非制冷红外探测器应用概述.pptx
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1、1.红外热成像技术简介2.非制冷红外技术概述3.非制冷红外探测器应用4.国内外厂商主要产品5.非制冷红外技术机遇与挑战第1页/共26页一、红外热成像技术简介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。第2页/共26页二、非制冷红外技术概述非制冷红外技术原理及分类非制冷红外探测器关键技术探测器的技术指标非制冷红外技术应用第3页/共26页2.1 非制冷红外技术原理非制冷红外探测器利用红
2、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。第4页/共26页非制冷红外焦平面探测器分类非制冷红外焦平面探测器热敏电阻型:氧化钒 非晶硅等热释电型:硫酸三甘肽、钽酸锂等热电堆型:N型和P型的多晶硅二极管型:单晶或多晶PN结热电容型:双材料薄膜第5页/共26页2.2 非制冷红外探测器的关键技术n红外光窗n非制冷器件n读出电路n吸气剂nTECn真空封装管壳材料制备技术MEMS加工技术读出电路IC技术低成本真空封装技术第6页/共26页热释电型红外辐射使材料温度改变
3、,引起材料的自发极化强度变化,在垂直于自发极化方向的两个晶面出现感应电荷。通过测量感应电荷量或电压的大小来探测辐射的强弱。热释电红外探测器与其他探测器不同,它只有在温度升降的过程中才有信号输出,所以利用热释电探测器时红外辐射必须经过调制。探测材料:硫酸三甘肽、钽酸锂、钽铌酸钾、钛(铁电)酸铅、钛酸锶铅、钽钪酸铅、钛酸钡第7页/共26页热电堆由逸出功不同的两种导体材料所组成的闭合回路,当两接触点处的温度不同时,由于温度梯度使得材料内部的载流子向温度低的一端移动,在温度低的一端形成电荷积累,回路中就会产生热电势。(塞贝克效应Seebeck)而这种结构称之为热电偶。一系列的热电偶串联称为热电堆。因而
4、,可以通过测量热电堆两端的电压变化,探测红外辐射的强弱。第8页/共26页二极管型利用半导体PN结具有良好的温度特性。与其他类型的非制冷红外探测器不同,这种红外探测器的温度探测单元为单晶或多晶PN结,与CMOS工艺完全兼容,易于单片集成,非常适合大批量生产。第9页/共26页热敏电阻型(微测辐射热计)利用热敏电阻的阻值随温度变化来探测辐射的强弱。一般探测器采用悬臂梁结构,光敏元吸收红外热辐射,由读出电路测量热敏材料电阻变化而引起的电流变化,通过读出电路对电信号采集分析并读出。探测器一般采用真空封装以保证绝热性好。探测材料:氧化钒、非晶硅、钛、钇钡铜氧等第10页/共26页第11页/共26页氧化钒VO
5、x的TCR一般为2%3%,特殊方法制备的单晶态VO2和V2O5可达4%。VOx 具有电阻温度系数大,噪声小的特点,被广泛用作非制冷式红外焦平面传感器的热敏材料。全球的非制冷红外热像仪市场中,使用VOx 非制冷红外探测器的占80%以上。氧化钒VOx的制备方法:溅射法、溶胶-凝胶法、脉冲激光沉积法、蒸发法。第12页/共26页读出电路IC技术ROIC对微弱的红外辐射信号产生的电信号进行提取、积分、放大、模数转换。甚至完成片上非均匀性矫正、片上数模转换功能。ROIC是模混合电路系统模拟部分:单元偏置电路、积分电路、采样/保持电路等。数字部分:中央时序控制、行选控制、列选控制等。第13页/共26页低成本
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