[发明专利]一种红外焦平面阵列的行选通电路有效

专利信息
申请号: 201010257986.2 申请日: 2010-08-20
公开(公告)号: CN101949737A 公开(公告)日: 2011-01-19
发明(设计)人: 吕坚;蒋亚东;冷余平;周云;李凯 申请(专利权)人: 电子科技大学
主分类号: G01J5/24 分类号: G01J5/24
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 611731 四川省成*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 红外 平面 阵列 通电
【说明书】:

技术领域

发明涉及微电子和光电子技术领域,具体涉及一种红外成像系统中红外焦平面阵列的行选通电路。

背景技术

红外焦平面阵列探测器是一种可探测目标红外辐射的探测器,通过光电转换、电信号处理等手段将目标物体的温度分布转换成视频图像,是一种集光、机、电等尖端技术于一体的高科技产品。其具有抗干扰能力强、隐蔽性能好、跟踪、制导精度高等优点,在军事和民用领域获得了广泛的应用。

微测辐射热计焦平面阵列(FPA)具有较高的灵敏度,是应用最广泛的一种非制冷红外焦平面阵列探测器。其工作原理是热敏材料吸收入射的红外辐射后温度改变,从而引起自身电阻值的变化,通过测量其电阻值的变化探测红外辐射信号的大小。微测辐射热计普遍采用微机械加工技术制作的悬臂梁微桥结构,桥面沉积有一层具有高电阻温度系数(TCR)的热敏材料,桥面由两条具有良好力学性能并镀有导电材料的桥腿支撑,桥腿与衬底的接触点为桥墩,桥墩电学上连接到微测辐射热计FPA下的硅读出电路(ROIC)上。通过桥腿和桥墩,热敏材料连接到读出电路的电学通道中,形成一个对温度敏感并连接到读出电路上的像素单元。

为满足军事和民用需要,非制冷红外探测器的主要发展趋势为进一步缩小体积、增大分辨率、降低功耗和成本等,其中,扩大像素阵列、减小像素尺寸成为红外焦平面阵列研究的热点。九十年代初,Honeywell公司报道了320×240像素的微测辐射热计FPA,像元尺寸为50×50μm2;美国DRS技术公司研制的320×240像素的热像仪U3000,像素尺寸为51×51μm2,2001年研制成功640×480焦平面为核心的热像仪U6000,像素尺寸为25.4×25.4μm2,并于2002年5月对该热像仪进行了演示;Raytheon公司目前已研制成功640×480像素,像元尺寸为25×25μm2,该公司正在研制像元尺寸20×20μm2,640×512阵列的IRFPA。

小尺寸、大阵列是高性能红外焦平面探测器发展的方向。然而,在减小像素尺寸的同时,微测辐射热计的支撑桥腿以及作为与读出电路电学连接的桥墩,面积通常并不能等比例减小,从而导致相比大尺寸像素,其有效红外吸收面积占空比减小,探测器响应率降低,性能下降。为此,红外焦平面阵列发展了一种同列相邻微桥单元共用桥墩的结构,这种阵列中像素单元使用典型的悬臂梁微桥结构,同列中相邻的两个微桥单元各有一条桥腿共同连接到一个桥墩上,微桥单元的另一条桥腿与相邻的另一个微桥单元的一条桥腿共同连接到第二个桥墩上,每列的N个像素单元只需要N+1个桥墩即可。相比传统焦平面阵列每个像素单元独立使用两个桥墩,每一列减少了N-1个桥墩的使用,从而提高了像素红外吸收有效面积占空比,使得在增大像素阵列,减小像素尺寸的同时,仍然保持探测器响应率在较高的水平。这种红外焦平面阵列结构需要与之对应的行选通电路,完成对各像素信号的读取。传统的一种行选通电路是每个像素单元使用两个选通开关控制,每个选通开关控制一个像素单元,对每列的N个像素单元需要2N个选通开关。一方面,选通开关越多,引入的非理想因素就越大,同时在像素阵列下占用的芯片面积就越大,尤其在小尺寸像素阵列下较为明显;另一方面,未被选通的像素单元没有短接,像素单元上的寄生电荷等可能会对被选通像素单元上的读出信号产生影响。

发明内容

本发明所要解决的问题是:如何提供一种红外焦平面阵列的行选通电路,它能对采用同列相邻微桥单元共用桥墩结构的焦平面阵列实现逐行选通;并在此基础上实现选通开关复用,减少选通开关的数量;进一步,该行选通电路可使用复位控制开关,在行选期间短接未被选通的像素单元,消除未被选通的像素单元上寄生电荷对被选通像素单元上读出信号的影响,保证该红外焦平面阵列结构的微测辐射热计能够正常工作。

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