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      史密斯ec故障(史密斯ec故障處理)

      發布日期:2022-09-29 22:50:33 瀏覽:
      史密斯ec故障(史密斯ec故障處理)

      前沿拓展:


      (原標題:黎韜揚:紅外探測器技術獲突破,關注國產化投資機遇)

      紅外探測器利用紅外輻射進行成像,基于紅外在大氣傳輸存在的“大氣窗口”,紅外線的應用分為短波紅外中波紅外長波紅外三大類。短波紅外利用目標反射環境中普遍存在的短波紅外輻射,在分辨率和細節上類似于可見光圖像;長波、中波紅外成像利用室溫目標自身發射的熱輻射,用于各種紅外熱視設備。

      紅外熱成像儀主要分為軍用和民用兩個產品市場。最早運用在軍事領域,隨著紅外成像技術的發展與成熟,低成本的民用紅外像設備出現,在民用領域得到了廣泛的應用。兩個市場相對獨立,所需產品類型存在較大差異,軍用以高性能制冷型探測器為主,民用市場偏好低成本非制冷探測器。

      紅外探測器是紅外產業鏈的核心,紅外探測器性能高低直接決定了紅外成像的質量。據具體的需求和應用,紅外探測器會有不同的分類,最為常見的是根據制冷需求,分為制冷紅外探測器非制冷紅外探測器。制冷型探測器對應的為基于光電效應的光子傳感器,目前第三代制冷型紅外光電探測器的材料主要包含HgCdTe、量子阱光探測(QWIPs)、II類超晶格(IISLs)與量子點光探測(QDIPs)四種;非制冷型探測器對應的是基于入射輻射的熱效應的熱探測器,商用非制冷探測器目前主要由氧化釩、非晶硅或硅二極管制造。

      不同的公司采用的技術路線存在較大差異,國外紅外探測器公司以綜合性為主。多數公司產品包括制冷型和非制冷型,可以達到全波段紅外覆蓋,例如美國的雷神(Raytheon)、DRS、TIS、法國的Sofradir、以色列的SCD等,主要產品用于軍用;FLIR公司作為全球最大紅外熱像儀商業公司,主要自產焦平面產品主要包括氧化釩非制冷紅外探測器、中波紅外的InSb以及短波紅外的InGaAs陣列。

      國內的探測器力量主要包括研究院所如上海技物所、中電11所、北方夜視以及民企如高德紅外大立科技睿創微納等。從民企角度來看,三家公司技術路線也存在較大差異,高德紅外產品覆蓋較廣,包括非制冷氧化釩探測器、制冷型碲鎘汞及二類超晶格紅外探測器三大類;大立科技集中發展非制冷探測器,沿襲法國Sofradir非晶硅工藝;睿創微納產品集中于非制冷氧化釩探測器。

      目前國內外企業的紅外探測器材料的制造工藝都趨于成熟,技術路線也相對確定。短期內各企業發展重點為基于現有工藝上的追求高性能、小型化和低成本的產品升級。在投資標的選擇上,建議重點關注技術優勢突出、下游應用潛力較大的頭部上市公司,包括高德紅外、大立科技、睿創微納等。

      紅外基本概念及其主要應用

      1.1 紅外線不為人眼所見但卻無處不在

      紅外線是一種肉眼不可見的光線,在1800年被英國天文學家威廉·赫謝爾發現,又稱為紅外熱輻射。紅外輻射本質是一種電磁輻射,在物理學上定義波長在0.75~1000μm的電磁波。紅外輻射的波長介于可見光和微波之間,其短波與可見光波段的紅光相鄰,長波段與微波相接。

      根據紅外輻射的產生機理、紅外輻射的應用和發展情況并結合考慮了紅外輻射在地球大氣層中的傳輸特性,進一步將0.75~1000μm的紅外輻射劃分為四個波段:

      (1)近紅外或短波紅外,波長范圍為0.75~3μm;

      (2)中紅外或中波紅外,波長范圍為3~6μm;

      (3)遠紅外或長波紅外,波長范圍為6~15μm;

      (4)極遠紅外,波長范圍為15~1000μm。

      紅外輻射雖然不能直接被人眼感知,但它卻是自然界中最廣泛存在的輻射之一。任何溫度在絕對零度(273.15℃)以上的物體都會源源不斷的向外輻射包括紅外輻射在內的全譜段輻射信號,輻射能力的大小與物體表面的溫度和材料的特性有關,溫度越高,輻射的能量越大。

      1.2 紅外探測可實現夜視、測溫、穿透云霧等功能,軍民兩用空間廣闊

      紅外熱成像儀運用光電技術以被動的方式探測物體所發出的紅外輻射,算出物體表面每一點的溫度,以不同的顏色來顯示不同的溫度,從而轉換為可供人類視覺分辨的圖像和圖形。紅外熱成像儀可以突破人類視覺障礙,能在完全黑暗的環境下探測到物體,即使在有煙霧、粉塵的情況下也可實現探測,且不需要光源照明,因此可以全天候使用。由于紅外熱成像具有隱蔽性好、抗干擾性強、目標識別能力強、全天候工作等特點,在軍事和民用領域都發揮著越來越重要的作用。

      紅外熱成像儀主要應用類型可以分為晝夜觀察和熱目標探測兩大類,最早運用在軍事領域,從上世紀7080年代就逐步應用于海陸空戰場,應用場景包括軍事偵察、監視和制導等方面,經過多年的技術迭代及產品換代,目前紅外產品在美國、法國等發達國家軍隊的普及率較高,紅外成像、紅外偵察、紅外跟蹤、紅外制導、紅外預警、紅外對抗等在現代戰爭中是很重要的戰術和戰略手段。

      隨著紅外成像技術的發展與成熟,各種適于民用的低成本紅外像設備出現,在民用領域得到了廣泛的應用。目前,紅外熱像儀行業已充分實現市場化競爭,各個企業向市場不斷推出價格更低、性能更好的非制冷型紅外熱成像儀,在電力、建筑、執法、消防、車載等行業的應用領域不斷的擴大。

      1.3 短/中/長波紅外探測適用場景各不相同

      當紅外線在大氣層內或穿透大氣層時,會受到來自大氣層對輻射傳輸的影響,而造成光的能力衰減,這也被稱為大氣消光。大氣消光作用對紅外輻射影響與波長有關,具有明顯的選擇性。紅外在大氣中有三個波段區間內具有很高的透過率,被稱為“大氣窗口”,分別為:近紅外區的1~3μm波段,中紅外區3~5μm波段和遠紅外區8~14μm。

      不同波段的紅外成像在成像機理方面存在著差異,長波、中波紅外成像主要是利用室溫目標自身發射的熱輻射,短波紅外成像則主要是利用室溫目標反射環境中普遍存在的短波紅外輻射。

      1.3.1 短波紅外原理及應用

      短波紅外與中長波紅外在原理上具有明顯的差異,它利用反射光成像,而不是熱成像。短波紅外探測依賴非常低亮度夜間環境中來自于月光、星光、大氣輝光等光線的“夜天輻射”。夜天輻射光度低于人眼視覺閾值,難以引起人眼視覺感知。夜天輻射的大部分能量集中在1~2.5μm短波紅外波段,獲取室溫景物反射夜天光的短波紅外圖像與可見光的結合也成為現在微光夜視系統最常用的手段。

      短波紅外更像增強的視力,它所成的像與人眼看到的非常類似。這在其很多應用方面具有很強的優勢,例如減少潛在的友軍誤傷、可以看到艦船的名字等海上目標的重要特征,以及在安防應用中的面孔識別等。除此之外,短波紅外成像還有一個其他技術無可比擬的主要優點,即它能夠透過擋風玻璃進行成像,常常用于武裝運輸車駕駛間內的增強夜視系統。

      1.3.2 中長波原理及應用

      中長波紅外主要是探測的目標物體自身輻射的紅外光譜,受目標物性、應用場景等多因素影響,中長波紅外探測器各有優劣。

      目標溫度是影響探測器選擇的主要因素之一,不同溫度物體的紅外輻射在不同波段的能量密度具有顯著差異。從220K到380K,目標在長波波段的有效輻射都遠大于中波波段的輻射;隨著目標溫度的升高,中波的絕對輻射量很快增加,有效輻射比例迅速上升。

      環境因素也是探測器選擇的主要考量因素之一,不同的波段的紅外光譜具有不同的適用性。例如中波在雨天、霧天等濕度大的氣候條件下穿透性尤其強,而長波紅外在沙塵條件下穿透距離較其他波段更長。對于具體的應用場景,要綜合考慮探測器材料、目標輻射、背景輻射和成本等多個影響,選擇合適波段的探測器。

      對濕度較高環境,如艦載光電系統,探測目標的溫度大多在300K以上,具有一定的中波輻射,且這種環境下中波輻射的大氣透過率比長波高,應優先選擇使用中波探測系統。對于地對地遠距離觀察紅外系統,背景輻射大多比較復雜,大氣傳輸路徑較長,如果環境濕度較高,一般采用中波探測,如果環境濕度較低,可以考慮采用長波探測。

      對于空對地、空對空和地對空等遠距離觀察的紅外系統,如果探測溫度在300K以下的低溫目標,且傳輸路徑中水汽較少、透過率較高則應該優先選擇長波探測系統;如果探測高溫目標,如飛機噴射管、排氣管、尾焰等,應優先選擇中波探測系統。若紅外系統自身在高速運動,如導彈探測系統、機載光電偵查系統等,由于其窗口玻璃需要承載很大的風壓和氣動加熱,目前沒有合適的長波光學材料,因此也應該采用中波探測系統。

      對于探測器距離要求較近的應用環境,如紅外安防監控系統、手持紅外望遠鏡或頭盔等,探測距離在幾十米到2km以內,應該優先選擇成本低、體積小、重量輕和功耗低的非制冷長波紅外探測器。對于森林火災等大面積高溫目標的紅外系統,由于目標會產生大面積的強烈紅外輻射,完全覆蓋了中波和長波波段,即使使用非制冷長波紅外探測器,探測距離也可以到十幾千米以上。

      1.4 紅外探測器是紅外產業鏈的核心

      紅外熱像儀是一種二維平面成像的紅外系統,用來探測目標物體的紅外輻射,并通過光電轉換、電信號處理等手段,將目標物體的溫度分布轉換成灰度分布,以視頻或圖像的形式輸出。紅外熱像組成部件及技術包括了紅外光學系統、紅外焦平面探測器、后續電路以及圖像處理軟件,這四部分的性能與設計水平直接影響了紅外熱像儀的成像質量與穩定性。

      “一代器件,一代整機,一代裝備”,紅外探測器是紅外產業鏈的核心。紅外探測器性能高低直接決定了紅外成像的質量。紅外探測器在紅外成像系統中的地位類似于人視覺系統中的視網膜,將從環境中檢測的紅外輻射的信號,轉變為機器可以識別的電流或電壓的信號,是探測、識別和分析目標物體紅外信息的關鍵。

      紅外探測器原理與核心指標

      2.1熱探測器和光子探測器

      紅外探測器是紅外系統的核心,是探測、識別和分析物體紅外信息的關鍵部件。據具體的需求和應用,紅外探測器會有不同的分類方式來強調某一方面的特性。根據能量轉換方式,紅外探測器可以分為熱探測器和光子探測器兩大類;根據工作溫度和制冷需求,分為制冷紅外探測器和非制冷紅外探測器。

      熱探測器的工作機理就是基于入射輻射的熱效應引起探測器材料溫度變化。探測器材料某些物理性質會隨著溫度變化發生改變,通過測量這些物理性質的變化就可以測出材料吸收輻射的大小。熱探測器利用的熱效應,熱吸收與入射輻射的波長無關,熱敏單元的溫度變化較慢,室溫環境下就可以觀測到熱敏單元的溫度變化。

      光子探測器是基于入射光子流與探測器材料的相互作用產生光電效應。探測器通過測量光電效應的大小可以計算得到吸收輻射的大小。光電效應是半導體中電子吸收光子而產生的效應,通常情況下,必須將半導體冷卻到較低溫度才能夠觀測到光電效應。同時,入射光子能量要大于一定值時才能產生光電效應,所以光子探測器具有截止波長。

      2.2 單元數日益增加,紅外焦平面探測器已是主流

      對于一個紅外敏感單元,即單元紅外探測器,在其他條件不變的情況下,減少單元探測器的敏感元面積,可以提高單元探測器的信噪比。但是如果要求紅外系統既要有足夠大的視場、又保證足夠高的信噪比,單元探測器組成的紅外系統則無法同時滿足,需要發展多元探測器陣列組成的紅外系統。

      早期的多元探測器陣列屬于分立元件組裝形式,一般元數都在200元以下。為了保證低溫工作環境,探測器芯片需要封裝在高真空的杜瓦瓶中,每個探測單元的光電信號,最少有兩條信號引出線。如果探測器元件增多,信號引出線也相應增加,將會使得加工難度增加。同時每一個引線都需要配備一個低噪聲前置放大器,功耗較大,因此使用非常不便。

      紅外焦平面陣列器材利用微電子工藝集成電路技術,集紅外探測器和信號處理電路與一體。實現了幾千個甚至幾百萬個高密度的多元探測器陣列,同時完成光電轉換和信號處理。紅外焦平面陣列優化了紅外系統的結構、減小了系統的體積、降低封裝難度并降低了系統的功耗,迅速取代分立組裝元件成為紅外探測器的主流。

      按照成像的應用方式劃分,焦平面紅外探測器可以分為掃描式和凝視式兩種。當焦平面的光敏元數目較少,一般成線陣排列,為了滿足紅外系統總視野的要求,必須借助光機在水平和垂直兩個方向掃描成像,被稱為掃描型焦平面探測器。如果焦平面探測器兩個方向的光敏元數目都可以滿足視場要求,無需光機掃描,目標空間完全投影在焦平面范圍內,即焦平面“凝視”整個視場,被稱為凝視型焦平面探測器。目前市面主流產品都是凝視型焦平面,掃描型焦平面在一些特殊應用方面仍有市場需求。

      由于紅外焦平面主要有探測器陣列和讀出集成電路構成,而兩部分對材料的要求是有所不同的。紅外敏感元部分主要著眼于材料的紅外光譜響應,而信號處理部分是從有利于電荷存儲與轉移的角度考慮的。目前沒有一種能同時很好的滿足兩者要求的材料,從而導致了紅外焦平面結構的多樣性,分為單片式和混合式兩種。

      單片式焦平面將探測器陣列與信號處理和讀出電路集成在同一芯片上,在同一芯片上完成所有這些功能。混合式焦平面探測器將紅外探測器陣列和信息處理電路兩部分分別制作,通過鑲嵌技術把二者互連在一起。目前最常用的是倒裝式混合結構,采用銦柱倒焊技術的互連方法,探測器陣列和硅多路傳輸器這兩個芯片通過的銦柱對接,將探測器陣列的每個探測元與多路傳輸器一對一地對準配接起來。另外一種比較常用的是環孔型結構,探測器芯片和多路傳輸器芯片膠接在一起,通過離子注入在芯片上制作光子探測器,用離子銑穿孔形成環孔,再通過環孔淀積金屬使探測器與多路傳輸器電路互連,形成混合式結構。環孔互聯比倒裝焊有更好的機械穩定性和熱特性。

      2.3 陣列規模、NETD、像元間距是紅外探測器的核心指標

      紅外探測器的性能參數主要有響應度、噪聲等效功率、探測率、比探測率、光譜響應特征、響應時間、響應頻率、噪聲等,其中最重要的是陣列規模、NETD、像元間距。

      響應率:描述紅外光電探測器接受的入射紅外信號與輸出的電信號之間的對應關系。紅外探測器的響應率定義為單位輻射功率人射到探測器上轉換為電信號的能力。響應率越大說明探測器對入射紅外輻射信號的響應程度越強烈,但是這并不能說明該探測器的探測能力或是靈敏度就越高。

      響應時間:由于紅外探測器存在惰性,因此對紅外輻射的響應存在一定的滯后。當以恒定的輻照強度照射探測時,探測器的輸出信號從零開始逐漸上升,經過一段時間后才可以達到穩定值。響應時間的物理意義是:當探測器受到紅外照射時,輸出信號上升到穩定值63%所需要的時間。響應時間越短,響應越快,該指標直接影響系統設計中的幀頻。當幀頻對應的時間小于響應時間,新的信號還不能達到預定的穩定輸出值,上一幀的信號還沒有釋放完,因此不能得到準確清晰的圖像。幀率是制冷型探測器和非制冷型探測器性能的主要差別之一,制冷型探測器的幀頻更高。

      噪聲:紅外系統的探測性能受到其噪聲的限制,噪聲的大小決定了紅外探測器性能的極限。紅外焦平面探測器的噪聲包括瞬態噪聲和空間噪聲。瞬態噪聲指的主要是器件本身的噪聲,如光子噪聲、暗電流噪聲、以及讀出電路的噪聲等;空間噪聲是由于紅外焦平面陣列各個像元的響應特征不一致造成的。

      噪聲等效功率NEP:描述測器探測輻射的能力的下限。由于噪聲存在,當輻射小到它在探測器上產生的信號完全被探測器噪聲所淹沒時,探測器就無法檢測輻射信號。當探測器輸出信號等于探測器噪聲時,入射到探測器上的輻射功率定義為噪聲等效功率。在設計系統時通常要求最低可探測功率(靈敏度)數倍于噪聲等效功率,以保證系統有較高的探測概率和較低的虛警率。

      比探測率D:探測率D是噪聲等效功率NEP的倒數,用來表示輻照在探測器上單位輻射功率所獲得的信噪比。但探測率與探測器的面積和噪聲帶寬有關,所以引入了比探測率D這一個標準化參數來度量探測器的性能。表示當探測器的敏感元有單位面積、放大器測量帶寬為1Hz時,單位輻射功率所能獲得的信號噪聲比。比探測率越大,探測器的探測能力越強,所以在對探測器性能進行比較時,用比探測率較為合適。

      噪聲等效溫差NETD:噪聲等效溫差是度量焦平面器件溫度分辨能力能力的參數,定義為器件的輸入信號等于噪聲時,入射輻射目標的溫度變化。又稱為紅外熱成像的熱靈敏度,決定了熱像儀區分細微溫差的能力。NETD越小,表示器件的靈敏度越高。例如:某紅外探測器在室溫下的熱靈敏度為50mK,表示被測物表面溫度發生0.05℃的變化時,或者表面存在0.05℃以上的不均勻時,就可以被紅外熱像儀的探測器所感應到。

      盲元率:盲元率是評價一款焦平面陣列均勻程度的最直觀的指標。由于制造材料、工藝等因素的影響(如材料的不均勻性、掩膜誤差、缺陷等),在紅外焦平面陣列器件中存在不可避免的非均勻性,響應度小于焦平面器件平均響應度1/2的像元為死像元,或盲元,像元噪聲大于平均噪聲的2倍則為過熱盲元。盲元占總像元數的百分比為盲元率。盲元的數量和分布對于紅外圖像的信噪比和圖像質量產生很大影響,如果盲元過多或分布過于集中,則紅外圖像上將出現大量的或者過于集中的壞點。

      像元尺寸:描述單個成像單元的尺寸大小。在紅外成像系統應用中,像元尺寸的減小,可以使得每個晶片上制造更大規模的焦平面陣列,對整機系統的大小、重量和價格大有好處。但是由于NETD反比于像元面積,因此如果像元尺寸由50×50μm減小至17×17μm,而其他各項參數保持不變的情況下,NETD就會增大約9倍,這是由于像元尺寸的減小,將使得像元面積接受紅外能量減小,溫度提升降低,導致靈敏度降低。

      主流紅外探測器類型及其特點

      3.1 紅外探測器發展歷程

      紅外探測器的早期發展主要是熱探測器。1829年諾比利構造了第一個熱電偶和多個熱電偶串聯而成的熱電堆。1833年,梅洛尼改進了設計,制造了可以探測30英尺以外的人體的溫度的熱電堆。1880年,蘭利制作出可以研究太陽的紅外光譜輻射強度和輻照度測輻射熱計,比同時代熱電堆性能30倍。

      光子探測器晚于熱探測器出現。光電導效應發現于1873年史密斯的硒的海底電纜絕緣層實驗。1917年,凱斯發現含有鉈和硫的物質呈現出光導性,并研制出第一個紅外光電導探測器。當時,這種探測器在光照下電阻不穩定,響應度較低、噪聲增大且可重復性差。大約從20世紀30年代起,光子探測器才逐漸成為了紅外探測器發展的主流。

      早期研制的紅外探測器存在波長單一、量子效率低、工作溫度低等問題,大大地限制了紅外探測器的應用。現代紅外探測器到20世紀40年代才開始發展并投入實際應用。現代紅外探測器技術起源于第二次世界大戰,戰爭使人們認識到紅外探測器在軍事應用中的價值。第二次世界大戰之后,紅外光子技術與半導體材料科學以及為集成電路研發的光刻技術相結合,使紅外探測器在20世紀短暫的時間內取得非比尋常的發展。

      20世紀50年代初發明晶體管以后,第一個非本征光電導探測器就已出現,由于控制摻雜技術最先應用于鍺,所以第一個高性能非本征探測器是以鍺為基礎制造的,可以制成適于8~14μm長波紅外的探測器。1967年,索瑞夫首先報道了關于非本征硅探測器的研究。十年之后,當波義耳與史密斯發明了電荷耦合器件(CCD)以后,非本征硅又重新得到重視。

      在20世紀50年代,與非本征導體探測器同時,窄禁帶半導體也在快速發展。1959年,勞森(Lawson)與其同事的研究帶動了可變帶隙合金Hg1xCdxTe(碲鎘汞)的發展,很快就出現了基于鎘汞材料的、響應波長達到12μm的光導型和光伏型探測器。

      70年代開始,借助于晶體制備能力以及外延技術的快速發展,碲鎘汞材料研究也更加深入。人們發現通過調節Cd組分,HgCdTe的帶隙可以實現在01.6eV之間的連續變化,對應的波長能夠完全覆蓋短波,中波,長波和甚長波等整個紅外波段,碲鎘汞紅外探測器逐漸成為紅外探測器技術的首選,它在紅外探測器發展歷程中占有重要的地位。

      隨著光刻技術在20世紀60年代的實用化,人們便用這種方法來制作紅外探測器陣列。半導體紅外探測器從出現至今可以劃分為三代:第一代是線性光導探測器陣列,線列探測器技術首先用于PbS、PbSe和InSb探測器,已經得到廣泛應用;第二代是二維光伏探測器陣列,陣列包含大約106 個探測器單元,并利用集成在一起的線路完成電子掃描;當前發展的第三代紅外光電探測器,是在第二代基礎上進一步提出了探測器高性能、低成本的要求。

      3.2 制冷型紅外探測器

      制冷型紅外探測器一般指的是利用半導體材料的光子效應制成的探測器,光電效應需要半導體冷卻到較低溫度才能夠觀測,所以紅外系統需要制冷后才能使用。由于制冷型紅外探測器具有靈敏度高、能夠分辨更細微的溫度差別、響應速度快、探測器距離遠等優點,廣泛應用于高端武器裝備中。目前,第三代制冷型紅外光電探測器的材料主要包含HgCdTe、量子阱光探測(QWIPs)、II類超晶格(IISLs)與量子點光探測(QDIPs)四種。

      3.2.1碲鎘汞紅外探測器

      碲鎘汞(Hg1xCdxTe)屬于帶隙可調半導體材料,通過調節Cd組分變化,波長能夠完全覆蓋短波,中波,長波和甚長波等整個紅外波段。碲鎘汞紅外探測器通過吸收外來光子產生的電子躍遷為帶間躍遷,材料光吸收大,量子效率高,高達70%~80%,器件光響應大、響應率高。另外,碲鎘汞材料電子有效質量小,遷移率高,響應速度快,可作高頻器件,以上優點使之成為一種最重要的紅外探測器材料。

      20世紀60年代末70年代初,出現了第一代HgCdTe光導探測器。元數在103元以下,有線列和小面陣結構,其代表產品有:美國的60元、120元、180元光導HgCdTe器件,法國5×11元光伏HgCdTe器件,英國4條(或8條)掃積型HgCdTe器件等。線陣列HgCdTe光導探測器使得長波紅外前視系統可以只用一級制冷引擎工作,系統緊湊、輕便而且能量消耗相當小。

      20世紀70年代末以及整個80年代,紅外探測器逐漸向低功耗、高阻抗、大陣列等方向發展,在美國出現基于LADA Ⅰ、LADA Ⅱ、LADA Ⅲ型陣列發展起來的第二代紅外焦平面陣列系統。該系統可提供較大的二維陣列,規模在103~106元,不僅可以用于線陣掃描成像,而且可以用于方形和矩形陣列。代表產品有:4×240元、4×480元、256×256元和320×240元碲鎘汞紅外探測器等。

      碲鎘汞紅外探測器缺點也是非常明顯的。碲鎘汞是一種主要由離子鍵結合的三元半導體材料,離子鍵互作用力小。元素汞非常不穩定,容易從碲鎘汞材料中逸出從而造成材料的缺陷、材料的不均勻以及器件性能的不均勻,這一缺點在長波應用時尤其突出。另外一個主要問題是碲鎘汞薄膜材料生長的外延襯底問題,獲得更大尺寸的襯底和碲鎘汞材料,必須考慮替代襯底以及晶格不匹配帶來的質量問題。

      隨著技術升級,分子束外延法或金屬有機化合物氣相沉積法等技術可以制得復雜的HgCdTe多層異質結材料,這更有利于第三代雙色、多色紅外光電探測器以及新結構探測器的發展。國際上知名的紅外光電探測器研究機構包括美國DRS、雷神(Raytheon)、法國LETI以及Sofradir、英國SELEX和德國AIM等。目前,HgCdTe紅外探測器在軍用的預警衛星、偵察、制導,民用的遙感探測以及科學研究要求的天文探測等領域得到了廣泛應用。

      3.2.2 量子阱紅外探測器(QWIPs)

      量子阱紅外探測器的名稱來源于其構成材料在能帶結構上構成電子或空穴勢阱。外來光子引起的電子或空穴躍遷屬于子帶間躍遷,在外加電場的作用下載流子被收集形成光電流。20世紀80年代,美國貝爾實驗室的的B.F.Levine等人最早報道的應用GaAs/AlGaAs量子阱材料制備的紅外探測器,掀起了對量子阱紅外探測器的研究熱潮,在近二十多年的發展中取得長足的發展。

      這種探測器使用帶隙比較寬(GaAs為1.43eV)的ⅢⅤ族材料,主要有光導型量子阱材料(GaAs/AlGaAs)和光伏型量子阱材料(InAs/InGaSb、InAs/InAsSb)兩種類型。與傳統的HgCdTe探測器相比,量子阱紅外探測器具有更低的暗電流、更高的響應度等優越性。當然量子阱也具有其局限性:由于躍遷選擇定則,量子阱不能直接探測垂直入射輻射,并且具有比較窄的紅外響應波段。

      盡管由于量子阱紅外探測器的的量子效率比較低,歸功于成熟的 GaAs 制造工藝,生產出的量子阱紅外探測器具有更好的均勻性,并且很容易制造出大陣面紅外探測器,此外,量子阱紅外探測器的無光譜串擾性,在甚長波紅外探測和多色探測等領域有著特有的優勢,很好地符合第三代紅外探測器對大面陣、多色(波段)探測、低成本的要求,因此在第三代紅外探測器領域中占有重要地位。

      隨著量子阱紅外探測器技術的不斷完善,構成探測器的材料也出現了多樣化,目前市面上的量子阱紅外探測器主要有GaAs/AlGaAs、InGaAs/InAlAs組成,少量的器件是由InGaAs/InP和InGaAsP/InP構成,極個別的器件由SiGe/Si構成。

      3.2.3 II類超晶格紅外探測器(IISLs)

      超晶格的概念是在1977年由Esaki L和Tsu R提出的,其是由兩種或者兩種以上的半導體材料周期性結構組成的。結構與量子阱結構類似,不同之處在于超晶格的勢阱和勢壘層都非常薄,約為幾個單分子層厚度(對于中波探測材料,約2~3nm)。

      按構成超晶格的兩種材料能帶配制情況,超晶格可以分為三類,以GaAs/GaxAl1xAs為代表的第一類超晶格,以InAs/GaSb為代表的第二類超晶格和以HgTe/CdTe為代表的第三類超晶格等。Ⅱ類超晶格紅外探測器具有非常特殊的能帶結構,其空穴勢阱位置高于電子勢阱,電子和空穴分別被限制在不同的材料層。

      Ⅱ類超晶格紅外探測材料的獨特的“破帶隙”能帶結構使得其具有很多優點:量子效率高,響應時間快,暗電流小;隧穿電流小,在甚長波可獲得高的探測;電子有效質量大,在長波范圍約為碲鎘汞的三倍;帶隙可調,光譜調節能力好,響應波長從3μm到30μm可調;雙色Ⅱ類超晶格器件全部外延層的厚度不到雙色碲鎘汞器件的三分之一,這給材料生長和器件工藝帶來許多便利,大面積材料均勻性好、成本低。以上優點使得在長波以及甚長波范圍Ⅱ類超晶格紅外探測器能夠實現更高的器件性能和工作溫度。

      二類超晶格于1987年Smith和Mailhiot首次提出, InAs/GaSb的獨特物理性質可以實現高性能的紅外探測器。經過30多年的發展,利用InAs/GaSb二類超晶格材料實現的大面積雙色高性能紅外探測器已經問世。在理論和實驗兩方面,Ⅱ類超晶格都顯示了其優越的器件性能,作為新一代光電材料和器件,具有巨大的發展潛力和應用前景。

      3.2.4 量子點紅外探測器(QDIPs)

      量子點紅外探測器(QDIPs)于1998年首次被Phillips等人論證,量子點紅外探測器從結構和原理上都類似于量子阱紅外探測器,只是量子阱被量子點取代,在全部空間方向上都有尺寸的限制。量子點紅外探測器的工作原理正是利用了量子點的三維量子限制效應,當量子點束縛態內的電子受到光激發后,在外加偏壓形成的電場作用下,電子將被收集形成光電流。

      量子點紅外探測器(QDIPs)具備很多理論優勢。首先,量子點對電子有三維限制效應,可以對垂直入射光響應;其次,量子點的有效載流子壽命更長,具有更長的電子弛豫時間,光激發電子更容易被收集形成光電流,利于響應率和增益的提高;另外,QDIPs的暗電流低,可以達到高的工作溫度、高的響應率和探測率。

      量子點紅外探測器的實際性能和預期有較大差距。這主要是因為單層量子點的密度低,吸收效率不高,量子點外延生長過程中應力的積累限制了量子點的周期數,并且外延生長的量子點尺寸、成分、摻雜的不均勻性都降低了量子點層的吸收系數,因此QDIPs的量子效率低于預期理論值

      3.3 非制冷型紅外探測器

      自1930年以來,光子探測器一直占據著紅外探測器發展的主導地位。然而,光子探測器所需的低溫制冷不但使得探測器價格昂貴,也使得系統體積增大、使用不便。非制冷紅外焦平面探測器無需制冷裝置,能夠工作在室溫狀態下,具有體積小、質量輕、功耗小、壽命長、成本低、啟動快等優點。雖然在靈敏度上不如制冷型紅外焦平面探測器,但非制冷紅外焦平面探測器的性能已可滿足部分軍事裝備及絕大多數民用領域的技術需要。

      目前,微測輻射熱計探測器的產量比所有其他紅外陣列技術的總和都要大,主導非制冷紅外探測器技術。目前,商用測輻射熱計主要由氧化釩制造、非晶硅或硅二極管制造。短波紅外探測器也屬于非制冷型紅外探測器的一種。

      3.3.1 VOx微測輻射熱計

      VOx的電阻溫度系數較高(一般為2%~3%/K),即隨著溫度的變化電阻變動的幅度較大,是目前首選的熱敏電阻型非制冷紅外焦平面探測材料。

      早在20世紀80年代初,美國的Honeywell公司在軍方的資助下,開始研究氧化釩薄膜,并于20世紀80年代末研制出非制冷氧化釩微測輻射熱計紅外焦平面陣列。在1993年就報道了320×240像素的微測熱輻射紅外焦平面陣列,其像元尺寸為50μm×50μm,噪聲等效溫差(NETD)為100 mK(f/1:30 Hz)。

      Honeywell公司這種原創技術授權給了美國的幾家公司,用于發展和生成商業及軍用非制冷焦平面。1994年,美國DRS公司獲得Honeywell技術許可。兩年后,DRS發明了“傘狀”像元結構專利,“傘狀”結構由吸收介質薄膜構成,與下面的絕緣體一起可以使輻射吸收最大化。其“傘狀”結構可以調節從而對其熱道和熱容進行控制,使工作波段的紅外吸收得到最大,實現最佳響應度和響應時間。

      美國雷聲視覺系統(RVS)在1999年的研究表明,延長支撐腿的長度是提高靈敏度的有效方法之一,并在此基礎上對像元結構進行了一些改進,開發了一種多層微輻射熱計像元結構,將熱絕緣支撐腿和VOx測輻射熱計放置在不同的平面上。

      2004年,日本NEC提出了一種帶有屋檐結構的改進像元結構。該像元是三層結構,最上層是采用SiN制成的屋檐結構,VOx測輻射熱計薄膜、隔膜以及制成位于中間層。最下面是一個反射層,與處于中間層的隔膜形成光學諧振吸收器。

      其他西方國家也緊隨其后,相繼研發出結構類似性能相當的紅外焦平面探測器。這些公司在上付出了大量的努力,通過減小像元尺寸、增加表面吸收以及改進CMOS的讀出,使得VOx測輻射熱計在更多方面的應用成為可能。

      3.3.2 非晶硅微輻射測熱計

      非晶硅的電阻溫度系數(4%/K)與VOx的相當,也是一種具有前途的微測輻射熱計材料。法國非制冷紅外探測器研究機構主要是在法國原子能委員會與信息技術實驗室/紅外實驗室(CEALetiLIR),從1992年就開始研究非晶硅探測器,現已成熟。索弗雷德公司(Sofradir)下屬的優利斯公司(ULIS)負責將技術轉化為大規模的生產。

      美國國防高級研究計劃局(DARPA)也在投資研究非晶硅,目的是把像素尺寸縮小到約15μm,噪聲等效溫差達到10mK,而成本降至現有產品的十分之一。

      VOx材料的最大缺陷就是不能與標準硅集成電路工藝兼容,選用非晶硅作為熱敏材料可以很好的解決這個問題。除此之外,由于非晶硅與硅材料類似,結構設計容易,通過布局簡單的像元結構可以保證探測器更高的響應速度,而且非晶硅的均勻性較好,制作工藝簡單,成本較低。但是由于由于非晶硅是無定形結構,呈現的電流噪聲比VOx要高,所以NETD通常不如VOx材料,具體表現為圖像有蒙紗感,紅外圖像感觀不夠銳利通透。

      3.3.3 短波紅外傳感器

      短波紅外波段的探測器在空間遙感、夜視、溫度測量等領域具有重要的應用價值和前景目前,該波段范圍的探測器除了使用傳統的碲鎘汞和銻化物紅外材料以外,銦鎵砷(InGaAs)材料被認為是制作短波紅外探測器的優良材料,采用它制作的短波紅外探測器截止波長約為1.7μm,具有高吸收系數、高遷移率和高探測率等優勢。

      美國的Goodrich(SUI,Sensors Unlimited,Inc)公司是近紅外(NIR)和短波紅外(SWIR)器件的著名制造商,公司InGaAs紅外探測器已經形成系列產品,在國際上一直處于領先地位。公司把InGaAs焦平面探測器應用在武器的激光跟蹤和通信系統、軍用夜視、工業過程、安全監測及科學研究等領域。美國FLIR下屬的Indigo子公司、日本濱松光子、XenICs等也都研制出了不同的InGaAs焦平面陣列。

      國內也有很多機構從事InGaAs探測器研究,包括中科院上海技術物理研究所、中科院長春光學精密機械與物理研究所、中科院上海微系統與信息技術研究所、中科院電子科技集團第44所、洛陽光電技術發展中心和昆明物理研究所等,也有國惠光電、立鼎光電等公司進行短波紅外探測器的研發生產,雖然國內起步較晚,但是近幾年取得了很大的進步,與國外的差距逐漸縮小。

      3.4 未來發展趨勢

      1999 年由唐納德?里高等人提出了第三代探測器的SWaP3(Size,Weight,and Power,Performance and Price)概念。在該概念發展的驅使下,紅外探測器的發展主要集中在大規格、小型化、多色化(multicolor)、智能化和高溫工作等前沿領域方面。高性能是核心,重點是提高光譜、空間、時間的分辨率和輻射探測器的靈敏度;而在實際應用時,則涉及SWaP3 概念的各個方面,需要權衡權衡尺寸、重量、功耗、應用成本等。

      紅外探測器制造企業及其技術路線

      4.1 國外紅外探測器企業

      4.1.1 Raytheon Vision Systems(RVS)

      雷神公司(Raytheon Company)是美國最主要的國防承包商和工業公司之一,總部位于馬薩諸塞州沃爾瑟姆,營業額超過90%來自國防合約。旗下雷神視覺系統(RVS)為天文學界和軍事應用提供最先進的傳感器芯片組件(SCAS)已經超過30年了。

      最初RVS公司的32×32μm InSb探測器陣列在20世紀80年代初被用于紅外觀測,隨后很快又被58×62μm InSb陣列所取代,這有效地開啟了紅外天文學1號探測器陣列的時代。這些早期的設備開啟了我們目前超大格式混合探測器陣列的發展之路。

      RVS公司的雙層異質結構HgCdTe工藝的定制傳感器陣列可以針對從1.7μm到14μm的帶隙截止波長進行定制,已經成功地研發了世界上最大的8k×8k格式HgCdTe焦平面陣列。目前RVS采用Si Pin,HgCdTe,Si:As以及InSb等多種的材料來滿足探測波長、性能指標和工作溫度的需求,提供了多系列的高性能焦平面陣列產品,產品覆蓋了從0.4μm到28μm的短波、中波、長波和甚長波段的紅外光譜。

      4.1.2 Teledyne Imaging Sensors(TIS)

      Teledyne科學與成像公司作為Teledyne的中央研究實驗室,將由美國政府研發資助機構的研發投資合同開發的技術轉變為Teledyne公司的各種業務。Teledyne成像傳感器是用于軍事、空間、天文學和商業應用的高性能成像系統的領先企業。

      公司產品包括紅外和可見光傳感器、讀出集成電路、紅外科學和戰術相機、嵌入先進算法的照相機電子產品以及激光和傳感器保護設備和過濾器。TIS的焦平面陣列主要采用HgCdTe為半導體材料,目前可以涵蓋包括近紅外、中紅外和長波紅外的廣譜光,目前可以提供焦平面陣列的最大尺寸為4096×4096,像素大小為10μm,產品性能在行業具有較強競爭優勢。

      4.1.3 Sofradir(法國)

      Sofradir是歐洲主要的空間紅外探測制造商。成立于1986年,其總部設在巴黎附近的帕萊索。是軍事、空間、科學和工業應用的關鍵類別高級紅外探測器的領先開發商和制造商。Sofradir擁有兩個子公司:ULIS是位于VenreyVoroize的非制冷測微輻射熱計的大批量生產商;SofradirEC是位于美國新澤西州Fairfield市、提供非制冷和制冷紅外成像核心部件和發動機的公司。

      其廣泛的紅外產品覆蓋從可見光、近紅外到遠紅外線的全部光譜。世界上許多系統制造商都在使用Sofradir研發的軍事級、經戰場驗證的紅外探測器,其產品廣泛應用在例如導彈導引頭、瞄準吊艙、裝甲車瞄準鏡、手持式熱像儀和其他空運、海運和地面車輛等方面。

      Sofradir基于先進的碲鎘汞技術率先研發了制冷型紅外探測器,公司制造的碲鎘汞凝視型中波和長波陣列是專門為紅外搜索與跟蹤(IRST)、偵查、機載攝像、測溫術設計的,并且提供不同的制冷器結構布局以應對系統不同的機械和制冷需求。現在公司逐漸增加了銻化銦(InSb)、銦鎵砷(InGaAs)和量子阱紅外光電探測器技術。公司非制冷型探測器以非晶硅工藝為主導,目前商業產品像素尺寸也包括12μm、 17μm和25μm等多個類型。

      4.1.4 Leonardo DRS

      萊昂納多DRS公司總部設在美國弗吉尼亞州阿靈頓,是向世界各地組織提供綜合產品、服務和支持的領先供應商。

      1998年,德州儀器公司和休斯飛機是主要的紅外傳感器和系統供應商之一。萊昂納多DRS從雷神公司購買了部分德州儀器公司和休斯飛機的紅外傳感器和系統業務,這些業務包括了可追溯到1960年代和1970年代的通用模塊探測器的技術,這些資產和技術成為DRS優越技術和先進制造工藝的基石。

      2001年從波音公司收購焦平面陣列業務提供了完成技術和能力組合所需的關鍵紅外技術。萊昂納多DRS在下一代低功耗、小型化、高可靠性和高性能的熱成像組件和傳感器系統方面一直處于領先地位。中波和長波技術的進步,加上專利的平板彈簧冷卻器技術和像素間距設計,將萊昂納多DRS推到了非制冷和冷卻熱成像系統的前沿。

      2013年,DRS公司與Cypress半導體公司開展合作,利用Cypress的先進制造工藝改善傳感器生產大量生產非制冷探測器。目前,DRS公司的非制冷紅外焦平面產品陣列規模覆蓋了低端產品的320240直到高端產品1024768,像素尺寸也包括25μm和17μm等多個類型。

      4.1.5 Semi Conductor Devices(SCD)

      SCD成立于1984年,總部位于以色列北部城市海法,開發和制造全系列冷卻和非冷卻紅外探測器和激光二極管,用于紅外探測器,熱成像儀,智能彈藥,夜視系統,機器視覺系統和軍用和商用激光測距儀。SCD由以色列首屈一指的國防承包商Rafael Advanced Defense Systems Ltd.和Elbit Systems Ltd.共同擁有。憑借30多年積累的開發和制造經驗,SCD的產品已被世界各地的領先公司選中,成為其高端光電系統的核心。

      SCD具有垂直整合生產結構,可以在從晶體生長到器件封裝和測試的各種工藝中密切控制產品。內部功能包括:封裝的IIVI,IIIV和Si半導體加工,基板生長(MBE,LPE),晶圓切割,倒裝芯片焊接,杜瓦和真空技術,裝配和輻射建模和測試。

      SCD公司的制冷型產品以InSb禁帶半導體和InAs/GaSb二類超晶格為主,目前生產的最大像素陣列是1920×1536的10μm的InSb焦平面探測器。非制冷型產品以VOx技術為主導,目前覆蓋了低端產品的384×288到高端產品的1024×768像素陣列,像素尺寸也包括25μm和17μm等多個類型。

      4.1.6 FLIR system

      FLIR Systems是全球最大專門設計和生產紅外熱像儀組件和成像傳感器的商業公司。該公司總部位于美國俄勒岡州威爾遜維爾,成立于1978年,為各種商業和政府應用生產熱像儀和組件。

      50多年來,FLIR公司一直致力于為科研、工業、執法機關及軍工領域提供紅外熱像儀和夜視儀設備。FLIR 產品系列應用極為廣泛,涵蓋預防性維護、狀態監控,無損測試、研發、醫療科學、溫度測量、熱測試、執法機關、監視、安保及生產過程控制等各個領域,能夠為入門級或專家級用戶提供最為全面的支持。

      FLIR自己的核心探測器與核心技術來自于2003年收購了Indigo Systems——包括制冷型和非制冷型紅外探測器、熱像儀機芯和熱像儀整機在內的各種紅外成像產品的領先開發商和供應商。Indigo成為FLIR設計和生產紅外焦平面探測器的分公司。目前,FLIR焦平面主要自產產品有覆蓋中波紅外的320x256,640x512和1K×1K像素的InSb焦平面陣列和覆蓋0.9至1.7μm的短波紅外光譜范圍InGaAs焦平面陣列,其氧化釩非制冷紅外探測器不對外銷售。

      4.2 國內紅外探測器研究機構

      4.2.1 上海技物所

      中國科學院上海技術物理研究所(簡稱上海技物所)創建于1958年10月,1961年獨立建制,隸屬中國科學院,是中國紅外、光電技術領域的骨干單位和主要研發單位。研究所以紅外光電技術研究為定位,圍繞紅外、光電探測系統技術,紅外焦平面和紅外、光電系統核心元部件,紅外基礎物理理論應用基礎研究三大領域開展研究工作。

      上海技術物理研究所發展了碲鎘汞分子束外延生長技術,研制出多種第二代和第三代紅外焦平面器件,并開展了空間應用工作。近年來,該所系統性地開展了 InAs/GaSb 二類超晶格分子束外延和紅外焦平面器件的研究工作,成功地研制出了像素規模為 128×128、320×256和640×512等不同像素規模的超晶格中波紅外焦平面探測器。上海技物所代表了我國紅外技術的前沿和科研實力,但是目前沒有較強的產業化能力。

      4.2.2 中電11所

      中國電子科技集團公司第十一研究所(華北光電技術研究所)始建于1956年,隸屬于中國電子科技集團公司,是研究激光與紅外技術的綜合性研究所,主要科研領域為固體激光與紅外,包含機加工、光學元件加工與鍍膜、紅外和激光材料、器件、儀器、設備與系統,是我國主要的光電技術研究所之一。

      中電11所從60年代初成立紅外研究室,1970年改組,從原來的一個研究室擴大為材料、器件和應用三個研究室,增強了11所紅外技術的研究力量。材料室相繼開展了InSb、HgCdTe、PbSnTe、Ge單晶摻雜、Ge:Si合金等材料的研制;器件室主要研究InSb各種組件、中波和長波HgCdTe光導和高頻光伏器件、室溫工作的熱電器件以及與之配套的各種杜瓦瓶、微型制冷器等。

      中國電科11所技術團隊2018年宣布成功研制出短波和中波單片2.7K×2.7K紅外焦平面探測器。此前僅美國報道過2K×2K 和4K×4K產品,法國Sofradir公司2017年6月才宣布研發中波2K×2K產品。該項技術突破奠定了該所在三代超大面陣紅外探測器組件研制方面的領先地位,填補了國內單片2K×2K以上陣列規模紅外探測器空白,代表了國內最高和世界先進水平。

      旗下子公司北京奧依特科技有限責任公司(BOET)成立于 2001 年 10 月,2004 年初依托中電11所強大的技術后盾,重組成集激光與紅外技術于一身,研發、生產于一體的集團性總公司。在此基礎上投資成立了兩個子公司:北京波譜華光科技有限公司、北京華北萊茵光電技術有限公司,其中北京波譜華光科技有限公司專業從事紅外應用工作,主要有紅外測溫儀、醫用紅外熱像儀系列產品,在冶金、玻璃、熱處理以及醫療等領域廣泛應用。

      4.2.3 北方夜視集團

      夜視集團是根據中國兵器工業集團公司與云南省委省政府“省部合作”共建昆明光電子基地的戰略部署,由昆明物理研究所(昆明北方紅外技術股份有限公司)、云南北方光電儀器有限公司、北方夜視技術股份有限公司三家單位整合重組成立的專業化、區域化、產研融合型子集團。

      夜視集團下屬的昆明物理研究所(211所)是我國唯一專門從事紅外材料、紅外探測器、紅外熱像儀研發、生產的研究所,始建于1958年,是目前國內規模最大的紅外科研生產基地和該行業的領軍單位之一,現已可自主生產碲鋅鎘、碲鎘汞、銻化銦等探測器材料。目前公司產品以碲鋅鎘材料為主,包括制冷型576×4長波掃描型焦平面探測器和640×512中波凝視型焦平面探測器。

      下屬北方廣微科技有限公司成立于2006年7月,是一家專業從事非制冷紅外熱成像系統核心控制部件——非制冷型紅外焦平面探測器及機芯組件研制與生產,并具有自主獨立知識產權的高新技術企業。公司非制冷型紅外焦平面陣列采用VOx半導體材料作為其主要技術路線。公司于2017年研制出一款640×512 高性能17μm非制冷氧化釩紅外焦平面探測器。

      2018年,北訊集團(002359.sz)曾擬收購北方廣微科技有限公司65%股權,北方廣微科技有限公司整體估值12億元,2018年2020年業績承諾分別為8000萬元、12000萬元和15000萬元,但經過多輪協商,北訊集團與交易對方無法就最終交易方案的部分核心條款安排達成一致,決定終止該交易。

      4.2.4 高德紅外

      高德紅外前身高德有限成立于1999年,致力于紅外熱成像產品的設計、生產和市場開拓等方向,并于2008年整體變更為高德紅外股份有限公司。2013年,高德紅外啟動了紅外焦平面探測器產業化項目,投資2.4億元建設中部地區首條8英寸MEMS器件研制中心和產業化平臺,著力實現MEMS技術應用及高性能紅外探測器規模化生產。

      目前,經過多年的創新投入,公司已經擁有高性能非制冷探測器、制冷型碲鎘汞及二類超晶格紅外探測器三條核心器件批產線,成為國際少有的具備三類器件研產能力的廠家。公司生產的中波及長波“Ⅱ類超晶格”制冷型紅外探測器在國內首次實現同時輸出的中長波雙色紅外焦平面探測器,填補了國內該領域空白,對滿足我國軍事工業在先進紅外探測器方面的需求有及其重要意義;近期研制的1280×1024規模、12um像元尺寸的碲鎘汞中波制冷型紅外焦平面陣列探測器芯片項目的評審通過,是公司繼掌握非制冷1280×1024@12um探測器芯片研制技術后,在制冷型大規模探測器芯片領域取得的又一重大突破。

      4.2.5 大立科技

      大立科技是建于1984 年的浙江省測試技術研究所改制后與浙江日報報業集團有限公司、浙江省科技風險投資有限公司組建而成的股份制高新技術企業。公司專業從事紅外熱像儀、安防監控產品的生產和銷售,公司生產的紅外熱成像儀產品主要面向軍用、民用市場,目前公司是國內規模最大、綜合實力最強的民用紅外熱成像儀和安防監控產品生產企業之一,是紅外和安防行業國內A股首家上市公司。

      公司于2006年正式啟動了非制冷紅外焦平面項目,沿襲法國非晶硅方案。主要目標為替換從法國進口的非晶硅成像芯片,建設了從設計、生產、到封裝測試的技術條件。公司研制的35um:384×288 探測器被列為總裝備部重點軍用元器件科研項目,2013 年順利完成鑒定。至2014 年年底,公司探測器已完全替代進口,且實現焦平面制造合格率45%以上。

      在此基礎上, 現已現已形成35μm/25μm/17μm/15μm等系列型譜產品產業化能力,并批量應用于公司的熱像儀產品。公司15μm系列產品最高已經達到19801080像素,在國內處于領先地位。

      4.2.6 睿創微納

      睿創微納是一家2009年底注冊成立的高科技半導體芯片產業,其子公司艾睿光電(煙臺艾睿)主要負責研發生產紅外焦平面探測器芯片、機芯組件等產品。目前,煙臺艾睿光電已經突破了氧化釩敏感材料制備、專用集成電路設計、微制造工藝開發、器件真空封裝等多項關鍵技術,先后成功開發出多款擁有自主知識產權的高性能非制冷紅外焦平面探測器產品。

      艾睿光電于2018年成功發布國內第一款12μm的1280×1024超大面陣紅外成像探測器機芯。實現了核心紅外技術的突破,打破西方在紅外高精尖領域的多年壟斷和封鎖。國內自主12μm的探測器的研產可以實現紅外相機體積、重量、功耗和成本的降低,進一步促進非制冷紅外焦平面探測器在智慧安防、個人視覺、汽車輔助駕駛、機器智能視覺、周界防范、工業檢測等領域獲得更廣泛應用。

      4.2.7 國惠光電

      山西國惠光電科技有限公司成立于2011年,公司具有微納米半導體光電器件設計、制造、測試、封裝等專業生產設備及其工藝實現條件,以及整機裝配、環境試驗、系統測試等全過程的檢測與生產能力。目前擁有國際水準的4英寸IIIV族半導體化合物芯片生產線,自主研發并實現工程化生產的短波紅外焦平面探測器芯片及其成像系統,其指標已達到國際先進水平。

      公司主要產品為銦鎵砷(InGaAs)短波紅外探測器,目前可以達到的最大陣列規模為640×512,像元尺寸為15μm;光譜響應范圍可以達到4001700nm,同時實現對可見光、近紅外和短波紅外的探測和成像。有效的結合了不同波段在其成像及光譜分析方面的優勢,在多光譜和高光譜成像等方面都有十分廣泛的應用。

      4.2.8 海康微影

      海康威視在2016年9月成立了杭州海康微影傳感科技有限公司。該子公司是以MEMS技術為核心的紅外探測器解決方案提供商,面向全球提供高性能、低功耗的紅外探測器及機芯組件。海康微影主要生產非制冷型長波紅外探測器,以氧化釩為半導體材料。公司探測器采用成本較低的陶瓷封裝等形式,集成度更高,工藝步驟更簡化,并逐漸向晶圓級封裝領域研發,為紅外熱成像的大規模市場,如車載、監控、手持設備等,提供了具有足夠性價比的探測器。

      海康微影紅外探測器的像元尺寸包括17μm及25μm,目前公司最新的非制冷長波探測器可以達到1024×768陣列規模,被廣泛應用于高端工業測溫、安防、車載夜視、智能樓宇及消防等領域。目前公司也推出首款晶圓級封裝的非制冷焦平面,像素為160120。

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