非制冷探测器

1 概非制冷探测器技术发展.doc况

自上世纪90年代，非制冷凝视型红外热像仪迅速进入应用市场。这种热像仪与制冷型凝视红外热像仪相比，虽然在温度分辨率等灵敏度方面还有很大差距，但具有一些突出的优点：不需制冷，成本低、功耗小、重量轻、小型化、启动快、使用方便、灵活、消费比高。

至今，非制冷红外焦平面阵列(FPA)技术已由小规模发展到中、大规模320×320和640×480阵列，在未来的几年内有望获得超大规模的1024×1024非制冷焦平面阵列（FPA）。像素尺寸也由50μm减小到25μm，使焦平面灵敏度进一步提高。这种非制冷红外成像系统在军用和民用领域应用越来越广泛，部分型号产品已装备部队，尤其在轻武器（械）瞄准具、驾驶员视力增强器、单兵头盔式观瞄、手持式（便携）热像仪等轻武器，以及部分导弹的红外成像末制导等方面，非致冷热像仪在近年内有望部分取代价格高、可靠性差、体积大而又笨重的制冷型热成像系统。

2 现状

1978年美国Texas Instruments在世界上首次研制成功第一个非制冷红外热像仪系统，主要红

外材料为α-Si（非晶硅）与BST(防火拉链钛酸锶钡)。1983年美国Honeywell开始研制室温下的热探测器，使用了硅微型机械加工技术，使热隔离性提高，成本降低。1990-1994年美国很多公司从Honeywell获技术转让，使以VOx（氧化钒）为探测材料的非制冷探测器得到了迅速广泛发展。VOx材料具有较高的热电阻系数，目前世界上性能最好的非制冷探测器就是采用VOx材料制备的，主要采用8~14μm波段320×240和160×120元的非制冷FPA器件，其结构按部件功能模块化（诸如，光学模块、FPA组件模块、信号读出处理电路模块和显示模块）。目前市场上有热像仪整机产品，也有各种功能模块单独出售，供用户选用。

3 国外主要几家公司研制生产状况

目前，国际上美国、法国、英国和日本的非制冷红外探测器研制生产水平居世界领先水平。英国的公司主要是BAE公司，正在研制生产PST-锆钛酸铅和BST-钛酸锶钡混合结构的热释电型陶瓷探测器，单元式结构的正在研制。

日本的主要有三菱公司，正在研发的主要有Si P/N结型和YBaCuO电阻型热探测器两种，规格均为320×240，像元素尺寸均为40μm，在f/1条件下，Si P/N结型FPA的NETD（噪声等效温差）优于120mK，YBaCuO电阻型FPA的NETD优于80mK。日本电气公司主要从事

VOx电阻型探测器研究，最新报道320×240 FPA像素尺寸为37μm，热响应时间为12ms，填充因子为72%，其热像仪的NETD为100mK（f/1,60Hz）。

美陆军在“未来战斗系统”使用和部署三种第三代热像仪：第一种是采用制冷型探测器，具有较大的焦平面阵列（1024×1024或2048×2048），扩大目标探测器范围和提高灵敏度，并能在中波和长波波段工作，采用多光谱红外探测器，兼备在冷背景中识别目标和穿透烟雾的能力。这种热像仪将装备那些将来优先发展的作战平台，如计划于2008年开始生产，将用于代替现役“艾布拉姆斯”坦克、“布雷德利”步战车的陆军“未来战车系统”。

第二种是非制冷型第二代高性能单探测器，凝视型FPA（锅炉除渣设备1024×1024黑发液），可装备美陆军未来的无人驾驶车辆；第三种是非制冷、体积小、成本低的多光谱、凝视型FPA的探测器，用于微型无人驾驶车辆或未来的侦察监视器材，还将代替现役夜视头盔的微光增强管。美陆军的“未来”宇宙战士传感器将应用这种具有全天候观测功能的轻型热像仪。

表1部份国外典型非制冷红外探测器性能

混合结构型BST铁电型探测器	Raytheon人脸识别智能门禁公司W1000系列	用于轻型武器热瞄具（LTWS）、驾驶员视力增强器（DVE）、手持式热像仪和车载式驾驶仪，重1.7kg，探测距离550米，截至2003年9月该公司已交付美陆军10000个，其中用于LTWS装备的Specter IR是320×240 FPA BST, 已装备M16、M4、M203和M136等，其探测和识别(人)距离为200米。水泥预制构件
薄膜铁电型探测器（TFFE）	Raytheon人脸识别智能门禁公司W1000系列	正处于研发阶段：320×240、像素尺寸为48.5μm，NETD为90~170mk, 填充因子55%.
VOx（氧化钒）电阻型探测器	DRS公司U3000/U4000型（美）	这种非制冷微测辐射热计红外探测器，用于武器观瞄，已装备美陆军。320×240元FPA像素尺寸为51μm，波长8~12μm，NETD（U3000）为64~75mk，重量为1.36kg。
	DRS公司LTC650TM	1999年制成，640×480 FPA，像素尺寸为28μm，NETD <0.1℃重量为2.4kg。
	DRS公司U6000型（美）	2001年制成，640×480 FPA，像素尺寸为25.4μm，2002年5月对其热像仪进行了演示。
	Raytheon公司（美）	2000年制成，640×480 FPA，像素尺寸为25μm，热响应时间10ms，NETD为35mK（平均），填充因子>70%。
α-Si(非晶硅)电阻性探测器	Raytheon公司（美）	目前已批量生产，国际市场销售，主要用于商业和民用。 160×120 FPA，像素尺寸为46.8μm， NETD< 100mK。
α-Si(非晶硅)电阻性探测器	Sofradir(法高频整流器) UL01011型（2001年）和UL01021E型（2002年）	LET1/GEA公司（法）自1992年开始从事α-Si微测辐射热计研究,打破了美国在这方面的垄断。2000年Sofradir的子公司ULIS公司购买LET1/CEA的技术转让。 320×240 FPA，像素尺寸为45μm，填充因子>80%，NETD分别为90mk和100mk，UL01021E型内装恒温装置。 2003年报道正在研发产品：(1) 320×240 FPA，像素尺寸为35μm，NETD为36mk（50Hz, f/1），热响应时间为12ms，热阻抗为4.2×107k/W；(2) 25μm像素，320×240 FPA面阵NETD值为35μm像素320×240 FPA面阵的2.2倍，个别产品达到与35μm相同的性能。

4 国内主要几家公司研制生产状况

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