BLAZE科學(xué)CCD在光譜應(yīng)用中的卓越表現(xiàn)（一）

BLAZE?科學(xué)CCD相機(jī)的突破性技術(shù)極大地提高了近紅外量子效率，實(shí)現(xiàn)了卓越的定量光譜測量。BLAZE?科學(xué)CCD

Teledyne Princeton Instruments BLAZE傳感器，可在CCD平臺上提供超高的近紅外量子效率、超快的光譜速率和極深的熱電冷卻。較低的暗噪聲，結(jié)合低讀出噪聲電子器件的使用，提高了信噪比，并進(jìn)一步提高了靈敏度。

BLAZE探測器的應(yīng)用包括納米技術(shù)、2D材料、碳材料、生物傳感和生命科學(xué)。這些新一代相機(jī)使用拉曼光譜、光致發(fā)光光譜、熒光光譜以及顯微光譜和泵浦探測光譜等測量技術(shù)，為科學(xué)家提供了極致的性能。

簡介

基于各種背感光CCD結(jié)構(gòu)的檢測系統(tǒng)是大多數(shù)光譜學(xué)應(yīng)用的首選，因?yàn)檫@種可靠的傳感器技術(shù)能夠在整個UV-VIS-NIR波長范圍內(nèi)（從200 nm到1.1μm）提供最高的可用量子效率。

標(biāo)準(zhǔn)背照傳感器是通過化學(xué)蝕刻和拋光硅片（厚度僅為13μm）來制造的。當(dāng)從傳感器背面照明時，可以檢測到近100%的入射光，因?yàn)樗鼡糁型庋庸鑼?，而無需通過位于設(shè)備前部的門電路。

背照深耗盡CCD使用較厚的硅耗盡區(qū)（約40μm）來補(bǔ)償較長波長所需的較長吸收長度。在近紅外光譜中，量子效率隨著耗盡區(qū)厚度的增加而增加。因此，與標(biāo)準(zhǔn)背照CCD相比，背照深耗盡CCD在近紅外中具有更高的效率。

然而，需要注意的是，所有硅基CCD基本上無法檢測波長超過1.1μm的波長。Teledyne Princeton Instruments還提供線性或2D陣列格式的InGaAs探測器。這些設(shè)備在波長范圍約為850 nm至1.7μm（在增程器件上為2.2μm），但I(xiàn)nGaAs是一種III-V化合物半導(dǎo)體，其暗電流確實(shí)高于硅，此類系統(tǒng)通常依靠液氮冷卻來提高信噪比。

在BLAZE問世之前，無論選擇使用哪種類型的CCD、InGaAs、CMOS、PMT或固態(tài)單點(diǎn)探測器，波長范圍從800 nm到1.0μm（俗稱“死亡谷”）的嚴(yán)重性能限制一直困擾著光譜學(xué)家。BLAZE相機(jī)通過在這一特殊波段提供更高的量子效率解決了長期存在的問題（見圖1）。

圖1：傳統(tǒng)CCD、InGaAs和BLAZE探測器QE曲線。在800 nm至1.0μm的所謂“死亡谷”中，傳統(tǒng)的CCD和InGaAs陣列的量子效率較低。BLAZE傳感器在這一范圍內(nèi)表現(xiàn)良好。

BLAZE光譜相機(jī)基于一種革命性的新型背照式深耗盡CCD傳感器。除了在800 nm到1100 nm之間提供比以前最好的探測器高3到7倍的靈敏度外，BLAZE傳感器在900 nm處提供95%的峰值量子效率（見圖2）。新傳感器采用1340×100或1340×400陣列格式，像素為20μm。

圖2：圖表顯示了在+25°C下測量的典型QE數(shù)據(jù)。兩種新型傳感器，HR傳感器和LD傳感器，為BLAZE用戶提供了無與倫比的光譜應(yīng)用性能。請注意，BI傳感器是標(biāo)準(zhǔn)背光（非深耗盡）CCD，而Unichrome是Teledyne Princeton Instruments提供的紫外線增強(qiáng)涂層。

BLAZE HR傳感器（見圖3）是由高電阻率體硅制成的“超深耗盡”CCD，以實(shí)現(xiàn)任何硅器件中最高的近紅外量子效率。每個HR傳感器的硅耗盡區(qū)幾乎比傳統(tǒng)的深耗盡（NIR敏感）CCD厚4倍，使量子效率在1μm時比其他最好的深耗盡傳感器高出7倍。

圖3：背照式“超深耗盡”HR傳感器旨在為光譜CCD提供最高的近紅外量子效率。

HR傳感器的空間分辨率通過施加偏置電壓進(jìn)行優(yōu)化，從而形成一個“完全耗盡”的硅區(qū)域，沒有電荷擴(kuò)散。偏置電壓產(chǎn)生電場，將電荷推向正確的像素，并且不允許電荷遷移到相鄰像素。

BLAZE LD傳感器是為高靈敏度和極低暗電流設(shè)計的背感光深耗盡裝置（見圖4）。該設(shè)備以反向模式運(yùn)行，向成像相位施加負(fù)電壓，并驅(qū)動每個相位反轉(zhuǎn)。由此產(chǎn)生的負(fù)電荷吸引了填充表面態(tài)的空穴，從而抑制了表面態(tài)中暗電流的產(chǎn)生。反向模式和深層熱電冷卻的使用將暗電流降低到0.0005 e-/pix/秒（典型值），使LD傳感器成為需要長集成時間的實(shí)驗(yàn)的理想選擇。

圖4：BLAZE LD傳感器以反向模式工作，可獲得極低的暗電流，這使其非常適合微光光譜應(yīng)用。

審核編輯黃宇