1微测辐射热计（Microbolometer）工作原理
微测辐射热计（Microbolometer）作为热性探测器中技术最成熟，应用最广泛的一种，其工作原理是通过在光敏元上施加合适的偏压，当红外辐射照射到光敏元上时，热敏材料会吸收红外辐射从而引起自身阻值改变，则电路结构中的积分电流也会随着它的阻值的改变而改变，并进行一系列转化最后形成所需要的电信号输出。以此来实现整个红外探测过程。最常用的材料时氧化钒和非晶硅。
热敏电阻阻值变化的大小取决于热敏材料的电阻温度系数（Temperature Coefficient of ResistanceTCR）和热敏电阻的热容量。
工作过程可以分解为三个转换过程
1 光吸收：吸收辐射的红外光，并将其转换为热
2 温度升高：吸收的热量使得热敏材料的温度升高
3 测量过程：热敏材料的温度变化引起材料本身的阻值发生变化，进行阻值的测量，将阻值变化转变为电信号的变化。
如下图1的基本工作原理图
图1微测辐射热计工作原理图
微测辐射热计在吸收了红外辐射引起自身温度变化时，其电阻将发生变化。材料可以是金属材料或者半导体材料。对金属，温度增加导致电阻增加。而对半导体，温度增加导致电阻减小。薄膜电阻的变化用电阻温度系数(TCR)藐视
半导体中可运动载流子密度随温度升高而增加，且载流子迁移率同时发生变化，故电阻温度系数为负。由于半导体可动载流子密度与带隙Eg有关，则
TCR值可以推导为
对于半导体a可在1%/K~10%/K。
给热敏电阻施加较大的偏置电压而不对微测辐射热计加热，可以使用较短的偏置脉冲，并间隔较长时间。在脉冲偏置下其有效热导几乎等于物理热导。如下图的等效电路。
图2微测辐射热计等效电路
2 微测辐射热计材料
2.1 氧化钒（VOx）
氧化钒材料具有较高的电阻温度系数（TCR），在室温环境下约为 2%/K～ 3%/K， 因而其信号响应率较高， 同时氧化钒材料的 1/f噪声也较低， 因而氧化钒探测器具有较高的灵敏度， NETD 指标一般优于采用其他热敏材料制造的非制冷探测器。氧化钒薄膜的制备技术相对复杂一些，但是经过多年的发展也已相当成熟
2.2多晶硅（a-Si）
多晶硅与氧化钒相比， 其 TCR 相当或稍低，但由于多晶硅是无定形结构， 呈现的 1/f 噪声要高一些， 所以多晶硅的灵敏度要弱于氧化钒。多晶硅的优点是与标准硅工艺完全兼容， 制备过程相对简单。另一方面多晶硅薄膜的均匀性要优于氧化钒薄膜，这样就对探测器非均匀性校正的要求相对较低。
氧化钒由于其更加突出的综合性能而成为非制冷红外焦平面探测器的主流技术路线，截至目前在全球市场上占据了超过 80% 的份额，多晶硅材料探测器所占市场份额还不到20%。下表是几种材料的电阻率和TCR比较
表1 几种薄膜材料的电阻率和TCR
钒是一种3d 过渡金属元素，它的氧化物存在形式有很多种，比较常见的有VO，V2O3,VO2,V2O5等。Morin于1956年在贝尔实验室发现钒的二氧化物在一定温度68℃下发生电导率跃变得现象，表明其有半导体-金属的相变特性。在相变前后，VO2薄膜的电学，光学，机械性能会发生可逆性的突变。如下图
图3 VO2 薄膜样品的反射率-温度变化曲线．
用作热敏材料的氧化钒薄膜主要有三种形式：混合价氧化钒薄膜（Vox 薄膜），无相变特性的VO2（VO2（B））薄膜和有相变特性的VO2薄膜。其中VO2薄膜具有很高的TCR值，但其有明显的温度回滞效应；V2O5虽然也具有搞得TCR值，但在室温下的电阻率太高，太大的电阻会导致高的器件噪声；V2O3在室温下的电阻非常小，其TCR值低。因此具有高的TCR值，满足要求的氧化钒薄膜一般都是由适当比例的V2O3,VO2,V2O5构成的混合氧化钒（VOx）。
