拨开“测体温”应用外壳，学习“红外芯”技术内涵
2021-01-03 14:03:45   来源：麦姆斯咨询   评论：0   点击：

碧云天，黄叶地，秋宵月色胜春宵，紧握学习时机，收获累累硕果！由麦姆斯咨询主办，上海传感信息科技有限公司和华强电子网协办的《第26期“见微知著”培训课程：红外探测器核心技术》，于2020年9月18日至9月20日在无锡圆满落幕！

《第26期“见微知著”培训课程：红外探测器核心技术》师生合影留念

2020年，疫情防控常态化将曾经默默无闻的人体测温产品（如：额温枪、耳温枪、热像仪）捧成年度爆红产品，产业热度也随之攀升至历史高点。这些热门产品的核心器件均是红外探测器，究其应用领域，人体测温仅是红外探测器众多应用中的很小一部分。近年来，工业测温、消防搜救、智能安防、巡检运维等红外探测器等应用的重要性也在不断提升，为红外产业带来了不少利好。为帮助红外探测与成像产业链上下游企业的人员开拓视野、紧跟产业发展、提升专业技能，麦姆斯咨询在2019年的《红外和太赫兹探测器件培训课程》的基础上调整并丰富课程内容，特开办《第26期“见微知著”培训课程：红外探测器核心技术》。本课程共邀请六位产业经验丰富、技术能力卓越的学术界大师和企业技术专家，为大家带来涵盖热探测器、光子探测器以及低维材料红外探测器的精彩课程。

培训现场图：学员们认真聆听讲师授课

一、研习红外热探测器——撑起民用消费领域的“顶梁柱”

热探测器是人们日常生活中最常见的红外探测器，应用于测温仪器、安防监控、执法搜救等诸多民用消费领域。热探测器主要包含：微测辐射热计红外探测器、热电堆红外探测器、热释电红外探测器以及悬臂梁红外探测器等，也是本次培训课程的主要内容。

9月18日上午，来自浙江大立科技股份有限公司的副总经理姜利军为大家讲授《红外探测与成像技术综述》课程，开启了本次红外课程之旅。姜利军老师长期从事非制冷红外焦平面探测器的研制及生产，将其多年研究及实战经验无私分享给大家，赢得了学员的一致认可。姜利军老师首先从日常生活所见的红外辐射知识入手，为大家介绍了红外辐射的基础概念。随后，姜利军老师通过对发射率、黑体、红外辐射物理效应等关键指标的分析，逐步引出了红外探测器的不同分类，同时利用形象的类比，帮助学员理解各类红外探测器的特性差异。在对非制冷红外探测器技术的讲解过程中，姜利军老师以微测辐射热计为例，重点分析了其原理、性能参数、设计要点以及制造和封装技术等。接着，姜利军老师通过对国内外探测器的发展对比，为大家呈现出立体的非制冷红外探测器发展概况图。课程最后，姜利军老师结合典型应用产品和新型红外探测器，为大家分析了红外探测器市场的概况。在分享“热成像体温筛查系统”时，姜利军老师坦言：测温精度的长期稳定性、工作温度对测温精度的影响、环境因素对人体表面温度的影响以及对测温筛查作用的认知是测温系统的主要技术难点。

浙江大立科技股份有限公司副总经理姜利军的授课风采

9月18日下午，由上海巨哥电子科技有限公司总经理沈憧棐为大家讲授《微测辐射热计探测器》课程。沈憧棐老师在红外成像精确测温、低成本红外探测器等方向上具有众多前瞻性的研发成果和丰富的行业应用经验。沈憧棐老师将课程分成“红外非制冷技术原理”与“红外成像系统及应用”两部分。在“红外非制冷技术原理”的讲解中，沈憧棐老师首先简单介绍了微测辐射热计的工作原理和分类。随后，在对各类微测辐射热计的性能指标进行阐述时，沈憧棐老师详细分析了评估探测器性能的NETD、响应时间常数、测温动态范围、阵列响应一致性以及温度稳定性等主要参数。接着，沈憧棐老师剖析了氧化钒与非晶硅微测辐射热计的加工工艺，并总结道：探测器的最终性能是由读出电路、MEMS电阻结构和真空封装等多因素共同决定。而针对“如何制造出性能最佳的探测器”，沈憧棐老师分别从柱孔连接、应力平衡、材料性能优化、噪声改善以及极限线宽等多方面提出了自己的看法。在“红外成像系统及应用”的讲解中，沈憧棐老师首先对非制冷型微测辐射热计的国内外供应商进行了梳理，同时介绍了红外探测器技术未来的发展方向。随后，根据成像型热像仪和测温型热像仪二者各自的优势及特点，沈憧棐老师解析了二者在消费类、工业类、汽车以及医学研究等领域的应用实例。课程最后，沈憧棐老师根据近些年的市场发展情况，预判了红外热成像市场份发展趋势，同时还对智能家居、手机热像仪、工业物联网等新兴领域的红外热成像方案进行了剖析，并与大家分享了独特见解。

上海巨哥电子科技有限公司总经理沈憧棐的授课风采

9月19日上午，由华中科技大学副教授易飞为大家带来《热释电探测器》、《微悬臂梁探测器》以及《光学超构材料红外探测器》三门课程的讲解。课程伊始，易飞老师以铁电材料的晶体结构、电子结构及材料特性为开篇，重点分析了钽酸锂晶体、压电陶瓷以及高分子薄膜等热释电材料，并解析其热电效应。在对热释电探测器的讲解中，易飞老师以DIAS红外、InfraTec、炜盛科技、Pyreos等热释电探测器产品以及多项其他研究机构成果为例，为大家解析了热释电探测器的结构、器件设计、制造工艺等问题。易飞老师认为，提高热释电探测器响应率，可通过晶体薄膜化实现，这也是热释电探测器未来发展的主要突破点。最后，易飞老师分析了热释电探测器技术的发展趋势，以及薄膜型热释电探测器阵列的应用。在对微悬臂梁探测器的讲解中，易飞老师将重点放在了对悬臂梁探测器的换能原理以及器件设计和制造工艺中。易飞老师列举了压电式、电容式、石英晶振、电子隧穿以及光学读出等MEMS探测器的主要读出方式，并且提醒大家：大面阵阵列探测器利用石英晶振和电子隧穿读出较为困难。随后，易飞老师详解了微悬臂梁探测器的各性能指标，着重阐述了响应率和噪声的计算方式。课程第三部分是针对光学超构材料红外探测器的讲授，易飞老师首先结合自己的研究，向大家介绍了人工微纳结构光学相关内容，并详解了超构材料的结构、制备工艺以及在热探测器中的应用。接着，易飞老师利用华中科技大学校内在研项目的进展情况，重点剖析了光学天线阵列以及超构材料 + 热探测器，并向大家提醒，晶圆级大规模制造是超构材料 + 热探测器未来的发展方向。易飞老师的课程不仅帮助大家了解器件知识，更与大家分享了许多获取前沿信息的平台，为大将提供了课下持续成长的途径。

华中科技大学副教授易飞老师的授课风采

《热电堆探测器》由中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员李铁在9月20日上午第一节课讲授。李铁老师长期从事热电堆红外探测器的设计、制作、封装，红外气体传感器以及纳米材料和敏感器件等研究，在课程开始，对自己的工作和上海微系统所的研究情况进行概述。接着进入本次课程的主要内容，李铁老师分析了热电堆探测器的塞贝克效应工作原理和热电偶结构，并对热电偶集成热电堆需要达到的性能指标做了详细解析。随后，李铁老师剖析对比了“背面释放热电堆结构”与“正面释放热电堆结构”的主要问题：其中“背面释放热电堆结构”的问题在于释放时间长、需两面光客套准和不利于集成；而“正面释放热电堆结构”的缺点是腐蚀时间短、红外吸收面积小且集成度低。在对热电堆探测器的材料体系、器件设计、热分析以及仿真的重点讲解中，李铁老师提示，热电堆探测器中冷结和热结的温差大小将直接决定器件的性能。在对热电堆探测器的制造工艺、封装技术的讲解中，李铁老师认为，晶圆级键合技术中等温凝固键合技术具备低温、快速、与CMOS工艺兼容等显著优势。李铁老师分析热电堆探测器的产业现状时坦言，目前热电堆产品的国产化程度仍较低，需要大家一起努力。课程最后，李铁老师基于自己多年深耕红外气体领域的经验，讲解了热电堆红外气体传感器的工作原理及核心技术。

中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员李铁老师的授课风采

二、探究光子探测器——工业、航空、军事等高端领域的宠儿

光子探测器常用于工业、航空、军事等高端领域，在光谱响应选择性、响应速度、灵敏度等方面具有优势，但受制于成本因素，鲜少涉及民用领域。本场课程涉及的光子探测器主要包括碲镉汞探测器和Ⅱ类超晶格探测器。

9月19日下午，武汉高德红外股份有限公司探测器中心副主任周文洪讲授了《碲镉汞探测器》与《Ⅱ类超晶格探测器》两门课程。这是本次课程学员最为喜爱也是最为关注的课程。周文洪老师长期深耕碲镉汞异质结焦平面探测器的芯片技术研发，具备丰富的理论和实践经验。在碲镉汞探测器的讲授中，周文洪老师首先利用红外成像特点以及分类的讲解，帮助大家从熟悉的热探测器迈入与普通生活略有距离光子探测器中。接着，周文洪老师着重讲解了碲镉汞、量子阱、锑化铟和二类超晶格等制冷探测器的材料选择，同时也分析了这几类材料的优缺点及发展现状。而在对碲镉汞探测器工艺技术的讲解中，周文洪老师全面且生动地讲解了从碲锌镉衬底的制备、薄膜材料的选择到外延技术、倒装焊接技术，再到读出电路设计。最后，周文洪老师利用实际案例，与大家分享了碲镉汞探测器在制造和测试环节经常出现的问题及解决方案，帮助学员积累了很多值得借鉴的方法。在对Ⅱ类超晶格探测器的讲解中，周文洪老师通过分析制冷红外探测器发展方向——更大面阵规模、更小像元尺寸、更高工作温度以及多色化应用，从而引出了超晶格材料及超晶格红外探测器的优势。随后，周文洪老师对锑化物Ⅱ类超晶格红外探测器的制造工艺的技术难点进行了阐述，如高质量材料分子束外延、低损伤刻蚀技术、器件表面钝化技术、衬底去除技术以及提高可靠性等。针对这些问题，周文洪老师细致地给出了合理的解决方案，并且通过提问及与学员交流，为大家启发了更多解决问题的方法。接着，周文洪老师又对各家红外国际巨头的研究进展进行了分析，帮大家理出了目前锑化物超晶格探测器的技术发展情况及产业现状。课程最后，周文洪老师在Ⅱ类超晶格探测器与碲镉汞的对比中表示：Ⅱ类超晶格材料具备高质量、高均匀性和稳定性，是碲镉汞技术具有吸引力的替代品。

武汉高德红外股份有限公司探测器中心副主任周文洪的授课风采

三、探索低维材料红外探测器——拓展红外器件新方向

低维材料制成的红外探测器近年逐渐在业内崭露头角，凭借其独特的材料特性及光电转换特性，在红外探测领域占有一席之地。低维材料红外探测器主要有量子点红外探测器、石墨烯光电探测器、黑磷光电探测器，本课程主要介绍量子点红外探测器。

本次课程最后一节课《量子点红外探测器（QDIP）》由电子科技大学教授巫江讲解。巫江老师从事化合物半导体外延生长机理、低维结构中关于物质作用、以及量子结构光电器件特性与性能等问题的研究十余年，具备丰富的理论功底。课程之初，巫江老师就点明了红外焦平面阵列所面临的发展瓶颈及需求，并介绍了零维量子点、一维量子线以及二位超晶格/量子阱材料的特点。并表示：低维结构红外探测器可实现高性能、多波长，外加目前成熟的半导体集成化、大面阵工艺，是红外探测器新的发展方向。随后，巫江老师讲解了量子点材典型材料的三种制备方法，以及外延调控技术，详细分析了量子尺寸和密度与生长温度、沉积厚度的关系，同时还介绍了胶体量子点的物理特性及优势。在量子点探测器工作原理的讲解中，巫江老师与大家讨论了光电导增益、探测波长调控、暗电流平衡以及倒装焊（flip-chip）等关键技术细节，并总结道：红外探测器的发展主要集中在大面阵、小型化、多色化、智能化和高温工作等方面，量子点红外探测器刚好满足该发展趋势。接着，巫江老师利用多项国内外研究，为大家展现了石墨烯、黑磷等其他新型低维材料光电探测器新颖的器件结构和材料设计，以及目前量子点探测器的研究现状。在谈到研究机构动态及产品应用时，巫江老师帮助大家描绘出一幅国内外研究机构和产品的产业化进程图。

电子科技大学教授巫江老师的授课风采

学员踊跃探讨，用心记录

至此，麦姆斯咨询举办的《第26期“见微知著”培训课程：红外探测器核心技术》圆满完成！2021年，我们将继续优化课程内容，带领大家深入探索红外“新视界”。期待您的加入与交流！