張楠第7章基于倒裝互聯(lián)的紅外熱成像器件（7.3）光電成像原理與技術(shù)7.3非制冷紅外焦平面器件的成像原理7.3.1熱釋電焦平面成像器件熱釋電材料的電滯回線何為熱釋電？通過熱變化釋放自身束縛電荷的現(xiàn)象！熱釋電效應(yīng)：

晶體在沒有外加電場和應(yīng)力的情況下，具有自發(fā)的或永久的極化強(qiáng)度，且這種電極化強(qiáng)度隨晶體本身溫度的變化而變化。當(dāng)溫度降低時(shí)電極化強(qiáng)度升高，當(dāng)溫度升高時(shí)電極化強(qiáng)度降低。

使電極化強(qiáng)度降低到零時(shí)的溫度稱為居里溫度。具有熱釋電效應(yīng)的晶體在固體物理學(xué)中稱之為鐵電體。熱釋電效應(yīng)熱電系數(shù)是Ps-T曲線斜率的絕對值并隨溫度而變化。當(dāng)溫度較低時(shí)，熱電系數(shù)偏小。當(dāng)溫度適中時(shí)，熱電系數(shù)的絕對值較大，并且不隨溫度而明顯變化，即η近似為常數(shù)，因此，可以認(rèn)為在該溫度區(qū)內(nèi)Ps與T呈線性關(guān)系，這也是熱釋電晶體的有效工作區(qū)。當(dāng)溫度接近居里溫度時(shí)，熱電系數(shù)起伏較大并容易退極化。熱釋電材料的自發(fā)極化強(qiáng)度Ps與溫度T的關(guān)系熱釋電效應(yīng)熱釋電器件的電極化強(qiáng)度與熱敏元表面靜電電荷密度成正比，故熱敏元上的靜電電荷面密度隨材料溫度變化而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，也就是說熱圖像的寫入需要?jiǎng)討B(tài)的光輻射輸入。

如果熱敏元溫度不變，則其表面電荷被讀出電路讀出后，將不能再產(chǎn)生新的電荷密度，被讀出后這一電荷圖像就不復(fù)存在。

為了能連續(xù)攝取圖像，就要求熱釋器件在每幀畫面讀出后，能夠重新產(chǎn)生熱敏面的靜電電荷圖像。具體的方法是采取人工方法將恒定的入射輻射變成相應(yīng)變化的入射輻射。熱釋電探測器的工作特點(diǎn)通常熱釋電攝像采用的圖像入射方式有如下三種：①平移式：攝像機(jī)構(gòu)對景物作平行移動(dòng)；②攝全景式：攝像機(jī)相對被攝景物在原地轉(zhuǎn)動(dòng)；③斬光式：在攝像機(jī)中設(shè)置斬光調(diào)制器，周期地截止輸入輻射。攝像機(jī)光敏面上的圖像不動(dòng)，但其入射能量周期地變化，因而像面溫也隨時(shí)間周期地發(fā)生變化。調(diào)制器通常采用矩形波調(diào)制(國外有采用阿基米德螺線的調(diào)制器)，調(diào)制過程需要與幀掃描同步，其頻率取幀頻的1/2、1/4或1/8。熱釋電探測器的工作特點(diǎn)居里溫度要高于光敏面工作的上限溫度！常用的材料有：硫酸三甘肽(TGS)；鉭酸鋰(LiTaO3-LT)；鈮酸鍶鋇(SBN)；鈦酸鍶鋇（BST）等。熱釋電材料熱釋電紅外焦平面陣列探測器(a)面電極；(b)邊電極7.3.2微測輻射熱計(jì)焦平面成像器件輻射熱效應(yīng)是因吸收紅外輻射產(chǎn)生溫度變化而引起探測器電阻變化的現(xiàn)象。橋式電路中(左圖)，有紅外輻射入射時(shí)，被暴露的探測器溫度升高，進(jìn)而引起其電阻變化，破壞了電橋的平衡，使得有相應(yīng)的電流流過R2。交流電路中（右圖），只有測輻射熱計(jì)兩端電壓的變化量才能通過耦合電容器傳給信號(hào)讀出電路。輻射熱效應(yīng)的探測直流橋式輻射熱測量電路交流輻射熱測量計(jì)電路以VOx、多晶-Si或非晶-Si等薄膜為熱敏材料；采用微機(jī)械加工技術(shù)(MEMS)把探測器做成微橋結(jié)構(gòu)，探測器在IC－CMOS讀出電路襯底上做成懸空的微橋，形成良好的熱隔離；探測器吸收紅外輻射，產(chǎn)生溫升，熱敏材料的電阻率發(fā)生變化，在外接電路的作用下輸出響應(yīng)信號(hào)。微測輻射熱計(jì)Honeywell公司開發(fā)的VOx微測輻射熱計(jì)法國Sofradir公司的多晶硅微測輻射熱計(jì)與熱釋電FPA相比：采用硅集成技術(shù)，成本低；

有好的線性響應(yīng)和高的動(dòng)態(tài)范圍；

像元間絕緣性好，串音少，圖像清晰度高；

低1