多光谱摄像装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种多光谱摄像装置。一种多光谱摄像装置，所述多光谱摄像装置包括叠层型混合半导体器件以用于在三维空间上对不同波段的光线进行信道分离，所述叠层型混合半导体器件包括：第一光电二极管，用于光电地转换近红外光，由所述第一光电二极管组成红外图像探测阵列，所述第一光电二极管包括衬底及形成于所述衬底中的电子和/或空穴耗尽层；以及第二光电二极管，位于所述第一光电二极管上，用于光电地转换可见光，由所述第二光电二极管组成可见光图像探测阵列。本实用新型专利技术提供的多光谱摄像装置降低或避免了不同光电二极管之间的干扰，提高了整体的性能。

Multispectral camera

The utility model provides a multi spectral camera device. A multi spectral imaging device, the multi spectral imaging apparatus includes a stacked type semiconductor device for mixing in the 3D space of different wavelengths of light channel separation, the laminated hybrid semiconductor device includes a first photodiode for photoelectric conversion of near infrared light by the first infrared photodiode image detection array, the first photoelectric diode includes a substrate and formed on the substrate in electronic and / or hole depletion layer; and a second photodiode in the first photodiode, used for photoelectric conversion of visible light by the second photodiode visible image detection array. The multispectral camera device provided by the utility model reduces or avoids the interference between different photodiodes, and improves the performance of the whole.

【技术实现步骤摘要】
多光谱摄像装置
本技术涉及医疗辅助设备领域，尤其涉及一种多光谱摄像装置。
技术介绍
人体内部的结构和组织是人眼无法直接看到的。仅仅依靠人体的外部轮廓和人体解剖知识是难以精确地找到和定位皮下的内部结构和组织的。人体血管隐藏在表皮下面，往往被皮下脂肪，甚至骨骼所遮挡，在可见光的环境下图像信号及其微弱，甚至完全不为人眼可见。虽然在穿刺之前，医生往往会要求患者攥紧拳头或用拍打穿刺部位皮肤的方式让血管更加可见，但是根据患者的年龄，皮下脂肪的厚薄等因素，皮下血管的可视性依然不理想。根据隐约可见的血管图像和医学知识，对血管所做的穿刺往往错位，导致病患者的痛苦，延误治疗时机，甚至造成注射事故。除了直接对血管所做的抽血和注射以外，针灸和其他医疗手术等操作，都需要准确地知道血管的位置，以便在操作时能避开血管或者对血管做特别处理。目前尝试解决此一难题的技术方法为使用近红外摄像技术。这种红外血管图像增强技术主要利用了血管中血红蛋白对波长从760nm到1000nm的近红外光的吸收率与周围其他人体组织不同的原理，首先将摄取血管的近红外图像，然后对图像的对比度做强化后，通过一台可见光投影仪将皮下血管投影显示在皮肤表面。这样医生或护士就能够识别患者皮下血管的位置并实时操作。然而由于皮下血管被皮下脂肪和肌肉组织所包围，它们对于近红外光有明显的散射作用。人体的皮下组织的色素和脂肪，皮肤表面的褶皱，瘢痕和毛发都会对入射的红外线有吸收和散射作用。它们严重模糊了这种投影式血管显像仪获得的血管图像。这种技术上的先天缺陷在成像直径较小的微细血管时表现的尤其严重。这是因为血管越细小，单位长度的血管内的血液容量就越少，所含有的有氧血红蛋白和无氧血红蛋白的数量就越少，从而它们对近红外光线的吸收就越少。在同等的杂散光背景下，血管和周围组织的对比度就很微弱，通常在0.01～0.1。根据人体皮下软组织的光学特性，不同波长的光线在人体皮肤下层的吸收深度不同，波长越长，能够穿透的深度就越大。从蓝紫色的420nm到人眼最为敏感的550nm的可见光仅仅能够穿透0.6mm的表皮层，而波长大于690nm左右的红光可以穿透表皮层和真皮层到达皮下组织上层和部分静脉的深度。波长大于760nm到1000nm的光线为人眼所不可见的近红外光线，其能够达到更加深层次的皮下组织和脂肪层。所有光线都会在进入皮肤的初始阶段遭到散射和反射，其散射和反射的光线对于只需要知道皮肤下层的血管图像来说仅仅是干有害的干扰或噪声。如果从红外图像中减去可见光图像，就可以得到仅仅携带皮下深层部位信息的图像了。这就是红外图像的数字减影技术的基本原理。之所以需要在数字图像的环境下进行这种操作，是因为复杂的图像处理无法用模拟信号和模拟电路完成，必须是数字化后用计算机来完成的。如何有效、准确地获得不同波段的图像是亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本技术的目的在于提供多光谱摄像装置以及多光谱摄像系统，降低或避免了不同光电二极管之间的干扰，提高了整体的性能。根据本技术的一个方面，提供一种多光谱摄像装置，所述多光谱摄像装置包括叠层型混合半导体器件以用于在三维空间上对不同波段的光线进行信道分离，所述叠层型混合半导体器件包括：第一光电二极管，用于光电地转换近红外光，由所述第一光电二极管组成红外图像探测阵列，所述第一光电二极管包括衬底及形成于所述衬底中的电子和/或空穴耗尽层；以及第二光电二极管，位于所述第一光电二极管上，用于光电地转换可见光，由所述第二光电二极管组成可见光图像探测阵列。可选地，所述电子或空穴耗尽层被所述第二光电二极管在所述衬底所在平面的垂直投影完全覆盖。可选地，沿着光线入射方向，所述第二光电二极管为NIP型光电二极管，所述第一光电二极管为NP型光电二极管；所述第二光电二极管为PIN型光电二极管，所述第一光电二极管为PN型光电二极管；所述第二光电二极管为PIN型光电二极管，所述第一光电二极管为NP型光电二极管；或者所述第二光电二极管为NIP型光电二极管，所述第一光电二极管为PN型光电二极管。可选地，所述第二光电二极管包括第一透明导电薄膜、N+型掺杂的非晶硅层、非掺杂非晶硅层、P+型掺杂的非晶硅层及第二透明导电薄膜。可选地，还包括：隔离件，于所述衬底内位于所述耗尽层和周围半导体之间。可选地，还包括：涂布成膜的有机膜层和场氧化的绝缘层，位于所述第一光电二极管与所述二光电二极管之间。可选地，所述有机膜层的厚度为1微米至5微米。可选地，所述有机膜层的相对介电常数为2.5至4。可选地，所述耗尽层具有N型势阱结构，所述耗尽层经由在P型衬底与所述场氧化绝缘层之间以离子注入的方式做N-的掺杂和激活形成。耗尽层横跨整个N-层和延伸到靠近N-边界的P型衬底。此种耗尽层由双层的不同掺杂半导体所构成。可选地，所述耗尽层具有P型势阱结构，所述耗尽层经由在N型衬底与所述场氧化绝缘层之间以离子注入的方式做P-的掺杂和激活形成。耗尽层横跨整个P-层和延伸到靠近P-边界的N型衬底。此种耗尽层由双层的不同掺杂半导体所构成。可选地，所述衬底为N型衬底或P型衬底，所述耗尽层分别为空穴耗尽层或电子耗尽层。可选地，所述耗尽层的厚度大于2微米小于100微米。可选地，所述红外图像探测阵列由至少两种不同耗尽层厚度的第一种光电二极管的阵列所构成。可选地，所述多光谱摄像装置包括两个像素阵列，所述像素阵列中每个子像素至少包括：一光电二极管用于将入射光线转换为电信号，一放大晶体管用于放大所述电信号，一输出晶体管用于输出放大后的电信号，以及一复位晶体管用于对所述光电二极管进行电位复位，所述光电二极管为所述第一光电二极管或所述第二光电二极管。有鉴于此，本技术的多光谱摄像装置通过使在半导体衬底上制作的第一光电二极管的耗尽层位于第二光电二极管在半导体平面上的垂直投影之内，且当第二光电二极管工作时，该耗尽层处于完全或部分耗尽状态，以此减小耗尽层的等效电容，进而降低或避免了不同光电二极管之间的干扰，特别是寄生电容的干扰，提高了整体的性能。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本技术第一实施例的一种多光谱摄像装置的截面图；图2为本技术第二实施例的多光谱摄像装置的叠层型混合半导体器件的截面图；图3至图5为本技术不同实施例的多光谱摄像装置的叠层型混合半导体器件的电势分布图和电容等效电路的示意图；图6至图9为本技术第三实施例的不同光电二极管的组合的示意图；图10为本技术第四实施例的多光谱摄像装置的叠层型混合半导体器件的截面图；图11为本技术第五实施例的多光谱摄像装置的叠层型混合半导体器件的截面图；图12为本技术第六实施例的多光谱摄像装置的电路图。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多光谱摄像装置，其特征在于，所述多光谱摄像装置包括叠层型混合半导体器件以用于在三维空间上对不同波段的光线进行信道分离，所述叠层型混合半导体器件包括：第一光电二极管，用于光电地转换近红外光，由所述第一光电二极管组成红外图像探测阵列，所述第一光电二极管包括衬底及形成于所述衬底中的电子和/或空穴耗尽层；以及第二光电二极管，位于所述第一光电二极管上，用于光电地转换可见光，由所述第二光电二极管组成可见光图像探测阵列。

【技术特征摘要】
1.一种多光谱摄像装置，其特征在于，所述多光谱摄像装置包括叠层型混合半导体器件以用于在三维空间上对不同波段的光线进行信道分离，所述叠层型混合半导体器件包括：第一光电二极管，用于光电地转换近红外光，由所述第一光电二极管组成红外图像探测阵列，所述第一光电二极管包括衬底及形成于所述衬底中的电子和/或空穴耗尽层；以及第二光电二极管，位于所述第一光电二极管上，用于光电地转换可见光，由所述第二光电二极管组成可见光图像探测阵列。2.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述电子或空穴耗尽层被所述第二光电二极管在所述衬底所在平面的垂直投影完全覆盖。3.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，沿着光线入射方向，所述第二光电二极管为NIP型光电二极管，所述第一光电二极管为NP型光电二极管；或者所述第二光电二极管为PIN型光电二极管，所述第一光电二极管为PN型光电二极管。4.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，沿着光线入射方向，所述第二光电二极管为PIN型光电二极管，所述第一光电二极管为NP型光电二极管；或者所述第二光电二极管为NIP型光电二极管，所述第一光电二极管为PN型光电二极管。5.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，所述第二光电二极管包括第一透明导电薄膜、N+型掺杂的非晶硅层、非掺杂非晶硅层、P+型掺杂的非晶硅层及第二透明导电薄膜。6.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其特征在于，还包括：隔离件，于所述衬底的平面上位于一半导体层与所述耗尽层之间。7.如权利要求1所述的多光谱摄像装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄忠守，
申请(专利权)人：展谱光电科技上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31