探測器特點-前照和背照

光譜數據，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制造、醫療診斷、現代農業等多個前沿領域，成為驅動科技創新與產業升級的關鍵引擎。在光譜探測技術的舞臺上，探測器作為關鍵角色，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，以其結構經典、性能穩定著稱，在多種應用場景中展現出較好的適應性；而背照探測器，則憑借光線從背面直接照射至感光層的創新設計，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在到達感光層之前穿過多層結構的需要，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較高，實際上經一些測試數據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，為了實現這一功能，基材必須經歷減薄和積累過程。通常情況下，襯底被減薄至約20um的厚度，這樣當產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后在氧化硅表面發生反射，與光敏區表面反射的光相干涉產生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，避免了多層結構的遮擋和干擾，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，能夠在低照度環境下獲得更好的成像質量。

?                      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，適合弱光及需要快速響應的應用場景。

?                      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、可見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；背照式采集長波長的光時會產生條紋效應，疊加在光譜上，影響信號識別。

3.產品推薦

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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域具有更廣泛的應用前景，但同時在長波段采集時會出現etaloning現象，我們會根據用戶應用的實際情況做出專業的選擇判斷，為你提供適合的光譜設備。