[發明專利]一種帶電子倍增的鉑硅紅外焦平面探測器

有效

• 申請號: 201310712947.0
• 申請日: 2013-12-20
• 公開（公告）號: CN103698018A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 王嶺雪;康冰心;蔡毅;賀宇;羅秀麗;張猛蛟;薛唯;高岳
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 高燕燕;仇蕾安

技術領域

本發明涉及帶電子倍增的鉑硅紅外焦平面探測器，適用于提高鉑硅紅外焦平面列陣的靈敏度，屬于紅外成像領域。

背景技術

肖特基勢壘探測器（Schottky?Barrier?Detector，SBD）是紅外光子探測器的一種類型，其代表性材料主要有鈀硅（Pd₂Si）、鉑硅（PtSi）和銥硅（IrSi），其中以制冷鉑硅肖特基勢壘中波紅外焦平面列陣應用最為廣泛。

制冷鉑硅肖特基勢壘中波紅外焦平面列陣利用成熟的集成電路工藝技術和鉑硅良好響應均勻性的優點，可制作高像元密度的大規模鉑硅紅外焦平面探測器。

相比光譜響應范圍同為3～5μm的另外兩種紅外焦平面探測器，碲鎘汞（HgCdTe）和銻化銦（InSb）紅外焦平面探測器，鉑硅紅外焦平面探測器的主要優勢有：（1）容易制作大規模列陣，如4096×4096；（2）均勻性好，通常小于1%；（3）響應光譜范圍寬，如1～5μm；（4）制造成本低；（5）時間穩定性高，如24h。

但是，鉑硅紅外焦平面探測器的量子效率低，典型值僅為1%，這導致其在紅外成像系統中的應用受到了限制。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種帶電子倍增的鉑硅紅外焦平面探測器，解決了傳統的鉑硅紅外焦平面列陣因量子效率低導致熱靈敏度不高的問題，改善了鉑硅紅外焦平面探測器的熱靈敏度。

為達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種帶電子倍增的鉑硅紅外焦平面探測器，包括鉑硅紅外焦平面列陣和電子倍增結構，所使用的鉑硅紅外焦平面列陣具有鉑硅肖特基勢壘型光敏元、垂直埋溝CCD移位寄存器以及水平埋溝CCD移位寄存器；鉑硅紅外焦平面列陣用于將探測紅外輻射并將紅外輻射信號轉換為電信號，電子倍增結構用于將所述電信號進行倍增放大；

電子倍增結構是在所述鉑硅紅外焦平面列陣的硅襯底上擴展一塊長條形區域，該長條形區域上具有n個倍增區；電子倍增結構的一端作為輸入端具有a或b兩種連接方式：

a、通過在硅襯底上布線與所述水平埋溝CCD移位寄存器的信號輸出端連接；

b、通過在硅襯底上布線與所述垂直埋溝CCD移位寄存器的信號輸出端連接；

當采用第a種連接方式時，電子倍增結構的另一端作為輸出端，與讀出放大器連接，形成鉑硅紅外焦平面探測器的輸出端；

當采用第b種連接方式時，電子倍增結構的另一端連接水平埋溝CCD移位寄存器的一位，水平埋溝CCD移位寄存器的信號輸出端連接讀出放大器作為探測器的輸出端。

優選地，倍增區尺寸一致，在每個倍增區內進行摻雜，摻雜濃度為ρ；其中n為倍增級數，根據探測器靈敏度要求確定放大倍數G，則G=（1+α）ⁿ；其中α的取值在區間[1.01,1.015]之內。ρ由鉑硅紅外探測器的量子效率以及倍增驅動時序電壓幅值初步確定，并通過試驗多次調整倍增驅動時序電壓幅值與倍增級數的值，直至所獲得的放大倍數滿足要求。

所述鉑硅紅外焦平面列陣采用77K液氮制冷。

進一步地，當所述電子倍增結構的一端作為輸入端通過在硅襯底上布線與所述水平埋溝CCD移位寄存器的信號輸出端連接時：

鉑硅紅外焦平面列陣包括A×B個鉑硅肖特基勢壘型光敏元、A個垂直埋溝CCD移位寄存器以及一個水平埋溝CCD移位寄存器；所述垂直埋溝CCD移位寄存器具有B位，每一位均連接一個鉑硅肖特基勢壘型光敏元；水平埋溝CCD移位寄存器具有A位，每一位連接一個垂直埋溝CCD移位寄存器的信號輸出端。

進一步地，當所述電子倍增結構的一端作為輸入端通過在硅襯底上布線與所述垂直埋溝CCD移位寄存器的信號輸出端連接時：

所述帶電子倍增的鉑硅紅外焦平面探測器包括C個電子倍增結構；鉑硅紅外焦平面列陣包括C×D個鉑硅肖特基勢壘型光敏元、C個垂直埋溝CCD移位寄存器和P個水平埋溝CCD移位寄存器；垂直埋溝CCD移位寄存器具有D位；垂直埋溝CCD移位寄存器的每一位均連接一個鉑硅肖特基勢壘型光敏元。

當P=1時，所述水平埋溝CCD移位寄存器具有C位；每個垂直埋溝CCD移位寄存器均通過一個電子倍增結構連接至水平埋溝CCD移位寄存器中的一位。

當P>1時，每個垂直埋溝CCD移位寄存器均連接一個電子倍增結構，將電子倍增結構進行順序等量分組，每組中的電子倍增結構對應連接至同一個水平埋溝CCD移位寄存器中的一位，水平埋溝CCD移位寄存器的位數與每組的電子倍增結構的數量相同。

有益效果：