一种更小像元尺寸的新型非制冷红外探测器

应用如热相法和安全摄像机 ，以及防务用 途 。 图 ３展 示 了 Ｅ ＶＳ （ Ａ Ｅ Ｒ ＯＥ ＹＥ）的 系 列 产 品 ，用 于 航 空 安全 辅 助 。 随着 Ｉ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ 向更 小像 元 间距 这 一 技术 趋 势 稳 步 推 进 ，研 发 了 ｌ ７ ｍ 的非 制 冷 Ｉ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ，目前 已可 以供货［ ３ － １ ３ 】 。 可以期待像
摘要 ：成功展示 了一种像 元间距 ２ ３ ． ５ ｇ ｍ 的非制冷红外 （ Ｉ Ｒ）焦平面 （ Ｆ Ｐ Ａ） ，
在热相法、安全摄像机 等领域有广泛的商业应用 。非制冷 Ｉ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ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 Ｆ Ｐ Ａ 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 （ ≤１ ７ ｐ ｍ）的非制冷红外焦平 面。上层 包 括 了带有 ｖ 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。１ ２ ｍ、１ ５ ｐ ｍ、１ ７ 岬 间距这种像元结构测试器件 已经制作 于ｓ ｉ 读 出集成电路 （ Ｒ Ｏ Ｉ Ｃ）上，这种读 出电路适用于 ２ ３ ． ５ ｍ 间距的 Ｑ Ｖ Ｇ Ａ （ ｑ ｕ ａ ￣ ｅ ｒ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｃ ｓ ａ ｒ ｒ ａ ｙ ）（ ３ ２ ０ × ２ ４ ０ ）其性 能基本等同于 ２ ３ ． ５ ｇ ｍ 间距 的红
外焦平 面。例如 ，对于热时间常数为 １ ４ ． ５ ｍｓ 的Ｆ ／ １ 光学来说，１ ２ ｍ像元 的噪 声等效温差为 ６ ３ ． １ ｍ Ｋ。所 以，对于现有的 ２ ３ ． ５ ｍ 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 也 展 示 了其 可 行性 。 关键词：非制冷；红外探测器 ；像 元间距；测辐射热计；焦平面 用于安全及生化方面的成像应用 。 Ｖ Ｇ Ａ型 的 Ｉ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ 也 被 用 于 增 强 型 视 觉 系 统
元 间距 会进 一 步 减 至 １ ２肚 ｍ，以提 高 分辨 率 ，减 小非 制冷 摄 像 机 产 ￣ ｎ ／ ６ ， ９ ， １ ４ ］ 的尺 寸 和
成 本 。这 些 因素 是 作 者研 发 非 制冷 红 外探
测 器 更 小 像元 间距 结 构 的动 力源 泉 。
４ｌ
图 １ （ ｂ ） 所示， 这 一像 元 结 构 也被 用 于 ＶＧ Ａ
模 式 的测辐 射 热 计 型 非制 冷 Ｉ Ｒ Ｆ Ｐ Ａｓ（ ６ ４ ０ Ｘ４ ８ ０ ， ＨＸ３ １ ０ ０ ） 。这 一像 元 技 术 已经 扩 展 到 Ｑ ＶＧＡ （ ３ ２ ０ ×２ ４ ０ ）类 型 Ｉ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ（ 如 图 ｌ （ ｃ ） 和（ ） 。此外 ，Ｑ ＶＧＡ 型 Ｉ Ｒ Ｆ Ｐ Ａ 已被 用 于 实 时太 赫 兹 （ Ｔ Ｈ ｚ ）成 像探 测 （ 如 图 ２ ） 。 改变 了光 学材 料 和探 测 器 结 构 以改进 Ｔ Ｈｚ 波 段 的响应 率 。 通常认为 Ｔ Ｈｚ成像 适
Ｈａ ｒ ｕ ｙ ｏ ｓ ｈ ｉ Ｋａ ｔ ａ ｙ ａ ｍａ ２ ， Ｔａ ｄ ａ ｓ ｈｉ Ｉ ｍａ ２
（ １ ． ＮＥ Ｃ公 司制导 与 电光分 部 ，东 京 １ ８ ３ ． ８ ５ ０ １千代 田区，东京 都 １ － １ ０ ， 日本 ２ ． 日本航 天开发 署 ，筑波 市 ，干 现 ２ － １ ． １ ，茨城 县 ３ ０ ５ ． ８ ５ ０ ５ ， 日本 ）
２ ０ １ ５焦
云光技术
第４ ７卷
第１ 期
一
种 更 小 像 元 尺 寸 的新 型 非 制 冷 红 外 探 测 器
Ｓ ｈ ｉ ｇ ｅ ｒ ｕ Ｔ ｏ ｈ ｙ ａ ｍａ ，Ｔ ｏ ｋ ｕ ｈ ｉ ｔ ｏ Ｓ ａ ｓ ａ ｋ ｉ ，Ｔ ｓ ｕ ｔ ｏ ｍｕ Ｅ ｎ ｄ ｏ ｈ ，Ｍａ ｓ ａ ｈ ｉ ｋ ｏ Ｓ ａ ｎ ｏ ，Ｋｏ ｊ ｉ Ｋａ ｔ ｏ ， Ｓ ｅ Ｏ ｉ Ｋ ｕ ｒ ａ ｓ ｈ ｉ ｎ ａ ， Ｍａ ｓ ａ ｒ ｕ Ｍｉ ｙ ｏ ｓ ｈ ｉ ， Ｔ ａ ｋ ａ ｏ Ｙ ａ ｍａ ｚ ａ ｋ ｉ ， Ｍｕ ｎ ｅ ｔ ａ ｋ ａ Ｕｅ ｎ ｏ ，
（ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ，Ｅ ＶＳ ） ，高 端研 究
０ 引言 Hale Waihona Puke Baidu
２ ０ ０ ４年 ，作者 研 发 了 ２ ３ ． ５ ｏ ｍ 像 元 间 距 的探 测 器 ，应 用 了如 图 ｌ （ ａ ） 所 示 的两 次 弯 曲悬 梁 和屋 檐 式 结 构 。在 当时 ，这 一 像 元 间 距 是 非制 冷 红 外焦 平 面 中最 小 的 。如