探测器特点-前照和背照

探测器特点-前照和背照

光谱数据，这一交织着波长与光强双重特性的丰富信息载体，正逐步渗透并深刻影响着工业制造、医疗诊断、现代农业等多个前沿领域，成为驱动科技创新与产业升级的关键引擎。在光谱探测技术的舞台上，探测器作为关键角色，依据其感光元件布局的差异，划分为前照式与背照式。前照探测器，以其结构经典、性能稳定著称，在多种应用场景中展现出较好的适应性；而背照探测器，则凭借光线从背面直接照射至感光层的创新设计，显著提升了量子效率和信噪比，为追求更高灵敏度与更低噪声的探测任务提供了强有力的支持。

1.前照与背照探测器区别

前照式探测器：

光从晶圆正面入射，电路层在上，受光面在下，而电路层对光有一定的遮挡。如上图所示：入射光需要穿过沉积在探测器表面上的电路层，光子才能被硅吸收并转化为电荷信号。电路层结构由栅极氧化膜、多晶硅电极和BPSG(表面保护膜)等构成，由于此电路层的遮挡，入射光到达半导体区域之前，被吸收、反射、散射而损失了部分能量，不能全部到达受光面。因此，前照探测器的量子效率一般在50%~60%之间，对于弱光的检测不敏感。

背照式探测器：

在背照式光电探测器中，电路仍然做在晶圆的正面，但是光线从晶圆的背面入射，直接照射到感光元件（如光电二极管）上。这种设计避免了光线在到达感光层之前穿过多层结构的需要，不仅减少了光损失，改善了光谱响应，理论上像素的占空比还可以提升较高，实际上经一些测试数据表明背照探测器在一定波长范围的量子效率高达95%（如下图所示）。

背照探测器一般为薄背型，由于背照探测器的制造必须使光输入表面（背面）附近产生的电荷信号收集到前表面附近形成的电位势阱中，为了实现这一功能，基材必须经历减薄和积累过程。通常情况下，衬底被减薄至约20um的厚度，这样当产生的电荷向电位势阱扩散时分辨率就不会受到影响了，积累过程确保从光输入表面（背面）到前面形成内部电场，防止在光输入表面上形成的界面重新组合，薄背探测器就可以高效的探测这些光子。然而背照式由于减薄衬底，致使长波长的光通过光敏区后在氧化硅表面发生反射，与光敏区表面反射的光相干涉产生etaloning条纹效应（如下图所示），叠加在采集光谱上，影响信号识别

2.前照与背照探测器优缺点

Ÿ                      量子效率：由于背照式探测器光线能够直接照射到感光层上，避免了多层结构的遮挡和干扰，因此量子效率显著提高，通常比前照式高出至少30%以上。

Ÿ                      弱光敏感性：背照式探测器对弱光非常敏感，能够在低照度环境下获得更好的成像质量。

Ÿ                      信噪比：背照式对弱光的感应灵敏，往往具有高信噪比的特点，适合弱光及需要快速响应的应用场景。

Ÿ                      制造成本：背照式成本相对较高，因为需要采用特殊工艺将感光元件置于晶圆背面。

Ÿ                      光谱响应范围：前照式覆盖可见光及部分近红外光波段；而背照式在紫外区、可见区及近红外区具有较高的量子效率和信噪比。 

Ÿ                      Etaloning条纹：前照式无干涉条纹现象影响，适合应用在叠加荧光影响且信号有一定强度的情况；背照式采集长波长的光时会产生条纹效应，叠加在光谱上，影响信号识别。

3.产品推荐

对于一些拉曼应用的用户，下表进行了一些光谱仪探测器类型推荐选择√：

北京鉴知提供基于前照与背照式探测器的光纤光谱仪，探测器类型可更换，用户可根据需要联系销售试用或采购已有型号产品，同时我们也接受定制需求，提供专业且快速的定制服务。

4.总结

前照式与背照式光电探测器在工作原理上的主要区别在于光线的入射路径和感光元件的布局。前照式探测器中光线需要穿过多层结构才能到达感光层，导致光损失和量子效率降低；而背照式探测器则直接将光线照射到感光层上，减少了光损失并提高了量子效率和弱光检测能力。这些差异使得背照式光电探测器在高性能成像和光谱分析等领域具有更广泛的应用前景，但同时在长波段采集时会出现etaloning现象，我们会根据用户应用的实际情况做出专业的选择判断，为你提供适合的光谱设备。