非制冷紅外焦平面探測(cè)器技術(shù)研究

非制冷紅外焦平面探測(cè)器技術(shù)研究

0非制冷紅外焦平面探測(cè)器紅外焦平面勘探是熱成像系統(tǒng)的核心部件。這是測(cè)量、識(shí)別和分析物體紅外信息的關(guān)鍵。它廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、交通、安全監(jiān)測(cè)、氣象、醫(yī)學(xué)等行業(yè)。紅外焦平面探測(cè)器可分為制冷型紅外焦平面探測(cè)器和非制冷紅外焦平面探測(cè)器,制冷型紅外焦平面探測(cè)器的優(yōu)勢(shì)在于靈敏度高,能夠分辨更細(xì)微的溫度差別,探測(cè)距離較遠(yuǎn),主要應(yīng)用于高端軍事裝備;非制冷紅外焦平面探測(cè)器無(wú)需制冷裝置,能夠工作在室溫狀態(tài)下,具有體積小、質(zhì)量輕、功耗小、壽命長(zhǎng)、成本低、啟動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)。雖然在靈敏度上不如制冷型紅外焦平面探測(cè)器,但非制冷紅外焦平面探測(cè)器的性能已可滿(mǎn)足部分軍事裝備及絕大多數(shù)民用領(lǐng)域的技術(shù)需要。近年來(lái),隨著非制冷紅外焦平面探測(cè)器技術(shù)的不斷進(jìn)步和制造成本的逐漸下降,其性?xún)r(jià)比快速提升,為推動(dòng)非制冷紅外焦平面探測(cè)器的大規(guī)模市場(chǎng)應(yīng)用創(chuàng)造了良好條件。非制冷紅外焦平面探測(cè)器主要是以微機(jī)電技術(shù)(MEMS)制備的熱傳感器為基礎(chǔ),大致可分為熱電堆/熱電偶、熱釋電、光機(jī)械、微測(cè)輻射熱計(jì)等幾種類(lèi)型[1],其中微測(cè)輻射熱計(jì)的技術(shù)發(fā)展非常迅猛,所占市場(chǎng)份額也最大。近年來(lái)非制冷紅外焦平面探測(cè)器的陣列規(guī)模不斷增大,像元尺寸不斷減小,并且在探測(cè)器單元結(jié)構(gòu)及其優(yōu)化設(shè)計(jì)、讀出電路設(shè)計(jì)、封裝形式等方面出現(xiàn)了不少新的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。本文將在介紹測(cè)輻射熱計(jì)型非制冷紅外焦平面探測(cè)器的基礎(chǔ)上,分析其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。1到制造技術(shù)模塊分析非制冷紅外焦平面探測(cè)器從設(shè)計(jì)到制造可分成微測(cè)輻射熱計(jì)、讀出電路、真空封裝等3大技術(shù)模塊。下面分別對(duì)它們進(jìn)行介紹。1.1微測(cè)輻射熱計(jì)的工作原理圖1為單個(gè)微測(cè)輻射熱計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖,在硅襯底上通過(guò)MEMS技術(shù)生長(zhǎng)出與橋面結(jié)構(gòu)非常相似的像元,也稱(chēng)之為微橋。橋面通常由多層材料組成,包括用于吸收紅外輻射能量的吸收層,和將溫度變化轉(zhuǎn)換成電壓(或電流)變化的熱敏層,橋臂和橋墩起到支撐橋面,并實(shí)現(xiàn)電連接的作用[2]。微測(cè)輻射熱計(jì)的工作原理是:來(lái)自目標(biāo)的熱輻射通過(guò)紅外光學(xué)系統(tǒng)聚焦到探測(cè)器焦平面陣列上,各個(gè)微橋的紅外吸收層吸收紅外能量后溫度發(fā)生變化,不同微橋接收到不同能量的熱輻射,其自身的溫度變化就不同,從而引起各微橋的熱敏層電阻值發(fā)生相應(yīng)的改變,這種變化經(jīng)由探測(cè)器內(nèi)部的讀出電路轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出,經(jīng)過(guò)探測(cè)器外部的信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理電路最終得到反映目標(biāo)溫度分布情況的可視化電子圖像。為了獲得更好的性能,需要在微測(cè)輻射熱計(jì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上做精心的考慮與參數(shù)折衷。主要的設(shè)計(jì)參數(shù)及要求包括:微測(cè)輻射熱計(jì)與其周?chē)h(huán)境之間的熱導(dǎo)要盡量小;對(duì)紅外輻射的有效吸收區(qū)域面積盡量大以獲得較高的紅外輻射吸收率;選用的熱敏材料需要具有較高的電阻溫度系數(shù)(TCR)、盡量低的1/f噪聲和盡量小的熱時(shí)間常數(shù)[3]。1.1.1橋臂的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如圖1所示,為使微測(cè)輻射熱計(jì)與其襯底間的熱導(dǎo)盡量小,微橋的橋臂設(shè)計(jì)需要用低熱導(dǎo)材料,并采用長(zhǎng)橋臂小截面積的設(shè)計(jì)。此外,需將微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器陣列封裝在一個(gè)真空的管殼內(nèi)部,以減小其與周?chē)諝庵g的熱導(dǎo)。1.1.2生產(chǎn)力要使微測(cè)輻射熱計(jì)對(duì)紅外輻射的吸收率盡量高,可從以下兩方面入手。1雙層?xùn)|南角緣結(jié)構(gòu)填充系數(shù)定義為微測(cè)輻射熱計(jì)對(duì)紅外輻射的有效吸收面積占其總面積的百分比。微橋的橋臂、相鄰微橋之間的空隙、連接微橋與讀出電路的過(guò)孔等所占的面積都是沒(méi)有紅外吸收能力的。圖1所示的是典型的單層微橋結(jié)構(gòu),其填充系數(shù)一般是60%~70%,且隨著像元尺寸的減小,單層結(jié)構(gòu)的填充系數(shù)會(huì)進(jìn)一步下降。要增加填充系數(shù)以獲得更高的吸收率,可以采用如圖2[3]所示的雙層傘形微橋結(jié)構(gòu),紅外輻射吸收材料處于上方第二層,形似撐開(kāi)的雨傘,橋臂及其他無(wú)吸收能力的部分都放到傘下的第一層。這種結(jié)構(gòu)的填充系數(shù)可做到90%左右。2吸收層與反射面間的距離對(duì)二次吸收率的影響通過(guò)設(shè)計(jì)光學(xué)諧振腔也可以提高微測(cè)輻射熱計(jì)對(duì)紅外輻射的吸收率。因?yàn)橛邢喈?dāng)一部分入射的紅外輻射能量會(huì)穿透微橋結(jié)構(gòu)的紅外吸收層,所以通常在微橋下方制作一層紅外反射面,將從上方透射來(lái)的紅外輻射能量反射回紅外吸收層進(jìn)行二次吸收。吸收層與反射面之間的距離對(duì)于二次吸收的效果有較大影響,如果設(shè)計(jì)為紅外輻射波長(zhǎng)的1/4,就可增加吸收層對(duì)反射回來(lái)的紅外能量的吸收。對(duì)于8~14μm的長(zhǎng)波紅外輻射,該距離約為2~2.5μm。圖3[3](a)所示為一種類(lèi)型的諧振腔結(jié)構(gòu)示意圖,反射面位于讀出電路的硅襯底表面,所以微橋的橋面與硅襯底的距離是1/4輻射波長(zhǎng);圖3(b)所示為另一種類(lèi)型的諧振腔結(jié)構(gòu)示意圖,反射面位于微橋的下表面,所以微橋的厚度要做成1/4輻射波長(zhǎng)。1.1.3集成本機(jī)組tcr和低1/f噪聲熱敏材料的選取對(duì)于微測(cè)輻射熱計(jì)的靈敏度(NETD)有非常大的影響,優(yōu)選具有高溫度電阻系數(shù)(TCR)和低1/f噪聲的材料,同時(shí)還要考慮到所選材料與讀出電路的集成工藝是否方便高效。目前最為常用的熱敏材料包括氧化釩(VO1非制冷氧化釩trt微測(cè)輻射熱計(jì)20世紀(jì)80年代初,美國(guó)的Honeywell公司在軍方資助下開(kāi)始研究氧化釩薄膜,并于20世紀(jì)80年代末研制出非制冷氧化釩微測(cè)輻射熱計(jì)。氧化釩材料具有較高的TCR(在室溫環(huán)境下約為2%/K~3%/K),其制備技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已很成熟,在微測(cè)輻射熱計(jì)產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用。氧化釩也有多種復(fù)合形態(tài),如VO2納米材料探測(cè)器法國(guó)原子能委員會(huì)與信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室/紅外實(shí)驗(yàn)室(CEA2LETI/LIR)從1992年開(kāi)始研究多晶硅材料的探測(cè)器,目前技術(shù)上已很成熟。多晶硅的TCR與VO3trt-最短板trt及熱敏材料trt-t的比對(duì)硅二極管正向壓降的溫度系數(shù)特性可用于紅外探測(cè)器的制造。紅外吸收導(dǎo)致的溫度變化可帶來(lái)的PN結(jié)正向壓降變化并不顯著,等效的TCR只有0.2%/K,比通常的電阻型熱敏材料低一個(gè)數(shù)量級(jí)。但硅二極管的優(yōu)點(diǎn)在于其面積可做的比電阻的面積更小,因而能做出尺寸更小的像元,獲得更大陣列規(guī)模的焦平面[4]。硅二極管微測(cè)輻射熱計(jì)可在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝線(xiàn)上生產(chǎn),制造更為方便。4鈦金屬薄膜ctr系統(tǒng)還有一些材料也可用于微測(cè)輻射熱計(jì)的制造,它們具有某些優(yōu)異的特性,但也存在較明顯的缺點(diǎn)。鈦金屬薄膜具有較低的1/f噪聲,可方便地與CMOS讀出電路集成,具有較低的熱導(dǎo),但其TCR只有0.35%/K左右;鍺硅氧化物材料(Ge1.2.1降低讀出信號(hào)非均勻性非制冷紅外焦平面探測(cè)器的讀出電路將每個(gè)微測(cè)輻射熱計(jì)的微小電阻變化以電信號(hào)的方式輸出。照射到焦平面上的紅外輻射所產(chǎn)生的信號(hào)電流非常小,一般為納安甚至皮安級(jí),這種小信號(hào)很容易受到其他噪聲的干擾,因此讀出電路的電學(xué)噪聲要控制的盡量小,以免對(duì)探測(cè)器的靈敏度指標(biāo)造成不必要的影響。傳統(tǒng)讀出電路的工作原理是:給微測(cè)輻射熱計(jì)的熱敏薄膜施加固定的低噪聲偏置電壓,將其隨溫度的阻值變化以電流變化的形式得到,再由積分器轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),經(jīng)驅(qū)動(dòng)器輸出,如圖4所示。探測(cè)器制造工藝存在的偏差會(huì)導(dǎo)致探測(cè)器的輸出信號(hào)存在非均勻性,近年來(lái)一些降低讀出信號(hào)非均勻性的設(shè)計(jì)方法逐漸在讀出電路上得到實(shí)現(xiàn)。例如列條紋非均勻性就是一種與讀出電路密切相關(guān)的形態(tài),這是由于讀出電路中有一些部件是焦平面陣列中每一列共用的,如積分器。這種電路結(jié)構(gòu)會(huì)給同一列的輸出信號(hào)引入一些共性特征,不同列之間的特征差異就表現(xiàn)為列條紋。針對(duì)列條紋的產(chǎn)生機(jī)理,可以通過(guò)改進(jìn)讀出電路設(shè)計(jì)來(lái)有效地抑制甚至基本消除列條紋,提高列與列之間的均勻性[5]。早期的非制冷紅外焦平面探測(cè)器必須使用熱電溫控器(TEC)來(lái)保持焦平面陣列的溫度穩(wěn)定,這是因?yàn)椴煌裨g由于制造工藝的偏差會(huì)帶來(lái)阻值的差異,最終表現(xiàn)為陣列的不均勻性:即使所有像元接受同樣的黑體輻射,它們各自輸出的電壓信號(hào)幅值也是不同的;即使所有像元面對(duì)同樣的黑體輻射變化,它們各自所輸出的電壓信號(hào)的變化量也是不同的。上述這種由于像元之間差異所導(dǎo)致的陣列不均勻性,還會(huì)隨著焦平面溫度的變化而改變,使得探測(cè)器輸出信號(hào)呈現(xiàn)出復(fù)雜的變化,為后續(xù)信號(hào)處理工作帶來(lái)困難[6]。近年來(lái)隨著讀出電路設(shè)計(jì)水平的提高,在實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)讀出電路的行選列選、積分器、信號(hào)驅(qū)動(dòng)等基礎(chǔ)功能之外,一些抑制像元輸出信號(hào)隨溫度漂移的補(bǔ)償電路也逐漸用于讀出電路設(shè)計(jì),從而可以實(shí)現(xiàn)無(wú)TEC應(yīng)用,使得非制冷紅外焦平面探測(cè)器在功耗、體積、成本等方面更具備優(yōu)勢(shì)。1.3.3真空封裝微測(cè)輻射熱計(jì)接收目標(biāo)紅外輻射后的溫度變化很微弱,為了使其上面的熱量能夠維持住,避免與空氣分子進(jìn)行熱交換,需要將其置于真空環(huán)境下工作,一般對(duì)真空度的要求是小于0.01mbar(即0.00001atm)。對(duì)非制冷紅外焦平面探測(cè)器真空封裝[7]的要求是:優(yōu)異且可靠的密閉性;具有高透過(guò)率的紅外窗口;高成品率;低成本。目前的封裝技術(shù)可分為芯片級(jí)、晶圓級(jí)、像元級(jí)等,其中芯片級(jí)封裝技術(shù)按照封裝外殼的不同又可分為金屬管殼封裝和陶瓷管殼封裝。1.3.1管殼封裝等成本過(guò)高金屬管殼封裝是最早開(kāi)始采用的封裝技術(shù),技術(shù)已非常成熟,圖5是金屬管殼封裝使用的主要部件。由于采用了金屬管殼、TEC和吸氣劑等成本較高的部件,導(dǎo)致金屬管殼封裝的成本一直居高不下,使其在低成本器件上的應(yīng)用受到限制。金屬管殼封裝形式的探測(cè)器曾經(jīng)占據(jù)了非制冷紅外焦平面探測(cè)器的大部分市場(chǎng),無(wú)論國(guó)外還是國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠(chǎng)商都有大量的此類(lèi)封裝產(chǎn)品。圖6為幾種量產(chǎn)的金屬管殼封裝的探測(cè)器。隨著更低成本的新封裝技術(shù)的日漸成熟,目前金屬管殼封裝形式的探測(cè)器所占市場(chǎng)份額已經(jīng)顯著減少。1.3.2電子元器件的封裝復(fù)合式電子管殼封裝陶瓷管殼封裝是近年來(lái)逐漸普及的紅外探測(cè)器封裝技術(shù),可顯著減小封裝后探測(cè)器的體積和重量,且從原材料成本和制造成本上都比傳統(tǒng)的金屬管殼封裝大為降低,適合大批量電子元器件的生產(chǎn)。陶瓷管殼封裝技術(shù)的發(fā)展得益于目前無(wú)TEC技術(shù)的發(fā)展,省去TEC可以減小對(duì)封裝管殼體積的要求并降低成本。圖7為兩種典型的陶瓷管殼封裝紅外探測(cè)器。1.3.3紅外探測(cè)器晶圓級(jí)封裝是近兩年開(kāi)始走向?qū)嵱玫囊环N新型紅外探測(cè)器封裝技術(shù),需要制造與微測(cè)輻射熱計(jì)晶圓相對(duì)應(yīng)的另一片硅窗晶圓,硅窗晶圓通常采用單晶硅材料以獲得更好的紅外透射率,并在硅窗口兩面都鍍有防反增透膜。微測(cè)輻射熱計(jì)晶圓與硅窗晶圓通過(guò)精密對(duì)位,紅外探測(cè)器芯片與硅窗一一對(duì)準(zhǔn),在真空腔體內(nèi)通過(guò)焊料環(huán)焊接在一起,最后再裂片成為一個(gè)個(gè)真空密閉的晶圓級(jí)紅外探測(cè)器。圖8[3]是一個(gè)晶圓級(jí)封裝紅外探測(cè)器的剖面圖和晶圓級(jí)封裝示意圖。與陶瓷管殼封裝技術(shù)相比,晶圓級(jí)封裝技術(shù)的集成度更高,工藝步驟也有所簡(jiǎn)化,更適合大批量和低成本生產(chǎn)。晶圓級(jí)封裝技術(shù)的應(yīng)用為紅外熱成像的大規(guī)模市場(chǎng)(如車(chē)載、監(jiān)控、手持設(shè)備等)提供了具有足夠性?xún)r(jià)比的探測(cè)器。1.3.4微測(cè)輻射熱計(jì)的mems工藝步驟像元級(jí)封裝技術(shù)是一種全新的封裝技術(shù),相當(dāng)于在非制冷紅外焦平面探測(cè)器的每個(gè)像元微橋結(jié)構(gòu)之外再通過(guò)MEMS技術(shù)制造一個(gè)倒扣的微蓋,將各個(gè)像元獨(dú)立的密封起來(lái)。圖9[7]是其工藝過(guò)程的示意圖,其中1~5步是目前的微測(cè)輻射熱計(jì)的MEMS工藝步驟,在這之后繼續(xù)在微橋的橋面上方生長(zhǎng)第二層犧牲層,做為生長(zhǎng)紅外窗口薄膜的支撐層。待紅外窗口薄膜及微蓋四壁生長(zhǎng)完成后,在真空腔體內(nèi)通過(guò)窗口上的釋放孔將前后兩次的犧牲層釋放掉,最后封堵住釋放孔,完成像元級(jí)真空封裝。像元級(jí)封裝技術(shù)使封裝成為了MEMS工藝過(guò)程中的一個(gè)步驟,這極大地改變了目前的封裝技術(shù)形態(tài),簡(jiǎn)化了非制冷紅外焦平面探測(cè)器的制造過(guò)程,使封裝成本降低到極致。目前這種技術(shù)還處于研究階段,但隨著像元級(jí)封裝技術(shù)的成熟和實(shí)用化,非制冷紅外焦平面探測(cè)器的成本還將大幅下降,更加貼近民用和消費(fèi)級(jí)應(yīng)用市場(chǎng)的需求。2主要工廠(chǎng)技術(shù)的發(fā)展2.1.3.1.2酶表面設(shè)計(jì)美國(guó)FLIR-SYSTEMS公司是高性能紅外熱像儀系統(tǒng)研制、生產(chǎn)和銷(xiāo)售的全球領(lǐng)先者,也是世界上首屈一指的非制冷氧化釩紅外焦平面探測(cè)器的制造商。FLIR不單獨(dú)銷(xiāo)售焦平面探測(cè)器,都是隨著它的機(jī)芯或整機(jī)系統(tǒng)一同銷(xiāo)售,從FLIR推向市場(chǎng)的產(chǎn)品可看出其量產(chǎn)的紅外探測(cè)器的性能[8]。目前FLIR非制冷焦平面探測(cè)器的像元尺寸以25μm和17μm為主;面陣規(guī)模以336×256和640×512為主;封裝形式上既有陶瓷管殼封裝,也有晶圓級(jí)封裝的成熟產(chǎn)品;NETD指標(biāo)約為40mK左右;熱響應(yīng)時(shí)間約10~15ms?？偟膩?lái)說(shuō),FLIR的產(chǎn)品代表了目前世界主流先進(jìn)水平。2.2.2面陣的封裝法國(guó)ULIS公司隸屬于法國(guó)Sofradir公司,是世界上最主要的非制冷多晶硅紅外焦平面探測(cè)器的制造商,ULIS的探測(cè)器產(chǎn)品進(jìn)入中國(guó)較早并占據(jù)了國(guó)內(nèi)大部分探測(cè)器市場(chǎng)。目前ULIS的探測(cè)器在像元尺寸上以25μm為主,17μm的產(chǎn)品也已開(kāi)始批量供貨;面陣規(guī)模涵蓋160×120、384×288和640×480;在封裝上同時(shí)具有金屬管殼和陶瓷管殼封裝,即ULIS的產(chǎn)品既有含TEC的,也有無(wú)TEC的;NETD指標(biāo)稍差,約為50~80mK;但熱響應(yīng)時(shí)間小于10ms是其一個(gè)優(yōu)點(diǎn)[9]。最近ULIS在進(jìn)一步減小像元尺寸方面做了不少研究工作,據(jù)2012年的文獻(xiàn)報(bào)道,ULIS已經(jīng)研制成功像元尺寸12μm,分辨率640×480的多晶硅探測(cè)器,其在熱響應(yīng)時(shí)間僅有6.6ms的情況下,NETD可達(dá)到53mK[10]。更小的像元尺寸意味著探測(cè)器的面陣可以做的更大,而體積、重量、成本則會(huì)更低。隨著探測(cè)器像元尺寸的縮小,也需要在紅外光學(xué)和圖像處理端配合進(jìn)行更加深入和細(xì)致的工作,才能獲得性能優(yōu)異的熱成像系統(tǒng)[11]。2.3.2.3產(chǎn)品的測(cè)試美國(guó)DRS公司是世界知名的非制冷氧化釩紅外焦平面探測(cè)器的生產(chǎn)廠(chǎng)商,DRS的探測(cè)器產(chǎn)品主要供應(yīng)美國(guó)軍方,近兩年開(kāi)始逐漸向民用市場(chǎng)推廣。目前DRS基于25μm像元尺寸的產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟,17μm像元尺寸的產(chǎn)品也開(kāi)始在批量供貨;陣列分辨率上320×240、640×480兩種都已批量生產(chǎn),更大的1024×768/17μm探測(cè)器也開(kāi)始推向市場(chǎng);在封裝上同時(shí)具有金屬管殼和陶瓷管殼封裝[12]。圖10[13]是DRS幾款有代表性的產(chǎn)品照片。DRS探測(cè)器產(chǎn)品的微測(cè)輻射熱計(jì)采用了雙層傘形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),可獲得更高的填充系數(shù),帶來(lái)更高的響應(yīng)率;在讀出電路中采用了溫度補(bǔ)償技術(shù),從而可使探測(cè)器穩(wěn)定的工作于無(wú)TEC模式。2.4探測(cè)器的熱響應(yīng)時(shí)間指標(biāo)英國(guó)BAE公司也是世界知名的非制冷氧化釩紅外焦平面探測(cè)器生產(chǎn)廠(chǎng)商。近年來(lái),BAE致力于將其原先28μm像元尺寸的產(chǎn)品升級(jí)至17μm像元尺寸,640×480的探測(cè)器研究和制造較為順利,更大面陣的1024×768探測(cè)器也在研制中。BAE的探測(cè)器可有不同的熱響應(yīng)時(shí)間指標(biāo)(從4ms~20ms),對(duì)應(yīng)的NETD指標(biāo)也不同,在兩者之間取適當(dāng)折衷[14]。BAE熱響應(yīng)時(shí)間12ms的器件NETD可達(dá)50mK。2.5.2.1.3細(xì)胞膠質(zhì)材料美國(guó)L-3公司是一家實(shí)力非常雄厚的非制冷紅外焦平面探測(cè)器制造廠(chǎng)商。L-3旗下采用多晶硅為熱敏材料的電光系統(tǒng)公司L-3EOS(L-3Electro-OpticalSystems),在多晶硅紅外探測(cè)器的出貨量上僅次于法國(guó)ULIS,早在2009年就實(shí)現(xiàn)了17μm像元尺寸,分辨率640×480的探測(cè)器量產(chǎn),其產(chǎn)品陣列規(guī)模覆蓋了320×240、640×480和1024×768。據(jù)報(bào)道,其17μm探測(cè)器在10ms熱響應(yīng)時(shí)間下可達(dá)到35mK的NETD水平[15]。L-3EOS在多晶硅之外也采用硅鍺材料作為熱敏材料進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā),以期提升產(chǎn)品性能。L-3公司與其他廠(chǎng)商不同之處在于它同時(shí)還有采用氧化釩作為熱敏材料的產(chǎn)品。2005年L-3收購(gòu)了主做氧化釩探測(cè)器的紅外視覺(jué)公司ITC(InfraredVisionTechnologyCorporation),從而同時(shí)擁有了兩種最主流熱敏材料的非制冷紅外焦平面探測(cè)器制造能力[16]。L-3公司也是較早在產(chǎn)品上采用晶圓級(jí)封裝技術(shù)的廠(chǎng)商,并取得了不錯(cuò)的效果。圖11[15]是L-3公司幾款晶圓級(jí)封裝的探測(cè)器產(chǎn)品。2.6探測(cè)器的選擇日本NEC公司是采用氧化釩材料的非制冷紅外焦平面探測(cè)器生產(chǎn)廠(chǎng)商,擁有像元尺寸為23.5μm,分辨率320×240、640×480的探測(cè)器產(chǎn)品[17]。近兩年NEC新研制成功了像元尺寸12μm(見(jiàn)圖12[18])、分辨率640×480的探測(cè)器,采用陶瓷管殼封裝,并獲得了60mK的NETD指標(biāo)[18]。2.7.3非制冷氧化釩焦平面探測(cè)器北方廣微科技有限公司是中國(guó)具有領(lǐng)先水平的氧化釩非制冷紅外焦平面探測(cè)器生產(chǎn)廠(chǎng)商。2009年初研制成功第一款國(guó)產(chǎn)160×120/45μm非制冷氧化釩焦平面探測(cè)器,近幾年來(lái)在技術(shù)和市場(chǎng)上取得了飛速發(fā)展。北方廣微已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的探測(cè)器在像元尺寸上以25μm和20μm為主,面陣規(guī)模以384×288和640×512為主[19],NETD指標(biāo)約為40mK,熱響應(yīng)時(shí)間約10~15ms;代表了目前國(guó)內(nèi)量產(chǎn)探測(cè)器產(chǎn)品的領(lǐng)先水平[20]。北方廣微的17μm像元尺寸和陶瓷管殼封裝的探測(cè)器產(chǎn)品也即將推向市場(chǎng)。2.8非制冷紅外焦平面探測(cè)器的主要產(chǎn)品除上述外,還有一些知名的非制冷紅外焦平面探測(cè)器生產(chǎn)廠(chǎng)商,由于公開(kāi)的技術(shù)文獻(xiàn)較少,在此只能做簡(jiǎn)單介紹。美國(guó)雷神公司(Raytheon)是著名的武器系統(tǒng)供應(yīng)商,它也制造先進(jìn)的紅外焦平面探測(cè)器,主要產(chǎn)品用于美國(guó)軍方裝備。從不多的文獻(xiàn)中可以大約了解到Raytheon的探測(cè)器為氧化釩材料;采用傘形結(jié)構(gòu);在像元尺寸上有25μm和17μm;面陣規(guī)模有320×240和640×480;NETD指標(biāo)約為40mK左右。以色列SCD公司也是具有很高技術(shù)水平的非制冷紅外焦平面探測(cè)器制造商。SCD采用氧化釩材料;在像元尺寸上有25μm和17μm;面陣規(guī)模為384×288和640×480;熱響應(yīng)時(shí)間約10ms;NETD指標(biāo)約為50mK