<< 3.13 Ob effektah, svyazannyh | Oglavlenie | 4. Pogloshenie sveta v ... >>
3.14 Ponyatie o priborah s zaryadovoi svyaz'yu
Pribory s zaryadovoi svyaz'yu (PZS ili CCD) predstavlyayut soboi
sovokupnost' MDP-struktur (metall-dielektrik-poluprovodnik). Tipichnyi
PZS sozdaetsya sleduyushim obrazom. Na poluprovodnikovoi podlozhke
(naprimer, 
-tipa provodimosti) formiruetsya tonkii (0.1-0.15 mkm)
sloi dielektrika (obychno okisla), na kotorom raspolagayutsya poloski
provodyashih elektrodov (iz metalla ili polikristallicheskogo kremniya).
Eti elektrody obrazuyut lineinuyu ili matrichnuyu regulyarnuyu sistemu,
prichem rasstoyaniya mezhdu elektrodami stol' maly, chto sushestvennymi
yavlyayutsya effekty vzaimnogo vliyaniya sosednih elektrodov. Princip raboty
PZS osnovan na vozniknovenii, hranenii i napravlennoi peredache
zaryadovyh paketov v potencial'nyh yamah, obrazuyushihsya v pripoverhnostnom
sloe poluprovodnika pri prilozhenii k elektrodam vneshnih elektricheskih
napryazhenii.
Esli k kakomu-libo elektrodu prilozhit' polozhitel'noe napryazhenie, to v
MDP-strukture voznikaet elektricheskoe pole, pod deistviem kotorogo
osnovnye nositeli (dyrki) ochen' bystro (za edinicy pikosekund) uhodyat
ot poverhnosti poluprovodnika. V rezul'tate u poverhnosti obrazuetsya
obednennyi sloi, tolshina kotorogo sostavlyaet doli ili edinicy
mikrometra. Neosnovnye nositeli (elektrony), generirovannye v
obednennom sloe pod deistviem kakih-libo (naprimer teplovyh) processov
ili popavshie tuda iz neitral'nyh oblastei poluprovodnika pod deistviem
diffuzii, budut peremeshat'sya (pod deistviem polya) k granice razdela
poluprovodnik - dielektrik i lokalizovat'sya v uzkom (
mkm) inversnom sloe. Takim obrazom, u poverhnosti voznikaet
potencial'naya yama dlya elektronov, v kotoruyu oni skatyvayutsya iz
obednennogo sloya pod deistviem polya. Generirovannye v obednennom sloe
osnovnye nositeli (dyrki) pod deistviem polya vybrasyvayutsya v
neitral'nuyu chast' poluprovodnika.
Cherez nekotoroe vremya (1-100 s) posle prilozheniya napryazheniya MDP-struktura perehodit v sostoyanie termodinamicheskogo ravnovesiya, harakterizuyushegosya obrazovaniem stacionarnogo inversnogo sloya, koncentraciya nositelei v kotorom postoyanna vo vremeni. V PZS ispol'zuetsya nestacionarnoe sostoyanie MDP-struktury. Tak kak skorost' termogeneracii nositelei mala, to potencial'nuyu yamu MDP-struktury mozhno ispol'zovat' dlya vremennogo hraneniya signal'nyh zaryadovyh paketov. Maksimal'noe vremya hraneniya v osnovnom ogranicheno processami termogeneracii elektronno- dyrochnyh par na poverhnosti i obednennom sloe. Estestvenno, chto nakaplivaemyi parazitnyi zaryad iskazhaet signal'nyi, sootvetstvuyushii hraneniyu cifrovoi ili analogovoi informacii. Maksimal'noe vremya hraneniya opredelyaetsya kak svoistvami poluprovodnika, tak i dopustimoi stepen'yu iskazhenii i sostavlyaet v real'nyh ustroistvah (bez prinuditel'nogo ohlazhdeniya) edinicy ili desyatki millisekund.
PZS predstavlyaet soboi sovokupnost' MDP-struktur, sformirovannyh na podlozhke takim obrazom, chto oni okazyvayut vzaimnoe vliyanie drug na druga vsledstvie vzaimodeistviya prilozhennyh vneshnih elektricheskih polei. Vzaimodeistvie sosednih potencial'nyh yam voznikaet libo blagodarya malomu (0.1-1 mkm) rasstoyaniyu mezhdu sosednimi elektrodami, libo pri sozdanii special'nyh legirovannyh oblastei, sformirovannyh v poluprovodnike i elektricheski svyazyvayushih sosednie potencial'nye yamy. Blagodarya vzaimodeistviyu sosednih potencial'nyh yam mozhno osushestvlyat' napravlennuyu peredachu zaryadov. Processom takoi peredachi upravlyayut special'nye periodicheskie posledovatel'nosti elektricheskih impul'sov, podavaemye na elektrody.
Esli PZS osvetit', to pogloshaemye v poluprovodnike fotony vyzyvayut generaciyu elektronno-dyrochnyh par. V obednennom sloe pod deistviem elektricheskogo polya eti pary razdelyayutsya: elektrony lokalizuyutsya v potencial'nyh yamah, a dyrki vynosyatsya v neitral'nuyu oblast' poluprovodnika. Velichina zaryadovogo paketa, nakaplivaemaya v dannom elemente, v pervom priblizhenii proporcional'na usrednennomu po ploshadi elementa potoku fotonov i vremeni nakopleniya. Ispol'zovanie PZS v astronomicheskoi praktike v usloviyah nizkoi osveshennosti obychno trebuet bol'shih vremen nakopleniya signala (sekundy i desyatki sekund). Dlya oslableniya vliyanie termogeneracii parazitnogo signala v etih sluchayah neobhodimo ohlazhdat' priemnik.
Harakternye znacheniya integral'noi kvantovoi effektivnosti PZS (s uchetom effektov otrazheniya i poglosheniya sveta) sostavlyayut 0.2-0.4. Kak i drugie poluprovodnikovye detektory, PZS imeyut opredelennuyu oblast' spektral'noi chuvstvitel'nosti. Dlinnovolnovaya granica opredelyaetsya shirinoi zapreshennoi zony poluprovodnika i dlya kremniya sostavlyaet 1.1 mkm. Korotkovolnovaya granica ravna 0.4-0.5 mkm i obuslovlena sil'nym poglosheniem korotkovolnovyh kvantov sveta v tonkom pripoverhnostnom sloe, v kotorom odnovremenno s fotogeneraciei nositelei intensivno proishodit ih rekombinaciya. Fotochuvstvitel'nye PZS principial'no mogut byt' realizovany na raznoobraznyh poluprovodnikovyh materialah (s raznoi shirinoi zapreshennoi zony), chto pozvolyaet perekryt' shirokuyu oblast' spektra, vklyuchaya infrakrasnyi diapazon.
Svetovaya chuvstvitel'nost' MDP-struktury sil'no zavisit ot harakteristik
otrazheniya pokrytiya, kotoroe v obshem sluchae yavlyaetsya mnogosloinym. Esli
v kachestve elektrodov ispol'zuyutsya metally (Al, Mo i t.d.),
neprozrachnye dlya vidimogo sveta, to svet prohodit v special'no
sformirovannye okna ili v zazory mezhdu elektrodami. V etom sluchae
opticheskoe propuskanie opredelyaetsya sistemoi
vozduh-dielektrik-poluprovodnik
(obychno, vozduh-SiO
-Si).
Esli ispol'zuyutsya poluprozrachnye elektrody iz
polikristallicheskogo kremniya,
to svet prohodit v sisteme: vozduh-zashitnyi sloi
SiO-polikremnii-podelektrodnyi sloi SiO- Si.
Sushestvuyut dva sposoba zasvetki PZS: pryamaya (so storony elektrodov) i obratnaya. Pryamaya zasvetka harakterizuetsya nizkim koefficientom propuskaniya iz-za neprozrachnosti elektrodov. Etot nedostatok principial'no neustranim. Shiroko ispol'zuemye v tehnologii PZS polikremnievye elektrody, hotya i yavlyayutsya poluprozrachnymi, ploho propuskayut izluchenie sine-goluboi oblasti spektra. Vsledstvie interferencionnyh effektov, voznikayushih v mnogosloinoi strukture, na spektral'noi harakteristike poyavlyayutsya piki i provaly.
Pri obratnoi zasvetke izluchenie prohodit cherez podlozhku, prozrachnost' i
odnorodnost' kotoroi znachitel'no vyshe. Vazhnoi osobennost'yu rezhima
obratnoi zasvetki yavlyaetsya sil'noe diffuzionnoe rasplyvanie zaryadovogo
paketa, tak kak rasstoyanie, kotoroe dolzhny proiti zaryady ot zony
fotogeneracii do obednennogo sloya znachitel'no bol'she, chem v rezhime pryamoi
zasvetki. Spektral'naya harakteristika pri etom imeet vid plavnoi
krivoi. Dlinnovolnovaya granica opredelyaetsya kraem fundamental'nogo
poglosheniya, pri kotorom energiya fotonov 
ravna shirine zapreshennoi
zony kremniya. Optimizaciya tolshiny sloev mnogosloinogo pokrytiya
pozvolyaet povysit' koefficient propuskaniya. Drugim sposobom povysheniya
etogo koefficienta i, sledovatel'no, uluchsheniya spektral'noi
chuvstvitel'nosti yavlyaetsya zamena elektrodov iz polikremniya na
provodyashie okisly metallov (olova, indiya, sur'my), harakterizuyushiesya
bolee vysokoi prozrachnost'yu, v tom chisle, i v sine-goluboi oblasti
spektra.
Tipovye spektral'nye harakteristiki fotopriemnyh PZS pokazany na
ris.3.11.
<< 3.13 Ob effektah, svyazannyh | Oglavlenie | 4. Pogloshenie sveta v ... >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Fotometricheskaya sistema - zvezdnaya velichina - fotometriya - spektrofotometriya - atmosfernoe pogloshenie
Publikacii so slovami: Fotometricheskaya sistema - zvezdnaya velichina - fotometriya - spektrofotometriya - atmosfernoe pogloshenie | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
