CN111540760B - 一种成像均匀的tdiccd图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种成像均匀的TDICCD图像传感器，包括TDICCD阵列，所述TDICCD阵列包括若干像元结构，每个所述像元结构均包括衬底和设置在所述衬底上的垂直CCD结构，所述垂直CCD结构用于传输光生信号，两个相邻的垂直CCD结构之间设有抗晕结构；所述垂直CCD结构包括第一垂直CCD驱动相、第二垂直CCD驱动相、第三垂直CCD驱动相和第四垂直CCD驱动相，两个相邻的第四垂直CCD驱动相之间设有阻挡势垒结构，所述阻挡势垒结构围设在所述抗晕结构的四周；所述衬底和垂直结构之间设有非均匀注入埋沟结构，防止光晕现象产生的同时又能有效防止漏电通道的产生，使得TDICCD能够均匀成像。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种成像均匀的TDICCD图像传感器。
背景技术
TDICCD技术作为CCD技术的重要分支，在卫星应用领域的优势明显，因其能够提高光响应灵敏度和信噪比、消除像移、通过选择TDI级数改变曝光时间等功能，已广泛用于航空航天遥感和高空侦察，是星载、机载作为图像获取和目标识别的核心器件，目前世界各国在轨运行和在研的遥感卫星侦察相机和航空侦察相机大都采用TDICCD。
但TDICCD在实际应用中受到强光照射时，会出现光晕现象，即在成像的图像中存在亮点，在显示屏上出现一白色区域并向周围扩展，进而出现柱状或者线状白道的现象，这就要求TDICCD具备抗晕结构，以此实现抗晕功能。抗晕结构由抗晕势垒和抗晕漏组成，但是由于抗晕漏的作用，TDICCD的级数选通关断栅区域下的抗晕势垒的高度将会被拉至高于级数选通关断栅的关断势垒相电势(约为0V)，从而使该区域出现一漏电通道，当该照射到该像元上的光照强度达到或者超过由该像元的抗晕势垒高度决定的像元满阱容量时，产生的过剩的光生信号一部分被抗晕漏抽走，则另一部分则会通过该漏电通道进入相邻的下一个像元，造成成像不均匀。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成像均匀、在成像过程中第四垂直CCD驱动相的级数能完全关断的TDICCD图像传感器。
为解决上述问题，本发明提供一种成像均匀的TDICCD图像传感器，包括TDICCD阵列，所述TDICCD阵列包括若干像元结构，每一所述像元结构均包括衬底和设置在所述衬底上的垂直CCD结构，所述垂直CCD结构用于传输光生信号，每两个相邻的垂直CCD结构之间设有抗晕结构，所述抗晕结构用于防止光晕现象的产生；每一所述垂直CCD结构包括第一垂直CCD驱动相、第二垂直CCD驱动相、第三垂直CCD驱动相和第四垂直CCD驱动相，每两个相邻的第四垂直CCD驱动相之间设有阻挡势垒结构，所述阻挡势垒结构围设在所述抗晕结构的四周，所述第四垂直CCD驱动相兼具级数选通关断功能，当第四垂直CCD驱动相偏置于一直流负电平时，所述第四垂直CCD驱动相形成一级数选通关断栅，使所述抗晕结构的抗晕势垒的电势等于级数选通关断栅的关断势垒相电势，以用于关断第四垂直CCD驱动相以上的光生信号；所述衬底和所述垂直CCD结构之间设有非均匀注入埋沟结构，所述非均匀注入埋沟结构用于储存和转移所述垂直CCD结构传输来的光生信号。
进一步的，所述抗晕结构包括抗晕势垒和抗晕漏，所述抗晕势垒位于所述抗晕漏的两侧，所述抗晕势垒用于决定像元结构的满阱容量。
进一步的，所述非均匀注入埋沟结构包括填充区域和空白区域，所述空白区域位于所述抗晕结构下方。
进一步的，所述第一垂直CCD驱动相、第二垂直CCD驱动相、第三垂直CCD驱动相和第四垂直CCD驱动相自上而下依次排列。
进一步的，所述非均匀注入埋沟结构与所述垂直CCD结构之间设有隔离层，所述隔离层用于隔离垂直CCD结构和所述非均匀注入埋沟结构。
本发明的有益效果：
1.通过在相邻的两个像元结构之间设置抗晕结构，对像元结构在成像时产生的过剩的光生信号抽走，避免生成的图像产生光晕，影响成像质量；
2.通过在相邻的两个第四垂直CCD驱动相之间设置阻挡势垒结构，来改善TDICCD图像传感器成像的均匀性，避免在抗晕漏电压的作用下使得抗晕结构区域产生漏电通道，使得过剩的光生信号从该漏电通道进入相邻的下一个像元；
3.通过设置非均匀注入埋沟结构，在空白区域不进行埋沟注入，以降低空白区域埋沟注入浓度来提高该区域的势垒高度，进一步避免在抗晕漏电压的作用下该区域的抗晕势垒高于第四垂直CCD驱动相的关断势垒，避免漏电通道的出现，使得生成的图像即无光晕又成像均匀。
附图说明
图1是本发明一种成像均匀的TDICCD图像传感器的较佳实施方式的结构示意图。
图2是图1所示TDICCD图像传感器A-A向的截面图。
图3是图1所示TDICCD图像传感器非均匀注入埋沟结构的示意图。
图4是图1所示TDICCD图像传感器A-A向在现有抗晕结构下的电势分布图。
图5是图1所示TDICCD图像传感器A-A向在阻挡势垒结构下的电势分布图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1所示，是本发明一种成像均匀的TDICCD图像传感器的较佳实施方式的结构示意图。所述TDICCD图像传感器包括TDICCD阵列1，所述TDICCD阵列1包括若干像元结构10，每个像元结构10均匀排列，所述像元结构10上的感光区(图中未示出)感光后产生光生信号，并在各像元结构10中依次传输至后续结构中进行处理，最终实现成像。
如图2所示，每一所述像元结构10均包括衬底101和设置在所述衬底101上的垂直CCD结构102，所述衬底101外接电源，为TDICCD图像传感器提供工作电源。所述垂直CCD结构102用于传输光生信号。
每一所述垂直CCD结构102包括第一垂直CCD驱动相CI1、第二垂直CCD驱动相CI2、第三垂直CCD驱动相CI3和第四垂直CCD驱动相CI4，所述第一垂直CCD驱动相CI1、第二垂直CCD驱动相CI2、第三垂直CCD驱动相CI3和第四垂直CCD驱动相CI4自上而下依次排列。光生信号由第一垂直CCD驱动相CI1依次向第四垂直CCD驱动相CI4传递，实现光生信号的传输，以完成TDICCD图像传感器的成像。
每两个相邻的垂直CCD结构102之间设有抗晕结构103，所述抗晕结构103用于防止光晕现象的产生，提高TDICCD图像传感器的成像质量。所述抗晕结构103包括抗晕势垒1031和抗晕漏1032，所述抗晕势垒1031位于所述抗晕漏1302的两侧，所述抗晕势垒1031的大小决定该像元结构10的满阱容量，所述抗晕漏1032用于抽走垂直CCD结构102上过剩的光生信号并将其引入衬底101，阻止过剩的光生信号向相邻的像元结构10溢出，避免光晕现象的产生影响成像质量。
每两个相邻的第四垂直CCD驱动相CI4之间设有阻挡势垒结构104，所述阻挡势垒结构104围设在所述抗晕结构103的四周，所述阻挡势垒结构104用于关断该垂直CCD结构102上的光生信号，使得该该垂直CCD结构102的第一垂直CCD驱动相CI1、第二垂直CCD驱动相CI2和第三垂直CCD驱动相CI3上的光生信号被关断，不能进入相邻的像元结构10中，以改善TDICCD图像传感器成像的均匀性。
所述衬底101和所述垂直CCD结构102之间设有非均匀注入埋沟结构105，所述非均匀注入埋沟结构105用于储存和转移所述垂直CCD结构102传输来的光生信号，避免表面态效应的产生，提高TDICCD图像传感器的工作效率。
所述非均匀注入埋沟结构105与所述垂直CCD结构102之间设有隔离层106，所述隔离层106用于隔离垂直CCD结构102和非均匀注入埋沟结构105，以避免各结构间信号的相互影响，所述隔离层106为SiO2隔离层。
如图3所示，所述非均匀注入埋沟结构105包括填充区域1051和空白区域1052，所述空白区域1052位于所述抗晕结构103下方。所述空白区域1051不进行埋沟注入，以此降低所述空白区域1052的埋沟注入浓度进而提高该区域的势垒高度，进一步改善TDICCD图像传感器成像的均匀性。
本发明的工作原理：
所述第四垂直CCD驱动相CI4兼具级数选通关断功能，当任一所述像元结构10上的第四垂直CCD驱动相CI4偏置在某一直流负电平时，该第四垂直CCD驱动相CI4即为级数选通关断栅CSSx_Bi，此时级数选通关断栅CSSx_Bi以上(即第一垂直CCD驱动相CI1、第二垂直CCD驱动相CI2和第三垂直CCD驱动相CI3)的光生信号被关断，理论上这些光生信号不应进入该级数选通关断栅CSSx_Bi以下(即相邻的像元结构10)的区域，使得TDICCD图像传感器能够均匀成像。
如图4所述，在现有的抗晕结构103下，由于抗晕漏1032的作用，级数选通关断栅CSSx_Bi区域下的抗晕势垒1031的高度被拉至高于级数选通关断栅CSSx_Bi的关断势垒的高度，即抗晕势垒1031的电势V1大于级数选通关断栅CSSx_Bi的关断势垒相电势V2(即0V)，从而使得该区域成为信号电荷的漏电通道107。当级数选通关断栅CSSx_Bi以上的像元一旦因强光达到或超过由抗晕势垒1031的高度决定的像元满阱容量时，产生的过剩的光生信号一部分通过抗晕漏1032抽走流入衬底101，另一部分通过级数选通关断栅CSSx_Bi下存在的漏电通道107进入与级数选通关断栅CSSx_Bi相邻的下一个像元，其表象为在级数选通关断栅CSSx_Bi处于关断直流负电平时，当光强达到接近饱和时，本应被关断区域的信号电荷就会通过这个漏电通道107灌入所选级数区域，级数关断不彻底，造成图像成像不均匀。
如图5所示，在抗晕结构103的四周设置阻挡势垒结构104，此时抗晕势垒1031的电势V1等于级数选通关断栅CSSx_Bi的关断势垒相电势V2，避免了漏电通道107的产生，使级数选通关断栅CSSx_Bi以上的光生信号被完全关断，无法进入相邻的像元，以实现TDICCD图像传感器的均匀成像。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。以上仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明的专利保护范围之内。
Claims (5)
1.一种成像均匀的TDICCD图像传感器，包括TDICCD阵列，所述TDICCD阵列包括若干像元结构，每一所述像元结构均包括衬底和设置在所述衬底上的垂直CCD结构，所述垂直CCD结构用于传输光生信号，其特征在于：每两个相邻的垂直CCD结构之间设有抗晕结构，所述抗晕结构用于防止光晕现象的产生；每一所述垂直CCD结构包括第一垂直CCD驱动相、第二垂直CCD驱动相、第三垂直CCD驱动相和第四垂直CCD驱动相，每两个相邻的第四垂直CCD驱动相之间设有阻挡势垒结构，所述阻挡势垒结构围设在所述抗晕结构的四周，所述第四垂直CCD驱动相兼具级数选通关断功能，当第四垂直CCD驱动相偏置于一直流负电平时，所述第四垂直CCD驱动相形成一级数选通关断栅，使所述抗晕结构的抗晕势垒的电势等于级数选通关断栅的关断势垒相电势，以用于关断第四垂直CCD驱动相以上的光生信号；所述衬底和所述垂直CCD结构之间设有非均匀注入埋沟结构，所述非均匀注入埋沟结构用于储存和转移所述垂直CCD结构传输来的光生信号。
2.根据权利要求1所述的一种成像均匀的TDICCD图像传感器，其特征在于：所述抗晕结构包括抗晕势垒和抗晕漏，所述抗晕势垒位于所述抗晕漏的两侧，所述抗晕势垒用于决定像元结构的满阱容量。
3.根据权利要求1所述的一种成像均匀的TDICCD图像传感器，其特征在于：所述非均匀注入埋沟结构包括填充区域和空白区域，所述空白区域位于所述抗晕结构下方。
4.根据权利要求1所述的一种成像均匀的TDICCD图像传感器，其特征在于：所述第一垂直CCD驱动相、第二垂直CCD驱动相、第三垂直CCD驱动相和第四垂直CCD驱动相自上而下依次排列。
5.根据权利要求1所述的一种成像均匀的TDICCD图像传感器，其特征在于：所述非均匀注入埋沟结构与所述垂直CCD结构之间设有隔离层，所述隔离层用于隔离垂直CCD结构和非均匀注入埋沟结构。
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