[发明专利]利用基于晶闸管的像素单元的成像阵列

说明书

发明背景

1.技术领域

本发明涉及光电器件。更具体地说，本发明涉及基于由诸如砷化镓(GaAs)之类的半导体形成的电荷耦合器件(CCD)的成像阵列，其能够响应光而产生电信号。本发明尤其可应用于成像和电信技术领域，而它并不局限于此。

2.背景技术

在成像技术领域中，下一代成像系统必须在很高的频率下操作，并对于辐射通量具有高电阻，因此成像器被说成是“硬化的辐射”。目前的成像器被构造为CCD或有源像素阵列形式的硅集成电路。在CCD中，线性像素阵列按顺序被脉冲式地输出到公共输出放大器。在有源像素阵列中，该阵列是x-y可寻址的，并且每个像素输出到它自己专用的放大器(该阵列以逐行或逐列为基础输出)。

硅工艺受到在集成电路的有源和无源区中都存在氧化硅的多种方式的限制。主要限制是氧化物对辐射通量的灵敏度。辐射在绝缘体中产生陷阱和其它带电的缺陷，其改变了集成电路内的有源和无源区中的内部电压阈值。在一定累积曝光电平之后，这些阈值变化致使电路不能工作。栅极氧化物也产生其它方式的限制。硅CCD通过交叠栅极将一个像素耦接到另一个。每个交叠栅极在像素之间建立小的较厚氧化物区域，其禁止电荷传输并因此对CCD造成速度限制。这些氧化物势垒对硅CCD是基本的，并构成传输速度限制。已经采用一些方法来消除这些影响，例如虚拟相位CCD。然而，这些结构接着要面对由于注入未对准和缺少阱容量而造成的势垒。不管怎样，硅CCD的传输速度很少超过几MHz。

硅CCD的另一限制是它的光谱灵敏度。硅CCD吸收跨越其能隙的辐射，因此对具有长于约1μm的波长的辐射不敏感。它还对紫外线(UV)辐射不敏感。

如母案申请美国序列号No.09/556,285中所公开的，基于GaAs衬底的III-V器件结构具有克服上述限制的潜能。具体来说，GaAs CCD具有吸收各个子带之间的量子阱内的电磁能量的潜能。这提供了具有独特的子带间吸收能力和中波红外、长波红外以及甚长波红外区内的灵敏度的GaAs器件。目前起子带间探测器作用的GaAs器件结构是QWIP(量子阱红外光探测器)器件。目前实现的该QWIP的两个重要限制是存在迫使将器件冷却到77°K的相当大的暗电流电平以及器件与GaAs集成电路不兼容的事实。在最初证明时，由于其与GaAs集成电路的潜在兼容性，QWIP被认为是有利的。然而，这种兼容性从未成立过，因此目前的工艺将GaAs QWIP晶片以混合方式与Si读出集成电路组合在一起。