一种宽波段硅基红外探测芯片及成像系统

本发明涉及传感探测领域，特别是涉及一种宽波段硅基红外探测芯片及成像系统。

背景技术：

1、红外探测器(也称红外传感器)是感知与获取目标图像信息的核心器件，具有空间识别度高、全天候工作以及适用于恶劣天气等特点，在国家重大需求和国民经济发展诸多领域具有重要的应用价值。基于铟镓砷的短波红外探测技术经过几十年的发展，国内外已广泛应用于军事领域。美国teledyne imaging公司、日本sony公司和以色列scd公司相继建立了铟镓砷红外探测器研发线。我国从事铟镓砷红外探测器研制的单位包括中国电子科技集团公司第四十四研究所、中科院上海技术物理研究所等，相继在320x240、640x512等规格上取得了突破，相关成像组件已服务于航天和航天工程领域。

2、但是，上述现有技术中铟镓砷材料的外延制备方法昂贵，且与硅基cmos工艺不兼容，难以满足民用领域的低成本要求。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种宽波段硅基红外探测芯片及成像系统，以降低红外探测成本。

2、因此，本发明的技术方案是：

3、根据本发明的第一方面，提供一种宽波段硅基红外探测芯片，宽波段硅基红外探测芯片为阵列器件，所述阵列器件包括多个单元器件，所述单元器件设置在n阱中，其包括超材料红外聚焦结构、光波传输结构、肖特基光电转换结构和电流传输结构；

4、所述超材料红外聚焦结构包括分形天线金属层、介质层、红外吸收薄膜与位于红外吸收薄膜外圈的第一接触孔，探测物体发出的红外光波通过分形天线进行电磁接收与聚集，并将接收到的红外光波能量局域于分形天线的中心处；

5、所述光波传输结构包括介质层和位于分形天线中心的第二接触孔，其中第二接触孔与介质层形成光波波导传输结构，将局域于分形天线中心的红外光波传输至红外吸收薄膜；

6、所述肖特基光电转换结构包括硅衬底、红外吸收薄膜、p型有源区和n型有源区，其中红外吸收薄膜用于吸收红外光波产生光电子，光电子通过肖特基势垒转换成光电流从器件的p型、n型有源区流出；

7、所述电流传输结构包括p型有源区、n型有源区、第一接触孔和第三接触孔，所述第一接触孔与p型有源区连接，所述第三接触孔与n型有源区连接，将p型、n型有源区电流导入到天线所在金属层的其他区域。

8、进一步地，所述红外吸收薄膜为硅化钴、硅化铂、硅化镍等硅化物材料。

9、进一步地，所述有源区包括n型有源区与p型有源区，所述p型有源区设置在红外吸收薄膜外圈并将其包围，p型有源区的左右两侧均设置一个n型有源区。

10、进一步地，所述第一接触孔须同时与红外吸收薄膜、p型有源区进行电接触。

11、进一步地，所述述单元器件的n阱外须设置有一个保护环。

12、进一步地，所述分形天线结构包括对数周期偶极子结构、方形生长式分形结构、树状分形偶极子结构、分形环结构等。

13、进一步地，所述宽波段硅基红外探测芯片的多个单元器件在金属层进行电连接处理时，须避开分形天线的上方区域，不能遮盖分形天线的结构。

14、根据本发明的第二方面，提供一种成像系统，包括如上所述的宽波段硅基红外探测芯片、读出电路模块、图像处理模块和显示模块；

15、宽波段硅基红外探测芯片，用于接收到偏压信号后，采集接收需要探测物体发出的红外光波，输出光电流信号。

16、所述读出电路模块，与所述宽波段硅基红外探测芯片的每个探测单元器件分别连接，用于：接收每个探测单元器件探测到的光电流信号，并进行信号滤波与放大。与所述图像处理模块连接，用于：将经处理后的光电流信号，输入到图像处理模块；接收图像处理模块发出的偏压指令，并对压指令进行偏压调理后，传输至所述宽波段硅基红外探测芯片。

17、所述图像处理模块，与所述读出电路模块、显示模块连接，用于：对所述读出电路模块的输出模拟信号进行模数转换处理，得到探测物体的视频信号，传输至显示模块；生成偏压指令，并将所述偏压指令输入到读出电路模块。

18、所述显示模块，与所述图像处理模块连接，用于：接收所述视频信号，并根据所述视频信号实时显示探测到的红外图像信号。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

20、本发明中的宽波段硅基红外探测芯片，其制程摈弃昂贵的红外吸收材料后，可与标准硅基cmos工艺具有良好的兼容性，制备工艺具有均一性好、重复性高等优势，为大面阵和规模化发展方向提供了标准工艺保障，为民用领域的低成本应用带来了新机遇。

技术特征：

1.一种宽波段硅基红外探测芯片，其特征在于，所述宽波段硅基红外探测芯片为阵列器件，所述阵列器件包括多个单元器件，所述单元器件设置在n阱中，其包括超材料红外聚焦结构、光波传输结构、肖特基光电转换结构和电流传输结构；

2.根据权利要求1所述的宽波段硅基红外探测芯片，其特征在于，所述红外吸收薄膜为硅化钴、硅化铂、硅化镍等硅化物材料。

3.根据权利要求1或2所述的宽波段硅基红外探测芯片，其特征在于，所述有源区包括n型有源区与p型有源区，所述p型有源区设置在红外吸收薄膜外圈并将其包围，p型有源区的左右两侧均设置一个n型有源区。

4.根据权利要求1所述的宽波段硅基红外探测芯片，其特征在于，所述第一接触孔须同时与红外吸收薄膜、p型有源区进行电接触。

5.根据权利要求1所述的宽波段硅基红外探测芯片，其特征在于，所述单元器件的n阱外须设置有一个保护环。

6.根据权利要求1所述的分形天线，其特征在于，所述分形天线结构包括对数周期偶极子结构、方形生长式分形结构、树状分形偶极子结构、分形环结构等。

7.根据权利要求1所述的宽波段硅基红外探测芯片，其特征在于，所述宽波段硅基红外探测芯片的多个单元器件在金属层进行电连接处理时，须避开分形天线的上方区域，不能遮盖分形天线的结构。

8.一种成像系统，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的宽波段硅基红外探测芯片、读出电路模块、图像处理模块和显示模块。

技术总结
本发明公开了一种宽波段硅基红外探测芯片及成像系统，所述宽波段硅基红外探测芯片为阵列器件，所述阵列器件包括多个单元器件，所述单元器件设置在N阱中，其包括超材料红外聚焦结构、光波传输结构、肖特基光电转换结构和电流传输结构。本发明中的宽波段硅基红外探测芯片，其制程摈弃昂贵的红外吸收材料后，可与标准硅基CMOS工艺具有良好的兼容性，制备工艺具有均一性好、重复性高等优势，为大面阵和规模化方向发展提供了标准工艺保障，为民用领域的低成本应用带来了新机遇。

技术研发人员：邵丽,陈惠,史浩飞,汤林龙,伍俊,于乐泳
受保护的技术使用者：中国科学院重庆绿色智能技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13