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1、第37卷第9期激光与红外Vo.l37,No.92007年9月LASER＆INFRAREDSeptember,2007文章编号:1001-5078(2007)09-0801-05国外非制冷红外焦平面阵列探测器进展雷亚贵,王戎瑞,陈苗海(华北光电技术研究所,北京100015)摘要: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。关键词:非制冷红外探测器;红外焦平面阵列;微测辐射热计;微
2、悬臂梁红外探测器中图分类号:TN215文献标识码:ADevelopmentofForeignUncooledIRFPADetectorsLEIYa-gui,WANGRong-rui,CHENMiao-hai(NorthChinaResearchInstituteofElectro-optics,Beijing100015,China)Abstract:Uncooledinfrareddetectorisonetypeofthemostfastevolvedinfrareddetectorsandhasw
3、idemilitaryandcivilianapplications.Inthepaper,thestatementisfocusedonthestateofartandtrendofseveralforeignrepresenta-tiveuncooledinfrareddetectorsdevelopmen.tKeywords:uncooledinfrareddetector;infraredfocalplanearray;microbolometer;microcantileverdetector
4、1引言非制冷红外探测器主要包括测辐射热计、热电由于应用需求的牵引,红外焦平面阵列(IRF-(或铁电)探测器和热电堆探测器,其中微测辐射热PA)探测器技术已发展到第三代水平,其中非制冷计和铁电红外探测器生产量所占市场份额较大,而[1]IRFPA探测器发展迅速,虽然目前的性能尚不及制前者比后者的灵敏度高很多,并保持上升势头。冷型光子探测器那样好,但其能够工作在室温状态本文着重阐述典型非制冷IRFPA探测器———微测下,并具有质量轻、体积小、寿命长、成本低、功耗小、辐射热计的发展状况,同时也介绍了近年出现的一
5、启动快及稳定性好等优点,满足了民用红外系统和些新型非制冷IRFPA探测器技术,如硅-绝缘体部分军事红外系统对长波红外探测器的迫切需要。(SOI)二极管非制冷IRFPA探测器、双材料微悬臂事实表明,采用非制冷IRFPA探测器的轻型红外热梁非制冷IRFPA探测器、利用热光效应的非制冷像仪系统逐渐增多,其中采用的规格主要有160×IRFPA探测器等。120元、256×128元和320×240元等。一些较大规2微测辐射热计进展格如640×480元氧化钒(VOx)非制冷红外探测器微测辐射热计的工作原理是温度变化引
6、起材料也得到少量装备和应用,如美国DRS公司已在其小型常平架的传感器中采用了型号为U6000的640×作者简介:雷亚贵(1970-),女,硕士,高级工程师,主要从事信息技术工作。E-mail:lyg5145@sina.com480元VOx非制冷IRFPA探测器。收稿日期:2007-06-27802激光与红外第37卷电阻变化,其种类较多,应用也最广泛,包括VOx,a-Si以及YBaCuO,其中VOx和a-Si是主流产品。2.1VOxVOx的电阻温度系数(TCR)较高(一般为2%～3%/K),是目前首选的非
7、制冷红外FPA探测器。美国BAE公司、Raytheon公司、DRS公司、Indigo系统(a)双弯曲臂结构(b)具有屋檐结构的像元公司、日本的NEC以及以色列的SCD公司等单位都能生产160×120～640×480元VOx非制冷IRF-PA探测器,噪声等效温差(NETD)为20～100mK。目前,美国BAE和DRS已经在进行大规格1024×1024元非制冷IRFPA探测器的研究。为提高分辨率,在同等面积上增加像元数目可使像元尺寸减小,导致灵敏度降低,因此要最大限度(c)新结构截面示意图地提高光学吸收和隔
8、热性能。美国Raytheon公司图2NEC公司改进的像元结构图采用了独特的双层结构提高隔热和增加光学填充因VOx虽然目前依然是微测辐射热计中使用最多[2-3]子,如图1所示。图1(a)为像元间距为50μm的材料,但其最大的缺点就是不能与标准硅集成电的像元结构;图1(b)为Raytheon公司的双层结构,路工艺兼容。像元间距为25μm。采用这种结构得到的填充因子2.2a-Si(非晶硅)大于70%,光吸收效率大于80%。这种新技术已经非晶硅的T
