介绍了非制冷红外焦平面探测器的基本工作原理，总结了其关键技术参数。回顾了非制冷红外焦平面探测器技术和产品的发展历史，总结了国内外相关研究和产品开发的最新进展。最后，讨论了非制冷红外焦平面探测器技术的发展趋势。
0简介
近二十年来，随着大规模集成电路技术和微机电系统(MEMS)技术的快速发展，非制冷红外焦平面阵列(IRFPA)探测器技术日趋成熟，相关产品也逐渐系列化。在学术界和工业界的共同推动下，非制冷红外焦平面探测器技术发展迅速，焦平面探测器的灵敏度显著提高，像素间距越来越小，阵列规模越来越大。非制冷红外成像技术因其成本低、体积小、功耗低、寿命长等优点，已广泛应用于军事国防装备和商业领域。非制冷红外焦平面阵列探测器广泛应用于武器制导、武器热瞄、红外探测、边境预警、海防监控、反恐救援等军事领域，以及安防监控、夜间汽车驾驶辅助、工业监控、疾病防控、医疗诊断、节能环保等民用领域(包括手机配件、可穿戴设备等个人消费电子领域)。
1非制冷红外焦平面探测器原理
非制冷红外焦平面探测器(IRFPA)是一种工作在室温附近的成像传感器，可以将目标的入射红外辐射转换为电文章信号。根据工作原理的不同，非制冷红外焦平面探测器可分为热释电、热电堆、热二极管和微测辐射热计。其中，微测辐射热计是一种热敏电阻传感器。在红外辐射照射传感器后，传感器的温度升高，热敏薄膜的电阻改变。微量热计探测器是技术最成熟、市场占有率最高的主流非制冷红外焦平面探测器。
微量热计是基于MEMS技术制作的微型传感器，是非制冷红外探测器的核心敏感元件。它由底部反射器、互连电极、绝缘桥腿、热敏电阻和红外吸收桥面板组成(见图1)。其中，红外吸收桥面可以高效吸收外界的红外辐射，引起桥面内集成的热敏材料的温度变化和电阻变化。专用集成电路(ASIC)通过互连的电极将微测辐射热计阵列的电阻变化转换成文章电信号并输出。底镜与红外吸收桥面形成特定波长的四分之一波长共振吸收腔，可以增强桥面的红外吸收。桥式绝缘结构用于减少桥式热敏电阻与读出电路衬底之间的热交换，使热敏电阻对红外辐射敏感。它的材料和几何尺寸决定了桥面和ASIC之间的导热系数，进而直接决定了微测辐射热计的响应。热敏材料包括氧化钒薄膜、非晶硅薄膜、非晶硅锗薄膜和单晶硅锗薄膜。
图1微测辐射热计结构图
美国霍尼韦尔研究中心Kruse P W等图1微测辐射热计结构图。系统阐述了微测辐射热计的理论模型。微测辐射热计的响应可以表示为：
其中，是热敏材料的电阻温度系数(TCR );是填充因子；是微测辐射热计的吸收率；Ib是偏置电流；Rb是微测辐射热计的电阻；Ge是微测辐射热计的有效热导率；是调制频率；是有效热时间常数。微测辐射热计的噪声源主要包括1/f噪声和约翰逊噪声。1/f噪声电压的有效值可以表示为：
其中kf为微测辐射热计的1/f噪声系数；Vb是偏置电压；F2和f1分别是微测辐射热计噪声带宽的上限和下限。约翰逊噪声电压o的有效值
式中，k是玻尔兹曼常数；是噪声带宽。噪声带宽f2和f1的上限和下限分别由积分时间Tint和凝视时间Tstare决定：
显然，电阻的噪声系数和温度系数、光吸收效率和填充因子、微测辐射热计结构材料的热导率和MEMS加工能力共同决定了探测器的性能参数。发展高性能的低热导率敏感薄膜和结构材料，设计高填充因子、低热导率和高吸收效率的传感器结构，开发低噪声读出电路一直是非制冷红外焦平面探测器的重点研究领域。
非制冷红外焦平面探测器的关键技术参数包括阵列尺寸、像素中心距、噪声等效温差(NETD)、工作帧率、热响应时间和空间噪声。其中，数组大小可以表征图像的分辨率。常规阵列尺寸包括160 120、320 240、384288、640512、1024768和1920 1080。焦平面探测器的阵列尺寸越大，图像分辨率越高，图像越清晰。
成像系统的空间分辨率由像素中心距离和光学系统决定。原则上，当像素尺寸大于红外辐射波长时，像素中心距越小，图像的空间分辨率越高。目前非制冷红外焦平面探测器的像素中心距低至10微米，相当于长波红外光的中心波长。对于长波红外探测，当像素中心距进一步减小到5微米(长波红外光中心波长的一半)时，图像的空间分辨率主要受镜头光学极限的限制。
NETD，又称探测器灵敏度，是非制冷红外焦平面探测器最重要的性能指标。与传感器设计和薄膜材料有关。NETD越小，探测器的灵敏度越高。典型的军用探测器的NETD应该小于50 mK。
工作帧率和热响应时间决定了运动目标图像的延迟。对于快速目标成像应用，如导引头，工作帧率通常需要至少50 Hz，探测器像素的热响应时间应小于10 ms
空间噪声和NETD共同决定了图像质量。当空间噪声显著高于时域噪声时，图像会明显退化，导致系统的最小可分辨温差(MRTD)显著降低。
非制冷红外焦平面探测器的历史和研究进展
非制冷红外焦平面早期研发采用的材料技术路线有氧化钒(Vox)、钛酸锶钡(BST)和非晶硅(-Si)。到目前为止，非制冷红外焦平面探测器产品主要有氧化钒和非晶硅微测辐射热计。其中氧化钒技术占据了70%以上的市场份额，是国际主流的非制冷红外成像技术。它起源于美国霍尼韦尔研究中心，而非晶硅技术起源于美国TI公司和法国CEA - Leti实验室。国内研究机构和厂商也分为氧化钒和非晶硅微测辐射热计两大技术阵营。通过投入大量研究精力追赶国际同行，并在2019年进入12微米像素产品时代。同时，烟台艾瑞光电科技有限公司(以下简称艾瑞光电)突破了10微米像素技术，缩小了与国际同行的差距。
2.1非制冷红外焦平面探测器发展简史
(1)1978年，雷神公司和TI公司分别申请了BST技术专利。
(2)20世纪80年代，在美国政府HIDAD项目的支持下，雷神公司和霍尼韦尔公司开始研制非制冷红外焦平面探测器。其中，雷神公司致力于BST技术的商业化，而霍尼韦尔公司则选择研究VOx技术。
(3)1990-1994年，霍尼韦尔公司将其成功开发的VOx技术先后转让给几家公司，形成了——FLIR、雷神视觉系统、BAE系统、DRS、SCD、NEC等非制冷红外焦平面探测器的国际主要供应商。
(4)90年代中期，TI将其BST热成像技术推广到商用领域，但由于在性能上落后于VOx技术，市场前景并不乐观。与此同时，TI公司开始开发非晶硅技术。然后他们将这两种技术打包出售给雷神商用红外公司，后者在2004年将它们一起转售给L-3公司。
(5)90年代末，法国CEA - Leti实验室成功开发出非晶硅非制冷红外焦平面探测器技术，后授权给ULIS公司批量生产。
(6)1995年，LORAL公司(后被BAESystem收购)和ROCKWELL公司(后被DRS收购)分别推出了他们的第一款红外焦平面阵列产品。两者的阵列尺寸均为320 240，像素中心距分别为46微米和51微米。
(7)1998年，Indigo Systems在成立两年后推出了第一个红外焦平面读出电路(阵列尺寸160 120)。然后他们推出了像素中心距为38微米米的焦平面探测器
(8)1999年，雷神公司推出了当时灵敏度最高的SB - 151 VOx IRFPA产品。探测器的阵列尺寸为320 240，像素中心距为50微米，像素响应率大于2。5107伏/瓦
(9)2000年，ULIS公司发布了自己的45微米产品(阵列尺寸为320 240，NETD为85mK)。
(10)2001年，DRS公司推出了第一款25微米红外焦平面阵列产品(阵列尺寸为320 240)。同年，雷神公司还推出了25款微米红外焦平面阵列产品(阵列尺寸包括160 120、320 240和640 240)。随后，BAE系统公司推出了类似的产品，像素中心距为28微米，阵列尺寸为320 240。此后，红外焦平面阵列进入了20号纪元。
(11)2005年，DRS公司发布了首款17微米红外焦平面产品(阵列尺寸为640 480)。随后，雷神、BAE系统、ULIS、FLIR、SCD等公司相继推出了自己的17m红外焦平面产品。到目前为止，17微米红外焦平面阵列仍然是国际非制冷红外成像市场的主流产品之一。
(12)2009年，最后一家采用BST技术的厂商——L-3公司停止生产BST产品。
(13)2014-2016年，NEC、BAESystem、FLIR、雷神等公司相继发布了12架微米红外焦平面阵列的研究成果和产品。此后，12微米红外焦平面阵列逐渐取代17微米红外焦平面阵列，成为市场主流产品。
(14)2014年，FLIR系统公司推出了世界首款消费级红外摄像机——FLIR ONE。一年后的改进，他们在2015年推出的FLIRONE 2相机集成了非制冷红外领域的许多先进技术，如12微米像素、晶圆级封装(WLP)、晶圆级光学(WLO)和特殊图像信号处理(ISP)芯片等
(15)2015年，艾瑞光电发布1024 768非制冷红外焦平面探测器，像素中心距14微米，工作帧率30 Hz，NETD小于40 mK
(16)2015年，DRS公司在其官网发布了像素中心距为10微米的1280 1024红外焦平面探测器。2016年，他们公开报道了这台探测器的性能指标和成像图片。该探测器工作帧频为30 Hz，NETD小于50 mK，是目前世界上像素中心距最小的非制冷红外焦平面探测器。
2.2国外研究进展
国外非制冷红外焦平面探测器起源于霍尼韦尔公司的氧化钒技术和TI公司、CEA - Leti实验室的非晶硅技术。其中氧化钒技术的代表有DRS公司、雷神公司、BAE系统公司、FLIR公司、以色列SCD公司、日本NEC公司；非晶硅技术的代表有法国ULIS公司和美国L-3公司。此外，这些公司正在沿着超大规模阵列规模、尺寸重量和功耗成本(SWAP-C)这两个方向开发产品。
在大面阵和超大面阵成像方面，雷神公司报道了基于场拼接技术的17微米2048 1536非制冷红外焦平面探测器，研制了12微米1920 1200非制冷红外焦平面探测器。DRS研制了10台微米1280 1024非制冷红外焦平面探测器和17台微米1024 768非制冷红外焦平面探测器。BAE公司研制了12台微米1920 1200非制冷红外焦平面探测器，并开始研制10台微米1280 1024非制冷红外焦平面探测器。SCD公司研制了17微米1024 768非制冷红外焦平面探测器。基于非晶硅技术，L-3公司研制了12m 1280 1024非制冷红外焦平面探测器，ULIS公司研制了17微米1024 768非制冷红外焦平面探测器。韩国I3公司也利用氧化钛技术开发了12m 1024 768非制冷红外焦平面探测器。
在swap-c方面，FLIR公司开发了基于12 m160 120 /80 60 WLP探测器和WLO技术的轻子成像模块和玻色子机芯。其中，轻子模块基于小像素技术、WLP技术、无热电致冷器(TEC-Less)操作、ISP和WLO技术。在国防高级研究计划局(DARPA)的LCTI-M项目的支持下，DRS、雷神公司和BAE公司也进行了SWAP-C系统的研究。其中，WLP、WLO、TEC - Less、ISP等技术也是各个公司的研究重点。ULIS在2016年突破了像素级封装(PLP)技术，并将其用于Micro80P Gen2产品的生产。
2.2.1 DRS公司
DRS公司生产的非制冷红外焦平面探测器源于1994年霍尼韦尔公司授权给波音国防与航天公司的氧化钒微测辐射热计技术。波音防务和航天公司在1999年报告了其U4000非制冷红外焦平面探测器的设计。2000年，公司研制出U3000非制冷红外焦平面探测器，像素中心距51微米，阵列尺寸320 240，NETD小于30 mK DRS公司2001年收购BoeingDefense和Space公司。2002年，他们推出了U6000非制冷红外焦平面探测器，像素中心距25微米，阵列尺寸640 480，NETD小于50 mK，集成内校正功能。公司于2007年申报了17台微米640 480非制冷红外焦平面探测器，并基于该技术陆续推出了U3600系列320 240、U6160系列640480、U8000系列1024 768非制冷红外焦平面探测器。这些探测器有两种封装形式：传统引脚陶瓷封装和无引脚芯片载体(LCC)(见图2)。DRS公司生产的微测辐射热计采用伞形双层微桥结构(见图3)，提高了像素填充因子和响应速度。此外，他们还采用了惠斯通电桥电路架构，使探测器具有自动消除像素自热效应和无TEC补偿的功能。
图2 DRS公司非制冷红外焦平面探测器包装形式
图3 DRS公司的微测辐射热计结构图
在DARPA LCTI-M项目的支持下，DRS公司开发了低成本红外热像仪，并于2015年发布了像素中心距为10微米的1280 1024、640 512和320 256系列探测器(成像图片见图4)。此外，该公司还开发了WLP技术，并正在开发WLO技术。
2.2.2雷声公司
作为全球第五大国防承包商，雷神公司于1999年推出了SB - 151探测器，其像素中心距为50微米，阵列尺寸为320 240，最小NETD为8。2001年，该公司报道了一系列像元中心距为25微米的焦平面探测器，包括160 128、320 240和640 512的阵列尺寸。2007年，他们展示了像素中心距为17微米米的640 512非制冷红外焦平面探测器，2009年，雷神与飞思卡尔达成合作，将产能提升至每月25000 ~ 75000片。2011年，他们基于场拼接技术开发了17微米2048 1536非制冷红外焦平面探测器(输出图像见图5)。
图4 DRS公司10台微米1280 1024非制冷红外焦平面探测器图像(1280 720)
图5雷神公司17微米2048 1536非制冷红外焦平面探测器输出图像
图6雷神公司12微米像素的SEM照片
图7雷神晶圆级封装检测器
在DARPA LCTI-M项目的支持下，雷神公司开发了一种低成本的红外热像仪。2015年报道了像素中心距12微米、阵列尺寸1920 1200、640 480、206 156的系列产品。图6是检测器像素的扫描电子显微镜(SEM)照片。此外，这些设备都采用了WLP技术(见图7)。雷神 12 m206 156产品以Seek Thermal品牌进入消费电子领域，售价仅为199美元。
2.2.3英国宇航系统公司
BAE Systems是全球第三大军火供应商，也是全球知名的氧化钒非制冷红外焦平面探测器制造商(BAE Systems Inc .北美子公司)。2005年，该公司推出了三种类型的热感相机机芯：SIM500L(像素中心距46m，阵列尺寸160120)、SIM500H(像素中心距28微米，阵列尺寸320 240)和SIM500X(像素中心距28 m，阵列尺寸640 480)图8是BAE Systems的46m像素的SEM图片。
图8 BAE公司46微米像素的扫描电镜照片
图9 BAE公司智能芯片热像仪
BAE Systems在2007年报道了一种640 480非制冷红外焦平面探测器，像素中心距为17微米。2009年，他们研制出1024 768非制冷红外焦平面探测器，像素中心距17微米，NETD小于等于35 mK
BAE系统公司在DARPA LCTI-M项目的支持下开发了低成本红外热像仪，并在2014年报道了12架微米640 480非制冷红外成像机芯。在2015年，该公司继续深入报告其在LCTI-M项目(其探测器采用晶圆级封装技术)支持下开发智能芯片热像仪(见图9)的进展。2019年，他们在日本红外阵列传感器论坛上推出了第二代全高清非制冷红外机芯——Athena 1920 (1920 1200@12微米)。雅典娜1920机芯作为第一代TWV1912的升级版，工作帧率为60 Hz，NETD为50 mK
前视红外系统公司
FLIR系统公司是红外热成像仪设计、制造和销售的全球领导者。作为创新成像系统制造领域的领导者，FLIR系统公司的产品范围涵盖红外热像仪、航空相机和机械检测系统等。公司不单独销售焦平面探测器，全部以机芯或整机系统的形式销售。在2004年收购Indigo Systems后，他们拥有了无TEC非制冷红外焦平面探测器技术，其探测器集成了片上非均匀性校正和模数转换器(ADC)模块。目前FLIR系统公司生产的非制冷焦平面探测器像素中心距主要是17微米和12微米；数组大小包括336 256和640512；封装形式包括陶瓷封装和圆片级封装。NETD指数约为40mk；热响应时间约为10 ~ 15毫秒。
图10 FLIR公司的轻子系列产品
基于WLP、WLO和ASIC芯片技术，FLIR Systems开发了具有17个微米80 60非制冷红外焦平面探测器的FLIR One低成本小型化成像模块，随后发布了基于Lepton 3的12m 160 120非制冷红外热像仪模块(售价仅为199美元)。采用双光融合的技术方案，取得了良好的成像效果和应用尝试。图10是轻子系列产品的实物图片。
2.2.5 SCD公司
2010年，SCD公司报道了一种基于氧化钒的17微米640 480非制冷红外焦平面探测器。公司的区域阵列规模 17微米系列产品包括384 288、640 480和1024768；热响应时间约为10msNETD指数约为50 mK，他们的探测器产品主要针对特殊应用市场，早就以性能和功耗著称。
NEC公司
NEC是一家采用氧化钒技术的非制冷红外焦平面探测器制造商，探测器产品的像素中心距为23.5微米，面阵规模为320 240和640 480。这些产品基于屋檐形双层微测辐射热计技术。2013年，NEC公司成功研制出像素中心距为12微米、NETD为60mK的640 480探测器。探测器采用基于三层微桥技术的传感器结构(见图11)。
图11 NEC 12微米微测辐射热计
图12 ulis公司Micro80P Gen2产品
2.2.7 ULIS公司
ULIS公司的非制冷红外焦平面探测器(2019年与Sofradir公司合并成为Lynred公司)源于CEA - Leti实验室的非晶硅微测辐射热计技术。2000年，CEA - Leti实验室与Sofradir公司联合研制出像素中心距为45微米、阵列尺寸为320 240、NETD小于等于70 mK的非制冷红外焦平面探测器，2002年，ULIS公司推出像素中心距为35微米、阵列尺寸为160 120、NETD为36 mK的非制冷红外焦平面探测器，2003年该公司报道了圆片级封装研究， 2005年研发25微米像素技术，2008年研发17微米1024 768非制冷红外焦平面探测器，2017年和2019年发布12款微米系列产品3354Atto320和Atto 640( NETD小于60 mK)。 此外，CEA - Leti实验室还开发了PLP技术；ULIS还投资2000万欧元将这项技术推向产业化，从而进入消费电子领域。2016年10月，InfraredImaging News报道称，ULIS突破了PLP技术，并将其用于生产Micro80P Gen2产品(见图12)。
2.2.8 l-3公司
L-3公司采用非晶硅热敏材料的技术方案，在非晶硅红外探测器出货量上仅次于ULIS公司。2009年，他们实现了像素中心距17微米的探测器量产，产品的阵列尺寸覆盖320 240、640 480、1024 768。据报道，该公司生产的17微米探测器可以在10毫秒的热响应时间内达到35 mK的NETD水平。除了非晶硅，他们还使用非晶硅锗材料作为热敏材料进行产品开发，以提高产品性能。2008年，L-3公司报道了基于WLP技术的非制冷红外焦平面探测器(见图13)。2017年5月，据InfraredImaging新闻报道，该公司发布了首款像素中心距为12微米的探测器产品(阵列尺寸为1280 1024)。
2.3国内研究进展
我国非制冷红外焦平面探测器的发展相对较慢。前期以高校和科研院所为主，重点是材料和原型器件的研发。2005年以前，国内红外成像厂商主要从ULIS公司购买焦平面探测器，用于发展成像机芯和热像仪。国产红外成像焦平面探测器经历了材料与器件原理研究(2000-2005年)、产品研制(2005-2010年)和军用国产化推进(2010-2015年)三个阶段。在十三五规划期，产品系列化和产业化正在全面推进。
图13 L-3公司的非制冷红外焦平面探测器
图14华中科技大学非制冷红外焦平面探测器晶片和微测辐射热计的扫描电镜照片。
2.3.1材料和器件原理研究
2000年至2005年，随着霍尼韦尔公司对非制冷红外成像技术的小范围披露，国内高校和科研院所纷纷研究非制冷红外焦平面探测器的材料和器件原理。主要研究力量有华中科技大学、电子科技大学、中国兵器工业集团昆明物理研究所。研究方向主要集中在氧化钒和BST薄膜材料技术、热绝缘微桥技术和读出电路平坦化技术等方面。像素大小为100 ~ 45微米，数组大小包括32 32和160 120。一个具有代表性的研究成果是，2003年，华中科技大学易新建团队研制出国内首台非制冷红外焦平面探测器样机(见图14)。探测器的阵列尺寸为32 32，像素尺寸为100微米米
2.3.2产品开发
2005-2010年，非制冷红外焦平面探测器的研发主要在国内进行。代表主要有电子科技大学、北方光威科技有限公司(以下简称北方广为)、浙江大力科技有限公司(以下简称达利科技)和艾瑞光电等。开发的产品像素中心距包括45微米和35微米，阵列规模包括384 288和160 120。这些研究机构都采用了国外相对成熟的金属封装形式。其中，北方光威和艾瑞光电集中发展氧化钒技术，而达利科技则选择了非晶硅技术路线。具有代表性的成果是，2009年，北广微研发出国内首个非制冷红外焦平面探测器产品。探测器的阵列尺寸为160 120，像素尺寸为45 m，在此期间，达利科技还报道了基于非晶硅的焦平面探测器产品；艾瑞光电围绕氧化钒薄膜和隔热微桥结构开发了一系列技术。
2.3.3推动军品国产化
2011年至2015年，我国开始推进非制冷红外焦平面探测器军品国产化。参会代表企业包括艾瑞光电、北方光威、达利科技、武汉高德红外股份有限公司(以下简称高德红外线).开发的产品像素中心距包括25微米、20微米、17微米、14微米，阵列规模覆盖1024 768、800 600、640 512、384 288。具有代表性的成果是，2015年，艾瑞光电发布了国内首款阵列尺寸为1024 768 (XGA)、像素尺寸为14微米m的氧化钒非制冷红外焦平面探测器，这是当时国内像素中心距最小的非制冷焦平面探测器产品。目前，艾瑞光电的非制冷探测器产品已在多个军工型号项目中顺利通过严格的可靠性评估，并实现批量供货。
表1艾瑞光电非制冷红外探测器产品技术指标
2.3.4产品系列化和产业化
2016年以来，国内民营企业全面开展非制冷红外焦平面探测器产品的系列化和产业化。代表有艾瑞光电、北方光威、大力科技、高德红外等。开发的产品像素中心距包括20微米、17微米、15 ~ 12 m和10微米，阵列规模覆盖1920 1080、12801024、1024768、800600和640 51: 其中，量产产品集中在17微米像素，逐渐减少到12微米m，在这些产品的产业化过程中，采用了金属、陶瓷、晶圆级封装技术，年产能从几千到几十万不等。
图15艾瑞光电12微米640 512探测器典型NETD直方图
2016年5月，艾瑞光电发布系列17款微米640512二代探测器(器件NETD小于30mk)；2017年进一步发布17款微米384 288陶瓷和圆片级封装数字输出产品(器件NETD小于50mk)；2018年推出12微米12801024探测器；2019年发布了10微米1280 1024探测器(NETD小于40 mK)。表1列出了艾瑞光电主要探测器产品的技术指标。可以看出，在减小像素中心距离的同时，保证了相同或甚至更好的灵敏度指数。图15是艾瑞光电公司的12个微米640512非制冷红外焦平面探测器的典型NETD直方图。图16是艾瑞光电12微米1280 1024探测器的成像图片(分辨率1920 1080)。在量产方面，艾瑞光电致力于优化产品一致性，即通过优化设计和制造工艺来提高探测器的出货一致性。
2.3.5国内研究进展综述
表2列出了国内研究机构非制冷红外焦平面探测器最先进的技术指标。可见国内研究机构在像素中心距和阵列规模上紧跟国际水平；该器件NETD已经接近甚至超过一些国际研究机构的同等像素尺寸产品。SWAP-C方面，国内厂商也突破了WLP、ISP、TEC - Less等关键技术。艾瑞光电I发布的Nano
图16艾瑞光电12微米1280 1024探测器图像(分辨率1920 1080)
表2中国非制冷红外探测器技术指标对比
表3典型的全球微动模块产品
图17艾瑞光电生产的Tiny1-A机芯
3非制冷红外焦平面探测器的发展趋势
非制冷红外焦平面探测器的发展趋势包括高性能大面阵和SWaP - C C两条主线，其中高性能大面阵探测器面向高端军事应用，而SWaP - C探测器或热像仪系统则侧重于小型化、低功耗、低成本技术。这两条主线的共同特点是小像素、集成化、智能化、低功耗。
3.1小像素的中心距离
减小像素中心距不仅可以提高芯片集成度，降低芯片成本，还可以减小光学系统的尺寸，促进成像系统的小型化和低成本。同时，减小像素中心距也是大面积阵列高清红外成像的必由之路。目前，DRS公司和艾瑞光电已经将微测辐射热计的像素尺寸推至10 m，随着亚波长成像技术的发展，微测辐射热计的像素中心距将向更小尺寸发展。这样可以提高红外系统像场的空间采样频率，满足军事领域日益增长的高清和超高清红外成像需求。
美国军方从调制传递函数(MTF)的角度分析了非制冷红外焦平面探测器小型化的挑战。他们认为，通过系统级的MTF折衷，非制冷红外焦平面探测器的像素可以压缩到5m。
3.2整合
在集成方面，相关研究已经从WLP技术转移到WLO、ISP甚至三维封装技术。CEA - Leti实验室提出了基于双层牺牲层技术的像素级封装技术。FLIR获得了红外WLO技术，并开发了基于无TEC数字输出芯片的ISP芯片技术，从而实现了高度集成的成像模块。现在探测器的集成化已经不局限于探测器的集成化，而是红外热像仪的集成化和小型化。
3.3智能
智能探测器包括智能读出电路和智能集成系统。通过设计智能读出电路，可以实现标准化的工作界面和文章输出。然后直接与DSP、ARM或ASIC连接，实现系统的小型化和智能化。随着芯片技术或三维封装技术的发展，可以在探测器组件层面实现智能系统和功能。FLIR基于WLP、WLO和ASIC芯片技术开发的轻子模块是一次成功的智能化尝试。
3.4低功耗、无TEC和无快门应用
降低功耗是所有光电产品发展的重要方向，也是便携式军事装备领域的迫切需求。非制冷红外焦平面探测器芯片均采用低功耗设计，芯片功耗一般为100 ~200 mW，而TEC的功耗约为100 ~1000 mW。因此，实现无TEC是降低功耗的一个主要方向。同时，无TEC工作也有利于进一步压缩探测器及其系统的体积。此外，无快门技术可以在无TEC的情况下进一步降低系统的功耗和体积，因此也是智能化和集成化发展中的关键技术。
总的来说，非制冷红外探测器技术必然向更小的像素中心距、更多元化的面阵规模、无快门应用、智能化和集成化方向发展。降低红外成像模块的批量生产成本，有利于促进单兵装备的批量装配。这是增强战斗力，提高效费比的重要发展方向。制冷红外成像系统的价格高达几十万元，传统非制冷红外成像模块的价格也高达上万元。小像素、WLP、ISP、WLO和圆片级模块的制造技术推动了红外成像组件的低成本，有望实现红外设备的大规模安装。通过大幅度降低非制冷红外成像模块的制造成本，可以实现微型无人机和单兵便携式红外成像夜视仪、微型制导炸弹等微型武器弹药的末制导，从而大大提高武器弹药的命中率和装备的效费比。
