電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）紅外成像技術(shù)大家都多少有所耳聞，在疫情中，紅外熱成像技術(shù)發(fā)揮了重要作用。作為一項應(yīng)用范圍廣泛的高新技術(shù)，紅外成像技術(shù)不僅在醫(yī)學(xué)方面，在汽車、電力、安防等領(lǐng)域都有深入的應(yīng)用。

實現(xiàn)紅外成像技術(shù)的關(guān)鍵一環(huán)就是其中的紅外熱成像芯片，不同于生活中常見的手機芯片，汽車芯片，紅外熱成像芯片是一種特種芯片。非制冷紅外芯片因為其噪聲等效溫差（NETD）指標較低，在民用領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用，我們?nèi)粘Ｉ钪幸姷降臒岢上裨O(shè)備使用的都是這一類紅外芯片。與其相對應(yīng)的制冷型紅外芯片則多用在軍事等高端領(lǐng)域，基本都是各國禁止出口的產(chǎn)品。

紅外芯片的國產(chǎn)替代路

作為紅外熱像儀的最核心部件，紅外熱成像探測芯片直接決定了設(shè)備最終成像的分辨率和靈敏度，它能夠幫助設(shè)備收集紅外線的溫度數(shù)據(jù)和熱分布信息。紅外芯片雖然不同于生活中常見的手機芯片、汽車芯片，但它和二者的情況有些類似，都經(jīng)歷了長期受制于人到國產(chǎn)替代崛起的過程。十多年前，我國的紅外芯片，不論是制冷型還是非制冷型都嚴重依賴進口，是被西方卡脖子的主要對象之一。

先看制冷型紅外探測芯片，制冷型紅外探測器本質(zhì)上是一個光子探測器，要發(fā)揮其最佳性能就需要在低溫制冷。系統(tǒng)的復(fù)雜性讓制冷型紅外價格居高不下，從而制約了它的應(yīng)用和發(fā)展。目前為止，制冷型紅外也僅僅在對靈敏度要求非常高的軍事領(lǐng)域和極少部分工業(yè)領(lǐng)域中得到應(yīng)用。在制冷型紅外領(lǐng)域，國內(nèi)參與的玩家不多，主要是國內(nèi)各大軍工研究院在推進，民營企業(yè)里的參與者目前能找到詳細資料而且技術(shù)指標能對標國外的很少，高德紅外（高芯科技）算一個。

非制冷型紅外依靠反向工程從仿制起步，經(jīng)過近十幾年的發(fā)展擺脫了紅外核心器件受制于人的局面。突破國外對我國先進制造工藝和封裝等技術(shù)的封鎖成為紅外熱成像技術(shù)國產(chǎn)替代的關(guān)鍵所在。目前國產(chǎn)非制冷紅外熱成像探測器芯片產(chǎn)業(yè)已從最初全部依賴國外進口，實現(xiàn)了與國外相同水平的替代，甚至在某些方面上完成了超越。民用紅外市場需求的增長自然起到了不小的推動作用，最主要的還是除了軍工企業(yè)之外，民營紅外企業(yè)研發(fā)實力在不斷地增強與突破，高德紅外、大立科技、艾睿光電和海康威視這些民營企業(yè)在國內(nèi)的紅外熱成像產(chǎn)業(yè)中都占據(jù)著重要的地位。

非制冷紅外技術(shù)持續(xù)突破，鋪開紅外探測民用市場

不同于制冷型紅外，非制冷型紅外可以在常溫下工作，雖然靈敏度和觀測距離較短，但在成本、功耗、重量和壽命等方面具有優(yōu)勢，在大部分民用應(yīng)用里非制冷紅外展示出的性能完全是足夠的，而且工藝技術(shù)門檻也相對低一些。

紅外探測器能在民用領(lǐng)域鋪開應(yīng)用多晶硅技術(shù)功不可沒。非制冷型紅外芯片的熱敏元件材料常見的有氧化釩（VOx）和非晶硅（α-Si），負責(zé)感知紅外輻射。氧化釩具有較高的TCR，多晶硅的TCR其實并不弱于氧化釩，但受限于自身無定形結(jié)構(gòu)，往往NETD不如氧化釩，噪聲會高出大概兩個數(shù)量級。

物理特性導(dǎo)致的噪聲意味著成像質(zhì)量有天然的差距，但這個差距和二者的成本相比，在民用領(lǐng)域里就沒有那么大了。非晶硅以較低的成本擁有穩(wěn)定的市場份額，較低的成本加之像素水準的不斷突破，非晶硅紅外芯片在測溫、監(jiān)控、車載夜視領(lǐng)域都有著不小的市場份額，低成本的下探鋪開了民用紅外探測應(yīng)用空間。

氧化釩則在高質(zhì)量成像技術(shù)路線上不斷突破像元間距。像元間距，紅外探測芯片中最受關(guān)注的指標，像元間距越小高質(zhì)量成像的優(yōu)勢越大。從25μm開始，綜合考量氧化釩與非晶硅的成像質(zhì)量與成本難以分上下，到17μm像元間距，基于非晶硅的紅外芯片成像質(zhì)量就開始落入下風(fēng)，到12μm像元間距再往下，就是氧化釩的天下。

在25μm到17μm像元間距紅外芯片上批量出貨的廠商不少，大立科技就是基于非晶硅工藝主要做這個像元間距的產(chǎn)品。實現(xiàn)12μm像元間距批量出貨的廠商據(jù)目前資料有艾睿光電和高德紅外，都走氧化釩路線。再往更小的像元間距，目前國內(nèi)最有競爭力的就是艾睿光電，國內(nèi)首款全球第二款10μm紅外芯片、全球首款8μm紅外芯片就是由艾睿光電推出，體現(xiàn)了國產(chǎn)非制冷紅外芯片的領(lǐng)先實力。這些領(lǐng)先的廠商在量產(chǎn)攤薄成本之后，高成像質(zhì)量的紅外芯片也得以進入更多的市場。

國產(chǎn)非制冷紅外芯片對比

高德紅外

目前高德紅外集團旗下高芯科技有四款晶圓級探測芯片，GST612W、GST412W 、GST212W以及GST417W，均采用氧化釩敏感材料。GST612W、GST412W 、GST212W為12μm像元間距，GST417W為17μm像元間距。

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（晶圓級探測器，高德紅外）

12μm系列覆蓋640×512、400×300、256×192面陣規(guī)格，典型NETD均做到＜40mK，熱響應(yīng)時間＜12ms，配置14位輸出信號，在功耗和幀頻上略有差異，幀頻最高可達50Hz。

艾睿光電

艾睿光電非制冷紅外芯片共14款，覆蓋10μm、12μm、17μm三種像元間距，10μm有1款、12μm有10款，17μm有3款。去年突破性的8μm并未在官網(wǎng)公布，只給出了其NETD≤40mk。

（10μm紅外芯片，艾睿光電）

國內(nèi)少有的10μm芯片RTDS101M采用了氧化釩敏感材料，分辨率為1280×1024。在10μm像元間距應(yīng)用里即便是采用氧化釩也很難縮小NETD，RTDS101M保持了＜50mk的高靈敏度，熱響應(yīng)時間＜10ms，幀頻最高可達60Hz。

12μm系列NETD相關(guān)指標NETD都能實現(xiàn)小于40mK，參數(shù)最優(yōu)的系列在NETD實現(xiàn)小于40mK的情況下熱響應(yīng)時間＜10ms，幀頻最大60Hz。17μm系列里NETD小于40mK的料號熱響應(yīng)時間為12ms，NETD小于50mK的料號可以做到10ms熱響應(yīng)時間，幀頻均最大可達60Hz。

大立科技

大立科技非制冷紅外芯片共11個料號，15μm系列3款，17μm系列5款，25μm系列3款。在像素這一項指標上，大立科技一直處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平。

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（25μm紅外芯片，大立科技）

15μm、17μm系列最大頻幀全部可達到60Hz，NETD在50mK水平。25μm系列熱響應(yīng)速度在12ms水平，NETD小于40mk，60Hz的幀頻。有些不同的是高德紅外與艾睿光電為了微型化和輕量化沒有采用TEC溫控，大立科技的系列都采用了TEC溫控。



小結(jié)

這些民營非制冷紅外探測芯片已經(jīng)實現(xiàn)了國產(chǎn)替代，技術(shù)水平穩(wěn)居國際第一梯隊。從市場來看，較大面陣芯片應(yīng)用在紅外探測器芯片量產(chǎn)后，會有很多領(lǐng)域的應(yīng)用空間都會打開，包括安防監(jiān)控、汽車自動駕駛。小面陣芯片則更多的應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)、安防、消防等領(lǐng)域，隨著物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展同樣有可預(yù)期的增長。