高响应微测辐射热计像元设计文献综述

 2022-11-25 03:11

文 献 综 述

摘要:微测辐射热计具有系统简单、成本低的优点,是非制冷红外探测器中最主要的产品形式,在民用以及军事领域有着广泛的应用。微桥是微测辐射热计阵列像元的重要部分,它对像元的光学、热学以及力学性能有重要影响。本项目从微测辐射热计的探测机理出发,通过研究影响探测性能的微桥结构关键参数,提出结构优化方法,降低微测辐射热计的响应时间,为高帧率红外探测系统设计提供思路。为了全面了解微测辐射热计的研究进展,本研究通过查询CNKI中国期刊数据库,收集了近40年来相关文献资料约20篇,并进行了综述。

前言:纵观红外探测器的发展历程,器件越来越趋于集成化,大阵列,小型化,智能化。目前室温红外探测器主要有三种类型:目前室温红外探测器主要有三种类型:微测辐射热计型,热释电型[1]和热电堆型。[2]其中微测辐射热计的工作原理为:目标发出含有自身温度信息的红外线辐射,被红外吸收层吸收,辐射能量转换为热能并引起热敏感电阻区域的温度升高,其电阻值相应发生变化,施加偏置电流就可以从电阻的改变读出电压的改变,从而实现光电交换。微测辐射热计具备较高的响应速度(与热电堆型相比),制作工艺较简单比,不使用斩波器等优点。所以在近几年的发展浪潮中,越来越受到市场的重视,相比于其他类型的探测器,它无需制冷,且制作工艺也相对比较简单;而测辐射热计式红外探测器主要由红外吸收层、热敏电阻、热绝缘结构、支撑基底四部分组成[3]。从Honeywell发布首款微测辐射热计式红外探测器至今,微测辐射热计式红外探测器长期采用的是下面图1-1的微桥结构.其基本结构包括:硅基读出电路,Al反射层,1/4波长共振腔,桥柱,桥腿,桥面。

图1-1

然而,由于大阵列化器件的需要,探测元的尺寸要求更小,但是在像元改为小尺寸的同时,会带来感光面积减小的问题,从而导致探测性能的下降,所以我们需要通过改善结构的方式,在采用小尺寸像元的同时,保持其探测性能。

课题研究的国内外发展历程及现状:

微测辐射热计由许多微桥结构组成的像元阵列构成。通常而言,为了提高探测器的响应度和填充率等,一般将微桥结构制作成带有支撑材料层的结构,其特点是微桥结构的焦平面通过长长的桥腿连接到桥墩,再通过桥墩与衬底连通。从热学设计上考虑,这样的好处是可以有效减小结构的热导,降低桥面和衬底之间的热交换,同时也可以起到电学通道与机械支撑的作用[4]

微桥结构的设计是提高微测辐射热计性能的关键所在,经过长期的发展演变,目前微桥结构的设计主要有三种:早期部分镂空结构、单层结构和双层结构,如图 1-1 所示。

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