RU2324256C1 - Электронно-чувствительная матрица с переносом заряда для электронно-оптических преобразователей (варианты) - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области производства электронно-оптических приборов, а именно к области производства электронно-чувствительных матриц для электронно-оптических преобразователей (ЭОП), и может быть использовано при изготовлении указанных преобразователей. Технический результат заключается в создании конструкции ЭЧПЗС-матрицы, которая обеспечивает работоспособность ЭОП при таком расположении матрицы, когда она обращена к микроканальной пластине своей рабочей поверхностью. При этом ЭОП может работать при пониженном напряжении, прикладываемом между микроканальной пластиной и поверхностью ПЗС-матрицы, и, кроме того, уменьшается диаметр ЭОП. Этот результат достигается тем, что электронно-чувствительная матрица содержит систему электропроводящих островков, изолированных друг от друга слоем диэлектрика, который также покрыт электропроводящим слоем, не контактирующим с островками. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относится к области разработки и производства электронно-чувствительных матриц с переносом заряда для электронно-оптических преобразователей (ЭОП) и может быть использовано при изготовлении указанных приборов.

Известен матричный ПЗС, служащий для детектирования электронов после фотокатода или после микроканальной пластины (МКП) (Патент США 4760031 от 26 июля 1988 г.). Согласно известной конструкции матричный ПЗС с кадровым переносом, облучаемый электронами с обратной стороны, имеет на обратной стороне диоксид кремния толщиной 3 нм и металлическую пленку толщиной 10 нм с большей работой выхода, чем работа выхода в кремнии и диоксиде кремния. Пленка исключает захват неосновных носителей заряда и стабилизирует квантовую эффективность ПЗС.

Известны ЭОП, содержащие по крайней мере фотокатод и электронно-чувствительную матрицу с переносом заряда - ЭЧПЗС-матрицу (Патент США №4687922 от 18.08.1987 г.). Согласно известной конструкции ЭОП ЭЧПЗС-матрица обращена к фотокатоду обратной стороной, а на рабочей стороне сформированы элементы матрицы, обеспечивающие формирование и перенос зарядов. ЭОП работает следующим образом: при проектировании на фотокатод какого-либо изображения вылетающие с обратной стороны фотокатода электроны, ускоряясь приложенным электрическим полем, попадают на обратную сторону ПЗС-матрицы, рождают в результате ударной ионизации пары носителей заряда, которые диффундируют через объем матрицы к лицевой рабочей поверхности и формируют распределение зарядов в элементах, соответствующих изображению, попадающему на фотокатод. Ясно, что в этом случае возможно использование только ПЗС-матриц с кадровым переносом, в которых секция хранения экранирована от потока электронов. Наличие секции хранения приводит к увеличению геометрических размеров матрицы и ЭОП в целом. Кроме того, недостатком известной конструкции и способа ее изготовления является необходимость создания конструкции ПЗС-матрицы малой толщины. Это важно для уменьшения рекомбинационных потерь и сохранения разрешающей способности, что одновременно усложняет технологию изготовления ПЗС-матрицы и технологию посадки матрицы на металлокерамическое основание. Другой недостаток прототипа заключается в том, что при высоких значениях напряжения между электродом МКП и поверхностью ПЗС-матрицы возникает повышенный ионный ток, бомбардирующий фотокатод ЭОП, и паразитное рентгеновское излучение.

Техническим результатом изобретения является создание конструкции ЭЧПЗС-матрицы, которая обеспечит работоспособность ЭОП при таком расположении матрицы, когда она обращена к МКП своей рабочей поверхностью, а не обратной. В этом случае нет необходимости в утонении матрицы, упрощается технология посадки матрицы на основание корпуса и появляется возможность использовать конструкцию ПЗС-матрицы с межстрочным переносом, обладающую меньшими габаритами по сравнению с аналогичной конструкцией ПЗС-матрицы с кадровым переносом из-за отсутствия секции хранения заряда. Кроме того, техническим результатом является создание работоспособной конструкции, способной работать при пониженном напряжении, прикладываемом между микроканальной пластиной и поверхностью ПЗС-матрицы.

Для достижения указанного технического результата предложена конструкция электронно-чувствительной матрицы с переносом заряда для электронно-оптических преобразователей, содержащая систему элементов, сформированных на рабочей поверхности матрицы и содержащих диэлектрические и электропроводящие слои, отличающаяся тем, что поверхность элементов матрицы покрыта островками электропроводящих слоев, изолированных друг от друга слоем диэлектрика, причем этот слой диэлектрика также покрыт электропроводящим слоем, не контактирующим с электропроводящими островками, покрывающими элементы матрицы. Это позволяет максимально использовать площадь элементов и защищать разделяющий элементы диэлектрик от зарядки при облучении электронным пучком.

Другим вариантом решения является конструкция матрицы, у которой диэлектрические и электропроводящие слои покрывают только часть поверхности каждого элемента. Это позволяет дополнительно увеличить выходной ток ЭОП за счет умножения носителей в чувствительной области элемента.

Новизна предложенной конструкции матрицы заключается в том, что она содержит электропроводящий экран, не контактирующий с электропроводящими островками элементов матрицы и полностью экранирующий диэлектрические слои от паразитной зарядки электронным пучком. Такая конструкция позволяет реализовать конструкцию ЭОП с матрицей, обращенной к МКП своей рабочей поверхностью, что, в свою очередь, позволяет использовать матрицу с межстрочным переносом, уменьшить размеры ЭОП и упростить технологию изготовления и самой матрицы и ЭОП.

В дальнейшем изобретение рассмотрено с использованием конкретных примеров реализации.

На фиг.1 представлена схема элементов матрицы, сформированных в соответствии с предложенной конструкцией. Здесь 1 - кремниевая пластина, 2 - часть элемента, сформированная в приповерхностном слое пластины кремния, 3 - островки электропроводящих слоев, 4 - слои диэлектрика, изолирующие островки 3 друг от друга, 5 - электропроводящий слой, покрывающий слой диэлектрика.

На фиг.2 представлен другой вариант схемы элементов, сформированных в соответствии с предложенной конструкцией матрицы. Здесь позиции 1-5 те же, что и на фиг.1. Отличием является то, что диэлектрические и электропроводящие слои покрывают только часть поверхности каждого элемента, т.е. в каждом элементе имеется окно 6.

Было проработано несколько вариантов конструктивно-технологического исполнения матрицы: варианты, в которых р-п-переходы каждой ячейки закрыты металлической пленкой и непосредственное взаимодействие электронного пучка с поверхностью кремния отсутствует (фиг.1); варианты, предусматривающие непосредственное взаимодействие электронного пучка с поверхностью кремния, в котором имеет место ударная ионизация с последующим разделением рожденных пар полем р-п-перехода (фиг.2).

В основу всех этих вариантов были положены конструкция и технологический процесс изготовления ПЗС-матрицы с объемным каналом. В технологическом процессе отсутствует такая сложная технологическая операция, как утонение матрицы до толщины 10-15 мкм, что существенно упрощает технологию изготовления матрицы и увеличивает процент выхода годных.

В конкретном примере созданной ЭЧПЗС-матрицы размер ячейки одного элемента составляет 17×11 мкм. Все элементы покрыты островками алюминия с размерами 16×10 мкм и отделены друг от друга слоем диоксида кремния шириной 2 мкм. Слой диоксида кремния, в свою очередь, также покрыт слоем алюминия той же ширины, причем этот слой не контактирует с островками алюминия.

В другом варианте конструкции в ячейке каждого элемента были вскрыты «окна», размер которых составлял 6,8×5,3 мкм. В этом варианте ток сигнала возрастал в два-три раза.

Описанные матрицы являются матрицами с межстрочным переносом

Один раз в кадр на фазу электрода, соответствующую данному элементу накопления, приходит импульс считывания сигнального зарядового пакета из накопителя в регистр. Происходит параллельный перенос. Далее на фазы матричного регистра переноса поступают тактовые импульсы строчной частоты, происходит построчный перенос зарядов в выходной горизонтальный регистр. Скрытоканальный горизонтальный выходной ПЗС-регистр имеет два слоя поликремния и управляется двумя фазами.

Использование матриц с межстрочным переносом позволило на 20% уменьшить диаметр ЭОПа при том же числе элементов по сравнению с матрицей с кадровым переносом, используемой в прототипе. Это связано с тем, что в предложенном варианте отсутствует «секция хранения».

Кристаллы ЭЧПЗС формата 2/3 дюйма с числом элементов разложения 532×596 монтировались на металлокерамических основаниях ЭОП путем напайки обратной стороны матрицы на металлизированное основание. Технология монтажа матрицы на основание является достаточно простой.

Таким образом, были разработаны и изготовлены конструкции и топологии ЭЧПЗС-матриц с межстрочным переносом с количеством чувствительных элементов 532×596. Технологический маршрут изготовления прибора обеспечивает создание всех элементов прибора в одном технологическом цикле. Процент выхода годных при этом равен обычному проценту выхода годных при изготовлении ПЗС-матриц. Разработанные подобного рода матрицы не известны.

Claims (2)

1. Электронно-чувствительная матрица с переносом заряда для электронно-оптических преобразователей, содержащая систему элементов, сформированных на рабочей поверхности матрицы и содержащих диэлектрические и электропроводящие слои, отличающаяся тем, что поверхность элементов матрицы покрыта островками электропроводящих слоев, изолированных друг от друга слоем диэлектрика, причем этот слой диэлектрика также покрыт электропроводящим слоем, не контактирующим с электропроводящими островками, покрывающими элементы матрицы.

2. Электронно-чувствительная матрица с переносом заряда для электронно-оптических преобразователей, содержащая систему элементов, сформированных на рабочей поверхности матрицы и содержащих диэлектрические и электропроводящие слои, отличающаяся тем, что поверхность элементов матрицы покрыта островками электропроводящих слоев, изолированных друг от друга слоем диэлектрика, причем этот слой диэлектрика также покрыт электропроводящим слоем, не контактирующим с электропроводящими островками, причем диэлектрические и электропроводящие слои покрывают только часть поверхности каждого элемента.

Images