電子發燒友網報道（文/李寧遠）紅外成像技術大家都多少有所耳聞，在疫情中，紅外熱成像技術發揮了重要作用。作為一項應用范圍廣泛的高新技術，紅外成像技術不僅在醫學方面，在汽車、電力、安防等領域都有深入的應用。

實現紅外成像技術的關鍵一環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，在民用領域有很廣泛的應用，我們日常生活中見到的熱成像設備使用的都是這一類紅外芯片。與其相對應的制冷型紅外芯片則多用在軍事等高端領域，基本都是各國禁止出口的產品。

紅外芯片的國產替代路

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備最終成像的分辨率和靈敏度，它能夠幫助設備收集紅外線的溫度數據和熱分布信息。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，都經歷了長期受制于人到國產替代崛起的過程。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上是一個光子探測器，要發揮其最佳性能就需要在低溫制冷。系統的復雜性讓制冷型紅外價格居高不下，從而制約了它的應用和發展。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域和極少部分工業領域中得到應用。在制冷型紅外領域，國內參與的玩家不多，主要是國內各大軍工研究院在推進，民營企業里的參與者目前能找到詳細資料而且技術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，經過近十幾年的發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的封鎖成為紅外熱成像技術國產替代的關鍵所在。目前國產非制冷紅外熱成像探測器芯片產業已從最初全部依賴國外進口，實現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之外，民營紅外企業研發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在國內的紅外熱成像產業中都占據著重要的地位。

非制冷紅外技術持續突破，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勢，在大部分民用應用里非制冷紅外展示出的性能完全是足夠的，而且工藝技術門檻也相對低一些。

紅外探測器能在民用領域鋪開應用多晶硅技術功不可沒。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構，往往NETD不如氧化釩，噪聲會高出大概兩個數量級。

物理特性導致的噪聲意味著成像質量有天然的差距，但這個差距和二者的成本相比，在民用領域里就沒有那么大了。非晶硅以較低的成本擁有穩定的市場份額，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、監控、車載夜視領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用空間。

氧化釩則在高質量成像技術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注的指標，像元間距越小高質量成像的優勢越大。從25μm開始，綜合考量氧化釩與非晶硅的成像質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量就開始落入下風，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品。實現12μm像元間距批量出貨的廠商據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，目前國內最有競爭力的就是艾睿光電，國內首款全球第二款10μm紅外芯片、全球首款8μm紅外芯片就是由艾睿光電推出，體現了國產非制冷紅外芯片的領先實力。這些領先的廠商在量產攤薄成本之后，高成像質量的紅外芯片也得以進入更多的市場。

國產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面陣規格，典型NETD均做到＜40mK，熱響應時間＜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并未在官網公布，只給出了其NETD≤40mk。

（10μm紅外芯片，艾睿光電）

國內少有的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，熱響應時間＜10ms，幀頻最高可達60Hz。

12μm系列NETD相關指標NETD都能實現小于40mK，參數最優的系列在NETD實現小于40mK的情況下熱響應時間＜10ms，幀頻最大60Hz。17μm系列里NETD小于40mK的料號熱響應時間為12ms，NETD小于50mK的料號可以做到10ms熱響應時間，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外領先水平。

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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

這些民營非制冷紅外探測芯片已經實現了國產替代，技術水平穩居國際第一梯隊。從市場來看，較大面陣芯片應用在紅外探測器芯片量產后，會有很多領域的應用空間都會打開，包括安防監控、汽車自動駕駛。小面陣芯片則更多的應用在物聯網、安防、消防等領域，隨著物聯網發展同樣有可預期的增長。