国产640_512非制冷氧化钒红外焦平面探测器的研制_雷述宇

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1、第35卷第12期红外技术Vol.35No.122013年12月InfraredTechnologyDec.2013〈材料与器件〉国产640×512非制冷氧化钒红外焦平面探测器的研制雷述宇，方辉，刘俊，何熙（北京广微积电科技有限公司，北京100089）摘要：非制冷红外焦平面探测器可以应用到红外瞄准、红外侦查、安防监控、消防搜救等多领域。论述了国产640×512（20m）氧化钒非制冷红外焦平面热辐射传感器的主要设计方法及技术参数，包括MEMS结构开发、读出电路设计、真空封装等关键技术，最终通过参数测试、车载成像验证了国产氧化钒非制冷红外探测器的性能指标可以满足民用、军用等领域的需

2、求。关键词：氧化钒；焦平面阵列；微机电系统；读出电路设计中图分类号：TN215文献标识码：A文章编号：1001-8891(2013)12-0759-05ResearchonDomestic640×512UncooledVOxInfraredFocalPlaneArrayLEIShu-yu，FANGHui，LIUJun，HEXi(BeijingGuangweiIntegratedCircuitsInc.,Beijing100089,China)Abstract：Uncooledinfraredfocalplanearray（FPA）canbeusedinaiming,detect

3、ing,monitoring,searchingandrescueing.Thispaperdiscussesthemaindesigningmethodandparametersof640×512（20m）VOxuncooledinfraredFPAproducedinNorthGuangweiTechnologyInc.,includingMEMSstructuredeveloping,read-outcircuitdesigning,vacuumencapsulationandsoon.Throughparameterstestingandimagingtest,the

4、performanceofthisproductisprovedtosatisfythecivilandmilitaryuse.Keywords：VOx，focalplanearray（FPA），MEMS，read-outcircuit在的15m，已经接近红外光学的衍射极限13m；0引言阵列越来越大，从160×120扩大到现在的1k×1k，最近几十年间，红外热成像受到越来越广泛的甚至可能通过拼接做到2k×2k；噪声等效温差关注，其核心技术红外探测器的研制已取得长足进（NETD）越来越低，现在最好的NETD已经能做到展。非致冷红外探测器/微测辐射热计作为属于第三30mK。表1

5、中比较了国外各大公司640系列的各代的基于微机电系统MEMS技术的红外探测器，由种传感器的性能。于具有体积小、重量轻、功耗低、易携带、非制冷国内进行非制冷红外焦平面阵列技术的研发起等优点，在工业、农业、国防、医疗、交通、环境步较晚，整体水平落后国际先进水平近10年。[1]保护等诸多领域具有非常广泛的应用前景。非制研发团队致力于氧化钒非制冷红外探测器的开冷红外探测器虽然在灵敏度方面与制冷型红外探测发，在国内首次实现了VOx热敏材料、640×512器还有一定差距，但是解决了红外探测组件价格长读出电路阵列、20m像元的非制冷式红外焦平面期居高不下的局面，为红外探测设备的小型化扫清

6、传感器的研发、生产。本文先从MEMS结构开发、了障碍，为红外探测技术开拓了广阔的民用和军用读出电路设计两个方面概述了640×512（20m）市场。氧化钒非制冷红外探测器的设计，然后介绍了探测国际上，非制冷红外焦平面阵列技术的发展趋器的金属管壳真空封装，最终通过参数测试和成像势主要有3个：像元越来越小，从45m减小到现测试，验证了相关产品的性能。收稿日期：2013-08-06；修订日期：2013-10-10.作者简介：雷述宇（1972-），男，博士，主要从事氧化钒非制冷红外焦平面探测器的设计、开发。E-mail：shuyu.lei@gwic.com.cn。759第35卷第12

7、期红外技术Vol.35No.122013年12月InfraredTechnologyDec.20131640×512（20m）探测器设计到衬底反射层的真空间距通常设定为/4，以实现在某个特定波长下的最大吸收。而现在采用的双重结构，1.1氧化钒（VOx）20m像元MEMS结构开发相当于在真空间隙中插入了一层桥臂，桥臂中的金属氧化钒（VOx）薄膜是一种广泛应用于红外热也会起到反射的作用，因此桥面与桥臂、桥臂与衬底[2]成像探测的薄膜材料。相比-Si，VOx具有电阻温之间的间距就不能简单地