本文对一种提高红外焦平面读出电路满阱电荷容量的方法进行了研究。采用了基于脉冲频率调制结构的单元电路，与传统电路相比满阱电荷容量提高了 1～2个量级。本文对该像元的电路结构、工作原理与信号误差进行了分析。单元电路前端的调制器将光电流信号调制成一系列固定频率的脉冲信号，计数器记录脉冲个数，脉冲个数与输入的光电流信号成正比，通过脉冲个数来表征光电流的信号量。使用 0.35 .m 2P4M工艺进行了电路设计与验证。通过测试结果表明，最大电荷容量达到了 3.5 Ge，每个电荷包的电荷量为 5.46 ke，该方法的电荷容量提高了 2个量级。

以偏钨酸铵为钨源,Pluronic F127为配位聚合物,在FTO导电玻璃上制备了WO₃薄膜,研究了配位聚合物含量对WO₃薄膜电致变色性能的影响。实验结果表明,制备的WO₃薄膜属于立方晶相;随着Pluronic F127含量的增大,WO₃薄膜表面粗糙度增大,电荷容量先增大后减小;当Pluronic F127的含量为26%时,WO₃薄膜的电荷容量最大,电致变色性能最好,可见光区域的透光率光学调制范围达到62.68%,光学密度差达到0.864,且着色态的太阳能总透射率低于褪色态的,制备的薄膜具有较好的节能效果。

大规模、高集成度的红外焦平面器件是实现高空间分辨率红外成像的核心。针对高集成度的红外焦平面技术发展, 文中设计了一款15 μm中心距640×512的红外焦平面读出电路。为提升器件信噪比和积分时间, 提出了一种2×2四个像元分时复用积分电容共享技术方案, 单元采用直接注入(DI)结构作为输入级, 使得读出电路最大电荷容量可达20 Me-/像元。电路有两档电荷容量可选, 可满足不同光电流信号的读出要求。为了减小噪声的注入及提高缓冲器偏置电流的精度, 为信号传输链路设计了相应的偏置电路。电路仿真结果表明, 电路帧频108 Hz, 功耗低于110 mW, 线性度可高达99.99％。电路采用了CSMC 0.18 μm 1P4M 3.3 V工艺加工流片, 常温测试结果显示电路工作电流正常, 偏置开关可控, 功能正常。

长波红外探测器存在暗电流大、背景高的特点, 需要设计大电荷容量的读出电路。采用分时共享积分电容的电路结构, 在面阵焦平面的有限单元面积中设计了一种高读出效率、大电荷容量的320×256长波红外焦平面读出电路。电路输入级采用电容反馈跨阻放大器(CTIA)结构, 具有注入效率高、噪声低、线性度好的特点。基于CSMC 0.35 μm 标准CMOS工艺模型进行了模拟仿真以及版图设计完成后的后端仿真, 电路输出电压范围大于2 V, 非线性小于1%, 帧频为100 f/s,采用分时共享积分电容电路结构后, 像元有效电荷容量达到57.5 Me-/像元。

为实现更高灵敏度红外探测能力，分析了电荷处理能力与探测灵敏度之间的关系，提出了像素级数字积分探测技术。通过对红外成像链路中各噪声源的分析，建立了基于像素级数字积分探测技术的红外系统信噪比模型，并结合应用实例完成了系统关键指标参数的设计和噪声等效温差模型的仿真。仿真结果表明，像素级数字积分探测技术能够突破传统探测技术电荷处理量只有几十或几百兆电子的约束，实现千兆电子量级电荷处理能力和毫开级高灵敏度的红外系统性能。

中波与长波探测器的光电流及动态输出阻抗存在数量级的差别。为满足积分时间及读出信号信噪比的要求，采用像元间多电容共享的方案，设计了一种高集成度的320×256双色红外焦平面读出电路。该电路选用直接注入(DI)结构作为中波输入级，而长波输入级则选用了缓冲注入(BDI)结构。其缓冲放大器采用单边结构，具有高增益、低功耗、低噪声的特点，降低了输入阻抗，提高了注入效率。基于HHNEC 0.35 μm 2P4M标准CMOS工艺，完成了芯片的设计与制造。经测试，引入电容共享方案后其有效电荷容量达到70 Me-/像元，电路各项功能正常，在光照条件下，芯片呈现出高的灵敏性。在2.5 MHz读出速率下，中波及长波输出电压范围均大于2 V，非线性小于1%。在100 f/s帧频下，整体功耗小于170 mW。

对埋沟电荷耦合器件(CCD)的势阱形成机理进行了描述。基于泊松方程求解, 通过计算埋沟CCD信号电子进入势阱后填充的耗尽区大小, 得出了埋沟CCD电荷处理量的计算公式, 同时得出了埋沟CCD所需的最佳驱动脉冲。分析计算了埋沟结深、衬底掺杂等对CCD最佳工作点及最大电荷处理量的影响。根据理论计算, 设计制作的6000元线阵CCD信号处理量达到了4643 e/μm2。