高性能17μm非制冷氧化钒红外焦平面探测器的研制

研制出一款640×512高性能17μm非制冷氧化钒红外焦平面探测器.读出电路输入级采用镜像电路获得盲像元(Rd)和感光像元(Rs)电流差的积分电流(Iint),并能够有效抑制输入偏压噪声;同时采用逐行积分、逐列读出模式.氧化钒采用单层微桥工艺;像元桥臂间距缩至0.8μm,以尽可能增大桥面及VOx面积,有效提高像元响应率.器件采用高可靠性的金属真空封装.测试结果表明,器件的噪声等效温差(NETD)小于45 mK,响应率大于15 mV/K,热响应时间小于10 ms.     

非制冷红外焦平面阵列的非均匀性校正及其实现

针对基于氧化钒(VOx)的非制冷红外焦平面阵列,介绍了非制冷红外成像系统的构成及其原理,并根据焦平面阵列及其读出电路的特点,给出了相应的非均匀性校正及其FPGA设计的实现。     

非制冷红外焦平面CMOS读出电路设计

在过去的10年里红外焦平面阵列成像技术逐渐进入了成熟期,从红外焦平面的发展背景出发,简要介绍了一种新颖的非制冷焦平面成像技术,论述了读出电路在红外焦平面信号传输中的作用并介绍了其基本框图,分析了国内外焦平面读出电路的现状,最后提出了一些在红外焦平面阵列读出电路设计中所需要注意的问题。     

氧化钒非制冷红外焦平面探测器芯片工艺研究

非制冷红外探测器具有成本低廉、无需制冷等优异特点,在红外探测和红外成像领域占有极其重要的地位.从氧化钒非制冷焦平面探测器的牺牲层、支撑层、氧化钒等制备工艺进行了研究,为国内非制冷焦平面探测器工程化研究奠定了坚实的技术基础.     

非制冷微悬臂梁式红外焦平面探测器读出电路设计

针对非制冷微悬臂梁电容式红外探测器,设计了一款焦平面读出电路.根据电路噪声建模与分析,对电路进行了优化设计以抑制噪声.采用0.35μm的CMOS工艺设计,制造了16×16读出电路原型.测试结果表明,5V电源电压、50Hz帧频下电路总功耗为16.5mW,典型工作模式下线性度为99.2%,通道一致性大于97%,等效输入噪声电荷小于150e.     

非制冷红外焦平面阵列读出电路设计

针对SOI二极管型非制冷红外探测器,设计了一种新型读出电路(ROIC)。该电路采用栅调制积分(GMI)结构,将探测器输出电压信号转化为电流信号进行积分。设计了虚拟电流源结构,消除线上压降(IR drop)对信号造成的影响。电路采用0.35μm 2P4M CMOS工艺进行设计,5V电源电压供电。当探测器输出信号变化范围为0~5mV时,读出电路仿真结果表明:动态输出范围2V,线性度99.68%,信号输出频率5MHz,功耗116mW。     

非制冷红外焦平面探测器及其技术发展动态

非制冷红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件。介绍了非制冷红外焦平面探测器的工作原理及微测辐射热计、读出电路、真空封装三大技术模块,分析了影响其性能的关键参数。与微测辐射热计设计相关的重要参数包括低的热导、高的红外吸收率、合适的热敏材料等;读出电路的传统功能是实现信号的转换读出,近年来也逐渐加入了信号补偿的功能;真空封装技术包括了金属管壳封装、陶瓷管壳封装、晶圆级封装和像元级封装。列举了国内外主要厂商的非制冷红外焦平面探测器的技术指标及近年来的最新技术进展,总结了非制冷红外焦平面探测器的技术发展趋势。     

非制冷红外焦平面探测器热敏薄膜技术研究进展

近年来红外探测技术在军事和民用领域得到了迅速的发展,非制冷红外探测器以其低成本、小型化、非制冷等优势在红外探测系统发展中占据着重要的地位。本文总结了国内外非制冷红外探测器的发展现状,分析了两种主要的非制冷红外探测器技术路线的特点及差异,并给出了这两种技术路线后续发展趋势。     

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。     

微机械非制冷红外热电堆探测器

近年来,非制冷红外探测器应用和开发一直是令人关注的焦点之一,详细介绍了几种现阶段流行的非制冷热电堆探测器的工艺制作方法以及所用材料,并介绍了近几年来热电堆探测器的发展情况.     

一种新型非致冷红外探测器

介绍一种基于标准硅工艺、采用电容读出方式微悬臂梁非制冷红外探测器的设计、制作及性能测试.用这两种热膨胀系数相差很大材料(氮化硅和铝)的薄膜做成的双材料微悬臂梁在红外辐射下,温度升高并发生弯曲.通过检测微悬臂梁和衬底形成的一个可变电容变化可以得知微悬臂梁的弯曲情况,从而可以探测红外辐射的信息.利用外部测试设备对单元探测器进行测试表明微悬臂梁对红外辐射有很高的响应.     

采用非制冷红外探测器的折衍混合物镜设计

针对长波320×240元非制冷焦平面阵列探测器,设计了折射／衍射混合大相对孔径红外镜头,工作波段8～12舯,焦距为90mm,F数为1,视场为10°．系统为三片式结构：利用二元光学元件具有大的负向色散特性,在第4面引入衍射面,有效地消除了色差,简化了系统结构并减轻了质量,并用ZEMAX光学设计软件进行了像质评价．结果表明,系统成像质量良好,各项指标均满足使用要求．     

新型非致冷红外探测器

介绍了近年来出现的各种新型非致冷红外探测器,对不同探测器的基本工作原理、器件结构、制作工艺以及性能的优缺点进行了讨论和对比,并对非致冷红外探测器的改进方向进行了预测.     

室温红外探测用VOx薄膜的工艺研究

用反应溅射法制备了VOx薄膜.利用XPS分析技术,研究了薄膜组分与氧分压、基片材料、沉积厚度等工艺条件的关系.结果表明本工艺得到V2O5、VO2、V2O3复相膜,氧气流量大和较厚薄膜容易获得高价态V,衬底表面吸附氧会改变薄膜组分,V2O5、VO2含量高的薄膜电阻温度系数相对较高,V2O3不利于红外探测.     

应用光力学效应的非制冷红外成像系统

应用光力学效应的非制冷红外焦平面阵列( Focal Plane Array - FPA) ,配有可见光读出部分的红外成像系统,可以在8 至14μm 光谱区得到热物体成像。其核心部件是双材料悬臂梁结构的焦平面阵列。不同于利用其他效应的非制冷红外成像系统,此种成像系统可以方便的在室温下正常工作,而且省去了相当复杂的信号转换电路,降低了制备复杂程度和成本。采用MEMS 表面硅工艺制备FPA ,深入研究了双材料悬臂梁结构成像系统的基本原理、光学读出系统、工艺制备难点,并得到了高温物体红外源的成像响应结果。     

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.     

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。     

应用于红外成像导引头的非制冷焦平面探测器

随着非制冷探测器技术的迅猛发展,中大规模、高灵敏度的非制冷焦平面器件实现工程化应用.使用非制冷焦平面器件的红外成像导引头具有效费比高、结构紧凑、易维护等优点,已成为红外成像导引头的重要成员之一.介绍了国内外几款采用非制冷红外成像导引头的反坦克导弹、精确攻击导弹、精确炸弹、反舰导弹,以及所使用的非制冷焦平面器件的性能参数,总结了用于红外成像制导系统的非制冷焦平面器件的特点及发展趋势.     

晶圆级封装非制冷大面阵红外探测器应用分析

红外成像系统已经应用到军事和民用领域多年,但一直没得到广泛应用,主要原因是其分辨率低、成本高、工艺不稳定和技术门槛高等。解决这些问题需要从传感器工艺、探测器封装、红外图像处理芯片等方面加以改进。红外技术未来会朝低成本、专用处理芯片、高分辨率等方向发展。目前,国内厂商陆续推出了晶圆级封装(Wafer-Level Package,WLP)、高分辨率探测器和专用图像处理芯片等方面的新产品。但采用这些新器件的红外成像系统却没有得到相应的研究。本文主要基于烟台艾睿光电科技有限公司新推出的晶圆级封装的1280×1024元红外探测器以及专用图像处理芯片的实际应用,在系统架构、结构散热、成像算法等方面对由新器件构建的红外成像系统进行了验证分析。