紅外探測器——熱探測器詳解

紅外探測器是紅外熱成像儀的核心器件，是探測、識別和分析物體的關(guān)鍵。紅外探測器的分類有多種形式，按工作原理劃分為紅外探測器可分為熱探測器和光子探測器。

熱探測器是紅外探測器在接受紅外輻射信號后，溫度升高引起探測器材料溫度變化產(chǎn)生電信號。熱探測器的探測率一般比光子探測器低，紅外器件反應(yīng)時間較長，通常為毫秒級；加熱過程讓熱探測器對紅外輻射的各波長基本上為相同的響應(yīng)率，它的光譜曲線是平坦的，有時也被稱為“無選擇性紅外探測器”。

熱探測器可以分為微測輻射熱計、熱電偶熱電堆和熱釋電：

微測輻射熱計的材料目前主要是氧化釩（VOx）和非晶硅（a-Si）。

VOx和a-Si的相同點(diǎn)：

生產(chǎn)工藝相同：微測輻射熱計技術(shù)與CMOS工藝兼容，能夠與CMOS讀出電路單片集成，可基于半導(dǎo)體制造工藝大規(guī)模生產(chǎn)。

薄膜種類相同，氧化釩薄膜與非晶硅薄膜都是半導(dǎo)體熱敏薄膜（紅外熱敏薄膜），薄膜TCR（電阻溫度系數(shù)）與電阻率都成正比關(guān)系（薄膜TCR和電阻率都與薄膜生長條件緊密相連，生長條件直接決定了薄膜的缺陷密度、晶粒大小、表面粗糙度等屬性）。

VOx和a-Si的不同點(diǎn)：

技術(shù)積累時間：1978年VOx材料制作微測輻射熱計取得了突破性進(jìn)展，a-Si晚了10年，VOx紅外探測器的性能，技術(shù)更加成熟。

薄膜性能指標(biāo)：VOx材料TCR優(yōu)于a-Si，同樣TCR條件下，非晶硅的1/f（噪聲系數(shù)）顯著高于VOx材料，可以理解為VOx紅外探測器的成像質(zhì)量更好。

器件技術(shù)指標(biāo)：VOx材料對于紅外光線的光電轉(zhuǎn)換效率更高，測量溫度穩(wěn)定性好，探測器的熱靈敏度能達(dá)到30mK，a-Si紅外探測器的靈敏度通常在50mK左右。

氧化釩的電阻溫度系數(shù)較高，隨著溫度變化電阻變化大，是目前的主流材料，但是氧化釩材料不能與標(biāo)準(zhǔn)硅圓集成電路工藝相兼容。非晶硅材料也由于是無定形結(jié)構(gòu)，所以呈現(xiàn)的電流噪聲比氧化釩大，所以NETD相對較差，表現(xiàn)為圖像有蒙砂感。