發(fā)布日期：2024-07-12 16:21:57 光譜數據，這一交織著(zhù)波長(cháng)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(zhù)工業(yè)制造、醫療診斷、現代農業(yè)等多個(gè)前沿領(lǐng)域，成為驅動(dòng)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，以其結構經(jīng)典、性能穩定著(zhù)稱(chēng)，在多種應用場(chǎng)景中展現出卓越的適應性；而背照探測器，則憑借光線(xiàn)從背面直接照射至感光層的創(chuàng )新設計，顯著(zhù)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(guò)沉積在探測器表面上的電路層，光子才能被硅吸收并轉化為電荷信號。電路層結構由柵極氧化膜、多晶硅電極和BPSG(表面保護膜)等構成，由于此電路層的遮擋，入射光到達半導體區域之前，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(xiàn)從晶圓的背面入射，直接照射到感光元件（如光電二極管）上。這種設計避免了光線(xiàn)在到達感光層之前穿過(guò)多層結構的需要，不僅減少了光損失，改善了光譜響應，理論上像素的占空比還可以提升至100%，實(shí)際上經(jīng)一些測試數據表明背照探測器在一定波長(cháng)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(shí)現這一功能，基材必須經(jīng)歷減薄和積累過(guò)程。通常情況下，襯底被減薄至約20um的厚度，這樣當產(chǎn)生的電荷向電位勢阱擴散時(shí)分辨率就不會(huì )受到影響了，積累過(guò)程確保從光輸入表面（背面）到前面形成內部電場(chǎng)，防止在光輸入表面上形成的界面重新組合，薄背探測器就可以探測這些光子。然而背照式由于減薄襯底，致使長(cháng)波長(cháng)的光通過(guò)光敏區后在氧化硅表面發(fā)生反射，與光敏區表面反射的光相干涉產(chǎn)生etaloning條紋效應（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(diǎn)
? 量子效率：由于背照式探測器光線(xiàn)能夠直接照射到感光層上，避免了多層結構的遮擋和干擾，因此量子效率顯著(zhù)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靈敏，往往具有高信噪比的特點(diǎn)，適合弱光及需要快速響應的應用場(chǎng)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。
? 光譜響應范圍：前照式覆蓋可見(jiàn)光及部分近紅外光波段；而背照式在紫外區、可見(jiàn)區及近紅外區具有較高的量子效率和信噪比。
? Etaloning條紋：前照式無(wú)干涉條紋現象影響，適合應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(cháng)波長(cháng)的光時(shí)會(huì )產(chǎn)生條紋效應，疊加在光譜上，影響信號識別。
3.產(chǎn)品推薦
對于一些拉曼應用的用戶(hù)，下表進(jìn)行了一些光譜儀探測器類(lèi)型推薦選擇√：
應用 | 背照式 | 前照式 |
532拉曼 | √高信噪比 | 低信噪比 |
785拉曼 | 長(cháng)波會(huì )出現條紋 | √無(wú)條紋影響 |
快速采集拉曼光譜 | √高量子效率 | 信號弱，積分時(shí)間長(cháng) |
生物樣品（需長(cháng)波長(cháng)激光） | 受熒光及干涉疊加影響 | √長(cháng)積分時(shí)間提升信號 |
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(lèi)型可更換，用戶(hù)可根據需要聯(lián)系銷(xiāo)售試用或采購已有型號產(chǎn)品，同時(shí)我們也接受定制需求，提供專(zhuān)業(yè)且快速的定制服務(wù)。詳情請訪(fǎng)問(wèn)如下鏈接：光纖光譜儀-北京鑒知技術(shù)有限公司-江蘇鑒知 (jinsp-tech.com)
4.總結
前照式與背照式光電探測器在工作原理上的主要區別在于光線(xiàn)的入射路徑和感光元件的布局。前照式探測器中光線(xiàn)需要穿過(guò)多層結構才能到達感光層，導致光損失和量子效率降低；而背照式探測器則直接將光線(xiàn)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)域具有更廣泛的應用前景，但同時(shí)在長(cháng)波段采集時(shí)會(huì )出現etaloning現象，我們會(huì )根據用戶(hù)應用的實(shí)際情況做出專(zhuān)業(yè)的選擇判斷，為你提供適合的光譜設備。
