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基于虚拟仪器的微测辐射热计IRFPA ROIC测试与成像系统

陈雁文  
【摘要】:任何温度高于绝对零度(-273℃)的物体都会自发地向外发射出红外辐射能量,且随着温度的不同而不同,使用红外探测器收集这种能量并经过相应的电子系统处理,可以再现物体的图像及温度。这种基于温度成像的特点可以克服很多恶劣的环境(如雨雪、雾霾等)。因此,红外探测器被广泛应用于成像及温度探测等领域。红外探测器分类方法有多种,常按照制冷方式划分为制冷型和非制冷型。制冷型需要笨重的制冷设备,大多应用于军事领域;而非制冷型虽不如制冷型灵敏度高,但由于其小体积、低成本、低功耗等特点,在军民市场中得到广泛的应用。目前,非制冷探测器主要是热释电型和微测辐射热计型两种。热释电型探测器需要扫描机械装置,可靠性差,而微测辐射热计型探测器虽然目前响应率不如热释电型,但随着基础材料及科学的发展,已逐渐逼近热释电型,况且其不需要机械装置,成本、功耗都降低,因此,微测辐射热计会在未来一段时间内成为主流。红外探测器是红外成像测温的核心部件,它的好坏直接影响到应用的功能性和可靠性,因此在应用红外探测器之前需要进行严格的性能参数测试。目前国外已经拥有成熟的红外测试技术及测试仪器,国内起步较晚且受到西方国家的封锁,而能够购买的机台昂贵且维护不便,这就迫切需要国内能够研制出性能优异的红外测试仪器。国内主要是各大高校和研究所开展红外测试技术的研究,且大都是理论实验型的研究,只有上海技术物理研究所与法国HGH公司合作研制出了一款测试产品,但其内部核心模块购自国外,仍然不是自主研发生产的红外测试仪器。基于上述原因,且本文测试的对象为合作设计试验阶段的微测辐射热计,同时结合自身的测试需求,提出了本课题的研究方向。微测辐射热计的设计生产流程主要分为三步:ROIC(读出电路,Readout Integrated Circuit)设计及加工,生长微桥阵列及氧化钒薄膜,封装成品。ROIC是实现红外电信号处理传输的关键,对于它的参数测试显得尤为重要,并且还能帮助优化生产ROIC的CMOS工艺。生长氧化钒薄膜是通过MEMS(微机电系统,Microelectromechanical Systems)工艺将敏感元桥接到ROIC上实现电连通,该工艺的优劣直接影响到IRFPA(红外焦平面阵列,Infrared Focal Plane Arrays)的均匀性、灵敏度等性能,所以对于其性能测试也很有必要。但本文根据合作单位要求,只须对MEMS加工后的IRFPA进行定性测试以优选芯片进行封装。对封装后的成品,本文通过联调成像的效果来初步评判器件性能。本文通过基于虚拟仪器的参数测试系统和联调成像系统,对微测辐射热计的试验阶段的测试提供了很好的参考价值,具有一定的实用性。


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