20世紀(jì)80年代開(kāi)始，非制冷紅外焦平面陣列探測(cè)器在美國(guó)軍方支持下發(fā)展起來(lái)的，在1992年全部研發(fā)完成后才對(duì)外公布。初期技術(shù)路線包括德州儀器研制的BST熱釋電探測(cè)器和霍尼韋爾研制的氧化釩（VOx）微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器。后來(lái)由于熱釋電技術(shù)本身的一些局限性，微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器逐漸勝出。2009年，L-3公司最終宣布停止繼續(xù)生產(chǎn)熱釋電探測(cè)器。

之后，法國(guó)的CEA/LETI以及德州儀器公司又分別研制了非晶硅（a-Si）微測(cè)輻射熱計(jì)探測(cè)器。霍尼韋爾后來(lái)把技術(shù)授權(quán)給數(shù)家公司生產(chǎn)制造，CEA/LETI的技術(shù)在新成立的ULIS公司生產(chǎn)。而后的近20年內(nèi)，美國(guó)的非制冷探測(cè)器發(fā)生過(guò)多次的公司并購(gòu)重組，目前世界上主要的非制冷焦平面探測(cè)器制造商及各自的市場(chǎng)份額如圖1所示。

從目前到未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，非制冷市場(chǎng)將是VOx技術(shù)與a-Si技術(shù)兩者競(jìng)爭(zhēng)的舞臺(tái)。由于VOx發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)，并且美國(guó)是全球最大的紅外市場(chǎng)，所以VOx探測(cè)器目前占據(jù)的市場(chǎng)份額處于領(lǐng)先地位。

圖1主要非制冷焦平面探測(cè)器制造商及市場(chǎng)份額

非制冷紅外焦平面探測(cè)器工作原理

非制冷紅外焦平面探測(cè)器由許多MEMS微橋結(jié)構(gòu)的像元在焦平面上二維重復(fù)排列構(gòu)成，每個(gè)像元對(duì)特定入射角的熱輻射進(jìn)行測(cè)量，其基本原理（圖2）：a):紅外輻射被像元中的紅外吸收層吸收后引起溫度變化，進(jìn)而使非晶硅熱敏電阻的阻值變化；b):非晶硅熱敏電阻通過(guò)MEMS絕熱微橋支撐在硅襯底上方，并通過(guò)支撐結(jié)構(gòu)與制作在硅襯底上的COMS獨(dú)處電路相連；c):CMOS電路將熱敏電阻阻值變化轉(zhuǎn)變?yōu)椴罘蛛娏鞑⑦M(jìn)行積分放大，經(jīng)采樣后得到紅外熱圖像中單個(gè)像元的灰度值。

圖2 非晶硅紅外探測(cè)器工作原理

為了提高探測(cè)器的響應(yīng)率和靈敏度，要求探測(cè)器像元微橋具有良好的熱絕緣性，同時(shí)為保證紅外成像的幀頻，需使像元的熱容盡量小以保證足夠小的熱時(shí)間常數(shù)，因此MEMS像元一般設(shè)計(jì)成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。利用細(xì)長(zhǎng)的微懸臂梁支撐以提高絕熱性能，熱敏材料制作在橋面上，橋面盡量輕、薄以減小熱質(zhì)量。在襯底制作反射層，與橋面之間形成諧振腔，提高紅外吸收效率。像元微橋通過(guò)懸臂梁的兩端與襯底內(nèi)的CMOS讀出電路連接。所以，非制冷紅外焦平面探測(cè)器是CMOS-MEMS單體集成的大陣列器件。

圖3 非晶硅紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)

(3）應(yīng)用領(lǐng)域

非制冷紅外探測(cè)器在軍事和商用領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用：

（a）軍事領(lǐng)域

軍事領(lǐng)域應(yīng)用包括武器熱觀瞄（TWS）、便攜式視覺(jué)增強(qiáng)、車載視覺(jué)增強(qiáng)（DVE）、遠(yuǎn)程武器站（RWS）、無(wú)人機(jī)（UAV）、無(wú)人駕駛地面車輛、觀察指揮車、火控和制導(dǎo)等，如圖4所示。

圖4 非制冷紅外探測(cè)器在軍事領(lǐng)域的主要應(yīng)用

（b）熱像測(cè)溫領(lǐng)域

熱像測(cè)溫用于預(yù)防性檢測(cè)，例如對(duì)電力輸電線路、發(fā)電設(shè)備、機(jī)械設(shè)備等通過(guò)紅外熱像儀檢測(cè)異常發(fā)熱區(qū)域，可以預(yù)防重大停機(jī)以及事故的發(fā)生。在建筑方面，用于檢測(cè)房屋的隔熱效果、墻壁外立面、空鼓、滲水和霉變等。其它的領(lǐng)域還包括產(chǎn)品研發(fā)、電子制造、醫(yī)學(xué)測(cè)溫和制程控制等，如圖5所示。