Каковы основные материалы для тепловых компонентов неохлаждаемых инфракрасных детекторов, в чем сходство и различие между оксидом ванадия (VOx) и аморфным кремнием (α-Si)?
1. Сходства
1.1 Тот же производственный процесс
Технология микроболометра совместима с технологией CMOS. Он может быть монолитно интегрирован со схемами считывания CMOS и обеспечивает массовое производство на основе процессов производства полупроводников. Это основная технология неохлаждаемых инфракрасных детекторов фокальной плоскости.
1.2 Один и тот же тип пленки
Тонкие пленки как оксида ванадия, так и аморфного кремния представляют собой полупроводниковые термочувствительные тонкие пленки. А ТКС тонкой пленки прямо пропорционален удельному сопротивлению.
2. Отличия
2.1 Время разработки технологии
В 1978 году был сделан прорыв в использовании материалов микроболометров VOx для изготовления детекторов. Аморфный кремний опоздал на 10 лет. Производительность и технология детекторов, изготовленных из оксида ванадия, являются более зрелыми, чем аморфный кремний (детектор из оксида ванадия имеет продукт с шагом пикселя 10 мкм, а детектор из аморфного кремния в настоящее время имеет продукт с шагом пикселя 12 мкм и 320 × 240 пикселей).
2.2 Различные методы осаждения тонких пленок
Тонкая пленка оксида ванадия изготавливается методом реактивного напыления, который требует модификации стандартного оборудования CMOS для процесса PVD и введения O2 в качестве реакционного газа для осуществления окисления тонкой пленки.
Тонкие пленки аморфного кремния получают методом химического осаждения из паровой фазы (CVD), что требует модификации стандартного оборудования для CVD-процесса CMOS и введения H2 в качестве реакционного газа для реализации процесса легирования тонких пленок водородом.
2.3 Различные показатели качества пленки
Показатели в основном включают температурный коэффициент сопротивления TCR, коэффициент шума 1/f, удельное сопротивление и однородность сопротивления.
Тонкая пленка из оксида ванадия и тонкая пленка из аморфного кремния представляют собой полупроводниковые термочувствительные тонкие пленки, а TCR тонкой пленки прямо пропорционален удельному сопротивлению.
При одинаковом сопротивлении TCR пленки оксида ванадия лучше, чем у пленки аморфного кремния.
При тех же условиях ТКР фактор шума 1/f тонких пленок аморфного кремния на 2 порядка выше, чем у тонких пленок оксида ванадия (высокий шум и плохое качество изображения), что серьезно ограничивает собственную чувствительность и фиксированный структурный шум детекторы на основе тонких пленок аморфного кремния, и это ограничение будет становиться все более и более очевидным по мере уменьшения размера пикселя.
2.4 Различные технические характеристики
Чувствительность детектора на основе оксида ванадия может достигать 20~30 мК, тогда как чувствительность детектора на основе аморфного кремния обычно составляет около 50 мК.
Остаточный фиксированный шум аморфного кремния велик, что более чем на порядок больше, чем у оксида ванадия. Специфика работы заключается в том, что изображение имеет ощущение завесы, а инфракрасное изображение показывает недостаточно резкое и прозрачное.
2.5 Другой принцип визуализации
Исходя из принципа формирования изображения, один пиксель оксида ванадия представляет собой точную температуру, в то время как тонкие пленки поликристаллического кремния относительно нечувствительны к изменениям температуры из-за особенностей роста материала. С развитием программных алгоритмов этот недостаток может быть в определенной степени устранен с помощью программ алгоритмов изображения. Используя алгоритмы изображения, в качестве значения измерения температуры принимается средняя температура N * N (N ≥ 2) пикселей. Затем введите смоделированное искусственное значение для прилегающей области. Если близкое наблюдение все еще возможно, иногда, когда объект имеет всего несколько пикселей на большом расстоянии наблюдения, часто бывает трудно распознать или проанализировать ошибки.
идти наверх
Неохлаждаемые инфракрасные детекторы
Неохлаждаемые тепловизионные модули
Охлаждаемые инфракрасные детекторы
Охлаждаемые тепловые модули