[发明专利]具有抗晕结构的像元倍增内线帧转移CCD

说明书

本发明公开了一种具有抗晕结构的像元倍增内线帧转移CCD，包括像元阵列、垂直转移栅、水平CCD结构和读出放大器，在所述像元阵列和垂直转移栅之间还设有存储单元阵列，所述像元阵列中设有像元转移栅、像元转移栅下势垒、像元倍增结构和像元抗晕结构。本发明提出了一种新的CCD结构，通过将像元光敏区中的光积分过程和光电荷转移过程隔离，以及将光电荷转移过程和信号读出过程的隔离，并设置像元倍增结构和倍增移位寄存器实现了前级像元倍增和后级寄存器倍增的双倍增功能，能够对微光甚至单光子进行探测；通过抗晕结构泄放像元倍增后溢出的光电荷，能够在对比度较大的环境或探测光信号较强的目标物体时，显著提高CCD的探测成像性能。

技术领域

本发明涉及微光成像领域，特别涉及一种具有抗晕结构的像元倍增内线帧转移CCD。

背景技术

传统电荷耦合器件（Charge Couple Device,简称CCD）一般分为线阵类型CCD（Linear CCD）、全帧转移类型（Full Frame Transfer CCD）、帧转移类型（Frame TransferCCD）、内线转移类型（Interline Transfer CCD）、时间延迟积分型（Time DelayIntegration CCD）、电子倍增型（Electron Multiplying CCD）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。为提高CCD的探测灵敏度，实现微光甚至单光子探测，需要实现倍增功能，传统的内线转移CCD没有倍增功能和存储阵列，而帧转移CCD由于快态转移时信号是边转移边积分，很难实现光积分过程和转移过程的隔离，无法实现像元和移位寄存器的双倍增，因此需要一种能够方便实现像元和移位寄存器的双倍增功能的CCD结构。

我们通过提出一种内线帧转移CCD（Interline Frame Transfer CCD，简称IFTCCD）解决了上述问题，并实现了像元级倍增，但是，在光积分阶段，当IFT CCD处于对比度较大的环境下或探测光信号较强的目标物体时，像元光敏区产生的光电子信号经过倍增后可能会超出光敏区满阱，超出的那部分光电子信号会溢出到相邻像元，从而产生溢出（Blooming，也称晕）现象，此时IFT CCD的探测能力下降，目标物体成像模糊，产生较大的失真；为解决上述问题，提高像元级倍增IFT CCD在复杂情况下的探测能力，还需要在像元级倍增IFT CCD中增加抗晕功能的结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种容易实现倍增功能的具有抗晕结构的像元倍增内线帧转移CCD。

本发明的技术方案如下：

一种具有抗晕结构的像元倍增内线帧转移CCD，包括像元阵列、垂直转移栅、水平CCD结构和读出放大器，在所述像元阵列和垂直转移栅之间设有存储单元阵列，所述像元阵列的像元中设有像元光敏区,所述像元光敏区的一侧设有像元垂直转移区，在所述像元光敏区和像元垂直转移区之间设有像元转移栅和像元转移栅下势垒，所述像元转移栅和像元转移栅下势垒用于像元光敏区中光积分过程和光电荷转移过程的隔离，在像元中还设有像元倍增结构和像元抗晕结构，所述像元倍增结构用于实现像元级倍增功能，所述像元抗晕结构用于避免像元中的光电荷倍增后发生溢出现象。

进一步的，所述像元转移栅连接像元转移控制时序，所述像元转移控制时序用于通过像元转移栅控制像元转移栅下势垒处于开启或关闭状态。

进一步的，所述像元阵列包括像元衬底，所述像元衬底上设有多个像元，每个所述像元的像元光敏区和像元垂直转移区均设置在像元衬底上，在所述像元光敏区的外沿设有一圈像元沟阻，所述像元抗晕结构包括设置在远离像元垂直转移区一侧的像元沟阻中的抗晕漏，所述像元沟阻中还设有抗晕栅下势垒，所述抗晕栅下势垒的一端连接抗晕漏，另一端连接像元光敏区；在所述像元光敏区和像元垂直转移区的上端设有像元光敏区表面介质层，所述像元光敏区表面介质层上设有履盖在抗晕栅下势垒上方的抗晕栅，所述抗晕栅的左端向外延伸至与抗晕漏的左端对齐，右端向外延伸至像元光敏区上方，所述抗晕栅连接有抗晕控制时序，所述抗晕控制时序用于通过抗晕栅控制抗晕栅下势垒处于开启或关闭状态。