非制冷紅外探測(cè)芯片的國(guó)產(chǎn)替代，成本下探打開(kāi)民用空間

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）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(xiàng)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(chē)、電力、安防等領(lǐng)域都有深入的應(yīng)用。

實(shí)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(jiàn)的手機(jī)芯片，汽車(chē)芯片，紅外熱成像芯片是一種特種芯片。非制冷紅外芯片因?yàn)槠湓肼暤刃夭睿∟ETD）指標(biāo)較低，在民用領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用，我們?nèi)粘Ｉ钪幸?jiàn)到的熱成像設(shè)備使用的都是這一類(lèi)紅外芯片。與其相對(duì)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(guó)禁止出口的產(chǎn)品。

紅外芯片的國(guó)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(cè)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(jiàn)的手機(jī)芯片、汽車(chē)芯片，但它和二者的情況有些類(lèi)似，都經(jīng)歷了長(zhǎng)期受制于人到國(guó)產(chǎn)替代崛起的過(guò)程。十多年前，我國(guó)的紅外芯片，不論是制冷型還是非制冷型都嚴(yán)重依賴(lài)進(jìn)口，是被西方卡脖子的主要對(duì)象之一。

先看制冷型紅外探測(cè)芯片，制冷型紅外探測(cè)器本質(zhì)上是一個(gè)光子探測(cè)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(jià)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(duì)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(guó)內(nèi)參與的玩家不多，主要是國(guó)內(nèi)各大軍工研究院在推進(jìn)，民營(yíng)企業(yè)里的參與者目前能找到詳細(xì)資料而且技術(shù)指標(biāo)能對(duì)標(biāo)國(guó)外的很少，高德紅外（高芯科技）算一個(gè)。

非制冷型紅外依靠反向工程從仿制起步，經(jīng)過(guò)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(guó)外對(duì)我國(guó)先進(jìn)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(guó)產(chǎn)替代的關(guān)鍵所在。目前國(guó)產(chǎn)非制冷紅外熱成像探測(cè)器芯片產(chǎn)業(yè)已從最初全部依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口，實(shí)現(xiàn)了與國(guó)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(chǎng)需求的增長(zhǎng)自然起到了不小的推動(dòng)作用，最主要的還是除了軍工企業(yè)之外，民營(yíng)紅外企業(yè)研發(fā)實(shí)力在不斷地增強(qiáng)與突破，高德紅外、大立科技、艾睿光電和?？低?/u>這些民營(yíng)企業(yè)在國(guó)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(kāi)紅外探測(cè)民用市場(chǎng)

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(cè)距離較短，但在成本、功耗、重量和壽命等方面具有優(yōu)勢(shì)，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(mén)檻也相對(duì)低一些。

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

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(gè)差距和二者的成本相比，在民用領(lǐng)域里就沒(méi)有那么大了。非晶硅以較低的成本擁有穩(wěn)定的市場(chǎng)份額，較低的成本加之像素水準(zhǔn)的不斷突破，非晶硅紅外芯片在測(cè)溫、監(jiān)控、車(chē)載夜視領(lǐng)域都有著不小的市場(chǎng)份額，低成本的下探鋪開(kāi)了民用紅外探測(cè)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(cè)芯片中最受關(guān)注的指標(biāo)，像元間距越小高質(zhì)量成像的優(yōu)勢(shì)越大。從25μm開(kāi)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(kāi)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(gè)像元間距的產(chǎn)品。實(shí)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(guó)內(nèi)最有競(jìng)爭(zhēng)力的就是艾睿光電，國(guó)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(guó)產(chǎn)非制冷紅外芯片的領(lǐng)先實(shí)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(jìn)入更多的市場(chǎng)。

國(guó)產(chǎn)非制冷紅外芯片對(duì)比

高德紅外

目前高德紅外集團(tuán)旗下高芯科技有四款晶圓級(jí)探測(cè)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。