国内不同技术流派的非制冷红外探测芯片取得了哪些突破？

多晶硅的TCR并不比氧化钒弱，但由于其自身的无定形结构，NETD往往不如氧化钒好。非晶硅成本低，市场份额稳定，大大促进了红外探测器在民用产品领域的广泛应用。在25μm像元间距的非制冷红外系列中，国内领先的芯片可以基于氧化钒和非晶硅实现40mk的NETD。

红外探测器从运动到整机本地化是一个漫长的过程。依靠反向工程从模仿开始。经过近20年的发展，它摆脱了红外核心设备受制于人的局面，这是国内非制冷红外芯片的漫长替代方式。非制冷红外因其低噪声等效温差（NETD）指标而被广泛应用于民用领域。相应的制冷红外芯片主要用于军事等高端领域，高规格的制冷红外芯片基本上在各国禁止出口的产品名单中。

在非制冷红外运动中，热敏元件无疑是核心部件的核心，它连接着感知红外辐射和输出信号作为桥梁。非制冷红外芯片的热敏元件材料一般选择氧化钒（VOx）和非晶硅（α-Si）。这两种材料在技术上已经足够成熟，在红外运动的应用方面有着悠久的历史。氧化钒的应用将稍早一些，从军事到民用，因为它有更高的TCR，在红外运动中非常受欢迎。多晶硅的TCR并不比氧化钒弱，但由于其自身的无定形结构，NETD往往不如氧化钒好。

多晶硅技术的应用开拓了红外探测的民用市场

多晶硅由于其自身的无定形结构，在非制冷红外芯片中相同的TCR下会比氧化钒产生更高的噪声（约两个数量级），这意味着成像质量必然会恶化。由于材料决定了两条技术路线的红外芯片在同一条件下的效果差距，为什么基于氧化钒的非制冷红外芯片不统一整个市场，而是使基于多晶硅的红外芯片占据了很大的份额？

在民用产品领域，并不是所有的需求都对设备的技术指标要求如此严格。非晶硅成本低，市场份额稳定，大大促进了红外探测器在民用产品领域的广泛应用。与市场上常见的技术指标相比，氧化钒探测器的灵敏度相对容易达到40mk，虽然非晶硅探测器的灵敏度约为50mk，但并非不可能突破。国内市场有许多非制冷红外芯片使用非晶硅，灵敏度达到40mk。

来自材料的噪声限制了非晶硅的成像能力，但这种限制并没有想象的那么严重。在25μm像元间距的非制冷红外系列中，国内领先的芯片可以基于氧化钒和非晶硅实现40mk的NETD。在技术上，由于CMOS-MEMS，国内领先的不同热敏材料的红外芯片在大像元间距类别上没有明显差异，无论是热响应速度、灵敏度还是分辨率指标。为了弥补材料的先天缺陷，国内红外芯片从1280×1024到3072×2048的像素水平已经领先于国外技术水平。

基于非晶硅的非制冷红外芯片在温度测量、监控、车载夜视等领域具有较小的市场份额，低成本测已经推出了民用红外探测的应用。

氧化钒红外芯片优质成像优势突破小像元

在相同的TCR下，氧化钒的噪声系数明显优于非晶硅，这意味着成像质量很高。在像元间距越来越小的应用中，这一优势将显著放大。从17μm像元间距开始，基于非晶硅的红外芯片成像质量开始下降。到12μm像元间距，基本上是氧化钒的世界。从17μm像元间距开始，非晶硅只能维持50mk的NETD，而氧化钒很容易达到不到40mk的灵敏度，接近20~30mk。

虽然基于氧化钒的红外芯片成本稍高，但国内制造商有自己的方法来稀释成本。例如，国内制冷和非制冷红外芯片巨头高德红外直接完成整个晶片上的高真空包装测试程序，然后切割成单个红外探测器，解决微型化和成本问题；艾瑞光电开发的ASIC系列红外热成像模块也通过大规模生产降低了市场空间。

氧化钒的高质量成像优势不满足于17μm到12μm的像元间距，国内领先的红外芯片制造商开始突破较小的像元间距。非晶硅技术在非制冷红外领域的10μm像元间距应用中已经不存在。在10μm像元间距应用中，即使使用氧化钒，也很难降低NETD，也不容易保持40~50mkNETD的高灵敏度。

去年，世界上第一个突破性的8μm红外芯片进一步推动了AOD472A超小像元红外焦平面探测器芯片的广泛应用。8μm芯片没有披露太多详细参数。从官方指标来看，其NETD≤40mk无疑反映了领先的技术实力。

小结

在非制冷红外焦平面探测器芯片中，国内完全替代，国内技术水平位居世界第一梯队。较小像元间距的技术突破也显示了国内非制冷红外探测器芯片的良好实力。不同技术流派的红外探测器芯片的批量生产成本无疑将打开更多领域的应用空间。