非制冷焦平面探测器品牌推荐

第50卷第1期 V〇1.50 No.l红外与激光工程Infrared and Laser Engineering2021年1月Jan. 2021非制冷红外探测器研究进展（特邀）余黎静^3,唐利斌杨文运2,郝群”(1.北京理工大学光电学院信息光子技术工信部重点实验室，北京10008卜，2.昆明物理研究所，云南昆明650223;3.云南省先进光电材料与器件重点实验室，云南昆明650223)摘要：非制冷红外探测器由于无需制冷装置，能够工作在室温状态下，具有成本低、体积小、功耗低 等特点，在红外领域得到了广泛的应用。

在军事应用方面，非制冷型探测器的应用逐渐进入了之前制 冷型探测器的应用范围，大量应用在一些低成本的武器系统，甚至在一些应用领域取代了原来的非制 冷型探测器。

在民用领域方面，更表现出了其价格和使用方便的优势，在民用车载夜视、安防监控等应 用领域引起了广泛的兴趣和关注。

文中介绍了 Bolometer、热释电、热电堆等几种典型非制冷红外探测 器的工作原理，列举了目前已实现商业化应用的主要产品在国内外的情况，着重介绍了目前应用最广 泛的Bolometer器件主流产品的像元间距、阵列规格、性能及其封装发展的情况。

除了已实现商业化 应用的Bolometer、热释电、SO I二极管等探测器等产品，还详细介绍了一些非制冷探测新技术或新型 器件：比如超表面在增强某些波段吸收方面的应用，新材料的Bolometer探测器、双材料新型非制冷器 件、石墨烯、量子点、纳米线等光电探测技术的研究进展。

最后文章还对今后非制冷红外探测器的发展 趋势作了预测。

关键词：非制冷；红外探测器；热释电；Bolometer;封装中图分类号：TN215 文献标志码：A D O I：10.3788/IRLA20211013Research progress of uncooled infrared detectors(Invited)Yu Lijing1'2'3,Tang Libin1'2'3*,Yang Wenyun2,Hao Qun1*(1. The Laboratory of Photonics Information Technology, Ministry of Industry and Information Technology,School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;2. Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China;3. Yunnan Key Laboratory of Advanced Photoelectric Materials & Devices, Kunming 650223, China)Abstract:Uncooled infrared detectors are widely used in the infrared field due to their low cost,small size,and low power consumption because they do not need the cooling device and can work at room temperature.In military application field,the uncooled detector has gradually entered the application domain of previous refrigerated detector,and has been widely used in some low-cost weapon systems,even replaced the original uncooled detectors in some application fields.In the civil field,it has shown its advantages in price and ease of use,and has aroused widespread interest and attention in civil in-vehicle night vision,security monitoring and other application field.The working theory of several typical uncooled infrared detectors such as Bolometer, pyroelectric,thermopile,etc.were introduced,and the status of the main products that have been commercialized at home and abroad was enumerated,the development of pixel pitch,array specifications,performance and收稿日期:2020-1卜24;修订日期:2020-12-08基金项目:国家重点研发计划（2019YFB2203404);云南省创新团队（2018HC020)packaging of mainstream bolometer devices was focused,which were currently the most widely used.In addition to the bolometer,pyroelectric,SOI diode and other products that had been commercialized,some new uncooled detection technologies or new detectors were introduced in detail:such as the application of metasurfaces in enhancing absorption in certain wavebands,the research progress of new materials bolometer,new bi-material uncooled devices,graphene,quantum dots,nanowires and other photoelectric detection tech­nologies.Finally,the future development trend of u ncooled infrared detectors were predicted in the end of t he review. Key words:uncooled;infrared detector;pyroelectric;bolometer;package〇引言在红外系统中，红外探测器作为探测、识别目标 的关键，其主要作用是将人射的红外信号转化为可以 检测的电信号后进行输出。

10微米非制冷红外焦平面阵列芯片
10微米非制冷红外焦平面阵列芯片是一种用于红外光学成像
的核心元件。

它由许多微小的像素组成，每个像素可以感测并记录其对应区域的红外辐射。

这些芯片的像素尺寸为10微米，说明每个像素的尺寸仅为10微米，非常微小。

与制冷红外焦平面阵列芯片不同，10微米非制冷红外焦平面
阵列芯片无需冷却，可以直接在室温下工作。

这使得它在成本和实用性方面都具有优势。

这种芯片通常由硅基材料制成，并采用特殊的红外感测器技术，使其能够在红外波段范围内工作。

10微米非制冷红外焦平面阵列芯片广泛应用于军事、安防、
工业检测、医疗和消费电子等领域。

它们可以用于红外夜视设备、红外热成像仪、红外热测温仪等设备中，帮助人们观察红外辐射并获取相关信息。

总的来说，10微米非制冷红外焦平面阵列芯片是一种重要的
红外光学成像技术，具有较低的成本和更广泛的应用领域。

通过非制冷技术，它们可以在常温下工作，并在多个行业中发挥关键作用。

非制冷式红外探测器原理研究摘要：随着信息技术的发展，红外探测技术已经被广泛应用于军事、民用、科研等众多领域。

其中，非制冷红外焦平面探测器具有无需制冷、成本低、功耗小、重量轻、小型化、使用灵活方便等特点，是当前非制冷红外探测技术研究和应用的热点和重点。

自然界所有温度在绝对零度（-273℃）以上的物体都会发出红外辐射，红外图像传感器则将探测到的红外辐射转变为人眼可见的图像信息。

红外成像技术涵盖了红外光学、材料科学、电子学、机械工程技术、集成电路技术、图像处理算法等诸多技术，红外成像装置的核心为红外焦平面探测器。

非制冷红外焦平面探测器的工作原理是利用红外辐射的热效应，由红外吸收材料将红外辐射能转换成热能，引起敏感元件温度上升。

敏感元件的某个物理参数随之发生变化，再通过所设计的某种转换机制转换为电信号或可见光信号，以实现对物体的探测。

非制冷红外焦平面探测器分为五大类：热释电型、热电堆型、二极管型、热敏电阻型热电容型。

本文对前四种红外探测器的工作原理进行了详细阐述，并且对每种红外焦平面探测器的关键技术例如读出电路IC技术进行了详细探究，总结了不同类型探测器的优缺点。

关键词：红外探测技术；非制冷红外焦平面探测器；读出电路；敏感元件第一章绪论1.1研究背景及课题意义随着科学技术的飞速发展以及信息社会的到来，各行各业甚至人类日常生活对信息的获取需求与日俱增。

与制冷红外成像系统相比，非制冷红外成像系统可在室温工作，省掉了昂贵且笨重的制冷设备，从而大大减小了系统的体积、成本和功耗；此外还可提供更宽的地频谱响应和更长的工作时间。

国外机构已经为军事用户提供了大量成本低、可靠性更高的高灵敏非制冷红外成像仪。

同众多高新技术一样，红外技术也是由于军事的强烈需求牵引而得以迅速发展的。

红外成像系统可装备各类战术和战略武器，常用于红外预警、侦查、跟踪、导航、夜视、大地测绘和精确制导，是电子战、信息战中获取信息的主要技术之一。

与其他探测方式不同的是，红外探测属于被动探测系统，探测系统并不主动向目标发射探测信号，相反只是通过接受目标红外辐射来完成识别任务。

四、红外焦平面器件红外焦平面器件（IRFPA）就是将CCD、CMOS技术引入红外波段所形成的新一代红外探测器，是现代红外成像系统的关键器件。

IRFPA建立在材料、探测器阵列、微电子、互连、封装等多项技术基础之上。

1. IRFPA的工作条件IRFPA通常工作于1～3μm、3～5μm和8～12μm的红外波段并多数探测300K背景中的目标。

典型的红外成像条件是在300K背景中探测温度变化为0.1K的目标。

用普朗克定律计算的各个红外波段300K背景的光谱辐射光子密度：随波长的变长，背景辐射的光子密度增加。

通常光子密度高于1013／cm2s的背景称为高背景条件，因此3～5μm 或8～12μm波段的室温背景为高背景条件。

上表同时列出了各个波段的辐射对比度，其定义为：背景温度变化1K所引起光子通量变化与整个光子通量的比值。

它随波长增长而减小。

IRFPA工作条件：高背景、低对比度。

2. IRFPA的分类按照结构可分为单片式和混合式按照光学系统扫描方式可分为扫描型和凝视型按照读出电路可分为CCD、MOSFET和CID等类型按照制冷方式可分为制冷型和非制冷型按照响应波段与材料可分为1～3μm波段（代表材料HgCdTe—碲镉汞）3～5μm波段（代表材料HgCdTe、InSb—锑化铟和PtSi—硅化铂）8～12μm 波段（代表材料HgCdTe）。

3. IRFPA的结构IRFPA由红外光敏部分和信号处理部分组成。

红外光敏部分——材料的红外光谱响应信号处理部分——有利于电荷的存储与转移目前没有能同时很好地满足二者要求的材料——IRFPA结构多样性（1）单片式IRFPA单片式IRFPA主要有三种类型：非本征硅单片式IRFPA主要缺点是：要求制冷，工作于8～14μm的器件要制冷到15～30K，工作于3～5μm波段的器件要制冷到40～65K；量子效率低，通常为5%～30%；由于掺杂浓度的不均匀，使器件的响应度均匀性较差。

本征单片式IRFPA将红外光敏部分与转移部分同作在一块窄禁带宽度的本征半导体材料上。

基于ADN8830的非制冷红外焦平面温度控制电路设计红外技术作为一种发现、探测和识别目标的重要手段在军民两用技术中有着广泛的应用，非制冷红外焦平面阵列技术的发展极大地提高了系统的性能。

非制冷红外热像仪采用的是不需要制冷的热探测器焦平面阵列，利用红外辐射使焦平面上敏感像元的温度改变，从而使电阻随之改变，来探测目标的温度特性。

所以，只有尽可能地保证焦平面阵列中各敏感像元自身基准温度稳定且一致，才能够提高热像仪的探测灵敏度，减小系统后期非均匀性校正的难度，最终从根本上提高热像仪的探测灵敏度，改善热像仪的成像性能。

目前，在实际的非制冷红外焦平面阵列探测器中采用半导体热电制冷器(TEC)来稳定基准温度。

在此着重介绍一种基于ADN8830的高性能TEC温度控制电路及其PID补偿网络的调节方法。

1 温度控制电路设计TEC(Thermo Electric Cooler)是用两种不同半导体材料(P型和N型)组成PN结，当PN结中有直流电通过时，由于两种材料中的电子和空穴在跨越PN结移动过程中的吸热或放热效应(帕尔帖效应)，就会使PN结表现出制冷或制热效果，改变电流方向即可实现TEC的制冷或制热，调节电流大小即可控制制热制冷量输出。

利用TEC稳定目标温度的方法如图1所示。

图1中第一部分是温度传感器。

这个传感器是用来测量安放在TEC端的目标物体的温度。

期望的目标物体温度是用一个设定点电压来表示，与温度传感器产生的代表实际目标物体温度的电压通过高精度运算放大器进行比较，然后产生误差电压。

这个电压通过高增益的放大器放大，同时也对因为目标物体的冷热端引起的相位延迟进行补偿，然后再驱动H桥输出，H桥同时控制TEC电流的方向和大小。

当目标物体的温度低于设定点温度时，H桥朝TEC致热的方向按一定的幅值驱动电流；当目标物体的温度高于设定点温度时，H桥会减少TEC的电流甚至反转TEC的电流方向来降低目标物体温度。

当控制环路达到平衡时，TEC的电流方向和幅值就调整好了，目标物体温度也等于设定的温度。

红外焦平面阵列红外测量技术2009-12-08 21:07:23 阅读110 评论0 字号：大中小订阅1、红外焦平面阵列原理焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列，从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上，探测器将接受到光信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持，通过输出缓冲和多路传输系统，最终送达监视系统形成图像。

2、红外焦平面阵列分类（1）根据制冷方式划分根据制冷方式，红外焦平面阵列可分为制冷型和非制冷型。

制冷型红外焦平面目前主要采用杜瓦瓶/快速起动节流致冷器集成体和杜瓦瓶/斯特林循环致冷器集成体[5]。

由于背景温度与探测温度之间的对比度将决定探测器的理想分辨率，所以为了提高探测仪的精度就必须大幅度的降低背景温度。

当前制冷型的探测器其探测率达到～1011cmHz1/2W-1，而非制冷型的探测器为～109cmHz1/2W-1，相差为两个数量级。

不仅如此，它们的其他性能也有很大的差别，前者的响应速度是微秒级而后者是毫秒级。

（2）依照光辐射与物质相互作用原理划分依此条件，红外探测器可分为光子探测器与热探测器两大类。

光子探测器是基于光子与物质相互作用所引起的光电效应为原理的一类探测器，包括光电子发射探测器和半导体光电探测器，其特点是探测灵敏度高、响应速度快、对波长的探测选择性敏感，但光子探测器一般工作在较低的环境温度下，需要致冷器件。

热探测器是基于光辐射作用的热效应原理的一类探测器，包括利用温差电效应制成的测辐射热电偶或热电堆，利用物体体电阻对温度的敏感性制成的测辐射热敏电阻探测器和以热电晶体的热释电效应为根据的热释电探测器。

这类探测器的共同特点是：无选择性探测（对所有波长光辐射有大致相同的探测灵敏度），但它们多数工作在室温条件下[6]。

（3）按照结构形式划分红外焦平面阵列器件由红外探测器阵列部分和读出电路部分组成。

因此，按照结构形式分类，红外焦平面阵列可分为单片式和混成式两种[7]。

氧化钒非制冷探测器吸收特性研究
杨君;杨春丽;袁俊;尹树东;李华英;白兰艳;马敏
【期刊名称】《红外技术》
【年(卷),期】2024(46)3
【摘要】随着氧化钒非制冷红外焦平面的像元尺寸的减小,导致探测器的吸收面积呈边长的二次方锐减,如何提高氧化钒非制冷红外焦平面阵列的吸收效率成为一个非常关键的研究课题。

本文从材料和结构角度出发,分别在单层材料吸收特性、不同吸收结构、腔体高度、膜系厚度等几个方面对影响单层、双层氧化钒非制冷探测器光学吸收的各因素进行了全面系统的仿真。

通过对各因素进行量化比较,同时结合仿真结果给出了提高氧化钒非制冷探测器吸收的系统方法,对于氧化钒非制冷探测器的设计与研究具有一定的参考意义。

【总页数】8页(P261-268)
【作者】杨君;杨春丽;袁俊;尹树东;李华英;白兰艳;马敏
【作者单位】昆明物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN215
【相关文献】
1.高性能17μm非制冷氧化钒红外焦平面探测器的研制
2.国产640×512非制冷氧化钒红外焦平面探测器的研制
3.氧化钒非制冷红外焦平面探测器芯片工艺研究
4.
适用于非制冷焦平面探测器的氧化钒薄膜制备研究5.钨摻杂氧化钒基非制冷红外探测器性能研究
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浙江大立科技有限公司红外热成像仪参数性能参数：项目TE探测器性能探测器类型非制冷焦平面微热型像素160×120图像性能视场角/最小焦距18o×13o /0.3m空间分辨率1.9mrad热灵敏度≤0.1℃@30℃帧频60Hz聚焦手动电子变焦N/A波长范围8～14um图像显示液晶显示屏高分辨率2.5〞彩色LCD测量测温范围-20℃～+350℃精度±2℃或±2%(读数范围），取大值测温较正自动/手动测量模式实时可移动点，可移动区域（最高温、最低温捕捉、平均温度测量），等温分析，温差测量，温度报警（声音、颜色）调色板3种调色板可选图像调整自动/手动调整对比度、亮度设置功能日期/时间，温度单位℃/℉/K，语言辐射率校正0.01至1.0辐射率可调背景温度校正自动，根据输入的背景温度大气透过率修正N/A图像存储存储卡内置存储器，存储容量1000幅存储方式手动单帧图像存储文件格式JPEG格式，带14位测量数据图像语音注释N/A激光指示激光指示器二级，1mW/635nm红色电源系统电池类型锂电池，可充电电池工作时间3小时连续工作充电类型智能充电器或电源适配器（可选）本机充电省电模式有外接电源N/A环境参数操作温度-15℃- +50℃防护等级IP54湿度≦90％（非冷凝）物理重量0.6Kg尺寸250mm×100mm×72mm特性接口电源接口N/A音频输出N/A有视频输出N/A PAL/NTSCUSB图像，测量数据传送至计算机图像，测量数据，语音传送至计算机美国flir i7参数红外成像探测器类型非制冷焦平面多晶硅红外热像像素120*120红外波长范围7.5~13μm热灵敏度NETD ＜0.1℃视场角/最小测试距离25º x 25º/0.6m空间分辨率3.71mrad调焦方式免调焦数码变焦无可见光像素无图像显示显示屏2.8英寸彩色液晶显示屏调色板黑白、铁红和彩虹闪光灯无融合功能无激光指示无红外帧频9Hz测温温度范围-20°C ~ +250°C可扩展温度范围无测温准确度±2ºC 或读数±2%温度分析功能中心点温度，中心方框内自动最高&最低温度点捕捉发射率校正预先设定材质的发射率表，校正范围0.1 ~ 1.0内可调反射温度校正基于输入的反射温度自动校正红外窗口校正无温度报警功能之上/之下温度等温线报警存储和传输存储格式标准JPEG，包含14位测量数据存储方式迷你SD卡全景模式无全辐射红外视频流无非辐射红外视频流无语音注释无文本注释无传输方式USB接口迷你USB与电脑相互进行数据通讯物理数据操作温度0°C ~ +50°C存储温度-40°C ~ +70°C湿度IEC 60068-2-30/24h 95%相对湿度IP等级IP43(IEC 60529)冲击25 g (IEC 60068-2-29)振动2 g (IEC 60068-2-6)尺寸223×79×83mm重量340克EMC防护EN61000-6-2:2005(抗干扰)，EN61000-6-3:2007(抗辐射)，FCC 47CFR Part 15 class B(抗辐射)电源电池类型可充电锂离子电池工作时间约5小时交流电源交流适配器，90~260 VAC输入，5V输出至热像仪充电时间充至90%电量需要3小时可选配置可选镜头无可选软件Reporter标准配置标准配置清单红外热像仪，便携箱，电池，标定证书, QuickReport软件光盘，手带，迷你SD卡(512MB)和读卡器，电源/充电器，入门指南，USB电缆，用户手册光盘。

第36卷，增刊红外与激光工程2007年6月、，01．36Suppl em em I nf m r ed and L蠲e r Engi nee血g Jun．2007 320×240元非制冷红外焦平面阵列读出电路孟丽娅，薛联，吕果林，黄友恕，袁祥辉(重庆大学光电工程学院光电技术及系统教育部重点实验室，重庆400044)摘要：采用1．2岬DPD M n阱cM O S工艺设计并研制成功320×240热释电非制冷红外焦平面探测器读出电路。

该读出电路中心距为50岫，功耗小于50I Il W，主要由x、y移位寄存器、列放大器、相关双采样电路等构成，采用帧积分工作方式。

经测试，研制的读出电路性能指标达到设计要求。

给出了单元读出电路的电路结构、工作过程和参数测试结果。

采用该读出电路和热释电红外探测阵列互联后，获得了良好的红外热像。

关键词：读出电路；热释电；非制冷焦平面阵列中田分类号：1N216文献标识码：A文章编号：1007．2276(2007)增(器件)．0089—04320×240unc ool ed I R FPA r eadout ci r cui t加狲G Li．ya，)(U E1i al l，LO G uo—hn，H U A N G Y ou-shu，Ⅵr A N)(i觚g-hui(＆y L ab0嗽or y of opt oel cc仃DIl i c№l m0109y髓d Sy啦吣of m e E duca t i on M i I l i s时0f ch i n a’C o U eg c o f0ptoel咄oni cs脚n嘲i ng．C hongI扣g uni V粥咄ch∞gqi ng400044，C hi媳)A bs t r act：A320×240r ead叫t c硫ui t(R O I C)forⅡl e pyr oe l ec t r i c uncooM i nf j瞰ed det ec t or w鹬f abr i cat f通i n t he doubl e—pol y—doubl e—m et al(D PD M)n—w el l C M O S t ecl l I Iol ogy．1K s R O I C has50U mpj t ch aI l d m e D C pow er di s si pa t i on is L es s t l l如50m w．111i s ci r cuit，com pos ed of量a I l d Fs删}t I．egi st IIr' col um卸叩hf i er and c on-e l at ed doubl e sanl pl e(C D S)ci r cui t，i n t egm t ed si gnaJ f如m t l le det ec t or f or t hef hm e t i m e．The ci r cui t coI l f i guI．a t i on，oper at i on aI l d t e st i ng r e sul t ar e des cr i be d．T色s t i ng r e sul t i ndi c at esm at t he des i gned c疵ui t m e et s w i t h m e r e quhm ent．111i s R O I C chi p and s ensi ng ar I-ay w e坨hybr i d—i nt egr a钯d，aI l dm e册al i m a ge w a s obt aj ned．K e y w or ds：Reado ut ci】∞ui t；P yr oel ect r i c；U ncool ed i nf l m司f ocal pl锄e am yO引言非制冷红外焦平面阵列克服了制冷型红外焦平面阵列需要制冷的缺点，具有功耗低、成本低、体积小、重量轻等优点，在军事和民用领域均具有广阔的市场前景。

红外探测技术及红外探测器发展现状中国安防行业网2014/7/25 14:10:00 关键字：红外,探测技术,发展现状浏览量：6731一、技术现状红外探测技术目前主要分为近红外、中红外和远红外三种研究领域。

其中，中红外探测技术由于中红外线的高强度和高穿透性，应用最为广泛，研究也最为成熟，甚至可以分析物质的分子组成；远红外的主要优点就是其穿透性，可用于探测、加热等，应用也比较广泛。

只有近红外，由于其强度小，穿透力一般，故长期以来没有引起重视，只是近些年来才成为研究热点，因为用近红外技术可以做某些成分的定量检测，最关键的是还不必破坏试样。

（一）技术优势红外技术有四大优点：环境适应性好，在夜间和恶劣天候下的工作能力优于可见光；隐蔽性好，不易被干扰；由于是靠目标和背景之间、目标各部分的温度和发射率差形成的红外辐射差进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；红外系统的体积小，重量轻，功耗低。

（二）制约因素目标的光谱特性；探测系统的性能；目标和探测口之间的环境和距离——这三大因素是红外技术发展过程中需要解决的主要问题。

例如：为充分利用大气窗口，探测器光谱响应从短波红外扩展到长波红外，实现了对室温目标的探测；探测器从单元发展到多元，从多元发展到焦平面，上了两大台阶，相应的系统实现了从点源探测到目标热成象的飞跃；系统从单波段向多波段发展；发展了种类繁多的探测器，为系统应用提供了充分的选择余地。

（三）国内领先技术红外探测器芯片一直受制于西方政府和供应商。

为打破国外技术垄断，2012年4月，高德红外用2.4亿元超募资金实施“红外焦平面探测器产业化项目”。

2014年2月25日，高德红外公告，公司“基于非晶硅的非制冷红外探测器”项目成果已获湖北省科技厅鉴定通过，下一阶段将开展试生产及批产工作。

据介绍，在高德红外芯片生产线上，国际主流的非晶硅和氧化钒两种工艺线路可以同时运行。

正因如此，高德红外也成为国际上少有的、国内唯一同时具备2条工艺线路的红外探测器芯片生产企业。