Устройство для детектирования электромагнитного излучения с низкой чувствительностью к пространственному шуму

Устройство для детектирования электромагнитного излучения с низкой чувствительностью к пространственному шуму

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области устройств для детектирования электромагнитного излучения. Оно преимущественно применяется к устройствам для детектирования инфракрасного излучения на основе болометров или микроболометров, но также имеет отношение к устройствам для детектирования электромагнитного излучения на основе фотодиодов или фотопроводников. Его область использования охватывает, в частности, производство электронных сетчаток, также называемых формирователями изображений, которые могут быть образованы из большого количества элементарных детекторов. Под микроболометром понимается болометр, по меньшей мере один размер которого является микрометрическим; это имеет отношение, в частности, к болометру, производство которого использует технологии микроэлектроники или микротехнологии и/или нанотехнологии.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Наиболее продвинутые устройства детектирования для детектирования и формирования изображения электромагнитного излучения основываются на использовании матрицы элементарных детекторов, ориентированных по меньшей мере в одну линию и/или по меньшей мере в один столбец.

Оптическая система, состоящая из сборки с различными диоптриями, обычно вставляется между источником излучения, который нужно детектировать, и плоскостью, содержащей элементарные детекторы. Функция этой оптической системы состоит в отклонении падающих лучей, чтобы сфокусировать их на элементарных детекторах, и в воспроизведении изображения источника на плоскости детектирования. Каждый элементарный детектор соответственно принимает одновременно элемент информации, который является характеристикой количества электромагнитного излучения, принятого устройством, с конкретным углом падения. Считывание сигналов, поставляемых различными элементарными детекторами матрицы, дает возможность воссоздания двумерного отображения, называемого изображением электромагнитного излучения, испускаемого источником.

Чтобы осуществить считывание сигналов, поставляемых элементарными детекторами, предоставляется электронная схема, имеющая столько входов сигнала, сколько имеется элементарных детекторов в устройстве детектирования. Эта электронная схема, называемая схемой считывания, может состоять из интегральной схемы, использующей микроэлектронную технологию КМОП либо биполярного КМОП или использующей микроэлектронную технологию ПЗС.

В дальнейшем в этом документе пиксель определяется как содержащий одиночный элементарный детектор и электрические компоненты, характерные для этого элементарного детектора, соединяющие этот элементарный детектор со схемой считывания. Эти электрические компоненты могут быть межсоединениями, электрическими соединениями, переключателями или устройствами согласования полного сопротивления. Пиксель также может включать в себя схему захвата и формирования, если последняя относится к одиночному элементарному детектору. Интервал пикселя определяется как период между двумя соседними пикселями.

Схема считывания и матрица элементарных детекторов могут производиться либо на одной подложке, образующей монолитный блок, либо на двух отдельных подложках, которые затем соединяются, и в этом случае они образуют гибридный блок.

В дополнение к поляризации элементарных детекторов, схема считывания выполняет три функции для работы устройства детектирования:

функцию согласования полного сопротивления между каждым элементарным детектором и схемой считывания, совершаемую устройством согласования полного сопротивления,

функцию для захвата и формирования сигнала, поставляемого элементарными детекторами, осуществляемую схемой захвата и формирования,

мультиплексирование сигналов, исходящих от разных элементарных детекторов, в виде одного электрического сигнала, обычно выполняемое сочетанием переключателей и средства управления. Единый электрический сигнал, называемый видеосигналом, затем может использоваться системой отображения.

Другие связанные функции могут включаться в схему считывания, например, функция для аналого-цифрового преобразования видеосигнала.

Создание схемы считывания, включающей в себя три вышеупомянутых функции (согласование полного сопротивления, захват сигнала и мультиплексирование), является сложной задачей, которая требует комплексной организации этих функций. Конечно, организация трех функций значительно влияет на соотношение сигнал/шум и эффективность элементарных детекторов.

В случае инфракрасных фотогальванических элементарных детекторов функции захвата и согласования полного сопротивления и функция формирования сигнала обычно расположены в каждом пикселе и поэтому близки к каждому элементарному детектору так, чтобы сделать возможно более равномерную рабочую точку для всех пикселей матрицы и, таким образом, уменьшить неоднородности на уровне матрицы, где эти неоднородности также называются постоянным пространственным шумом.

Поэтому имеется столько устройств согласования полного сопротивления и схем захвата и формирования, сколько элементарных детекторов в матрице. В случае инфракрасных элементарных детекторов с микроболометрами или фотогальванических детекторов для видимых длин волн функция захвата и формирования обычно делокализуется на периметр матрицы, например в конец каждого из столбцов или строк матрицы, тогда как функция согласования полного сопротивления часто остается внутренней по отношению к пикселю. Использование микроболометров является преимущественным, поскольку они функционируют при температуре окружающей среды, тогда как элементарные детекторы с инфракрасными фотодиодами часто требуют криогенной рабочей температуры, близкой к 77 К.

Функция мультиплексирования обычно распределяется между первой частью, расположенной в пикселе, чтобы совершать мультиплексирование в заданном столбце или заданной строке, и второй частью, преимущественно расположенной в основании столбца, или соответственно в конце строки, чтобы совершать мультиплексирование разных столбцов матрицы, или соответственно разных строк. Также возможна конфигурация, в которой мультиплексирование совершается только внутри пикселя.

Несколько способов, дающих возможность выполнить электрическое соединение фотогальванического инфракрасного элементарного детектора со схемой считывания, описываются в статье [1], "Infrared readout electronics: a historical perspective", M.J. Hewitt, J.L. Vampola, S.H. Black, C.J. Nielsen, Proc. of SPIE Vol. 2226 Infrared Readout Electronics II, страницы 108-119 (1994).

После изучения разных решений становится понятно, что функция согласования полного сопротивления преимущественно совершается транзисторами МОП в сборке с общим затвором, также называемым прямой инжекцией, как обусловленная высокими уровнями тока, протекающего в элементарных детекторах в их привычном условии использования.

Фиг.1 иллюстрирует электрическую схему пикселя 1, образованного из элементарного детектора 2, относящегося к типу инфракрасного фотодиода, соединенного последовательно с устройством 3 согласования полного сопротивления, относящегося к типу транзистора согласования полного сопротивления с прямой инжекцией, имеющего исток и сток. Анод фотодиода 2 соединяется с входной клеммой устройства согласования полного сопротивления, в этом случае истоком согласующего транзистора 3. Эта сборка обладает низким входным полным сопротивлением, которое выражается здесь как обратная величина значения крутизны у согласующего транзистора 3. Это значение крутизны зависит от тока поляризации I, проходящего через согласующий транзистор 3.

Сборка с прямой инжекцией дает возможность получить устройство согласования полного сопротивления с небольшим размером, имеющее только один согласующий транзистор 3 для каждого элементарного детектора 2. Соответственно, возможно без труда встроить функцию согласования полного сопротивления в пиксели малого размера, что невозможно в случае, например, сборок согласования полного сопротивления на основе усилителя.

Для еще большей эффективности устройству детектирования электромагнитного излучения необходимы свойства линейности и однородности чувствительности, а сборка с прямой инжекцией дает возможность улучшить эти свойства.

Однако должны учитываться ограничения по интеграции и миниатюризации, наложенные геометрией пикселя. Поскольку размер пикселей стремится стать меньше с каждым новым поколением изделий, у устройства согласования полного сопротивления есть все более и более ограниченное пространство с каждым технологическим поколением.

Статья [2], "LETI/LIR' amorphous silicon uncooled microbolometer development", J.L. Tissot, F. Rothan, C. Vedel, M. Vilain, JJ. Yon, Proc. of SPIE Vol. 3379 Infrared Detectors and Focal Plane Arrays V, страницы 139-144 (1998), показывает элементарные детекторы типа микроболометра, взаимодействующие с транзисторами согласования полного сопротивления в сборке с прямой инжекцией. Эта сборка выбирается, поскольку чувствительность микроболометра пропорциональна току, который проходит через нее, и этот ток называется током считывания.

Фиг.2 иллюстрирует устройство для детектирования электромагнитного излучения с использованием способа считывания элементарных детекторов 22, 220 типа микроболометра с помощью сборки с прямой инжекцией из согласующих транзисторов 23, 230 типа p-МОП, собранных с общим затвором и ассоциированных с каждым элементарным детектором 22, 220.

Устройство детектирования включает в себя несколько пикселей, два из которых, 21 и 210, представлены в данном случае. Каждый пиксель включает в себя элементарный детектор 22, 220, образованный микроболометром, имеющим электрическое сопротивление, меняющееся вместе с падающим электромагнитным излучением, воздействию которого он подвергается, где согласующий транзистор 23, 230 в описанном примере p-МОП типа выполняет функцию согласования полного сопротивления и переключателя 24, 240.

Микроболометры 22, 220 подключаются первой клеммой ко входной клемме устройства 23, 230 согласования полного сопротивления их соответствующего пиксела 21, 210. Поскольку устройство 23, 230 согласования полного сопротивления является согласующим транзистором, имеющим исток и сток, микроболометры 22, 220, каждый, подключаются к истоку согласующего транзистора 23, 230 их соответствующего пиксела 21, 210. Микроболометры 22, 220 подключаются второй клеммой к первому источнику P1 общего напряжения, который через соединение C1 подает ток считывания Ids, проходящий через микроболометры 22, 220. Стоки транзисторов 23, 230 p-МОП подключаются соответственно к первой клемме переключателей 24, 240, вторые клеммы переключателей 24, 240 подключаются к общей шине B1 считывания. Шина B1 считывания подключается к схеме 5 для захвата и формирования сигнала, доставленного элементарными детекторами 22, 220. Переключатели 24, 240 дают возможность изолировать заданный пиксель шины B1 считывания.

Схема 5 захвата и формирования традиционно включает в себя операционный усилитель 51, имеющий инвертирующий вход, подключенный к шине B1, неинвертирующий вход, подключенный к источнику 54 напряжения, и выход. Конденсатор 52 устанавливается между инвертирующим входом и выходом операционного усилителя 51. Переключатель 53 устанавливается параллельно с конденсатором 52.

Затворы согласующих транзисторов 23, 230 подключаются вместе через электрическое соединение C2 ко второму источнику P2 напряжения, который настраивается так, чтобы обеспечить работу согласующих транзисторов 23, 230 в насыщении. Работа в насыщении дает возможность получения низкого входного полного сопротивления, к которому стремятся.

В такой сборке, когда замыкается один из переключателей 24, 240, ток Ids считывания устанавливается между первым источником P1 напряжения и шиной B1 считывания, амплитуда которого модулируется с помощью значения сопротивления микроболометра 22, 220, через который проходит ток считывания Ids. Сопротивление микроболометра 22, 220 зависит от падающего электромагнитного излучения.

Переключатели 24, 240 могут замыкаться последовательно, так что к схеме 5 захвата и формирования одновременно подключается только один микроболометр 22, 220. Это формирует единый электрический сигнал, который представляет временное мультиплексирование токов Ids считывания, проходящих через разные пиксели 21, 210. Поэтому это формирует временное мультиплексирование сигналов, подаваемых элементарными детекторами, которые используют одну шину B1 считывания и обычно размещаются в заданном столбце или в заданной строке. Этот режим работы обычно называется работой "свертывающейся шторки".

Может включаться устройство 6 нижней отсечки; его функция заключается в устранении части тока Ids считывания, называемой током помехи общего вида, который протекает по шине B1 считывания, не перенося никакой информации касательно принятого электромагнитного излучения. Исключение тока помехи общего вида, также называемое нижней отсечкой, дает возможность придать большую чувствительность схеме 5 захвата и формирования сигнала. В дальнейшем мы будем называть ток Ids считывания, протекающий в шине B1 считывания и в элементарном детекторе 22, 220 в момент, когда считывается этот элементарный детектор 22, 220.

В случае микроболометров ток помехи общего вида значительно зависит от средней температуры устройства детектирования во время использования. Устройство 6 нижней отсечки преимущественно состоит из регулировочного сопротивления 61, состоящего из микроболометра того же вида, что и элементарные детекторы 22, 220, но который менее чувствителен к электромагнитному излучению. Регулировочное сопротивление 61 имеет клемму, подключенную через транзистор 62, в описанном примере n-МОП типа, к шине B1 считывания, и другую клемму, подключенную к источнику 63 напряжения с низким полным сопротивлением, который может быть, например, землей. Транзистор 62 устройства нижней отсечки содержит затвор, подключенный к источнику напряжения (не представлен), настроенному так, чтобы обеспечивать работу транзистора 62 в насыщении, чтобы получить искомое низкое полное сопротивление на входе схемы 5 захвата и формирования.

Этот тип микроболометра 61, называемый слепым микроболометром, дает возможность выполнения дифференциального считывания с резистором каждого элементарного детектора 22, 220. Дифференциальное считывание дает возможность подавить изменения сопротивления, характерные для всех микроболометров 22, 220, 61. В частности, оно дает возможность игнорировать изменения сопротивления из-за изменений средней температуры, характерных для всего устройства детектирования.

Устройство 6 нижней отсечки является общим для разных элементарных детекторов 22, 220, которые используют одну шину B1 считывания. Когда замыкается переключатель 24, 240, протекающий по шине B1 считывания ток равен току Ids считывания, протекающему в считываемом элементарном детекторе 22, 220. Транзистор 62 n-МОП типа и слепой микроболометр 61 получают большую часть тока помехи общего вида из тока Ids считывания, проходящего через микроболометр 22, 220 пиксела 21, 210. Результат состоит в том, что схема 5 захвата и формирования принимает ток, в котором пропорционально усиливаются колебания тока, называемые сигналом, подаваемым элементарным детектором 22, 220, происходящим от изменений сопротивления из-за электромагнитного излучения.

Так как элементарные детекторы 22, 220 имеют соотношение сигнал-шум, производительность устройства детектирования электромагнитного излучения измеряется по его способности воспроизводить соотношение сигнал-шум элементарных детекторов 22, 220, наряду с минимизацией ухудшений, которые присущи схеме 5 захвата и формирования, согласующим транзисторам 23, 230 и размещению элементарных детекторов 22, 220.

Производительность такого устройства также оценивается посредством качества воспроизведения сигналов, подаваемых элементарными детекторами. Качество воспроизведения в случае элементарных детекторов типа микроболометра характеризуется, например, соотношением изменения тока Ids считывания, вызванного электромагнитным излучением, к изменению тока, полученного для детектора короткого замыкания, который поэтому имеет нулевое полное сопротивление считывания, которое называется собственным сигналом детектора. Это соотношение, также называемое коэффициентом Eta инжекции, выражается следующим соотношением:

E t a   =   ( G m × R d ) / ( 1   +   G m × R d )

(1)

где G_m - крутизна согласующего транзистора 23, 230 с прямой инжекцией, а R_d - значение сопротивления микроболометра.

Соотношение (1) показывает, что коэффициент инжекции, близкий к 100%, можно получить в случае, когда обратная величина крутизны согласующего транзистора 23, 230 гораздо ниже сопротивления микроболометра 22, 220.

Если нужно получить низкий уровень шума, нужно создать коэффициент инжекции с высоким значением.

Тогда шум I_n-total, введенный в схему 5 захвата и формирования, преимущественно происходит, во-первых, от шума I_n-bolo, присущего микроболометру 22, 220, а во-вторых, от шума I_n-tmos, который характерен для согласующего транзистора 23, 230, в соответствии со следующим соотношением:

I n − t o t a l   =   ( E t a × I n − b o l o ) 2   + ( ( 1   −   E t a ) × I n − t m o s ) 2

(2)

Для 100%-ного коэффициента инжекции весь собственный сигнал элементарного детектора 22, 220 передается в схему 5 захвата и формирования, где сигнал, доставленный в токе Ids считывания, имеет значение собственного сигнала, и соотношение (2) показывает, что шум, введенный в схему 5 захвата и формирования, равен шуму микроболометра 22, 220. Поэтому в этой ситуации соотношение сигнал-шум элементарного детектора 22, 220 прекрасно воспроизводится.

Наоборот, для коэффициента инжекции Eta меньше 100% наблюдается не только более слабый доставленный сигнал на входе схемы 5 захвата и формирования, но и дополнительно наблюдается больший вклад собственного шума I_n-tmos согласующего транзистора 23, 230 в I_n-total. Это сочетание эффектов приводит к существенному ухудшению соотношения сигнал-шум.

Когда сопротивление микроболометров 22, 220 становится слишком низким, меньшим либо равным обратной величине крутизны согласующего транзистора 23, 230, коэффициент инжекции Eta становится слишком низким для приемлемого использования устройства детектирования.

Когда согласующий транзистор 23, 230 имеет собственный шум I_n-tmos, который ощутимо больше собственного шума микроболометра I_n-bolo, например, из-за появления шума 1/f в согласующем транзисторе 23, 230, то соотношение сигнал-шум в устройстве детектирования ухудшается.

Соотношение (3) описывает оценку шума 1/f, присущего согласующему транзистору, имеющему затвор шириной W и длиной L, причем этот шум называется I_n-tmos-1/f.

I n − t m o s − 1 / f 2   =   ( K F × I d s A f ) / ( W × L )

(3)

Соотношение (3) показывает, что значительный шум 1/f может появляться, когда площадь затвора, то есть произведение длины L, умноженное на ширину W становится малой, или, в качестве альтернативы, когда ток Ids считывания, проходящий через согласующий транзистор 23, 230, становится слишком большим, или еще когда параметры Kf и Af, которые являются характеристикой используемой технологии МОП, являются слишком высокими.

Эти конкретные ситуации возникают и в совместном виде, при разработке усовершенствованных технологических поколений устройств детектирования электромагнитного излучения, включающих в себя пиксели, которые имеют малый размер.

В оставшейся части описания основная площадь элементарного детектора обозначает площадь элементарного детектора, позволяющую детектировать электромагнитное излучение. Такая площадь часто обозначается как чувствительная область электромагнитного детектора.

Сокращение размера пикселя 21, 210 приводит к сокращению основной площади детектора, а поэтому к сокращению интенсивности электромагнитного излучения, принятого каждым элементарным детектором 22, 220. Это вызывает сокращение чувствительности. Это сокращение чувствительности можно компенсировать увеличением тока Ids считывания в микроболометре 22, 220.

Однако увеличение тока Ids считывания одновременно увеличивает уровень шума 1/f у согласующего транзистора 23, 230, что показано соотношением (3).

Сокращение размера пикселя 21, 210 обычно сопровождается снижением напряжений питания, поскольку его исполнение может использовать технологии КМОП последнего поколения, в которых доступные напряжения ниже.

Чтобы компенсировать это снижение напряжений питания, значение сопротивления микроболометров 22, 220 должно быть пропорционально уменьшено. В соответствии с соотношением (1) это приводит к сокращению коэффициента Eta инжекции.

Наконец, сокращение размера пикселей 21, 210 вызывает сокращение размера согласующих транзисторов 23, 230, расположенных в пикселях 21, 210. Соответственно, уменьшается ширина W и/или длина L затворов этих транзисторов. В соответствии с соотношением (3), это вызывает увеличение уровня шума 1/f согласующего транзистора.

Сокращение размера согласующего транзистора 23, 203 также имеет недостаток в том, что оно вносит больший разброс в пороговое напряжение, что будет отражаться в большем пространственном шуме в устройстве детектирования.

Патент US 6028309 (ссылка [3]) описывает архитектуру устройства детектирования электромагнитного излучения, созданного в виде матрицы микроболометров, в которой согласующий транзистор с прямой инжекцией располагается в конце столбца в каждом столбце матрицы и подключается ко всем элементарным детекторам столбца с помощью шины считывания. Эта компоновка дает возможность преодолеть геометрические ограничения, наложенные размером пикселей, и поэтому теоретически дает возможность спроектировать согласующий транзистор, который имеет площадь затвора, которая шире, чем если бы согласующий транзистор располагался в пикселе или размещался вертикально над ним, имея площадь, ограниченную площадью этого пикселя.

Однако согласующий транзистор является общим для столбца элементарных детекторов типа микроболометра или болометра, и поэтому вводится остаточное сопротивление между элементарным детектором и согласующим транзистором. Остаточное сопротивление частично обусловлено шиной считывания, расположенной между каждым микроболометром и истоком согласующего транзистора. Это последовательное сопротивление необходимо, поскольку имеет отношение к размерам шины считывания, которые излишне уменьшаются, чтобы уместить шину в интервал пикселя.

Влияние этого последовательного сопротивления состоит в перемещении всех рабочих точек микроболометра и уменьшении его чувствительности.

К тому же это последовательное сопротивление отличается для каждого из детекторов в столбце, поскольку каждый элементарный детектор находится на разном расстоянии от согласующего транзистора. Поэтому эта архитектура вносит градиент рабочих точек и градиент чувствительности по длине матрицы. Это вызывает дополнительный пространственный шум по столбцам в дополнение к любому пространственному шуму, который уже присутствует. К тому же образуется колоночный шум, так как каждый согласующий транзистор является общим для одного столбца и привносит собственный шум, который вносит вклад в установление отличий столбцов друг от друга.

Наконец, возможное увеличение размеров согласующих транзисторов ограничивается шириной столбца элементарных детекторов, поскольку должны применяться некоторые проектные нормы, связывающие длину и ширину транзистора, чтобы ограничить шум транзисторов. Таким образом, сокращение размеров элементарных детекторов нельзя непременно компенсировать в показателях шума и эффективности с помощью этого решения.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩЕСТВА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача настоящего изобретения заключается в создании устройства для детектирования электромагнитного излучения, которое включает в себя устройство согласования полного сопротивления, способное восстанавливать высокое соотношение сигнал-шум для нескольких элементарных детекторов, в особенности для интегрированных элементарных детекторов, размещенных в матрицу, состоящую из строк и столбцов. Матрица состоит из пикселей, как определено выше, причем каждый включает в себя несколько элементов, один из которых является элементарным детектором. Задача изобретения - предоставить решение для затруднений и ограничений, относящихся к пониженному соотношению сигнал-шум и сокращению размеров пикселей.

Другая задача изобретения - предложить устройство детектирования электромагнитного излучения, которое минимизирует весь постоянный пространственный шум, происходящий либо от разбросов характеристик элементов пикселя, либо от разбросов характеристик элементов, общих для заданного столбца или заданного набора пикселей. Устройство в соответствии с изобретением также обладает преимуществом в том, что оно дает возможность для элементарных детекторов обеспечивать увеличенный ток считывания, чтобы получить повышенную чувствительность, без внесения значительного шума, происходящего от устройств согласования полного сопротивления, которые подключаются к элементарным детекторам.

Изобретение также дает возможность создать устройство детектирования электромагнитного излучения, которое способно использовать продвинутые технологии МОП, приводящие к размерам элементарного детектора и электрических соединений, которые малы насколько возможно, без побочного эффекта в виде низких напряжений питания, которые часто обнаруживаются в этих технологиях.

В конечном счете, другая задача изобретения - предложить устройство детектирования электромагнитного излучения, которое имеет упрощенные пиксели, включающие в себя меньшее количество элементов, необходимых для их работы.

Поэтому изобретение имеет отношение к устройству детектирования электромагнитного излучения, включающему в себя несколько элементарных детекторов, сгруппированных в один или несколько сборочных узлов, причем каждый включает в себя несколько элементарных детекторов. Каждый элементарный детектор подключается с помощью межсоединения к устройству согласования полного сопротивления. Устройство в соответствии с изобретением отличается тем, что:

устройство согласования полного сопротивления является общим для всех элементарных детекторов одного сборочного узла,

в каждом сборочном узле межсоединения имеют приблизительно одинаковое значение сопротивления.

К тому же в оставшейся части описания элементарные детекторы определяются как подключенные к входной клемме устройства согласования полного сопротивления, а не как способные подключаться в любой конкретной точке устройства согласования полного сопротивления.

В результате объединения таким образом устройств согласования полного сопротивления между несколькими элементарными детекторами можно получить устройство согласования полного сопротивления, размер которого больше, чем размер, который оно имело бы, если бы было одно устройство согласования полного сопротивления для каждого элементарного детектора. Таким образом, сравнительно уменьшается весь шум, относящийся к размеру устройства согласования полного сопротивления.

К тому же приблизительно одинаковое значение сопротивления для всех межсоединений в заданном сборочном узле дает возможность иметь приблизительно одинаковое остаточное полное сопротивление из-за межсоединения для каждого пикселя в заданном сборочном узле.

Если имеется несколько сборочных узлов, содержащих согласующий транзистор в устройстве детектирования, то все пиксели в устройстве детектирования имеют приблизительно одинаковое полное сопротивление.

Таким образом, поскольку каждый сборочный узел элементарных детекторов подключается к шине считывания через устройство согласования полного сопротивления, через шину считывания проходит ток считывания, который в том числе включает в себя элемент постоянной составляющей, имеющий постоянный ток, зависящий от постоянного полного сопротивления, которое приблизительно одинаково для каждого элементарного детектора, принимая во внимание сопротивление его межсоединения. Ток считывания, протекающий по шине считывания, также включает в себя переменный составной элемент, называемый сигналом, подаваемым элементарным детектором, который является колебанием тока, зависящим от изменения сопротивления элементарного детектора. Это изменение сопротивления обусловлено взаимодействием между элементарным детектором и падающим на элементарный детектор электромагнитным излучением. Поскольку постоянное полное сопротивление приблизительно одинаково для всех элементарных детекторов, становится просто идентифицировать долю тока считывания вследствие электромагнитного излучения, независимо от элемента постоянной составляющей тока.

Элементарные детекторы могут быть болометрами или микроболометрами, фотодиодами или фотопроводниками. Элементарные детекторы предпочтительно являются микроболометрами. Соответственно, можно использовать значительные токи считывания и работать при температуре окружающей среды.

Когда элементарные детекторы являются фотодиодами, может быть выгодно подключать устройство согласования полного сопротивления к схеме захвата и формирования, общей для всех элементарных детекторов одного сборочного узла. Схема захвата и формирования тогда может быть расположена в очень близком положении к элементарным детекторам, сохраняя при этом размеры, подходящие для правильной работы. Это объединение посредством элементарных детекторов дает возможность освободить достаточно большое пространство, чтобы обеспечить схему захвата и формирования в области элементарных детекторов, и не требует ни ее отправки в конец столбца, ни ее объединения между несколькими сборочными узлами.

Наоборот, независимо от того, относятся элементарные детекторы к типу микроболометра или фотодиода, устройство согласования полного сопротивления может преимущественно подключаться к схеме захвата и формирования, общей для нескольких сборочных узлов, и располагаться, например, в конце столбца или строки. Это дает возможность объединить схемы захвата и формирования и упростить производство матрицы элементарных детекторов. К тому же это оставляет большую область, доступную для производства более крупного устройства согласования полного сопротивления, чем, если бы схема захвата подключалась к одному сборочному узлу. В этом случае шина считывания преимущественно соединяет каждое устройство согласования полного сопротивления со схемой захвата и формирования.

Каждый элементарный детектор предпочтительно включается последовательно с переключателем, который к нему относится, причем переключатели в заданном сборочном узле принимают замкнутое положение в последовательном виде, так что шина считывания, подключенная к устройству согласования полного сопротивления, принимает сигнал, исходящий одновременно только от одного элементарного детектора. Сигнал быстро изменяется в результате прохождения через элементарный детектор, в соответствии с электромагнитным излучением, воздействию которого он подвергается. Затем можно произвести последовательное мультиплексирование между различными сигналами, происходящими от разных элементарных детекторов.

Устройство согласования полного сопротивления предпочтительно является транзистором с прямой инжекцией, работающим в насыщении, называемым согласующим транзистором. Элементарные детекторы затем подключаются к электроду истока согласующего транзистора от первой клеммы, имеющейся на элементарном детекторе. Конечно, в этом случае входная клемма устройства согласования полного сопротивления является истоком согласующего транзистора. Соответственно, можно упростить устройство детектирования электромагнитного излучения, и используется одиночный транзистор для выполнения функции согласования полного сопротивления. Чувствительность и линейность детекторов повышаются, поскольку ограничиваются изменения сопротивлений, наблюдаемые шиной.

Элементарные детекторы преимущественно определяют первую плоскость, отличную от второй плоскости, включающей в себя устройство согласования полного сопротивления. Две плоскости находятся одна над другой. Устройство согласования полного сопротивления предпочтительно обращено по меньшей мере к некоторому количеству элементарных детекторов. К тому же устройство согласования полного сопротивления предпочтительно обращено по меньшей мере к части каждого элементарного детектора. Если устройство согласования полного сопротивления является транзистором с прямой инжекцией, то соответственно можно произвести транзисторы, имеющие большую площадь затвора, чем если бы согласующий транзистор находился в той же плоскости, что и элементарный детектор.

Независимо от того, производится матрица элементарных детекторов из той же подложки, что и устройство согласования полного сопротивления, или на второй подложке, можно произвести устройства согласования полного сопротивления в плоскости, отличной от плоскости элементарных детекторов. Таким образом, увеличение площади устройства согласования полного сопротивления не вызывает в результате сокращение площади элементарных детекторов. Это дает возможность получить пиксели с площадями, приблизительно равными площади элементарного детектора.

Поскольку несколько элементарных детекторов подключаются к заданному устройству согласования полного сопротивления, устройство согласования полного сопротивления может предпочтительно расширить поверхность на несколько элементарных детекторов или иметь площадь, большую основной площади элементарного детектора. Поскольку устройство согласования полного сопротивления является согласующим транзистором, оно преимущественно может иметь большую площадь затвора, чем основная площадь элементарного детектора в сборочном узле.

Наконец, возможно произвести устройства согласования полного сопротивления, имеющие площадь, приблизительно равную объединенной площади основных областей элементарных детекторов в заданном сборочном узле. Поскольку устройство согласования полного сопротивления является согласующим транзистором, оно преимущественно имеет большую площадь затвора, чем площадь, соответствующая сумме основных областей нескольких элементарных детекторов в заданном сборочном узле.

Эти два преимущественных условия также имеют силу, если при расположенном согласующем транзисторе на второй плоскости, отличной от первой плоскости, содержащей элементарные детекторы, основная область элементарного детектора представляет большую часть площади пикселя.

В зависимости от уровня техники, когда имеется один согласующий транзистор для каждого пикселя, площадь затвора меньше площади п