背照明CCD微光成像技术

CCD微光技术

第 2 2卷

第 1期

红

外

技

术

V0 . No 1 22 J n a 20 00

20 0 0年 1月

I r rd nfa e Tec no o h lgy

(纪念《外技术》刊 2红创 0周年专文)

背照明 CC微光成像技术 D3一

竖

旦皇王春，稚允7仲高光电工程系京 10 8 )北 00 1

(北京理工大学

摘要：背照明 C D ( C D)以及电子轰击 C D( B C是当今微光实时摄像技术的最 C B C C E C D)新进展之一，中等微光条件下， C D的性能优于目前的[C和 ST文中对 B C 在 BC CD I C D、 E C D以及 I C的性能进行 7比较， B C CD并讨论 7在我国开展 B C C D和 E C D技术研究和 BC应用的有关问题。

关词光像 c,B D E C键：微盛，c C, B D D C C中图分类号： N 8 . T 365 l前言文献标识码： A

哩胡

文章编号：0 18 9 ( 0 0) 10 0—5 1 0 .8 1 2 0 0 .0 80

在夜视技术、文学与高能物理学等众多应用中需要高分辨率、灵敏度的实时微光电视成天高像在科学技术及半导体工艺高度发展的今天，们研制出了全新的实时微光电视成像器件.照人背明 C D ( C D) C D及以 B C为基础发展起来的电子轰击 C D( B C是当今微光摄像技 C B C。B C CD C E C D)术的最新进展之一，中等微光条件下， C D的性能优于目前的 IC和 ST,所有的光照条件在 B C CD I在下， B C以几乎无噪声的增益以及极佳的 MT ECD F性能使其全面超过通常的 IC C D。 BC C D通过减薄方法去除 C D基片的大部分硅材料，保留含有电路器件结构的硅薄层， C仅使成像光子从 C D背面无需通过多晶硅门电极，可进人 C D进行光电转换和电荷积累，量子效 C即 C其率可达 9%,服了通常前照明 C D的性能限制除在可见光谱区域有极高的量子效率外， C D 0克 C B C也能接受景物在紫外和软 x射线波段辐射，有紫外抗反射涂层的 B C带 C D在 2O 0 mn波长处具有接近 5%的量子效率。而通常前照明 C D的多晶硅

电极将吸收几乎所有的紫外光。 0 C

E C D是在像增强器内用对电子灵敏的 B C代替通常的荧光屏而构成，不需要微通道板 BC CD它 Mc、光屏和纤维光学耦台器，而使成像链的环节减小到最小程度。当减薄到 8~l m的 C D P荧从 2Ⅱ C基片被装到像管内时，背面接受由光阴极射出并经加速的光电子 (其同样也具有近贴式与倒像式电子成像 )当电子进人 B C时，使人射光电子能量散逸，生电子空穴对，, CD硅产得到电子轰击半导体 ( B E S)增益，过程的噪声大大低于 MC该 P电子增益的噪声，是一种“想”件，提供几乎无噪声的增这理器能

益。在管电压为 l v时，B Ok E S增益可达 20,至高达 30,以克服系统的噪声源。 00甚 00足本文将通过 B C E C D以及 f C C D、 B C C D的性能比较，绍 B C介 C D的特点和进展。

2 CCD与近贴 EB D的研究进展 B CCB C与 E C D的研制已经过很长时间，困难在于很难获得均匀的灵敏度。9 CD BC其 0年代以来， 俄罗斯与欧美等国家在技术和工艺上都取得进展，如，兰 P ip公司研制成功高性能静电聚例荷 hl s i焦、/率的 E C D像管， C D具有 6 2×2 8像元数，还未达到商品水平。俄罗斯圣彼得 13倍 B C其 C 0 8但堡的“ l t n公司与莫斯科的“ op ea公司合作建成了 E C D像管的生产线，有 5 2× Ee r” co Ges h r” BC已 3 九五国防预研基金项目编号： 9 7;稿 1期：9 9 46 G6 6收 3 19￣9 J 8

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刘广荣等：照明 C D微光成像技术背 C

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20 8 9 .70×2 0 0 4×12 9,12 0 4像元数的静电聚焦倒像管的商品出售。美国 S i ti h aigT c— ce ic n gn eh nfn lge ST )司已研制成功型号 sr I0 A, l×5 2线元数的 C D,于构成 B C和近贴 0 is( Ie公 o IeS 5 2 5 2 1 r C用 CD聚焦型 E C D。 B C

美国在 B C C D与近贴型 ( A Ga s光阴极 ) B C上，别是在 B C的性能上

取得了令人震惊 E CD特 CD的成就，其报道几乎未提及有关工艺。图 l给出了美国 ST但 Ie公司 S5 2型 B C和美国 It— I0 A CD ne v c公司制作蓝延伸 G A光阴极的量子效率曲线。可以看出： a as C D的量子效率约为 G A B C a s光阴极的 5倍；

在可见区内， C D的量子效率达 9% . BC 0即它能几乎“想”理地将每一个人射光子都转换为在

电荷收集阱中的信号； C D在 8 0 m至 1 0 1区域内 (一光谱区域与夜天空的辐照相匹配 )有很好的响 BC 5n 01 0 m这也应

当光照等级下降到信号电子低于噪声源之和的量级时，C D就需要增益级。 E C D雪崩过 BC BC程的增益随加速电压上升而上升， 2中示出了用 S5 2图 I0 A型 B C C D制作的 E C D的加速电压一 BC增益曲线。对于近贴 E C D,然高的加速电压对 MT BC虽 F有利，当加速电压高于 1 k时，产但 8 V将生 x射线并增大 C D的暗电流， C因此，常近贴 E C D都工作在 1 8k以下。通 BC . V

钎

圈1 B C C D与岫光阴极的量子效率曲线Fg 1 Q atm e c nyfr akiu iae n i. u nu f i c bc -lm ntda d i f e oa ltin d C h n e CD a d a Ga s p o o c t o e n A h t ah d

图 2背照明、薄 C D的增益随加速电压变化曲线减 CFi Cuv fg i s a c lrt g vla efra g2 re o an v c eeai otg o nb c l t i ae n h n e D a k i u n r t d a d t i n d CC l t

3 BCC I D与 B D的性能比较 E D、CC CC为了比较几种成像系统的性能，面对 B C I C和 E C D等三类成像系统的典型性能参下 C D, D C BC

数进行一些比较，中成像系统的构成如下：其 B C ST I0 A型 B C ( 1 C D:I eS 5 2 C D 5 2×5 2像元数 ) l;

ICD: t a司 G A光阴极像管 (别率 4 1/ m) S5 2 FC D耦合； C I e c公 nv as鉴 5

p r与 I0 A C a

# 辟

近贴 E C D: a s阴极与 ST I0 A型 B C B C GA光 IeS 5 2 C D。

3 l增益噪声因数 如所周知，增强器的增益也伴随着噪声，型三代管的噪声因数 ( os i ue约为 4当应用像典 N i gr) ef, MC P时，噪比通常将减小一半。对于 IC当改变 MC信 C D, P的电压时，电子增益在 3 0~7 0间变化， 09

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但 MC P增益过程的噪声将使像管信噪比值约下降一半， MC且 P也使器件 M F下降， I F的衰 T而￣ I T减也将剧烈地降低成像器件的信噪比。对于 E C的 E S倍增过程只产生非常小的信号起伏即 BC D B

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