[發明專利]雪崩倍增型雙向掃描TDICCD

有效

• 申請號: 201711448124.6
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108063151B
• 公開（公告）日: 2020-05-05
• 發明（設計）人: 王廷棟;劉昌林;白雪平
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第四十四研究所
• 主分類號: H01L27/148
• 分類號: H01L27/148
• 代理公司: 重慶乾乙律師事務所 50235
• 代理人: 侯懋琪

本發明公開了一種雪崩倍增型雙向掃描TDICCD，所述雪崩倍增型雙向掃描TDICCD包括像元陣列、多條電荷轉移溝道、兩條水平轉移區、多個雪崩倍增區和多個輸出結構；本發明的有益技術效果是：提出了一種雪崩倍增型雙向掃描TDICCD，該器件具有較高的信噪比，可以大幅提高成像質量，滿足特殊應用需求。

技術領域

本發明涉及一種TDICCD，尤其涉及一種雪崩倍增型雙向掃描TDICCD。

背景技術

電荷耦合器件(Charge Coupled Devices，CCD)是一種采用電荷耦合原理的固態半導體成像器件，CCD的基本結構是相鄰的金屬-氧化物-半導體(Metal OxideSemiconductor，MOS)結構，當合適的波長照射到半導體中，半導體內部便會產生光生電荷，當相鄰的MOS結構彼此靠近時，如果在MOS電極上加上合適時序的電壓，電荷便能在MOS結構中存貯和轉移，最終光生電荷轉移到信號讀出區域將電荷轉化為電壓信號并實現信號的放大并供后續信號處理。相對于傳統攝像器件(如真空攝像管、熱釋電管和硅攝像管等)，CCD具有小體積、輕重量、小功耗、長壽命、高靈敏度、寬光譜響應范圍、大動態范圍等諸多優點，在對圖像質量要求極高的高端科學儀器中，CCD有大量應用，例如天文望遠鏡、遙感成像衛星、大型光譜儀、醫學成像系統等。

TDICCD，即時間延時積分CCD(Time Delay Integrating CCD，TDICCD)是一種特殊類型的CCD，類似于多個線陣CCD并在一起；TDICCD工作時，對同一景物進行多行線陣相應信號的累加，當TDICCD級數為M時，輸出信號即為單級的M倍；TDICCD最大的優勢是相對常規CCD，信噪比有了明顯提高，特別適合對工業檢測中高速移動的物體成像以及衛星對地遙感成像。

工業檢測成像和衛星對地觀測遙感成像中，針對特殊的應用需求，例如檢測方向變換、衛星快速變軌，TDICCD需要實現兩個方向的電荷累加，即雙向掃描功能，典型的雙向掃描TDICCD如圖1所示；

隨著技術的發展，工程界對TDICCD的性能要求越來越高。例如在衛星上對地觀測時，需使用TDICCD對某些微弱光信號進行探測。目前的TDICCD其性能難以滿足高速同時微光成像需求。

發明內容

針對背景技術中的問題，本發明提出了一種雪崩倍增型雙向掃描TDICCD，其創新在于：所述雪崩倍增型雙向掃描TDICCD包括像元陣列、多條電荷轉移溝道、兩條水平轉移區、多個雪崩倍增區和多個輸出結構；所述像元陣列由多個像元構成，像元陣列的上側邊沿形成上輸出側，像元陣列的下側邊沿形成下輸出側；所述多條電荷轉移溝道布置在像元陣列中，電荷轉移溝道的兩端分別與上輸出側和下輸出側相對；第一條水平轉移區布置在與上輸出側對應的位置處，第二條水平轉移區布置在與下輸出側對應的位置處，電荷轉移溝道兩端分別與相應的水平轉移區連接，單條水平轉移區上設置有1個以上的輸出抽頭；所述雪崩倍增區的輸入端與輸出抽頭連接，多個雪崩倍增區與多個輸出抽頭一一對應，雪崩倍增區的輸出端與輸出結構的輸入端連接，多個輸出結構與多個雪崩倍增區一一對應；單個輸出結構包括輸出節點和輸出放大器，輸出放大器的輸入端通過輸出節點與雪崩倍增區的輸出端相連；所述電荷轉移溝道能采用雙向掃描方式將像元內的光生電荷轉移至相應的水平轉移區，所述水平轉移區能將收到的光生電荷轉移至相應的雪崩倍增區，并通過雪崩倍增區輸出至相應的輸出結構；光生電荷在雪崩倍增區內通過時，雪崩倍增區能對光生電荷起到雪崩倍增效果。

獨立地看，雪崩倍增效應及其實現手段均是現有技術，雪崩倍增效應的重要效果就是實現弱光乃至微光更高的信噪比，本發明將雪崩倍增區結合到雙向掃描TDICCD中，可以使雙向掃描TDICCD工作時的信噪比得到進一步提升。以一款像元尺寸為90μm×90μm、積分級數為78級、雪崩倍增寄存器級數為468級的雪崩增益型TDICCD為例，理論計算和實際測試結果均表明，在3.14×10^-7cm^-2的微光條件下，信噪比均大于3:1，而僅僅使用TDI方式時其信噪比大約僅為1.3:1。