探测 器的工作原理，列举了目前已实现商业化应用的主要产品在国内外的情况，着重介绍了目前应用最广 泛的Bolometer器件主流产品的像元间距、阵列规格、性能及其封装发展的情况。
除了已实现商业化 应用的Bolometer、热释电、SO I二极管等探测器等产品，还详细介绍了一些非制冷探测新技术或新型 器件：比如超表面在增强某些波段吸收方面的应用，新材料的Bolometer探测器、双材料新型非制冷器 件、石墨烯、量子点、纳米线等光电探测技术的研究进展。
最后文章还对今后非制冷红外探测器的发展 趋势作了预测。
关键词：非制冷；红外探测器；热释电；Bolometer;封装中图分类号：TN215 文献标志码：A D O I：10.3788/IRLA20211013Research progress of uncooled infrared detectors(Invited)Yu Lijing1'2'3,Tang Libin1'2'3*,Yang Wenyun2,Hao Qun1*(1. The Laboratory of Photonics Information Technology, Ministry of Industry and Information Technology,School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;2. Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China;3. Yunnan Key Laboratory of Advanced Photoelectric Materials & Devices, Kunming 650223, China)Abstract:Uncooled infrared detectors are widely used in the infrared field due to their low cost,small size,and low power consumption because they do not need the cooling device and can work at room temperature.In military application field,the uncooled detector has gradually entered the application domain of previous refrigerated detector,and has been widely used in some low-cost weapon systems,even replaced the original uncooled detectors in some application fields.In the civil field,it has shown its advantages in price and ease of use,and has aroused widespread interest and attention in civil in-vehicle night vision,security monitoring and other application field.The working theory of several typical uncooled infrared detectors such as Bolometer, pyroelectric,thermopile,etc.were introduced,and the status of the main products that have been commercialized at home and abroad was enumerated,the development of pixel pitch,array specifications,performance and收稿日期:2020-1卜24;修订日期:2020-12-08基金项目:国家重点研发计划（2019YFB2203404);云南省创新团队（2018HC020)packaging of mainstream bolometer devices was focused,which were currently the most widely used.In addition to the bolometer,pyroelectric,SOI diode and other products that had been commercialized,some new uncooled detection technologies or new detectors were introduced in detail:such as the application of metasurfaces in enhancing absorption in certain wavebands,the research progress of new materials bolometer,new bi-material uncooled devices,graphene,quantum dots,nanowires and other photoelectric detection technologies.Finally,the future development trend of u ncooled infrared detectors were predicted in the end of t he review. Key words:uncooled;infrared detector;pyroelectric;bolometer;package〇引言在红外系统中，红外探测器作为探测、识别目标 的关键，其主要作用是将人射的红外信号转化为可以 检测的电信号后进行输出。
陶瓷封装非制冷型红外探测器说明书
陶瓷封装非制冷型红外探测器说明书陶瓷封装非制冷型红外探测器是一种新型的红外探测器，它采用陶瓷封装技术，具有高灵敏度、高性能和高稳定性等特点。
陶瓷封装非制冷型红外探测器在图像采集、红外夜视和监控等领域得到了广泛的应用，是一种非常优秀的红外探测器。
本文将围绕“陶瓷封装非制冷型红外探测器说明书”展开阐述，分步骤进行介绍。
第一步：产品概述陶瓷封装非制冷型红外探测器是一种基于红外探测技术的新型探测器，可以实现对红外光信号的高效采集和处理。
该产品采用了先进的陶瓷封装技术，可以有效地保护探测器内部的电路和元件，提供了稳定的工作环境。
该产品具有高灵敏度、高性能和高稳定性等优点，适用于多种领域的应用。
第二步：产品参数陶瓷封装非制冷型红外探测器的参数如下：1、探测范围：8~14um；2、分辨率：≤320×256；3、灵敏度：≤50mK；4、工作温度范围：-40℃~60℃；5、封装方式：陶瓷封装；6、接口类型：USB。
第三步：产品特点陶瓷封装非制冷型红外探测器具有以下特点：1、采用先进的陶瓷封装技术，保护探测器内部元件稳定可靠；2、具有高灵敏度和高分辨率的优点，可以准确地采集和处理红外光信号；3、工作温度范围广，适用于多种环境下的使用需求；4、USB接口方便快速连接，使用简单快捷。
第四步：使用说明使用陶瓷封装非制冷型红外探测器时，请遵循以下步骤：1、打开电源开关并连接USB接口；2、将探测器对准目标区域，确保与目标区域的距离合适；3、启动探测器软件，并进行图像采集和处理；4、操作完毕后，关闭软件并断开USB接口连接。
第五步：产品维护为了确保陶瓷封装非制冷型红外探测器的正常使用，应该注意以下维护事项：1、定期清洁探测器外部和接口处的灰尘和杂物；2、避免探测器长时间处于高温或低温环境下；3、避免探测器落地或被碰撞。
总体来说，陶瓷封装非制冷型红外探测器是一种非常优秀的红外探测器，具有高灵敏度、高性能和高稳定性等特点。
非制冷探测器技术发展
★70 年代中期至 80 年代，光栅扫描分光系统开始应用，但存在以下不足：扫描 速度慢、波长重现性差，内部移动部件多。此类仪器最大的弱点是光栅或反光镜 的机械轴长时间连续使用容易磨损，影响波长的精度和重现性，不适合作为过程 分析仪器使用。“光栅”被称为第二代分光技术。
★80 年代中后期至 90 年代中前期，应用“傅立叶变换”分光系统，但是由于干 涉计中动镜的存在，仪器的在线可靠性受到限制，特别是对仪器的使用和放置环 境有严格要求，比如室温、湿度、杂散光、震动等。“傅立叶变换”被称为第三 代分光技术。
是 320×240 FPA BST, 已装备 M16、M4、M203 和 M136 等，其探测
和识别(人)距离为 200 米。
薄膜铁电型探测
正处于研发阶段：320×240、像素尺寸为 48.5μm，NETD 为 90~170mk,
器（TFFE）
填充因子 55%.
VOx（测辐射热计红外探测器，用于武器观瞄，已装备美陆军。
★90 年代中期，开始有了应用二极管阵列技术的近红外光谱仪，这种近红外光 谱仪采用固定光栅扫描方式，仪器的波长范围和分辨率有限，波长通常不超过 1750nm。由于该波段检测到的主要是样品的三级和四级倍频，样品的摩尔吸收系 数较低，因而需要的光程往往较长。“二极管阵列”被称为第四代分光技术。
★90 年代末，来自航天技术的“声光可调滤光器”（缩写为 AOTF）技术的问世， 被认为是“90 年代近红外光谱仪最突出的进展”， AOTF 是利用超声波与特定的 晶体作用而产生分光的光电器件，与通常的单色器相比，采用声光调制即通过超 声射频的变化实现光谱扫描，光学系统无移动性部件，波长切换快、重现性好， 程序化的波长控制使得这种仪器的应用具有更大的灵活性，尤其是外部防尘和内 置的温、湿度集成控制装置，大大提高了仪器的环境适应性，加之全固态集成设 计产生优异的避震性能，使其近年来在工业在线和现场（室外）分析中得到越来 越广泛的应用。
非制冷红外焦平面探测器及其典型应用
SWIR
• 可使用常规可见光 镜头，可透过玻璃 成像
• 可探测1.06μm及 1.55μm激光
• 可复现可见光图像 细节Fra bibliotekMWIR
• 在高温、潮湿的海 洋大气条件下，中 波红外的传输优于 长波红外
• 如舰船发动机等高 温目标中波红外特 征明显
• 中波制冷红外的技 术成熟度
LWIR
• 长波红外在地面大 气环境的传输最好
11
红外成像技术—发展史
1800年， 赫胥尔发现了红外线 （水银温度计）
光机扫描、红外 摄像管技术
1800 1901年，Langley 利用探测到 1/4英里外的一头牛（电阻
1930
式测辐射热计）
1940
光机扫描红外成像技术 非制冷型红外成像技术
1956
AIM-9响尾蛇导弹
民用红外成像有望呈现爆发式增长。
9
红外成像探测器技术
制冷光子型
原理：光子型探测 优势：成像距离远，成像清晰，响应时间快，可高帧频工作（400Hz)； 劣势：系统功耗大，体积大，成本高，运行时间受制冷机寿命限制； 应用：红外雷达，光电吊舱，导引头等远距离观测与跟踪高端军用
• 长波红外与室温目 标的红外辐射光谱 的匹配最好
• 战场环境烟雾环境 适应性好
• 非制冷长波红外成 像成本较低
IRay Confidential
4
红外成像技术优势
隐蔽性好 全天时
被动式目标成像与识别，隐 蔽性好
能真正做到24小时全天时监控， 不受白天黑夜影响
抗电磁干扰
不受电磁影响，能远距离精 确跟踪热目标
准全天候
作用距离远
可穿透烟雾、雾霾、云雾成像， 在恶劣天气条件下的成像效果 几乎不受影响。
非制冷式红外探测器原理研究
非制冷式红外探测器原理研究摘要：随着信息技术的发展，红外探测技术已经被广泛应用于军事、民用、科研等众多领域。
其中，非制冷红外焦平面探测器具有无需制冷、成本低、功耗小、重量轻、小型化、使用灵活方便等特点，是当前非制冷红外探测技术研究和应用的热点和重点。
自然界所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体都会发出红外辐射，红外图像传感器则将探测到的红外辐射转变为人眼可见的图像信息。
红外成像技术涵盖了红外光学、材料科学、电子学、机械工程技术、集成电路技术、图像处理算法等诸多技术，红外成像装置的核心为红外焦平面探测器。
非制冷红外焦平面探测器的工作原理是利用红外辐射的热效应，由红外吸收材料将红外辐射能转换成热能，引起敏感元件温度上升。
敏感元件的某个物理参数随之发生变化，再通过所设计的某种转换机制转换为电信号或可见光信号，以实现对物体的探测。
非制冷红外焦平面探测器分为五大类：热释电型、热电堆型、二极管型、热敏电阻型热电容型。
本文对前四种红外探测器的工作原理进行了详细阐述，并且对每种红外焦平面探测器的关键技术例如读出电路IC技术进行了详细探究，总结了不同类型探测器的优缺点。
关键词：红外探测技术；非制冷红外焦平面探测器；读出电路；敏感元件第一章绪论1.1研究背景及课题意义随着科学技术的飞速发展以及信息社会的到来，各行各业甚至人类日常生活对信息的获取需求与日俱增。
与制冷红外成像系统相比，非制冷红外成像系统可在室温工作，省掉了昂贵且笨重的制冷设备，从而大大减小了系统的体积、成本和功耗；此外还可提供更宽的地频谱响应和更长的工作时间。
国外机构已经为军事用户提供了大量成本低、可靠性更高的高灵敏非制冷红外成像仪。
同众多高新技术一样，红外技术也是由于军事的强烈需求牵引而得以迅速发展的。
红外成像系统可装备各类战术和战略武器，常用于红外预警、侦查、跟踪、导航、夜视、大地测绘和精确制导，是电子战、信息战中获取信息的主要技术之一。
与其他探测方式不同的是，红外探测属于被动探测系统，探测系统并不主动向目标发射探测信号，相反只是通过接受目标红外辐射来完成识别任务。
非制冷红外探测器制作工艺
非制冷红外探测器制作工艺一、衬底准备衬底准备是非制冷红外探测器制作的第一步，其目的是为后续的薄膜沉积提供良好的基础。
这一阶段主要包括以下几个步骤：1.衬底清洗：使用各种清洗方法去除衬底表面的杂质和污染物，确保其表面干净、平整。
2.衬底处理：根据后续工艺需求，对衬底进行适当的处理，如抛光、研磨等，以提高其表面质量。
3.衬底预处理：通过表面改性、涂覆等方式，增强衬底与后续薄膜的结合力。
二、薄膜沉积薄膜沉积是制作非制冷红外探测器的关键环节，涉及到敏感材料、读出电路等多个组件的制备。
这一阶段的主要步骤如下：1.敏感材料沉积：根据设计要求，选择合适的敏感材料（如热敏材料、光电材料等），通过物理或化学方法将其沉积在衬底上。
2.读出电路制备：在衬底上沉积和加工出相应的读出电路，用于探测和传输信号。
3.其他组件制备：根据需要，制备其他辅助组件，如电极、接触点等。
4.薄膜质量检测：通过各种检测手段，确保所制备的薄膜质量符合要求。
三、光刻与刻蚀光刻与刻蚀是非制冷红外探测器制作中实现图形转移的关键技术。
这一阶段主要包括以下步骤：1.光刻准备：对衬底进行涂胶，选择合适的光刻胶，确保与后续刻蚀的兼容性。
2.光刻：将设计好的图形通过曝光的方式转移到光刻胶上。
3.刻蚀：根据光刻后的图案，对衬底进行刻蚀，形成所需的图形结构。
4.去胶：去除残留在衬底上的光刻胶，为后续加工做准备。
四、测试与封装在完成上述工艺步骤后，需要对非制冷红外探测器进行测试和封装，以确保其性能和可靠性。
这一阶段主要包括以下步骤：1.性能测试：对探测器进行各种性能测试，如响应速度、探测率等，确保其达到设计要求。
2.封装保护：对探测器进行适当的封装保护，以防止外界环境对其性能的影响。
常用的封装材料包括陶瓷、金属等。
3.老化与校准：在一定的温度和湿度条件下，对探测器进行长时间的老化处理，以充分暴露潜在问题并采取相应措施进行优化改进。
同时，通过校准手段对探测器的性能进行标定和调整，以确保其在应用中的准确性。
制冷型及非制冷型红外探测器性能对比、应用领域分析
1 用于军事和科研领域的制冷型红外探测器发展情况适用于制冷型红外单色探测器的主流材料是InSb和碲镉汞。
InSb中波红外探测器技术相对成熟，比较容易做成低成本、大面积、均匀性好、高性能的探测器阵列。
但它也存在如工作温度不能提高等一些缺点。
适用于多波长探测的低温红外探测器的材料一般有三种，包括碲镉汞（HgCdTe）、量子阱（QWIPs）和Ⅱ类超晶格。
表6：制冷型红外探测器敏感材料对比敏感材料技术特点锑化铟技术成熟，成本较低，只能用于单色制冷红外探测器，军民大量应用，尤其以红外空空导弹为多。
碲镉汞通过改变镉的组份，可以精确的控制碲镉汞材料的禁带宽度，覆盖短波、中波和长波红外。
但是由于微小的组分偏差就会引起很大的带隙变化，其材料的稳定性、抗辐射特性和均匀性都相对较差，所以成品率较低，成本非常高。
量子阱生长技术成熟，并且生长面型均匀，受控性好；价格低廉、产量大、热稳定性高。
但其结构特殊性使得正入射光无法很好地被探测器吸收，致使量子阱探测器的量子效率并不理想。
Ⅱ类超晶格拥有较高的探测灵敏度，几乎可以与碲镉汞相媲美。
隧穿电流和暗电流均较小，对工作温度的要求相对宽松。
提高性能、缩小体积和降低成本是目前碲镉汞探测器的三大研究方向。
国内研究碲镉汞红外探测器的单位主要包括昆明物理研究所、高德红外。
昆明物理所从2006年就开始着手碲镉汞中波红外探测器的研发工作，并于2010年实现了量产。
2015年，昆明物理研究所量产的640×512中波红外探测器实现了在温度为110K，NETD为19.7mK，有效像元率为99.33%的技术指标，标志着我国中波探测器性能指标基本达到同一时期发达国家的技术水平。
据高德红外子公司高芯科技官网显示，该公司研制了国内最新款制冷型碲镉汞中波红外探测器CB12M MWIR，其面阵规格为1280×1024，像元尺寸为12μm，NETD小于20Mk（F2/F4）。
技术指标达到国内外顶尖水平。
有关氧化钒非制冷型探测器书籍
有关氧化钒非制冷型探测器书籍氧化钒非制冷型探测器：探索冷却技术的新领域引言：随着科学技术的不断发展，人们对探测器的要求也越来越高。
在各个领域，探测器的性能和效果直接关系到实验结果的准确性和科研成果的质量。
而非制冷型探测器作为一种新型探测器，正逐渐受到研究者和应用领域的关注。
本文将重点介绍一种被广泛研究的非制冷型探测器——氧化钒探测器。
1. 氧化钒非制冷型探测器的原理和特点氧化钒探测器是一种基于热电效应的非制冷型探测器，其原理是通过测量材料中的电阻变化来检测目标物体的温度变化。
相比传统的制冷型探测器，氧化钒探测器无需外加电源或冷却设备，具有体积小、响应速度快、灵敏度高等优点。
因此，它在各个领域都有广泛的应用前景。
2. 氧化钒非制冷型探测器在红外成像领域的应用红外成像技术在军事、医疗、安防等领域具有重要的应用价值。
而氧化钒探测器作为一种非制冷型探测器，在红外成像领域中具有广泛的应用前景。
它可以实现实时成像、高分辨率和长波红外探测等特点，能够有效地满足各种应用场景的需求。
3. 氧化钒非制冷型探测器在气体检测领域的应用气体检测技术在环境监测、工业安全等领域起着重要的作用。
而氧化钒探测器作为一种非制冷型探测器，对气体的敏感度和选择性都有很好的表现。
它可以通过测量气体中的温度变化来检测气体的存在和浓度变化，具有快速响应和高灵敏度的特点。
4. 氧化钒非制冷型探测器在生物医学领域的应用生物医学领域对探测器的要求非常高，因为它直接关系到人体健康和生命安全。
而氧化钒探测器作为一种非制冷型探测器，在生物医学领域中也有其独特的应用价值。
它可以用于测量人体的体温变化、检测疾病的早期信号等，对提高医疗诊断的准确性和效率有着积极的影响。
5. 氧化钒非制冷型探测器的研究进展和挑战随着对氧化钒探测器的研究不断深入，人们对其性能和应用的要求也在不断提高。
目前，研究者们主要集中在提高氧化钒探测器的灵敏度、响应速度和稳定性等方面。
同时，还需要解决氧化钒探测器在高温和低温环境下的工作效果等挑战。
非制冷焦平面探测器品牌推荐
非制冷红外焦平面探测器由许多MEMS微桥结构的像元在焦平面上二维重复排列构成，每个像元对特定入射角的热辐射进行测量：a):红外辐射被像元中的红外吸收层吸收后引起温度变化，进而使非晶硅热敏电阻的阻值变化；b):非晶硅热敏电阻通过MEMS绝热微桥支撑在硅衬底上方，并通过支撑结构与制作在硅衬底上的COMS独处电路相连；c):CMOS电路将热敏电阻阻值变化转变为差分电流并进行积分放大，经采样后得到红外热图像中单个像元的灰度值。
为了提高探测器的响应率和灵敏度，要求探测器像元微桥具有良好的热绝缘性，同时为保证红外成像的帧频，需使像元的热容尽量小以保证足够小的热时间常数。
利用细长的微悬臂梁支撑以提高绝热性能，热敏材料制作在桥面上，桥面尽量轻、薄以减小热质量。
在衬底制作反射层，与桥面之间形成谐振腔，提高红外吸收效率。
像元微桥通过悬臂梁的两端与衬底内的CMOS读出电路连接。
所以，非制冷红外焦平面探测器是CMOS-MEMS单体集成的大阵列器件。
应用领域非制冷红外探测器在军事和商用领域具有非常广泛的应用：（a）军事领域军事领域应用包括武器热观瞄（TWS）、便携式视觉增强、车载视觉增强（DVE）、远程武器站（RWS）、无人机（UAV）、无人驾驶地面车辆、观察指挥车、火控和制导等。
（b）热像测温领域热像测温用于预防性检测，例如对电力输电线路、发电设备、机械设备等通过红外热像仪检测异常发热区域，可以预防重大停机以及事故的发生。
在建筑方面，用于检测房屋的隔热效果、墙壁外立面、空鼓、渗水和霉变等。
其它的领域还包括产品研发、电子制造、医学测温和制程控制等（c）商用视觉增强领域商用视觉增强的主要应用包括消防营救、安防监控、车载、船载的红外视觉增强等。
主要是利用红外成像无需外界光源、较强的穿透烟雾的能力、作用距离远、成像对比度强等优势，对人眼视觉进行有效的补充。
关于非制冷焦平面探测器品牌推荐，笔者想推荐的是浙江大立科技股份有限公司，该公司是由1984年成立的浙江省测试技术研究所改制而成的股份制高新技术企业，公司专业从事制冷焦平面探测器、红外热像仪、红外热成像系统的研发、生产和销售。
非制冷红外探测器应用概述综述课件
科研领域
物理研究
非制冷红外探测器在物理研究中用于研究物质的热性质、热传导、热辐射等现象，为物理学科的发展提供实验支持。
化学研究
非制冷红外探测器在化学研究中用于研究化学反应过程中的热量变化、化学键的振动等，为化学学科的发展提供实验 支持。
生物研究
非制冷红外探测器在生物研究中用于研究生物体的温度分布、代谢过程等，为生物学的发展提供实验支 持。例如，在生物学研究中，非制冷红外探测器可用于观察生物体的温度分布和代谢过程，了解生物体 的生理状态和生命活动规律。
要点三
多光谱和多模式探测
非制冷红外探测器正朝着多光谱和多 模式探测方向发展。通过同时获取不 同波段的红外辐射信息，实现对目标 的多维度检测和分析，提高探测器的 应用范围和功能。
应用拓展
医疗健康
非制冷红外探测器在医疗领域的 应用不断拓展，如红外热像仪在 无损检测、肿瘤检测、皮肤疾病 诊断等方面的应用。通过实时监 测人体温度分布，为医疗诊断和 治疗提供重要信息。
类型与分类
类型
非制冷红外探测器主要有热电堆、热 电偶、热释电、光子探测器等类型。
分类
根据工作原理和应用领域，非制冷红 外探测器可以分为近红外、中红外和 远红外探测器等类型。
02
非制冷红外探测器的应 用领域
军事领域
目标检测与识别
武器瞄准与制导
非制冷红外探测器在军事上主要用于 远距离探测和识别目标，如敌方车辆 、人员和飞机等。
特性
非制冷红外探测器具有较高的灵敏度 、响应速度和稳定性，能够在室温下 工作，不需要液氮或机械制冷。
工作原理
原理
非制冷红外探测器利用热电效应或光电效应，将 接收到的红外辐射转换为电信号。
热电效应
制冷与非制冷红外探测器区别
制冷和非制冷红外探测器区别配备制冷型探测器的红外热像仪比配备非制冷型探测器的红外热像仪具有更多优势。
然而，这类热像仪价格更昂贵。
新款的制冷型红外热像仪带有集成冷却器的成像传感器，该冷却器可将传感器温度降至低温。
通过降低传感器温度可将热感应噪声降至低于成像场景信号的噪声等级，这是十分必要的。
冷却器中的运动部件具有极其精密的机械公差，它们会随着时间的推移而磨损，而且氦气也会慢慢地渗过气体密封件。
最终，冷却器在运行了10,000-13,000小时后必须进行返修。
非制冷型红外热像仪存在以下问题：研发应用中，何时更应该使用制冷型红外热像仪？答案是：取决于用途。
如果您想掌握细微的温差，需要最佳的图像质量，或应用于快捷/高速的场合，如果您想看清极小目标的热特征或测量其温度，如果您想对电磁波谱中一个非常具体部分的热现象进行可视化，或如果您想将热像仪和其它测量设备同步使用等，制冷型红外热像仪无疑是您的理想选择。
实例对比高速这些红外图像对比了以20 mph速度旋转的轮胎的拍摄效果。
左边这张是用制冷型红外热像仪拍摄的。
您可能会觉得轮胎并未在转动，但这是制冷型红外热像仪在极其高速条件下的拍摄结果，它会“定格”轮胎的转动。
非制冷型红外热像仪的拍摄速度太慢，无法捕捉到轮胎旋转时使得轮辐显得透明的瞬间。
空间分辨率上述热图像对比了采用制冷型和非制冷型热像仪系统可实现的最佳特写放大效果。
左边的红外图像是用带4倍近焦镜头和像元间距13μm制冷型红外热像仪的组合装置拍摄的，其光斑尺寸为3.5μm。
右边的红外图像是用带1倍近焦镜头和像元间距25μm非制冷型红外热像仪的组合装置拍摄的，其光斑尺寸为25μm。
由于传感红外波长较短，制冷型红外热像仪通常具有比非制冷型红外热像仪更强的放大功能。
由于制冷型红外热像仪的灵敏度更高，因此可使用带更多光学元件或更厚元件的镜头而不降低信号噪声比，从而提升了放大功能。
灵敏度制冷型红外热像仪灵敏度改善带来的价值往往并不显而易见。
有关氧化钒非制冷型探测器书籍
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《氧化钒非制冷型探测器》
氧化钒非制冷型探测器是一种用于测量微弱信号的高灵敏探测器，广泛应用于红外光谱仪、红外成像仪、光谱分析仪等领域。
本书将详细介绍氧化钒非制冷型探测器的原理、结构、性能及应用。
我们来了解一下氧化钒非制冷型探测器的工作原理。
氧化钒是一种半导体材料，具有良好的热电特性。
当光线照射到氧化钒探测器上时，光子激发了材料内部的电子，使其跃迁到导带，产生电荷载流子。
通过外部电路收集和放大这些电荷，就可以得到光信号的强度。
我们将介绍氧化钒非制冷型探测器的结构和性能。
氧化钒探测器通常由氧化钒薄膜、衬底、电极等部分组成。
其主要性能包括响应速度快、灵敏度高、工作稳定等特点。
与传统的制冷型探测器相比，氧化钒非制冷型探测器无需外部制冷装置，具有体积小、功耗低、维护成本低等优势。
我们将探讨氧化钒非制冷型探测器在各个领域的应用。
在红外光谱仪中，氧化钒探测器可用于检测样品辐射的红外辐射强度，从而分析样品的成分和结构。
在红外成像仪中，氧化钒探测器可以将红外辐射转换成图像，用于夜视、热成像等领域。
在光谱分析仪中，氧化钒探测器可用于检测样品发出的光谱信号，实现物质的定性和定量分析。
氧化钒非制冷型探测器作为一种先进的光电探测器，具有广泛的应用前景和市场需求。
通过本书的学习，读者将对氧化钒探测器有更深入的了解，为相关领域的研究和应用提供参考和指导。
希望本书能够帮助读者更好地掌握氧化钒非制冷型探测器的原理和应用，促进相关技术的发展和创新。
非制冷型红外探测器原理
非制冷型红外探测器原理非制冷型红外探测器是一种用于探测红外辐射的设备，它利用红外辐射与物体的热量之间的关系来测量物体的温度。
与传统的制冷型红外探测器相比，非制冷型红外探测器具有更大的优势，如更低的成本、更小的尺寸、更长的使用寿命等。
非制冷型红外探测器的工作原理基于一个重要的物理现象，即红外辐射是物体在室温下释放的热量。
任何物体都会发出一定波长的红外辐射，而这些辐射的强度与物体的温度密切相关。
非制冷型红外探测器利用这个特性来测量物体的温度。
非制冷型红外探测器通常由红外探测器、光学系统和信号处理电路组成。
红外探测器是器件的核心部件，它负责将红外辐射转换为电信号。
常见的红外探测器有热电偶和热释电型。
热电偶是最早被使用的红外探测器之一，它基于热电效应。
当红外辐射照射到热电偶上时，偶极子材料会因温差产生电压信号。
这个信号随着红外辐射的强度变化而变化，从而实现红外辐射的探测。
热电偶的优点是简单、灵敏度高，但其响应时间较长。
热释电型红外探测器则是利用热释电效应来工作的。
它通常由一块热敏材料和一对电极组成。
当红外辐射照射到热敏材料上时，材料的温度会上升，导致电极之间的电荷变化。
这个电荷变化被转换为电压信号并进行放大处理，从而实现红外辐射的探测。
热释电型红外探测器的优点是快速响应和高灵敏度，但其相对复杂，制造工艺要求较高。
除了红外探测器，光学系统也是非制冷型红外探测器不可或缺的部分。
它负责将红外辐射聚焦到探测器上。
光学系统通常由透镜和反射镜组成，它们能够对红外辐射进行聚焦和反射，使探测器能够接收到更多的红外辐射，从而提高探测器的灵敏度和性能。
信号处理电路是非制冷型红外探测器另一个重要的组成部分。
它负责接收、放大和处理探测器输出的电信号，并将其转换为可用的红外温度信息。
信号处理电路通常包括滤波器、放大器和模数转换器等，可根据需求进行设计和组合。
非制冷型红外探测器在许多领域中得到广泛应用。
例如，在工业领域，它可以用于检测设备运行状况、监测热量分布等。
非制冷红外探测器工艺流程
非制冷红外探测器工艺流程英文回答：Introduction.Uncooled infrared (IR) detectors are widely used in a variety of applications, including thermal imaging, night vision, and gas sensing. These detectors are typically fabricated using a variety of processes, including micromachining, thin-film deposition, and packaging.Fabrication Process.The fabrication process for uncooled IR detectors typically involves the following steps:1. Substrate preparation: The substrate is typically a silicon or glass wafer. It is cleaned and prepared to receive the detector material.2. Detector material deposition: The detector material is deposited onto the substrate using a variety of techniques, including physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), and molecular beam epitaxy (MBE).3. Patterning: The detector material is patterned into the desired shape using a variety of techniques, including photolithography, etching, and lift-off.4. Electrical contacts: Electrical contacts are formed to the detector material using a variety of techniques, including metallization, evaporation, and sputtering.5. Packaging: The detector is packaged to protect it from the environment and to facilitate its use in real-world applications.Materials.The materials used in uncooled IR detectors vary depending on the specific application. Common materialsinclude:Semiconductors: Semiconductors, such as silicon and germanium, are used in detectors that operate in the near-infrared (NIR) and mid-infrared (MIR) regions of the spectrum.Metals: Metals, such as gold and platinum, are used in detectors that operate in the far-infrared (FIR) region of the spectrum.Polymers: Polymers, such as polyimide and polyethylene, are used in detectors that operate in the NIR and MIR regions of the spectrum.Performance.The performance of uncooled IR detectors is determined by a variety of factors, including:Responsivity: The responsivity is the ratio of the detector output signal to the incident IR radiation.Noise: The noise is the random fluctuation in the detector output signal.Detectivity: The detectivity is the signal-to-noise ratio of the detector.Applications.Uncooled IR detectors are used in a variety of applications, including:Thermal imaging: Thermal imaging cameras use uncooled IR detectors to create images of temperature distributions.Night vision: Night vision devices use uncooled IR detectors to allow users to see in low-light conditions.Gas sensing: Uncooled IR detectors are used in gas sensors to detect the presence of specific gases.Conclusion.Uncooled IR detectors are a key component in a varietyof applications. These detectors are relatively inexpensive to fabricate and can be used to detect IR radiation over a wide range of wavelengths.中文回答：简介。
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1 概非制冷探测器技术发展.doc况自上世纪90年代，非制冷凝视型红外热像仪迅速进入应用市场。
这种热像仪与制冷型凝视红外热像仪相比，虽然在温度分辨率等灵敏度方面还有很大差距，但具有一些突出的优点：不需制冷，成本低、功耗小、重量轻、小型化、启动快、使用方便、灵活、消费比高。
至今，非制冷红外焦平面阵列(FPA)技术已由小规模发展到中、大规模320×320和640×480阵列，在未来的几年内有望获得超大规模的1024×1024非制冷焦平面阵列（F PA）。
像素尺寸也由50μm减小到25μm，使焦平面灵敏度进一步提高。
这种非制冷红外成像系统在军用和民用领域应用越来越广泛，部分型号产品已装备部队，尤其在轻武器（枪械）瞄准具、驾驶员视力增强器、单兵头盔式观瞄、手持式（便携）热像仪等轻武器，以及部分导弹的红外成像末制导等方面，非致冷热像仪在近年内有望部分取代价格高、可靠性差、体积大而又笨重的制冷型热成像系统。
2 现状1978年美国Texas Instruments在世界上首次研制成功第一个非制冷红外热像仪系统，主要红外材料为α-Si（非晶硅）与BST(钛酸锶钡)。
1983年美国Honeywell开始研制室温下的热探测器，使用了硅微型机械加工技术，使热隔离性提高，成本降低。
1990-1994年美国很多公司从Honeywell获技术转让，使以VOx（氧化钒）为探测材料的非制冷探测器得到了迅速广泛发展。
VOx材料具有较高的热电阻系数，目前世界上性能最好的非制冷探测器就是采用VOx材料制备的，主要采用8~14μm波段3 20×240和160×120元的非制冷FPA器件，其结构按部件功能模块化（诸如，光学模块、FPA组件模块、信号读出处理电路模块和显示模块）。
目前市场上有热像仪整机产品，也有各种功能模块单独出售，供用户选用。
3 国外主要几家公司研制生产状况目前，国际上美国、法国、英国和日本的非制冷红外探测器研制生产水平居世界领先水平。
英国的公司主要是BAE公司，正在研制生产PST-锆钛酸铅和BST-钛酸锶钡混合结构的热释电型陶瓷探测器，单元式结构的正在研制。
日本的主要有三菱公司，正在研发的主要有Si P/N结型和YBaCuO电阻型热探测器两种，规格均为320×240，像元素尺寸均为40μm，在f/1条件下，Si P/N结型FPA 的NETD（噪声等效温差）优于120mK，YBaCuO电阻型FPA的NETD优于80mK。
日本电气公司主要从事VOx电阻型探测器研究，最新报道320×240 FPA像素尺寸为3 7μm，热响应时间为12ms，填充因子为72%，其热像仪的NETD为100mK（f/1,60H z）。
美陆军在“未来战斗系统”使用和部署三种第三代热像仪：第一种是采用制冷型探测器，具有较大的焦平面阵列（1024×1024或2048×2048），扩大目标探测器范围和提高灵敏度，并能在中波和长波波段工作，采用多光谱红外探测器，兼备在冷背景中识别目标和穿透烟雾的能力。
这种热像仪将装备那些将来优先发展的作战平台，如计划于2008年开始生产，将用于代替现役“艾布拉姆斯”坦克、“布雷德利”步战车的陆军“未来战车系统”。
第二种是非制冷型第二代高性能单色探测器，凝视型FPA（1024×1024），可装备美陆军未来的无人驾驶车辆；第三种是非制冷、体积小、成本低的多光谱、凝视型FP A的探测器，用于微型无人驾驶车辆或未来的侦察监视器材，还将代替现役夜视头盔的微光增强管。
美陆军的“未来”宇宙战士传感器将应用这种具有全天候观测功能的轻型热像仪。
表1部份国外典型非制冷红外探测器性能4 国内主要几家公司研制生产状况1995年，中科院长春光学精密机械研究所采用微机械加工技术研制成低成本线列3 2元、128元硅微测热辐射计阵列，NETD为300mK，存储时间为1ms。
2000年12月，中科院上海技术物理研究所采用新工艺制成的钛酸锶钡铁电薄膜材料性能通过鉴定达到国际领先水平，与美国TI公司演示的第一代非制冷探测器所用材料相同。
我国在非制冷红外热像仪方面的研发集中在部分高等院校和研究所。
从事经营非制冷红外热像仪的公司大部分只停留在一些外围设备和开发软件的业务上，最核心的机芯部分均系国外进口。
表2部分国产非制冷红外热像仪产品性能红外技术发展史（制冷与非制冷红外探测器）在过去的50多年里，近红外光谱仪经历了如下几个发展阶段：★第一台近红外光谱仪的分光系统（50年代后期）是滤光片分光系统，测量样品必须预先干燥，使其水分含量小于15%，然后样品经磨碎，使其粒径小于1毫米，并装样品池。
此类仪器只能在单一或少数几个波长下测定（非连续波长），灵活性差，而且波长稳定性、重现性差，如样品的基体发生变化，往往会引起较大的测量误差！“滤光片”被称为第一代分光技术。
★70年代中期至80年代，光栅扫描分光系统开始应用，但存在以下不足：扫描速度慢、波长重现性差，内部移动部件多。
此类仪器最大的弱点是光栅或反光镜的机械轴长时间连续使用容易磨损，影响波长的精度和重现性，不适合作为过程分析仪器使用。
“光栅”被称为第二代分光技术。
★80年代中后期至90年代中前期，应用“傅立叶变换”分光系统，但是由于干涉计中动镜的存在，仪器的在线可靠性受到限制，特别是对仪器的使用和放置环境有严格要求，比如室温、湿度、杂散光、震动等。
“傅立叶变换”被称为第三代分光技术。
★90年代中期，开始有了应用二极管阵列技术的近红外光谱仪，这种近红外光谱仪采用固定光栅扫描方式，仪器的波长范围和分辨率有限，波长通常不超过1750nm。
由于该波段检测到的主要是样品的三级和四级倍频，样品的摩尔吸收系数较低，因而需要的光程往往较长。
“二极管阵列”被称为第四代分光技术。
★90年代末，来自航天技术的“声光可调滤光器”（缩写为AOTF）技术的问世，被认为是“90年代近红外光谱仪最突出的进展”， AOTF是利用超声波与特定的晶体作用而产生分光的光电器件，与通常的单色器相比，采用声光调制即通过超声射频的变化实现光谱扫描，光学系统无移动性部件，波长切换快、重现性好，程序化的波长控制使得这种仪器的应用具有更大的灵活性，尤其是外部防尘和内置的温、湿度集成控制装置，大大提高了仪器的环境适应性，加之全固态集成设计产生优异的避震性能，使其近年来在工业在线和现场（室外）分析中得到越来越广泛的应用。
非制冷红外技术发展现状（上）尤海平(2005.11.17)在夜视领域，红外探测器是热成像系统的核心，主要分为两类：制冷型（基于光子探测）和非制冷型（基于热探测）。
尽管前者（或者为光电探测器，或者为光伏器件）被认为是实际应用中最佳的红外热探测技术，但它们的制造和使用成本较高。
不过，近年来非制冷红外探测器获得了长足发展。
与制冷红外探测器相比，非制冷红外探测器不需要在系统中安装制冷装置，因此尺寸较小、重量较轻且功耗较低。
此外，它们与制冷型光子探测器相比可提供更宽的频谱响应和更长的工作时间。
因此，非制冷技术能为军事用户提供成本更低、可靠性更高的高灵敏传感器。
换句话说，它们能更廉价地进行采购和使用，这是其吸引人的地方。
不幸的是，非制冷红外探测器在灵敏度方面至今无法满足所有军事应用的要求，因此其应用仍然存在一定限制。
不过，随着更多的投资涌向该技术领域，这种情况无疑会发生改变。
在不以远距离应用为主的场合，非制冷红外技术的应用正日趋广泛。
这方面的最好例子是许多国家准备发展的综合"未来士兵系统"，夜视能力是其基本要求，此时成本、重量和功耗显得格外重要。
工作原理红外探测器产生的输出信号依赖于进入其作用区域的辐射总量。
热（非制冷红外）探测器将入射辐射转换为热，而这将导致探测器元件温度升高。
温度的变化随后将转换为可被放大和显示的电信号。
热探测器能响应较宽范围的波长，而且不同波长的响应能力没有明显差异，同时在室温下具有足够高的灵敏度，可以满足成像要求。
红外频谱覆盖0.7～14 m，并被分为短波红外（也称为近红外，覆盖0.7～3 m 波段）、中波红外（覆盖3～5 m）和长波红外（也称远红外，覆盖5～14 m），不过大多数长波红外探测器覆盖8～12 m。
非制冷红外探测器有三种类型："测辐射热计，它测量电阻随温度的变化；"热电（或铁电）探测器，测量自发电子偏振随温度的变化；"热电堆，测量电动势随温度的变化（这就是众所周知的塞贝克效应或热电效应）。
在这三种探测器中，测辐射热计探测器由于与CMOS（互补型金属氧化物半导体）技术兼容而成为应用最广泛的非制冷红外探测器。
这种探测器可以单片方式与标准CMOS电路集成，因此生产成本较低。
它还允许使用超大规模集成技术实现"有源像素"结构，这种结构可以在一块芯片上集成摄像机的所有功能。
为了成为热成像摄像机的一部分，单独的红外探测器（包括制冷型或非制冷型）通常以集群成所谓的焦平面阵列（FPA），不过在特定的应用中也可以制成线阵。
每个探测器提供一个探测像素，组成阵列的像素越多，所形成的图像越清晰（且越精确）。
除了红外探测器或焦平面阵列外，热成像摄像机还需要电源、信号处理器、各种光学子部件以及视频监视器系统。
现有的热成像摄像机的用途多种多样，例如机载应用中的前视红外系统（或者装在吊舱中，或者成为传感器转塔有效负载的一部分）、装甲战车和海军导弹系统用的火控系统、单兵或班组武器的瞄准镜以及导弹寻的器等。
非制冷红外探测器目前的应用范围主要有监视、轻型头盔瞄准具、灵巧弹药、武器瞄准具、无人值守地面传感器和导弹/灵巧炸弹寻的器等。
对非制冷技术的进一步发展要求可以概括为更高的灵敏度、更小的像素尺寸和更大阵列（目标是640×480元或更大）。
此外，这类热像仪还需要提高温度稳定性、降低光学系统成本和减小功耗。
这些需求的不同组合将导致更轻、更紧凑且生产成本更低的设计。
在美国，陆军通信-电子司令部夜视与电子传感器局和国防高级研究计划局（DARPA）合作研究非制冷技术。
主要有三家公司--BAE系统公司北美分公司、DRS技术公司和雷西昂公司从事军用非制冷微测辐射热计研究工作，其中DRS 公司曾兼并了得克萨斯仪器公司、休斯公司和波音公司的红外业务。
红外焦平面阵列技术的发展现状与趋势慧聪网2005年9月16日10时51分信息来源：中采网2未来的发展趋势上面已叙述了进入二十一世纪以来红外焦平面技术的发展现状与趋势，2010年时的红外焦平面阵列技术发展将是人们十分关注的课题，那么2010年时红外焦平面阵列技术的发展将是什么结果呢？目前先进的红外焦平面阵列技术正处在从第二代向第三代更为先进的阵列技术发展的转变时期。