2022 国防军工行业深度报告.docx

目录1红外探测器是军工电子的核心元器件11.1 红外线的特点及红外波段的划分11.2 红外探测器及其工作原理11.3 外探测器的分类21.4 红外探测器的关键性能指标91.5 红外探测领域的基础产品102红外探测产品的应用领域和市场规模112.1 练兵备战及武器装备现代化推动军用红外探测产品需求快速增长112.2 民用领域红外产品增速高，本钱下降带来应用领域的拓宽163红外行业的开展趋势和竞争格局213.1 国产化替代、自主可控将是最需解决的技术问题213.2 超大规模、小型化、多色、高温工作是制冷型探测器的开展方向213.3 晶圆级封装将大幅降低非制冷型探测器本钱并拓宽其应用领域233.4 红外行业的竞争格局：FLIR一家独大，中国厂商紧随其后254国内主要红外产品供应商274.1 高德红外：制冷与非制冷兼顾，武器装备资质最全274.2 睿创微纳：非制冷领域王者，产品在国际上有良好的口碑294.3 大立科技：非晶硅非制冷型探测器领军企业314.4 富吉瑞：成像电路及光学镜头方案解决专家334.5 久之洋：立足红外产业链中游，红外图像处理优势明显345风险提7F35插图目录图1自然光分类图2海平面上2公里路程的红外线大气透过率图3红外探测器芯片结构图4制冷型红外探测器结构图5携带整体式斯特林制冷机的红外探测器图6携带分置式斯特林制冷机的红外探测器图7脉管制冷机图8JT制冷机图9高德红外瑞镉汞探测器图10高德红外硫镉汞探测器成像效果图11 GCS公司Th产的直径150mm的锚化钢材料晶片图12 CMCEC公司2Kx2K睇化锢探测器成像效果图13量子阱红外探测器的工作原理示意图图14 320x256量子阱红外探测器成像效果图15高德红外H类超晶格红外探测器图16高德红外H类超晶格红外探测器成像图图17量子点探测器材料结构及工作原理示意图图18量子点在AFM下的形貌量子阱探测器的量子效率并不理想。

II类超日格 拥有较高的探测灵敏度，几乎可以与神镉汞相媲美，隧穿电流和暗电流 均较小，对工作温度的要求相对宽松量子点 可以响应垂直入射光，暗电流小，可以到达高的工作温度、高的响应率 和探测率但量子点层的吸收系数小，量子效率低于预期理论值资料来源:高德红外招股说明书,首创i正券非制冷型红外探测器：氧化钢探测灵敏度更高，已成为主流路线自1930年以来，制冷型探测器一直占据着红外探测器开展的主导地位然而，制 冷型探测器所需的低温制冷不但使得探测器价格昂贵，也使得系统体积增大、使用不便 非制冷红外焦平面探测器无需制冷装置，能够在室温状态下工作，具有体积小、质量轻、 功耗小、寿命长、本钱低、启动快等优点虽然在灵敏度上不如制冷型红外焦平面探测 器，但非制冷焦平面探测器性能已可满足局部军事装备以及绝大多数民用技术领域的技 术需要目前，非制冷红外探测器的生产数量要远远超过制冷型探测器，主要是其民用市场 需求量大，另外还可以满足局部军用市场的需求非制冷红外探测器按照MEMS传感 器材料的不同可以分为氧化钗红外探测器和非晶硅红外探测器氧化钮红外探测器是非制冷领域应用最为广泛的探测器其红外半导体材料为氧化 锐（VOx）,该材料的电阻温度系数较高，为2%-3%/K,由于其阻值随温度变化幅度较 大，因此灵敏度较高。

早在20世纪80年代，美国的Honeywell公司在军方的资助下，开始研究氧化4凡 薄膜，并于20世纪80年代末研制出非制冷氧化钗微测辐射热计红外焦平面阵列在 1993年就报道了 320X240像素的微测热辐射红外焦平面阵列，其像元尺寸为50 u m X50^m,噪声等效温差（NETD）为lOOmKHoneywell公司将这种原创技术授权给了美国的几家公司，用于开展和生成商业及 军用非制冷焦平面1994年，美国DRS公司获得Honeywell技术许可两年后，DRS 创造了 “伞状”像元结构专利，“伞状”结构由吸收介质薄膜构成，与下面的绝缘体一起 可以使辐射吸收量最大化其“伞状”结构可以调节从而对其热道和热容进行控制，使 工作波段的红外吸收得到最大，实现最正确响应度和响应时间美国雷声视觉系统（RVS）在1999年的研究说明，延长支撑腿的长度是提高灵敏度 的有效方法之一，并在此基础上对像元结构进行了一些改进，开发了一种多层微幅射热 计像元结构，将热绝缘支撑腿和VOx测辐射热计放置在不同的水平面上2004年，日本NEC提出了 一种带有屋檐结构的改进像元结构该像元是三层结构， 最上层是采用SiN制成的屋檐结构，VOx测辐射热计薄膜、隔膜以及制成位于中间层。

最下层是一个反射层，与处于中间层的隔膜形成光学谐振吸收器其他西方国家也紧随其后，相继研发出结构类似性能相当的红外焦平面探测器这 些公司在上付出了大量的努力，通过减小像元尺寸，增加外表吸收以及改进CMOS的读 出，使得Vox微测辐射热计在诸多方面的应用成为可能目前，红外公司都致力于提高 像元规模的研究，一些公司也设法降低像元之间的间距并且利用双层桥式结构来实现大 规模焦平面阵列，这些氧化钗探测器甚至表现出了接近制冷型红外探测器的优异性能氧化钗的主要缺点是它不兼容标准的CMOS工艺生产线，需要有单独的CMOS 工艺生产线，以防止CMOS生产线的污染图20雷神公司640X480像元氧化钮探测器成像图19实现小像元面积高填充系数的原理图资料来源：王彬《高灵敏氧化锐非制冷红外探测器研究》,首资料来源：王彬《高灵敏氧化锐非制冷红外探测器研究》,首创证券创证券非晶硅红外探测器的红外半导体材料为非晶硅（a-Si）,其电阻温度系数与氧化轨相 当，这种薄膜材料常采用等离子增强化学气相沉积（PECVD）制备，可实现大面积、低 温（小于350℃）和均匀成膜，与标准的CMOS电路工艺完全兼容此外，还具有其他 优点：具有良好的机械性能，可制造有自支撑结构的悬空薄膜结构，减少了光刻层数, 使工艺制备简单；由于无需额外支撑层，可制成很薄（lOOnm）的悬浮膜片，使像元的 热时间常数很小；由于具有较小的热导率，桥腿可以制成简单的I型，能够保证有效的热 绝缘，从而使微桥结构具有较高的占空比和机械强度，能够承受高速率振动和高强度冲 击；由于采用与标准CMOS集成电路兼容的工艺，所制像元成功率和可操作性强，从而 降低生产本钱，易实现大批量生产。

但是，非晶硅薄膜也存在一定的缺乏：由于结构无 定形，1/f噪声比氧化锐高；由于室温电阻偏高，需要掺杂和改变成膜工艺来降低薄膜电 阻；由于存在光子衰退现象（SW效应），需要经过特殊热处理等后处理方法来提高薄膜 的稳定性法国非制冷红外探测器研究机构红外实验室（CEA-Leti-LIR）,从1992年就开始研 究非晶硅探测器，在1998年，研究出第一个非晶硅红外探测器原型从2000年开始， Leti-UR与Sofradi公司合作开发基于非晶硅薄膜材料的红外探测器Leti-LIR负责提供 技术，Sofradi下属ULIS公司负责产品开发，生产出了第一代4511m像元间距的探测器 2003年，ULIS开发出了第二代3511m像元间距、320X240像元规模的探测器在2005 年，又开发出了像元间距为2511m的第三代非晶硅红外探测器在2008年，像元间距为 17Vm的1024X768非晶硅探测器研制成功国内最早从事非晶硅红外探测器研究的是中科院长春光学精密机械研究所1995年， 长光所研制成低本钱线列32元、128元的探测器目前国内批产非晶硅探测器的生产商 主要是大立科技当前，非晶硅红外探测器的灵敏度指标NETD通常为20mK-100mK,但是凭借其低 本钱和高性价比，在中、低端的军用和民用市场均有着广泛的应用前景。

其未来的开展 趋势主要体验在以下几个方面：进一步减小像元尺寸，提高工艺兼容性，实现大规模生 产，以到达缩小尺寸、降低本钱的目的；提高探测器灵敏度，以低本钱生产像元间距更 小的高性能器件；优化热敏感膜材料的性能和微桥结构，提高探测器的吸收率和填充因 子；扩展非制冷红外探测器的工作温度范围，实现对不同目标功能自动调节窗口的智能 化图22大立科技像元间距为17微米的非晶硅探测器图21非晶硅探测器微桥桥腿桥柱和氧化钮的差异资料来源:大立科技官网,首创证券资料来源:大立科技官网,首创证券资料来源:龚宇光《非晶硅微测辐射热探测器的现状与开展》, 首创证券随着红外技术的开展，市场对探测器的灵敏度、红外成像的清晰度要求越来越高 由于氧化锐探测器的灵敏度要高于非晶硅，目前已成为非制冷探测器领域的主流路线， 氧化锐探测器占据非制冷探测器的比例近七成高德红外一开始致力于非晶硅路线研究 和生产，但后来转为氧化锐路线在非晶硅路线长期耕耘的大立科技在2021年也组建 了氧化锐路线，开始生产氧化钗非制冷探测器表2非制冷型红外探测器敏感材料比照敏感材料技术特点探测灵敏度和测温精度优于非晶硅，剩余固定图形噪声比非晶硅小一个数 氧化帆 量级。

缺点是它不兼容标准的CMOS工艺生产线，需要有单独的CMOS 工艺生产线国内外多数企业选择氧化锐技术路线非日硅兼容标准的CMOS工艺生产线，制造本钱低，更容易实现大规模生产成像效果不如氧化锐资料来源:睿创微纳招股说明书,首创证券红外探测器的关键性能指标响应率：输出信号与输入红外辐射功率的比值响应率越大越好响应波长范围：制冷型（光电型）红外探测器的响应率和入射光的波长有关当入 射波长到达入P时，探测器到达峰值响应率，随后波长继续增大，响应率会迅速下降 当响应率下降至峰值响应率一半时对应的波长定义为长波限入C一般情况下当入射波 长大于长波限入C时，探测器的响应率已经较为微弱或无响应这个特性和光电效应有 关，入射光子能量只有在大于极限频率时，才能发生光电效应，而波长增加到一定程度 时，入射光频率小于极限频率，那么不会发生光电效应，探测器无响应非制冷（热敏型） 红外探测器那么对响应波长无选择性，对各种波长的入射光表现出的敏感度相同一般在 室温下工作，灵敏度较低，响应时间也偏长图23探测器响应率和波长的关系资料来源:光电探测器及应用,首创证券噪声：噪声来源于探测器中的某些基本物理过程，即使在没有入射辐射的情况下， 也会有噪声出现。

噪声会对探测器的探测精度造成影响，噪声越小，探测器的性能越佳 探测器噪声主要有暗电流噪声（热噪声）和光电子噪声（背景光子涨落带来的噪声）减 少暗电流噪声的主要方法是降低温度，将温度由室温降低至液氮温度（77K）,暗电流噪 声可降低50%o信噪比：入射辐射所产生的信号输出电压与同时输出的噪声电压的比，设备的信噪 比越高说明其杂音越小，反之那么越高，因此，信噪比越高越好噪声等效功率：入射辐射产生的输出电压正好等于探测器本身的噪声电压时，这时 的入射辐射功率称为噪声等效功率探测器的噪声等效功率越小越好噪声等效温差：红外探测器能探测到的最小温差，值越小越好探测率：探测率为噪声等效温差的倒数，探测率越大越好1.4 红外探测领域的基础产品红外探测器是红外探测领域的上游产品，红外探测器的生产单位一般也生产机芯、 热像仪等中游产品，另外也销售单独的探测器产品给中游制造商或完整武器装备制造商图24LynredTh产的制冷型红外探测器图25 Lynred Th产的非制冷型红外探测器资料来源：Lynred官网,首创证券资料来源：Lynred官网,首创证券机芯产品由红外探测器、硬件电路（其上运行机芯软件）、结构件构成，是实现光电 成像的核心模组。

机芯中的探测器接收红外辐射信号，将其转换为电信号输出硬件电 路将探测器输出的电信号进行处理，包括信号放大、模数转换、图像处理、视频编码等， 最。