本文设计制作了一款阵列规模为 1024×1024元、像元尺寸为 10 .m×10 .m的昼夜兼容成像 EMCCD(electron multiplying charge coupled device), 该器件包含国内首次制作的浮置栅放大器, 该放大器电荷转换因子(Charge to voltage factor, CVF)为 3.57 .V/e－, 满阱 55ke－, 能够非破坏性判断信号强度。该功能使得场景中微光照区域的像素可以选择性地路由至倍增通道输出, 而强光照区域的像素会路由至非倍增通道输出, 有了这种场景内可切换增益特性, 两种输出的信号重新组合, 实现高动态成像。同时为了实现器件在强光应用场合的抗光晕功能, 器件像元区域采用了纵向抗晕设计, 抗晕倍数为 200倍, 基于此类器件制作的相机能够恰当地在暗视场中呈现明亮的图像。

设计制作了一款具有开窗功能的行间转移CCD, 其阵列规模为640×480元, 像素尺寸为7.4μm×7.4μm, 可在4种窗口分辨率, 即640×480元、228×480元、640×164元和228×164元下开窗工作, 具备单、双通道输出信号功能, 当器件窗口分辨率为228×164元、以双输出通道模式工作时, 帧频能够达到500f/s, 可以应用于高速目标识别领域。

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450~550keV, 垂直CCD p阱注入能量控制在200~600keV, 剂量控制在4.0×1012~8.0×1012cm-2, 器件弥散特性最佳。

为了实现对快速运动目标的跟踪成像或记录其快速变化的过程, 研制了一种高帧频64×64元蓝光响应增强CCD。该器件的存储区采用漏斗形结构以提高其工作频率, 光敏元采用多蓝光窗口来提高其蓝光响应, 衬底采用较高的电阻率50Ω·cm从而提高了其红光响应, 采用MPP技术来降低暗电流。器件的帧频为2000f/s, 在450~900nm波长范围的平均量子效率为45%, 动态范围达到15000∶1, 暗电流为30pA/cm2。

采用埋沟、三浌多晶硅、两次金属工仦,研制出正照 EMCCD器件。器件的像元尺寸 16 μm×16 μm。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。

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)×1016cm-3, 结深应控制在5.5~6.5μm的结论。