專(zhuān)利名稱(chēng)：對(duì)空間噪聲具有低敏感性的電磁輻射探測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁輻射探測(cè)裝置領(lǐng)域，其有利地應(yīng)用于基于輻射熱計(jì)或微輻射熱計(jì)的紅外輻射測(cè)量裝置，但本發(fā)明也涉及基于光電二極管或光電導(dǎo)體的電磁輻射測(cè)量裝置。 本發(fā)明使用范圍尤其涵蓋電子視網(wǎng)膜(也稱(chēng)為成像儀)的制造，其可由大量單元探測(cè)器 (elementary detector)形成。微輻射熱計(jì)是指其至少一個(gè)維度的尺寸是微米級(jí)的輻射熱計(jì)，尤其是指其制造用到微電子技術(shù)或微米技術(shù)和/或納米技術(shù)的輻射熱計(jì)。
背景技術(shù)：
用于偵測(cè)和成像電磁輻射的最先進(jìn)的探測(cè)裝置使用在至少一行和/或至少一列上排列的單元探測(cè)器矩陣。由各種照準(zhǔn)儀(diopter)組合構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)一般插在想要偵測(cè)的輻射源與一個(gè)包含這些單元探測(cè)器的平面之間。這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的作用是為了彎折入射射線以將它們聚焦在這些單元探測(cè)器上，以及在該偵測(cè)平面上再現(xiàn)該輻射源的圖像。因此，每個(gè)單元探測(cè)器同時(shí)接收表示電磁輻射數(shù)量的信息元素，其中該電磁輻射是由該裝置以特定入射角接收。 讀取該矩陣的各單元探測(cè)器傳送的信號(hào)使得可以重建該輻射源發(fā)射的電磁輻射的二維映射，稱(chēng)為圖像。為了讀取這些單元探測(cè)器傳送的信號(hào)，在此提供了具有數(shù)目與探測(cè)裝置上的單元探測(cè)器數(shù)目相同的信號(hào)輸入的電子線路。這個(gè)電子線路稱(chēng)為讀取電路，可由使用CMOS或 BICMOS微電子技術(shù)或使用CCD微電子技術(shù)的集成電路構(gòu)成。在本文的下面描述中，一個(gè)像素被定義為包括單個(gè)單元探測(cè)器和特定于該單元探測(cè)器的多個(gè)電氣組件，這些電氣組件將該單元探測(cè)器連接至該讀取電路。這些電氣組件可為互連線、電氣接線、開(kāi)關(guān)或阻抗匹配裝置。一個(gè)像素也可包括捕獲和整形電路，如果該電路特定于該單個(gè)單元探測(cè)器。像素間隔被定義為兩個(gè)相鄰像素之間的距離。讀取電路和單元探測(cè)器矩陣可制造于單個(gè)基板上，構(gòu)成一個(gè)整體單元，或者制造于兩個(gè)分離的基板上，然后相互連接在一起，這樣他們構(gòu)成一個(gè)混合單元。除了單元探測(cè)器的極化，該讀取電路還為探測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)下列三個(gè)功能每個(gè)單元探測(cè)器與讀取電路之間的阻抗匹配功能，其由阻抗匹配裝置負(fù)責(zé)；對(duì)單元探測(cè)器傳送的信號(hào)進(jìn)行捕獲和整形的功能，其由捕獲和整形電路實(shí)現(xiàn)；將不同單元探測(cè)器產(chǎn)生的信號(hào)采用多路復(fù)用技術(shù)以單一電信號(hào)的形式進(jìn)行傳輸， 這個(gè)一般是利用開(kāi)關(guān)和控制裝置的組合來(lái)執(zhí)行。然后，稱(chēng)為視頻信號(hào)的該單一電信號(hào)可由顯示系統(tǒng)加以利用。該讀取電路可包括其它相關(guān)的功能，例如，視頻信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。形成包括上述三個(gè)功能(阻抗匹配、捕獲信號(hào)和多路復(fù)用)的讀取電路是一個(gè)復(fù)雜的任務(wù)，其要求對(duì)這些功能的復(fù)雜安排。實(shí)際上，這三個(gè)功能的安排極大地影響了單元探測(cè)器的信噪比和效率。就紅外光伏單元探測(cè)器而言，捕獲和阻抗匹配功能和信號(hào)整形功能一般位于每個(gè)像素內(nèi)，因此他們靠近每個(gè)單元探測(cè)器，使得該矩陣的所有像素的操作點(diǎn)更加均勻，從而降低該矩陣范圍內(nèi)的非均勻性。在此，非均勻性也被稱(chēng)為固定空間噪聲。因此，該矩陣中存在數(shù)目與單元探測(cè)器數(shù)目相同的阻抗匹配裝置以及捕獲和整形電路。就具有微輻射熱計(jì)的紅外單元探測(cè)器或檢測(cè)可見(jiàn)波長(zhǎng)的光伏探測(cè)器而言，捕獲和整形功能一般被移至矩陣的邊緣，例如位于該矩陣的每一列或每一行的末端，而阻抗匹配功能經(jīng)常留在像素內(nèi)部。使用微輻射熱計(jì)是有利的，因此它們?cè)诃h(huán)境溫度下工作，而具有紅外光電二極管的單元探測(cè)器的工作溫度經(jīng)常須要為接近77K的低溫。多路復(fù)用功能一般分布在第一部分和第二部分之間，其中該第一部分位于像素內(nèi)，以在給定列或給定行內(nèi)執(zhí)行多路復(fù)用。該第二部分有利地位于該列的底部或分別位于該行的末端，以對(duì)該矩陣的不同列或不同行分別進(jìn)行多路復(fù)用。僅在該像素內(nèi)進(jìn)行多路復(fù)用的構(gòu)造也是可能的。論文1中介紹了一些利用讀取電路執(zhí)行的光伏紅外單元探測(cè)器的電氣耦合的方法。本部分結(jié)尾處給出了其完整參考。在所研究的不同情形中，可以清楚看出，阻抗匹配功能是有利地由共柵組件的MOS 晶體管(也稱(chēng)為直接注入)來(lái)執(zhí)行的，這是由于在單元探測(cè)器的習(xí)慣使用條件下，高電平電流在其內(nèi)流動(dòng)。圖1描繪了一個(gè)由紅外光電二極管類(lèi)型的單元探測(cè)器2形成的像素1的電氣示意圖，其與直接注入阻抗匹配晶體管類(lèi)型的阻抗匹配裝置3串聯(lián)，該阻抗匹配裝置3具有源極和漏極。光電二極管2的陽(yáng)極連接至該阻抗匹配裝置的輸入端，在本案中即匹配晶體管的源極。該組件具有低輸入阻抗，在此表達(dá)為匹配晶體管3的轉(zhuǎn)導(dǎo)值的倒數(shù)。該轉(zhuǎn)導(dǎo)值取決于穿過(guò)匹配晶體管3的極化電流I。直接注入組件使得可以獲得小尺寸的阻抗匹配裝置，其針對(duì)每個(gè)單元探測(cè)器2僅具有單一匹配晶體管3，這樣就可以容易地在小尺寸像素中加入阻抗匹配功能。但是，例如利用基于放大器的阻抗匹配組件則不是這樣的。為了更有效率，該電磁輻射探測(cè)裝置要求其靈敏度具有線性和均勻性等屬性，而直接注入組件使得可以改善這些屬性。然而，像素的幾何尺寸引起的整合和微型化限制必須納入考慮。由于像素的尺寸隨著產(chǎn)品的換代趨向于變得越來(lái)越小，阻抗匹配裝置隨著每一代技術(shù)其空間也越來(lái)越受到限制。論文2，本部分結(jié)尾給出其參考，其說(shuō)明了微輻射熱計(jì)類(lèi)的單元探測(cè)器，這些單元探測(cè)器與直接注入組件的阻抗匹配晶體管配合。選擇該組件是因?yàn)槲⑤椛錈嵊?jì)的靈敏度與穿過(guò)該微輻射熱計(jì)的電流成比例，該電流稱(chēng)為讀取電流。圖2描繪了一個(gè)電磁輻射探測(cè)裝置，其探測(cè)是利用PMOS型的匹配晶體管23、230 的直接注入組件來(lái)讀取微輻射熱計(jì)類(lèi)型的單元探測(cè)器22、220。其中，匹配晶體管23、230共柵極，且與單元探測(cè)器22、220分別對(duì)應(yīng)。該探測(cè)裝置包括多個(gè)像素，在此列舉兩個(gè)21、210作為代表。每個(gè)像素包括由微輻射熱計(jì)形成的單元探測(cè)器22、220，該微輻射熱計(jì)的電阻隨著其被暴露的入射電磁輻射變化而變化，其中在所介紹的范例中的PMOS匹配晶體管23、230實(shí)現(xiàn)該阻抗匹配功能。每個(gè)像素包括開(kāi)關(guān)對(duì)、240。
在對(duì)應(yīng)的像素21、210中，微輻射熱計(jì)22、220利用第一端連接至阻抗匹配裝置23、 230的輸入端。由于阻抗匹配裝置23、230是一個(gè)匹配晶體管，具有源極和漏極，每個(gè)微輻射熱計(jì)22、220連接至對(duì)應(yīng)像素21、210的匹配晶體管23、230的源極。微輻射熱計(jì)22、220利用第二端連接至第一共用電壓源Pl，該第一共用電壓源Pl通過(guò)接線Cl傳送穿過(guò)微輻射熱計(jì)22、220的讀取電流。PMOS晶體管23、230的漏極分別連接至開(kāi)關(guān)M、240的第一端；所述開(kāi)關(guān)M、240的第二端連接至共用讀取總線Bi。該讀取總線Bl連接至電路5，用以捕獲和整形單元探測(cè)器22、220傳送的信號(hào)。這些開(kāi)關(guān)M、240使得讀取總線Bl的給定像素可以被隔離。捕獲和整形電路5傳統(tǒng)上包括運(yùn)算放大器51，該運(yùn)算放大器51具有連接至總線 Bl的反相輸入端、連接至電壓源M的非反相輸入端以及輸出端。電容52安裝在運(yùn)算放大器51的反相輸入端和輸出端之間。開(kāi)關(guān)53與電容52并聯(lián)連接。匹配晶體管23、230通過(guò)電氣接線C2共同連接至第二電壓源P2，該第二電壓源P2 被調(diào)整以保證匹配晶體管23、230操作在飽和狀態(tài)。飽和狀態(tài)操作使得可以獲得低輸入阻抗，這正是所追求的。在這樣一個(gè)組件中，當(dāng)其中一個(gè)開(kāi)關(guān)M、240閉合時(shí)，第一電壓源P與讀取總線Bl 之間就會(huì)產(chǎn)生讀取電流Ids，該讀取電流Ids的幅度由該讀取電流Ids所穿過(guò)的微輻射熱計(jì) 22,220的電阻值進(jìn)行調(diào)制。該微輻射熱計(jì)22、220的電阻值取決于入射電磁輻射。開(kāi)關(guān)M、240可依序閉合，使得一次只有單一微輻射熱計(jì)22、220被連接至該捕獲和整形電路5。這樣就形成了單一電氣信號(hào)，其代表穿過(guò)不同像素21、210的讀取電流的時(shí)分多路復(fù)用。這樣因此就形成了單元探測(cè)器傳送的信號(hào)的時(shí)分多路傳輸，這些單元探測(cè)器使用相同的讀取總線Bl且一般位于給定的列或給定的行。這種操作模式通常稱(chēng)為“卷簾快門(mén)式”(“rolling shutter”)操作?？梢园ㄒ粋€(gè)波基截割(kise-clipping)裝置6，其作用是消除一部分稱(chēng)作共模電流的讀取電流Ids，其流過(guò)讀取總線Bl但不攜帶任何與接收到的電磁輻射有關(guān)的信息。 這種共模電流的消除也稱(chēng)為波基截割，其使得該信號(hào)捕獲和整形電路5可獲得更高的靈敏度。在下文中，當(dāng)單元探測(cè)器22、220被讀取時(shí)，我們稱(chēng)在讀取總線Bl和單元探測(cè)器22、220 中流動(dòng)的讀取電流為Ids。就微輻射熱計(jì)而言，該共模電流極大地依賴(lài)于使用中探測(cè)裝置的平均溫度。該波基截割裝置6主要由一個(gè)控制電阻61構(gòu)成，該控制電阻61是由一個(gè)與單元探測(cè)器22、220 類(lèi)型相同但對(duì)電磁輻射的敏感性較低的微輻射熱計(jì)構(gòu)成?？刂齐娮?1的一端通過(guò)晶體管 62 (在所描述的范例中，晶體管62為NMOS型)連接至讀取總線Bi?？刂齐娮?1的另一端連接至低阻抗電壓源63，而該低阻抗電壓源63例如可為大地。該波基截割裝置的晶體管 62的柵極連接至一個(gè)電壓源(圖未示)，該電壓源經(jīng)過(guò)調(diào)整以保證晶體管62運(yùn)行在飽和狀態(tài)運(yùn)行，以在捕獲和整形電路5的輸入端獲得所追求的低阻抗。這類(lèi)微輻射熱計(jì)61稱(chēng)為盲微輻射熱計(jì)，其提供了差分讀取每個(gè)單元探測(cè)器22、 220的電阻的可能性。該差分讀取使得所有微輻射熱計(jì)22、220、61共同的電阻變化可以被消除。特別是，這使得整個(gè)探測(cè)裝置的因平均溫度變化造成的電阻變化可以被忽略。該波基截割裝置6被使用相同讀取總線Bl的不同單元探測(cè)器22、220共用。當(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)M、240閉合時(shí)，在讀取總線Bl中流動(dòng)的電流等于在單元探測(cè)器22、220中流動(dòng)的電流。NMOS晶體管62和盲微輻射熱計(jì)61從穿過(guò)像素21、210的微輻射熱計(jì)的讀取電流Ids 中取得大部分共模電流。其結(jié)果就是，該捕獲和整形電路5接收這樣一種電流，其因電磁輻射造成的電阻變化引起的電流變化(稱(chēng)為單元探測(cè)器22、220傳送的信號(hào))被比例放大。由于這些單元探測(cè)器22、220具有信噪比，電磁輻射探測(cè)裝置的性能的衡量是通過(guò)衡量其復(fù)制單元探測(cè)器22、220的信噪比且同時(shí)將捕獲和整形電路5、匹配晶體管23、230 以及單元探測(cè)器22、220布局固有的退化程度降至最低的能力。這種裝置的性能也利用再現(xiàn)單元檢測(cè)計(jì)傳送的信號(hào)的質(zhì)量來(lái)加以評(píng)估。就微輻射熱計(jì)類(lèi)型的單元探測(cè)器而言，再現(xiàn)質(zhì)量例如是電磁輻射引起的Ids讀取電流變化與針對(duì)短路探測(cè)器(因此其具有零讀取阻抗)獲得的電流的變化(其稱(chēng)為探測(cè)器固有信號(hào))之比。 這個(gè)比例也稱(chēng)為注入效率Ka，其由下列關(guān)系式表示Eta = (Gm X +Gm X Rd) {1}其中，Gm是直接注入匹配晶體管23、230的轉(zhuǎn)導(dǎo)，Rd是微輻射熱計(jì)的電阻值。關(guān)系式{1}表明在匹配晶體管23、230的轉(zhuǎn)導(dǎo)的倒數(shù)遠(yuǎn)低于微輻射熱計(jì)22、220的電阻的情形下，可以獲得接近100%的注入效率。如果想要獲得低噪聲水平，則一定要產(chǎn)生高的注入效率值。實(shí)際上，根據(jù)下列關(guān)系式，輸入至捕獲和整形電路5的噪聲In_t。tal主要是源于第一，微輻射熱計(jì)22、220固有的In_b()1。噪聲和第二，匹配晶體管23、230固有的In_tm。s噪聲。In—total = V(Eta χ I —bolo f + ((l - Eta) χ I —tmos f ⑵對(duì)于100%的注入效率，單元探測(cè)器22、230的整體固有信號(hào)被發(fā)送至捕獲和整形電路5，其中讀取電流Ids中傳送的信號(hào)包含該固有信號(hào)的值。關(guān)系式{2}表明輸入至捕獲和整形電路5的噪聲輸入等于微輻射熱計(jì)22、220的噪聲。因此，在這種情形下，單元探測(cè)器22、220的信噪比被完美再現(xiàn)。相反，對(duì)于小于100%的注入效率Ka，在捕獲和整形電路5的輸入端不僅觀測(cè)到更弱的傳送信號(hào)，而且還觀測(cè)到匹配晶體管23、230的固有噪聲1 ,。3在In_t。tal中占更大的比重。這種綜合影響導(dǎo)致信噪比的相當(dāng)程度的降低。當(dāng)微輻射熱計(jì)22、220的電阻變得過(guò)低，導(dǎo)致其小于或等于匹配晶體管23、230的轉(zhuǎn)導(dǎo)的倒數(shù)時(shí)，注入效率Eta就會(huì)變得過(guò)低，導(dǎo)致探測(cè)裝置的使用無(wú)法令人滿意。當(dāng)例如由于晶體管23、230中出現(xiàn)Ι/f噪聲而使得匹配晶體管23、230的固有噪聲 in-tffl0S明顯高于微輻射熱計(jì)的固有噪聲In-b()1。時(shí)，探測(cè)裝置的信噪比則被降低了。關(guān)系式{3}描述了匹配晶體管固有的Ι/f噪聲的計(jì)算，其中該匹配晶體管的柵極寬度為W，長(zhǎng)度為L(zhǎng)，該噪聲被稱(chēng)為In_tm。s_1/f。Il—f = [Kf χ If)/{W xL) {3}關(guān)系式{3}表明當(dāng)柵極的面積(即長(zhǎng)度L與寬度W的乘積)變小，或者當(dāng)穿過(guò)匹配晶體管23、230的讀取電流Ids變得過(guò)大，或者當(dāng)所用的MOS技術(shù)特征參數(shù)Kf和Af過(guò)高時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)相當(dāng)程度的Ι/f噪聲。隨著具有小尺寸像素的電磁輻射探測(cè)裝置的先進(jìn)技術(shù)一代一代的發(fā)展，這些特別情形的出現(xiàn)更加嚴(yán)重且以綜合方式出現(xiàn)。在下面的描述中，單元探測(cè)器的主區(qū)指定一個(gè)區(qū)域使得可以檢測(cè)電磁輻射。這樣一個(gè)區(qū)域往往被指定作為電磁探測(cè)器的敏感區(qū)。像素21、210的尺寸縮小導(dǎo)致探測(cè)器的主區(qū)縮小，因此也導(dǎo)致每個(gè)單元探測(cè)器22、 220接收到的電磁輻射的強(qiáng)度的縮小。這造成靈敏度降低。靈敏度降低可通過(guò)增加微輻射熱計(jì)22、220中的讀取電流Ids的方式進(jìn)行補(bǔ)償。然而，如關(guān)系式{3}所示，增加讀取電流Ids伴隨地會(huì)增加匹配晶體管23、230的 Ι/f噪聲水平。由于像素設(shè)計(jì)可使用最新一代的CMOS技術(shù)，在這個(gè)技術(shù)中，可應(yīng)用的電壓被降低了，因此縮小像素21、210尺寸一般通過(guò)降低供應(yīng)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。為補(bǔ)償供應(yīng)電壓的降低，微輻射熱計(jì)22、220的電阻值必須按比例降低。根據(jù)關(guān)系式{1}，這導(dǎo)致注入效率Ka的降低。最后，像素21、210的尺寸縮小導(dǎo)致位于像素21、210內(nèi)的匹配晶體管23、230的尺寸縮小。因此，這些晶體管的柵極的寬度W和/或長(zhǎng)度L縮小了。根據(jù)關(guān)系式{3}，這導(dǎo)致匹配晶體管Ι/f噪聲水平的增加。匹配晶體管23、230的尺寸縮小還有這樣的缺點(diǎn)，即其造成它們的閥值電壓更分散，這將會(huì)帶來(lái)探測(cè)裝置的更大的空間噪聲。參考專(zhuān)利[3]描述了一種電磁輻射探測(cè)裝置的架構(gòu)，該探測(cè)裝置形成為一個(gè)微輻射熱計(jì)矩陣，其中直接注入匹配晶體管位于矩陣每一列的末尾，且利用讀取總線連接至該列的所有單元探測(cè)器。這種結(jié)構(gòu)使得可以克服像素尺寸導(dǎo)致的幾何限制，因此理論上使得可以設(shè)計(jì)這樣一種匹配晶體管，其柵極區(qū)要寬于當(dāng)匹配晶體管位于該像素內(nèi)或垂直位于該像素之上而使其區(qū)域受到像素尺寸限制時(shí)的柵極區(qū)寬度。然而，上述匹配晶體管是被微輻射熱計(jì)或輻射熱計(jì)類(lèi)型的一列單元探測(cè)器共用的，因此，會(huì)在單元探測(cè)器與匹配晶體管之間引入殘余電阻。該殘余電阻的部分原因是每個(gè)微輻射熱計(jì)與匹配晶體管源極之間的讀取總線。該串聯(lián)電阻是不可避免的，因?yàn)槠渑c讀取總線的尺寸相關(guān)，為了能夠讓該讀取總線容納于像素間隔中，該讀取總線會(huì)被縮小。該串聯(lián)電阻的影響是使微輻射熱計(jì)的所有操作點(diǎn)偏移，且降低了其靈敏度。而且，因?yàn)樵摿械拿總€(gè)單元探測(cè)器與匹配晶體管的距離不同，因此針對(duì)每個(gè)探測(cè)器的串聯(lián)電阻值是不同的。因此，這種架構(gòu)造成了沿矩陣長(zhǎng)度方向上的操作點(diǎn)變化和靈敏度變化。除了已經(jīng)出現(xiàn)的空間噪聲外，這導(dǎo)致在列方向上的額外空間噪聲。而且，由于每個(gè)匹配晶體管是被一列共用的，其引入了導(dǎo)致列與列之間產(chǎn)生差別的固有噪聲，因此形成列向噪聲。最后，匹配晶體管尺寸的可能增加被限制在單元探測(cè)器的列的寬度，因?yàn)闉榱讼拗凭w管的噪聲，必須應(yīng)用一些與晶體管長(zhǎng)度和寬度有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)則。因此，這種方案無(wú)法根據(jù)噪聲和效率來(lái)對(duì)單元探測(cè)器的尺寸縮小進(jìn)行必要補(bǔ)償。參考文獻(xiàn)[1] “ Infrared readout electronics:a historical perspective ", M. J. Hewitt, J. L. Vampola, S. H. Black, C. J. Nielsen, Proc. of SPIE Vol. 2226 Infrared Readout Electronics II, pages 108-119(1994).[2] " LETI/LIR，amorphous silicon uncooled microbolometer development", J. L. Tissot, F. Rothan, C. Vedel, M. Vilain, JJ Yon, Proc. of SPIE Vol. 3379 InfraredDetectors and Focal Plane Arrays V, pages 139-144(1998).[3]美國(guó)專(zhuān)利第6(^8309號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供用于探測(cè)電磁輻射的裝置，該裝置包括能夠?yàn)槎鄠€(gè)單元探測(cè)器還原高信噪比，特別是對(duì)集成的單元探測(cè)器，其排列成由行和列構(gòu)成的矩陣。該矩陣由上述定義的像素構(gòu)成，每個(gè)像素包括多個(gè)元件，其中一個(gè)元件是單元探測(cè)器。本發(fā)明的目的是對(duì)與降低的信噪比以及像素尺寸制造相關(guān)的困難和限制提供一種解決方案。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種電磁輻射探測(cè)裝置，其將所有固定噪聲降至最低，這些固定噪聲是源于像素的元件特性的分散，或者源于給定像素組或列的元件特性的分散。本發(fā)明的裝置也具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，其使得單元探測(cè)器可以具有增加的讀取電流，以獲得改善的靈敏度，而不會(huì)引入任何源于連接至單元探測(cè)器的阻抗匹配裝置的顯著噪聲。本發(fā)明也使得能夠制造這樣一種電磁輻射探測(cè)裝置，其能夠使用先進(jìn)的MOS技術(shù)，使得單元探測(cè)器和電氣接線的尺寸盡可能的小，而不會(huì)因低供應(yīng)電壓而非常不利。最后，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種電磁輻射探測(cè)裝置，其具有簡(jiǎn)化的像素，包括較少量其操作所需的元件。因此，本發(fā)明涉及一種電磁輻射探測(cè)裝置，包括多個(gè)單元探測(cè)器，這些單元探測(cè)器被分組成一個(gè)或多個(gè)次組合，每個(gè)次組合包括多個(gè)單元探測(cè)器。每個(gè)單元探測(cè)器利用互連線連接至阻抗匹配裝置。該裝置的特征在于該阻抗匹配裝置為單個(gè)次組合的所有單元探測(cè)器所共用，在每個(gè)次組合中，這些互連線具有大致相同的電阻值。另外，在本說(shuō)明書(shū)的其余部分，單元探測(cè)器定義為連接至阻抗匹配裝置的輸入端， 而不能連接至該阻抗匹配裝置的任何特定點(diǎn)。通過(guò)在多個(gè)單元探測(cè)器之間以這種方式共用阻抗匹配裝置，可以得到這樣一個(gè)阻抗匹配裝置，其尺寸比如果每個(gè)單元探測(cè)器都對(duì)應(yīng)一個(gè)阻抗匹配裝置時(shí)的尺寸要大。這樣， 所有與該阻抗匹配裝置的尺寸相關(guān)的噪聲相較而言就被降低了。另外，給定次組合的所有互連線的大致相同的電阻使得給定次組合中的每個(gè)像素的互連線引起的殘余阻抗可以大致相同。如果探測(cè)裝置中包括多個(gè)具有一個(gè)匹配晶體管的次組合，則該探測(cè)裝置中的所有像素都具有大致相同的阻抗。這樣，由于每個(gè)單元探測(cè)器次組合通過(guò)阻抗匹配裝置連接至讀取總線，該讀取總線中穿過(guò)的讀取電流除了其它之外包括一個(gè)固定分量元素，該固定分量元素具有一個(gè)依賴(lài)于固定阻抗的固定電流。通過(guò)考慮其互連線的電阻，該固定阻抗對(duì)每個(gè)單元探測(cè)器都是大致相同的。流入讀取總線的讀取電流也包括可變分量元素，稱(chēng)為單元探測(cè)傳送的信號(hào)，其為上述電流的電流變化，其依賴(lài)于單元探測(cè)器的電阻變化。該電阻變化是由于單元探測(cè)器與入射在該單元探測(cè)器上的電磁輻射之間的相互作用而引起的。由于該固定阻抗對(duì)于所有單元探測(cè)器而言都是大致相同的，識(shí)別因電磁輻射造成的讀取電流(獨(dú)立于該電流的固定分量元素)的比例就變得簡(jiǎn)單。單元探測(cè)器可以是輻射熱計(jì)或微輻射熱計(jì)，光電二極管或光電導(dǎo)體。單元探測(cè)器優(yōu)選的是微輻射熱計(jì)。因此，可以使用大的讀取電流，并在環(huán)境溫度下工作。當(dāng)單元探測(cè)器是光電二極管時(shí)，阻抗匹配裝置連接至單個(gè)次組合的所有單元探測(cè)器所共用的捕獲和整形電路是有利的。該捕獲和整形電路則可被設(shè)在非常靠近單元探測(cè)器的位置，同時(shí)維持適合正確操作的尺寸。被多個(gè)單元探測(cè)器共用使得可以釋放足夠大的空間用于在單元探測(cè)器區(qū)域制造捕獲和整形電路，且不須要將其置于該列的末尾，也不須要其被多個(gè)次組合共用。反過(guò)來(lái)，無(wú)論單元探測(cè)器是微輻射熱計(jì)類(lèi)型還是光電二極管類(lèi)型，該阻抗匹配裝置可有利地連接至多個(gè)被次組合共用且例如位于一行或列末尾的捕獲和整形電路。這使得該捕獲和整形電路可以被共用，其可以簡(jiǎn)化單元探測(cè)器矩陣的制造。另外，相對(duì)于該捕獲和整形電路連接至單一次組合的情形而言，這留下了一個(gè)大的可用區(qū)域用于制造較大的阻抗匹配裝置。這樣的話，該讀取總線有利地連接每個(gè)阻抗匹配裝置至該捕獲和整形電路。每個(gè)單元探測(cè)器優(yōu)選的是與一個(gè)特定于它的開(kāi)關(guān)串聯(lián)，給定次組合的開(kāi)關(guān)依序閉合，使得連接至該阻抗匹配裝置的讀取總線一次僅接收源自單個(gè)單元探測(cè)器的信號(hào)。根據(jù)單元探測(cè)器所暴露的電磁輻射，通過(guò)轉(zhuǎn)換單元探測(cè)器使該信號(hào)快速改變。這樣，就可以在不同單元探測(cè)器產(chǎn)生的各信號(hào)之間產(chǎn)生順序多路傳輸。該阻抗匹配裝置優(yōu)選的是一個(gè)操作在飽和狀態(tài)下的直接注入晶體管，稱(chēng)為匹配晶體管。單元探測(cè)器利用其第一端連接至匹配晶體管的源極。實(shí)際上，在這個(gè)實(shí)施例中，該阻抗匹配裝置的輸入端是匹配晶體管的源極。因此，可以簡(jiǎn)化電磁輻射探測(cè)裝置，且使用單個(gè)晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗匹配功能。從總線看過(guò)去的電阻變化被限制了，因此探測(cè)器的靈敏度和線性被改善。單元探測(cè)器有利地定義該第一平面，其與包括該阻抗匹配裝置的第二平面不同。 其中一個(gè)平面位于另一個(gè)平面之上。優(yōu)選的是，該阻抗匹配裝置面對(duì)至少一些單元探測(cè)器。 另外，優(yōu)選的是，該阻抗匹配裝置面對(duì)每個(gè)單元探測(cè)器的至少一部分。如果該阻抗匹配裝置是直接注入晶體管，則相較于晶體管與單元探測(cè)器位于同一平面的情形，具有更大柵區(qū)的晶體管可以被制造。無(wú)論單元探測(cè)器矩陣是在與阻抗匹配裝置相同的基板上還是在第二基板上制造， 都可以在一個(gè)與單元探測(cè)器的平面不同的平面上制造該阻抗匹配裝置。因此，該阻抗匹配裝置的區(qū)域的增加不會(huì)造成單元探測(cè)器面積的降低。這使得像素面積與欲獲得的單元探測(cè)器面積大致相同。由于多個(gè)單元探測(cè)器連接至給定的阻抗匹配裝置，阻抗匹配裝置可延伸以面對(duì)多個(gè)單元探測(cè)器，或者具有一個(gè)大于單元探測(cè)器的主區(qū)的面積。由于該阻抗匹配裝置是匹配晶體管，有利的是，其柵區(qū)面積可大于該次組合的單元探測(cè)器的主區(qū)。最后，也可以制造面積與給定次組合的多個(gè)單元探測(cè)器的主區(qū)的結(jié)合面積大致相等的阻抗匹配裝置。由于該阻抗匹配裝置是匹配晶體管，有利的是，其柵區(qū)面積大于給定次組合的多個(gè)單元探測(cè)器的主區(qū)的總和。如果，在匹配晶體管位于不同于包含單元探測(cè)器的第一平面的第二平面內(nèi)的情形下，一個(gè)單元探測(cè)器的主區(qū)代表一個(gè)像素的絕大部分區(qū)域，這兩種有利的情形也是有效的。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，當(dāng)每個(gè)像素都有一個(gè)匹配晶體管對(duì)應(yīng)時(shí)，該柵區(qū)小于該像素區(qū)，即使該匹配晶體管位于不同于包含單元探測(cè)器的第一平面的該第二平面。該匹配晶體管的源、漏以及電極及互連線必須位于該第二平面?，F(xiàn)有技術(shù)的匹配晶體管的柵因此一般小于像素區(qū)。具有大柵區(qū)給匹配晶體管帶來(lái)低Ι/f噪聲，這使得一個(gè)中央讀取電流穿過(guò)該匹配晶體管，產(chǎn)生低固有噪聲。因此，即使在微電子技術(shù)帶來(lái)小像素尺寸或小單元探測(cè)器尺寸的情形下，也可以讓單元探測(cè)器次組合獲得低Ι/f噪聲以及高注入效率。在獲得大致相同的互連線(其中，每一互連線連接該阻抗匹配裝置至一個(gè)單元探測(cè)器)電阻值的這種方式中，互連線可以具有大致相同的尺寸。如果不是這樣，如果這些尺寸不是相同的，相較于如果互連線以該微電子技術(shù)中盡可能短的路徑連接該單元探測(cè)器至該阻抗匹配裝置的輸入端的情形時(shí)該互連線應(yīng)該有的電阻，至少一個(gè)互連線有利地具有更高或更低的電阻，而至少一個(gè)單元探測(cè)器較同一次組合的另一個(gè)單元探測(cè)器更遠(yuǎn)離該阻抗匹配裝置的輸入端。以這種方式，就可以形成具有大致相同的電阻的互連線，而不要求單元探測(cè)器位于與該阻抗匹配裝置的輸入端(例如源極)距離相等的位置。這樣，就可以制造一個(gè)最優(yōu)的阻抗匹配裝置，而不用考慮其單元探測(cè)器的可能布局。相比將阻抗匹配裝置構(gòu)造成復(fù)雜形狀使得輸入端(例如源極)的一部分與每個(gè)單元探測(cè)器的距離大致相等的這種情形，本發(fā)明可以更加簡(jiǎn)單。在微電子技術(shù)中，兩點(diǎn)之間的最短可能路徑與幾何最短可能路徑是不同的。實(shí)際上，在微電子中，必需要繞過(guò)至少出現(xiàn)在上述兩點(diǎn)之間的每個(gè)元件。另外，繞過(guò)它們時(shí)還不能與其它元件接觸。另外，在微電子中，要應(yīng)用設(shè)計(jì)法則，其目的是為了防止給定位置周?chē)牟煌^(guò)于相互接近。必須要在不同元件之間留出安全距離以防止短路或漏電流。最后，在微電子中，如果可以在與單元探測(cè)器定義的第一平面平行的一個(gè)平面之外制造接線， 這些接線則被制作成垂直接線以及包含在與該第一平面平行的平面內(nèi)的接線。一般不設(shè)置相對(duì)于第一平面的法線明顯不呈0或90度角的接線。如果一個(gè)單元探測(cè)器較同一次組合的另一個(gè)單元探測(cè)器更遠(yuǎn)離該阻抗匹配裝置， 有利的是，至少一個(gè)連接該阻抗匹配裝置至一個(gè)單元探測(cè)器的具有給定長(zhǎng)度的互連線在其至少一部分長(zhǎng)度上的截面與連接該阻抗匹配裝置至該同一次組合的另一個(gè)單元探測(cè)器的另一接線的至少一部分上的截面不同。在其截面與另外一個(gè)互連線的截面不同的那一部分長(zhǎng)度上，該互連線的單位長(zhǎng)度的電阻不同于另一個(gè)互連線的單位長(zhǎng)度的電阻。因此，可以人為地增加或降低互連線的電阻。因此，可以利用不同長(zhǎng)度但電阻大致相同的互連線連接一個(gè)阻抗匹配裝置至與該阻抗匹配裝置的輸入端不同距離的多個(gè)單元探測(cè)器。在這種情況下，如果有必要增加一個(gè)連接該阻抗匹配裝置至一個(gè)單元探測(cè)器的互連線的電阻，該具有增加的電阻和給定長(zhǎng)度的互連線有利地在其至少一部分長(zhǎng)度上具有縮小的截面。這種截面的局部縮小可使得可以改變一個(gè)互連線的電阻，而不會(huì)加長(zhǎng)該互連線。 實(shí)際上，如果可以相對(duì)于該最短可能路徑加長(zhǎng)一個(gè)互連線以增加其電阻，這會(huì)造成形成額外的互連線長(zhǎng)度。這樣，計(jì)算和設(shè)計(jì)相鄰互連線的最短可能路徑就變得更加困難。根據(jù)本發(fā)明，單元探測(cè)器排列成具有行和列單元探測(cè)器的矩陣。這樣，該次組合可包括位于該矩陣多個(gè)行上的不同單元探測(cè)器以及位于多個(gè)列上的不同單元探測(cè)器。這使得該矩陣的空間噪聲的列向分量元素和行向分量元素可以被同時(shí)降低。實(shí)際上，這在下列情形有利地適用，當(dāng)一個(gè)第一次組合連接至一個(gè)讀取總線，這個(gè)讀取總線不同于連接至至少一第二次組合的讀取總線，該第二次組合具有位于該矩陣中一行上的單元探測(cè)器，而這個(gè)行與該第一次組合的單元探測(cè)器所在的行相同。另外，該第一次組合連接至一個(gè)讀取總線，該讀取總線一般與連接至至少一第三次組合的讀取總線不同，該第三次組合具有位于該矩陣中一列上的單元探測(cè)器，而這個(gè)列與該第一次組合的單元探測(cè)器所在的列相同。特別是，如果該捕獲和整形電路為多個(gè)次組合共用，該捕獲和整形電路引起的噪聲不會(huì)產(chǎn)生任何列向噪聲，因?yàn)樵摬东@和整形電路連接至該矩陣不同行和不同列上的單元探測(cè)器，而且該捕獲和整形電路不是連接至給定行的所有單元探測(cè)器，也不是連接至給定列的所有單元探測(cè)器?；蛘?，該次組合可包括位于該矩陣多個(gè)行和單一列上的不同單元探測(cè)器，或者位于該矩陣多個(gè)列和單一行上的不同單元探測(cè)器。這樣，該次組合代表該矩陣的一行或一列的部分。在這種情形下，該行向或列向空間噪聲僅在讀取總線傳送各次組合產(chǎn)生的信號(hào)的方向上被降低，而不會(huì)在讀取總線傳送單一次組合產(chǎn)生的信號(hào)的方向上被降低。如果具有位于該矩陣給定行或給定列上的單元探測(cè)器的次組合連接至不同的讀取總線，則有利的是，在任何情形下，都可以降低列向空間噪聲。在本發(fā)明一個(gè)有吸引力的實(shí)施例中，給定次組合的單元探測(cè)器以四階對(duì)稱(chēng)方式排列。這使得有利于形成互連線和阻抗匹配裝置的輸入端。如果想要給定次組合的互連線具有大致相同的尺寸，這尤其有用。如果想要對(duì)于每個(gè)單元探測(cè)器，該輸入端上存在至少一個(gè)點(diǎn)(例如源極的一個(gè)點(diǎn))使得該點(diǎn)位于對(duì)于每個(gè)單元探測(cè)器而言大致相同的給定距離處， 這也是有用的。


通過(guò)閱讀下列作為非限制性范例的描述以及參考附圖，本發(fā)明將可以更好地了解，其余細(xì)節(jié)、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)也將更加清楚。圖1例示了像素的已知電氣圖，該像素包括紅外單元探測(cè)器(光電二極管)以及為直接注入組件的匹配晶體管。圖2例示電磁輻射探測(cè)裝置的局部電氣圖，該探測(cè)裝置使用利用直接注入組件的微輻射熱計(jì)類(lèi)型的單元探測(cè)器的讀取模式，該直接注入組件是已知類(lèi)型，其中PMOS類(lèi)型的共柵晶體管與每個(gè)探測(cè)器對(duì)應(yīng)。圖3例示本發(fā)明第一實(shí)施例的電磁輻射探測(cè)裝置的局部電氣圖。圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例的電磁輻射探測(cè)裝置的示意圖。圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的電磁輻射探測(cè)裝置的示意圖。圖6A和圖6B是本發(fā)明另一實(shí)施例的電磁輻射探測(cè)裝置的簡(jiǎn)化局部平面示意圖， 其在一個(gè)次組合中具有十六個(gè)單元探測(cè)器。圖7是根據(jù)本發(fā)明的電磁輻射探測(cè)裝置的示意圖，其中一些互連線通過(guò)局部縮小其寬度而具有增加的電阻。圖8例示根據(jù)本發(fā)明的電磁輻射探測(cè)裝置，其中一個(gè)次組合包括一列的所有單元探測(cè)器。
圖9例示本發(fā)明的電磁輻射探測(cè)裝置的截面圖，一個(gè)次組合中居于兩個(gè)單元探測(cè)器，其連接至一個(gè)給定的匹配晶體管。為了利于從一個(gè)附圖轉(zhuǎn)到另一個(gè)附圖，不同圖式的相同、類(lèi)似或等同部件具有相同的參考標(biāo)號(hào)。為了使圖式更易讀，圖式中的不同部件不一定以均勻比例繪制。根據(jù)本發(fā)明的該裝置的不同實(shí)施例的例示圖是作為范例給出而不是限制性的。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D3可以更好地理解本發(fā)明，其中圖3例示了本發(fā)明的一個(gè)特別實(shí)施例。圖3例示了一個(gè)電磁輻射探測(cè)裝置30的簡(jiǎn)化電氣圖，其中該探測(cè)裝置30包括多個(gè)單元電測(cè)輻射探測(cè)器32、320。優(yōu)選的是，這些單元探測(cè)器32、320排列成具有至少一行和 /或至少一列的矩陣。單元探測(cè)器32、320分組成一個(gè)或多個(gè)次組合300，每個(gè)次組合包括多個(gè)單元探測(cè)器，圖3中僅代表性地示出一個(gè)次組合300。在本說(shuō)明書(shū)的其余部分，根據(jù)上述給出的定義，一個(gè)像素將指定一個(gè)單元，該單元是由單元探測(cè)器、開(kāi)關(guān)以及各種特定于該單元探測(cè)器和該開(kāi)關(guān)的電氣接線形成。另外，本說(shuō)明書(shū)會(huì)考慮到，單元探測(cè)器相互排列成在各列中具有給定的間隔并且在各行中具有另外給定的間隔，其中該另外的間隔是不同于或相同于各列中的間隔。該矩陣一個(gè)列中的間隔和一個(gè)行中的間隔定義的區(qū)域被稱(chēng)為像素區(qū)。最后，本說(shuō)明書(shū)會(huì)考慮到，單元探測(cè)器連接至阻抗匹配裝置的輸入端，但不連接至后者上的特定點(diǎn)。另外，如果該阻抗匹配裝置是一個(gè)具有源和漏的匹配晶體管，該源極被視為該輸入端。因此，單元探測(cè)器的每個(gè)次組合300包括多個(gè)單元探測(cè)器32、320 ；在本實(shí)施例中， 其在同一行中具有兩個(gè)這樣的探測(cè)器。除了單元探測(cè)器32、320之外，每個(gè)次組合300還包括單個(gè)阻抗匹配裝置33，優(yōu)選的是，該阻抗匹配裝置33是一個(gè)共柵連接MOS晶體管33，稱(chēng)為匹配晶體管33。然而，該阻抗匹配裝置也可以是任何類(lèi)型的具有低輸入阻抗的晶體管，例如，共基極雙極型晶體管(簡(jiǎn)稱(chēng)為J. Ε. T)，或者跨阻運(yùn)算放大器(其中所述運(yùn)算放大器具有低輸入阻抗)，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的與本發(fā)明的技術(shù)約束兼容的任何其它類(lèi)型的阻抗匹配
直ο匹配晶體管33以直接注入方式連接，能夠使單元探測(cè)器32、320和用于捕獲和整形單元探測(cè)器32、320傳送的信號(hào)的電路5之間達(dá)成阻抗匹配。該捕獲和整形電路5可以被多個(gè)次組合300共用。優(yōu)選的是，單元探測(cè)器32、320是在環(huán)境溫度下操作且對(duì)電磁輻射 (例如紅外輻射)敏感的微輻射熱計(jì)。作為另一種選擇，它們也可以是光電二極管或光電導(dǎo)體?；蛘?，在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，尤其是在單元探測(cè)器32、320是光電二極管類(lèi)型，其允許探測(cè)可見(jiàn)光譜的電磁輻射的情況下，與一個(gè)單一次組合300 —樣，該捕獲和整形電路5與阻抗匹配裝置33整合在一起。讀取總線Bl則將多個(gè)捕獲和整形電路5連接至一個(gè)可以分析信號(hào)并形成視頻信號(hào)的單一電路。在圖3所示的實(shí)施例中，單元探測(cè)器32、320由微輻射熱計(jì)構(gòu)成，每個(gè)次組合300具有一個(gè)被該次組合的所有單元探測(cè)器32、320共用的阻抗匹配裝置33。另外，捕獲和整形電路5被多個(gè)次組合300共用。每個(gè)次組合300還包括開(kāi)關(guān)34、340，每個(gè)開(kāi)關(guān)與其中一個(gè)單元探測(cè)器32、320對(duì)應(yīng)。開(kāi)關(guān)34、340例如是用作開(kāi)關(guān)電路的晶體管。每個(gè)次組合300的匹配晶體管33可以是P型MOS管(如圖3所示)，或N型MOS 管，亦或是雙極型晶體管。如果是后兩者，施加在電磁輻射探測(cè)裝置上的極化電壓將被相應(yīng)修改。匹配晶體管33以及所有下面提出的匹配晶體管都被視為具有一個(gè)柵，以及分別與源極(source electrode)禾口漏極(drain electrode)電接角蟲(chóng)的源(source)禾口漏(drain)。 該柵長(zhǎng)度為L(zhǎng)，寬度為W，其長(zhǎng)度寬度乘積定義一個(gè)柵區(qū)。每個(gè)單元探測(cè)器32、320的第一端32. 1,320. 1通過(guò)互連線301、302連接至該次組合300的匹配晶體管33的源極。給定次組合300的單元探測(cè)器32、320的第一端32. 1、 320. 1相互連接，其也連接至給定匹配晶體管33的源極，形成一個(gè)共同節(jié)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明， 將次組合的每個(gè)單元探測(cè)器連接至匹配晶體管33 (該次組合中只有一個(gè)匹配晶體管)的互連線301、302具有大致相同的電阻值。已經(jīng)知道，一個(gè)互連線的電阻與其構(gòu)成材料的電阻率以及互連線的長(zhǎng)度成正比，且與互連線的橫截面成反比。次組合300的每個(gè)單元探測(cè)器32、320的第二端32. 2,320. 2連接至其中一個(gè)開(kāi)關(guān) 34、340，使得每個(gè)第二端可被連接至第一電壓源Pl或者與該第一電壓源Pl隔離。第一電壓源Pl可以設(shè)在電磁輻射探測(cè)裝置30內(nèi)部或者外部，其使讀取電流得以被傳輸，該讀取電流須要被傳輸以讀取單元探測(cè)器32、320在受到電磁輻射影響情況下的電阻變化，該電阻變化與單元探測(cè)器32、320傳輸?shù)男盘?hào)對(duì)應(yīng)。該第一電壓源Pl通過(guò)電氣接線C3連接至每個(gè)開(kāi)關(guān)34、340?；蛘撸_(kāi)關(guān)34、340可位于連接單元探測(cè)器32、320至阻抗匹配裝置33的互連線上。晶體管33的漏極連接至讀取總線B2，該讀取總線B2連接至捕獲和整形電路5，優(yōu)選的是，該讀取總線B2連接至一個(gè)波基截割電路6。匹配晶體管33的柵通過(guò)接線C4連接至設(shè)在電磁輻射探測(cè)裝置內(nèi)部或外部的第二電壓源P2。第二電壓源P2被調(diào)整以保證匹配晶體管33工作于飽和模式。捕獲和整形電路5和波基截割電路6與現(xiàn)有技術(shù)中的類(lèi)似。本圖中的電路范例只用于說(shuō)明用途，而不應(yīng)用來(lái)限制本發(fā)明。這些電路是圖2中描述的電路，因此，在此不對(duì)這些電路再做描述。也可以使用其它類(lèi)型的捕獲和整形電路5和波基截割電路6，這些都屬于本發(fā)明的范圍。根據(jù)圖3的組合，當(dāng)其中一個(gè)開(kāi)關(guān)34、340閉合時(shí)，第一電壓源Pl與讀取總線B2 之間產(chǎn)生讀取電流Ids，其首先流過(guò)因開(kāi)關(guān)閉合而連通的單元探測(cè)器32、320，然后流過(guò)次組合300的該單一匹配晶體管33?？刂蒲b置350設(shè)計(jì)成按順序依次閉合給定次組合300中的各開(kāi)關(guān)34、340，使得在給定時(shí)刻，給定次組合中最多只有一個(gè)開(kāi)關(guān)34、340閉合。控制裝置35是已知技術(shù)，例如包括移位寄存器。這使得其值等于讀取電流Ids的電流流過(guò)讀取總線B2，得到一個(gè)代表對(duì)各單元探測(cè)器32、320傳送的信號(hào)進(jìn)行時(shí)間多分復(fù)用的信號(hào)。在該次組合300中，單一匹配晶體管33讓兩個(gè)不同的單元探測(cè)器32、320連接在一起。于是，對(duì)于兩個(gè)單元探測(cè)器32、320之間的給定間隔，相對(duì)于一個(gè)匹配晶體管對(duì)應(yīng)一個(gè)單元探測(cè)器的現(xiàn)有技術(shù)而言，匹配晶體管33的尺寸可以增加到2倍。這樣可使得本發(fā)明的探測(cè)裝置的信噪比被提高。更詳細(xì)而言，定義第一平面的單元探測(cè)器32、320可設(shè)在與阻抗匹配裝置33和捕獲和整形電路5的不同的平面中，其中阻抗匹配裝置33和捕獲和整形電路5定義第二平面。這兩個(gè)平面有利地是一個(gè)位于另一個(gè)上面。單元探測(cè)器32、320則可以相互靠近，但不要相連。這樣，由于每個(gè)單元探測(cè)器32、320具有一個(gè)給定主區(qū)，一個(gè)像素區(qū)將被視為與一個(gè)單元探測(cè)器32、320的主區(qū)大致相等。如果阻抗匹配裝置33是位于相對(duì)于單元探測(cè)器32、320的第二平面中，該阻抗匹配裝置33則可有利地延伸以面對(duì)該次組合300的單元探測(cè)器32、320。這樣，就有可能制造一個(gè)匹配晶體管33，其面積與該次組合300的所有像素的組合面積大致相等。這樣，該匹配晶體管33的柵區(qū)可以大于至少一個(gè)像素區(qū)或一個(gè)單元探測(cè)器的主區(qū)。也有可能制造這個(gè)匹配晶體管33，使其柵區(qū)與該次組合300的多個(gè)單元探測(cè)器32、320或所有單元探測(cè)器的主區(qū)的總和大致相等。應(yīng)當(dāng)理解的是，在圖3的范例中，該匹配晶體管33可以具有一個(gè)大的柵區(qū)，例如大于一個(gè)單元探測(cè)器32、320的區(qū)域，或者接近該次組合的單元探測(cè)器(在本范例中，是兩個(gè)單元探測(cè)器)的組合區(qū)域。圖3的電氣圖描繪了一個(gè)二階軸對(duì)稱(chēng)，利用這個(gè)二階軸對(duì)稱(chēng)可制造這樣一種電磁輻射探測(cè)裝置，使得其中的連接單元探測(cè)器32、320第一端32. 1、320. 1至晶體管33源極的兩個(gè)互連線301、302具有大致相同的長(zhǎng)度和截面。如果這些互連線301、302制造材料相同， 則它們具有大致相同的電阻。即使它們不是嚴(yán)格相等，至少它們的電阻也是相當(dāng)?shù)??；ミB線301、302的這種構(gòu)造使得可以?xún)?yōu)化共同節(jié)點(diǎn)A的制造，顯著地降低了電磁輻射探測(cè)裝置的空間噪聲。適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，也會(huì)發(fā)現(xiàn)雖然這些互連線具有大致相同的電阻值，但它們也可能具有不同的幾何尺寸。結(jié)合圖4和圖5，可以更好地理解本發(fā)明，其中圖4和圖5例示了本發(fā)明的電磁輻射探測(cè)裝置的第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的局部平面示意圖。圖4和圖5是本發(fā)明的工作原理圖。圖中的不同元件表示功能以及不同功能的安排。這些工作原理圖并不尋求給出與電磁輻射探測(cè)裝置的各不同元件的尺寸相關(guān)的信息， 或者確認(rèn)或反駁以下事實(shí)這些元件可相對(duì)垂直布置。為了簡(jiǎn)化圖式，有些元件可能被省去。本發(fā)明的范圍不應(yīng)被這些工作原理圖所限制。圖4示意性地描繪本發(fā)明的一個(gè)電磁輻射探測(cè)裝置30，其包括多個(gè)單元探測(cè)器 22,220,這些單元探測(cè)器22、220分組成多個(gè)次組合300、300，，這些次組合300、300，排列成一個(gè)具有至少一行和至少一列的矩陣。這些次組合以虛線表示。各單元探測(cè)器整合在一個(gè)未畫(huà)出的基板上。在這個(gè)實(shí)施例中，該矩陣的兩列的一部分被畫(huà)出。因?yàn)槊苛邪辽賰蓚€(gè)具有兩個(gè)單元探測(cè)器的次組合300、300’，所以一個(gè)次組合300、300’的單元探測(cè)器22、 220屬于該矩陣的給定列。每列單元探測(cè)器連接至讀取總線B2、B2’，能夠?qū)⒋谓M合300、 300’的單元探測(cè)器22、220產(chǎn)生的信號(hào)從該列傳送至電路5、5’，以捕獲和整形這些單元探測(cè)器傳送的信號(hào)。波基截割電路6、6’也連接至每個(gè)讀取總線B2、B2’。在該矩陣的給定行中，單元探測(cè)器22、220’相互間隔一個(gè)給定的間隔，而在給定列中，它們相互間隔另一個(gè)間隔，其中該另一個(gè)間隔可相同于或不同于之前的那個(gè)間隔。
每個(gè)次組合300、300’包括單元探測(cè)器和其它電路元件。如上所述，根據(jù)如上所述的整體或混合架構(gòu)，優(yōu)選的是，這些單元探測(cè)器和其它電路元件整合在兩個(gè)分開(kāi)的平面中， 讓其中一個(gè)平面位于另一個(gè)平面之上。如之前在圖3中描述的一樣，電路元件包括單一阻抗匹配裝置、開(kāi)關(guān)(未畫(huà)出)以及互連線。在本實(shí)施例中阻抗匹配裝置為匹配電阻33、33’，其被給定次組合300、300’的單元探測(cè)器共用。每個(gè)單元探測(cè)器22、220對(duì)應(yīng)設(shè)有一個(gè)開(kāi)關(guān)?；ミB線位于單元探測(cè)器22、 220與匹配晶體管33,330'之間。每個(gè)單元探測(cè)器22、220的第一端連接至該匹配晶體管33、33’，而該匹配晶體管 33,33'將其連接至讀取總線B2、B2’。為了簡(jiǎn)化圖式，并未畫(huà)出所有電路元件，特別是開(kāi)關(guān)未畫(huà)出。為了捕獲電磁輻射探測(cè)裝置的每個(gè)單元探測(cè)器傳送的信號(hào)，對(duì)每一列的不同單元探測(cè)器依照?qǐng)D4中用符號(hào)Tl、T2、T3和T4按時(shí)間順序表示的時(shí)刻進(jìn)行順序讀取。在時(shí)刻Tl，所有列的第一行單元探測(cè)器22同時(shí)被讀取，其中開(kāi)關(guān)(未畫(huà)出)將它們連接至第一電壓源(未畫(huà)出)，讀取電流允許在這些單元探測(cè)器22中流動(dòng)。被讀取的單元探測(cè)器22利用匹配晶體管33、33’ (從它們的次組合的第一行匹配晶體管33、33’)連接至位于每一列底部的不同捕獲和整形電路5、5’。在時(shí)刻T2，仍然利用該第一行41匹配晶體管33、33’讀取第二行單元探測(cè)器220， 這些第二單元探測(cè)器220對(duì)應(yīng)之前測(cè)量的次組合的第二單元探測(cè)器。在T3時(shí)刻，讀取第三行單元探測(cè)器22，但是是利用第二行42晶體管33、33’，其中第三單元探測(cè)器所屬的次組合300、300’不同于之前讀取的單元探測(cè)器所述的次組合300、 300’。這第二行42匹配晶體管33、33’也將在時(shí)刻T4用于讀取第四行單元探測(cè)器。這個(gè)對(duì)不同行單元探測(cè)器的順序讀取(稱(chēng)為多路復(fù)用)可通過(guò)開(kāi)關(guān)的適當(dāng)控制來(lái)達(dá)成，而這些開(kāi)關(guān)連接單元探測(cè)器22、220至第一電壓源，該第一電壓源傳送讀取單元探測(cè)器所需的讀取電流。當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程可設(shè)計(jì)用于任何數(shù)目的行或列。根據(jù)本實(shí)施例，一個(gè)給定的匹配晶體管33、33’使用在兩個(gè)不同的時(shí)刻，以獲得兩個(gè)單獨(dú)的單元探測(cè)器22、220產(chǎn)生的信號(hào)，這是因?yàn)橐粋€(gè)匹配晶體管被同一次組合的兩個(gè)單元探測(cè)器所共用。在幾何上，這個(gè)匹配晶體管33位于一個(gè)給定次組合300的兩個(gè)相鄰單元探測(cè)器22、220的占用面積范圍內(nèi)。相對(duì)于圖2所描述的晶體管數(shù)目與單元探測(cè)器數(shù)目相同的情形而言，該匹配晶體管33的柵面積則可以成比例地?cái)U(kuò)大。次組合的晶體管的源極可有利地位于與兩個(gè)單元探測(cè)器22、220的第一端等距的位置。這個(gè)位置可被利用以在每個(gè)次組合300中實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)組合，在這個(gè)組合中，連接單元探測(cè)器300、300’至晶體管33、33’源極的兩個(gè)互連線具有理想的相同幾何尺寸，這個(gè)幾何尺寸是由其長(zhǎng)度和橫截面(即寬度與厚度的乘積)定義的，且這兩個(gè)互連線至少在電阻上是相當(dāng)?shù)?。有利的是，晶體管33、33’位于第二平面，這個(gè)第二平面不同于單元探測(cè)器22、220 所定義的第一平面，如下面圖9所示。有利的是，這兩個(gè)平面在垂直方向上彼此相對(duì)設(shè)置。 因此，如在圖3中所闡釋的，像素區(qū)可以接近單元探測(cè)器22、220的主區(qū)，且有可能獲得這樣的匹配晶體管，其柵面積可接近次組合的兩個(gè)單元探測(cè)器22、220的主區(qū)的總和。如果晶體管33、330’位于與單元探測(cè)器22、220相同的平面，相對(duì)于晶體管33、330’僅連接至單一單元探測(cè)器的情形而言，晶體管33、330’同樣也可以獲得兩倍大的面積。在本發(fā)明各種實(shí)施例中，如果每個(gè)次組合300、300’的單元探測(cè)器屬于該矩陣的多個(gè)列，則可能相同讀取總線連接至屬于該矩陣多個(gè)列的單元探測(cè)器，或者多個(gè)讀取總線用于屬于該矩陣同一列的多個(gè)單元探測(cè)器，和/或?qū)o定行的單元探測(cè)器采用多路復(fù)用技術(shù)。圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電磁輻射探測(cè)裝置的局部平面示意圖，其例示了上述闡述的可能實(shí)施方式。在這個(gè)實(shí)施例中，電磁輻射探測(cè)裝置30的各單元探測(cè)器分組成次組合500、500’， 其中每個(gè)次組合包括四個(gè)單元探測(cè)器221、222、223、224，排列成兩行，每行有兩個(gè)單元探測(cè)器。在每個(gè)次組合500、500，中，單元探測(cè)器221、222、223、2M通過(guò)互連線201、202連接至單一阻抗匹配裝置，該單一阻抗匹配裝置為匹配晶體管33、33’。在本實(shí)施例中，互連線 201,202被描繪成T形，其將兩個(gè)單元探測(cè)器221、222或223、2M —起連接至匹配晶體管 33,33'。匹配晶體管33、33’通過(guò)讀取總線B2、B2，連接至電路5、5’和波基截割電路6、6，。 電路5、5’用于捕獲和整形每個(gè)單元探測(cè)器傳送的信號(hào)。匹配晶體管33、33’使用直接注入方式連接，能夠提供次組合500、500’的單元探測(cè)器221、222、223、2M與捕獲和整形電路5、 5’之間的阻抗匹配功能。在這個(gè)實(shí)施例中，所示的兩個(gè)次組合構(gòu)成一列次組合。而且，每個(gè)次組合包括屬于該矩陣的兩列的單元探測(cè)器。在給定列的次組合中，這些次組合交替地連接至兩條讀取總線B2、B2’的其中一條總線B2、B2’，且連接至兩個(gè)捕獲和整形電路5、5’的其中一個(gè)捕獲和整形電路5、5’。這樣，每條讀取總線B2、B2’接收位于矩陣中兩列的單元探測(cè)器傳送的信號(hào)，且沒(méi)有一條所繪出的讀取總線B2、B2’連接至該矩陣的其中一列上的所有單元探測(cè)器。 這種構(gòu)造使得，平均而言，一條讀取總線B2、B2’對(duì)應(yīng)多個(gè)探測(cè)器，這多個(gè)探測(cè)器與單一列中的多個(gè)單元探測(cè)器數(shù)目相當(dāng)。即使只繪出兩個(gè)次組合500，500’，但每個(gè)捕獲和整形電路5、5’和每條讀取總線 B2、B2，被多個(gè)次組合500，500，共用是有利的。由于所述次組合500，500’以行的形式進(jìn)行排列，這允許對(duì)單元探測(cè)器221、222、 223,224依照?qǐng)D5中符號(hào)Tl、T2、T3和T4表示的時(shí)間順序進(jìn)行順序讀取。在時(shí)刻Tl，所繪出的兩個(gè)次組合的單元探測(cè)器221通過(guò)與這兩個(gè)次組合對(duì)應(yīng)的匹配晶體管33、33’同時(shí)連接至捕獲和整形電路5、5’。每條讀取總線B2、B2’因此接收每個(gè)次組合中相同位置的單元探測(cè)器傳送的信號(hào)。在時(shí)刻T2，以及之后的T3和T4時(shí)刻，每個(gè)次組合500、500’的單一單元探測(cè)器 222、223、224(絕不會(huì)是同一個(gè))接連地連接至捕獲和整形電路5、5’。在每個(gè)時(shí)刻T1、T2、 Τ3、Τ4，其余的單元探測(cè)器221、222、223、2Μ與匹配晶體管33、33’之間不會(huì)有讀取電流流動(dòng)。應(yīng)當(dāng)理解的是，如果有多個(gè)次組合500、500’連接至一條讀取總線Β2、Β2’，該順序
讀取必須考慮這些次組合包含的單元探測(cè)器，使得在一個(gè)給定的時(shí)刻Τ，只有單一一個(gè)單元探測(cè)器傳送的信號(hào)在讀取總線Β2中流動(dòng)。在此值得注意的是，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，其它時(shí)序也是可能的。特別是，給定次組合行中的不同次組合500、500’可連接至同一讀取總線Β2、Β2’，可節(jié)省該矩陣范圍內(nèi)的讀取總線B2、B2’，但這是以比第一實(shí)施例更長(zhǎng)的多路傳輸時(shí)間為代價(jià)，因?yàn)槲挥谠摼仃噧闪兄械乃袉卧綔y(cè)器必須透過(guò)同一讀取總線進(jìn)行多路復(fù)用。根據(jù)本第二實(shí)施例，在四個(gè)不同的時(shí)刻T1、T2、T3、T4，一個(gè)給定的匹配晶體管33、 33’用于一個(gè)給定的次組合500、500’的四個(gè)單獨(dú)的單元探測(cè)器221、222、223、224的讀取。 該匹配晶體管33、33’在幾何上位于該次組合的四個(gè)單元探測(cè)器的占用面積之內(nèi)。因此，該匹配晶體管的柵面積可按照針對(duì)圖3和圖4所提及的方式進(jìn)行成比例地調(diào)整。由于是連接至包括分布在兩行和兩列上的其它單元探測(cè)器的次組合，該匹配晶體管的源極的位置設(shè)置得益于四階軸對(duì)稱(chēng)。該源極例如可被設(shè)計(jì)成位于與這四個(gè)單元探測(cè)器中的每個(gè)探測(cè)器的第一端等距的位置。其可以例如為U形，總是有至少一個(gè)點(diǎn)與每個(gè)單元探測(cè)器的第一端間隔固定距離。這種措施使得可以為該次組合的所有單元探測(cè)器并因此為該矩陣的所有單元探測(cè)器獲得大致相同的連接特征。值得注意的是，互連線201、202具有大致相同的電阻值，因此會(huì)產(chǎn)生一個(gè)低寄生電阻，從而構(gòu)成小空間噪聲分量元素?？梢詷?gòu)思其他實(shí)施例來(lái)設(shè)計(jì)本發(fā)明的匹配晶體管，這些其它實(shí)施例利用單元探測(cè)器的布局對(duì)稱(chēng)性。作為一個(gè)范例，圖6Α和圖6Β描繪了本發(fā)明第三實(shí)施例的電磁輻射探測(cè)裝置，其中一個(gè)次組合600具有十六個(gè)單元探測(cè)器。圖6Α例示了這十六個(gè)單元探測(cè)器的位置，其呈四階軸對(duì)稱(chēng)，具有四列，每列具有四個(gè)單元探測(cè)器62，這些探測(cè)器整合在第一平面內(nèi)，每個(gè)探測(cè)器62具有一個(gè)將探測(cè)器連接至阻抗匹配裝置63的第一端67。因此，次組合600包括位于矩陣的四列和四行上單元探測(cè)器62，其中次組合的每列屬于該矩陣的一列。單元探測(cè)器 62的第二端68通過(guò)接線C61至C64連接至第一電壓源Ρ1，其中一條接線用于次組合600 的每一列。每條接線C61至C64通過(guò)電氣接線69連接至四個(gè)單元探測(cè)器62，每個(gè)電氣接線 69上設(shè)有開(kāi)關(guān)64。每個(gè)開(kāi)關(guān)64的位置設(shè)置成使得其可以連接接線C61、C62、C63或C64至單一單元探測(cè)器62。根據(jù)之前描述的整體或混合結(jié)構(gòu)的可能的方式，這些十六個(gè)單元探測(cè)器62共用的匹配晶體管63位于第二平面，其不同于單元探測(cè)器62定義的第一平面。有利的是，這兩個(gè)平面在垂直方向上相對(duì)設(shè)置。接線C61至C64和/或電氣接線69和開(kāi)關(guān)64也可以位于該第二平面，或者在一個(gè)第三平面。設(shè)有但不限于晶體管63的該第二平面將在下面結(jié)合圖 6B更詳細(xì)地描述。這些不同平面的并置將在圖9的描述中更加詳細(xì)地介紹。圖6A中是利用大圓點(diǎn)定義的源極631以及小圓點(diǎn)定義的漏極632來(lái)局部地表示匹配晶體管63。在圖6的范例中，源極631和漏極632交錯(cuò)對(duì)叉。為了簡(jiǎn)化圖式，該晶體管的柵并沒(méi)有畫(huà)出，但可以預(yù)料到的是，該柵在匹配晶體管63的源和漏之間延伸(未畫(huà)出)。 該柵則被分成多個(gè)柵部分，這些柵部分指向次組合600的單元探測(cè)器62的列的方向。在本實(shí)施例的這個(gè)特別情形中，源極631呈U形，該U的一個(gè)分支在圖6A的左部延伸于頭兩列單元探測(cè)器之間，另一個(gè)分支在圖6A的右部延伸于其它兩列單元探測(cè)器之間。漏極632這樣形成，使得其與源極631交錯(cuò)對(duì)叉。這樣，該漏極呈梳狀，具有多個(gè)分支，其中，源極631的每個(gè)分支位于漏極632的兩相鄰分支之間。這樣，由于源極631呈 U形，漏極則為具有四個(gè)分支的梳狀結(jié)構(gòu)?；蛘撸绻诖耸境龅牡诙偷谌种Ъ显谝黄鸲纬蓡我环种?，則漏極可以為具有三個(gè)分支的梳狀結(jié)構(gòu)。在圖6A的范例中，這些第一端67以四個(gè)為一組在節(jié)點(diǎn)A電性連接，其中節(jié)點(diǎn)A位于源極631內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)上。因此，存在四個(gè)節(jié)點(diǎn)A連接單元探測(cè)器62至源極631。參考圖6B，該匹配晶體管被更加詳細(xì)地描述。在此，柵633由四部分構(gòu)成，每部分分別位于源極631的一個(gè)分支與漏極632的一個(gè)分支之間，相對(duì)于源極631和漏極632，柵 633的各部分是比較寬的，它們幾乎占據(jù)源極631的一個(gè)分支與漏極632的一個(gè)分支之間的所有空間。因此，柵633的各部分呈現(xiàn)矩形形狀，其與次組合的一列單元探測(cè)器62大致對(duì)齊。 柵633的不同部分利用電氣接線C65相連以形成單一柵633，該單一柵633連接至第二電壓源P2，使得該匹配晶體管63可以操作在飽和模式。漏極632利用電氣接線連接至讀取總線B2。在圖6B中，利用虛線繪出了圖6A中的次組合的十六個(gè)單元探測(cè)器中一些探測(cè)器的可能位置，這些單元探測(cè)器位于該第一平面，其不同于包含匹配晶體管63的第二平面。如果該漏極632的兩個(gè)分支靠近而不被源極631的一個(gè)分支分開(kāi)，則有可能制造出這樣一種匹配晶體管使得漏極的這兩個(gè)分支合并成單一分支。本實(shí)施例使得可以制造一個(gè)具有相當(dāng)大尺寸的匹配晶體管63，其可以位于十六個(gè)單元探測(cè)器62的占據(jù)面積之內(nèi)，其柵區(qū)面積可大于一個(gè)探測(cè)器的主區(qū)，或者大于兩個(gè)、三個(gè)、五個(gè)、十個(gè)、十六個(gè)或更多個(gè)單元探測(cè)器的主區(qū)的組合。根據(jù)本實(shí)施例的構(gòu)造可延及包括多于十六個(gè)單元探測(cè)器的次組合。例如，可以包含三十六個(gè)單元探測(cè)器，其排列成六行六列，四個(gè)一組的連接至該源極。該源極則呈W形， 為具有三個(gè)分支的梳狀結(jié)構(gòu)。次組合也可能具有二十四個(gè)單元探測(cè)器，排列成四行六列或者四列六行。這樣，該源極可以分別呈U形或W形。在本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例中，單元探測(cè)器所在的第一平面不同于包含該匹配晶體管的第二平面，該匹配晶體管的柵區(qū)面積就可以大于或等于一個(gè)次組合面積的60%、75%、 80%甚至90%，該次組合面積定義為該次組合的所有單元探測(cè)器的主區(qū)的總和。該次組合在第二平面上其余區(qū)域，如下面圖9所示，是必須要有的，其是為了 -形成源和漏極，-在上述電極下面形成源和漏，-形成讀取總線，形成電氣接線和探測(cè)器運(yùn)行所需要的所有其它電氣或電子元件， 尤其是光電二極管或微輻射熱計(jì)，其中這些電氣接線為柵、開(kāi)關(guān)、控制接線供電以利用開(kāi)關(guān)組織多路讀取。該晶體管的源極形成一個(gè)梳狀結(jié)構(gòu)，該梳狀結(jié)構(gòu)的分支間隔開(kāi)，位于兩列單元探測(cè)器之間，制造這樣的晶體管的優(yōu)點(diǎn)之一是可以形成非常短的互連線，所有這些互連線具有相同的幾何尺寸。因此，所有這些互連線具有大致相同的電阻值。優(yōu)選的是，在本發(fā)明中，連接每個(gè)單元探測(cè)器至阻抗匹配裝置的互連線具有大致相同的尺寸以得到大致相同的電阻。除了因電磁輻射引起的電阻外，每個(gè)捕獲和整形電路接收一個(gè)殘余阻抗，該殘余阻抗包括首先這些互連線的電阻，其次為阻抗匹配裝置與捕獲和整形電路之間的局部阻抗。該阻抗利用阻抗匹配裝置加以降低。因此，在整個(gè)矩陣中，這些殘余阻抗大致相同，且寄生電阻整體上降低了。
然而，通過(guò)給予這些互連線相互不同的尺寸，也可以獲得互連線的相同電阻值。尤其是，對(duì)于多個(gè)單元探測(cè)器與同一阻抗匹配裝置的距離不同時(shí)，也可以獲得大致相同的電阻。為了實(shí)現(xiàn)上述相同的電阻，本發(fā)明提出，相對(duì)于起始于距離該阻抗匹配裝置更遠(yuǎn)的另一個(gè)單元探測(cè)器的一條互連線的電阻，人為地提高源于較靠近該阻抗匹配裝置的一個(gè)單元探測(cè)器的至少一條互連線的電阻，使得這兩條互連線的電阻大致相同。降低源于一個(gè)較遠(yuǎn)的單元探測(cè)器的互連線的電阻的這種相反方式也是可能的。圖7描繪了本發(fā)明的這種實(shí)施方式的一個(gè)特別范例，尤其是當(dāng)次組合的單元探測(cè)器之間的排列不具有任何特別對(duì)稱(chēng)性時(shí)。次組合700包括第一、第二和第三單元探測(cè)器，從左至右，分別標(biāo)號(hào)為721、722和 723，這三個(gè)單元探測(cè)器位于該第一平面內(nèi)，排列成一行。在不同于該第一平面的第二平面， 形成一個(gè)被這三個(gè)單元探測(cè)器共用的匹配晶體管73。這兩個(gè)平面中，其中一個(gè)位于另一之上，其中這些單元探測(cè)器721、722、723至少面對(duì)該匹配晶體管73的一部分。該匹配晶體管 73包括位于該第三單元探測(cè)器723的區(qū)域中的源，位于該第一單元探測(cè)器721的區(qū)域的漏 732,以及插入該源731和漏732之間的柵733。柵733至少位于該第二單元探測(cè)器722以及該第一和第三單元探測(cè)器721和723的下面。源極7310位于該第三單元探測(cè)器723的區(qū)域中。該第三單元探測(cè)器723較該第二單元探測(cè)器722更靠近該源極7310，而該第二單元探測(cè)器722自己又比該第一單元探測(cè)器721更靠近該源極7310。單元探測(cè)器721、722、723分別利用互連線74、75、76連接至源極7310。在對(duì)因單元探測(cè)器721、722、723與源極7310之間的距離變化造成的互連線之間的電阻變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆绞街?，圖7的范例提出人為地增加源于最靠近源極7310的單元探測(cè)器722、723的這兩條互連線75、76的電阻，以使它們的電阻與源于離該源極7310最遠(yuǎn)的單元探測(cè)器721的互連線74的電阻大致相同。通過(guò)考慮其它單元探測(cè)器、其它互連線和該源極的相對(duì)位置和阻礙，來(lái)定義一條連接一個(gè)單元探測(cè)器至源極的最短的可能線路。這樣，就可以定義一個(gè)連接一個(gè)單元探測(cè)器至該源極的最短的可能長(zhǎng)度。增加互連線電阻的一種方式是加長(zhǎng)該互連線以超出該最短的可能長(zhǎng)度。這種方式雖然有趣，但可能使該探測(cè)裝置中充滿大量無(wú)用的互連線長(zhǎng)度。通常，該電磁輻射探測(cè)裝置的所有互連線都通常具有相同的橫截面。從此刻起，我們將用術(shù)語(yǔ)“標(biāo)稱(chēng)截面”來(lái)稱(chēng)這樣一個(gè)絕大多數(shù)互連線或至少絕大多數(shù)互連線中的一部分互連線都相同的截面。另外，這些互連線定義為具有給定長(zhǎng)度。本發(fā)明提出在想要增加電阻的互連線的至少一部分長(zhǎng)度上或在其整個(gè)長(zhǎng)度上縮小該互連線的截面。這樣一種截面的縮小導(dǎo)致電阻變大。通過(guò)改變具有更小截面的這部分長(zhǎng)度，就可以改變?cè)撾娮柙黾又怠Ｔ谶B接該第二和第三單元探測(cè)器722、723至該源極7310 的互連線75、76中繪出了這樣縮小的截面79、79’。也可以結(jié)合兩種方法，例如通過(guò)增加一條互連線的長(zhǎng)度以超過(guò)該最短的可能長(zhǎng)度，并且在給定的長(zhǎng)度上縮小截面。相反，如果目的是降低源于較其它單元探測(cè)器更遠(yuǎn)的單元探測(cè)器的互連線的電阻，則可以在這些互連線的一部分長(zhǎng)度上或其整個(gè)長(zhǎng)度上擴(kuò)大這些互連線的截面。
因此，對(duì)于一些想要降低其電阻的互連線，可以擴(kuò)大其截面，而對(duì)于想要增加其電阻的互連線，可以縮小其截面和/或增加其長(zhǎng)度。這種方法使得形成的次組合中的所有互連線具有大致相同的電阻，而不需要要求這些單元探測(cè)器的任何對(duì)稱(chēng)性排列。例如，可以具有奇數(shù)個(gè)單元探測(cè)器。因此，沒(méi)有必要去尋求將源極形成在與各單元探測(cè)器相同距離的位置。這使得可以簡(jiǎn)化匹配晶體管的制造和設(shè)計(jì)。另外，可以設(shè)計(jì)具有最優(yōu)尺寸的匹配晶體管，以及在稍后階段定義單元探測(cè)器的次組合，例如，通過(guò)選擇面向匹配晶體管的單元探測(cè)器。優(yōu)選的是，形成具有對(duì)稱(chēng)排列的單元探測(cè)器的次組合，以降低互連線的長(zhǎng)度，以及使得可以更簡(jiǎn)單地獲得互連線的大致相同的電阻。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在便于獲得大致相同的電阻和便于匹配晶體管的設(shè)計(jì)之間進(jìn)行妥協(xié)。圖8例示了應(yīng)用本發(fā)明的另一種方式。本實(shí)施例假定該矩陣的給定列80的單元探測(cè)器82屬于給定單元探測(cè)器次組合，且它們位于同一平面，稱(chēng)為第一平面。在不同于第一平面的第二平面，形成被所有單元探測(cè)器82共用的阻抗匹配晶體管83。該匹配晶體管83包括在圖8的右側(cè)沿列80設(shè)置的源極831，該源極831設(shè)置在該列80單元探測(cè)器的整個(gè)長(zhǎng)度上。該源極大致上位于該列80探測(cè)器82的一側(cè)邊，且位于一個(gè)不同的平面。該匹配晶體管83包括在圖8左側(cè)沿列80設(shè)置的漏極832，該漏極832設(shè)置在該列 80單元探測(cè)器的整個(gè)長(zhǎng)度上，在單元探測(cè)器的另一側(cè)邊，面對(duì)該源極831，并位于不同于單元探測(cè)器的平面上。柵833大致延伸于該源極831和漏極832之間。該柵833因此位于單元探測(cè)器82上或單元探測(cè)器82下面，與之在觀察者的方向上對(duì)齊，并位于不同的平面。然而，該源極831利用互連線85電連接至單元探測(cè)器82。在圖8的范例中，源極 831的至少一部分面對(duì)每個(gè)單元探測(cè)器82的至少一部分。因此，單元探測(cè)器利用更短的路徑連接至源極831。例如，對(duì)于接近的兩個(gè)單元探測(cè)器，源于其中一個(gè)單元探測(cè)器82的互連線85延伸于這兩個(gè)單元探測(cè)器之間。根據(jù)另一個(gè)范例，可能具有垂直的互連線，其垂直延伸于源極831所在的平面與包含單元探測(cè)器82的該第一平面之間。該漏極832連接至捕獲和整形電路5。根據(jù)本實(shí)施例，互連線85具有大致相同的電阻。另外，該列80的所有單元探測(cè)器 82共用的匹配晶體管83的尺寸設(shè)計(jì)成使得其轉(zhuǎn)導(dǎo)盡可能的高。這樣一個(gè)實(shí)施例可被修改，使得該次組合由該矩陣的一列的一部分構(gòu)成，S卩，該次組合由構(gòu)成該矩陣的一列的一部分的單元探測(cè)器構(gòu)成。因此，在一列中可能有多個(gè)次組合。 對(duì)本實(shí)施例的另一種修改使得該次組合由兩個(gè)或多個(gè)列構(gòu)成也是可能的。一個(gè)匹配晶體管則被位于該矩陣的兩列或多列上的單元探測(cè)器共用。該次組合可由多個(gè)列的部分形成，該多個(gè)列的部分源自?xún)蓚€(gè)或多個(gè)列，形成一組列。在這些情形下，源極有利地沿一列單元探測(cè)器的長(zhǎng)度設(shè)置，其中該列單元探測(cè)器位于該組列的一端。該漏極沿一列單元探測(cè)器的長(zhǎng)度設(shè)置，其中該列單元探測(cè)器位于該組列的另一端。另外，所有單元探測(cè)器的這些互連線具有大致相同的電阻。這樣，相對(duì)于互連線以最短的可能路徑連接單元探測(cè)器至源極時(shí)的互連線電阻而言，一些互連線一定具有一個(gè)增加的電阻。圖9例示了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的探測(cè)裝置的截面，描繪了位于第一平面G的一個(gè)給定次組合的兩個(gè)單元探測(cè)器92、92’以及位于第二平面G’的匹配晶體管93。在第一平面 G和第二平面G’中，其中一個(gè)平面位于另一個(gè)平面之上，且匹配晶體管93面對(duì)該兩個(gè)單元探測(cè)器92、92，。單元探測(cè)器92、92’可位于一層電介質(zhì)材料94的區(qū)域內(nèi)，該層電介質(zhì)材料稱(chēng)為介電層，而該介電層本身位于基板90上。該第二平面G’由電介質(zhì)材料94和基板90之間的界面定義。該介電層94具有下列元件-源極931和漏極932，-連接至漏極932的讀取總線B2，-連接單元探測(cè)器92、92，至源極931的互連線912和921，，-柵極95。為了簡(jiǎn)化圖式，圖中沒(méi)有畫(huà)出開(kāi)關(guān)以及連接單元探測(cè)器至開(kāi)關(guān)的電氣接線?；ミB線921、921’、電氣接線以及讀取總線B2可被考慮位于第二平面G’中(位于單元探測(cè)器92、92’與基板90之間)，或位于第一和第二平面G、G’之間的其它平面上。作為一種變化，一些或所有單元探測(cè)器92’可利用空氣間層97與介電層94隔開(kāi)。 該空氣間層可以是低氣壓。該空氣間層可以是特定于每個(gè)單元探測(cè)器92’，也可以是被多個(gè)單元探測(cè)器92’共用。優(yōu)選的是，這些利用空氣間層與介電層94隔開(kāi)的單元探測(cè)器92’ 利用一個(gè)或多個(gè)支撐98、98’機(jī)械連接至該介電層94。有利的是，這些支撐為支柱。優(yōu)選的是，這些支撐位于單元探測(cè)器92’的邊緣，用于相對(duì)于該介電層94保持所述單元探測(cè)器 92’于固定位置。一些這樣的支柱可由連接所述單元探測(cè)器至匹配晶體管源極931的互連線921，的一部分形成，或者包含該互連線921，的一部分。該基板90包括分別連接至源極931和漏極932的源901和漏902。源901和漏902有利地位于該兩個(gè)單元探測(cè)器92、92’定義的次組合的兩相對(duì)端， 分別在圖9的左側(cè)和右側(cè)。柵95在介電層94內(nèi)延伸于源和漏之間，利用柵氧化層96與該基板90隔開(kāi)。該柵的長(zhǎng)度L大于單元探測(cè)器92、92’之間的單一間隔P。其中一個(gè)單元探測(cè)器92比另外一個(gè)單元探測(cè)器92’更靠近源極931。在圖中代表性地描繪了一個(gè)互連線部97，其能提高連接最靠近源極931的單元探測(cè)器92至該源極931 的互連線921的電阻。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，如之前結(jié)合圖3提出的那樣，在每一個(gè)次組合中不僅可共用單一阻抗匹配裝置，而且可以共用捕獲和整形電路。這種情形主要適合于可見(jiàn)波長(zhǎng)的電磁輻射探測(cè)裝置，包括光電二極管類(lèi)型的單元探測(cè)器。本發(fā)明使得匹配晶體管的柵區(qū)面積可隨同一次組合中的單元探測(cè)器的數(shù)目成比例地增加，而不會(huì)引入任何寄生電阻(這些寄生電阻會(huì)對(duì)次組合中的每個(gè)單元探測(cè)器產(chǎn)生空間噪聲)。這樣做的結(jié)果就是，首先根據(jù)上述關(guān)系式{3}，匹配晶體管造成的噪聲被降低了，以及與參考專(zhuān)利[3]的裝置相比，電磁輻射探測(cè)裝置的信噪比相應(yīng)地提高了。根據(jù)關(guān)系式{3}，第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以提高每個(gè)單元探測(cè)器內(nèi)的讀取電流，其提高比例就等于本發(fā)明允許的柵區(qū)面積的增加比例，而不會(huì)引入任何匹配晶體管導(dǎo)致的額外噪聲。
因此，值得注意的是，當(dāng)單元探測(cè)器是輻射熱計(jì)或微輻射熱計(jì)類(lèi)型時(shí)，微輻射熱計(jì)的電阻可以放大方式獲得可察覺(jué)的變化，這種變化與該讀取電流的增加成比例。單元探測(cè)器傳送的信號(hào)因此可以經(jīng)過(guò)放大。這也使得本發(fā)明電磁輻射探測(cè)裝置的哦信噪比可以被改
口 ο這個(gè)優(yōu)點(diǎn)尤其對(duì)具有小主區(qū)的單元探測(cè)器有用，其間隔小于25um，小的入射電磁輻射捕獲區(qū)域使其捕獲非常不利，因此其需要對(duì)傳送的信號(hào)進(jìn)行所有可能的放大。使用更大的區(qū)域來(lái)設(shè)計(jì)匹配晶體管的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以獨(dú)立地調(diào)整匹配晶體管柵的長(zhǎng)度L和寬度W。用這種方式，就可以獲得更大的匹配晶體管的轉(zhuǎn)導(dǎo)，并因此根據(jù)關(guān)系式{1}可獲得更大的注入效率。這種效果是除了已經(jīng)由讀取電流的增加(其也使轉(zhuǎn)導(dǎo)提高)提供的益處之外的效果，這兩種效果綜合起來(lái)就可以使傳送信號(hào)可以更好地被還原，因此獲得改善的電磁輻射探測(cè)裝置的信噪比。本發(fā)明提供的被增加的轉(zhuǎn)導(dǎo)也可用于實(shí)現(xiàn)具有低動(dòng)態(tài)阻抗的單元探測(cè)器的直接注入連接。這可以例如是涉及具有低電阻的輻射熱計(jì)或微輻射熱計(jì)。尤其是當(dāng)想要使用低電壓驅(qū)動(dòng)的晶體管技術(shù)的時(shí)候(比如使用光刻蝕分辨率方面最先進(jìn)的CMOS技術(shù))，后者是必須要的。通過(guò)增加讀取電流和信噪比，就可以使用對(duì)電阻具有較低固有影響的單元探測(cè)器，而在現(xiàn)有技術(shù)中這種影響會(huì)被噪聲掩蓋。使用具有更大柵區(qū)的晶體管也提供了更均勻特性，在該電磁輻射探測(cè)裝置范圍內(nèi)提供了顯著地更均勻的閥值電壓，這降低了該矩陣的像素中產(chǎn)生的固定空間噪聲。實(shí)際上， 已經(jīng)知道，在柵長(zhǎng)度L為大約2um時(shí)，閥值電壓的分散會(huì)顯著增加匹配晶體管引起的固定空間噪聲。實(shí)際上，為了獲得給定的極化，增加匹配晶體管的寬度W是有必要的，但是這也需要增加匹配晶體管的長(zhǎng)度L。這在現(xiàn)有技術(shù)中是困難的，但可以通過(guò)使用本發(fā)明來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明也教導(dǎo)可以形成一個(gè)具有大柵區(qū)的直接注入匹配晶體管，其為多個(gè)單元探測(cè)器共用，同時(shí)得益于該電磁輻射探測(cè)裝置的所有單元探測(cè)器的均勻電氣連接。這種均勻性特征特別是涉及單元探測(cè)器與每個(gè)匹配晶體管源極之間的互連線的電阻。已經(jīng)知道這個(gè)電阻對(duì)于該固定空間噪聲是特別關(guān)鍵的，該固定空間噪聲對(duì)該電磁輻射探測(cè)裝置的每個(gè)像素產(chǎn)生不同的影響。本發(fā)明也提供了制造圖像傳感器或成像儀的方案，其通過(guò)使用具有大柵區(qū)的匹配晶體管而具有降低的瞬時(shí)噪聲，同時(shí)其通過(guò)結(jié)合使用具有大柵區(qū)的匹配晶體管以及均勻連接而在像素中具有降低的空間噪聲，而該均勻連接是通過(guò)大致相同的互連線電阻來(lái)達(dá)成的。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以得到具有大柵區(qū)的阻抗匹配晶體管， 其為一個(gè)次組合中的單元探測(cè)器共用，這些單元探測(cè)器在該矩陣中相互靠近，且屬于該矩陣的多個(gè)不同列和行。這種排列避免特征化該矩陣的不同列或不同行，從而防止出現(xiàn)具有列向或行向分量元素的空間噪聲，而這些空間噪聲對(duì)于該電磁輻射探測(cè)裝置產(chǎn)生的所有圖像的質(zhì)量以及利用是特別有害的。實(shí)際上，可以形成單元探測(cè)器的次組合使得信號(hào)捕獲和整形電路不與給定列的所有單元探測(cè)器連接。
2權(quán)利要求
1.一種電磁輻射探測(cè)裝置，包括多個(gè)單元探測(cè)器(32、320、62、82、92)，這些單元探測(cè)器被分組成一個(gè)或多個(gè)次組合(300、300’、600)，每個(gè)次組合包括多個(gè)單元探測(cè)器，其中每個(gè)單元探測(cè)器(32、320、62、82、9幻利用互連線(301、302、66、邪)連接至阻抗匹配裝置(33、 33，、63、83、93)，其特征在于該阻抗匹配裝置(33、33’、63、83、93)為單個(gè)次組合(300、300’、600)的所有單元探測(cè)器(32、320、62、82、92)所共用，在每個(gè)次組合(300、300’、600)中，這些互連線(301、302、66、邪)具有大致相同的電阻值。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述單元探測(cè)器(32、320、62、82、92)是輻射熱計(jì)、微輻射熱計(jì)、光電二極管或光電導(dǎo)體。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，當(dāng)這些單元探測(cè)器(32、320、62、82、9幻是光電二極管時(shí)，所述阻抗匹配裝置(33、33’、63、83、9；3)連接至捕獲和整形電路(5、5’)，其中該捕獲和整形電路(5、5’)為單個(gè)次組合(300、300’、600)的所有單元探測(cè)器(32、320、62、 82、92)所共用。
4.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述阻抗匹配裝置(33、33’、63、83、93) 連接至捕獲和整形電路(5、5’)，其中該捕獲和整形電路(5、5’)為多個(gè)次組合(300、300’、 600)所共用。
5.如權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，每個(gè)單元探測(cè)器(32、320、 62、82、92)與特定于其的開(kāi)關(guān)(34,340,64)串聯(lián)，其中給定次組合(300、300，、600)的開(kāi)關(guān)依序閉合，使得連接所述阻抗匹配裝置(33、33’、63、83、93)的讀取總線(B1、B2、B2’ ) 一次接收單個(gè)單元探測(cè)器(32、320、62、82、9幻產(chǎn)生的信號(hào)。
6.如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述阻抗匹配裝置(33、 33’、63、83、9；3)是操作在飽和狀態(tài)的稱(chēng)為匹配晶體管的直接注入晶體管，其中這些單元探測(cè)器(32、320、62、82、92)連接至所述匹配晶體管(33、33，、63、83、93)的源極(631、7310、 831,931)。
7.如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，這些單元探測(cè)器(32、320、 62,82,92)定義第一平面(G)，該第一平面(G)不同于包括該阻抗匹配裝置(33、33’、63、83、 93)的第二平面(G’)，其中這兩個(gè)平面(G、G’)中一個(gè)平面位于另一個(gè)平面之上，該阻抗匹配裝置(33、33’、63、83、93)面對(duì)至少一些單元探測(cè)器(32、320、62、82、92)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，在其應(yīng)用權(quán)利要求6時(shí)，該匹配晶體管(33、 33，、63、83、93)的柵區(qū)大于該次組合(300、300，、600)的一個(gè)單元探測(cè)器(32、320、62、82、 92)的主區(qū)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，該匹配晶體管(33、33’、63、83、93)的柵區(qū)大于給定次組合(300、300’、600)的多個(gè)單元探測(cè)器(32、320、62、82、92)主區(qū)的總和。
10.如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，分別連接該阻抗匹配裝置至一個(gè)單元探測(cè)器(32、320、62、82、9幻的這些互連線(301、302、66、邪)具有大致相同的尺寸。
11.如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，相對(duì)于如果互連線以微電子技術(shù)中盡可能短的路徑連接至該阻抗匹配裝置(33、33’、63、83、93)的一個(gè)給定端時(shí)的電阻，至少一個(gè)互連線(301、302、66、85)的電阻增加或降低，其中至少一個(gè)單元探測(cè)器 (32、320、62、82、92)比同一次組合(300、300，、600)的另一個(gè)單元探測(cè)器(32、320、62、82、 92)更遠(yuǎn)離所述阻抗匹配裝置(33、33’、63、83、93)的所述端。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，連接該阻抗匹配裝置至一個(gè)單元探測(cè)器的具有給定長(zhǎng)度的至少一個(gè)互連線至少在其部分長(zhǎng)度上具有一個(gè)這樣的截面，該截面與連接該阻抗匹配裝置至同一次組合中另一個(gè)單元探測(cè)器的另一個(gè)互連線的至少一部分的截面不相同。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，連接該阻抗匹配裝置至一單元探測(cè)器的、 具有增加的電阻且具有給定長(zhǎng)度的互連線(301、302、66、邪)在至少部分長(zhǎng)度上具有縮小的截面。
14.如權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述單元單元探測(cè)器 (32、320、62、82、9幻排列成具有行和列單元探測(cè)器的矩陣，所述次組合(300、300’、600)包括位于多個(gè)矩陣行中的不同單元探測(cè)器(32、320、62、82、92)以及位于多個(gè)矩陣列中的不同單元探測(cè)器(32、320、62、82、92)。
15.如權(quán)利要求1至14中任意一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，給定次組合(300、300’、 600)的多個(gè)單元探測(cè)器(32，320，62，82，92)以給定階的軸對(duì)稱(chēng)方式進(jìn)行排列。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種電磁輻射探測(cè)裝置，包括多個(gè)單元探測(cè)器(32、320)，這些單元探測(cè)器被分組成一個(gè)或多個(gè)次組合(300)，每個(gè)次組合包括多個(gè)單元探測(cè)器，其中每個(gè)單元探測(cè)器(32、320)利用互連線(32.1、320.1)連接至阻抗匹配裝置(33)，其特征在于該阻抗匹配裝置(33)為單個(gè)次組合(300)的所有單元探測(cè)器(32、320)所共用；在每個(gè)次組合(300)中，這些互連線(32.1、320.1)具有大致相同的電阻值。
文檔編號(hào)G01J5/20GK102252761SQ20111009766
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月16日
發(fā)明者巴諦克·羅伯特, 駿加喀思·伊克雍 申請(qǐng)人:巫莉斯, 法國(guó)原子能與替代能委員會(huì)