热成像参数及特性

摘要：

热成像参数及特性热成像原理...

总字数：1812

热成像参数及特性

热成像原理

芯片厂商对比

微测辐射热计 氧化钒(VOX 氧化钒非制冷红外焦平面探测器)

像素间距 12um

分辨率 256×192

光谱范围 7.5～14um

相应波段 8～14um

热灵敏度NETD 50/100mK@25℃;F/1

镜头焦距 4mm，水平视场角36°

镜头 硫系玻璃

探测范围 0-80℃(工业型-20℃～+150℃，0~+550℃)

帧频 9Hz/25Hz/30Hz

探测精度 < 0.4℃

探测sensor尺寸mm 16*21.5*21.5

人体最佳探测距离 1.5～3米(10英尺、33码)

模组  

红外焦平面探测器是热成像系统的核心部件，是探测、识别和分析物体红外信息的关键部件。作为感知红外辐射与输出信号间的桥梁，热敏感元件则是红外探测器的核心部件。目前，红外探测器的热敏元件主流材料以氧化钒（VOx）和非晶硅（α-Si）为主。

下面小编就用凝练的语言来解读这两种材料的红外探测器有何异同。

太长不看

相同点

○生产工艺

○薄膜种类

○制备机理与方法

不同点

○ 10年：氧化钒使用历史比非晶硅早10年

○ 10μm：氧化钒像元间距最小可达10μm，非晶硅只有12μm

○ 2个数量级：氧化钒噪声系数比非晶硅强两个数量级

○ 1倍灵敏度：氧化钒灵敏度是非晶硅一倍以上

○ 尺寸更小：氧化钒大幅减少光学系统尺寸

○ 性价比高：更强性能，更低的系统成本

○ 氧化钒图像非均匀性好于非晶硅

○氧化钒FOM指标远远强于非晶硅

凝练讲解

相同点：

1、 生产工艺相同

微测辐射热计技术与CMOS工艺兼容，能够与CMOS读出电路单片集成，可基于半导体制造工艺进行大规模生产，是非制冷红外焦平面探测器的主流技术。

2、 薄膜种类相同

氧化钒薄膜与非晶硅薄膜都是半导体热敏薄膜，薄膜TCR与电阻率都成正比关系。

3、 制备机理与方法相同

氧化钒薄膜与非晶硅薄膜的电阻均匀性指标并无明显差异，都能够实现优于2%的晶圆内电阻均匀性。目前国内可在8寸晶圆上实现优于1%的氧化钒薄膜技术电阻均匀性，达到国际领先水平。

不同点：

1、 红外线感应材料

氧化钒与非晶硅薄膜是非制冷红外焦平面探测器采用的两大主流敏感薄膜材料。

2、 代表厂商

全球红外领域，顶尖红外技术的DRS，雷神，BAE这些军工巨头都是采用氧化钒。非晶硅比较有代表性的是法国Ulis，在民品低端领域，以较低的价格拥有一定的市场份额。

3、 技术沉积时间

氧化钒技术发展历史比非晶硅早10年左右，产业化历史也更长，技术相对而言更成熟。氧化钒探测器具有10um像元间距的产品，而非晶硅探测器目前仅有ULIS设计的320x240像素的12um像元间距产品。

4、 薄膜沉积方法

l 氧化钒薄膜采用反应溅射沉积方法制备，需要对标准CMOS工艺PVD设备进行改造，引入O2作为反应气体，实现薄膜氧化。

l 非晶硅薄膜采用化学气相沉积（CVD）方法制备，需要对标准CMOS工艺CVD设备进行改造，引入H2作为反应气体，实现薄膜掺氢工艺。

5、 薄膜性能指标不同（主要包括TCR电阻温度系数、1/f噪声系数、电阻率与电阻均匀性）

l 氧化钒薄膜与非晶硅薄膜都是半导体热敏薄膜，薄膜TCR与电阻率都成正比关系。

l 同样电阻率条件下，氧化钒薄膜TCR优于非晶硅薄膜。

l 同样TCR条件下，非晶硅薄膜的1/f噪声系数高于氧化钒薄膜2个数量级，严重制约了基于非晶硅薄膜的探测器固有灵敏度与固定图形噪声。这种制约会随着像元尺寸的缩小越来越显著。

6、 器件技术指标

l 氧化钒探测器的灵敏度可以达到20~30mK，非晶硅探测器的灵敏度通常在50mK左右。

l 非晶硅的残余固定图形噪声大，比氧化钒的大一个数量级以上，具体表现为图像有蒙纱感，红外图像感观不够锐利通透。

l NETD与热时间常数乘积品质因子（FOM）是评估探测器研制能力的指标，氧化钒FOM远远高于同级别（同像元间距）非晶硅探测器。

l 氧化钒探测器的图像非均匀性好于非晶硅探测器。

7、 潜在成本对比分析

l 氧化钒探测器芯片尺寸更小，单晶圆的出芯率更高。

l 基于小像元探测器的封装及光学系统尺寸都可以更小。因此，随着像元尺寸的进一步缩小，基于氧化钒技术的芯片成本、探测器成本、成像机芯及整机系统成本更有优势。

l 氧化钒探测器的NETD显著优于非晶硅探测器。基于氧化钒探测器的成像系统可以采用更高F数的镜头，减少光学系统尺寸，可进一步降低成像系统成本。