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一种昼夜兼容成像EMCCD图像传感器

白雪平 钟玉杰 杨洪 郑渝 何达 易学东 黄芳

白雪平, 钟玉杰, 杨洪, 郑渝, 何达, 易学东, 黄芳. 一种昼夜兼容成像EMCCD图像传感器[J]. 红外技术, 2023, 45(3): 315-321.
引用本文: 白雪平, 钟玉杰, 杨洪, 郑渝, 何达, 易学东, 黄芳. 一种昼夜兼容成像EMCCD图像传感器[J]. 红外技术, 2023, 45(3): 315-321.
BAI Xueping, ZHONG Yujie, YANG Hong, ZHENG Yu, HE Da, YI Xuedong, HUANG Fang. An EMCCD Imaging Sensor Capturing Images from Sunlight to Starlight[J]. Infrared Technology , 2023, 45(3): 315-321.
Citation: BAI Xueping, ZHONG Yujie, YANG Hong, ZHENG Yu, HE Da, YI Xuedong, HUANG Fang. An EMCCD Imaging Sensor Capturing Images from Sunlight to Starlight[J]. Infrared Technology , 2023, 45(3): 315-321.

一种昼夜兼容成像EMCCD图像传感器

详细信息
    作者简介:

    白雪平(1982-),女,高级工程师,从事CCD器件的设计研究工作。E-mail:50220374@qq.com

  • 中图分类号: TP212

An EMCCD Imaging Sensor Capturing Images from Sunlight to Starlight

  • 摘要: 本文设计制作了一款阵列规模为1024×1024元、像元尺寸为10 μm×10 μm的昼夜兼容成像EMCCD(electron multiplying charge coupled device),该器件包含国内首次制作的浮置栅放大器,该放大器电荷转换因子(Charge to voltage factor,CVF)为3.57 μV/e-,满阱55 ke-,能够非破坏性判断信号强度。该功能使得场景中微光照区域的像素可以选择性地路由至倍增通道输出,而强光照区域的像素会路由至非倍增通道输出,有了这种场景内可切换增益特性,两种输出的信号重新组合,实现高动态成像。同时为了实现器件在强光应用场合的抗光晕功能,器件像元区域采用了纵向抗晕设计,抗晕倍数为200倍,基于此类器件制作的相机能够恰当地在暗视场中呈现明亮的图像。
  • 图  1  器件整体架构及版图

    Figure  1.  Block diagram and layout of the device

    图  2  非倍增/倍增双通道选通结构示意图

    Figure  2.  Routing process of the non-multiplying and multiplying channels

    图  3  器件工作原理框图

    Figure  3.  Flow chart of the device working principle

    图  4  浮置栅放大器以及浮置扩散放大器结构示意图

    Figure  4.  Diagram of the floating gate amplifier and floating diffusion amplifier

    图  5  浮置栅放大器版图

    Figure  5.  Layout of the floating gate amplifier

    图  6  光生电荷通过非破坏性浮置栅放大器传输

    Figure  6.  Process and timing diagram of signal transfering through the floating gate amplifier

    图  7  输出选通栅H2SW2、H2SW3版图

    Figure  7.  Layout of the routing gate H2SW2 and H2SW3

    图  8  像元架构及版图

    Figure  8.  Structure and layout of the pixel

    图  9  昼夜兼容EMCCD的晶圆

    Figure  9.  Wafer of the day and night EMCCD

    图  10  制冷封装的昼夜兼容EMCCD

    Figure  10.  Peltier pack of the day and night EMCCD

    图  11  浮置栅放大器性能测试

    Figure  11.  Performance of the floating gate amplifier

    图  12  图像融合效果

    Figure  12.  Images of the intra-scene switchable gain

    图  13  器件抗晕性能测试

    Figure  13.  Anti-blooming performance of the device

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出版历程
  • 收稿日期:  2021-12-13
  • 修回日期:  2022-03-18
  • 刊出日期:  2023-03-20

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