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紅外探測器焦平面結構

[2021/2/25]

  紅外探測器有單元、線列(有TDI多列和無TDI單列器件)和二維陣列(面陣)等種類。對于掃描成像系統,整幀圖像的獲取可以用單元探測器二維掃描。如用線列器件,只需一維掃描即可獲取二維圖像,幀頻較單元掃描高。面陣器件主要用于凝視成像系統。

  線列或二維陣列都是通過透明襯底背面光照的,其焦平面結構有:

紅外探測器焦平面線陣結構圖

  1、直接混成

  紅外探測器通過銦柱直接電學連結到前放陣列。直接混成有較好的可生產性,高密度的凝視或掃描成像陣列探測器通常都用直接混成的焦平面結構。直接混成需要在每個探測器下為讀出前放和相應電路留出足夠的單元面積,因此,功能受到較大限制。

  2、間接混成

  間接混成是用一塊電路板把一個或多個紅外探測器連接到一個或多個ROIC上。因為電路尺寸不再受探測器下部有限空間的限制,尺寸較大、功能更完善的前放和信號處理電路可以在間接讀出電路的較大單元中制造。間接混成也可以減小探測器與ROIC材料間的熱失配引起的應力。大線列通常用間接混成結構。

  3、單片結構

  把探測器和讀出電路集成在一起,信號處理電路裝在探測器周圍,用引線焊接到探測器上。由于紅外探測器光敏面積受到周圍讀出電路限制,探測器的占空銀子較小。

  4、Z技術

  從結構上看,每一像元的信號處理區域在垂直方向上大大延伸了,極薄的讀出芯片疊堆并粘接在一起,探測器陣列用銦柱連到端面上。這種結構對增加焦平面器件的信號處理功能很有好處,但是,Z技術目前尚未成熟。

  5、環孔技術

  環孔技術把探測器材料粘接到硅讀出芯片,再將紅外探測器材料減薄。探測單元通常是二極管或MIS器件,它們通過環孔與底層的讀出電路連接。

  線陣或面陣響應率的均勻性和動態范圍對成像系統尤為重要。非均勻校正要求大量額外的信息處理,還要損失器件的動態范圍。不能完全被校正的不均勻性稱為殘余不均勻性,它將限制成像系統的信噪比。器件的每個象元在積分時間內存貯的電荷等于光子通量乘以量子效率。電荷存貯容量本身是紅外探測器結構、象元尺寸和間距、以及工作條件的復雜函數,而讀出的儲存能力限制了動態范圍的上限。

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