阅读说明：本技术 一种彩色电子轰击图像传感器件 (Color electron bombardment image sensing device ) 是由 徐鹏霄 尤国庆 王东辰 唐光华 陈鑫龙 于 2020-07-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种彩色电子轰击图像传感器件,包括滤色膜、输入光窗、光电阴极、背照式CMOS图像传感器、多层陶瓷管体和PGA针栅阵列,滤色膜用于实现光信号红、绿、蓝三色分光进而获得三原色光；光电阴极用于实现三原色光的光电转换；背照式CMOS图像传感器作为光电子接收极,并通过金锡或其它焊料烧结的方式固定在多层陶瓷管体内；多层陶瓷管体将CMOS图像传感器多路信号引脚与外部PGA针栅阵列实现互连,并保证传感器件的密封。本发明将真空器件与半导体器件有机结合,可在极低照度下实现高分辨率的彩色夜视成像,同时具有探测光敏面积大、响应速度快、成像分辨率高、全数字化输出和器件体积小等优点。(The invention discloses a color electron bombardment image sensing device, which comprises a color filtering film, an input light window, a photocathode, a back-illuminated CMOS image sensor, a multilayer ceramic tube body and a PGA pin grid array, wherein the color filtering film is used for realizing light splitting of three colors of red, green and blue of an optical signal so as to obtain three primary colors of light; the photocathode is used for realizing photoelectric conversion of the three primary colors of light; the back-illuminated CMOS image sensor is used as a photoelectron receiving electrode and is fixed in the multilayer ceramic tube body in a gold-tin or other welding flux sintering mode; the multilayer ceramic tube body interconnects the multi-path signal pins of the CMOS image sensor with an external PGA pin grid array and ensures the sealing of the sensing device. The invention organically combines the vacuum device and the semiconductor device, can realize high-resolution color night vision imaging under extremely low illumination, and has the advantages of large detection photosensitive area, high response speed, high imaging resolution, full digital output, small device volume and the like.)

一种彩色电子轰击图像传感器件

技术领域

本发明涉及光电探测领域，具体涉及一种彩色电子轰击图像传感器件。

背景技术

光电探测领域凭借其广泛的应用前景和巨大的战略价值，目前已经成为各国大力发展的关键技术领域。在种类众多的光电探测器中，真空-半导体混合型光电探测器是20世纪90年代才发展起来的一种新型光电探测器，它融合了真空光电器件与半导体光电器件的优点，同时弥补了后两类光电器件的缺点与不足，广泛应用于微光夜视、高能物理、生物检测、激光雷达以及天文观察等领域。

真空-半导体混合型光电探测器的整管结构采用类似真空光电器件的金属-陶瓷结构，阴极采用真空器件的光电阴极，阳极采用半导体探测器，工作时光电阴极上产生的光电子经加速后轰击在半导体材料表面，产生数百乃至数千倍的光电子增益，轰击产生的电子-空穴对被半导体探测器结区收集后实现信号输出。因此，混合型光电探测器兼具了真空器件光敏面积大、灵敏度高、响应速度快、噪声低、增益高和半导体器件成像分辨率高、动态范围大、功耗低等优点。

目前国内外的混合型光电探测器件普遍存在仅能进行黑白成像探测等问题，尤其在低照度条件下的微光夜视领域，如需进行彩色探测成像，只能通过后期对探测获得的图像进行着色来实现伪彩色成像探测，根本无法实现器件级的真实彩色成像探测。如美国Intevac公司最新研制的ISIE 11型EBAPS混合型光电探测器，仅能进行黑白单色探测成像。

发明内容

本发明的目的在于提供一种探测灵敏度高、探测光敏面积大、成像分辨率高、全数字化输出、尺寸体积小的可低照度条件下进行真实彩色探测成像的彩色电子轰击图像传感器件。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种彩色电子轰击图像传感器件，包括滤色膜、输入光窗、光电阴极、背照式CMOS图像传感器、多层陶瓷管体和PGA针栅阵列；

所述滤色膜蒸镀在输入光窗上表面，光电阴极制作在输入光窗下表面；滤色膜用于实现光信号红、绿、蓝三色分光进而获得三原色光；光电阴极用于实现三原色光的光电转换；所述的背照式CMOS图像传感器作为光电子接收极，固定在多层陶瓷管体内；

所述的多层陶瓷管体将背照式CMOS图像传感器多路信号引脚与外部PGA针栅阵列实现互连，并保证传感器件的密封；

所述的光电阴极与背照式CMOS图像传感器之间的距离通过多层陶瓷管体控制并实现绝缘；所述的背照式CMOS图像传感器用于接收三原色光转换的光电子，光电子经高压电场加速后实现信号的倍增放大，最终还原为彩色图像信号后输出。

与现有技术相比，本发明的显著优点为：该彩色电子轰击图像传感器件采用蒸镀在输入光窗上表面的红、绿、蓝三层滤色膜系进而获得三原色光；器件采用传统的多碱光电阴极或GaAs光电阴极材料作为光电转换材料，与传统真空光电器件制备工艺完全兼容，并且可更换其它波段响应的光电阴极材料，具有很高的通用性；作为接收极的背照式CMOS图像传感器，为经表面镀膜的背照式CMOS图像传感器，经加速的光电子轰击在其表面可产生高倍、低过剩噪声因子的电子轰击增益，实现对入射信号的有效放大，背照式CMOS图像传感器可直接装配在多层陶瓷壳体上，可避免传统正照式CMOS图像传感器需进行背面减薄等复杂工艺，并且表面镀膜可进一步提高器件的工作稳定性；器件底座采用PGA阵列或其它形式的高温/低温共烧多层陶瓷管体实现与CMOS图像传感器的多路信号引脚互连，在完成信号引出的同时，大大减小了器件的装配尺寸。因此，该彩色电子轰击图像传感器件具有探测灵敏度高、探测光敏面积大、成像分辨率高、全数字化输出、尺寸体积小的可低照度条件下进行真实彩色探测成像的优点，并且加工简单、装配方便、成本低、可靠性高。

附图说明

图1为本发明彩色电子轰击图像传感器结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种彩色电子轰击图像传感器件，包括滤色膜1、输入光窗2、光电阴极3、背照式CMOS图像传感器5、多层陶瓷管体4和PGA针栅阵列9；

所述滤色膜1蒸镀在输入光窗2上表面，光电阴极3制作在输入光窗2下表面；滤色膜1用于实现光信号红、绿、蓝三色分光进而获得三原色光；光电阴极3用于实现三原色光的光电转换；所述的背照式CMOS图像传感器5作为光电子接收极，固定在多层陶瓷管体4内；

所述的多层陶瓷管体4将背照式CMOS图像传感器5多路信号引脚与外部PGA针栅阵列9实现互连，并保证传感器件的密封；

所述的光电阴极3与背照式CMOS图像传感器5之间的距离通过多层陶瓷管体4控制并实现绝缘；所述的背照式CMOS图像传感器5用于接收三原色光转换的光电子，光电子经高压电场加速后实现信号的倍增放大，最终还原为彩色图像信号后输出。

进一步的，所述滤色膜1采用红、绿、蓝三层滤色膜系，通过光学镀膜方式蒸镀在输入光窗2上表面，为单元尺寸5μm～30μm的阵列化周期排布结构。

进一步的，所述光电阴极3采用多碱光电阴极或GaAs光电阴极，用于实现红、绿、蓝三原色光的光电转换，制作在输入光窗下表面，工作时施加1000伏～10000伏的负高压。

进一步的，所述背照式CMOS图像传感器5为经表面镀膜处理的CMOS图像传感器。

进一步的，所述背照式CMOS图像传感器5通过金锡或其它焊料烧结的方式固定在多层陶瓷管体4内。

进一步的，所述多层陶瓷管体4采用高温或低温共烧多层陶瓷管体，并采用PGA针栅阵列输出。

进一步的，所述输入光窗2与多层陶瓷壳体4通过铟或铟锡焊料封接实现密封连接。

进一步的，所述背照式CMOS图像传感器5的电极通过超声键合方式将金丝6连接至多层陶瓷壳体4的对应底座焊盘8上。

该种彩色电子轰击图像传感器件将真空器件与半导体器件有机结合，可在极低照度下实现高分辨率的彩色夜视成像，同时具有探测光敏面积大、响应速度快、成像分辨率高、全数字化输出和器件体积小等优点。

下面结合附图和实施例对本发明技术方案作详细的说明：

实施例

如图1所示，该彩色电子轰击图像传感器，器件主要结构包括：滤色膜1、输入光窗2、光电阴极3、多层陶瓷壳体4、背照式CMOS图像传感器5、金丝6、金锡焊料7、焊盘8、PGA针栅阵列9，各零件通过焊料封接或其他焊接方式实现满足真空度要求的密封。

滤色膜1滤色后的红、绿、蓝三原色光经过光电阴极3转换产生为光电子，该光电子经电场加速后轰击在背照式CMOS图像传感器5上。所述滤色膜1蒸镀在输入光窗2上表面，光电阴极3制作在输入光窗2下表面，光电阴极3与背照式CMOS图像传感器5的绝缘性通过多层陶瓷壳体4实现，输入光窗2与多层陶瓷壳体4通过铟或铟锡焊料封接实现密封连接。滤色膜1采用红、绿、蓝三层滤色膜系，通过光学镀膜方式蒸镀在输入光窗上表面，为单元尺寸5μm～30μm的阵列化周期排布结构，工作时外部入射光信号照射在滤色膜上，将入射光信号过滤为红、绿、蓝三原色光信号。光电阴极3采用红、绿、蓝三色光均可响应的多碱光电阴极或GaAs光电阴极，将三原色光转换为光电子。光电阴极3与背照式CMOS图像传感器5的距离通过调节输入光窗2与多层陶瓷壳体4底部的距离控制。阳极接收极采用背照式CMOS图像传感器5，芯片经表面镀膜工艺处理后，通过金锡焊料7或其它焊料烧结的方式固定在多层陶瓷壳体4内，背照式CMOS图像传感器5的电极通过超声或其它键合方式将金丝6连接至多层陶瓷壳体4的对应底座焊盘8上。焊盘8的分布由背照式CMOS图像传感器5的电极位置分布决定。多层陶瓷壳体4采用高温/低温共烧多层陶瓷管体，通过内部布线实现背照式CMOS图像传感器5的电极与PGA针栅阵列9的引脚互连。工作时光电阴极施加1000伏～10000伏的负高压，光电阴极3转换产生的将三原色光光电子信号经高压电场加速后轰击在背照式CMOS图像传感器5表面，一个入射光电子轰击后可在硅材料体内产生数百乃至数千对电子-空穴对并被背照式CMOS图像传感器5收集，进而实现对红、绿、蓝三路光信号的倍增与放大，并通过红绿蓝RGB三原色算法恢复为真实彩色图像，最终实现彩色探测成像。背照式CMOS图像传感器5产生的彩色图像信号通过PGA针栅阵列9输出并完成彩色、高灵敏度、高分辨率成像。