探測器特點-前照和背照

光譜數(shù)據(jù)，這一交織著波長與光強雙重特性的豐富信息載體，正逐步滲透并深刻影響著工業(yè)制造、醫(yī)療診斷、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等多個前沿領(lǐng)域，成為驅(qū)動科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵引擎。在光譜探測技術(shù)的舞臺上，探測器作為關(guān)鍵角色，依據(jù)其感光元件布局的差異，劃分為前照式與背照式。前照探測器，以其結(jié)構(gòu)經(jīng)典、性能穩(wěn)定著稱，在多種應(yīng)用場景中展現(xiàn)出較好的適應(yīng)性；而背照探測器，則憑借光線從背面直接照射至感光層的創(chuàng)新設(shè)計，顯著提升了量子效率和信噪比，為追求更高靈敏度與更低噪聲的探測任務(wù)提供了強有力的支持。

1.前照與背照探測器區(qū)別

前照式探測器：

光從晶圓正面入射，電路層在上，受光面在下，而電路層對光有一定的遮擋。如上圖所示：入射光需要穿過沉積在探測器表面上的電路層，光子才能被硅吸收并轉(zhuǎn)化為電荷信號。電路層結(jié)構(gòu)由柵極氧化膜、多晶硅電極和BPSG(表面保護膜)等構(gòu)成，由于此電路層的遮擋，入射光到達半導(dǎo)體區(qū)域之前，被吸收、反射、散射而損失了部分能量，不能全部到達受光面。因此，前照探測器的量子效率一般在50%~60%之間，對于弱光的檢測不敏感。

背照式探測器：

在背照式光電探測器中，電路仍然做在晶圓的正面，但是光線從晶圓的背面入射，直接照射到感光元件（如光電二極管）上。這種設(shè)計避免了光線在到達感光層之前穿過多層結(jié)構(gòu)的需要，不僅減少了光損失，改善了光譜響應(yīng)，理論上像素的占空比還可以提升較高，實際上經(jīng)一些測試數(shù)據(jù)表明背照探測器在一定波長范圍的量子效率高達95%（如下圖所示）。

背照探測器一般為薄背型，由于背照探測器的制造必須使光輸入表面（背面）附近產(chǎn)生的電荷信號收集到前表面附近形成的電位勢阱中，為了實現(xiàn)這一功能，基材必須經(jīng)歷減薄和積累過程。通常情況下，襯底被減薄至約20um的厚度，這樣當(dāng)產(chǎn)生的電荷向電位勢阱擴散時分辨率就不會受到影響了，積累過程確保從光輸入表面（背面）到前面形成內(nèi)部電場，防止在光輸入表面上形成的界面重新組合，薄背探測器就可以高效的探測這些光子。然而背照式由于減薄襯底，致使長波長的光通過光敏區(qū)后在氧化硅表面發(fā)生反射，與光敏區(qū)表面反射的光相干涉產(chǎn)生etaloning條紋效應(yīng)（如下圖所示），疊加在采集光譜上，影響信號識別

2.前照與背照探測器優(yōu)缺點

?                      量子效率：由于背照式探測器光線能夠直接照射到感光層上，避免了多層結(jié)構(gòu)的遮擋和干擾，因此量子效率顯著提高，通常比前照式高出至少30%以上。

?                      弱光敏感性：背照式探測器對弱光非常敏感，能夠在低照度環(huán)境下獲得更好的成像質(zhì)量。

?                      信噪比：背照式對弱光的感應(yīng)靈敏，往往具有高信噪比的特點，適合弱光及需要快速響應(yīng)的應(yīng)用場景。

?                      制造成本：背照式成本相對較高，因為需要采用特殊工藝將感光元件置于晶圓背面。

?                      光譜響應(yīng)范圍：前照式覆蓋可見光及部分近紅外光波段；而背照式在紫外區(qū)、可見區(qū)及近紅外區(qū)具有較高的量子效率和信噪比。 

?                      Etaloning條紋：前照式無干涉條紋現(xiàn)象影響，適合應(yīng)用在疊加熒光影響且信號有一定強度的情況；背照式采集長波長的光時會產(chǎn)生條紋效應(yīng)，疊加在光譜上，影響信號識別。

3.產(chǎn)品推薦

對于一些拉曼應(yīng)用的用戶，下表進行了一些光譜儀探測器類型推薦選擇√：

北京鑒知提供基于前照與背照式探測器的光纖光譜儀，探測器類型可更換，用戶可根據(jù)需要聯(lián)系銷售試用或采購已有型號產(chǎn)品，同時我們也接受定制需求，提供專業(yè)且快速的定制服務(wù)。

4.總結(jié)

前照式與背照式光電探測器在工作原理上的主要區(qū)別在于光線的入射路徑和感光元件的布局。前照式探測器中光線需要穿過多層結(jié)構(gòu)才能到達感光層，導(dǎo)致光損失和量子效率降低；而背照式探測器則直接將光線照射到感光層上，減少了光損失并提高了量子效率和弱光檢測能力。這些差異使得背照式光電探測器在高性能成像和光譜分析等領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用前景，但同時在長波段采集時會出現(xiàn)etaloning現(xiàn)象，我們會根據(jù)用戶應(yīng)用的實際情況做出專業(yè)的選擇判斷，為你提供適合的光譜設(shè)備。