利用抗光晕通道倾泻电荷的帧转移EMCCD电子快门方法

针对帧转移结构电子倍增电荷耦合器件（EMCCD）对高速运动目标成像模糊、高亮度目标成像饱和且细节缺失的问题,提出了利用抗光晕通道倾泻多余电荷和外部时序控制的电子快门方法,通过帧转移时序将感光区电荷转移到与存储区相邻的抗光晕沟道进行倾泻,实现标准视频连续输出中1/25~1/1 000 s连续可调的电子快门,并推导了抗光晕漏极最大倾泻电流与光照强度之间的数学关系式;使用FPGA硬件图像处理消除了曝光时间缩短引起的漏光-拖尾（smear）效应;采用带有抗光晕结构的帧转移EMCCD开发了原理相机进行实验验证。结果表明,通过该方法控制电子快门可以有效降低旋转运动目标的成像模糊,并实现夜间的高动态范围夜视成像,显著提升图像细节。     

CCD纵向抗晕结构研究

建立了电荷耦合器件(CCD)纵向抗晕结构模型,运用半导体器件二维数值模拟软件MEDICI,对建立的纵向抗晕CCD器件模拟结构进行数值计算,并详细分析和讨论了衬底反偏电压、1PW层硼掺杂浓度、n型沟道磷掺杂浓度和TG转移栅下P杂质掺杂浓度等参数对CCD纵向抗晕能力的影响,得到了CCD纵向抗晕结构的一种优化结构.     

CCD纵向抗晕结构设计与优化

为了抑制CCD图像传感器在强光照射时出现光晕和弥散现象,建立了CCD纵向抗晕结构模型,运用半导体器件数值模拟软件MEDICI,对建立的纵向抗晕CCD器件结构进行数值计算。结果表明：1PW层杂质浓度越低,电势越高,则电子势垒越低,则导入衬底的过量载流子越多,对应的抗晕能力越强。得到了CCD纵向抗晕结构的一种优化结构。     

823×592元内线转移CCD图像传感器

采用三层多晶硅、埋沟、双层金属工艺研制了1/2英寸823×592、8.3μm×8.3 μm内线转移CCD,该器件设计制作了纵向抗晕结构,实现了内线转移器件光晕抑制.该器件水平驱动频率可达30 MHz,峰值响应波长位于550 nm,动态范围62.6 dB.     

CCD抗晕结构的设计和制作

强光照射时,CCD图像传感器摄取的图像中会出现光晕(blooming)和弥散(smear)现象,严重影响成像质量。文章介绍了一种能够抑制这些光晕现象的抗晕CCD,详细阐述了其抗晕结构的设计和制作方法,采用该方法制作的CCD能够达到500倍的抗晕能力。     

512×512元帧转移EMCCD图像传感器

采用埋沟、三层多晶硅、两次金属工艺,研制出正照EMCCD器件.器件的像元尺寸16μm×16μm.器件在-20℃下工作,读出频率10 MHz,倍增增益可达1000倍以上,探测灵敏度5×10-4 lx.     

1024×1024元帧转移纵向抗晕CCD图像传感器

帧转移电荷耦合器件(FTCCD)主要应用于可见光信号探测,其在强光应用场合容易出现光晕现象。针对该问题,研制了帧转移纵向抗晕CCD图像传感器,该器件阵列规模为1 024×1 024元,像素尺寸为12μm×12μm。为了实现纵向抗晕功能,采用了n型埋沟-鞍形p阱-n型衬底结构,纵向抗晕倍数为200倍,器件满阱电子数为大于等于200 ke^-,读出噪声小于等于80 e^-,动态范围大于等于2 000∶1。     

640×512帧转移EMCCD相机时序设计

为了实现640×512分辨率的EMCCD(Electron-Multiplying CCD)在1×10^-3 lx照度条件下25fps连续动态成像,设计了对应的相机。搭建了相机硬件平台,分析了EMCCD工作时序、AFE工作时序、BT.656编码和Camera Link编码时序。利用硬件描述语言在FPGA中产生了相应的驱动时序。实现了EMCCD曝光和读出控制,AFE相关双采样和光学暗电平钳位,模拟视频信号逐行变隔行和插值拉伸以及Camera Link协议的并串转换。通过实际测量和分析,相机在模拟夜天光1×10^-3 lx照度,EMCCD增益1000倍,镜头焦距25 mm,F1.4的条件下,能同时输出模拟视频和数字视频,成像帧率25 fps,信噪比21.8 d B。     

电子快门与CCD图像传感器抗晕的研究

为了抑制CCD图像传感器在强光照射时出现光晕和弥散现象,运用半导体器件数值模拟软件MEDICI,对建立的纵向抗晕CCD器件模拟结构进行数值计算,并分析1 PW层硼掺杂浓度参数对CCD纵向抗晕能力的影响,并对CCD纵向抗晕结构进行优化结构。而电子快门就是利用纵向抗晕的工作原理而发展的。     

中波1 280×1 024红外成像组件设计（特邀）

随着红外器件和成像技术的不断发展,各种夜视系统对百万像素的中波红外成像组件的需求越来越多。基于国产15 μm 1280×1024中波HgCdTe探测器,以探测器和杜瓦自身包络为基准,突破小体积、轻量化、一体化设计,研制出了紧凑型双FPGA处理平台的百万像素中波红外成像机芯组件,组件尺寸155 mm×95 mm×95 mm,质量为1400 g,支持SDI、Cameralink接口输出;在该平台上实现盲元替换、非均匀校正、降噪、细节增强、动态范围压缩、局部增强等实时图像处理算法,针对传统的红外成像算法提出了基于残差的非均匀校正算法与自适应局部增强算法,提升组件的成像性能。测试试验表明:组件实时输出分辨率为1280×1024像素的高质量低噪声的红外图像,噪声等效温差（NETD）<30 mK,组件满足高温60 ℃,低温?40 ℃工作要求,组件所采用的改进处理算法,最终输出图像提升明显。     

一种内线转移可见光CCD光电特性模拟分析

运用半导体二维数值模拟软件sentaurus TCAD,对内线转移可见光CCD积分过程、读出过程光敏区域电势变化规律进行了数值模拟研究,建立了sentaurus TCAD软件模拟内线转移CCD器件的仿真模型;对影响器件电荷容量、抗晕性能的纵向抗晕p阱浓度、结深进行了模拟分析,得出p阱浓度应控制在(2.5~5.5)×1016 cm-3,结深应控制在5.5~6.5μm的结论。     

一种内线转移可见光CCD弥散特性的模拟分析

运用半导体二维数值模拟软件sentaurus TCAD,对基于p型衬底制作的横向抗晕内线转移CCD的弥散特性进行了数值模拟研究,建立了sentaurus TCAD软件模拟横向抗晕内线转移CCD器件仿真模型,对影响器件弥散特性的光敏区n型区域、垂直CCD p阱进行了模拟分析.结果表明,光敏区n型区域注入能量控制在450～550 keV,垂直CCD p阱注入能量控制在200～600 keV,剂量控制在4.0×1012～8.0×1012 cm-2,器件弥散特性最佳.     

数字CCD摄像机抗纵向晕光驱动时序研究

分析了CCD摄像机纵向晕光的产生原因,提出了一种消除数字CCD摄像机高照度像素上半部分纵向晕光的垂直移位驱动时序设计方法。根据CCD电荷转移时序控制原理,在两帧间插入垂直移位驱动时序,可以清除前一帧产生的饱和电荷,由此可以消除高照度像素上半部分纵向光晕。在ICX205电路板上,测试了本文提出的抗光晕驱动时序,结果表明,所提出的方法可以成功清除高照度像素上半部分纵向光晕。研究结果已应用于智能交通监测。     

1 024×1 024 AlGaN紫外焦平面读出电路的超低功耗设计

提出了一种新型的超低功耗读出电路用于18 μm中心距1 024×1 024面阵规模的AlGaN紫外焦平面。为了实现低功耗设计紫外焦平面读出电路,采用了三种设计方法,包括:电容反馈跨阻放大器CTIA结构采用工作在亚阈值区的单端输入运算放大器,列像素源随缓冲器和电平移位电路共用同一个电流源负载以及列级缓冲器的分时尾电流源设计。由于像素单元内CTIA采用了单端输入运算放大器,在3.3 V供电电压下,每个像素单元最小工作电流仅8.5 nA。该读出电路设计了可调偏置电流电路使读出电路能得到更好的性能并基于SMIC 0.18 μm 1P6M混合信号工艺平台进行了设计制造。测试结果表明:由于采用了上述设计方法,整个芯片的功耗在2 MHz时钟8路输出模式下仅67.3 mW。     

TDI图像传感器横向抗晕栅极电压与满阱容量关系研究

时间延时积分CMOS图像传感器(TDI-CIS)具有优良的微光探测能力,可应用于航空探测及卫星遥感等领域。然而,在入射光强较强时,TDI-CIS容易出现光晕(Blooming)现象,影响观测效果。首先分析了光晕产生的机理;然后基于两种传统的抗晕结构,设计出一种具有沿垂直方向布局的长方形横向抗晕栅的TDI-CIS;通过成像实验发现横向抗晕栅极电压与抗晕效果及满阱容量(FWC)之间呈负相关关系;最后通过实验得到所设计TDI-CIS的最优抗晕栅极电压值为2.1V。     

CCD纵向溢出漏结构工艺仿真与实现

传统的电荷耦合器件(CCD)处于强光环境时,会产生光晕现象;纵向溢出漏结构的出现,满足了CCD在强光环境下的使用要求。通过对CCD的纵向溢出漏结构及其电势进行分析,发现抗晕势垒是纵向溢出漏结构能否实现抗晕功能的关键,决定了抗晕能力的强弱,而抗晕势垒受p阱注入剂量、埋沟注入剂量的影响。通过工艺仿真,确定了纵向溢出漏结构的p阱、埋沟工艺条件,根据仿真结果制造的纵向抗晕CCD抗晕能力大于100倍。     

10 μm 1 280 × 1 024 HgCdTe中波红外焦平面阵列探测性能提升

对像元尺寸为10 μm的1280×1024碲镉汞（HgCdTe）中波红外焦平面阵列的制备技术和性能进行了研究。通过B⁺注入制备小尺寸n-on-p平面结;采用高平整度HgCdTe外延材料和高精度的倒焊互连技术,实现高的电学连通率;采用多段温度填胶固化和边缘刻蚀工艺减轻HgCdTe器件和读出集成电路（ROICs）之间的热失配,从而降低焦平面器件失效率。在85 K焦平面工作温度下,研制探测器的光谱响应范围为3.67 μm至4.88 μm,有效像元率高达99.95%,并且探测器组件像元的平均噪声等效温差（NETD）和暗电流密度的平均值分别小于16 mK和2.1×10^-8 A/cm²。与像元尺寸为15 μm的探测器相比,10 μm的1280×1024中波红外探测器可获取更加精细的图像,具有更远的识别距离。目前,该技术已成功转移到浙江珏芯微电子有限公司（ZJM）的HgCdTe红外探测器产线。     

激光模拟对抗系统中光电检测电路抗饱和设计

为了解决激光模拟对抗系统中用光电池进行光信号检测的问题,提出通过改进电路设计消除强背景光与杂波干扰的方法,设计了抗饱和的光电转换电路;推出了光电池内部噪声公式,提出降低带宽来消除内部噪声的方法,设计了窄带滤波电路。在强背景光干扰的条件下实现了对频率为27.934 kHz的激光编码信号检测的实验。