紫外摄像机的介绍及其应用

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1、紫外摄像机的介绍及其应用[热点技术]阅读数：585录入人：admin日期：2008-6-514:35:43 新型紫外技术是继激光探测技术和红外探测技术之后发展起来的又一新型探测技术。因此，紫外摄像机的开发研究对于现代国防和人民生活都有着极其重要的意义。早在50年代，人们即开始了对紫外探测技术的研究，因为它在医学、生物学等领域有着广泛地应用。但是，由于电子器件的灵敏度低，一直未能很好地发展。直到90年代，日本开发出雪崩倍增靶（HARP）摄像管、使得紫外摄像器件获得了较高的灵敏度和较合适的光谱范围，因此而

2、获得广泛地应用。但HARP靶摄像管本身体积大、功耗大、工作电压高，所以由它组装的紫外成像系统的体积也较大，而且功耗和成本高，因此限制了紫外成像系统的应用。基于这种情况，在紫外探测技术领域，人们一直在开发和研究能满足应用需要的固体紫外摄像器件，现已取得了成功，目前已应用有紫外CCD摄像机与GaN基紫外摄像机。近几年，固体紫外摄像器件在皮肤病诊断方面有着独特的应用效果。如在检测诊断皮肤病时可直接看到病变细节，并可用它来检测癌细胞、微生物、血色素、白血球、红血球、细胞核等，其检测不但迅速、准确，而且直观、清

3、楚。在军事上，它主要用于紫外告警、紫外通讯、紫外/红外复合制导和导弹跟踪以及监视天空、研究远距离星体等方面。由于紫外光的波长比可见光短，因而它又叫做“黑光”，因为它可以引起某些材料在黑暗中发光。因此，这种紫外摄像机除在军事与医学领域很有用外，它还在公安刑侦、纸币与证件等防伪检测等方面均有很好地应用（研究曾在纸币防伪中应用)。下面就介绍一下目前已应用的两种紫外摄像机，它们的工作原理、特点及应用，以及紫外探测与成像应注意研究的几个关键技术问题等。一、紫外CCD摄像机1、紫外CCD一般紫外辐射的波长范围为1

4、00nm～380nm，而常用的硅衬底的CCD是接收不到的，因为它的波长范围为400nm～1100nm。由于CCD是MOS型结构器件，SiO2栅介质和多晶硅（Poly－Si）栅对紫外（UV）光子均有较高的吸收系数。因此，CCD用于UV光子的探测是非常困难的，因为UV光子几乎不能到达硅衬底。为了避免UV光子在CCD表面多层结构中被吸收，目前采用以下的方法:    在CCD表面淀积一层对UV光子敏感的磷光物质，并通过适当选择磷光物质，将紫外信息转换成与CCD光谱响应相对应的波长。这种磷光物质可以选择晕苯。当

5、用波长小于380nm的紫外辐射激发时，晕苯即发出荧光，其波长在可见光谱的绿光波段，峰值接近500nm。因此，CCD可以接收，它在覆盖晕苯(即在CCD表面淀积一层磷光体)前后的光谱响应如图1所示。采用深耗尽CCD方法。即采用轻掺杂、高电阻率衬底，使CCD栅下的耗尽区扩展至硅片背面，由背面入射的UV光子产生的电子被耗尽区中的电场扫进正面。这种深耗尽CCD方法不仅避免了多晶栅的吸收，而且避免了常规掺杂浓度背照CCD必须的减薄。这种耗尽方法的另一优点是硅片后的高温工序可以进行，并可获得各种各样的钝化结构。  

6、 图1 CCD光谱响应图图2给出深耗尽CCD的剖面结构。背面注入的P＋层可通过降低器件暗电流和增加量子效率来改善CCD背面的特性。这种深耗尽CCD衬底的厚度大约为150μm。深耗尽CCD方法的缺点是暗电流大，暗电流随空间电荷区的体积线性增加。在室温时暗电流较大，但暗电流将随温度的降低显著下降。对大多数学科的UV应用来说，都很容易实现致冷，因而暗电流不再是一个问题。   图2 亮电阻率衬底深耗尽CCD的剖面图         由于硅在200～400nm波段内的吸收深度小，因此在紫外波段内进行成像比较困难

7、，但现在人们已经找到能够达到良好紫外响应的许多方法。因此，紫外CCD是将硅CCD减薄后涂荧光物质把紫外光耦合进器件，它可使器件具有在波长从真空紫外到近红外波段摄像力。 而Photometrics公司采用在正面照射的CCD上加一层薄薄的发光转换涂料的方法，这层涂料能把紫外辐射转换成普通CCD能够响应的中等波长的可见光，而不需要对硅本身作专门的处理。在这种情况下，正面照射的CCD在200～400nm的波段内可到20％的量子效率。如再经过适当背面注入处理，涂有特制抗反射涂料并且具有深耗尽层的背面照射CCD，

8、在200～400nm波段内可达到50％以上的量子效率。在喷气推进实验中，首次推出的金属闪光栅可用来代替背照射CCD的注入后经退火的背面。 另一种方法是在薄型CCD背面放置一发光层，这同正面照射方法相似，但量子效率却比较高。2、紫外BTCCD日本滨松公司在1998年，开发成功了新型紫外固体摄像器件——薄型背照式电荷耦合器件（即BackThinnedChargeCoupledDevice，简称BTCCD），由于采用了特殊的制造工艺和特殊的锁相技术，该BTCC