Có phải microbolometer silicon đắt hơn so với cảm biến ánh sáng CMOS thông thường?

Cuối cùng chúng ta cũng bắt đầu thấy các cảm biến hình ảnh nhiệt thực tế ( microbolometer ) xâm nhập thị trường tiêu dùng. Tuy nhiên, chúng vẫn đắt hơn rất nhiều so với các cảm biến hình ảnh có thể nhìn thấy tương đương. Các máy ảnh nhiệt 384x288 17 phútm (tức là 32mm ² ) cơ bản nhất chạy khoảng 500 đô la, trong khi 500 đô la sẽ có cảm biến CMOS 6000x4000 2 (ví dụ 96mm ² ) ... cộng với ổn định cảm biến 5 trục và hơn thế nữa.

Câu hỏi của tôi: Giả sử quy mô kinh tế tương tự đã được áp dụng như đã được sử dụng cho các cảm biến CMOS thông thường, liệu quy trình sản xuất cho các microbolometer silicon có đắt hơn không? Hoặc trong giới hạn vẫn chỉ là một số (tương tự) số bước quang khắc?

Để giải thích: Máy ảnh nhiệt tìm kiếm bức xạ có bước sóng trong khoảng 7-14 Cáchm, trong khi ánh sáng khả kiến ​​nằm trong khoảng 0,4-0,7. Chỉ dựa trên vật lý, ở giới hạn nhiễu xạ giới hạn pixel sẽ có thứ tự diện tích bề mặt lớn hơn. Rõ ràng các cảm biến thương mại đang ở giới hạn nhiễu xạ cho cả ánh sáng khả kiến (ở mức 1 micron pixel) và ánh sáng nhiệt (ở mức 17 micron pixel). Vì vậy, để công bằng, chúng ta có thể so sánh cảm biến hiển thị 1 "24Mpx với cảm biến nhiệt 1" 300kpx.

Cả hai cảm biến có thể được chế tạo từ silicon bằng cách sử dụng quy trình CMOS. Cấu trúc của microbolometer trông phức tạp hơn một chút so với các cảm biến CMOS phổ khả kiến ​​hiện đại, đòi hỏi một cầu nhiệt cho mỗi pixel cũng như đóng gói chân không của cảm biến. Nhưng tôi biết rất ít về quy trình sản xuất quy mô lớn, vậy những biến này có ý nghĩa trong giới hạn trên cơ sở mỗi đơn vị không?

Microbolometer vốn đã đắt hơn các IC silicon khác vìcấu trúc 3 chiều cần thiết của họ. Để treo các pixel cảm biến trên cầu nhiệt, lớp cảm biến phải được đặt trên đế mà sau đó được khắc từ bên dưới các tấm ~ 17 micron. Nhiều quy trình thường được sử dụng trên CMOS để thực hiện một cách nhanh chóng (chẳng hạn như các bước làm sạch khá khắc nghiệt, CMP, v.v.) phải được thay thế bằng các giải pháp thay thế phức tạp hơn, chậm hơn và thậm chí cả những quy trình có tỷ lệ thất bại đủ lớn mà nhiều chip phải bị loại bỏ. Ví dụ, việc nhúng các tấm wafer vào chất lỏng hoặc bất kỳ quá trình nào liên quan đến dòng chảy của một số phương tiện trên chúng phải được thực hiện cực kỳ cẩn thận và chậm rãi. Sức căng bề mặt là một vấn đề lớn khi đến lúc phải lấy thuốc thử ăn mòn chất lỏng từ dưới các pixel đó mà không làm vỡ chúng: Bạn không thể thổi nó bằng áp lực hoặc đun sôi bằng nhiệt.

Để đưa ra ý tưởng về mức độ nhạy cảm của chúng: Dưới đây là một vi sóng điện tử của một mảng được đánh bằng khí nén để loại bỏ bụi:

Các vấn đề chế tạo 3-D với microbolometer có thể so sánh với các vấn đề liên quan đến việc sản xuất chip DLP, vẫn còn tương đối đắt tiền ngay cả trong sản xuất quy mô lớn cho các thiết bị tiêu dùng.

(Microbolometer được chế tạo chỉ sử dụng silicon vô định hình, nhưng để thực hiện, cảm biến oxit vanadi được ưu tiên. Thêm VO cần một dây chuyền chế tạo riêng biệt và đắt tiền hơn vì đây là chất độc hại.)

Có là câu trả lời cho câu hỏi, vì nó đã được hỏi.

"Vấn đề" của bạn (không phải câu hỏi của bạn) là: "Làm thế nào tôi có thể thấy LWIR (~ 7-14 Cáchm)" sử dụng Công nghệ (trong tương lai) sẽ cho phép Cảm biến chi phí thấp hơn nếu "đã áp dụng cùng một nền kinh tế theo quy mô được sử dụng cho các cảm biến CMOS thông thường. ".

Hình ảnh này được tạo ra bằng Máy dò T2SL MWIR ("nóng") không được kiểm soát (3-5 mm). Nó có độ tương phản tốt hơn so với một hình ảnh LWIR chất lượng cao.

Sử dụng giấy phép SWIR nhìn xuyên qua kính thông thường (và sử dụng ống kính thông thường) nhưng chỉ những vật rất nóng (Động cơ, Lửa, v.v.) mới có thể dễ dàng nhận thấy mà không cần ánh sáng phản xạ để nhìn thấy bất cứ thứ gì không nóng. Sử dụng LWIR tốt hơn để đo nhiệt độ chính xác nhưng yêu cầu Quang học đắt tiền và trừ khi bạn sử dụng Microbolometer, bạn sẽ cần làm mát.

Máy ảnh MWIR được sử dụng khi mục tiêu chính là thu được hình ảnh chất lượng cao thay vì tập trung vào các phép đo nhiệt độ và tính di động.

Dải phổ của MWIR là vùng có độ tương phản nhiệt cao hơn do vật lý của vật đen; trong khi ở dải LWIR có khá nhiều bức xạ phát ra từ các vật thể trên mặt đất so với dải MWIR, lượng bức xạ thay đổi ít hơn theo nhiệt độ (xem các đường cong của Planck): đây là lý do tại sao hình ảnh của MWIR thường cung cấp độ tương phản tốt hơn so với LWIR.

Ví dụ, cực đại phát ra của động cơ nóng và khí thải xảy ra trong dải MWIR, vì vậy những máy ảnh này đặc biệt nhạy cảm với phương tiện và máy bay.

Thay vì giới hạn sự lựa chọn của bạn đối với microbolometer, bạn cần xem QWIP , Lưới căng thẳng loại II ( T2SL ), hoặc thậm chí cả CoolIR LWIR, tất cả đều tương tự như CMOS so với microbolometer; và do đó có tiềm năng trong tương lai tốt hơn để nhân rộng (giả sử đủ quan tâm đến việc nhìn thấy bức xạ LWIR).

More Info về lựa chọn thay thế để Microbolometers: http://www.ircameras.com/articles/infrared-imaging-new-ir-detector-materials-challenge-existing-technologies/ và http://www.laserfocusworld.com/articles/ print / volume-51 / vấn đề-07 / Feature / photonics-Products-mwir-and-lwir-dòs-qwips-Capture-lwir-hình ảnh-at-low-cost.html .

Câu trả lời là trong nền kinh tế của quy mô. Cảm biến hình ảnh CMOS được sản xuất nhiều hơn cảm biến hồng ngoại . Do đó, các cảm biến hình ảnh CMOS nhận được nhiều tài trợ R & D hơn, nhiều công ty sản xuất chúng hơn và chuỗi cung ứng lớn hơn. Cảm biến Infared đang bắt đầu rẻ hơn và được áp dụng rộng rãi hơn.

MEMS vốn không khó sản xuất hơn và đôi khi sử dụng các quy trình tương tự, và thậm chí có thể sử dụng thiết bị in thạch bản cũ rẻ hơn vì kích thước lớn hơn.