[发明专利]对空间噪声具有低敏感性的电磁辐射探测装置

说明书

技术领域

本发明涉及电磁辐射探测装置领域，其有利地应用于基于辐射热计或微辐射热计的红外辐射测量装置，但本发明也涉及基于光电二极管或光电导体的电磁辐射测量装置。本发明使用范围尤其涵盖电子视网膜(也称为成像仪)的制造，其可由大量单元探测器(elementary detector)形成。微辐射热计是指其至少一个维度的尺寸是微米级的辐射热计，尤其是指其制造用到微电子技术或微米技术和/或纳米技术的辐射热计。

背景技术

用于侦测和成像电磁辐射的最先进的探测装置使用在至少一行和/或至少一列上排列的单元探测器矩阵。

由各种照准仪(diopter)组合构成的光学系统一般插在想要侦测的辐射源与一个包含这些单元探测器的平面之间。这个光学系统的作用是为了弯折入射射线以将它们聚焦在这些单元探测器上，以及在该侦测平面上再现该辐射源的图像。因此，每个单元探测器同时接收表示电磁辐射数量的信息元素，其中该电磁辐射是由该装置以特定入射角接收。读取该矩阵的各单元探测器传送的信号使得可以重建该辐射源发射的电磁辐射的二维映射，称为图像。

为了读取这些单元探测器传送的信号，在此提供了具有数目与探测装置上的单元探测器数目相同的信号输入的电子线路。这个电子线路称为读取电路，可由使用CMOS或BICMOS微电子技术或使用CCD微电子技术的集成电路构成。

在本文的下面描述中，一个像素被定义为包括单个单元探测器和特定于该单元探测器的多个电气组件，这些电气组件将该单元探测器连接至该读取电路。这些电气组件可为互连线、电气接线、开关或阻抗匹配装置。一个像素也可包括捕获和整形电路，如果该电路特定于该单个单元探测器。像素间隔被定义为两个相邻像素之间的距离。

读取电路和单元探测器矩阵可制造于单个基板上，构成一个整体单元，或者制造于两个分离的基板上，然后相互连接在一起，这样他们构成一个混合单元。

除了单元探测器的极化，该读取电路还为探测装置实现下列三个功能：

每个单元探测器与读取电路之间的阻抗匹配功能，其由阻抗匹配装置负责；

对单元探测器传送的信号进行捕获和整形的功能，其由捕获和整形电路实现；

将不同单元探测器产生的信号采用多路复用技术以单一电信号的形式进行传输，这个一般是利用开关和控制装置的组合来执行。然后，称为视频信号的该单一电信号可由显示系统加以利用。

该读取电路可包括其它相关的功能，例如，视频信号的模数转换功能。

形成包括上述三个功能(阻抗匹配、捕获信号和多路复用)的读取电路是一个复杂的任务，其要求对这些功能的复杂安排。实际上，这三个功能的安排极大地影响了单元探测器的信噪比和效率。

就红外光伏单元探测器而言，捕获和阻抗匹配功能和信号整形功能一般位于每个像素内，因此他们靠近每个单元探测器，使得该矩阵的所有像素的操作点更加均匀，从而降低该矩阵范围内的非均匀性。在此，非均匀性也被称为固定空间噪声。

因此，该矩阵中存在数目与单元探测器数目相同的阻抗匹配装置以及捕获和整形电路。就具有微辐射热计的红外单元探测器或检测可见波长的光伏探测器而言，捕获和整形功能一般被移至矩阵的边缘，例如位于该矩阵的每一列或每一行的末端，而阻抗匹配功能经常留在像素内部。使用微辐射热计是有利的，因此它们在环境温度下工作，而具有红外光电二极管的单元探测器的工作温度经常须要为接近77K的低温。

多路复用功能一般分布在第一部分和第二部分之间，其中该第一部分位于像素内，以在给定列或给定行内执行多路复用。该第二部分有利地位于该列的底部或分别位于该行的末端，以对该矩阵的不同列或不同行分别进行多路复用。仅在该像素内进行多路复用的构造也是可能的。

论文【1】中介绍了一些利用读取电路执行的光伏红外单元探测器的电气耦合的方法。本部分结尾处给出了其完整参考。

在所研究的不同情形中，可以清楚看出，阻抗匹配功能是有利地由共栅组件的MOS晶体管(也称为直接注入)来执行的，这是由于在单元探测器的习惯使用条件下，高电平电流在其内流动。

图1描绘了一个由红外光电二极管类型的单元探测器2形成的像素1的电气示意图，其与直接注入阻抗匹配晶体管类型的阻抗匹配装置3串联，该阻抗匹配装置3具有源极和漏极。光电二极管2的阳极连接至该阻抗匹配装置的输入端，在本案中即匹配晶体管的源极。该组件具有低输入阻抗，在此表达为匹配晶体管3的转导值的倒数。该转导值取决于穿过匹配晶体管3的极化电流I。