紅外熱像儀探測(cè)器分類(lèi)和發(fā)展簡(jiǎn)史
由于紅外輻射是人眼不可見(jiàn)的，要察覺(jué)其存在，測(cè)量其強(qiáng)弱，就必須首先利用紅外探測(cè)器將其轉(zhuǎn)換為某種便于測(cè)量的信號(hào)。紅外探測(cè)器是紅外探測(cè)或成像系統(tǒng)中的核心，也是紅外技術(shù)發(fā)展zui活躍的領(lǐng)域。紅外技術(shù)的發(fā)展水平，通常是以紅外探測(cè)器的發(fā)展水平為主要標(biāo)志的。
1.紅外探測(cè)器分類(lèi)
對(duì)于品種繁多的紅外探測(cè)器，有各種不同的分類(lèi)方法。根據(jù)響應(yīng)波長(zhǎng)，可以分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外和極遠(yuǎn)紅外探測(cè)器；根據(jù)工作溫度和致冷需求，可以分為低溫致冷和室溫非致冷紅外探測(cè)器；根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為單元、線(xiàn)陣和焦平面紅外探測(cè)器；就探測(cè)機(jī)理而言，又可分為光子和熱敏紅外探測(cè)器，下面主要就這兩類(lèi)紅外探測(cè)器予以簡(jiǎn)單介紹。
1.1光子紅外探測(cè)器
光子紅外探測(cè)器是利用材料的光電效應(yīng)將光信息轉(zhuǎn)換為電信息的紅外敏感器件。材料的電學(xué)性質(zhì)通常取決于材料中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)光束入射至材料表面時(shí)，入射光子如果直接與材料中的電子起作用，引起電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變，則材料的電學(xué)性質(zhì)也將隨之發(fā)生變化，這類(lèi)現(xiàn)象統(tǒng)稱(chēng)為材料的光電效應(yīng)。這里強(qiáng)調(diào)“直接”兩字。如果光子不是直接與電子作用，而是能量被固體晶格振動(dòng)吸收引起固體的溫度升高，導(dǎo)致材料電學(xué)性質(zhì)的改變，這種情況不能稱(chēng)為光電效應(yīng)，而是熱電效應(yīng)。光子探測(cè)器主要有以下幾種：
（1）光電導(dǎo)紅外探測(cè)器
某些半導(dǎo)體材料，當(dāng)受到紅外線(xiàn)照射時(shí)，其電導(dǎo)率將明顯改變，這種物理現(xiàn)象就是光電導(dǎo)效應(yīng)。利用具有光電導(dǎo)效應(yīng)的材料制成的紅外探測(cè)器就稱(chēng)為光電導(dǎo)型探測(cè)器。常用的這種類(lèi)型的探測(cè)器有：硫化鉛（PbS）、硒化鉛（PbSe）、銻化銦（InSb）、碲鎘汞（Hg1-xCdxTe）和鍺（Ge）摻雜紅外探測(cè)器。
光電導(dǎo)探測(cè)器的缺點(diǎn)是：光電導(dǎo)效應(yīng)只有在紅外輻射照射一段時(shí)間后，其電導(dǎo)率才會(huì)達(dá)到穩(wěn)定值，而當(dāng)停止照射后，載流子不能立即全部復(fù)合消失，因此，電導(dǎo)率只有經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才能回復(fù)。這種現(xiàn)象稱(chēng)為弛豫現(xiàn)象，這就造成了光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器響應(yīng)速度較慢的缺點(diǎn)。
（2）光伏紅外探測(cè)器
如果在固體內(nèi)部存在一個(gè)電場(chǎng)，而且條件適當(dāng)，則本征光吸收所產(chǎn)生的電子－空穴對(duì)會(huì)趨向兩個(gè)部分，在兩部分間產(chǎn)生電勢(shì)差，接通外電路就可以輸出電流。這就是半導(dǎo)體PN結(jié)的光伏效應(yīng)。利用具有光伏效應(yīng)的材料制成的紅外探測(cè)器稱(chēng)為光伏紅外探測(cè)用的光伏紅外探測(cè)器有：砷化銦（InAs）、碲鎘汞（Hg1-xCdxTe）和銻化銦（InSb）探測(cè)器等。
與光電導(dǎo)效應(yīng)相反，光伏效應(yīng)是一種少數(shù)載流子效應(yīng)。少數(shù)載流子的壽命通常短于多數(shù)載流子的壽命，當(dāng)少數(shù)載流子復(fù)合消失時(shí)，光伏信號(hào)就終止了。由于這個(gè)原因，光伏紅外探測(cè)器的響應(yīng)速度一般快于光電導(dǎo)紅外探測(cè)器，有利于作高速檢測(cè)，另外其結(jié)構(gòu)也有利于排成二維陣列制作焦平面。
（3）光電子發(fā)射紅外探測(cè)器
當(dāng)頻率為v的光束照射至固體材料表面時(shí)，由于光的量子效應(yīng)，光能總是以單個(gè)光子能量hv起作用，固體中的電子吸收了能量后動(dòng)能增大。在向表面運(yùn)動(dòng)的電子中有一部分能量較大，除了在途中由于與晶格或其它電子碰撞而損失一部分能量外，尚有足夠的能量以克服固體表面的勢(shì)壘，逸出固體表面而向真空發(fā)射光電子，這種效應(yīng)稱(chēng)為光電子發(fā)射效應(yīng)，利用這種效應(yīng)制成的紅外探測(cè)器稱(chēng)為光電子發(fā)射紅外探測(cè)器。
由于光子探測(cè)器是依賴(lài)材料內(nèi)部電子直接吸收入射紅外輻射，無(wú)需經(jīng)過(guò)物體加熱的中間過(guò)程，因而具有響應(yīng)速度快、體積小、可靠性高、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)在室溫附近，由于材料固有的熱激發(fā)將增大探測(cè)器的暗電流，降低器件性能，因此，光子探測(cè)器需要在低溫致冷條件下才能發(fā)揮其*性能，這就增加了紅外探測(cè)或者成像系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性，造成系統(tǒng)成本一直居高不下，僅在對(duì)靈敏度要求很苛刻的軍事領(lǐng)域和部分工業(yè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用，而很難進(jìn)入具有廣泛應(yīng)用前景的民用領(lǐng)域。
1.2紅外熱像儀探測(cè)器分類(lèi)和發(fā)展簡(jiǎn)史-熱敏紅外探測(cè)器
與光子探測(cè)器將光子能量直接轉(zhuǎn)換為光電子的光電效應(yīng)不同，熱敏紅外探測(cè)器是利用紅外輻射的熱效應(yīng)，通過(guò)熱與其他物理量的變換來(lái)探測(cè)紅外輻射的。物質(zhì)的某些性質(zhì)隨入射光的加熱作用引起的溫度升高而變化的現(xiàn)象稱(chēng)為熱敏效應(yīng)。熱敏效應(yīng)的特點(diǎn)是入射光與材料的晶格相互作用，晶格因吸收光能而振動(dòng)能量增加，材料溫度上升，從而引起與溫度有關(guān)的物理，化學(xué)或者電學(xué)參量發(fā)生變化。這些效應(yīng)主要包括：塞貝克效應(yīng)、熱敏電阻效應(yīng)、熱釋電效應(yīng)、熱彈性效應(yīng)、隧道效應(yīng)、液晶色變和氣體壓力改變等效應(yīng)。
熱敏紅外探測(cè)器的響應(yīng)信號(hào)取決于輻射功率或者其變化率，與紅外輻射的光譜成分無(wú)關(guān)。由于探測(cè)器的加熱和冷卻是一個(gè)比較緩慢的過(guò)程，因此與光子探測(cè)器相比，熱探測(cè)器的響應(yīng)速度較慢。一般情況下，光子探測(cè)器的響應(yīng)時(shí)間為微秒級(jí)，而熱探測(cè)響應(yīng)時(shí)間為毫秒級(jí)。熱敏紅外探測(cè)器主要包括熱釋電、溫差電堆和微測(cè)輻射熱計(jì)紅外探測(cè)器三種類(lèi)型。
（1）-熱釋電紅外探測(cè)器
研究發(fā)現(xiàn)，部分晶體（如硫酸三甘肽、鈮酸鍶鋇等）沿某一特定的方向切割成薄片，并在兩表面制作電極形成平板電容后，當(dāng)晶體溫度發(fā)生變化時(shí)，電容兩端將產(chǎn)生電壓。這種當(dāng)材料表面溫度發(fā)生變化后，因材料自發(fā)極化而在材料表面釋放出電荷的現(xiàn)象稱(chēng)為熱釋電效應(yīng)[6]。如果將該電容器上接上負(fù)載電阻，則會(huì)產(chǎn)生熱釋電電流根據(jù)熱釋電效應(yīng)設(shè)計(jì)的紅外探測(cè)器就是熱釋電紅外探測(cè)器。
熱釋電材料僅在溫度變化時(shí)才產(chǎn)生響應(yīng)電流，這是熱釋電探測(cè)器區(qū)別于其他熱敏紅外探測(cè)器（如微測(cè)輻射熱計(jì)、熱電堆）的重要標(biāo)志。這個(gè)特點(diǎn)也決定了熱釋電紅外探測(cè)器必須在斬波器協(xié)助下才能正常工作。如果不使用斬波器，除非場(chǎng)景中有活動(dòng)目標(biāo)，否則熱釋電電荷將自動(dòng)消散，場(chǎng)景圖像將漸隱。不過(guò)增加斬波器后，整個(gè)紅外成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將變得復(fù)雜。
熱釋電材料可分為三類(lèi)：?jiǎn)尉後岆?、陶瓷熱釋電和薄膜熱釋電。在眾多熱釋電材料中，BST（鈦酸鍶鋇，BaxSr1-xTiO3）陶瓷材料是目前研究得zui成熟也是zui成功的一種熱釋電陶瓷材料。TI（后并入Raytheon）公司推出的245×328BST鐵電陶瓷焦平面已形成產(chǎn)品，像元尺寸48.5μm×48.5μm，NETD（噪聲等效溫差，NoiseEquivalentTemperature Difference）優(yōu)于0.8K，展示樣品的NETD優(yōu)于47 mK。
不過(guò)，由于鐵電陶瓷焦平面的制作工藝與標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模硅集成電路工藝不兼容，因此焦平面制造成本較高。此外，陶瓷混合集成熱釋電焦平面的性能已經(jīng)接近理論極限，因此自20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，在美國(guó)國(guó)防預(yù)研局的資助下，Raython公司轉(zhuǎn)而研究單片集成式薄膜熱釋電紅外焦平面陣列，并取得了較大進(jìn)展，目前，Raytheon公司利用PLZT（鋯鈦酸鉛鑭，Pb1-xLax（ZryTi1-y）O3）熱釋電薄膜已經(jīng)成功制造出320×240單片式熱釋電焦平面陣列，陣列的NETD優(yōu)于90mK。
熱釋電紅外探測(cè)器是目前熱探測(cè)器中的，這種探測(cè)器除具有一般熱探測(cè)器點(diǎn)，如寬光譜響應(yīng)、室溫工作等優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下特殊優(yōu)點(diǎn)：
1）探測(cè)器輸出信號(hào)與靈敏元溫度變化率成正比，而與溫度無(wú)關(guān)，因而無(wú)需自身的熱平衡，響應(yīng)速度較快；2）熱釋電探測(cè)元本身可以作為一個(gè)濾波器，可以將一定量的噪聲旁路分離掉，噪聲較小；3）電荷存儲(chǔ)具有積分特性，能存儲(chǔ)由瞬時(shí)信號(hào)釋放的總電荷，此時(shí)電
荷的測(cè)量取決于瞬時(shí)的總量；4）無(wú)需加偏壓，讀出電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。不過(guò)由于熱釋電紅外探測(cè)器需要斬波器協(xié)助才能正常工作，因此與熱電堆、測(cè)輻射熱計(jì)比較而言，成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
（2）溫差熱電堆紅外探測(cè)器
溫差熱電堆紅外探測(cè)器是利用材料的塞貝克（Seebeck）效應(yīng)工作的。塞貝克效應(yīng)是熱能轉(zhuǎn)換為電能的現(xiàn)象，當(dāng)兩種金屬或者半導(dǎo)體材料一端歐姆接觸而另兩端開(kāi)路時(shí)，如果接觸端與開(kāi)路端形成溫度差，則在兩開(kāi)路端之間會(huì)產(chǎn)生一定的電勢(shì)差，這種由于溫度梯度使得材料內(nèi)部的載流子由熱端向冷端移動(dòng)而在冷端形成電荷積累的現(xiàn)象，就稱(chēng)為塞貝克效應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)就稱(chēng)為熱電偶。若干熱電偶串連起來(lái)就形成熱電堆，與單個(gè)熱電偶相比，熱電堆由于電勢(shì)疊加，便于獲得相當(dāng)可觀的電信號(hào)。如果將熱電堆的接觸端與一吸收紅外輻射的小黑體連接在一起，則當(dāng)小黑體吸收紅外輻射能量后，加熱接觸端溫度升高，依據(jù)塞貝克效應(yīng)，在分離端將產(chǎn)生溫差電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的大小與入射的紅外輻射能量間存在一個(gè)確定的關(guān)系，依據(jù)這種原理制成的紅外探測(cè)器稱(chēng)為溫差熱電堆紅外探測(cè)器。
用于熱電堆紅外探測(cè)器的常用熱偶對(duì)材料有多晶硅和金、多晶硅和鋁、P型（Bi1-xSbx）2Te3和N型Bi1-xSbx薄膜材料對(duì)以及N型和P型多晶硅材料對(duì)。其中N型和P型多晶硅材料對(duì)由于具有較高的賽貝爾系數(shù)和優(yōu)值，制作工藝與集成電路工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前研究得比較深入也是zui有前途的熱偶探測(cè)材料。日本防衛(wèi)廳和日本電氣公司（NEC）利用N型和P型多晶硅作為熱電材料制作了128×128元單片式熱電堆紅外焦平面陣列，器件響應(yīng)靈敏度約為1,550V/W。與其他熱敏型紅外探測(cè)器相比，熱電堆紅外探測(cè)器響應(yīng)靈敏度不高，熱響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，因此在器件性能方面并不具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。不過(guò)熱電堆紅外探測(cè)器制作容易與集成電路工藝兼容，信號(hào)后處理電路也比較簡(jiǎn)單，具有低成本的潛力，在對(duì)紅外成像圖像質(zhì)量要求不高的社區(qū)保安、安全監(jiān)控，汽車(chē)輔助駕駛等領(lǐng)域具有一定的應(yīng)用前景。
（3）微測(cè)輻射熱計(jì)紅外探測(cè)器
微測(cè)輻射熱計(jì)是利用熱敏材料的電阻率對(duì)溫度的敏感特性進(jìn)行紅外探測(cè)的。常用的熱敏材料主要有金屬和半導(dǎo)體薄膜。當(dāng)溫度增加時(shí)，金屬薄膜電子遷移率下降，薄阻增加，TCR（電阻溫度系數(shù)，TemperatureCoefficient ofResistance）為正值，一般在量級(jí)[16~19]。由于金屬薄膜的TCR較低，因此該類(lèi)薄膜僅在原型器件開(kāi)發(fā)中得到應(yīng)用。與金屬薄膜相比，以氧化釩和非晶硅為代表的半導(dǎo)體材料的TCR一般要高一個(gè)數(shù)量級(jí)，是目前zui常用的熱敏材料。當(dāng)溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體材料的電荷載流子濃度和遷移率增大，電阻率隨著材料溫度升高而減小，顯示出負(fù)的TCR。
微測(cè)輻射熱計(jì)紅外探測(cè)器具有無(wú)需斬波、制作工藝與集成電路制造工藝兼容，便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，具有相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿?，是目前發(fā)展速度zui快、性能和有應(yīng)用前景的一種熱敏型紅外探測(cè)器。
除以上三種主要的熱敏紅外探測(cè)器外，還有基于其他物理熱效應(yīng)的紅外熱探測(cè)器，
主要包括：
1）利用物理的熱脹冷縮效應(yīng)，如水銀溫度計(jì)，氣體高萊瓶等；
2）共振頻率與溫度的相關(guān)性，如石英晶振非致冷紅外探測(cè)器；
3）雙材料微懸梁懸臂彎曲與溫度的相關(guān)性，如基于雙材料微懸臂的電容讀出和光學(xué)讀出的非致冷紅外探測(cè)器；
4）熱光效應(yīng)。利用材料的折射率－溫度相關(guān)性研制的紅外探測(cè)器。
2-紅外探測(cè)器發(fā)展簡(jiǎn)史
自1800年赫胥爾利用涂黑的水銀溫度計(jì)發(fā)現(xiàn)紅外輻射后，水銀溫度計(jì)作為紅外探
測(cè)器，一直沿用到1830年。
1821年Seebeck發(fā)現(xiàn)了溫差電效應(yīng)，研制出*個(gè)熱電偶。
1829年Nobili將幾個(gè)熱電偶串連起來(lái)，制作了*熱電堆。
1833年梅羅里（Melloni）利用銻化鉍作為熱電堆材料，大幅提高了熱電堆紅外探測(cè)器的探測(cè)靈敏度，它比當(dāng)時(shí)的水銀溫度計(jì)至少靈敏40倍。
十九世紀(jì)八十年代，又發(fā)明了一些高靈敏的新型紅外探測(cè)器，其中有代表意
義的是Langley發(fā)明的測(cè)輻射熱計(jì)，它比熱電堆的靈敏度約高30倍。
1886年Langley采用兩條細(xì)長(zhǎng)的鉑條作為惠斯頓電橋的兩個(gè)橋腿，研制成功*測(cè)輻射熱計(jì)，在隨后的20年內(nèi)，Langley不斷改進(jìn)微測(cè)輻射熱計(jì)的性能。
早期研制的紅外探測(cè)器都是基于材料的熱電效應(yīng)，光子探測(cè)器是在二十世紀(jì)二十年代初才出現(xiàn)的。
1917年，Gase利用紅外線(xiàn)的光電導(dǎo)效應(yīng)，研制成功亞硫酸鉈光子探測(cè)器。光子紅外探測(cè)器比以前使用的任何探測(cè)器都靈敏得多，而且響應(yīng)也快得多。第二次世界大戰(zhàn)以來(lái)，光子探測(cè)器發(fā)展相當(dāng)迅速，并成為之后一段時(shí)間內(nèi)紅外探測(cè)器發(fā)展的主流，其中zui有代表性的有PbSi、InSb和HgCdTe等三類(lèi)探測(cè)器。致冷型光測(cè)器是*靈敏度zui高的紅外探測(cè)器。在二十世紀(jì)六十年代以前，紅外探測(cè)器都以光子單元探測(cè)器為主，構(gòu)成*代紅外探測(cè)器。
二十世紀(jì)七十年代開(kāi)始研究致冷型紅外焦平面陣列，迄今為止，332×240元HgCdTe、InSb、InGaAs和PtSi凝視焦平面陣列技術(shù)已經(jīng)成熟并投入生產(chǎn)，640×480元正在邁向成熟階段，部分已經(jīng)投入批量生產(chǎn)。中/長(zhǎng)波（3~5μm和8~12μm）HgCdTe紅外焦平面陣列已發(fā)展到1024×1024、2048×2048和4096×4096元，中波InSb紅外焦平面陣列已經(jīng)發(fā)展至2048×2048元。這些焦平面陣列的一個(gè)共同特點(diǎn)是都要求低溫致冷，成為當(dāng)時(shí)紅外探測(cè)器發(fā)展的主流，稱(chēng)為第二代紅外探測(cè)器技術(shù)。
自二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，紅外技術(shù)正在經(jīng)歷第三次革命，以微測(cè)輻射熱計(jì)和熱釋電探測(cè)器為代表的非致冷紅外成像技術(shù)獲得了重要突破并達(dá)到實(shí)用化。它不僅解決了紅外攝像技術(shù)中zui為突出的要求低溫（~77K）冷卻工作的要求，而且還可像光子半導(dǎo)體紅外焦平面陣列技術(shù)一樣實(shí)現(xiàn)同讀出電路的大規(guī)?；虺笠?guī)模集成，實(shí)現(xiàn)了高密度、小型化、便攜和易于操作的紅外熱像儀，同時(shí)這種技術(shù)也適合采用目前硅大規(guī)模集成電路制作技術(shù)批量生產(chǎn)，使紅外熱攝像儀成本低廉化，去除了紅外熱攝像系統(tǒng)長(zhǎng)期以來(lái)價(jià)格居高不下的問(wèn)題，搬去了阻礙紅外熱攝像儀技術(shù)廣泛推廣應(yīng)用，特別是進(jìn)入廣闊民用市場(chǎng)的障礙，成為當(dāng)今紅外成像技術(shù)zui引人矚目的突破之一。
3-微測(cè)輻射熱計(jì)紅外探測(cè)器
高性能的非致冷紅外焦平面主要有熱釋電和微測(cè)輻射熱計(jì)兩種。與具有相當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)力的熱釋電紅外探測(cè)器相比，微測(cè)輻射熱計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）制作工藝與CMOS（互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體，Complementary MetalOxideSemiconductor）工藝兼容，有利于采用半導(dǎo)體工藝大批次集成制作，成本更低；
（2）工作時(shí)無(wú)需斬波，成像系統(tǒng)無(wú)活動(dòng)部件，使用壽命長(zhǎng)，可以做成便攜式產(chǎn)品，操作與維護(hù)簡(jiǎn)單方便；
（3）極低串音，由于采用了熱絕緣微橋結(jié)構(gòu)，焦平面陣列中每個(gè)像元同鄰近的像元幾乎*熱隔離，因而無(wú)圖像拖影或模糊現(xiàn)象；
（4）響應(yīng)速度快，較快的幀速可以將在全景拍攝期間由快速拍攝所造成的圖像劣化現(xiàn)象減少至zui低限度；
（5）響應(yīng)動(dòng)態(tài)范圍寬，線(xiàn)性度好；
（6）具有潛在的低靈敏度特性，基于微橋絕熱結(jié)構(gòu)的微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面能夠?qū)崿F(xiàn)潛在zui大的熱靈敏度，其N(xiāo)ETD極限低于5 mK。
盡管微測(cè)輻射熱計(jì)自1886年就開(kāi)始出現(xiàn)，但早期的器件研究都是圍繞輻射計(jì)量開(kāi)展的，將其應(yīng)用于紅外成像是近幾十年的事情。Putley于1966年全面描述了薄膜式測(cè)輻射熱計(jì)的紅外探測(cè)原理，建立了響應(yīng)度和噪聲極限的理論模型[35]。不過(guò)在1979年之前，由于微加工技術(shù)的限制，測(cè)輻射熱計(jì)的尺寸較大，因此無(wú)法制成陣列器件。1979年，Johnson提出了利用體硅加工工藝制做氮化硅薄膜微橋結(jié)構(gòu)用于熱探測(cè)器絕熱結(jié)構(gòu)的設(shè)想，Johnson和Higashi隨后驗(yàn)證了這一設(shè)想。隨后Kruse于1982年從理論上證明了具有良好絕熱結(jié)構(gòu)的微測(cè)輻射熱計(jì)可以達(dá)到熱探測(cè)器的探測(cè)極限，他的預(yù)測(cè)同年被Arch和Heisler所證實(shí)。1983年，Wood演示了測(cè)輻射熱計(jì)陣列制造的可能性。
在1981~1992年間，在美國(guó)*預(yù)研局（DARPA）和軍方的支持下，HTC（霍尼韋爾研究中心，HoneywellTechnologyCenter）秘密開(kāi)展了微測(cè)輻射熱計(jì)非致冷紅外成像的研究，直到1992年，研究全部完成后，才將技術(shù)方案部分公開(kāi)。HTC微測(cè)輻射熱計(jì)紅外探測(cè)器的研制成功，主要依靠?jī)身?xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：一是優(yōu)良的熱敏材料，二是探測(cè)器與襯底間的絕熱結(jié)構(gòu)。在熱敏材料方面，HTC利用混合相氧化釩（VOx）薄膜作為微測(cè)輻射熱計(jì)的熱敏材料，該薄膜在室溫時(shí)的電阻溫度系數(shù)為-2%K-1，為金屬薄膜的5~10倍，且淀積溫度較低，與讀出電路兼容。在器件結(jié)構(gòu)方面，HTC研制了雙層微橋結(jié)構(gòu)以減少探測(cè)器與襯底間的熱導(dǎo)，獲得了接近輻射極限的低熱導(dǎo)，大幅度提高了器件性能。
氧化礬VOx非致冷紅外焦平面的研究成果引起世界矚目。目前，320×240元VOx微測(cè)輻射熱計(jì)紅外焦平面的制作工藝已經(jīng)成熟并批量生產(chǎn)，更大面陣規(guī)模的如640×480VOx紅外焦平面也已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功并投入市場(chǎng)，像元尺寸也由50μm×50μm逐步減小至25μm×25μm，平均噪聲等效溫差達(dá)到8.6mK，在軍事和民用諸多領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用。
4研究現(xiàn)狀
20世紀(jì)90年代初，HTC在經(jīng)歷十多年秘密研究后，終于研制成功了336×240元非致冷VOx微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面陣列，隨后將該項(xiàng)技術(shù)*轉(zhuǎn)讓給了日本NEC公司等。NEC公司經(jīng)過(guò)技術(shù)改進(jìn)，近年來(lái)陸續(xù)開(kāi)發(fā)了一系列高靈敏的非致冷紅外焦平面陣列。
DRS（原Boeing）公司已成為非致冷微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面陣列的批發(fā)供應(yīng)商，其典型產(chǎn)品的型號(hào)為U3000和U4000，工作波段為8~14μm，320×240像元，像素大小為51μm×5lμm，填充因子約為65%，補(bǔ)償校正后NETD<0.03K。
目前，盡管美國(guó)在非致冷微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面技術(shù)方面仍處于地位，但其他西方發(fā)達(dá)國(guó)家如法國(guó)、澳大利亞和日本也先后推出了各自的微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面產(chǎn)品。法國(guó)微測(cè)輻射熱計(jì)多利用非晶硅薄膜作為熱敏材料。與氧化釩相比，非晶硅具有低熱導(dǎo)率和高機(jī)械強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，便于研制自懸浮支撐結(jié)構(gòu)的探測(cè)器。
法國(guó)ULIS公司以CEA/LETI（法國(guó)原子能委員會(huì)/微電子研究院，Atomic EnergyCommission/Electronicsand Information TechnologiesLaboratory）開(kāi)發(fā)的非晶硅微測(cè)輻射熱計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)，在2001~2004年相繼推出了UL01011、UL01021E、UL02051和UL03041等紅外焦平面陣列產(chǎn)品，芯片價(jià)格僅有其他同種類(lèi)型產(chǎn)品的1/3~1/4。2004年，ULIS推出了基于第二代非晶硅微加工工藝的焦平面產(chǎn)品（UL0381），陣列規(guī)模384×288，像元尺寸35μm×35μm，NETD<43mK，芯片功耗130 mW。
加拿大INO（國(guó)家光學(xué)研究所，NationalOpticsInstitute）在20世紀(jì)90年代后期，利用一種準(zhǔn)VO2薄膜作為熱敏電阻材料，研制成功了單片式非致冷微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面。焦平面制作在CMOS信號(hào)處理和讀出電路之上，陣列規(guī)模為128×128、160×120、256×1和512×3。160×120系列焦平面像元尺寸為52μm×52μm，光敏區(qū)面積8.3×6.4mm，NETD（f/1,300K,8~12μm）約為150~250 mK。
1996年日本NEC（電氣株式會(huì)社，Nippon Electronic Company）利用金屬Ti作為熱
敏薄膜，研制了128×128面陣的微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面陣列，像元尺寸為50μm×50μm，
NETD約90mK。2002年，NEC獲得了美國(guó)HTC微測(cè)輻射熱計(jì)焦平面的*，并
在2003年推出了陣列規(guī)模為320×240的紅外焦平面，像元尺寸37μm×37μm，紅外
吸收率80%，工作波長(zhǎng)8~12μm，填充系數(shù)72%，NETD小于0.1K。
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