CMOS摄像器件和红外焦平面器.ppt

、CMOS摄像器件
1990’s，CMOS技术用于图像传感器，其优点结构简单，耗电量是普通CCD的1/3，制造成本比CCD低，可将处理电路等完全集成。
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1、CMOS像素结构
无源像素结构，1967，Weckle强；
•目标伪装困难；
•远距离、全天候观察；
•有很高的温度灵敏度和较高的空间分辨能力
热成像技术的优势：
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由于这类器件工作是一般安放在成像透镜的焦面上，所以它们又被叫做红外焦平面器件（IRFPA）。
成像透镜
红外焦平面器件结构
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1、IRFPA的工作条件
IRFPA通常工作于1~3um、3~5um和8~12um的红外波段并多数探测300K背景中的目标;
;
随波长的变长，背景辐射的光子密度增加。
由普朗克定律计算出红外波段300K背景的光谱辐射光子密度。
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通常光子密度高于1013/cm2s的背景称为高背景条件，
辐射对比度——背景温度变化1K所引起光子通量变化与整个光子通量的比值，它随波长增长而减小。
IRFPA工作条件：高背景、低对比度
1、IRFPA的工作条件
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2 、IRFPA的分类
按照结构可分为单片式和混合式
按照光学系统扫描方式可分为扫描型和凝视型
按照读出电路可分为CCD、MOSFET和CID等类型
按照制冷方式可分为制冷型和非制冷型
1~3μm波段 代表材料HgCdTe—碲镉***
3~5μm波段 代表材料HgCdTe、InSb—锑化铟、
PtSi—硅化铂
8~12μm 波段 代表材料HgCdTe
按照响应波段与材料可分为
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表：一些典型的各波段探测器。
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3、 IRFPA的结构
——材料的红外光谱响应
——有利于电荷的存储与转移
红外光敏部分
信号处理部分
目前没有能同时很好地满足二者要求的材料
——IRFPA结构多样性
单片式
混合式
类似于可见光CCD，红外光敏阵列和转移机构同做在窄禁带本征或掺杂非本征半导体材料上。
混合式：红外光敏做在上述半导体材料上，信号处理部分则做在硅片上。两者之间用导线连接。
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单片式IRFPA
非本征硅（P型）单片式IRFPA，
缺点：需制冷、响应度均匀性差。
主要有三种类型
本征单片式IRFPA ，
缺点：转移效率低、响应均匀性差，存储容量较小。
肖特基势垒单片式IRFPA，
响应均匀性好，但量子效率较低。
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混合式IRFPA
直接注入方式
是将探测器阵列与转移部分直接用导线相连。
特点：结构简单、功耗低，有直流成分。
间接注入方式
是通过缓冲级（有源网络）进行连接。
改善探测器阵列同转移部分的匹配性能。增加器件功耗，增大尺寸和工艺复杂性。
探测器阵列采用窄禁带本征半导体材料制成，电荷转移部分用硅材料。如何建立联系？
电学连接方式：
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探测器阵列与转移部分的连接：倒装式
互连技术：每个探测器与多路传输器对准配接。
采用背照方式
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4、典型的IRFPA
InSb是一种比较成熟的中波红外探测器材料。
InSb IRFPA是在InSb光伏型探测器基础上，采用多元器件工艺制成焦平面阵列，然后与信号处理电路进行混合集成。
采用前光照结构的1×32、1×128、1×256、1×512的线列IRFPA和背光照结构的58×62、128×128、256×256、640×480、1024×1024的面阵IRFPA
InSb IRFPA
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Hg1-xCdxTe IRFPA
通常HgCdTe IRFPA是由HgCdTe光伏探测器阵列和CCD或MOSFET读出电路通过铟柱互连而组成混合式结构。
HgCdTe IRFPA的像素尺寸目前可作到18×18um2
HgCdTe材料是目前最重要的红外探测器材料，研制与发展HgCdTe IRFPA是目前的主要方向。
基本结构
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用于空间成像光谱仪的1024×1024短波(1~) HgCdTe IRFPA；
用于战术导弹寻的器和战略预警、监视系统的640×480的中波(3~5um ) HgCdTe IRFPA；
应用十分广泛的长波(8~12um) HgCdTe IRFPA；
目前4N系列（4×288、4×480、4×960）的扫描型和64×64、128×128、640×480凝视型的HgCdTe IRFPA已批量生产。
主要类别
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硅肖特基