非制冷红外焦平面探测器技术发展与市场动态

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，探测器的性能直接决定了热成像系统的最终性能。红外焦平面探测器可分为制冷型和非制冷型两大类。制冷型红外焦平面探测器的优势在于灵敏度高，能够分辨更细微的温度差别，探测距离远，但是其结构复杂且成本高昂，主要应用于高端军事装备；非制冷红外焦平面探测器无需制冷装置，能够在室温状态下工作，具有启动快、功耗低、体积小、重量轻、寿命长、成本低等诸多优点。非制冷红外焦平面探测器虽然在灵敏度上与制冷器件有一定差距，但经过近十余年的发展，其在性价比上已经明显优于制冷型探测器，具有更加广阔的应用前景。 非制冷红外焦平面探测器是热成像技术中的核心组件，负责捕捉并解析物体的红外信息，直接影响到热成像系统的整体性能。这种探测器主要分为两类：制冷型和非制冷型。制冷型探测器凭借高灵敏度和远距离探测能力在军事等领域占据一席之地，但其复杂的结构和高昂的成本限制了广泛应用。相比之下，非制冷红外焦平面探测器在室温下即可工作，具备快速启动、低功耗、体积小巧、重量轻、寿命长以及成本低廉的优势，近年来在性价比上已超越制冷型探测器，具有更广泛的应用潜力。 非制冷红外焦平面探测器主要基于微机电系统（MEMS）技术制造的热传感器，如热电堆/热电偶、铁电和微测辐射热计。微测辐射热计已经成为非制冷红外探测器的主流技术，几乎垄断了整个市场。1980年代，微测辐射热计技术取得了突破，霍尼韦尔公司研发出微桥结构，为非制冷红外焦平面探测器的微型化和二维阵列奠定了基础，现在大多数非制冷探测器均采用此结构。 非制冷红外焦平面探测器主要由三个核心技术模块组成：微测辐射热计、读出电路和真空封装。微测辐射热计，如图1所示，通常由吸收层和热敏层构成，前者捕获红外辐射，后者将温度变化转化为电信号。微测辐射热计的材料主要包括氧化钒和多晶硅，其中氧化钒因其优秀的综合性能，占据了超过80%的市场份额。 读出电路则负责将微测辐射热计的电阻变化转化为电信号输出。为了降低噪声对探测器灵敏度的影响，读出电路的设计要求极高。非均匀性校正电路常被用于氧化钒探测器，以补偿材料非均匀性导致的问题。此外，新型设计的读出电路还包括补偿电路，可以抵消因温度变化引起的信号漂移，使得无TEC应用成为可能，进一步优化了非制冷探测器的能耗和成本效益。 非制冷红外焦平面探测器的发展趋势是不断提高性能，如降低噪声等效温差（NETD），同时减小尺寸、降低功耗和成本。随着微电子和材料科学的进步，非制冷红外焦平面探测器将在安防监控、汽车驾驶辅助、医疗诊断、环境监测等民用领域发挥更大作用，实现更广泛的商业化应用。