專利名稱：一種扇形陣列探測器及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于探測器制造領域，特別是涉及一種以低陣元數探測器輸出高像素數圖像的探測器。
背景技術：
隨著探測器材料研制的不斷發(fā)展，探測器的制作工藝不斷進步，通過粒子注入、深槽刻蝕、激光刻蝕等先進工藝，使探測器結構設計中陣列規(guī)模不斷增大，陣列探測器輸出的像素數不斷增加，同時探測器的結構設計復雜、制作工藝難度大，使得大規(guī)模陣列探測器的成本居高不下，國內目前沒有獨立設計生產大規(guī)模陣列探測的能力，特備是紅外陣列探測器領域更是匱乏。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種能夠以低陣元數探測器輸出高像素數圖像的扇陣列探測器。為了達到上述目的，本發(fā)明采用了下述技術方案一種扇形陣列探測器，其結構從上至下為N型材料基底和注入硼離子產生的P型區(qū)構成的圓形PN結探測片，圓形PN結探測片外圓周及邊緣上有透明導電氧化物薄膜、在圓形PN結探測片上進行光刻產生的多個單一扇形探測陣元組成的陣列，扇形探測陣列表面及陣列間的縫隙中沉積有絕緣介質膜；在透明導電氧化物薄膜上焊接銅引腳，引出導線連接數據采集系統(tǒng)。2.如權利要求1所述的扇形陣列探測器，其特征在于，所述的N型材料基底為N型
多晶硅基底。3.如權利要求1所述的扇形陣列探測器，其特征在于，所述的透明導電氧化物薄膜為SiO膜。4.如權利要求1所述的扇形陣列探測器，其特征在于，所述的絕緣介質膜為Si3N4 絕緣介質膜。5. 一種制作權利要求1所述的扇形陣列探測器的方法，其特征在于，依次經過下列步驟1)采用正圓形N型材料作為基底，通過離子注入硼離子產生P型區(qū)，產生圓形PN 結探測片；2)采用LPCVD、濺射法或MOCVD法在圓形PN結探測片外圓周邊緣上沉積透明導電氧化物薄膜ZnO膜；3)采用光刻法對圓形PN結探測片光刻，在光刻的過程中，以圓形PN結探測片的圓心為中心，延半徑進行光刻，在透明導電氧化物薄膜ZnO膜上焊接銅引腳，使兩者形成歐姆接觸，引出導線連接數據采集系統(tǒng)；扇形陣列探測器通過高速快門和數據采集處理系統(tǒng)的配合，數據采集處理系統(tǒng)與扇形陣列紅外探測器實現單路模擬信號處理單元與扇形探測單陣元一一相連，每一個扇形探測陣元單獨使用一路擬信號處理單元。
6.根據權利要求5所述的扇形陣列探測器的制作方法，其特征在于，步驟3)所述的對圓形PN結探測片光刻的方式為以圓形PN結探測片的圓心為中心，在圓周上每1至 0. 1度延半徑進行光刻，共形成360至3600個單一扇形探測陣元組成的陣列。提高數據采集處理系統(tǒng)的采集速度或者降低快門的關閉速度來提高輸出圖像像素，提高數據采集速度與增加的輸出圖像像素數成正比關系，降低的快門關閉速度與增加的輸出圖像像素數也成正比關系。通過數據處理得到的圖像為圓形圖像，該圓形圖像的像素密度由圓形外周向圓心逐漸增大，在圓心附近的像素點具有尺寸微小密度巨大的特點。本發(fā)明涉及的探測器結構設計方法改變了以往傳統(tǒng)的點陣列或者面陣列的設計結構，采用了由圓心向四周發(fā)散的扇形放射狀陣列結構，通過該結構設計方法制作的探測器需要通過高速快門和高速數據采集處理系統(tǒng)的配合，實現高像素圖像輸出。扇形陣列探測器將輻射能轉換為電信號，高速快門控制通光孔徑的大小和閉合速度，為了減小探測時間延遲高速快門的完全閉合時間不低于0. 1秒，高速數據采集處理系統(tǒng)實現每秒鐘對扇形陣列探測器采樣250000次，最終實現較現有陣列探測器更高的圖像像素數、精細度、準確度的圖像輸出，可到達到十億數量級的像素數圖像輸出。


圖1為本發(fā)明所述陣扇形陣列探測器原理圖；圖2為本發(fā)明實施例1所述的扇形陣列探測器的結構圖；圖2中，A、Si3N4絕緣介質膜B、透明導電氧化物薄膜ZnO膜C、N型多晶硅基底D、注入硼離子的P型摻雜區(qū)E、單陣元扇形探測器的輻射探測面
具體實施例方式實施例1下面通過具體單一扇形陣元探測器的探測過程實例說明該發(fā)明實施方式。參見圖1中所示時間0、時間1、時間2、時間3、時間4、時間5、時間6、時間7，分別為高速數據采集處理系統(tǒng)的數據采集時間點。時間0中所示既為整個扇形陣列探測器的探測表面，箭頭所指區(qū)域為具體實例中單一扇形陣元的探測區(qū)域，外圓周為扇形探測器邊緣，此時高速數據采集處理系統(tǒng)采集到數據al是整片單一扇形探測陣元輸出的信號。時間1中所示外圓周為扇形探測器邊緣，內圓周為時間1時刻快門停留位置，通光孔徑為內圓部分，此時高速數據采集處理系統(tǒng)采集到數據a2是單一扇形探測陣元在通光孔徑內探測到得輻射量輸出的信號。a2_al = wl即為時間0到時間1由于快門閉合所遮蓋的扇形探測陣元測到得輻射量輸出的信號量。時間2中所示的內圓周為時間2時刻快門停留位置，通光孔徑為內圓部分，此時高速數據采集處理系統(tǒng)采集到數據a3是單一扇形探測陣元在通光孔徑內探測到得輻射量輸出的信號。a3_a2 = w2即為時間1到時間2由于快門閉合所遮蓋的扇形探測陣元測到得輻
射量輸出的信號量。時間3中所示的內圓周為時間3時刻快門停留位置，通光孔徑為內圓部分，此時高速數據采集處理系統(tǒng)采集到數據a4是單一扇形探測陣元在通光孔徑內探測到得輻射量輸出的信號。a4_a3 = w3即為時間2到時間3由于快門閉合所遮蓋的扇形探測陣元測到得輻射量輸出的信號量。時間4中所示的內圓周為時間4時刻快門停留位置，通光孔徑為內圓部分，此時高速數據采集處理系統(tǒng)采集到數據a5是單一扇形探測陣元在通光孔徑內探測到得輻射量輸出的信號。a5_a4 = w4即為時間3到時間4由于快門閉合所遮蓋的扇形探測陣元測到得輻
射量輸出的信號量。以此類推，隨著快門的關閉，在每一個高速數據采集處理系統(tǒng)采集的時間點采集到得數據都是上一次數據采集時間點到本次數據采集時間點由于快門閉合所遮蓋的部分扇形探測陣元測到得輻射量輸出的信號量。由圖一中最終數據所示當快門完全關閉，高速數據采集處理系統(tǒng)數據采集結束。 以360個單一扇形探測陣元組成的陣列，采集速度為每秒鐘250000次，快門完全關閉時間 0. 1秒為例，單一扇形探測陣元輸出的數據經過數據處理得到是共25000個數據組成的數據鏈，每一個數據對應的是將扇形探測陣元按半徑長度等分為25000份中的一份接收到輻射量。由此360個扇形探測陣元所探測到一共360乘以25000得到9000000，換言之可以得到9百萬像素的輸出圖像，目前的激光刻蝕技術可以達到每0. 1度進行一次光刻，這樣得到的是3600個扇形探測陣元，他所輸出的圖像可以達到9千萬像素。在此基礎上同樣可以依靠提高數據采集處理系統(tǒng)的采集速度或者降低快門的關閉速度來提高輸出圖像像素，提高數據采集速度與增加的輸出圖像像素數成正比關系，降低的快門關閉速度與增加的輸出圖像像素數也成正比關系。綜合運用上述方法可以使輸出圖像像素數到十億級數量。通過數據處理得到的圖像為圓形圖像，該圓形圖像的像素密度由圓形外周向圓心逐漸增大，在圓心附近的像素點具有尺寸微小密度巨大的特點。圖2所示的為本發(fā)明所述扇形陣列探測器中單陣元扇形探測器物理結構，箭頭A 所指區(qū)域為Si3N4絕緣介質膜，箭頭B所指區(qū)域為透明導電氧化物薄膜ZnO膜，箭頭C所指區(qū)域為N型多晶硅底片，箭頭D所指區(qū)域為注入硼離子的P型摻雜區(qū)，箭頭E所指區(qū)域為單陣元扇形探測器的輻射探測面。下面按照扇形陣列探測器的制作工藝順序詳細介紹如下首先對多晶硅底片進行外形雕刻，形成箭頭C所指的N型多晶硅底片區(qū)域。第二步采用離子注入在多晶硅底片的一面中注入硼離子，箭頭D所指的區(qū)域就是通過注入硼離子實現的P型摻雜區(qū)，從而形成PN結。離子注入操作工藝環(huán)節(jié)要求高，注入時間和其他具體操作要求由實際操作經驗得到。第三步采用LPCVD、濺射法或MOCVD法在圓形PN結外圓周邊緣上沉積透明導電氧化物薄膜ZnO膜。箭頭B所指區(qū)域為透明導電氧化物薄膜ZnO膜。第四步在圓面PN結上采用激光刻蝕技術將其扇形陣列化，在光刻的過程中，以圓形探測片的圓心為中心，在圓周上每0. 1度進行光刻，這樣共形成3600個單一扇形探測陣元組成的陣列，光刻深度的控制要求精確，刻蝕深度要求超過離子注入硼離子所形成P區(qū)深度，同時要求將透明導電氧化物薄膜ZnO膜刻穿。第五步采用PECVD法進行沉積Si3N4絕緣介質膜，圖2箭頭A所指的Si3N4絕緣介質膜區(qū)域的作用是正將各個扇形陣列相互絕緣。
最后在透明導電氧化物薄膜ZnO膜上焊接銅引腳，使兩者形成歐姆接觸，便是扇形陣列探測器的主要部分。
權利要求
1.一種扇形陣列探測器，其特征在于，其結構從上至下為N型材料基底和注入硼離子產生的P型區(qū)構成的圓形PN結探測片，圓形PN結探測片外圓周及邊緣上有透明導電氧化物薄膜、在圓形PN結探測片上進行光刻產生的多個單一扇形探測陣元組成的陣列，扇形探測陣列表面及陣列間的縫隙中沉積有絕緣介質膜；在透明導電氧化物薄膜上焊接銅引腳， 引出導線連接數據采集系統(tǒng)。
2.如權利要求1所述的扇形陣列探測器，其特征在于，所述的N型材料基底為N型多晶娃基底。
3.如權利要求1所述的扇形陣列探測器，其特征在于，所述的透明導電氧化物薄膜為 ZnO 膜。
4.如權利要求1所述的扇形陣列探測器，其特征在于，所述的絕緣介質膜為Si3N4絕緣介質膜。
5.一種制作權利要求1所述的扇形陣列探測器的方法，其特征在于，依次經過下列步驟1)采用正圓形N型材料作為基底，通過離子注入硼離子產生P型區(qū)，產生圓形PN結探測片；2)采用LPCVD、濺射法或MOCVD法在圓形PN結探測片外圓周邊緣上沉積透明導電氧化物薄膜ZnO膜；3)采用光刻法對圓形PN結探測片光刻，在光刻的過程中，以圓形PN結探測片的圓心為中心，延半徑進行光刻，在透明導電氧化物薄膜ZnO膜上焊接銅引腳，使兩者形成歐姆接觸，引出導線連接數據采集系統(tǒng)；扇形陣列探測器通過高速快門和數據采集處理系統(tǒng)的配合，數據采集處理系統(tǒng)與扇形陣列紅外探測器實現單路模擬信號處理單元與扇形探測單陣元一一相連，每一個扇形探測陣元單獨使用一路擬信號處理單元。
6.根據權利要求5所述的扇形陣列探測器的制作方法，其特征在于，步驟3)所述的對圓形PN結探測片光刻的方式為以圓形PN結探測片的圓心為中心，在圓周上每1至0. 1度延半徑進行光刻，共形成360至3600個單一扇形探測陣元組成的陣列。
全文摘要
一種扇形陣列探測器及其制作方法，屬于探測器制造領域。其結構為由N型材料基底和注入硼離子產生的P型區(qū)構成的圓形PN結探測片，圓形PN結探測片外圓周及邊緣上有透明導電氧化物薄膜、在圓形PN結探測片上進行光刻產生的多個單一扇形探測陣元組成的陣列，扇形探測陣列表面及陣列間的縫隙中沉積有絕緣介質膜；在透明導電氧化物薄膜上焊接銅引腳，引出導線連接數據采集系統(tǒng)。能夠以低陣元數探測陣列輸出高像素數圖像，該扇形陣列探測器的結構設計方法可以應用于大規(guī)模陣列探測的制造中，在可見光CCD探測器和紅外CCD、紅外熱像焦平面陣列探測器、測溫探測器領域有著廣泛的應用前景。本發(fā)明大幅降低探測器制造成本，提高探測精確度。
文檔編號H01L27/146GK102157530SQ201010586098
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權日2010年12月14日
發(fā)明者姜嘯宇, 張岷, 樊秀梅, 王樹雨, 王茂榮, 申風婷, 鐘聲, 閆富榮, 魏臻 申請人:天津理工大學