20世紀80年代開始，非制冷紅外焦平面陣列探測器在美國軍方支持下發(fā)展起來的，在1992年全部研發(fā)完成后才對外公布。初期技術(shù)路線包括德州儀器研制的BST熱釋電探測器和霍尼韋爾研制的氧化釩（VOx）微測輻射熱計探測器。后來由于熱釋電技術(shù)本身的一些局限性，微測輻射熱計探測器逐漸勝出。2009年，L-3公司最終宣布停止繼續(xù)生產(chǎn)熱釋電探測器。

之后，法國的CEA/LETI以及德州儀器公司又分別研制了非晶硅（a-Si）微測輻射熱計探測器?；裟犴f爾后來把技術(shù)授權(quán)給數(shù)家公司生產(chǎn)制造，CEA/LETI的技術(shù)在新成立的ULIS公司生產(chǎn)。而后的近20年內(nèi)，美國的非制冷探測器發(fā)生過多次的公司并購重組，目前世界上主要的非制冷焦平面探測器制造商及各自的市場份額如圖1所示。

從目前到未來相當長的時間內(nèi)，非制冷市場將是VOx技術(shù)與a-Si技術(shù)兩者競爭的舞臺。由于VOx發(fā)展時間長，并且美國是全球最大的紅外市場，所以VOx探測器目前占據(jù)的市場份額處于領(lǐng)先地位。

圖1主要非制冷焦平面探測器制造商及市場份額

非制冷紅外焦平面探測器工作原理

非制冷紅外焦平面探測器由許多MEMS微橋結(jié)構(gòu)的像元在焦平面上二維重復排列構(gòu)成，每個像元對特定入射角的熱輻射進行測量，其基本原理（圖2）：a):紅外輻射被像元中的紅外吸收層吸收后引起溫度變化，進而使非晶硅熱敏電阻的阻值變化；b):非晶硅熱敏電阻通過MEMS絕熱微橋支撐在硅襯底上方，并通過支撐結(jié)構(gòu)與制作在硅襯底上的COMS獨處電路相連；c):CMOS電路將熱敏電阻阻值變化轉(zhuǎn)變?yōu)椴罘蛛娏鞑⑦M行積分放大，經(jīng)采樣后得到紅外熱圖像中單個像元的灰度值。

圖2 非晶硅紅外探測器工作原理

為了提高探測器的響應(yīng)率和靈敏度，要求探測器像元微橋具有良好的熱絕緣性，同時為保證紅外成像的幀頻，需使像元的熱容盡量小以保證足夠小的熱時間常數(shù)，因此MEMS像元一般設(shè)計成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。利用細長的微懸臂梁支撐以提高絕熱性能，熱敏材料制作在橋面上，橋面盡量輕、薄以減小熱質(zhì)量。在襯底制作反射層，與橋面之間形成諧振腔，提高紅外吸收效率。像元微橋通過懸臂梁的兩端與襯底內(nèi)的CMOS讀出電路連接。所以，非制冷紅外焦平面探測器是CMOS-MEMS單體集成的大陣列器件。

圖3 非晶硅紅外探測器結(jié)構(gòu)

(3）應(yīng)用領(lǐng)域

非制冷紅外探測器在軍事和商用領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用：

（a）軍事領(lǐng)域

軍事領(lǐng)域應(yīng)用包括武器熱觀瞄（TWS）、便攜式視覺增強、車載視覺增強（DVE）、遠程武器站（RWS）、無人機（UAV）、無人駕駛地面車輛、觀察指揮車、火控和制導等，如圖4所示。

圖4 非制冷紅外探測器在軍事領(lǐng)域的主要應(yīng)用

（b）熱像測溫領(lǐng)域

熱像測溫用于預(yù)防性檢測，例如對電力輸電線路、發(fā)電設(shè)備、機械設(shè)備等通過紅外熱像儀檢測異常發(fā)熱區(qū)域，可以預(yù)防重大停機以及事故的發(fā)生。在建筑方面，用于檢測房屋的隔熱效果、墻壁外立面、空鼓、滲水和霉變等。其它的領(lǐng)域還包括產(chǎn)品研發(fā)、電子制造、醫(yī)學測溫和制程控制等，如圖5所示。