Неохлаждаемый инфракрасный детектор в фокальной плоскости можно разделить на три основные технические части от проектирования до производства: микроболометр, схема считывания и вакуумная упаковка.
1. Микроболометр
Микроболометр (MB) представляет собой чувствительный элемент термисторного типа, совместимый с полупроводниковыми процессами и может быть монолитно интегрирован с интегральной схемой считывания КМОП (ROIC). Он изготовлен и обработан на основе технологии MEMS и состоит из кремниевой подложки, нижнего отражателя, соединенного между собой электрода, теплоизоляционного пирса, слоя терморезисторного материала и мостовой палубы инфракрасного поглощения. В настоящее время используются слои термисторных материалов, в основном из оксида ванадия (VOx) и полупроводниковых термочувствительных пленочных материалов из аморфного кремния (α-Si).
Дека инфракрасного абсорбционного моста состоит из пикселей со структурой микромостиков МЭМС, которые многократно расположены в двух измерениях на фокальной плоскости. Каждый пиксель (микромост) измеряет тепловое излучение под определенным углом падения. Микромост состоит из нескольких слоев материалов. Сверху донизу они представляют собой поглощающий инфракрасный свет, термочувствительный слой, а также опоры и опоры моста, которые служат опорными и электрическими соединениями. Опоры моста и опоры соединены с кремниевой подложкой через систему COMS. Когда настил моста поглощает внешнее инфракрасное излучение, абсорбционный слой микромоста поглощает инфракрасную энергию и, соответственно, производит незначительные изменения температуры, вызывая соответствующие изменения значения сопротивления термочувствительного слоя каждого микромоста. ROIC усиливает изменения сопротивления микромоста через соединенные между собой электроды и преобразует их в электрический видеосигнал.
2. Схема считывания (ROIC)
Схема считывания неохлаждаемого инфракрасного детектора в фокальной плоскости выводит мельчайшие изменения сопротивления каждого микроболометра в виде электрического сигнала. Ток сигнала, генерируемый инфракрасным излучением, излучаемым в фокальной плоскости, очень мал, как правило, на уровне наноампер или даже пикоампер. Этот слабый сигнал легко заглушается другими шумами, поэтому электрический шум цепи считывания необходимо контролировать как можно меньше, чтобы избежать ненужного влияния на показатель чувствительности детектора.
Принцип работы традиционной схемы отсчета заключается в следующем: на термочувствительную пленку микроболометра подать фиксированное малошумящее напряжение смещения, получить его изменение сопротивления с температурой в виде изменения тока, а затем преобразовать его в напряжение сигналом интегратора, выводимым через драйвер.
3. Технология вакуумной упаковки
Изменение температуры после того, как микроболометр получает целевое инфракрасное излучение, очень слабое. Чтобы сохранить тепло на нем и избежать теплообмена с молекулами воздуха, его нужно поместить в вакуумную среду для работы. Как правило, степень вакуума требуется менее 0,01 мбар (т.е. 0,00001 атм). Требования к вакуумной упаковке неохлаждаемых инфракрасных детекторов в фокальной плоскости: отличная и надежная герметизация; инфракрасное окно с высоким коэффициентом пропускания; высокая урожайность; невысокая стоимость. Современные технологии упаковки можно разделить на уровень чипа, уровень пластины, уровень пикселей и т. д.
идти наверх
Неохлаждаемые инфракрасные детекторы
Неохлаждаемые тепловизионные модули
Охлаждаемые инфракрасные детекторы
Охлаждаемые тепловые модули