ПЗС-матрица

Плотность

ПЗС-матрица представляет собой специализированную большую интегральную микросхему, преобразующую полученную информацию в аналоговую форму по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС). Такое название ПЗС-матрица получила благодаря способу передачи заряда от пикселя к пикселю и вывода его из сенсора. В английской интерпретации - CCD (charge-coupled device).

Конструктивно ПЗС-матрица похожа на пчелиные соты, где каждая ячейка (пиксель) является полупроводниковым конденсатором структуры металл-окисел-полупроводник (МОП). В качестве полупроводника используется в основном кристаллический кремний, а оксиды кремния служат изолятором.

Для управления протекающими в них физическими процессами ПЗС-элементы оснащаются электродами. Пиксель формируется на р-подложке, оснащённой полупроводниковым каналом n-типа, который покрыт прозрачным изолятором. На изолятор наносится электрод - затвор -, пропускающий свет, под которым формируется потенциальная яма для сбора и хранения электронов. В цветных матрицах пиксели оснащаются светофильтрами. Если светочувствительные элементы не занимают всю площадь матрицы, применяются собирающие микролинзы. Когда на светопропускающий электрод подаётся положительный электрический потенциал, то от воздействия кванта света, проникающего в полупроводниковую структуру, образуется электронно-дырочная пара. Под действием электрического поля подложка поглощает дырку, а электрон «скатывается» в потенциальную яму.

Пиксели характеризуются следующими параметрами: спектральной чувствительностью – она зависит от спектра светового излучения; квантовой эффективностью – процентным отношением числа фотонов, вызвавших образование электронно-дырочных пар, к числу фотонов, поглощённых пикселем; динамическим диапазоном – отношением насыщающего тока или напряжения к средне-квадратичному шумовому току (напряжению) в дБ; ёмкостью электронной ямы.

Пиксели ПЗС-М объединены в строки, которые разделены стоп-слоями для недопущения перехода зарядов между строками. Для перемещения зарядов и вывода их из матрицы используются регистры сдвига – вертикальный, он же параллельный и горизонтальный, он же последовательный. Между элементами матрицы располагаются электроды переноса, число которых определяет «фазность» регистра – двух-, трёх- либо четырёхфазный.

В качестве примера можно рассмотреть работу трёхфазного регистра сдвига, где потенциальная яма, заполненная электронами, образована под первым затвором, на который подан положительный потенциал. При последовательном переносе потенциала на второй и третий затворы, электроны также будут перетекать в потенциальные ямы под этими затворами.

Этот процесс продолжится, пока все заряды не перетекут на вертикальные столбцы, а по ним спустятся на считывающий горизонтальный регистр, где фоточувствительные ячейки обозначены оранжевым, а непрозрачные области – серым.

ПЗС-матрицы нашли широкое применение во многих областях человеческой деятельности: - фотографии, космонавтике, науке, медицине, охранном деле, промышленности и т.д. В средствах неразрушающего контроля такие матрицы используются в оцифровщиках рентгенографических плёнок, в плоскопанельных сцинтилляционных детекторах рентгеновского излучения, в детекторах инфракрасного излучения – тепловизорах.

Нашли ошибку в тексте? Выделите её и нажмите Ctrl + Enter, чтобы помочь нам её исправить.

Предыдущая Следующая