一种高帧频电子增益固态成像探测器制造技术

本发明专利技术公开了一种高帧频电子增益固态成像探测器，包括光敏区和信号读出处理电路；光敏区包括感光区和增益寄存器组，其中感光区的每一列感光单元对应一个增益寄存器，感光区用于探测可见光信号并将可见光转换为信号电荷，增益寄存器组用于将感光区每一列的信号电荷进行增益放大，放大后的信号电荷输入到信号读出处理电路，信号读出处理电路的主要作用是对光敏区产生的微弱信号信号电荷进行检测、积分、采样保持、放大、模数转换和信号处理。本发明专利技术的信号读出处理电路不仅有很高的帧输出速率而且还具有功耗低、成本低、制作工艺简单等优点，同时光敏区也使得这种探测器具有占空比大、灵敏度高、噪声低、响应速度快、动态范围大等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微光成像探测领域，具体设及一种高帖频电子增益固态成像探测器。
技术介绍
在固态微光成像探测领域里，EMCCDW其体积小、寿命长、灵敏度高、可变的增益控 制等特点，在微光成像、高空间分辨率和高时间分辨率成像、自适应波前传感、暗弱天体的 光谱观测、光干设观测及快速测光等方面得到应用。但是，EMCCD制作由于采用传统的CCD工 艺导致了器件集成度不高、功耗大、输出帖频低、驱动方案复杂等缺点也限制了 EMCCD的使 用范围。
技术实现思路
为了有效解决现有EMCCD器件在某些领域存在的应用受限的问题，本专利技术提供了 一种高帖频电子增益固态成像探测器，运种探测器环境适应能力强，既能实现高分辨率高 灵敏度探测又能实现低功耗高帖速的数字信号输出。 本专利技术是通过下述技术方法实现的：一种高帖频电子增益固态成像探测器，包括 光敏区忍片和信号读出处理电路忍片，忍片之间通过倒焊互连的方式集成，所述的光敏区 由感光单元组成的感光区和多列的增益寄存器组成的增益寄存器组构成，其中增益寄存器 是级联的增益寄存器单元组成，所述的信号读出处理电路由读出电路、模数转换器和信号 处理组成，所述的读出电路由读出单元阵列、电荷放大器、采样保持、多路开关和缓冲输出 组成。所述的光敏区接收光福射并产生光生信号电荷，信号电荷在光敏区经过转移和增益 后，通过连接在增益寄存器组上的倒焊互连结构输入到所述的读出电路中的读出单元阵 列，经过读出电路对输入信号的检测、积分、放大、采样保持、并串转换和缓冲输出等操作后 输出，输出的信号再经过模数转换器实现模数转换，最后通过片内信号处理后输出信号。 -种高帖频电子增益固态成像探测器，其特征是，包括进行信号电荷传输W及增 益的光敏区和信号读出处理电路； 光敏区包括感光单元阵列组成的感光区和多列的增益寄存器组成的增益寄存器 组构成，其中感光区的每一列感光单元对应增益寄存器组中的一列增益寄存器，感光区用 于探测可见光信号并将可见光转换为信号电荷，增益寄存器组用于将感光区每一列的信号 电荷进行增益放大，放大后的信号电荷输入到信号读出处理电路，信号读出处理电路对光 敏区产生的信号电荷进行检测、积分、采样保持、放大、模数转换和信号处理，然后将信号输 出。 所述感光单元包括用于光生信号电荷收集和转移的电极、用于光生信号电荷存储 和转移的沟道、用于隔离沟道和电极的介质、用于感光单元之间隔离的沟阻、在沟道中用于 光生信号电荷隔离和定向移动的沟道内注入势垒。[000引所述增益寄存器包括转移栅、偏置栅、增益栅、介质、沟道W及外延;来自感光单元 的信号电荷输入到增益寄存器，依次由转移栅和增益栅上施加的交替高低电压驱动，在偏 置栅与增益栅交叠宽度为w的区域产生强电场，信号电荷在运一区域转移时与晶格碰撞，发 生碰撞电离，产生增益。 所述信号读出处理电路包括读出单元阵列、电荷放大器、采样保持、多路开关和输 出缓冲； 读出单元阵列与光敏区连接，对输入的信号电荷进行积分、采样并存储，电荷放大 器将读出单元阵列存储的信号按照时序依次读出，采样保持对电荷放大器上的信号进行采 样，多路开关对采样保持采样的信号进行转换，输出串行信号，串行信号经过输出缓冲增加 信号的驱动能力。光敏区采用CCD工艺制作成忍片，信号读出处理电路采用CMOS工艺制作成忍片，光 敏区忍片与信号读出处理电路忍片通过倒装互联集成为一体;光敏区忍片、信号读出处理 电路忍片上均覆盖用于倒装互连的纯化层，纯化层上设有孔，且在孔上覆盖金属层，采用焊 料在金属层上制作焊点图形，焊点的图形形状是柱状或球状。 信号读出处理电路输出的信号在视频终端成像。 本专利技术所述的感光区通过接收光福射产生光生信号电荷，将入射光转换成电子； 电子在电场的作用下与晶格发生碰撞电离产生新的电子发生增益，所述增益寄存器将弱信 号转换成较强的信号;放大后电子信号再经过信号读出处理电路作用下实现数字化信号处 理，并输出信号到终端设备进行存储或显示。 本专利技术与现有技术相比，其优点在于： 通过将EMCCD和CMOS信号读出处理技术相结合，实现EMCCD高灵敏度高分辨率探测 与CMOS高帖速信号数字化处理读出，EMCCD与CMOS信号读出处理电路的混合集成就是通过 EMCCD光敏区感光并进行信号电荷增益，再经过CMOS读出处理电路完成光电子在探测器内 的读出处理和数字化信号输出。运种探测器既克服了 EMCCD功耗大、帖频低等缺点又结合了 CMOS电路读出速度快、功耗低、制造工艺简单等优点，因此，很大程度地提高了探测器的信 号处理能力、读出帖频、集成度同时也降低了成本。【附图说明】 图1是本专利技术的结构示意图。 图2a是感光单元的结构示意图；[001引图化是图2a的剖视图。 图3是增益寄存器单元的工作原理图。 图4是倒焊互连结构示意图。 图5a读出电路的示意图； 图化是图5a中一个读出单元信号通路示意图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步描述。W下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术 的技术方案，而不能W此来限制本专利技术的保护范围。 图1是本专利技术的结构示意图。高帖频电子增益固态成像探测器，包括光敏区1忍片 和信号读出处理电路2忍片，忍片之间通过倒焊互连3的方式集成，光敏区1由感光单元11组 成的感光区110和多列的增益寄存器12组成的增益寄存器组构成，其中增益寄存器是级联 的增益寄存器单元组成。信号读出处理电路2由读出电路21、模数转换器22和信号处理23组 成，读出电路由读出单元阵列、电荷放大器、采样保持、多路开关和缓冲输出组成。 用CCD工艺制作的光敏区1接收入射光并产生光生信号电荷，信号电荷在增益寄存 器组增益，增益放大的信号电荷输入到信号读出处理电路2进行检测、积分、放大、采样保 持、模数转换和信号处理后输出数字化信号。 图2a是感光单元结构示意俯视图，图2b是沿图2a中虚线AB方向作剖面结构示意 图，在图2b中图2a中所示的交叠117部分忽略。感光单元11是由外延111、沟道112、沟道势 垒、沟阻113、介质114和电极115等组成。入射光进入感光单元11产生信号电荷，由于此时感 光单元的沟道处于耗尽状态，信号电荷能够存储在沟道中，又因为沟道中注入势垒116的存 在，使得信号电荷只能保存在注入势垒之间的电荷存储区域中，感光单元11边缘的沟阻与 沟道之间同样存在势垒，沟当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高帧频电子增益固态成像探测器，其特征是，包括进行信号电荷传输以及增益的光敏区和信号读出处理电路；光敏区包括感光单元阵列组成的感光区和多列的增益寄存器组成的增益寄存器组构成，其中感光区的每一列感光单元对应增益寄存器组中的一列增益寄存器，感光区用于探测可见光信号并将可见光转换为信号电荷，增益寄存器组用于将感光区每一列的信号电荷进行增益放大，放大后的信号电荷输入到信号读出处理电路，信号读出处理电路对光敏区产生的信号电荷进行检测、积分、采样保持、放大、模数转换和信号处理，然后将信号输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆飞，胡明芬，邹继鑫，戴放，李秋利，
申请(专利权)人：中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心，
类型：发明
国别省市：江苏;32