专利名称：对空间噪声具有低敏感性的电磁辐射探测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电磁辐射探测装置领域，其有利地应用于基于辐射热计或微辐射热计的红外辐射测量装置，但本发明也涉及基于光电二极管或光电导体的电磁辐射测量装置。 本发明使用范围尤其涵盖电子视网膜(也称为成像仪)的制造，其可由大量单元探测器 (elementary detector)形成。微辐射热计是指其至少一个维度的尺寸是微米级的辐射热计，尤其是指其制造用到微电子技术或微米技术和/或纳米技术的辐射热计。
背景技术：
用于侦测和成像电磁辐射的最先进的探测装置使用在至少一行和/或至少一列上排列的单元探测器矩阵。由各种照准仪(diopter)组合构成的光学系统一般插在想要侦测的辐射源与一个包含这些单元探测器的平面之间。这个光学系统的作用是为了弯折入射射线以将它们聚焦在这些单元探测器上，以及在该侦测平面上再现该辐射源的图像。因此，每个单元探测器同时接收表示电磁辐射数量的信息元素，其中该电磁辐射是由该装置以特定入射角接收。 读取该矩阵的各单元探测器传送的信号使得可以重建该辐射源发射的电磁辐射的二维映射，称为图像。为了读取这些单元探测器传送的信号，在此提供了具有数目与探测装置上的单元探测器数目相同的信号输入的电子线路。这个电子线路称为读取电路，可由使用CMOS或 BICMOS微电子技术或使用CCD微电子技术的集成电路构成。在本文的下面描述中，一个像素被定义为包括单个单元探测器和特定于该单元探测器的多个电气组件，这些电气组件将该单元探测器连接至该读取电路。这些电气组件可为互连线、电气接线、开关或阻抗匹配装置。一个像素也可包括捕获和整形电路，如果该电路特定于该单个单元探测器。像素间隔被定义为两个相邻像素之间的距离。读取电路和单元探测器矩阵可制造于单个基板上，构成一个整体单元，或者制造于两个分离的基板上，然后相互连接在一起，这样他们构成一个混合单元。除了单元探测器的极化，该读取电路还为探测装置实现下列三个功能每个单元探测器与读取电路之间的阻抗匹配功能，其由阻抗匹配装置负责；对单元探测器传送的信号进行捕获和整形的功能，其由捕获和整形电路实现；将不同单元探测器产生的信号采用多路复用技术以单一电信号的形式进行传输， 这个一般是利用开关和控制装置的组合来执行。然后，称为视频信号的该单一电信号可由显示系统加以利用。该读取电路可包括其它相关的功能，例如，视频信号的模数转换功能。形成包括上述三个功能(阻抗匹配、捕获信号和多路复用)的读取电路是一个复杂的任务，其要求对这些功能的复杂安排。实际上，这三个功能的安排极大地影响了单元探测器的信噪比和效率。就红外光伏单元探测器而言，捕获和阻抗匹配功能和信号整形功能一般位于每个像素内，因此他们靠近每个单元探测器，使得该矩阵的所有像素的操作点更加均勻，从而降低该矩阵范围内的非均勻性。在此，非均勻性也被称为固定空间噪声。因此，该矩阵中存在数目与单元探测器数目相同的阻抗匹配装置以及捕获和整形电路。就具有微辐射热计的红外单元探测器或检测可见波长的光伏探测器而言，捕获和整形功能一般被移至矩阵的边缘，例如位于该矩阵的每一列或每一行的末端，而阻抗匹配功能经常留在像素内部。使用微辐射热计是有利的，因此它们在环境温度下工作，而具有红外光电二极管的单元探测器的工作温度经常须要为接近77K的低温。多路复用功能一般分布在第一部分和第二部分之间，其中该第一部分位于像素内，以在给定列或给定行内执行多路复用。该第二部分有利地位于该列的底部或分别位于该行的末端，以对该矩阵的不同列或不同行分别进行多路复用。仅在该像素内进行多路复用的构造也是可能的。论文1中介绍了一些利用读取电路执行的光伏红外单元探测器的电气耦合的方法。本部分结尾处给出了其完整参考。在所研究的不同情形中，可以清楚看出，阻抗匹配功能是有利地由共栅组件的MOS 晶体管(也称为直接注入)来执行的，这是由于在单元探测器的习惯使用条件下，高电平电流在其内流动。图1描绘了一个由红外光电二极管类型的单元探测器2形成的像素1的电气示意图，其与直接注入阻抗匹配晶体管类型的阻抗匹配装置3串联，该阻抗匹配装置3具有源极和漏极。光电二极管2的阳极连接至该阻抗匹配装置的输入端，在本案中即匹配晶体管的源极。该组件具有低输入阻抗，在此表达为匹配晶体管3的转导值的倒数。该转导值取决于穿过匹配晶体管3的极化电流I。直接注入组件使得可以获得小尺寸的阻抗匹配装置，其针对每个单元探测器2仅具有单一匹配晶体管3，这样就可以容易地在小尺寸像素中加入阻抗匹配功能。但是，例如利用基于放大器的阻抗匹配组件则不是这样的。为了更有效率，该电磁辐射探测装置要求其灵敏度具有线性和均勻性等属性，而直接注入组件使得可以改善这些属性。然而，像素的几何尺寸引起的整合和微型化限制必须纳入考虑。由于像素的尺寸随着产品的换代趋向于变得越来越小，阻抗匹配装置随着每一代技术其空间也越来越受到限制。论文2，本部分结尾给出其参考，其说明了微辐射热计类的单元探测器，这些单元探测器与直接注入组件的阻抗匹配晶体管配合。选择该组件是因为微辐射热计的灵敏度与穿过该微辐射热计的电流成比例，该电流称为读取电流。图2描绘了一个电磁辐射探测装置，其探测是利用PMOS型的匹配晶体管23、230 的直接注入组件来读取微辐射热计类型的单元探测器22、220。其中，匹配晶体管23、230共栅极，且与单元探测器22、220分别对应。该探测装置包括多个像素，在此列举两个21、210作为代表。每个像素包括由微辐射热计形成的单元探测器22、220，该微辐射热计的电阻随着其被暴露的入射电磁辐射变化而变化，其中在所介绍的范例中的PMOS匹配晶体管23、230实现该阻抗匹配功能。每个像素包括开关对、240。
在对应的像素21、210中，微辐射热计22、220利用第一端连接至阻抗匹配装置23、 230的输入端。由于阻抗匹配装置23、230是一个匹配晶体管，具有源极和漏极，每个微辐射热计22、220连接至对应像素21、210的匹配晶体管23、230的源极。微辐射热计22、220利用第二端连接至第一共用电压源Pl，该第一共用电压源Pl通过接线Cl传送穿过微辐射热计22、220的读取电流。PMOS晶体管23、230的漏极分别连接至开关M、240的第一端；所述开关M、240的第二端连接至共用读取总线Bi。该读取总线Bl连接至电路5，用以捕获和整形单元探测器22、220传送的信号。这些开关M、240使得读取总线Bl的给定像素可以被隔离。捕获和整形电路5传统上包括运算放大器51，该运算放大器51具有连接至总线 Bl的反相输入端、连接至电压源M的非反相输入端以及输出端。电容52安装在运算放大器51的反相输入端和输出端之间。开关53与电容52并联连接。匹配晶体管23、230通过电气接线C2共同连接至第二电压源P2，该第二电压源P2 被调整以保证匹配晶体管23、230操作在饱和状态。饱和状态操作使得可以获得低输入阻抗，这正是所追求的。在这样一个组件中，当其中一个开关M、240闭合时，第一电压源P与读取总线Bl 之间就会产生读取电流Ids，该读取电流Ids的幅度由该读取电流Ids所穿过的微辐射热计 22,220的电阻值进行调制。该微辐射热计22、220的电阻值取决于入射电磁辐射。开关M、240可依序闭合，使得一次只有单一微辐射热计22、220被连接至该捕获和整形电路5。这样就形成了单一电气信号，其代表穿过不同像素21、210的读取电流的时分多路复用。这样因此就形成了单元探测器传送的信号的时分多路传输，这些单元探测器使用相同的读取总线Bl且一般位于给定的列或给定的行。这种操作模式通常称为“卷帘快门式”(“rolling shutter”)操作。可以包括一个波基截割(kise-clipping)装置6，其作用是消除一部分称作共模电流的读取电流Ids，其流过读取总线Bl但不携带任何与接收到的电磁辐射有关的信息。 这种共模电流的消除也称为波基截割，其使得该信号捕获和整形电路5可获得更高的灵敏度。在下文中，当单元探测器22、220被读取时，我们称在读取总线Bl和单元探测器22、220 中流动的读取电流为Ids。就微辐射热计而言，该共模电流极大地依赖于使用中探测装置的平均温度。该波基截割装置6主要由一个控制电阻61构成，该控制电阻61是由一个与单元探测器22、220 类型相同但对电磁辐射的敏感性较低的微辐射热计构成。控制电阻61的一端通过晶体管 62 (在所描述的范例中，晶体管62为NMOS型)连接至读取总线Bi。控制电阻61的另一端连接至低阻抗电压源63，而该低阻抗电压源63例如可为大地。该波基截割装置的晶体管 62的栅极连接至一个电压源(图未示)，该电压源经过调整以保证晶体管62运行在饱和状态运行，以在捕获和整形电路5的输入端获得所追求的低阻抗。这类微辐射热计61称为盲微辐射热计，其提供了差分读取每个单元探测器22、 220的电阻的可能性。该差分读取使得所有微辐射热计22、220、61共同的电阻变化可以被消除。特别是，这使得整个探测装置的因平均温度变化造成的电阻变化可以被忽略。该波基截割装置6被使用相同读取总线Bl的不同单元探测器22、220共用。当一个开关M、240闭合时，在读取总线Bl中流动的电流等于在单元探测器22、220中流动的电流。NMOS晶体管62和盲微辐射热计61从穿过像素21、210的微辐射热计的读取电流Ids 中取得大部分共模电流。其结果就是，该捕获和整形电路5接收这样一种电流，其因电磁辐射造成的电阻变化引起的电流变化(称为单元探测器22、220传送的信号)被比例放大。由于这些单元探测器22、220具有信噪比，电磁辐射探测装置的性能的衡量是通过衡量其复制单元探测器22、220的信噪比且同时将捕获和整形电路5、匹配晶体管23、230 以及单元探测器22、220布局固有的退化程度降至最低的能力。这种装置的性能也利用再现单元检测计传送的信号的质量来加以评估。就微辐射热计类型的单元探测器而言，再现质量例如是电磁辐射引起的Ids读取电流变化与针对短路探测器(因此其具有零读取阻抗)获得的电流的变化(其称为探测器固有信号)之比。 这个比例也称为注入效率Ka，其由下列关系式表示Eta = (Gm X +Gm X Rd) {1}其中，Gm是直接注入匹配晶体管23、230的转导，Rd是微辐射热计的电阻值。关系式{1}表明在匹配晶体管23、230的转导的倒数远低于微辐射热计22、220的电阻的情形下，可以获得接近100%的注入效率。如果想要获得低噪声水平，则一定要产生高的注入效率值。实际上，根据下列关系式，输入至捕获和整形电路5的噪声In_t。tal主要是源于第一，微辐射热计22、220固有的In_b()1。噪声和第二，匹配晶体管23、230固有的In_tm。s噪声。In—total = V(Eta χ I —bolo f + ((l - Eta) χ I —tmos f ⑵对于100%的注入效率，单元探测器22、230的整体固有信号被发送至捕获和整形电路5，其中读取电流Ids中传送的信号包含该固有信号的值。关系式{2}表明输入至捕获和整形电路5的噪声输入等于微辐射热计22、220的噪声。因此，在这种情形下，单元探测器22、220的信噪比被完美再现。相反，对于小于100%的注入效率Ka，在捕获和整形电路5的输入端不仅观测到更弱的传送信号，而且还观测到匹配晶体管23、230的固有噪声1 ,。3在In_t。tal中占更大的比重。这种综合影响导致信噪比的相当程度的降低。当微辐射热计22、220的电阻变得过低，导致其小于或等于匹配晶体管23、230的转导的倒数时，注入效率Eta就会变得过低，导致探测装置的使用无法令人满意。当例如由于晶体管23、230中出现Ι/f噪声而使得匹配晶体管23、230的固有噪声 in-tffl0S明显高于微辐射热计的固有噪声In-b()1。时，探测装置的信噪比则被降低了。关系式{3}描述了匹配晶体管固有的Ι/f噪声的计算，其中该匹配晶体管的栅极宽度为W，长度为L，该噪声被称为In_tm。s_1/f。Il—f = [Kf χ If)/{W xL) {3}关系式{3}表明当栅极的面积(即长度L与宽度W的乘积)变小，或者当穿过匹配晶体管23、230的读取电流Ids变得过大，或者当所用的MOS技术特征参数Kf和Af过高时，可能会出现相当程度的Ι/f噪声。随着具有小尺寸像素的电磁辐射探测装置的先进技术一代一代的发展，这些特别情形的出现更加严重且以综合方式出现。在下面的描述中，单元探测器的主区指定一个区域使得可以检测电磁辐射。这样一个区域往往被指定作为电磁探测器的敏感区。像素21、210的尺寸缩小导致探测器的主区缩小，因此也导致每个单元探测器22、 220接收到的电磁辐射的强度的缩小。这造成灵敏度降低。灵敏度降低可通过增加微辐射热计22、220中的读取电流Ids的方式进行补偿。然而，如关系式{3}所示，增加读取电流Ids伴随地会增加匹配晶体管23、230的 Ι/f噪声水平。由于像素设计可使用最新一代的CMOS技术，在这个技术中，可应用的电压被降低了，因此缩小像素21、210尺寸一般通过降低供应电压来实现。为补偿供应电压的降低，微辐射热计22、220的电阻值必须按比例降低。根据关系式{1}，这导致注入效率Ka的降低。最后，像素21、210的尺寸缩小导致位于像素21、210内的匹配晶体管23、230的尺寸缩小。因此，这些晶体管的栅极的宽度W和/或长度L缩小了。根据关系式{3}，这导致匹配晶体管Ι/f噪声水平的增加。匹配晶体管23、230的尺寸缩小还有这样的缺点，即其造成它们的阀值电压更分散，这将会带来探测装置的更大的空间噪声。参考专利[3]描述了一种电磁辐射探测装置的架构，该探测装置形成为一个微辐射热计矩阵，其中直接注入匹配晶体管位于矩阵每一列的末尾，且利用读取总线连接至该列的所有单元探测器。这种结构使得可以克服像素尺寸导致的几何限制，因此理论上使得可以设计这样一种匹配晶体管，其栅极区要宽于当匹配晶体管位于该像素内或垂直位于该像素之上而使其区域受到像素尺寸限制时的栅极区宽度。然而，上述匹配晶体管是被微辐射热计或辐射热计类型的一列单元探测器共用的，因此，会在单元探测器与匹配晶体管之间引入残余电阻。该残余电阻的部分原因是每个微辐射热计与匹配晶体管源极之间的读取总线。该串联电阻是不可避免的，因为其与读取总线的尺寸相关，为了能够让该读取总线容纳于像素间隔中，该读取总线会被缩小。该串联电阻的影响是使微辐射热计的所有操作点偏移，且降低了其灵敏度。而且，因为该列的每个单元探测器与匹配晶体管的距离不同，因此针对每个探测器的串联电阻值是不同的。因此，这种架构造成了沿矩阵长度方向上的操作点变化和灵敏度变化。除了已经出现的空间噪声外，这导致在列方向上的额外空间噪声。而且，由于每个匹配晶体管是被一列共用的，其引入了导致列与列之间产生差别的固有噪声，因此形成列向噪声。最后，匹配晶体管尺寸的可能增加被限制在单元探测器的列的宽度，因为为了限制晶体管的噪声，必须应用一些与晶体管长度和宽度有关的设计规则。因此，这种方案无法根据噪声和效率来对单元探测器的尺寸缩小进行必要补偿。参考文献[1] “ Infrared readout electronics:a historical perspective ", M. J. Hewitt, J. L. Vampola, S. H. Black, C. J. Nielsen, Proc. of SPIE Vol. 2226 Infrared Readout Electronics II, pages 108-119(1994).[2] " LETI/LIR，amorphous silicon uncooled microbolometer development", J. L. Tissot, F. Rothan, C. Vedel, M. Vilain, JJ Yon, Proc. of SPIE Vol. 3379 InfraredDetectors and Focal Plane Arrays V, pages 139-144(1998).[3]美国专利第6(^8309号。
发明内容
本发明的目的是提供用于探测电磁辐射的装置，该装置包括能够为多个单元探测器还原高信噪比，特别是对集成的单元探测器，其排列成由行和列构成的矩阵。该矩阵由上述定义的像素构成，每个像素包括多个元件，其中一个元件是单元探测器。本发明的目的是对与降低的信噪比以及像素尺寸制造相关的困难和限制提供一种解决方案。本发明的另一个目的是提供一种电磁辐射探测装置，其将所有固定噪声降至最低，这些固定噪声是源于像素的元件特性的分散，或者源于给定像素组或列的元件特性的分散。本发明的装置也具有这样的优点，其使得单元探测器可以具有增加的读取电流，以获得改善的灵敏度，而不会引入任何源于连接至单元探测器的阻抗匹配装置的显著噪声。本发明也使得能够制造这样一种电磁辐射探测装置，其能够使用先进的MOS技术，使得单元探测器和电气接线的尺寸尽可能的小，而不会因低供应电压而非常不利。最后，本发明的另一个目的是提供一种电磁辐射探测装置，其具有简化的像素，包括较少量其操作所需的元件。因此，本发明涉及一种电磁辐射探测装置，包括多个单元探测器，这些单元探测器被分组成一个或多个次组合，每个次组合包括多个单元探测器。每个单元探测器利用互连线连接至阻抗匹配装置。该装置的特征在于该阻抗匹配装置为单个次组合的所有单元探测器所共用，在每个次组合中，这些互连线具有大致相同的电阻值。另外，在本说明书的其余部分，单元探测器定义为连接至阻抗匹配装置的输入端， 而不能连接至该阻抗匹配装置的任何特定点。通过在多个单元探测器之间以这种方式共用阻抗匹配装置，可以得到这样一个阻抗匹配装置，其尺寸比如果每个单元探测器都对应一个阻抗匹配装置时的尺寸要大。这样， 所有与该阻抗匹配装置的尺寸相关的噪声相较而言就被降低了。另外，给定次组合的所有互连线的大致相同的电阻使得给定次组合中的每个像素的互连线引起的残余阻抗可以大致相同。如果探测装置中包括多个具有一个匹配晶体管的次组合，则该探测装置中的所有像素都具有大致相同的阻抗。这样，由于每个单元探测器次组合通过阻抗匹配装置连接至读取总线，该读取总线中穿过的读取电流除了其它之外包括一个固定分量元素，该固定分量元素具有一个依赖于固定阻抗的固定电流。通过考虑其互连线的电阻，该固定阻抗对每个单元探测器都是大致相同的。流入读取总线的读取电流也包括可变分量元素，称为单元探测传送的信号，其为上述电流的电流变化，其依赖于单元探测器的电阻变化。该电阻变化是由于单元探测器与入射在该单元探测器上的电磁辐射之间的相互作用而引起的。由于该固定阻抗对于所有单元探测器而言都是大致相同的，识别因电磁辐射造成的读取电流(独立于该电流的固定分量元素)的比例就变得简单。单元探测器可以是辐射热计或微辐射热计，光电二极管或光电导体。单元探测器优选的是微辐射热计。因此，可以使用大的读取电流，并在环境温度下工作。当单元探测器是光电二极管时，阻抗匹配装置连接至单个次组合的所有单元探测器所共用的捕获和整形电路是有利的。该捕获和整形电路则可被设在非常靠近单元探测器的位置，同时维持适合正确操作的尺寸。被多个单元探测器共用使得可以释放足够大的空间用于在单元探测器区域制造捕获和整形电路，且不须要将其置于该列的末尾，也不须要其被多个次组合共用。反过来，无论单元探测器是微辐射热计类型还是光电二极管类型，该阻抗匹配装置可有利地连接至多个被次组合共用且例如位于一行或列末尾的捕获和整形电路。这使得该捕获和整形电路可以被共用，其可以简化单元探测器矩阵的制造。另外，相对于该捕获和整形电路连接至单一次组合的情形而言，这留下了一个大的可用区域用于制造较大的阻抗匹配装置。这样的话，该读取总线有利地连接每个阻抗匹配装置至该捕获和整形电路。每个单元探测器优选的是与一个特定于它的开关串联，给定次组合的开关依序闭合，使得连接至该阻抗匹配装置的读取总线一次仅接收源自单个单元探测器的信号。根据单元探测器所暴露的电磁辐射，通过转换单元探测器使该信号快速改变。这样，就可以在不同单元探测器产生的各信号之间产生顺序多路传输。该阻抗匹配装置优选的是一个操作在饱和状态下的直接注入晶体管，称为匹配晶体管。单元探测器利用其第一端连接至匹配晶体管的源极。实际上，在这个实施例中，该阻抗匹配装置的输入端是匹配晶体管的源极。因此，可以简化电磁辐射探测装置，且使用单个晶体管来实现阻抗匹配功能。从总线看过去的电阻变化被限制了，因此探测器的灵敏度和线性被改善。单元探测器有利地定义该第一平面，其与包括该阻抗匹配装置的第二平面不同。 其中一个平面位于另一个平面之上。优选的是，该阻抗匹配装置面对至少一些单元探测器。 另外，优选的是，该阻抗匹配装置面对每个单元探测器的至少一部分。如果该阻抗匹配装置是直接注入晶体管，则相较于晶体管与单元探测器位于同一平面的情形，具有更大栅区的晶体管可以被制造。无论单元探测器矩阵是在与阻抗匹配装置相同的基板上还是在第二基板上制造， 都可以在一个与单元探测器的平面不同的平面上制造该阻抗匹配装置。因此，该阻抗匹配装置的区域的增加不会造成单元探测器面积的降低。这使得像素面积与欲获得的单元探测器面积大致相同。由于多个单元探测器连接至给定的阻抗匹配装置，阻抗匹配装置可延伸以面对多个单元探测器，或者具有一个大于单元探测器的主区的面积。由于该阻抗匹配装置是匹配晶体管，有利的是，其栅区面积可大于该次组合的单元探测器的主区。最后，也可以制造面积与给定次组合的多个单元探测器的主区的结合面积大致相等的阻抗匹配装置。由于该阻抗匹配装置是匹配晶体管，有利的是，其栅区面积大于给定次组合的多个单元探测器的主区的总和。如果，在匹配晶体管位于不同于包含单元探测器的第一平面的第二平面内的情形下，一个单元探测器的主区代表一个像素的绝大部分区域，这两种有利的情形也是有效的。根据现有技术，当每个像素都有一个匹配晶体管对应时，该栅区小于该像素区，即使该匹配晶体管位于不同于包含单元探测器的第一平面的该第二平面。该匹配晶体管的源、漏以及电极及互连线必须位于该第二平面。现有技术的匹配晶体管的栅因此一般小于像素区。具有大栅区给匹配晶体管带来低Ι/f噪声，这使得一个中央读取电流穿过该匹配晶体管，产生低固有噪声。因此，即使在微电子技术带来小像素尺寸或小单元探测器尺寸的情形下，也可以让单元探测器次组合获得低Ι/f噪声以及高注入效率。在获得大致相同的互连线(其中，每一互连线连接该阻抗匹配装置至一个单元探测器)电阻值的这种方式中，互连线可以具有大致相同的尺寸。如果不是这样，如果这些尺寸不是相同的，相较于如果互连线以该微电子技术中尽可能短的路径连接该单元探测器至该阻抗匹配装置的输入端的情形时该互连线应该有的电阻，至少一个互连线有利地具有更高或更低的电阻，而至少一个单元探测器较同一次组合的另一个单元探测器更远离该阻抗匹配装置的输入端。以这种方式，就可以形成具有大致相同的电阻的互连线，而不要求单元探测器位于与该阻抗匹配装置的输入端(例如源极)距离相等的位置。这样，就可以制造一个最优的阻抗匹配装置，而不用考虑其单元探测器的可能布局。相比将阻抗匹配装置构造成复杂形状使得输入端(例如源极)的一部分与每个单元探测器的距离大致相等的这种情形，本发明可以更加简单。在微电子技术中，两点之间的最短可能路径与几何最短可能路径是不同的。实际上，在微电子中，必需要绕过至少出现在上述两点之间的每个元件。另外，绕过它们时还不能与其它元件接触。另外，在微电子中，要应用设计法则，其目的是为了防止给定位置周围的不同元件过于相互接近。必须要在不同元件之间留出安全距离以防止短路或漏电流。最后，在微电子中，如果可以在与单元探测器定义的第一平面平行的一个平面之外制造接线， 这些接线则被制作成垂直接线以及包含在与该第一平面平行的平面内的接线。一般不设置相对于第一平面的法线明显不呈0或90度角的接线。如果一个单元探测器较同一次组合的另一个单元探测器更远离该阻抗匹配装置， 有利的是，至少一个连接该阻抗匹配装置至一个单元探测器的具有给定长度的互连线在其至少一部分长度上的截面与连接该阻抗匹配装置至该同一次组合的另一个单元探测器的另一接线的至少一部分上的截面不同。在其截面与另外一个互连线的截面不同的那一部分长度上，该互连线的单位长度的电阻不同于另一个互连线的单位长度的电阻。因此，可以人为地增加或降低互连线的电阻。因此，可以利用不同长度但电阻大致相同的互连线连接一个阻抗匹配装置至与该阻抗匹配装置的输入端不同距离的多个单元探测器。在这种情况下，如果有必要增加一个连接该阻抗匹配装置至一个单元探测器的互连线的电阻，该具有增加的电阻和给定长度的互连线有利地在其至少一部分长度上具有缩小的截面。这种截面的局部缩小可使得可以改变一个互连线的电阻，而不会加长该互连线。 实际上，如果可以相对于该最短可能路径加长一个互连线以增加其电阻，这会造成形成额外的互连线长度。这样，计算和设计相邻互连线的最短可能路径就变得更加困难。根据本发明，单元探测器排列成具有行和列单元探测器的矩阵。这样，该次组合可包括位于该矩阵多个行上的不同单元探测器以及位于多个列上的不同单元探测器。这使得该矩阵的空间噪声的列向分量元素和行向分量元素可以被同时降低。实际上，这在下列情形有利地适用，当一个第一次组合连接至一个读取总线，这个读取总线不同于连接至至少一第二次组合的读取总线，该第二次组合具有位于该矩阵中一行上的单元探测器，而这个行与该第一次组合的单元探测器所在的行相同。另外，该第一次组合连接至一个读取总线，该读取总线一般与连接至至少一第三次组合的读取总线不同，该第三次组合具有位于该矩阵中一列上的单元探测器，而这个列与该第一次组合的单元探测器所在的列相同。特别是，如果该捕获和整形电路为多个次组合共用，该捕获和整形电路引起的噪声不会产生任何列向噪声，因为该捕获和整形电路连接至该矩阵不同行和不同列上的单元探测器，而且该捕获和整形电路不是连接至给定行的所有单元探测器，也不是连接至给定列的所有单元探测器。或者，该次组合可包括位于该矩阵多个行和单一列上的不同单元探测器，或者位于该矩阵多个列和单一行上的不同单元探测器。这样，该次组合代表该矩阵的一行或一列的部分。在这种情形下，该行向或列向空间噪声仅在读取总线传送各次组合产生的信号的方向上被降低，而不会在读取总线传送单一次组合产生的信号的方向上被降低。如果具有位于该矩阵给定行或给定列上的单元探测器的次组合连接至不同的读取总线，则有利的是，在任何情形下，都可以降低列向空间噪声。在本发明一个有吸引力的实施例中，给定次组合的单元探测器以四阶对称方式排列。这使得有利于形成互连线和阻抗匹配装置的输入端。如果想要给定次组合的互连线具有大致相同的尺寸，这尤其有用。如果想要对于每个单元探测器，该输入端上存在至少一个点(例如源极的一个点)使得该点位于对于每个单元探测器而言大致相同的给定距离处， 这也是有用的。
通过阅读下列作为非限制性范例的描述以及参考附图，本发明将可以更好地了解，其余细节、优点和特点也将更加清楚。图1例示了像素的已知电气图，该像素包括红外单元探测器(光电二极管)以及为直接注入组件的匹配晶体管。图2例示电磁辐射探测装置的局部电气图，该探测装置使用利用直接注入组件的微辐射热计类型的单元探测器的读取模式，该直接注入组件是已知类型，其中PMOS类型的共栅晶体管与每个探测器对应。图3例示本发明第一实施例的电磁辐射探测装置的局部电气图。图4是本发明第一实施例的电磁辐射探测装置的示意图。图5是本发明第二实施例的电磁辐射探测装置的示意图。图6A和图6B是本发明另一实施例的电磁辐射探测装置的简化局部平面示意图， 其在一个次组合中具有十六个单元探测器。图7是根据本发明的电磁辐射探测装置的示意图，其中一些互连线通过局部缩小其宽度而具有增加的电阻。图8例示根据本发明的电磁辐射探测装置，其中一个次组合包括一列的所有单元探测器。
图9例示本发明的电磁辐射探测装置的截面图，一个次组合中居于两个单元探测器，其连接至一个给定的匹配晶体管。为了利于从一个附图转到另一个附图，不同图式的相同、类似或等同部件具有相同的参考标号。为了使图式更易读，图式中的不同部件不一定以均勻比例绘制。根据本发明的该装置的不同实施例的例示图是作为范例给出而不是限制性的。
具体实施例方式参照图3可以更好地理解本发明，其中图3例示了本发明的一个特别实施例。图3例示了一个电磁辐射探测装置30的简化电气图，其中该探测装置30包括多个单元电测辐射探测器32、320。优选的是，这些单元探测器32、320排列成具有至少一行和 /或至少一列的矩阵。单元探测器32、320分组成一个或多个次组合300，每个次组合包括多个单元探测器，图3中仅代表性地示出一个次组合300。在本说明书的其余部分，根据上述给出的定义，一个像素将指定一个单元，该单元是由单元探测器、开关以及各种特定于该单元探测器和该开关的电气接线形成。另外，本说明书会考虑到，单元探测器相互排列成在各列中具有给定的间隔并且在各行中具有另外给定的间隔，其中该另外的间隔是不同于或相同于各列中的间隔。该矩阵一个列中的间隔和一个行中的间隔定义的区域被称为像素区。最后，本说明书会考虑到，单元探测器连接至阻抗匹配装置的输入端，但不连接至后者上的特定点。另外，如果该阻抗匹配装置是一个具有源和漏的匹配晶体管，该源极被视为该输入端。因此，单元探测器的每个次组合300包括多个单元探测器32、320 ；在本实施例中， 其在同一行中具有两个这样的探测器。除了单元探测器32、320之外，每个次组合300还包括单个阻抗匹配装置33，优选的是，该阻抗匹配装置33是一个共栅连接MOS晶体管33，称为匹配晶体管33。然而，该阻抗匹配装置也可以是任何类型的具有低输入阻抗的晶体管，例如，共基极双极型晶体管(简称为J. Ε. T)，或者跨阻运算放大器(其中所述运算放大器具有低输入阻抗)，或者本领域技术人员熟知的与本发明的技术约束兼容的任何其它类型的阻抗匹配
直ο匹配晶体管33以直接注入方式连接，能够使单元探测器32、320和用于捕获和整形单元探测器32、320传送的信号的电路5之间达成阻抗匹配。该捕获和整形电路5可以被多个次组合300共用。优选的是，单元探测器32、320是在环境温度下操作且对电磁辐射 (例如红外辐射)敏感的微辐射热计。作为另一种选择，它们也可以是光电二极管或光电导体。或者，在本发明的另一个实施例中，尤其是在单元探测器32、320是光电二极管类型，其允许探测可见光谱的电磁辐射的情况下，与一个单一次组合300 —样，该捕获和整形电路5与阻抗匹配装置33整合在一起。读取总线Bl则将多个捕获和整形电路5连接至一个可以分析信号并形成视频信号的单一电路。在图3所示的实施例中，单元探测器32、320由微辐射热计构成，每个次组合300具有一个被该次组合的所有单元探测器32、320共用的阻抗匹配装置33。另外，捕获和整形电路5被多个次组合300共用。每个次组合300还包括开关34、340，每个开关与其中一个单元探测器32、320对应。开关34、340例如是用作开关电路的晶体管。每个次组合300的匹配晶体管33可以是P型MOS管(如图3所示)，或N型MOS 管，亦或是双极型晶体管。如果是后两者，施加在电磁辐射探测装置上的极化电压将被相应修改。匹配晶体管33以及所有下面提出的匹配晶体管都被视为具有一个栅，以及分别与源极(source electrode)禾口漏极(drain electrode)电接角虫的源(source)禾口漏(drain)。 该栅长度为L，宽度为W，其长度宽度乘积定义一个栅区。每个单元探测器32、320的第一端32. 1,320. 1通过互连线301、302连接至该次组合300的匹配晶体管33的源极。给定次组合300的单元探测器32、320的第一端32. 1、 320. 1相互连接，其也连接至给定匹配晶体管33的源极，形成一个共同节点。根据本发明， 将次组合的每个单元探测器连接至匹配晶体管33 (该次组合中只有一个匹配晶体管)的互连线301、302具有大致相同的电阻值。已经知道，一个互连线的电阻与其构成材料的电阻率以及互连线的长度成正比，且与互连线的横截面成反比。次组合300的每个单元探测器32、320的第二端32. 2,320. 2连接至其中一个开关 34、340，使得每个第二端可被连接至第一电压源Pl或者与该第一电压源Pl隔离。第一电压源Pl可以设在电磁辐射探测装置30内部或者外部，其使读取电流得以被传输，该读取电流须要被传输以读取单元探测器32、320在受到电磁辐射影响情况下的电阻变化，该电阻变化与单元探测器32、320传输的信号对应。该第一电压源Pl通过电气接线C3连接至每个开关34、340。或者，开关34、340可位于连接单元探测器32、320至阻抗匹配装置33的互连线上。晶体管33的漏极连接至读取总线B2，该读取总线B2连接至捕获和整形电路5，优选的是，该读取总线B2连接至一个波基截割电路6。匹配晶体管33的栅通过接线C4连接至设在电磁辐射探测装置内部或外部的第二电压源P2。第二电压源P2被调整以保证匹配晶体管33工作于饱和模式。捕获和整形电路5和波基截割电路6与现有技术中的类似。本图中的电路范例只用于说明用途，而不应用来限制本发明。这些电路是图2中描述的电路，因此，在此不对这些电路再做描述。也可以使用其它类型的捕获和整形电路5和波基截割电路6，这些都属于本发明的范围。根据图3的组合，当其中一个开关34、340闭合时，第一电压源Pl与读取总线B2 之间产生读取电流Ids，其首先流过因开关闭合而连通的单元探测器32、320，然后流过次组合300的该单一匹配晶体管33。控制装置350设计成按顺序依次闭合给定次组合300中的各开关34、340，使得在给定时刻，给定次组合中最多只有一个开关34、340闭合。控制装置35是已知技术，例如包括移位寄存器。这使得其值等于读取电流Ids的电流流过读取总线B2，得到一个代表对各单元探测器32、320传送的信号进行时间多分复用的信号。在该次组合300中，单一匹配晶体管33让两个不同的单元探测器32、320连接在一起。于是，对于两个单元探测器32、320之间的给定间隔，相对于一个匹配晶体管对应一个单元探测器的现有技术而言，匹配晶体管33的尺寸可以增加到2倍。这样可使得本发明的探测装置的信噪比被提高。更详细而言，定义第一平面的单元探测器32、320可设在与阻抗匹配装置33和捕获和整形电路5的不同的平面中，其中阻抗匹配装置33和捕获和整形电路5定义第二平面。这两个平面有利地是一个位于另一个上面。单元探测器32、320则可以相互靠近，但不要相连。这样，由于每个单元探测器32、320具有一个给定主区，一个像素区将被视为与一个单元探测器32、320的主区大致相等。如果阻抗匹配装置33是位于相对于单元探测器32、320的第二平面中，该阻抗匹配装置33则可有利地延伸以面对该次组合300的单元探测器32、320。这样，就有可能制造一个匹配晶体管33，其面积与该次组合300的所有像素的组合面积大致相等。这样，该匹配晶体管33的栅区可以大于至少一个像素区或一个单元探测器的主区。也有可能制造这个匹配晶体管33，使其栅区与该次组合300的多个单元探测器32、320或所有单元探测器的主区的总和大致相等。应当理解的是，在图3的范例中，该匹配晶体管33可以具有一个大的栅区，例如大于一个单元探测器32、320的区域，或者接近该次组合的单元探测器(在本范例中，是两个单元探测器)的组合区域。图3的电气图描绘了一个二阶轴对称，利用这个二阶轴对称可制造这样一种电磁辐射探测装置，使得其中的连接单元探测器32、320第一端32. 1、320. 1至晶体管33源极的两个互连线301、302具有大致相同的长度和截面。如果这些互连线301、302制造材料相同， 则它们具有大致相同的电阻。即使它们不是严格相等，至少它们的电阻也是相当的。互连线301、302的这种构造使得可以优化共同节点A的制造，显著地降低了电磁辐射探测装置的空间噪声。适当的时候，也会发现虽然这些互连线具有大致相同的电阻值，但它们也可能具有不同的几何尺寸。结合图4和图5，可以更好地理解本发明，其中图4和图5例示了本发明的电磁辐射探测装置的第一实施例和第二实施例的局部平面示意图。图4和图5是本发明的工作原理图。图中的不同元件表示功能以及不同功能的安排。这些工作原理图并不寻求给出与电磁辐射探测装置的各不同元件的尺寸相关的信息， 或者确认或反驳以下事实这些元件可相对垂直布置。为了简化图式，有些元件可能被省去。本发明的范围不应被这些工作原理图所限制。图4示意性地描绘本发明的一个电磁辐射探测装置30，其包括多个单元探测器 22,220,这些单元探测器22、220分组成多个次组合300、300，，这些次组合300、300，排列成一个具有至少一行和至少一列的矩阵。这些次组合以虚线表示。各单元探测器整合在一个未画出的基板上。在这个实施例中，该矩阵的两列的一部分被画出。因为每列包含至少两个具有两个单元探测器的次组合300、300’，所以一个次组合300、300’的单元探测器22、 220属于该矩阵的给定列。每列单元探测器连接至读取总线B2、B2’，能够将次组合300、 300’的单元探测器22、220产生的信号从该列传送至电路5、5’，以捕获和整形这些单元探测器传送的信号。波基截割电路6、6’也连接至每个读取总线B2、B2’。在该矩阵的给定行中，单元探测器22、220’相互间隔一个给定的间隔，而在给定列中，它们相互间隔另一个间隔，其中该另一个间隔可相同于或不同于之前的那个间隔。
每个次组合300、300’包括单元探测器和其它电路元件。如上所述，根据如上所述的整体或混合架构，优选的是，这些单元探测器和其它电路元件整合在两个分开的平面中， 让其中一个平面位于另一个平面之上。如之前在图3中描述的一样，电路元件包括单一阻抗匹配装置、开关(未画出)以及互连线。在本实施例中阻抗匹配装置为匹配电阻33、33’，其被给定次组合300、300’的单元探测器共用。每个单元探测器22、220对应设有一个开关。互连线位于单元探测器22、 220与匹配晶体管33,330'之间。每个单元探测器22、220的第一端连接至该匹配晶体管33、33’，而该匹配晶体管 33,33'将其连接至读取总线B2、B2’。为了简化图式，并未画出所有电路元件，特别是开关未画出。为了捕获电磁辐射探测装置的每个单元探测器传送的信号，对每一列的不同单元探测器依照图4中用符号Tl、T2、T3和T4按时间顺序表示的时刻进行顺序读取。在时刻Tl，所有列的第一行单元探测器22同时被读取，其中开关(未画出)将它们连接至第一电压源(未画出)，读取电流允许在这些单元探测器22中流动。被读取的单元探测器22利用匹配晶体管33、33’ (从它们的次组合的第一行匹配晶体管33、33’)连接至位于每一列底部的不同捕获和整形电路5、5’。在时刻T2，仍然利用该第一行41匹配晶体管33、33’读取第二行单元探测器220， 这些第二单元探测器220对应之前测量的次组合的第二单元探测器。在T3时刻，读取第三行单元探测器22，但是是利用第二行42晶体管33、33’，其中第三单元探测器所属的次组合300、300’不同于之前读取的单元探测器所述的次组合300、 300’。这第二行42匹配晶体管33、33’也将在时刻T4用于读取第四行单元探测器。这个对不同行单元探测器的顺序读取(称为多路复用)可通过开关的适当控制来达成，而这些开关连接单元探测器22、220至第一电压源，该第一电压源传送读取单元探测器所需的读取电流。当然，这个过程可设计用于任何数目的行或列。根据本实施例，一个给定的匹配晶体管33、33’使用在两个不同的时刻，以获得两个单独的单元探测器22、220产生的信号，这是因为一个匹配晶体管被同一次组合的两个单元探测器所共用。在几何上，这个匹配晶体管33位于一个给定次组合300的两个相邻单元探测器22、220的占用面积范围内。相对于图2所描述的晶体管数目与单元探测器数目相同的情形而言，该匹配晶体管33的栅面积则可以成比例地扩大。次组合的晶体管的源极可有利地位于与两个单元探测器22、220的第一端等距的位置。这个位置可被利用以在每个次组合300中实现这样一个组合，在这个组合中，连接单元探测器300、300’至晶体管33、33’源极的两个互连线具有理想的相同几何尺寸，这个几何尺寸是由其长度和横截面(即宽度与厚度的乘积)定义的，且这两个互连线至少在电阻上是相当的。有利的是，晶体管33、33’位于第二平面，这个第二平面不同于单元探测器22、220 所定义的第一平面，如下面图9所示。有利的是，这两个平面在垂直方向上彼此相对设置。 因此，如在图3中所阐释的，像素区可以接近单元探测器22、220的主区，且有可能获得这样的匹配晶体管，其栅面积可接近次组合的两个单元探测器22、220的主区的总和。如果晶体管33、330’位于与单元探测器22、220相同的平面，相对于晶体管33、330’仅连接至单一单元探测器的情形而言，晶体管33、330’同样也可以获得两倍大的面积。在本发明各种实施例中，如果每个次组合300、300’的单元探测器属于该矩阵的多个列，则可能相同读取总线连接至属于该矩阵多个列的单元探测器，或者多个读取总线用于属于该矩阵同一列的多个单元探测器，和/或对给定行的单元探测器采用多路复用技术。图5是根据本发明第二实施例的电磁辐射探测装置的局部平面示意图，其例示了上述阐述的可能实施方式。在这个实施例中，电磁辐射探测装置30的各单元探测器分组成次组合500、500’， 其中每个次组合包括四个单元探测器221、222、223、224，排列成两行，每行有两个单元探测器。在每个次组合500、500，中，单元探测器221、222、223、2M通过互连线201、202连接至单一阻抗匹配装置，该单一阻抗匹配装置为匹配晶体管33、33’。在本实施例中，互连线 201,202被描绘成T形，其将两个单元探测器221、222或223、2M —起连接至匹配晶体管 33,33'。匹配晶体管33、33’通过读取总线B2、B2，连接至电路5、5’和波基截割电路6、6，。 电路5、5’用于捕获和整形每个单元探测器传送的信号。匹配晶体管33、33’使用直接注入方式连接，能够提供次组合500、500’的单元探测器221、222、223、2M与捕获和整形电路5、 5’之间的阻抗匹配功能。在这个实施例中，所示的两个次组合构成一列次组合。而且，每个次组合包括属于该矩阵的两列的单元探测器。在给定列的次组合中，这些次组合交替地连接至两条读取总线B2、B2’的其中一条总线B2、B2’，且连接至两个捕获和整形电路5、5’的其中一个捕获和整形电路5、5’。这样，每条读取总线B2、B2’接收位于矩阵中两列的单元探测器传送的信号，且没有一条所绘出的读取总线B2、B2’连接至该矩阵的其中一列上的所有单元探测器。 这种构造使得，平均而言，一条读取总线B2、B2’对应多个探测器，这多个探测器与单一列中的多个单元探测器数目相当。即使只绘出两个次组合500，500’，但每个捕获和整形电路5、5’和每条读取总线 B2、B2，被多个次组合500，500，共用是有利的。由于所述次组合500，500’以行的形式进行排列，这允许对单元探测器221、222、 223,224依照图5中符号Tl、T2、T3和T4表示的时间顺序进行顺序读取。在时刻Tl，所绘出的两个次组合的单元探测器221通过与这两个次组合对应的匹配晶体管33、33’同时连接至捕获和整形电路5、5’。每条读取总线B2、B2’因此接收每个次组合中相同位置的单元探测器传送的信号。在时刻T2，以及之后的T3和T4时刻，每个次组合500、500’的单一单元探测器 222、223、224(绝不会是同一个)接连地连接至捕获和整形电路5、5’。在每个时刻T1、T2、 Τ3、Τ4，其余的单元探测器221、222、223、2Μ与匹配晶体管33、33’之间不会有读取电流流动。应当理解的是，如果有多个次组合500、500’连接至一条读取总线Β2、Β2’，该顺序
读取必须考虑这些次组合包含的单元探测器，使得在一个给定的时刻Τ，只有单一一个单元探测器传送的信号在读取总线Β2中流动。在此值得注意的是，在本发明的范围内，其它时序也是可能的。特别是，给定次组合行中的不同次组合500、500’可连接至同一读取总线Β2、Β2’，可节省该矩阵范围内的读取总线B2、B2’，但这是以比第一实施例更长的多路传输时间为代价，因为位于该矩阵两列中的所有单元探测器必须透过同一读取总线进行多路复用。根据本第二实施例，在四个不同的时刻T1、T2、T3、T4，一个给定的匹配晶体管33、 33’用于一个给定的次组合500、500’的四个单独的单元探测器221、222、223、224的读取。 该匹配晶体管33、33’在几何上位于该次组合的四个单元探测器的占用面积之内。因此，该匹配晶体管的栅面积可按照针对图3和图4所提及的方式进行成比例地调整。由于是连接至包括分布在两行和两列上的其它单元探测器的次组合，该匹配晶体管的源极的位置设置得益于四阶轴对称。该源极例如可被设计成位于与这四个单元探测器中的每个探测器的第一端等距的位置。其可以例如为U形，总是有至少一个点与每个单元探测器的第一端间隔固定距离。这种措施使得可以为该次组合的所有单元探测器并因此为该矩阵的所有单元探测器获得大致相同的连接特征。值得注意的是，互连线201、202具有大致相同的电阻值，因此会产生一个低寄生电阻，从而构成小空间噪声分量元素。可以构思其他实施例来设计本发明的匹配晶体管，这些其它实施例利用单元探测器的布局对称性。作为一个范例，图6Α和图6Β描绘了本发明第三实施例的电磁辐射探测装置，其中一个次组合600具有十六个单元探测器。图6Α例示了这十六个单元探测器的位置，其呈四阶轴对称，具有四列，每列具有四个单元探测器62，这些探测器整合在第一平面内，每个探测器62具有一个将探测器连接至阻抗匹配装置63的第一端67。因此，次组合600包括位于矩阵的四列和四行上单元探测器62，其中次组合的每列属于该矩阵的一列。单元探测器 62的第二端68通过接线C61至C64连接至第一电压源Ρ1，其中一条接线用于次组合600 的每一列。每条接线C61至C64通过电气接线69连接至四个单元探测器62，每个电气接线 69上设有开关64。每个开关64的位置设置成使得其可以连接接线C61、C62、C63或C64至单一单元探测器62。根据之前描述的整体或混合结构的可能的方式，这些十六个单元探测器62共用的匹配晶体管63位于第二平面，其不同于单元探测器62定义的第一平面。有利的是，这两个平面在垂直方向上相对设置。接线C61至C64和/或电气接线69和开关64也可以位于该第二平面，或者在一个第三平面。设有但不限于晶体管63的该第二平面将在下面结合图 6B更详细地描述。这些不同平面的并置将在图9的描述中更加详细地介绍。图6A中是利用大圆点定义的源极631以及小圆点定义的漏极632来局部地表示匹配晶体管63。在图6的范例中，源极631和漏极632交错对叉。为了简化图式，该晶体管的栅并没有画出，但可以预料到的是，该栅在匹配晶体管63的源和漏之间延伸(未画出)。 该栅则被分成多个栅部分，这些栅部分指向次组合600的单元探测器62的列的方向。在本实施例的这个特别情形中，源极631呈U形，该U的一个分支在图6A的左部延伸于头两列单元探测器之间，另一个分支在图6A的右部延伸于其它两列单元探测器之间。漏极632这样形成，使得其与源极631交错对叉。这样，该漏极呈梳状，具有多个分支，其中，源极631的每个分支位于漏极632的两相邻分支之间。这样，由于源极631呈 U形，漏极则为具有四个分支的梳状结构。或者，如果在此示出的第二和第三分支集合在一起而形成单一分支，则漏极可以为具有三个分支的梳状结构。在图6A的范例中，这些第一端67以四个为一组在节点A电性连接，其中节点A位于源极631内的一个点上。因此，存在四个节点A连接单元探测器62至源极631。参考图6B，该匹配晶体管被更加详细地描述。在此，栅633由四部分构成，每部分分别位于源极631的一个分支与漏极632的一个分支之间，相对于源极631和漏极632，栅 633的各部分是比较宽的，它们几乎占据源极631的一个分支与漏极632的一个分支之间的所有空间。因此，栅633的各部分呈现矩形形状，其与次组合的一列单元探测器62大致对齐。 栅633的不同部分利用电气接线C65相连以形成单一栅633，该单一栅633连接至第二电压源P2，使得该匹配晶体管63可以操作在饱和模式。漏极632利用电气接线连接至读取总线B2。在图6B中，利用虚线绘出了图6A中的次组合的十六个单元探测器中一些探测器的可能位置，这些单元探测器位于该第一平面，其不同于包含匹配晶体管63的第二平面。如果该漏极632的两个分支靠近而不被源极631的一个分支分开，则有可能制造出这样一种匹配晶体管使得漏极的这两个分支合并成单一分支。本实施例使得可以制造一个具有相当大尺寸的匹配晶体管63，其可以位于十六个单元探测器62的占据面积之内，其栅区面积可大于一个探测器的主区，或者大于两个、三个、五个、十个、十六个或更多个单元探测器的主区的组合。根据本实施例的构造可延及包括多于十六个单元探测器的次组合。例如，可以包含三十六个单元探测器，其排列成六行六列，四个一组的连接至该源极。该源极则呈W形， 为具有三个分支的梳状结构。次组合也可能具有二十四个单元探测器，排列成四行六列或者四列六行。这样，该源极可以分别呈U形或W形。在本发明的每个实施例中，单元探测器所在的第一平面不同于包含该匹配晶体管的第二平面，该匹配晶体管的栅区面积就可以大于或等于一个次组合面积的60%、75%、 80%甚至90%，该次组合面积定义为该次组合的所有单元探测器的主区的总和。该次组合在第二平面上其余区域，如下面图9所示，是必须要有的，其是为了 -形成源和漏极，-在上述电极下面形成源和漏，-形成读取总线，形成电气接线和探测器运行所需要的所有其它电气或电子元件， 尤其是光电二极管或微辐射热计，其中这些电气接线为栅、开关、控制接线供电以利用开关组织多路读取。该晶体管的源极形成一个梳状结构，该梳状结构的分支间隔开，位于两列单元探测器之间，制造这样的晶体管的优点之一是可以形成非常短的互连线，所有这些互连线具有相同的几何尺寸。因此，所有这些互连线具有大致相同的电阻值。优选的是，在本发明中，连接每个单元探测器至阻抗匹配装置的互连线具有大致相同的尺寸以得到大致相同的电阻。除了因电磁辐射引起的电阻外，每个捕获和整形电路接收一个残余阻抗，该残余阻抗包括首先这些互连线的电阻，其次为阻抗匹配装置与捕获和整形电路之间的局部阻抗。该阻抗利用阻抗匹配装置加以降低。因此，在整个矩阵中，这些残余阻抗大致相同，且寄生电阻整体上降低了。
然而，通过给予这些互连线相互不同的尺寸，也可以获得互连线的相同电阻值。尤其是，对于多个单元探测器与同一阻抗匹配装置的距离不同时，也可以获得大致相同的电阻。为了实现上述相同的电阻，本发明提出，相对于起始于距离该阻抗匹配装置更远的另一个单元探测器的一条互连线的电阻，人为地提高源于较靠近该阻抗匹配装置的一个单元探测器的至少一条互连线的电阻，使得这两条互连线的电阻大致相同。降低源于一个较远的单元探测器的互连线的电阻的这种相反方式也是可能的。图7描绘了本发明的这种实施方式的一个特别范例，尤其是当次组合的单元探测器之间的排列不具有任何特别对称性时。次组合700包括第一、第二和第三单元探测器，从左至右，分别标号为721、722和 723，这三个单元探测器位于该第一平面内，排列成一行。在不同于该第一平面的第二平面， 形成一个被这三个单元探测器共用的匹配晶体管73。这两个平面中，其中一个位于另一之上，其中这些单元探测器721、722、723至少面对该匹配晶体管73的一部分。该匹配晶体管 73包括位于该第三单元探测器723的区域中的源，位于该第一单元探测器721的区域的漏 732,以及插入该源731和漏732之间的栅733。栅733至少位于该第二单元探测器722以及该第一和第三单元探测器721和723的下面。源极7310位于该第三单元探测器723的区域中。该第三单元探测器723较该第二单元探测器722更靠近该源极7310，而该第二单元探测器722自己又比该第一单元探测器721更靠近该源极7310。单元探测器721、722、723分别利用互连线74、75、76连接至源极7310。在对因单元探测器721、722、723与源极7310之间的距离变化造成的互连线之间的电阻变化进行补偿的方式中，图7的范例提出人为地增加源于最靠近源极7310的单元探测器722、723的这两条互连线75、76的电阻，以使它们的电阻与源于离该源极7310最远的单元探测器721的互连线74的电阻大致相同。通过考虑其它单元探测器、其它互连线和该源极的相对位置和阻碍，来定义一条连接一个单元探测器至源极的最短的可能线路。这样，就可以定义一个连接一个单元探测器至该源极的最短的可能长度。增加互连线电阻的一种方式是加长该互连线以超出该最短的可能长度。这种方式虽然有趣，但可能使该探测装置中充满大量无用的互连线长度。通常，该电磁辐射探测装置的所有互连线都通常具有相同的横截面。从此刻起，我们将用术语“标称截面”来称这样一个绝大多数互连线或至少绝大多数互连线中的一部分互连线都相同的截面。另外，这些互连线定义为具有给定长度。本发明提出在想要增加电阻的互连线的至少一部分长度上或在其整个长度上缩小该互连线的截面。这样一种截面的缩小导致电阻变大。通过改变具有更小截面的这部分长度，就可以改变该电阻增加值。在连接该第二和第三单元探测器722、723至该源极7310 的互连线75、76中绘出了这样缩小的截面79、79’。也可以结合两种方法，例如通过增加一条互连线的长度以超过该最短的可能长度，并且在给定的长度上缩小截面。相反，如果目的是降低源于较其它单元探测器更远的单元探测器的互连线的电阻，则可以在这些互连线的一部分长度上或其整个长度上扩大这些互连线的截面。
因此，对于一些想要降低其电阻的互连线，可以扩大其截面，而对于想要增加其电阻的互连线，可以缩小其截面和/或增加其长度。这种方法使得形成的次组合中的所有互连线具有大致相同的电阻，而不需要要求这些单元探测器的任何对称性排列。例如，可以具有奇数个单元探测器。因此，没有必要去寻求将源极形成在与各单元探测器相同距离的位置。这使得可以简化匹配晶体管的制造和设计。另外，可以设计具有最优尺寸的匹配晶体管，以及在稍后阶段定义单元探测器的次组合，例如，通过选择面向匹配晶体管的单元探测器。优选的是，形成具有对称排列的单元探测器的次组合，以降低互连线的长度，以及使得可以更简单地获得互连线的大致相同的电阻。然而，本领域技术人员可以在便于获得大致相同的电阻和便于匹配晶体管的设计之间进行妥协。图8例示了应用本发明的另一种方式。本实施例假定该矩阵的给定列80的单元探测器82属于给定单元探测器次组合，且它们位于同一平面，称为第一平面。在不同于第一平面的第二平面，形成被所有单元探测器82共用的阻抗匹配晶体管83。该匹配晶体管83包括在图8的右侧沿列80设置的源极831，该源极831设置在该列80单元探测器的整个长度上。该源极大致上位于该列80探测器82的一侧边，且位于一个不同的平面。该匹配晶体管83包括在图8左侧沿列80设置的漏极832，该漏极832设置在该列 80单元探测器的整个长度上，在单元探测器的另一侧边，面对该源极831，并位于不同于单元探测器的平面上。栅833大致延伸于该源极831和漏极832之间。该栅833因此位于单元探测器82上或单元探测器82下面，与之在观察者的方向上对齐，并位于不同的平面。然而，该源极831利用互连线85电连接至单元探测器82。在图8的范例中，源极 831的至少一部分面对每个单元探测器82的至少一部分。因此，单元探测器利用更短的路径连接至源极831。例如，对于接近的两个单元探测器，源于其中一个单元探测器82的互连线85延伸于这两个单元探测器之间。根据另一个范例，可能具有垂直的互连线，其垂直延伸于源极831所在的平面与包含单元探测器82的该第一平面之间。该漏极832连接至捕获和整形电路5。根据本实施例，互连线85具有大致相同的电阻。另外，该列80的所有单元探测器 82共用的匹配晶体管83的尺寸设计成使得其转导尽可能的高。这样一个实施例可被修改，使得该次组合由该矩阵的一列的一部分构成，S卩，该次组合由构成该矩阵的一列的一部分的单元探测器构成。因此，在一列中可能有多个次组合。 对本实施例的另一种修改使得该次组合由两个或多个列构成也是可能的。一个匹配晶体管则被位于该矩阵的两列或多列上的单元探测器共用。该次组合可由多个列的部分形成，该多个列的部分源自两个或多个列，形成一组列。在这些情形下，源极有利地沿一列单元探测器的长度设置，其中该列单元探测器位于该组列的一端。该漏极沿一列单元探测器的长度设置，其中该列单元探测器位于该组列的另一端。另外，所有单元探测器的这些互连线具有大致相同的电阻。这样，相对于互连线以最短的可能路径连接单元探测器至源极时的互连线电阻而言，一些互连线一定具有一个增加的电阻。图9例示了本发明一个实施例的探测装置的截面，描绘了位于第一平面G的一个给定次组合的两个单元探测器92、92’以及位于第二平面G’的匹配晶体管93。在第一平面 G和第二平面G’中，其中一个平面位于另一个平面之上，且匹配晶体管93面对该两个单元探测器92、92，。单元探测器92、92’可位于一层电介质材料94的区域内，该层电介质材料称为介电层，而该介电层本身位于基板90上。该第二平面G’由电介质材料94和基板90之间的界面定义。该介电层94具有下列元件-源极931和漏极932，-连接至漏极932的读取总线B2，-连接单元探测器92、92，至源极931的互连线912和921，，-栅极95。为了简化图式，图中没有画出开关以及连接单元探测器至开关的电气接线。互连线921、921’、电气接线以及读取总线B2可被考虑位于第二平面G’中(位于单元探测器92、92’与基板90之间)，或位于第一和第二平面G、G’之间的其它平面上。作为一种变化，一些或所有单元探测器92’可利用空气间层97与介电层94隔开。 该空气间层可以是低气压。该空气间层可以是特定于每个单元探测器92’，也可以是被多个单元探测器92’共用。优选的是，这些利用空气间层与介电层94隔开的单元探测器92’ 利用一个或多个支撑98、98’机械连接至该介电层94。有利的是，这些支撑为支柱。优选的是，这些支撑位于单元探测器92’的边缘，用于相对于该介电层94保持所述单元探测器 92’于固定位置。一些这样的支柱可由连接所述单元探测器至匹配晶体管源极931的互连线921，的一部分形成，或者包含该互连线921，的一部分。该基板90包括分别连接至源极931和漏极932的源901和漏902。源901和漏902有利地位于该两个单元探测器92、92’定义的次组合的两相对端， 分别在图9的左侧和右侧。栅95在介电层94内延伸于源和漏之间，利用栅氧化层96与该基板90隔开。该栅的长度L大于单元探测器92、92’之间的单一间隔P。其中一个单元探测器92比另外一个单元探测器92’更靠近源极931。在图中代表性地描绘了一个互连线部97，其能提高连接最靠近源极931的单元探测器92至该源极931 的互连线921的电阻。在本发明的各种实施例中，如之前结合图3提出的那样，在每一个次组合中不仅可共用单一阻抗匹配装置，而且可以共用捕获和整形电路。这种情形主要适合于可见波长的电磁辐射探测装置，包括光电二极管类型的单元探测器。本发明使得匹配晶体管的栅区面积可随同一次组合中的单元探测器的数目成比例地增加，而不会引入任何寄生电阻(这些寄生电阻会对次组合中的每个单元探测器产生空间噪声)。这样做的结果就是，首先根据上述关系式{3}，匹配晶体管造成的噪声被降低了，以及与参考专利[3]的装置相比，电磁辐射探测装置的信噪比相应地提高了。根据关系式{3}，第二个优点是，与现有技术相比，可以提高每个单元探测器内的读取电流，其提高比例就等于本发明允许的栅区面积的增加比例，而不会引入任何匹配晶体管导致的额外噪声。
因此，值得注意的是，当单元探测器是辐射热计或微辐射热计类型时，微辐射热计的电阻可以放大方式获得可察觉的变化，这种变化与该读取电流的增加成比例。单元探测器传送的信号因此可以经过放大。这也使得本发明电磁辐射探测装置的哦信噪比可以被改
口 ο这个优点尤其对具有小主区的单元探测器有用，其间隔小于25um，小的入射电磁辐射捕获区域使其捕获非常不利，因此其需要对传送的信号进行所有可能的放大。使用更大的区域来设计匹配晶体管的另一个优点是可以独立地调整匹配晶体管栅的长度L和宽度W。用这种方式，就可以获得更大的匹配晶体管的转导，并因此根据关系式{1}可获得更大的注入效率。这种效果是除了已经由读取电流的增加(其也使转导提高)提供的益处之外的效果，这两种效果综合起来就可以使传送信号可以更好地被还原，因此获得改善的电磁辐射探测装置的信噪比。本发明提供的被增加的转导也可用于实现具有低动态阻抗的单元探测器的直接注入连接。这可以例如是涉及具有低电阻的辐射热计或微辐射热计。尤其是当想要使用低电压驱动的晶体管技术的时候(比如使用光刻蚀分辨率方面最先进的CMOS技术)，后者是必须要的。通过增加读取电流和信噪比，就可以使用对电阻具有较低固有影响的单元探测器，而在现有技术中这种影响会被噪声掩盖。使用具有更大栅区的晶体管也提供了更均勻特性，在该电磁辐射探测装置范围内提供了显著地更均勻的阀值电压，这降低了该矩阵的像素中产生的固定空间噪声。实际上， 已经知道，在栅长度L为大约2um时，阀值电压的分散会显著增加匹配晶体管引起的固定空间噪声。实际上，为了获得给定的极化，增加匹配晶体管的宽度W是有必要的，但是这也需要增加匹配晶体管的长度L。这在现有技术中是困难的，但可以通过使用本发明来实现。本发明也教导可以形成一个具有大栅区的直接注入匹配晶体管，其为多个单元探测器共用，同时得益于该电磁辐射探测装置的所有单元探测器的均勻电气连接。这种均勻性特征特别是涉及单元探测器与每个匹配晶体管源极之间的互连线的电阻。已经知道这个电阻对于该固定空间噪声是特别关键的，该固定空间噪声对该电磁辐射探测装置的每个像素产生不同的影响。本发明也提供了制造图像传感器或成像仪的方案，其通过使用具有大栅区的匹配晶体管而具有降低的瞬时噪声，同时其通过结合使用具有大栅区的匹配晶体管以及均勻连接而在像素中具有降低的空间噪声，而该均勻连接是通过大致相同的互连线电阻来达成的。相比现有技术，本发明的另一个优点是可以得到具有大栅区的阻抗匹配晶体管， 其为一个次组合中的单元探测器共用，这些单元探测器在该矩阵中相互靠近，且属于该矩阵的多个不同列和行。这种排列避免特征化该矩阵的不同列或不同行，从而防止出现具有列向或行向分量元素的空间噪声，而这些空间噪声对于该电磁辐射探测装置产生的所有图像的质量以及利用是特别有害的。实际上，可以形成单元探测器的次组合使得信号捕获和整形电路不与给定列的所有单元探测器连接。
2权利要求
1.一种电磁辐射探测装置，包括多个单元探测器(32、320、62、82、92)，这些单元探测器被分组成一个或多个次组合(300、300’、600)，每个次组合包括多个单元探测器，其中每个单元探测器(32、320、62、82、9幻利用互连线(301、302、66、邪)连接至阻抗匹配装置(33、 33，、63、83、93)，其特征在于该阻抗匹配装置(33、33’、63、83、93)为单个次组合(300、300’、600)的所有单元探测器(32、320、62、82、92)所共用，在每个次组合(300、300’、600)中，这些互连线(301、302、66、邪)具有大致相同的电阻值。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述单元探测器(32、320、62、82、92)是辐射热计、微辐射热计、光电二极管或光电导体。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，当这些单元探测器(32、320、62、82、9幻是光电二极管时，所述阻抗匹配装置(33、33’、63、83、9；3)连接至捕获和整形电路(5、5’)，其中该捕获和整形电路(5、5’)为单个次组合(300、300’、600)的所有单元探测器(32、320、62、 82、92)所共用。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述阻抗匹配装置(33、33’、63、83、93) 连接至捕获和整形电路(5、5’)，其中该捕获和整形电路(5、5’)为多个次组合(300、300’、 600)所共用。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的装置，其特征在于，每个单元探测器(32、320、 62、82、92)与特定于其的开关(34,340,64)串联，其中给定次组合(300、300，、600)的开关依序闭合，使得连接所述阻抗匹配装置(33、33’、63、83、93)的读取总线(B1、B2、B2’ ) 一次接收单个单元探测器(32、320、62、82、9幻产生的信号。
6.如权利要求1至5中任意一项所述的装置，其特征在于，所述阻抗匹配装置(33、 33’、63、83、9；3)是操作在饱和状态的称为匹配晶体管的直接注入晶体管，其中这些单元探测器(32、320、62、82、92)连接至所述匹配晶体管(33、33，、63、83、93)的源极(631、7310、 831,931)。
7.如权利要求1至6中任意一项所述的装置，其特征在于，这些单元探测器(32、320、 62,82,92)定义第一平面(G)，该第一平面(G)不同于包括该阻抗匹配装置(33、33’、63、83、 93)的第二平面(G’)，其中这两个平面(G、G’)中一个平面位于另一个平面之上，该阻抗匹配装置(33、33’、63、83、93)面对至少一些单元探测器(32、320、62、82、92)。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，在其应用权利要求6时，该匹配晶体管(33、 33，、63、83、93)的栅区大于该次组合(300、300，、600)的一个单元探测器(32、320、62、82、 92)的主区。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，该匹配晶体管(33、33’、63、83、93)的栅区大于给定次组合(300、300’、600)的多个单元探测器(32、320、62、82、92)主区的总和。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的装置，其特征在于，分别连接该阻抗匹配装置至一个单元探测器(32、320、62、82、9幻的这些互连线(301、302、66、邪)具有大致相同的尺寸。
11.如权利要求1至9中任意一项所述的装置，其特征在于，相对于如果互连线以微电子技术中尽可能短的路径连接至该阻抗匹配装置(33、33’、63、83、93)的一个给定端时的电阻，至少一个互连线(301、302、66、85)的电阻增加或降低，其中至少一个单元探测器 (32、320、62、82、92)比同一次组合(300、300，、600)的另一个单元探测器(32、320、62、82、 92)更远离所述阻抗匹配装置(33、33’、63、83、93)的所述端。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，连接该阻抗匹配装置至一个单元探测器的具有给定长度的至少一个互连线至少在其部分长度上具有一个这样的截面，该截面与连接该阻抗匹配装置至同一次组合中另一个单元探测器的另一个互连线的至少一部分的截面不相同。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，连接该阻抗匹配装置至一单元探测器的、 具有增加的电阻且具有给定长度的互连线(301、302、66、邪)在至少部分长度上具有缩小的截面。
14.如权利要求1至13中任意一项所述的装置，其特征在于，所述单元单元探测器 (32、320、62、82、9幻排列成具有行和列单元探测器的矩阵，所述次组合(300、300’、600)包括位于多个矩阵行中的不同单元探测器(32、320、62、82、92)以及位于多个矩阵列中的不同单元探测器(32、320、62、82、92)。
15.如权利要求1至14中任意一项所述的装置，其特征在于，给定次组合(300、300’、 600)的多个单元探测器(32，320，62，82，92)以给定阶的轴对称方式进行排列。
全文摘要
本发明揭示一种电磁辐射探测装置，包括多个单元探测器(32、320)，这些单元探测器被分组成一个或多个次组合(300)，每个次组合包括多个单元探测器，其中每个单元探测器(32、320)利用互连线(32.1、320.1)连接至阻抗匹配装置(33)，其特征在于该阻抗匹配装置(33)为单个次组合(300)的所有单元探测器(32、320)所共用；在每个次组合(300)中，这些互连线(32.1、320.1)具有大致相同的电阻值。
文档编号G01J5/20GK102252761SQ20111009766
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月18日 优先权日2010年4月16日
发明者巴谛克·罗伯特, 骏加喀思·伊克雍 申请人:巫莉斯, 法国原子能与替代能委员会