双倍增内线帧转移CCD结构制造技术

本发明专利技术涉及CCD结构技术领域，特别涉及一种双倍增内线帧转移CCD结构，包括倍增像元阵列、存储区阵列、水平转移区以及读出放大器，倍增像元阵列、存储区阵列并排设置在CCD结构的衬底上，存储区阵列通过垂直转移栅与水平转移区连接，水平转移区的末端通过输出节点与读出放大器连接；所述倍增像元阵列中的像元中设置有像元光敏区和像元光敏区一侧的像元垂直转移区；所述像元的光敏区中设置像元倍增栅和像元倍增结构，通过像元倍增栅和倍增结构的时序控制；本发明专利技术可同时实现在前端像元级和后级移位寄存器的探测灵敏度提高，使得双倍增IFT CCD有能力实现对微光甚至单光子信号的探测。

Double inner line frame transfer CCD structure

【技术实现步骤摘要】
双倍增内线帧转移CCD结构
本专利技术涉及CCD结构
，特别涉及一种双倍增内线帧转移电荷耦合器件(InterlineFrameTransferChargedCoupledDevice，IFTCCD)结构。
技术介绍
电荷耦合器件(ChargeCoupledDevice，CCD)是一种微型图像传感器，本身兼具光电转换功能和信号的存储、转移、转换等功能，可以将空间域内分布的图像，转换成为按时间域离散分布的电信号。具有灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、像元尺寸小、几何精度高、成像质量好、抗震动、抗辐射等优点。传统CCD一般分为线阵类型CCD(LinearCCD)、全帧转移类型(FullFrameTransferCCD)、帧转移类型(FrameTransferCCD)、内线转移类型(InterlineTransferCCD)、时间延迟积分型(TimeDelayIntegrationCCD)、电子倍增型(ElectronMultiplyingCCD)等几种类型的CCD，每种类型CCD有自己的性能特点和光谱探测优势，应用于不同场景和领域。内线帧转移CCD为新提出的CCD结构，基于内线帧转移CCD(IFTCCD)原理，更容易同时实现像元级倍增功能和移位寄存器倍增功能。为更好的实现IFTCCD的前后双倍增功能，本专利技术创造性的提出了同时具备前级像元级倍增和后级移位寄存器倍增的双倍增IFTCCD结构。
技术实现思路
为更好的实现IFTCCD的前后双倍增功能，本专利技术创造性的提出了同时具备前级像元级倍增和后级移位寄存器倍增的双倍增IFTCCD结构，即双倍增内线帧转移CCD结构，该结构包括倍增像元阵列、存储区阵列、水平转移区以及读出放大器，倍增像元阵列、存储区阵列并排设置在CCD结构的衬底上，存储区阵列通过垂直转移栅与水平转移区连接，水平转移区的末端通过输出节点与读出放大器连接。进一步的，所述倍增像元阵列中的像元中设置有像元光敏区和像元光敏区一侧的像元垂直转移区。进一步的，所述像元的光敏区中设置像元倍增栅和像元倍增结构，且像元倍增栅和像元倍增结构通过时序驱动进行控制；通过时序驱动的方式控制像元倍增栅和倍增结构，来实现内线帧转移CCD的前级像元倍增功能。进一步的，存储区阵列上层挡光，所述存储区阵列由快态转移驱动时序、存储区垂直转移驱动时序进行驱动，且所述快态转移驱动时序、存储区垂直转移驱动时序相互独立，所述存储区阵列通过连个相互独立的驱动时序驱动实现对光电信号的快速存储和逐行转移。进一步的，水平转移区包括依次连接的水平移位寄存器、第一过扫位、倍增移位寄存器、第二过扫位以及水平输出栅。进一步的，倍增移位寄存器位包括至少两相的水平转移驱动栅、一相的直流驱动栅、一相的高压倍增驱动栅结构组成，倍增移位寄存器通过所述的水平转移驱动栅、直流驱动栅、高压倍增驱动栅的驱动时序相互配合，实现倍增移位寄存器对光电信号的倍增。进一步的，倍增像元阵列的外沿设置有暗参考行和暗参考列。本专利技术中的双倍增IFTCCD结构，在各个模块驱动时序作用下相互配合，完成双倍增IFTCCD的像元内光信号探测、像元内光电信号倍增、像元内光电信号存储和转移、光电信号快态转移、光电信号存储区存储、光电信号逐行转移、光电信号水平转移、光电信号移位寄存器倍增、光电信号电压转换、光电信号电压输出的功能。双倍增IFTCCD可同时实现在前端像元级和后级移位寄存器的探测灵敏度提高，使得双倍增IFTCCD有能力实现对微光甚至单光子信号的探测。附图说明图1为本专利技术中的双倍增IFTCCD结构示意图；图2为本专利技术中双倍增IFTCCD的倍增像元结构示意图；其中，101、倍增像元阵列；102、存储区阵列；103、暗参考行；104、暗参考列；105、垂直转移栅VTG；106、水平移位寄存器；107、第一过扫位；108、倍增移位寄存器；109、水平输出栅；110、输出节点；111、放大器读出；112、第二过扫位；201、光敏区；202、像元垂直转移区；203、像元倍增结构；204、像元倍增栅。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术公布了同时具备前级像元级倍增和后级移位寄存器倍增的双倍增IFTCCD结构，即双倍增内线帧转移CCD结构，如图1，该结构包括倍增像元阵列101、存储区阵列102、水平转移区以及读出放大器111，倍增像元阵列101的外沿设置有暗参考行103和暗参考列104，倍增像元阵列101和存储区阵列102并排设置在衬底上，存储区阵列102通过垂直转移栅105与水平转移区连接，水平转移区的末端通过输出节点110与读出放大器111连接。进一步的，所述倍增像元阵列101中的像元中设置有像元光敏区201和像元光敏区一侧的像元垂直转移区202。进一步的，所述像元的光敏区201中设置像元倍增栅204和像元倍增结构203，且像元倍增栅204和像元倍增结构203通过时序驱动进行控制，来实现内线帧转移CCD的前级像元倍增功能。进一步的，存储区阵列102上层挡光，所述存储区阵列102由快态转移驱动时序、存储区垂直转移驱动时序进行驱动，且所述快态转移驱动时序、存储区垂直转移驱动时序相互独立，所述存储区阵列102通过连个相互独立的驱动时序驱动实现对光电信号的快速存储和逐行转移。进一步的，水平转移区包括依次连接的水平移位寄存器106、第一过扫位107、倍增移位寄存器108、第二过扫位112以及水平输出栅109。进一步的，倍增移位寄存器位106包括至少两相的水平转移驱动栅、一相的直流驱动栅、一相的高压倍增驱动栅结构组成，倍增移位寄存器106通过所述的水平转移驱动栅、直流驱动栅、高压倍增驱动栅的驱动时序相互配合，实现倍增移位寄存器对光电信号的倍增。本实施例的工作原理如下：本实施例的工作过程分为光积分、光电荷转移、快态转移、垂直转移、水平转移、倍增移位寄存器信号倍增、放大读出七个过程。光积分：倍增像元阵列101中各像元的像元光敏区通过光电转换将接收的光信号转换为光电荷称为光积分阶段。光积分阶段由像元倍增栅和像元倍增结构共同作用下，实现像元级的光电荷倍增。光电荷转移：当需要使光电荷转移时，在时序驱动下，将光敏区中的信号电荷转移到像元垂直转移区中，实现光电荷转移。快态转移：当需要快态转移时，在像元快态转移时序的驱动下，光电荷信号从像元垂直转移区中快速转移到存储区阵列102中，实现快态转移。垂直转移：光电荷进入存储单元阵列102后，存储单元阵列102在存储区垂直转移时钟驱动下，与垂直转移栅105的开关控制时序配合，存储单元阵列102中的光电荷逐行转移至水平移位寄存器106中。水平转移：水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双倍增内线帧转移CCD结构，包括倍增像元阵列、存储区阵列、水平转移区以及读出放大器，其特征在于，倍增像元阵列、存储区阵列并排设置在CCD结构的衬底上，存储区阵列通过垂直转移栅与水平转移区连接，水平转移区的末端通过输出节点与读出放大器连接。/n

【技术特征摘要】
1.双倍增内线帧转移CCD结构，包括倍增像元阵列、存储区阵列、水平转移区以及读出放大器，其特征在于，倍增像元阵列、存储区阵列并排设置在CCD结构的衬底上，存储区阵列通过垂直转移栅与水平转移区连接，水平转移区的末端通过输出节点与读出放大器连接。


2.根据权利要求1所述的双倍增内线帧转移CCD结构，其特征在于，所述倍增像元阵列中的像元中设置有像元光敏区和像元光敏区一侧的像元垂直转移区。


3.根据权利要求2所述的双倍增内线帧转移CCD倍增像元阵列，其特征在于，所述像元的光敏区中设置像元倍增栅和像元倍增结构，且像元倍增栅和像元倍增结构通过时序驱动进行控制。


4.根据权利要求1所述的双倍增内线帧转移CCD存储区阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：王小东，钟四成，汪朝敏，李立，熊平，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;50