基于标准CMOS工艺用于非制冷红外探测器的低成本红外吸收结构

This paper introduces a low-cost infrared absorbing structure for an uncooled infrared detector in a standard 0.5 m CMOS technology and post-CMOS process. The infrared absorbing structure can be created by etching the surface sacrificial layer after the CMOS fabrication, without any additional lithography and deposition procedures. An uncooled infrared microbolometer is fabricated with the proposed infrared absorbing structure.The microbolometer has a size of 6565 m2and a fill factor of 37.8%. The thermal conductance of the microbolometer is calculated as 1.3310 5W/K from the measured response to different heating currents. The fabricated microbolometer is irradiated by an infrared laser, which is modulated by a mechanical chopper in a frequency range of 10–800 Hz. Measurements show that the thermal time constant is 0.995 ms and the thermal mass is 1.3210 8J/K. The responsivity of the microbolometer is about 3.03104V/W at 10 Hz and the calculated detectivity is 1.4108cm Hz1=2/W.     

一种基于非制冷型红外探测器的温控技术

非制冷型探测器需要工作在一个稳定的温度环境中,本文采用TEC作为非制冷型红外探测器的制冷方案,通过FPGA合理设置探测器初始焦平面温度,实时检测环境温度和腔体温度并实时调整焦平面温度等多种手段,使TEC工作在最佳状态,从而使探测器工作在最佳的温度环境中,提高热像仪成像质量。     

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(Non-Uniformity 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。     

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8～12 μm 。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。     

非制冷铁电混合式红外焦平面探测器

介绍了国内非制冷铁电混合式红外焦平面探测器的最新研究进展,给出器件所采用的铁电材料的基本物理和电学特性参数、器件的热隔离技术和相应参数、读出电路的基本结构和性能,详细讨论了影响性能的关键参数和工艺,最后对试验结果进行了分析.     

非制冷红外探测器领域专利申请脉络分析

红外探测器是能对外界红外光辐射产生响应的光电传感器,是红外系统的核心,在军事和民用领域都有广泛的应用前景,也是目前传感器领域发展的重点之一。本文关注非制冷红外探测器的技术发展,并重点评述了以非晶硅和氧化钒为热敏材料的非制冷红外探测器在专利申请方面的进展与发展趋势。     

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,MEMS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.     

非制冷型热释电薄膜红外探测器的制备及应用

介绍了室温非制冷型热释电薄膜红外探测器的原理和优势。从热释电材料的选择及器件的结构设计等方面阐述了热释电薄膜红外探测器的制备技术和研究动向,并归纳了器件的主要应用领域。     

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.     

电可调非致冷红外探测原理

传统的红外光谱探测技术能够提供丰富的光谱信息,应用广泛,但该技术同时也存在一定局限性,如很难同步实现探测器小型化和探测波段实时调节等方面的要求.提出了一种基于电可调表面等离子体谐振吸收的新型FET红外探测器结构.基于电磁场理论分析了结构参数对红外光学吸收的影响,并通过结构参数的优化使吸收结构对特定红外波段的吸收率达到90%以上.栅压变化时VOx热敏层中载流子的浓度分布和折射率均发生变化,显示该器件具有明显的电可调光谱吸收特性.借助于这种FET结构,非制冷红外探测器将具有片上可调光谱探测能力,同时具有易于阵列化特点,为微小型可配置光谱成像探测器件提供了一条思路.     

Prospects of uncooled HgCdTe detector technology

Over the last several years cooled applications of HgCdTe at low temperatures have proliferated. Having low fundamental dark current at any given wavelength and temperature makes HgCdTe attractive for high temperature applications as well. We are exploring detectors with cut off wavelengths from the near to middle infrared region (∼1.5 to ∼4 μm). Theory allows applications from low light level imaging in starlight and “nightglow” to thermal imaging, both with useful sensitivities at room temperature. The demonstrated possibility of reducing or eliminating traditional recombination processes (radiative and Auger) further increase the attractiveness of HgCdTe. Current materials technology shows some evidence that these sensitivities can be attained. Current detector technology, being limited by SRH traps, appears to require modest cooling (to about 250K). Improved materials and processes should eliminate the need for even this cooling.     

共用桥腿式高性能非制冷红外焦平面探测器研究

研制出一种新型微桥结构的氧化钒非制冷红外焦平面探测器。该微桥结构采用列相邻像素共用桥腿的方式,极大地增加了桥腿长度,减小热导,能有效提高像元响应率并降低噪声等效温差（NETD）。同时该微桥结构采用双层工艺,增加桥面及氧化钒面积,提升填充率,进一步提升探测器性能。探测器器件阵列采用384×288,像素为12 μm,读出电路采用逐行积分、逐列输出模式,封装方式采用高可靠性的金属真空封装。测试结果表明,探测器的NETD不大于15 mK,响应率大于44 mV/K。其性能指标可以满足民用、军用等领域的应用需求。     

基于65 nm标准CMOS工艺的3.0 THz 探测器

基于Dyakonov和Shur等离子体波振荡原理设计并流片制备了一种采用65 nm标准CMOS工艺的3.0THz探测器,探测器包括贴片天线、NMOS场效应晶体管、匹配网络及陷波滤波器。探测器在室温条件下可达到526 V/W的响应率(Rv)和73 pW/Hz1/2的噪声等效功率(NEP)。采用该探测器和步进电机搭建了太赫兹扫描成像系统,获得了太赫兹源出射光斑的远场形状,光斑的半高宽(FWHM)为240μm;并对聚甲醛牙签和树叶进行了扫描成像实验,结果表明CMOS太赫兹探测器在成像领域有潜在的应用前景。     

红外焦平面探测器模拟装置设计

红外焦平面探测器价格昂贵,不慎损坏将带来巨大的经济损失,使用探测器模拟装置进行调试可以降低风险,装置采用CMOS传感器＋DSP＋FPGA的体系结构。传感器产生1280×1024可见光图像发送给DSP,DSP对数据处理后写入双端口存储器,FPGA读取数据并缓存后根据收到的MC、INT信号及窗口尺寸和位置等配置情况对缓存的图像进行开窗,生成DV等信号并控制数模转换器将图像数据转换为四路模拟信号输出,FPGA控制模数转换器对接口电路电源进行检测。实验结果表明,模拟装置能够较全面模拟探测器各项功能和工作模式,可以有效降低装调风险并提高测试效率。     

基于弛豫铁电单晶的红外热释电探测器研究

研究了新型热释电材料驰豫铁电单晶(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3(PMNT)的低损伤减薄工艺、电极成型和耦合封装等关键技术,研制了基于PMNT的单元热释电探测器。对减薄后约30μm晶片材料性能的测试分析表明,部分样品的热释电系数约为9.0×10-4 C/m2 K,无明显衰减。采用低噪声电路提取单元探测器的微弱热释电电流,对所研制的单元探测器性能进行了测试分析。     

基于摆停模式的航空大视场面阵热成像技术

针对目前基于单元探测器和线列探测器的红外成像仪不能较好兼顾大视场、高空间分辨率、高温度灵敏度的问题,研制了一套基于非制冷型面阵红外探测器的大视场热红外成像仪,实现了75°大视场、0.4 mrad空间分辨率和50 m K(NEΔT)温度灵敏度指标.建立了面阵摆扫图像畸变校正模型,较好地解决了面阵摆扫图像定位精度低和图像拼接裂缝问题.研究成果对大视场面阵摆扫红外成像技术的发展具有重要的参考价值.     

新型SiO2栅介质非晶硅薄膜晶体管室温红外探测器

对用作室温红外探测敏感单元的非晶硅薄膜晶体管进行了研究,提出了一种新型SiO2栅介质非晶硅薄膜晶体管室温红外探测器。该探测器的基本工作机理与传统的SiN2栅介质薄膜晶体管相类似,但在器件性能方面不仅具有较高的响应度,而且具有更好的温度稳定性;在制作工艺方面具有更高的工艺重复性和栅介质淀积的均匀性。     

非制冷红外热像仪稳定性验证方法研究

非制冷红外热像仪随着环境温度、电源波动以及吸收红外辐射的增加,将会产生严重的温度漂移现象,这将影响到红外探测器的响应特性,从而导致输出信号受一定的影响。本文针对应用在测温检测方面的非制冷红外热像仪开展研究,提出了一种红外热像仪稳定性验证试验方法,并通过此方法对国内外多款非制冷红外热像仪进行了稳定性测试,绘制其输出信号随时间变化的曲线。根据稳定性情况确定针对热像仪温度漂移的温度补偿算法,提升应用产品的测温精度。