软 X 射线至 VUV 能量范围的新 QE 响应曲线

图 1：背照式 CCD。顶部：具有常规深度耗尽层的 CCD。底部：具有深耗尽层的 CCD。

不同科学 CCD 类型的定量比较

概述

自1969年电荷耦合器件 (CCD) 技术发明以来，其从NIR 到电磁波谱 X 射线区域的扩展灵敏度已在各种应用领域(例如天文学、玻色-爱因斯坦凝聚、荧光成像、光度测定、等离子体研究、拉曼光谱和 X 射线成像)。

由于其结构的独特特性，CCD 对于在软 X 射线到 VUV 范围内执行的成像和光谱学特别有用。然而，由于CCD 外延光子吸收层(耗尽层)上方的材料对紫外辐射有很强的吸收作用，因此确保耗尽层上方的任何层尽可能薄非常重要。

随着EUV 光刻(下一代半导体制造工艺)等先进应用在科学和工业领域不断受到关注，对在软 X 射线到 VUV 能量范围内极其稳定和灵敏的成像工具的需求不断增加。为了应对这一挑战，特殊增强工艺和其他不带增透膜的背照式 CCD 现在可在软 X 射线到 VUV 范围内提供前所未有的灵敏度。

本文件介绍了几种类型 CCD 的量子效率：(1) 标准工艺背照式 CCD; (2) 增强处理、背照式 CCD; (3) 深耗尽、背照式 CCD; (4) 深耗尽、前照式 CCD。软 X 射线到 VUV 能量范围内的灵敏度差异很明显。

比较：横截面和耗尽深度

图 1 显示了两种背照式 CCD 类型的示意性横截面，一种采用常规深度耗尽层，另一种采用深耗尽层。每张图都说明了耗尽区和场之间的差异。硅中的自由区。耗尽区中产生的电子就是它们产生的地方。无场区域中产生的电子将扩散，直到进入耗尽区域，此时它们将被其下方的像素捕获。还应该指出的是，一般来说，抗反射涂层会对 CCD 检测软 X 射线的能力产生不利影响。

表 1 显示了各种背照式 CCD 类型的典型整体硅厚度、无场区域厚度和耗尽区域厚度。请注意增强处理设备，它在 100 eV 至 250 eV 能量范围内提供迄今为止最高的 CCD 灵敏度。

表 1：各种背照式 CCD 类型的近似耗尽深度和无场区域厚度。

图 2 是前照式深耗尽 CCD的横截面示意图。请注意，X 射线通过栅电极进入 CCD 。低能光子被栅极结构吸收，不会到达敏感硅。

图 2：具有深耗尽层的前照式 CCD。

表 2 显示了前照式深耗尽 CCD的典型整体硅厚度、无场区域厚度和耗尽区域厚度。请注意，该设备可与铍窗一起使用，以改善软 X 射线透射率。 (铍窗也可与背照式 CCD 一起使用。)

表 2：前照式深耗尽 CCD 的近似耗尽深度和无场区域厚度。

比较：量子效率

图 3 显示了不同类型科学 CCD 在 0.1 eV 至 30 keV 能量范围内的QE 响应。特别要注意的是，增强工艺背照式 CCD提供了 100 eV 至 250 eV 之间的更高量子效率。

图 3：各种科学 CCD 类型的 QE 响应。

上述数据对于选择正确的 CCD 类型以满足应用的灵敏度要求至关重要。
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审核编辑 黄宇