直耦增强型CMOS相机技术研究

直耦增强型CMOS(intensified complementary metal-oxide-semiconductor,ICMOS)相机通过将像增强器输出窗与CMOS直接耦合而成,具备灵敏度高、响应速度快、光谱范围可调等特点。本文根据ICMOS的组成结构,分析了阴极、微通道板、荧光屏、CMOS等各组成部件对直耦ICMOS成像性能的影响,提出ICMOS用像增强器、CMOS成像器件的选型依据,并结合公司对像增强器的加工优势,基于18 mm NVT-7像增强器和1英寸CMOS开展了实际微光成像验证。结果表明,采用直耦方式的ICMOS相机能够在5×10^(-4)lx条件下清晰成像,分辨力达到16 lp/mm。此外,用于ICMOS耦合的像增强器增益不宜过高,4000 cd/(m^(2)·lx)比较适宜,另外,在增益适宜的条件下,荧光屏输出亮度对其性能影响不大。

数字微光夜视技术及应用

对微光图像传感器和微光视频图像传感器进行介绍,从数字化和图像处理、信息合成和图像融合等方面对数字微光夜视技术的发展和应用情况进行了讨论。

自动门控像增强器温度补偿技术研究

针对匹配自动门控电源的超二代像增强器高低温条件下亮度增益和最大输出亮度产生漂移的问题,分析了温度补偿原理,设计了温度补偿方案,通过实验确定了温度补偿系数,验证了该温度补偿方案的合理性。实验结果表明,低照条件(输入照度低于5×10^(-4)lx),通过将MCP电压降低14.7 V能够将低温(-45℃)亮度增益从121%降低到105%以内,通过将MCP电压增加16.5 V能够将高温(55℃)亮度增益从77%提高到99%以上;高照条件(输入照度高于5×10^(-4)lx),通过将阳极电流设定值降低14%能够将低温最大输出亮度从114%降低到104%以内,通过将阳极电流设定值增加12.6%能够将高温最大输出亮度从87%提高到91%以上。因此,采用本文所述温度补偿技术能够有效提高自动门控像增强器高低温条件下亮度增益和最大输出亮度的一致性。

键合互连技术的现状及发展趋势

键合互连技术是电气互联技术领域中器件封装的关键技术,本文简要介绍了引线键合技术、载带自动焊键合、倒装焊键合3种常见键合互连技术的基本原理、类别及焊料选用等,并比较了它们的优缺点。接着又简要介绍了最新的键合技术研究现状。为了实现更高精度的互连,基于电镀和光刻技术、喷墨印刷技术的线型键合技术被开发出来;倒装互连键合技术由于在2.5D/3D封装领域具有广泛的应用前景,被学者广泛研究,技术发展趋势表现为凸点材料种类有所增加,加热工艺更可控,焊接工艺有所优化;此外,为了满足垂直互连封装需要,基于热压键合、混合键合、钝化键合等各类低温键合技术也被开发出来。

提高微通道板对低能电子探测效率的技术途径

为了提高静电聚焦型微通道板光电倍增管探测效率,重点研究微通道板的探测效率。分析影响微通道板对电子探测效率大小的主要因素,利用微通道板探测效率的理论模型,考虑在垂直入射到输入面的情况下,模拟计算出不同能量(E_e<1 keV)的入射电子打入非开口区对探测效率的贡献,结合开口区域的探测效率,即获得微通道板总的探测效率,并把模拟计算结果与实际测量相比较,两者基本一致;通过在微通道板的输入端面和通道内壁蒸镀高二次电子发射系数的材料、改变电极蒸镀方式和增加开口面积比,获得接近100%的探测效率,进而有效地提高了这种光电倍增管的探测效率。

微通道板清洗技术

基于微通道板材料和结构特性,分析了微通道板工艺制造过程中表面污染物的来源,并对其成分进行分析和归类。针对污染物的不同类型和形态,提出了相应的物理、化学清洗方法,主要包括:有机溶剂清洗、清洗液清洗、超声清洗等技术。通过理论分析及实验总结找出了适用于微通道板不同工序的清洗技术及工艺参数,为提高微通道板的表观质量提供了有效的清洗方法。

微通道板双面抛光技术

基于微通道板皮料、芯料、实体边玻璃材料的特点，分析了微通道板的双面抛光机理，研究了抛光工艺参数（抛光粉、抛光压力、抛光液pH值等）对MCP平面粗糙度、表面质量的影响，提出了微通道板的抛光工艺及参数：抛光粉应选择莫氏硬度为6、粒度为1．5μm的CeO2；抛光压力和时间按照特定的台阶式工艺进行。抛光液的pH值对MCP表面粗糙度有较明显的影响，pH值会随抛光时间延长而升高，宜控制在6～8。

欧洲超二代像增强器技术的选择及进一步发展

二代像增强器采用NaKSb光电阴极,三代像增强器却采用GaAs光电阴极。由于GaAs光电阴极具有更高的阴极灵敏度,因此三代像增强器的性能远高于二代像增强器。在二代像增强器基础上发展的超二代像增强器,阴极灵敏度有了很大提高,因此性能也有很大提高,同时大大缩短了与三代像增强器的性能差距。超二代像增强器属于NaKSb材料体系,生产成本低,与三代像增强器相比性价比较高,所以欧洲的像增强器产商选择了超二代像增强器技术的发展路线。超二代与三代像增强器技术并行发展了30多年,两者性能均有大幅提高。超二代与三代像增强器的性能差距主要体现在极低照度(<10lx)条件下,而在其它照度条件下,性能基本相当。超二代像增强器的性能仍有提高的空间。增益方面,在微通道板的通道内壁上制作高二次电子发射系数的材料膜层可以提高增益;信噪比方面,采用光栅窗可提高阴极灵敏度,从而提高信噪比;分辨力方面,在微通道板输出端制作半导体膜层、采用高清荧光屏均可提高分辨力。阴极灵敏度是光电阴极的指标,不是像增强器的整体性能指标。阴极灵敏度对像增强器整体性能的影响体现在增益、信噪比以及等效背景照度指标中。无论是超二代还是三代像增强器,都区分不同的型号。不同型号的超二代或三代像增强器性能均不相同。超二代和三代像增强器的性能指标是在A光源条件下测量的,而A光源光谱分布与实际应用环境中的光谱分布并不等同,同时NaKSb和GaAs光电阴极的光谱分布不相同,所以超二代和三代像增强器的信噪比、分辨力等性能指标不具备可比性。

增强型相机受温度的影响及其制冷方案的研究现状

ICMOS/ICCD(Intensified Complementary Metal Oxide Semiconductor/Intensified Charge-coupled Device)是一种由像增强器与CMOS/CCD传感器耦合组成的数字化微光器件,具有响应速度快、灵敏度高、数字化的特点。近年来陆续有研究表明温度会对增强型相机的成像效果造成影响,出现了一些通过对增强型相机系统制冷来提升成像效果的方案,本文主要结合相关研究分析总结了温度对增强型相机系统的影响,并介绍了主流探测器制冷方案以及增强型相机制冷的研究现状和商用情况,为增强型相机的制冷研究提供参考。

高空间分辨微通道板现状及发展

微通道板(MCP)是超二代、三代微光像增强器中的核心元件之一,其空间分辨能力对于微光像增强器分辨力、传函、光晕(Halo)等性能有重要的影响。基于最先进的超二代和三代像增强器所采用MCP的新技术发展,整理国内外已经开展的研究成果报道,从像增强器成像过程中与MCP直接相关的光电子入射至MCP输入面、MCP电子倍增、倍增电子图像输出3个阶段进行系统梳理分析,明确先进像增强器对于微通道板高空间分辨的具体性能需求。提出国产MCP的发展方向展望:未来几年研制孔径5μm、开口面积比70%左右、输出电极优化的MCP并批量应用;应用于超二代像增强器的MCP需要开展小孔径扩口以及电子减速膜等新技术研究,使MCP开口面积比达到90%以上、像增强器传函与对比度性能显著提升;应用于三代像增强器的MCP需要开展低放气、低离子反馈MCP研究以支撑无膜三代像增强器的研发,抑制Halo、提高信噪比,在实现无膜MCP的基础上,扩口技术、输入增强膜层技术、电子减速膜等MCP技术均有应用于三代像增强器中的潜力。

阴极面板表面等离子清洗技术研究

多碱光电阴极Na2KSb（Cs）膜层的生长质量及阴极灵敏度与其阴极面板的表面活性、清洁度等紧密相关。阴极面板的传统清洗方法是利用酒石酸溶液进行浸泡并超声清洗，其清洗效率低、浪费资源、污染环境。在接触、了解了等离子清洗技术后，提出了一种利用等离子清洗的方法对阴极面板进行表面处理。试验结果表明，该清洗方法具有处理效率高、成本低、对环境无污染、提高阴极面板表面活性等优点。

多碱光电阴极的Cs-O激活技术研究

采用蒸镀法,分别通过单次蒸Na和多次蒸Na两种工艺制备了一系列未经激活的Na_2KSb基底层,并通过3种不同的Cs-O激活方式对其进行表面激活,然后分别与未激活、仅Cs激活以及传统Cs-Sb激活的样品进行对比。积分灵敏度和光谱响应曲线测试结果表明,与未激活的Na_2KSb光电阴极相比,所有经过Cs-O激活的光电阴极的灵敏度和长波阈值都得到了一定程度的提高和拓展,而且采用单次蒸Na工艺制作样品的积分灵敏度明显高于多次蒸Na工艺。对于单次蒸Na工艺制备的光电阴极,采用Cs-O+Cs-Sb激活能够获得较高的灵敏度和较宽的光谱响应范围。在该条件下,Cs-O激活次数存在一个最佳值,当单次蒸O量为50%时,Cs-O激活最佳次数为2次,此时样品的积分灵敏度与未激活的Na_2KSb光电阴极相比提高了45.9倍,长波阈值向长波方向拓展了231 nm,逸出功降低了0.46 e V,而且工作寿命和EBI(Equivalent background illumination)测试结果表明该样品具有比传统Cs-Sb更好的稳定性和更低的背景噪声。逸出功计算结果表明,表面激活以后样品长波阈值的拓展可以归因于阴极材料逸出功的降低。

紫外成像技术

简述了紫外辐射分谱应用及辐射源知识，各种紫外探测器的进展，紫外探测器正处于蓬勃的研制和发展中。探测器发展离不开灵敏材料及窗口材料的发展，也与紫外成像在军民应用上的发展紧密相关。

真空炉填铟技术实验研究

铟锡合金是一低熔点合金，延展性优良，做玻璃和金属的非匹配封接。生产中常用高频外加热真空炉进行首次填铟，但设备扩展性差，而用内热式真空炉可克服该缺点。分析了焊接机理，设计了新的填铟方案，验证结果良好。

InP/InGaAs探测器氮化硅钝化膜的ICPCVD生长技术

采用ICPCVD工艺对InP/InGaAs探测器进行SiNx薄膜钝化,讨论了不同气体比例、射频功率和反应压力对SiNx薄膜应力和致密性的影响。初步得到了低应力、良好致密性的SiNx薄膜沉积工艺。利用此工艺制作的InP/InGaAs探测器在偏压为-10mV的暗电流比PECVD工艺制作的器件降低了一个数量级,为4.4×10^-8A。

两种玻璃微通道阵列的制作技术及比较

微孔玻璃阵列是采用原子层沉积技术制作微通道板的基底板,其微孔阵列的分布均匀性以及每个通道内壁的光滑程度,对其后续制作合格微通道板至关重要。分别采用空芯工艺和实芯腐蚀工艺来制作上述基底板,分析了两种技术的优缺点,阐述了两种方法中的关键技术,并对原子沉积技术制作的微通道板与常规工艺制作的微通道板进行了性能比较,前者的信噪比优于后者。

TiO2薄膜超精密抛光技术综述

高质量且表面粗糙度为纳米级的TiO2薄膜具有优良的光学减反作用,可作为像增强器输入窗的光学减反膜。化学机械抛光(CMP)技术是目前唯一可以实现全局化纳米级抛光的方法。要达到纳米级表面粗糙度,CMP技术的软硬件条件都十分重要。本文主要介绍了CMP技术的硬件条件,包括抛光机、抛光液和抛光垫,及其国内外技术对比,并介绍了目前国内TiO2薄膜CMP技术的研究现状。

微光像增强器灵敏度数字化测试技术研究

光阴极灵敏度是微光像增强器的重要指标，是衡量微光像增强器制作水平的重要参数。本文介绍了一种基于LABVIEW测试软件的灵敏度数字化测试技术及装置，采用自动滤光片转轮及自动采集微电流的电流表与计算机链接，测试软件可自动读取、存储所需的信息，实现了灵敏度数字化测试。

超二代像增强器分辨力提高方法

为进一步提高超二代像增强器分辨力,分析了阴极输入窗、多碱光电阴极、微通道板、荧光屏等对超二代像增强器分辨力的影响,提出了减小阴极近贴距离、减小微通道板通道孔径、减小光纤面板输出窗丝径以及对微通道板镀制防电子弥散膜来提高分辨力的方法,并通过实验得到了验证。实验结果表明,随着阴极近贴距离的不断减小,分辨力可以得到逐步提高。阴极近贴距离为0.08mm的条件下,缩小光纤面板输出窗的丝径,缩小微通道板的孔径,且在微通道板的输出面镀制防电子弥散膜,可以使超二代像增强器的分辨力达到72 lp/mm,最高可达到76 lp/mm,比原有超二代像增强器的分辨力提高了33.33%。

微通道板斜切角对像增强器性能的影响研究

采用试验对比分析的方法,从MCP斜切角对像增强器的MCP噪声因子、分辨力、MCP增益三方面的影响展开研究。试验结果表明,MCP斜切角在5°~12°范围内时,MCP噪声因子与MCP斜切角呈抛物线关系,当MCP斜切角为9°时,MCP噪声因子最小;分辨力与斜切角呈负相关关系,当MCP斜切角为5°时,分辨力最大;MCP增益随斜切角的增加呈抛物线变化,当MCP斜切角为9°时,MCP增益最大。这主要是因为改变MCP斜切角后,光电子进入MCP通道前端二次电子发射层的角度深度不同,激发出的二次电子数及电子在MCP输出端形成的散射斑半径存在差异。若要选择最佳MCP斜切角,必须综合考虑不同场景下对像增强器主要性能指标的要求。