圖 1：背照式 CCD。頂部：具有常規(guī)深度耗盡層的 CCD。底部：具有深耗盡層的 CCD。

不同科學(xué) CCD 類型的定量比較

概述

自1969年電荷耦合器件 (CCD) 技術(shù)發(fā)明以來，其從NIR 到電磁波譜 X 射線區(qū)域的擴展靈敏度已在各種應(yīng)用領(lǐng)域(例如天文學(xué)、玻色-愛因斯坦凝聚、熒光成像、光度測定、等離子體研究、拉曼光譜和 X 射線成像)。

由于其結(jié)構(gòu)的獨特特性，CCD 對于在軟 X 射線到 VUV 范圍內(nèi)執(zhí)行的成像和光譜學(xué)特別有用。然而，由于CCD 外延光子吸收層(耗盡層)上方的材料對紫外輻射有很強的吸收作用，因此確保耗盡層上方的任何層盡可能薄非常重要。

隨著EUV 光刻(下一代半導(dǎo)體制造工藝)等先進應(yīng)用在科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域不斷受到關(guān)注，對在軟 X 射線到 VUV 能量范圍內(nèi)極其穩(wěn)定和靈敏的成像工具的需求不斷增加。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，特殊增強工藝和其他不帶增透膜的背照式 CCD 現(xiàn)在可在軟 X 射線到 VUV 范圍內(nèi)提供前所未有的靈敏度。

本文件介紹了幾種類型 CCD 的量子效率：(1) 標(biāo)準(zhǔn)工藝背照式 CCD; (2) 增強處理、背照式 CCD; (3) 深耗盡、背照式 CCD; (4) 深耗盡、前照式 CCD。軟 X 射線到 VUV 能量范圍內(nèi)的靈敏度差異很明顯。

比較：橫截面和耗盡深度

圖 1 顯示了兩種背照式 CCD 類型的示意性橫截面，一種采用常規(guī)深度耗盡層，另一種采用深耗盡層。每張圖都說明了耗盡區(qū)和場之間的差異。硅中的自由區(qū)。耗盡區(qū)中產(chǎn)生的電子就是它們產(chǎn)生的地方。無場區(qū)域中產(chǎn)生的電子將擴散，直到進入耗盡區(qū)域，此時它們將被其下方的像素捕獲。還應(yīng)該指出的是，一般來說，抗反射涂層會對 CCD 檢測軟 X 射線的能力產(chǎn)生不利影響。

表 1 顯示了各種背照式 CCD 類型的典型整體硅厚度、無場區(qū)域厚度和耗盡區(qū)域厚度。請注意增強處理設(shè)備，它在 100 eV 至 250 eV 能量范圍內(nèi)提供迄今為止最高的 CCD 靈敏度。

表 1：各種背照式 CCD 類型的近似耗盡深度和無場區(qū)域厚度。

圖 2 是前照式深耗盡 CCD的橫截面示意圖。請注意，X 射線通過柵電極進入 CCD 。低能光子被柵極結(jié)構(gòu)吸收，不會到達敏感硅。

圖 2：具有深耗盡層的前照式 CCD。

表 2 顯示了前照式深耗盡 CCD的典型整體硅厚度、無場區(qū)域厚度和耗盡區(qū)域厚度。請注意，該設(shè)備可與鈹窗一起使用，以改善軟 X 射線透射率。 (鈹窗也可與背照式 CCD 一起使用。)

表 2：前照式深耗盡 CCD 的近似耗盡深度和無場區(qū)域厚度。

比較：量子效率

圖 3 顯示了不同類型科學(xué) CCD 在 0.1 eV 至 30 keV 能量范圍內(nèi)的QE 響應(yīng)。特別要注意的是，增強工藝背照式 CCD提供了 100 eV 至 250 eV 之間的更高量子效率。

圖 3：各種科學(xué) CCD 類型的 QE 響應(yīng)。

上述數(shù)據(jù)對于選擇正確的 CCD 類型以滿足應(yīng)用的靈敏度要求至關(guān)重要。
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審核編輯 黃宇