我们华林科纳报道了用于电荷耦合器件(CCD)探测器的涂层的开发,该探测器优化用于固定色散紫外光谱仪。由于硅的折射率快速变化,单层宽带抗反射(AR)涂层不适合在所有感兴趣的波长下提高量子效率。相反,我们描述了一种创造性的解决方案,它在紫外线波长下提供了出色的性能。我们描述了在120至300nm波长下理论量子效率(QEs)大于60%的涂层CCD探测器的开发进展。这种高效率可以通过用一系列薄膜AR涂层涂覆背面照明的、减薄的、delta掺杂的CCD来实现。测试的材料包括MgF2(针对120–150 nm的最高性能进行了优化)、SiO2(150–180 nm)、Al2O3(180–240 nm)、MgO(200–250 nm)和HfO2(240–300 nm)。测试了各种沉积威廉希尔官方网站 ,并将硅测试晶片上的反射率最小化的涂层应用于功能器件。华林科纳还讨论了未来的用途和改进,包括分级和多层涂层。
电荷耦合器件(CCD)于1969年在贝尔实验室首次发明,并从此彻底改变了成像。CCD能够快速有效地数字化数据,其相对较低的噪声能力,以及100倍于胶片的灵敏度,这意味着它们很快成为现代天文学不可或缺的组成部分。对于紫外线天文学来说,CCD在历史上并不成功。虽然薄膜对几乎所有波长的光都很敏感,但未经修饰的CCD存在许多缺陷。CCD的前端电路在紫外线波长下是可吸收的。为了实现高效率,CCD采用背光;然而,硅衬底反过来又具有高反射性。更关键的是,紫外线光子在硅中的吸收深度很短。由此产生的电子-空穴对在表面发现陷阱,永远不会到达栅极进行最终读出。这些特性在开发高效的基于CCD的UV检测器方面产生了问题。围绕这些问题的一项值得注意的工作是用于哈勃太空望远镜(HST)上的宽视场行星相机2(WFPC2)。WFPC2使用厚的前照CCD,但将其涂覆在一层紫外线磷光体Lumogen中,通过将紫外线光子下变频至510–580 nm光子,Lumogen在200至400 nm范围内提供10%–15%的紫外线响应。HST上的当前相机WFC3也使用CCD(减薄并用带电的背面照明背面)和用于近紫外线(NUV)的抗反射(AR)涂层,但具有几个百分比的量子效率(QE)滞后。其他类型的紫外线探测器已经开发出来,并在当前的任务中使用,包括微通道板(MCP)(如JUNO、FUSE、GALEX、ALICE和FIREBall等)。虽然它们的光子计数能力使其有用,并且没有红色泄漏问题,但MCP仍然存在低QE【GALEX MCP在远紫外线(FUV,1344–1786Å)下为25%,在NUV(1771–2831Å)上为8%】,生产和利用具有挑战性。在这项工作中,我们研究了一种能够克服上述困难的改进CCD。
我们华林科纳选择了MgF2、MgO、HfO2、Al2O3和SiO2作为合适的AR涂层进行测试。所选择的材料反映了紫外线AR涂层的独特要求,包括良好的折射率和在所需波段的低吸收。必须能够以均匀的方式沉积薄膜,同时不会对CCD本身造成损坏。这消除了电子束蒸发(电介质涂层的常见选择)这一潜在威廉希尔官方网站 ,因为它会对CCD造成x射线损伤。我们测试了溅射、原子层沉积(ALD)和热蒸发威廉希尔官方网站 的一致性,并测量了未涂覆Si衬底上薄膜的反射率。这是一种低成本、快速的功能器件测试替代方案。不利的一面是,测试仅限于该表面的反射率,这必然会忽略任何吸收损失。然后,我们将测量结果与理论模型进行比较。沉积威廉希尔官方网站 及其对薄膜质量的影响将在即将发表的论文中进一步讨论。
选择了在保持50%以上的宽范围的同时提供接近峰值透射的厚度。然后在测试期间使用与该厚度相对应的反射率作为目标。我们试图制作一系列以这个目标为中心的薄膜厚度。通常,我们测试了几层厚度在靶上方和下方5至10nm之间变化的薄膜。硅衬底有几个已公布的折射率,这导致了预测反射率的一些不确定性。所有材料的折射率均取自Palik,但HfO2除外,HfO2来自Zukic等人。还查阅了Si的另一种折射率,取自Philipp和Taft。Philipp值在最短波长(低于150nm)处不同,并且预测比Palik值更低的反射率。
进行了进一步的测试以确保可靠性。采用与最佳贴合膜相同的沉积工艺,为每种材料制作两到三层膜。这里测试了两件事:沉积程序的可重复性和样品之间性能的一致性。所有的沉积已被证明是非常可重复的(厚度从靶变化1nm),并且对于ALD沉积尤其可重复。反射率的值在相同材料的样本之间也是一致的。
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可对未来可能发生的情况进行系统的、科学的、合理的推算,有效避免造成人力、物力的浪费,助科研人员和威廉希尔官方网站
工作者做出正确的决策,助力工程师应对物理机械设计和耐受性制造中遇到的难题。
审核编辑 黄宇
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