一种扇形阵列探测器及其制作方法技术

一种扇形阵列探测器及其制作方法，属于探测器制造领域。其结构为：由N型材料基底和注入硼离子产生的P型区构成的圆形PN结探测片，圆形PN结探测片外圆周及边缘上有透明导电氧化物薄膜、在圆形PN结探测片上进行光刻产生的多个单一扇形探测阵元组成的阵列，扇形探测阵列表面及阵列间的缝隙中沉积有绝缘介质膜；在透明导电氧化物薄膜上焊接铜引脚，引出导线连接数据采集系统。能够以低阵元数探测阵列输出高像素数图像，该扇形阵列探测器的结构设计方法可以应用于大规模阵列探测的制造中，在可见光CCD探测器和红外CCD、红外热像焦平面阵列探测器、测温探测器领域有着广泛的应用前景。本发明专利技术大幅降低探测器制造成本，提高探测精确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于探测器制造领域，特别是涉及一种以低阵元数探测器输出高像素数图像的探测器。
技术介绍
随着探测器材料研制的不断发展，探测器的制作工艺不断进步，通过粒子注入、深槽刻蚀、激光刻蚀等先进工艺，使探测器结构设计中阵列规模不断增大，阵列探测器输出的像素数不断增加，同时探测器的结构设计复杂、制作工艺难度大，使得大规模阵列探测器的成本居高不下，国内目前没有独立设计生产大规模阵列探测的能力，特备是红外阵列探测器领域更是匮乏。
技术实现思路
本专利技术提供一种能够以低阵元数探测器输出高像素数图像的扇阵列探测器。为了达到上述目的，本专利技术采用了下述技术方案一种扇形阵列探测器，其结构从上至下为N型材料基底和注入硼离子产生的P型区构成的圆形PN结探测片，圆形PN结探测片外圆周及边缘上有透明导电氧化物薄膜、在圆形PN结探测片上进行光刻产生的多个单一扇形探测阵元组成的阵列，扇形探测阵列表面及阵列间的缝隙中沉积有绝缘介质膜；在透明导电氧化物薄膜上焊接铜引脚，引出导线连接数据采集系统。2.如权利要求1所述的扇形阵列探测器，其特征在于，所述的N型材料基底为N型多晶硅基底。3.如权利要求1所述的扇形阵列探测器，其特征在于，所述的透明导电氧化物薄膜为SiO膜。4.如权利要求1所述的扇形阵列探测器，其特征在于，所述的绝缘介质膜为Si3N4 绝缘介质膜。5. 一种制作权利要求1所述的扇形阵列探测器的方法，其特征在于，依次经过下列步骤1)采用正圆形N型材料作为基底，通过离子注入硼离子产生P型区，产生圆形PN 结探测片；2)采用LPCVD、溅射法或MOCVD法在圆形PN结探测片外圆周边缘上沉积透明导电氧化物薄膜ZnO膜；3)采用光刻法对圆形PN结探测片光刻，在光刻的过程中，以圆形PN结探测片的圆心为中心，延半径进行光刻，在透明导电氧化物薄膜ZnO膜上焊接铜引脚，使两者形成欧姆接触，引出导线连接数据采集系统；扇形阵列探测器通过高速快门和数据采集处理系统的配合，数据采集处理系统与扇形阵列红外探测器实现单路模拟信号处理单元与扇形探测单阵元一一相连，每一个扇形探测阵元单独使用一路拟信号处理单元。6.根据权利要求5所述的扇形阵列探测器的制作方法，其特征在于，步骤3)所述的对圆形PN结探测片光刻的方式为以圆形PN结探测片的圆心为中心，在圆周上每1至 0. 1度延半径进行光刻，共形成360至3600个单一扇形探测阵元组成的阵列。提高数据采集处理系统的采集速度或者降低快门的关闭速度来提高输出图像像素，提高数据采集速度与增加的输出图像像素数成正比关系，降低的快门关闭速度与增加的输出图像像素数也成正比关系。通过数据处理得到的图像为圆形图像，该圆形图像的像素密度由圆形外周向圆心逐渐增大，在圆心附近的像素点具有尺寸微小密度巨大的特点。本专利技术涉及的探测器结构设计方法改变了以往传统的点阵列或者面阵列的设计结构，采用了由圆心向四周发散的扇形放射状阵列结构，通过该结构设计方法制作的探测器需要通过高速快门和高速数据采集处理系统的配合，实现高像素图像输出。扇形阵列探测器将辐射能转换为电信号，高速快门控制通光孔径的大小和闭合速度，为了减小探测时间延迟高速快门的完全闭合时间不低于0. 1秒，高速数据采集处理系统实现每秒钟对扇形阵列探测器采样250000次，最终实现较现有阵列探测器更高的图像像素数、精细度、准确度的图像输出，可到达到十亿数量级的像素数图像输出。附图说明图1为本专利技术所述阵扇形阵列探测器原理图；图2为本专利技术实施例1所述的扇形阵列探测器的结构图；图2中，A、Si3N4绝缘介质膜B、透明导电氧化物薄膜ZnO膜C、N型多晶硅基底D、注入硼离子的P型掺杂区E、单阵元扇形探测器的辐射探测面具体实施例方式实施例1下面通过具体单一扇形阵元探测器的探测过程实例说明该专利技术实施方式。参见图1中所示时间0、时间1、时间2、时间3、时间4、时间5、时间6、时间7，分别为高速数据采集处理系统的数据采集时间点。时间0中所示既为整个扇形阵列探测器的探测表面，箭头所指区域为具体实例中单一扇形阵元的探测区域，外圆周为扇形探测器边缘，此时高速数据采集处理系统采集到数据al是整片单一扇形探测阵元输出的信号。时间1中所示外圆周为扇形探测器边缘，内圆周为时间1时刻快门停留位置，通光孔径为内圆部分，此时高速数据采集处理系统采集到数据a2是单一扇形探测阵元在通光孔径内探测到得辐射量输出的信号。a2_al = wl即为时间0到时间1由于快门闭合所遮盖的扇形探测阵元测到得辐射量输出的信号量。时间2中所示的内圆周为时间2时刻快门停留位置，通光孔径为内圆部分，此时高速数据采集处理系统采集到数据a3是单一扇形探测阵元在通光孔径内探测到得辐射量输出的信号。a3_a2 = w2即为时间1到时间2由于快门闭合所遮盖的扇形探测阵元测到得辐射量输出的信号量。时间3中所示的内圆周为时间3时刻快门停留位置，通光孔径为内圆部分，此时高速数据采集处理系统采集到数据a4是单一扇形探测阵元在通光孔径内探测到得辐射量输出的信号。a4_a3 = w3即为时间2到时间3由于快门闭合所遮盖的扇形探测阵元测到得辐射量输出的信号量。时间4中所示的内圆周为时间4时刻快门停留位置，通光孔径为内圆部分，此时高速数据采集处理系统采集到数据a5是单一扇形探测阵元在通光孔径内探测到得辐射量输出的信号。a5_a4 = w4即为时间3到时间4由于快门闭合所遮盖的扇形探测阵元测到得辐射量输出的信号量。以此类推，随着快门的关闭，在每一个高速数据采集处理系统采集的时间点采集到得数据都是上一次数据采集时间点到本次数据采集时间点由于快门闭合所遮盖的部分扇形探测阵元测到得辐射量输出的信号量。由图一中最终数据所示当快门完全关闭，高速数据采集处理系统数据采集结束。 以360个单一扇形探测阵元组成的阵列，采集速度为每秒钟250000次，快门完全关闭时间 0. 1秒为例，单一扇形探测阵元输出的数据经过数据处理得到是共25000个数据组成的数据链，每一个数据对应的是将扇形探测阵元按半径长度等分为25000份中的一份接收到辐射量。由此360个扇形探测阵元所探测到一共360乘以25000得到9000000，换言之可以得到9百万像素的输出图像，目前的激光刻蚀技术可以达到每0. 1度进行一次光刻，这样得到的是3600个扇形探测阵元，他所输出的图像可以达到9千万像素。在此基础上同样可以依靠提高数据采集处理系统的采集速度或者降低快门的关闭速度来提高输出图像像素，提高数据采集速度与增加的输出图像像素数成正比关系，降低的快门关闭速度与增加的输出图像像素数也成正比关系。综合运用上述方法可以使输出图像像素数到十亿级数量。通过数据处理得到的图像为圆形图像，该圆形图像的像素密度由圆形外周向圆心逐渐增大，在圆心附近的像素点具有尺寸微小密度巨大的特点。图2所示的为本专利技术所述扇形阵列探测器中单阵元扇形探测器物理结构，箭头A 所指区域为Si3N4绝缘介质膜，箭头B所指区域为透明导电氧化物薄膜ZnO膜，箭头C所指区域为N型多晶硅底片，箭头D所指区域为注入硼离子的P型掺杂区，箭头E所指区域为单阵元扇形探测器的辐射探测面。下面按照扇形阵列探测器的制作工艺顺序详细介绍如下首先对多晶硅底片进行外形雕刻，形成箭头C所指的N型多晶硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种扇形阵列探测器，其特征在于，其结构从上至下为：Ｎ型材料基底和注入硼离子产生的Ｐ型区构成的圆形ＰＮ结探测片，圆形ＰＮ结探测片外圆周及边缘上有透明导电氧化物薄膜、在圆形ＰＮ结探测片上进行光刻产生的多个单一扇形探测阵元组成的阵列，扇形探测阵列表面及阵列间的缝隙中沉积有绝缘介质膜；在透明导电氧化物薄膜上焊接铜引脚，引出导线连接数据采集系统。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏臻，姜啸宇，张岷，申风婷，钟声，樊秀梅，闫富荣，王树雨，王茂荣，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：12