[发明专利]雪崩倍增型双向扫描TDICCD

说明书

本发明公开了一种雪崩倍增型双向扫描TDICCD，所述雪崩倍增型双向扫描TDICCD包括像元阵列、多条电荷转移沟道、两条水平转移区、多个雪崩倍增区和多个输出结构；本发明的有益技术效果是：提出了一种雪崩倍增型双向扫描TDICCD，该器件具有较高的信噪比，可以大幅提高成像质量，满足特殊应用需求。

技术领域

本发明涉及一种TDICCD，尤其涉及一种雪崩倍增型双向扫描TDICCD。

背景技术

电荷耦合器件(Charge Coupled Devices，CCD)是一种采用电荷耦合原理的固态半导体成像器件，CCD的基本结构是相邻的金属-氧化物-半导体(Metal OxideSemiconductor，MOS)结构，当合适的波长照射到半导体中，半导体内部便会产生光生电荷，当相邻的MOS结构彼此靠近时，如果在MOS电极上加上合适时序的电压，电荷便能在MOS结构中存贮和转移，最终光生电荷转移到信号读出区域将电荷转化为电压信号并实现信号的放大并供后续信号处理。相对于传统摄像器件(如真空摄像管、热释电管和硅摄像管等)，CCD具有小体积、轻重量、小功耗、长寿命、高灵敏度、宽光谱响应范围、大动态范围等诸多优点，在对图像质量要求极高的高端科学仪器中，CCD有大量应用，例如天文望远镜、遥感成像卫星、大型光谱仪、医学成像系统等。

TDICCD，即时间延时积分CCD(Time Delay Integrating CCD，TDICCD)是一种特殊类型的CCD，类似于多个线阵CCD并在一起；TDICCD工作时，对同一景物进行多行线阵相应信号的累加，当TDICCD级数为M时，输出信号即为单级的M倍；TDICCD最大的优势是相对常规CCD，信噪比有了明显提高，特别适合对工业检测中高速移动的物体成像以及卫星对地遥感成像。

工业检测成像和卫星对地观测遥感成像中，针对特殊的应用需求，例如检测方向变换、卫星快速变轨，TDICCD需要实现两个方向的电荷累加，即双向扫描功能，典型的双向扫描TDICCD如图1所示；

随着技术的发展，工程界对TDICCD的性能要求越来越高。例如在卫星上对地观测时，需使用TDICCD对某些微弱光信号进行探测。目前的TDICCD其性能难以满足高速同时微光成像需求。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种雪崩倍增型双向扫描TDICCD，其创新在于：所述雪崩倍增型双向扫描TDICCD包括像元阵列、多条电荷转移沟道、两条水平转移区、多个雪崩倍增区和多个输出结构；所述像元阵列由多个像元构成，像元阵列的上侧边沿形成上输出侧，像元阵列的下侧边沿形成下输出侧；所述多条电荷转移沟道布置在像元阵列中，电荷转移沟道的两端分别与上输出侧和下输出侧相对；第一条水平转移区布置在与上输出侧对应的位置处，第二条水平转移区布置在与下输出侧对应的位置处，电荷转移沟道两端分别与相应的水平转移区连接，单条水平转移区上设置有1个以上的输出抽头；所述雪崩倍增区的输入端与输出抽头连接，多个雪崩倍增区与多个输出抽头一一对应，雪崩倍增区的输出端与输出结构的输入端连接，多个输出结构与多个雪崩倍增区一一对应；单个输出结构包括输出节点和输出放大器，输出放大器的输入端通过输出节点与雪崩倍增区的输出端相连；所述电荷转移沟道能采用双向扫描方式将像元内的光生电荷转移至相应的水平转移区，所述水平转移区能将收到的光生电荷转移至相应的雪崩倍增区，并通过雪崩倍增区输出至相应的输出结构；光生电荷在雪崩倍增区内通过时，雪崩倍增区能对光生电荷起到雪崩倍增效果。

独立地看，雪崩倍增效应及其实现手段均是现有技术，雪崩倍增效应的重要效果就是实现弱光乃至微光更高的信噪比，本发明将雪崩倍增区结合到双向扫描TDICCD中，可以使双向扫描TDICCD工作时的信噪比得到进一步提升。以一款像元尺寸为90μm×90μm、积分级数为78级、雪崩倍增寄存器级数为468级的雪崩增益型TDICCD为例，理论计算和实际测试结果均表明，在3.14×10^-7cm^-2的微光条件下，信噪比均大于3:1，而仅仅使用TDI方式时其信噪比大约仅为1.3:1。