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       隨著軍用光電等高新科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以及經(jīng)濟(jì)與民用公共安全發(fā)展的需要，特種圖像傳感器技術(shù)已廣泛地轉(zhuǎn)為民用。所謂特種圖像傳感器，即能釆集或拾取人們視覺看不見的特殊圖像，如紅外、紫外、x射線等特殊頻段的圖像傳感器。

       特種光電成像器件主要是探測(cè)不可見光圖像的器件，下面分別論述紅外光成像器件、紫外光成像器件、x射線光成像器件，最后介紹它們?cè)诎卜乐械膽?yīng)用。

紅外光成像器件

        紅外線存在于自然界的任何角落，一切溫度高于0K的物體，時(shí)時(shí)刻刻都在不停地輻射紅外線。特別是活動(dòng)在地面、水中和空中的軍事裝置，如坦克、車輛、軍艦、飛機(jī)等，由于有高溫部位，往往形成強(qiáng)的紅外輻射源。因此，紅外輻射的探測(cè)在軍事上和民生上有廣泛的應(yīng)用需求。

        紅外光電成像器件有兩種主要形式：即制冷型的光（量）子型紅外光電成像器件與非制冷型的量熱型紅外光電成像器件。按成像方式的不同，可分為光機(jī)掃描型和凝視型兩種。而紅外焦平面陣列器件（Infiared-Ray Focus Plane Array,IRFPA）是一類用于凝視型熱成像系統(tǒng)的面陣成像器件，它要求將高達(dá)106甚至更多的探測(cè)器單元緊湊地封裝在焦平面上，即將兩維探測(cè)陣列器件集成在帶有多路傳輸?shù)淖x出電路的焦平面上。為實(shí)現(xiàn)這種設(shè)計(jì)，必須使用極小的探測(cè)器(尺寸小于25μm)并使用高產(chǎn)量低成本的方法來(lái)制造。下面主要介紹這種陣列器件。

1.紅外焦平面陣列器件（IRFPA）的結(jié)構(gòu)原理

        紅外焦平面陣列器件IRFPA通常工作于1~3μm、3~5μm、8~12 μm的紅外波段，多用于探測(cè)常溫（300K）背景中的目標(biāo)。普通的硅 CCD 對(duì)紅外輻射（僅為近紅外）的響應(yīng)度很低，允許的光積分時(shí)間很短（μs量級(jí)），不能直接用于凝視型紅外成像。因此，制作IRFPA的途徑有兩個(gè)：一是選用對(duì)紅外輻射靈敏度高的材料而集成為CCD器件：二是采用兼有普通紅外探測(cè)器陣列和硅CCD兩方面長(zhǎng)處的結(jié)構(gòu)。

        IRFPA 的基本結(jié)構(gòu)如圖 4-39 所示，圖中，紅外探測(cè)器可選用光電或熱電探測(cè)器；電荷包的存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)移輸出機(jī)構(gòu)采用普通的硅 CCD 結(jié)構(gòu)。顯然，IRFPA 還需有信號(hào)處理電路部分，如前置放大、濾波、A/D、延時(shí)積分、時(shí)鐘及提高光敏面均勻的增益與偏置補(bǔ)償器等。

        根據(jù)對(duì)紅外探測(cè)器陣列的信號(hào)讀出和信號(hào)處理的不同安排，IRFPA有不同的結(jié)構(gòu)形式，如圖4-40所示。

      （1）單片式結(jié)構(gòu)。又稱為整體式，即整個(gè) IRFPA 做在同一塊芯片上，信號(hào)處理部分通常是在探測(cè)器陣列的近旁而不是在其下面，且可以不跟探測(cè)器/讀出單元制備在同一襯底上，也不需與探測(cè)器的溫度相同，如圖4-40(a)所示。單片式結(jié)構(gòu)的IRFPA具體又分為三種情況：一是本征型紅外CCD,它本身對(duì)紅外敏感，如HgCdTe-CCD；二是把非本征型紅外探測(cè)器與CCD讀出電路做在同一塊Si襯底上；三是在Si襯底上制作肖特基勢(shì)壘二極管面陣與CCD讀出電路，如PtSi-CCD。

       (2)混合式結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的根本特點(diǎn)是把探測(cè)器(如用HgCdTe或InSb等本征窄帶半導(dǎo)體制作)與信號(hào)讀出部分(普通的硅CCD)分開?；旌鲜浇Y(jié)構(gòu)的IRFPA有兩種形式：一是直接混合式，如圖所示，圖中的探測(cè)器陣列與信號(hào)讀出部分是通過錮柱把對(duì)應(yīng)單元連接起來(lái)：二是間接混合式，如圖4-40(c)所示，其探測(cè)器陣列與信號(hào)讀出部分是通過一塊集成電路板相連。這種混合式結(jié)構(gòu)，在選擇探測(cè)器上具有很大的靈活性，可以獲得50%?90%的高量子效率，是目前最受重視的技術(shù)之一。

圖4-40     IRFPA的幾種不同結(jié)構(gòu)

      (3)Z平面式結(jié)構(gòu)。又稱為立體式，如圖4-40(d)所示，它是將信號(hào)處理與信號(hào)讀出部分采用疊層的方法組裝成模塊，再把模塊與紅外探測(cè)器連接起來(lái)，并安裝在同一塊硅片上。

2.制冷型IRFPA

        由于光(量)子型(即光電探測(cè)器類)紅外光電成像器件，在使用時(shí)往往需利用制冷器，使其處于低溫工作狀態(tài)，以降低探測(cè)器的噪聲,提高信噪比和靈敏度，因而用它們制作的IRFPA屬于制冷型IRFPA。這類IRFPA主要用于紅外遙感、軍事目標(biāo)的探測(cè)與制導(dǎo)等性能要求較高的領(lǐng)域。目前，制冷型IRFPA有如下幾種。

       (1)銻化銦(InSb)IRFPA。它對(duì)于3?5波段的紅外輻射非常敏感，但它不像單晶硅有良好的MOS特性，因此探測(cè)器采用InSb光電二極管陣列，信號(hào)處理器釆用Si-CCD構(gòu)成，再用錮(In)丘將兩者進(jìn)行機(jī)械、電學(xué)結(jié)合，形成混合型IRFPAo目前，有前照式1x512像素線陣；背照式1024x1024像素面陣。