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深层分析:红外热成像测温仪氧化钒红外线探测器和非晶硅优点和缺点比照?
发布日期:2020-05-08 10:25

大伙儿应当都了解红外线焦平面探测仪是红外热像系统软件​的关键,也是检测辨别和剖析认知物热信息内容的重要,红外线焦平面探测仪在安防监控系统、工业生产检验、医药学查验及其国防军工这些每个制造行业都具备普遍的运用,销售市场上关键运用的机器设备有热像仪夜视镜,单目手执热像望眼镜这些。

红外线焦平面探测仪可分成致冷型红外线焦平面探测仪和非致冷红外线焦平面探测仪,由于今日的主题风格是热像仪夜视镜的探测仪,因此只详细介绍非致冷红外线焦探测仪的原材料,非致冷红外线焦平面探测仪的热敏电阻正本当今的流行原材料是以氧化钒(VOx)和非晶硅(α-Si)主导。

氧化钒(VOx)详细介绍:

二十世纪八十年代初,英国的Honeywell企业接军队课题研究刚开始科学研究氧化钒塑料薄膜,并于二十世纪八十年代末研发出非致冷氧化钒微测热辐射计。氧化钒也是有多种多样复合型形状,如VO2、V2O5、V2O3等。氧化钒原材料具备较高的TCR(在室内温度自然环境下约为2%/K~3%/K),其制取技术性历经很多年的发展趋势已很完善,在微测热辐射计高档商品中获得了普遍的运用。

非晶硅(α-Si)

荷兰核能联合会从1991年刚开始科学研究非晶硅原材料的探测仪,现阶段技术性上已很完善。非晶硅的TCR与VOx非常,也是一种获得较多运用的微测热辐射计原材料,其优势是与规范硅加工工艺彻底适配,制取全过程相对性简易。但因为非晶硅是不定形构造,展现的1/f噪音比VOx要高,因此NETD一般比不上VOx原材料。

别的原材料

硅二极管(SOI)优势取决于其总面积可做的比电阻器的总面积更小,因此能作出规格更小的像元,但面阵较小,一般作为点温度测量行业。

也有一些原材料也可用以微测热辐射计的生产制造,他们具备一些出色的特点,但也存有较显著的缺陷。氧化钛塑料薄膜具备较低的1/f噪音,可便捷地与CMOS读取电源电路集成化,具备较低的热传导,但其TCR只能0.35%/K上下可是特性不稳定,生产制造加工工艺和使用寿命都是有一定限定。

氧化钒和非晶硅的相同之处:

1、生产制造的加工工艺同样

微测热辐射计技术性与CMOS加工工艺适配,可以与CMOS读取电源电路片式集成化,可根据半导体设备加工工艺开展大规模生产,是是非非致冷红外线焦平面探测仪的流行技术性。

2、塑料薄膜类型同样

氧化钒塑料薄膜与非晶硅塑料薄膜全是半导体材料热敏电阻塑料薄膜,塑料薄膜TCR与电阻都正比关联。

氧化钒和非晶硅的不同之处:

综上所述类似有五条不同之处,分别是成像原理不一样、塑料薄膜堆积方式不一样、塑料薄膜性能参数不一样、元器件性能指标不一样及其技术性的堆积時间都不同样,下边我将详细描述。

1、成像原理不一样

从显像的基本原理看来,氧化钒一个像元便是一个精准的溫度,非晶硅塑料薄膜因为原材料生长发育的特点,对溫度的转变相对性不比较敏感。伴随着手机软件优化算法的发展趋势,能够 根据图像算法程序流程把这个缺陷做一定水平的填补。根据图像算法把N*N(N≥2)个像元的平均气温做为一个温度测量值。那麼邻近地区得出一个仿真模拟的人工服务标值。假如近距观察还能够,观察远距离时,有时候一个物块只能好多个像元时,通常无法识别或是剖析不正确。

2、塑料薄膜堆积方式

氧化钒塑料薄膜选用反应溅射堆积方式制取,必须对规范CMOS加工工艺PVD机器设备开展更新改造,导入O2做为反映汽体,完成塑料薄膜空气氧化。

非晶硅塑料薄膜选用有机化学液相堆积(CVD)方式制取,必须对规范CMOS加工工艺CVD机器设备开展更新改造,导入H2做为反映汽体,完成塑料薄膜掺氢加工工艺。

3、塑料薄膜性能参数不一样(关键包含TCR电阻器温度系数、1/f噪声系数、电阻与电阻器匀称性)

氧化钒塑料薄膜与非晶硅塑料薄膜全是半导体材料热敏电阻塑料薄膜,塑料薄膜TCR与电阻都正比关联。

一样电阻标准下,氧化钒塑料薄膜TCR好于非晶硅塑料薄膜。

一样TCR标准下,非晶硅塑料薄膜的1/f噪声系数高过氧化钒塑料薄膜两个量级(噪音高显像品质差),比较严重牵制了根据非晶硅塑料薄膜的探测仪原有敏感度与固定不动图型噪音,并且这类牵制会伴随着像元规格的变小愈来愈明显。

4、元器件性能指标

氧化钒探测仪的敏感度能够 做到20~30mK,非晶硅探测仪的敏感度一般在20mK上下。

非晶硅的残留固定不动图型噪音大,比氧化钒的大一个量级之上,主要表现为图象有蒙纱感,红外线图象感官不足锋利透亮。

NETD与热时间常数相乘质量因素(FOM)是评定探测仪研发工作能力的指标值,氧化钒FOM远远地高过同级別(同像元间隔)非晶硅探测仪。

氧化钒探测仪的图象非匀称性优于非晶硅探测仪。

5、技术性堆积時间

1978年,从微测热辐射计VOx原材料制做探测仪获得开创性发展趋势。而非晶硅晚了十年。由氧化钒做成的集成ic的特性、技术性相对性非晶硅更完善。(氧化钒探测仪具备10μm像元间隔的商品,而非晶硅探测仪现阶段仅有ULIS设计方案的320×240清晰度的12μm像元间隔商品。)

纵览全世界红外线销售市场,氧化钒(VOx)与非晶硅(α-Si)都获得了广泛运用。氧化钒技术性初期关键把握在国外几大武器大佬手里,如红外技术顶级的DRS、雷神1、BAE等全是选用氧化钒计划方案,多运用于军用等对显像品质规定较为高的行业;非晶硅较为有象征性的是荷兰Ulis,在民品一般行业,非晶硅以较低的成本费有着一定的市场占有率,另外大幅度推动了红外线探测器在民品销售市场的广泛运用。

 

 

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