红外探测器——热探测器详解

红外探测器是红外热成像仪的核心器件，是探测、识别和分析物体的关键。红外探测器的分类有多种形式，按工作原理划分为红外探测器可分为热探测器和光子探测器。

 

热探测器是红外探测器在接受红外辐射信号后，温度升高引起探测器材料温度变化产生电信号。热探测器的探测率一般比光子探测器低，红外器件反应时间较长，通常为毫秒级；加热过程让热探测器对红外辐射的各波长基本上为相同的响应率，它的光谱曲线是平坦的，有时也被称为“无选择性红外探测器”。

热探测器可以分为微测辐射热计、热电偶热电堆和热释电：

微测辐射热计的材料目前主要是氧化钒（VOx）和非晶硅（a-Si）。

VOx和a-Si的相同点：

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大规模生产。

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（红外热敏薄膜），薄膜TCR（电阻温度系数）与电阻率都成正比关系（薄膜TCR和电阻率都与薄膜生长条件紧密相连，生长条件直接决定了薄膜的缺陷密度、晶粒大小、表面粗糙度等属性）。

VOx和a-Si的不同点：

技术积累时间：1978年VOx材料制作微测辐射热计取得了突破性进展，a-Si晚了10年，VOx红外探测器的性能，技术更加成熟。

薄膜性能指标：VOx材料TCR优于a-Si，同样TCR条件下，非晶硅的1/f（噪声系数）显著高于VOx材料，可以理解为VOx红外探测器的成像质量更好。

器件技术指标：VOx材料对于红外光线的光电转换效率更高，测量温度稳定性好，探测器的热灵敏度能达到30mK，a-Si红外探测器的灵敏度通常在50mK左右。

氧化钒的电阻温度系数较高，随着温度变化电阻变化大，是目前的主流材料，但是氧化钒材料不能与标准硅圆集成电路工艺相兼容。非晶硅材料也由于是无定形结构，所以呈现的电流噪声比氧化钒大，所以NETD相对较差，表现为图像有蒙砂感。