氧化钒热敏薄膜非致冷红外探测器的等效模型

建立了氧化钒热敏薄膜微测辐射热计的PSPICE模型,结合一个具体的CMOS读出电路给出探测器的等效电路模型,分析了探测器的电学和噪声特性,根据等效模型基于微测辐射热计电阻RD和读出电路MOS沟道宽度W两个设计参数对噪声等效温差(NETD)进行了优化,优化数据表明,折中选取参数RD和W对探测器性能有重要的意义.     

非制冷红外微测辐射热计有限元模型的构建

根据微加工条件能够制造的单层和双层结构的非制冷红外微测辐射热计的尺寸,进行了有限元建模与分析,寻找出在可接受的性能与成本之间折衷的设计方案,指出气体热导是影响探测单元热导的一个主要因素,并对其进行了理论分析,给出减小气体热导的方法及这些方法在双层及单层结构中应用的可行性。     

非制冷红外微测辐射热计有限元模型的构建

根据微加工条件能够制造的单层和双层结构的非制冷红外微测辐射热计的尺寸，进行了有限元建模与分析，寻找出在可接受的性能与成本之间折衷的设计方案，指出气体热导是影响探测单元热导的一个主要因素，并对其进行了理论分析，给出减小气体热导的方法及这些方法在双层及单层结构中应用的可行性。     

非制冷微测辐射热计支撑层厚度比研究

根据实验室设计的单层微测辐射热计所采用的Si3N4和SiO2双层膜复合支撑结构工艺,分别利用力学的等效截面方法和复合材料热导公式,从理论上推导了微桥桥腿正应力和热导的解析表达式.分析在其它因素不变的情况下,仅调整Si3N4和SiO2两者厚度比值(m)对微测辐射热计力学和热学性质的影响,并用ANSYS有限元仿真的方法验证了理论推导.     

微机械非制冷红外热电堆探测器

近年来,非制冷红外探测器应用和开发一直是令人关注的焦点之一,详细介绍了几种现阶段流行的非制冷热电堆探测器的工艺制作方法以及所用材料,并介绍了近几年来热电堆探测器的发展情况.     

Reactive Ion Beams Sputtering of Vanadium Oxides Films for Uncooled Microbolometer

Vanadium oxides thin films for uncooled bolometric detectors have been fabricated on Si₃N₄-film-coated Si substrates by low temperature reactive ion beam sputtering in a controlled oxygen atmosphere. The typical growth temperature is kept at 200°C during sputtering, which is compatible with the post-CMOS technology. The as-deposited film exhibits sheet resistance and temperature coefficient resistant of 32 kΩ and ?0.025 K^?1 at room temperature, respectively.     

一种新型非致冷红外探测器

介绍一种基于标准硅工艺、采用电容读出方式微悬臂梁非制冷红外探测器的设计、制作及性能测试.用这两种热膨胀系数相差很大材料(氮化硅和铝)的薄膜做成的双材料微悬臂梁在红外辐射下,温度升高并发生弯曲.通过检测微悬臂梁和衬底形成的一个可变电容变化可以得知微悬臂梁的弯曲情况,从而可以探测红外辐射的信息.利用外部测试设备对单元探测器进行测试表明微悬臂梁对红外辐射有很高的响应.     

采用非制冷红外探测器的折衍混合物镜设计

针对长波320×240元非制冷焦平面阵列探测器,设计了折射／衍射混合大相对孔径红外镜头,工作波段8～12舯,焦距为90mm,F数为1,视场为10°．系统为三片式结构：利用二元光学元件具有大的负向色散特性,在第4面引入衍射面,有效地消除了色差,简化了系统结构并减轻了质量,并用ZEMAX光学设计软件进行了像质评价．结果表明,系统成像质量良好,各项指标均满足使用要求．     

基于VO_x薄膜8元线列非致冷微测辐射热红外探测器的制备

报道了应用反应离子束溅射以及后退火工艺在石英玻璃以及Si(10 0)衬底上淀积混合相 VOx 多晶薄膜,并且在石英衬底上制备了实验用 8元线列红外探测器。用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别测试结果显示薄膜为表面光滑、致密且具有针状晶粒的混合相多晶结构,探测器的性能测试结果显示该探测器可以实现 8～ 12μm的非致冷室温红外探测     

新型非致冷红外探测器

介绍了近年来出现的各种新型非致冷红外探测器,对不同探测器的基本工作原理、器件结构、制作工艺以及性能的优缺点进行了讨论和对比,并对非致冷红外探测器的改进方向进行了预测.     

A New CMOS Read-out IC for Uncooled Microbolometer Infrared Image Sensor

An uncooled microbolometer image sensor, used in an IR image sensor, is made by a micro electro mechanical systems (MEMS) process, so the value of the microbolometer resistor has a process variation. Also, the reference resistor, which is used to connect to the microbolometer, is fabricated by a standard CMOS process, and the difference between the values of the microbolometer resistor and the reference resistor generates an unwanted output signal for the same input from the sensor array. In order to minimize this problem, a new CMOS read-out integrated circuit (ROIC) was designed. Instead of a single input mode, a differential input mode scheme and a simple method to compensate the resistor value are proposed. Using results from a computer simulation, it is observed that the output characteristic of the ROIC was improved and the effect of the process variation was decreased without using complex compensation circuits. Based on the simulation results, a prototype device including an ROIC that was fabricated by a standard 0.25um CMOS process and a microbolometer with a 16 x 16 sensor array was fabricated and characterized.     

非致冷微测热辐射计阵列的设计

非致冷微型热辐射计焦平面阵列技术在国内已成为研究热点。介绍了微测热辐射计的原理并对其作了简化的计算分析,给出了微测热辐射计的结构、材料、封装和读出电路等重要部分的一些设计方案。     

室温红外探测用VOx薄膜的工艺研究

用反应溅射法制备了VOx薄膜.利用XPS分析技术,研究了薄膜组分与氧分压、基片材料、沉积厚度等工艺条件的关系.结果表明本工艺得到V2O5、VO2、V2O3复相膜,氧气流量大和较厚薄膜容易获得高价态V,衬底表面吸附氧会改变薄膜组分,V2O5、VO2含量高的薄膜电阻温度系数相对较高,V2O3不利于红外探测.     

热探测器温度对非制冷红外热像仪测温的影响

根据红外辐射理论和热像仪测温原理,给出了热探测器非制冷红外热像仪的温度计算公式;针对热探测器热像仪,分析了探头温度对热像仪测量结果的影响.     

非制冷微测辐射热计的特性参数

描述了非制微测辐射热计的电热效应,推导了响应率、噪声、噪声等效功率、噪声等效温差、探测率等特性参数的计算公式,结果表明,电热效应是影响微测辐射热计性能的关键因素之一。     

一种300万像素全画幅非制冷红外探测器

研制出一种全画幅QXGA(Quad Extend Graphic Array)非制冷氧化钒红外焦平面探测器。探测器阵列规模达到2048×1536,像元尺寸为17?m×17?m,有效光敏面积约为35 mm×26 mm。读出电路面积达到41.34 mm×39.37 mm,采用8英寸0.18?m 1P6M一版多曝的缝合拼接曝光工艺设计及加工,电路奇偶行同时积分、读出,有效提高像元积分时间。探测像元采用成熟的17?m氧化钒微桥结构,超大面积MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems)结构采用"多版一曝"、"一版多曝"的组合拼接曝光设计及加工技术。探测器采用高可靠性的标准金属真空封装。测试结果表明,器件的噪声等效温差(NETD)小于45 m K,热响应时间小于7 ms,响应率非均匀性小于8%,器件帧频大于60 Hz。     

非制冷红外探测器片上偏压逐点非均匀性校正方法

针对非制冷红外焦平面阵列(Uncooled Infrared Focal Plane Array,UIRFPA)成像系统中普遍存在的非均匀性较差的问题,本文提出了一种基于探测器工作偏压对其输出影响来进行片上非均匀性校正(Non-uniformity Correction,NUC)的方法——探测器片上偏压逐点NUC技术.该方法是在探测器每一个像元关键偏压VEB和VFID上使用DAC供电,通过在积分前对每个像元的偏压进行单独的调整来校正其信号输出值.在不影响探测器帧频的情况下,实现了非均匀性从1.9%降低到0.4%,有效改善了探测器原始信号的非均匀性,且具有很好的实时性.     

多电容非制冷红外探测器动态范围调整技术

针对非制冷红外焦平面阵列（Uncooled Infrared Focal Plane Array, UIRFPA）对多目标成像时动态范围有限的问题,基于探测器特性提出了一种根据目标调整动态范围的方法。积分前,根据所选目标初始成像的灰度分布实时调整电容;同时逐点配置像元偏压,以适应动态范围并完成非均匀性校正(Non-Uniformity Correction, NUC);依次实现局部目标的最佳成像效果。最后搭建了一种用于验证此方法可行性的红外成像系统。结果表明,本文方法实现了动态范围的实时调整,并获得了清晰的局部关键目标图像。由于解决了动态范围与目标不匹配的问题,该方法对非制冷红外成像系统在多目标场景下的拓展应用具有一定意义。     

晶圆级封装非制冷大面阵红外探测器应用分析

红外成像系统已经应用到军事和民用领域多年,但一直没得到广泛应用,主要原因是其分辨率低、成本高、工艺不稳定和技术门槛高等。解决这些问题需要从传感器工艺、探测器封装、红外图像处理芯片等方面加以改进。红外技术未来会朝低成本、专用处理芯片、高分辨率等方向发展。目前,国内厂商陆续推出了晶圆级封装(Wafer-Level Package,WLP)、高分辨率探测器和专用图像处理芯片等方面的新产品。但采用这些新器件的红外成像系统却没有得到相应的研究。本文主要基于烟台艾睿光电科技有限公司新推出的晶圆级封装的1280×1024元红外探测器以及专用图像处理芯片的实际应用,在系统架构、结构散热、成像算法等方面对由新器件构建的红外成像系统进行了验证分析。     

基于MEMS的非制冷红外探测器读出电路的设计

基于MEMS的非制冷红外探测器广泛用于军用和民用领域,其中作为探测器核心部件的焦平面探测阵列的读出电路等关键技术的研究至为重要.设计了一块240×320的焦平面探测阵列的读出电路,此电路能够抑制MEMS工艺的波动,减小探测器环境温度的影响.采用HHNEC 0.5 μm 工艺对此设计流片,其测试结果达到预期目标.芯片输出电压为1.5～3.5 V,每帧图像输出时间为16.32 ms,可以保证每秒61帧图像输出.