紅外探測技術是當今世界各國高技術領域發展的一個重要方向 ,紅外探測器可分為製冷型(光量子型)和非製冷型(熱型) 。與製冷型探測器相比 ,非製冷紅外探測器具有室溫下工作 、低成本 、低功耗 、長壽命 、小型化 、高性價比 、高可靠比 、應用量大 、應用範圍廣等優點 ,已成為當前紅外探測技術中最引人注目的技術突破之一 ,在軍事和民用方麵均具有廣泛的應用前景 。
目前 ,非製冷紅外探測器已經發展成為非製冷紅外焦平麵陣列(UFPA) 。UFPA主要分為兩大類 :微測輻射熱計UFPA和熱釋電UFPA 。在20世紀70年代采用陶瓷製備了熱釋電UFPA ,隨著材料科學和微電子技術的迅猛發展 ,這種非製冷 、低成本紅外器件的探測靈敏度不斷得到提高 。
熱釋電紅外探測器通常由單個或雙個響應元以及簡單的晶體管組合封裝而成 ,並采用特定波長範圍內透明的窗口 。它的結構一般是非常薄的熱釋電元件接入高輸入阻抗放大器(通常是場效應管) 。熱釋電元件吸收外界輻射後 ,其溫度發生變化產生了熱釋電電流 ,熱釋電電流通過放大電路轉變為信號電壓 ,通過熱量信號電壓就可以得到外界輻射的信息 。熱釋電探測器元件的簡明示意圖見下圖1 :
熱釋電紅外探測器的核心部件之一是具有熱釋電效應的熱釋電材料 。熱釋電效應是極化隨溫度改變的現象 。在32種對稱點群的晶體材料中 ,有10種具有單軸。在溫度發生改變時 ,這些晶體的極化發生變化 ,在垂直於極化方向的兩個晶麵出現感應電荷 ,若將其與外電路連接 ,就能在電路中檢測到電流信號 。下圖2位熱釋電電流產生過程的簡明示意圖 。