BLAZE科学CCD在光谱应用中的卓越表现（一）

BLAZE®科学CCD相机的突破性技术极大地提高了近红外量子效率，实现了卓越的定量光谱测量。BLAZE®科学CCD

Teledyne Princeton Instruments BLAZE传感器，可在CCD平台上提供超高的近红外量子效率、超快的光谱速率和极深的热电冷却。较低的暗噪声，结合低读出噪声电子器件的使用，提高了信噪比，并进一步提高了灵敏度。

BLAZE探测器的应用包括纳米技术、2D材料、碳材料、生物传感和生命科学。这些新一代相机使用拉曼光谱、光致发光光谱、荧光光谱以及显微光谱和泵浦探测光谱等测量技术，为科学家提供了极致的性能。

简介

基于各种背感光CCD结构的检测系统是大多数光谱学应用的首选，因为这种可靠的传感器技术能够在整个UV-VIS-NIR波长范围内（从200 nm到1.1μm）提供最高的可用量子效率。

标准背照传感器是通过化学蚀刻和抛光硅片（厚度仅为13μm）来制造的。当从传感器背面照明时，可以检测到近100%的入射光，因为它击中外延硅层，而无需通过位于设备前部的门电路。

背照深耗尽CCD使用较厚的硅耗尽区（约40μm）来补偿较长波长所需的较长吸收长度。在近红外光谱中，量子效率随着耗尽区厚度的增加而增加。因此，与标准背照CCD相比，背照深耗尽CCD在近红外中具有更高的效率。

然而，需要注意的是，所有硅基CCD基本上无法检测波长超过1.1μm的波长。Teledyne Princeton Instruments还提供线性或2D阵列格式的InGaAs探测器。这些设备在波长范围约为850 nm至1.7μm（在增程器件上为2.2μm），但InGaAs是一种III-V化合物半导体，其暗电流确实高于硅，此类系统通常依靠液氮冷却来提高信噪比。

在BLAZE问世之前，无论选择使用哪种类型的CCD、InGaAs、CMOS、PMT或固态单点探测器，波长范围从800 nm到1.0μm（俗称“死亡谷”）的严重性能限制一直困扰着光谱学家。BLAZE相机通过在这一特殊波段提供更高的量子效率解决了长期存在的问题（见图1）。

图1：传统CCD、InGaAs和BLAZE探测器QE曲线。在800 nm至1.0μm的所谓“死亡谷”中，传统的CCD和InGaAs阵列的量子效率较低。BLAZE传感器在这一范围内表现良好。

BLAZE光谱相机基于一种革命性的新型背照式深耗尽CCD传感器。除了在800 nm到1100 nm之间提供比以前最好的探测器高3到7倍的灵敏度外，BLAZE传感器在900 nm处提供95%的峰值量子效率（见图2）。新传感器采用1340×100或1340×400阵列格式，像素为20μm。

图2：图表显示了在+25°C下测量的典型QE数据。两种新型传感器，HR传感器和LD传感器，为BLAZE用户提供了无与伦比的光谱应用性能。请注意，BI传感器是标准背光（非深耗尽）CCD，而Unichrome是Teledyne Princeton Instruments提供的紫外线增强涂层。

BLAZE HR传感器（见图3）是由高电阻率体硅制成的“超深耗尽”CCD，以实现任何硅器件中最高的近红外量子效率。每个HR传感器的硅耗尽区几乎比传统的深耗尽（NIR敏感）CCD厚4倍，使量子效率在1μm时比其他最好的深耗尽传感器高出7倍。

图3：背照式“超深耗尽”HR传感器旨在为光谱CCD提供最高的近红外量子效率。

HR传感器的空间分辨率通过施加偏置电压进行优化，从而形成一个“完全耗尽”的硅区域，没有电荷扩散。偏置电压产生电场，将电荷推向正确的像素，并且不允许电荷迁移到相邻像素。

BLAZE LD传感器是为高灵敏度和极低暗电流设计的背感光深耗尽装置（见图4）。该设备以反向模式运行，向成像相位施加负电压，并驱动每个相位反转。由此产生的负电荷吸引了填充表面态的空穴，从而抑制了表面态中暗电流的产生。反向模式和深层热电冷却的使用将暗电流降低到0.0005 e-/pix/秒（典型值），使LD传感器成为需要长集成时间的实验的理想选择。

图4：BLAZE LD传感器以反向模式工作，可获得极低的暗电流，这使其非常适合微光光谱应用。

审核编辑 黄宇