云顶国际 非制冷红外——微测辐射热计探测器

自1930年以来，光子探测器一直占据着红外探测器发展的主导地位。然而，光子探测器所需的低温制冷不但使得探测器价格昂贵，也使得系统体积增大、使用不便。非制冷红外焦平面探测器无需制冷装置，能够工作在室温状态下，具有体积小、质量轻、功耗小、寿命长、成本低、启动快等优点。虽然在灵敏度上不如制冷型红外焦平面探测器，但非制冷红外焦平面探测器在民用领域应用广泛。

目前，微测辐射热计探测器的产量比所有其他红外阵列技术的总和都要大，主导非制冷红外探测器技术。目前，商用测辐射热计主要由氧化钒制造、非晶硅或硅二极管制造。短波红外探测器也属于非制冷型红外探测器的一种。

VOx的电阻温度系数较高（一般为2%～3%/K），即随着温度的变化电阻变动的幅度较大，是目前首选的热敏电阻型非制冷红外焦平面探测材料。

早在20世纪80年代初，美国的Honeywell公司开始研究氧化钒薄膜，并于20世纪80年代末研制出非制冷氧化钒微测辐射热计红外焦平面阵列。在1993年就报道了320×240像素的微测热辐射红外焦平面阵列，其像元尺寸为50μm×50μm，噪声等效温差（NETD）为100 mK（f/1：30 Hz）。

Honeywell公司这种原创技术授权给了美国的几家公司，1994年，美国DRS公司获得Honeywell技术许可。两年后，DRS发明了“伞状”像元结构专利，“伞状”结构由吸收介质薄膜构成，与下面的绝缘体一起可以使辐射吸收最大化。其“伞状”结构可以调节从而对其热道和热容进行控制，使工作波段的红外吸收得到最大，实现最佳响应度和响应时间。

美国雷声视觉系统（RVS）在1999年的研究表明，延长支撑腿的长度是提高灵敏度的有效方法之一，并在此基础上对像元结构进行了一些改进，开发了一种多层微辐射热计像元结构，将热绝缘支撑腿和VOx测辐射热计放置在不同的平面上。

2004年，日本NEC提出了一种带有屋檐结构的改进像元结构。该像元是三层结构，最上层是采用SiN制成的屋檐结构，VOx测辐射热计薄膜、隔膜以及制成位于中间层。最下面是一个反射层，与处于中间层的隔膜形成光学谐振吸收器。

其他西方国家也紧随其后，相继研发出结构类似性能相当的红外焦平面探测器。这些公司在上付出了大量的努力，通过减小像元尺寸、增加表面吸收以及改进CMOS的读出，使得VOx测辐射热计在更多方面的应用成为可能。