ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ФОТО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НА ПЗС

Повышенное диффузное рассеяние света вызывает образование ореолов и бликов вокруг ярких деталей, поэтому на плюмбикон устанавливается противоореольный стеклянный диск толщиной около 6 мм.

Прозрачный слой полупроводника p типа c большей проводимостью, чем слой 5.

Тонкий слой химически чистой окиси свинца, обладающий собственной проводимостью - i проводимости .

Прозрачный слой полупроводника n типа

Стеклянная планшайба.

Противоореольный фильтр.

3. Сигнальная пластина – прозрачный слой чистой окиси свинца.

 

Сигнальная пластина и слой n прозрачны. Слой i с выполнен из кристаллов пластинчатой формы с размерами 0.1х3х0.05 мкм, ориентированных параллельно направлению света. Такая структура мишени позволяет увеличить скорость дрейфа и уменьшить рекомбинацию носителей. Это позволяет увеличить толщину мишени не увеличивая фотоэлектрической инерционности, что позволяет уменьшить емкость и увеличить ее чувствительность за счет более полного поглощения света.

Из-за большой ширины запрещенной зоны i скорость тепловой генерации носителей тока мала, что уменьшает темновой ток и увеличивает темновое R мишени, а в момент коммутации p-i-n переход смещается в обратном направлении, что дополнительно увеличивает Rэт.

Световая характеристика плюмбикона линейна в широком диапазоне освещенности, а малый разброс показателя нелинейности 0,95±0.05 является большим достоинством плюмбикона при работе в многотрубочных камерах ЦТВ.

 

При площади кадра 12.8х17 мм² ПЛЮМБИКОН , обеспечивает высококачественное изображение с разрешением по полю 600 линий и отношением сигнал-шум 200/1 при чувствительности порядка 1 лк, которая в отличие от ВИДИКОНА не зависит от U на сигнальной пластине, поэтому для регулировки чувствительности меняют Кус ВУ.

Существенное преимущество плюмбикона перед видиконом является его малая инерционность (остаточный сигнал спустя кадр £5%). Для большего снижения инерционности при передачи движущихся объектов с низким уровнем освещенности применяется дополнительная подсветка мишени.

При освещенности мишени, превышающую рабочую в 2-3 раза, потенциальный рельеф возрастает настолько, что ток луча развертки не может полностью его стереть. При этом возникают искажения в виде тянущегося следа («хвоста кометы») за ярко освещенными движущимися объектами .Для устранения этого дефекта в последних трубках (ЛИ-457, ЛИ-458) используется специальный антикометный прожектор который «пересвеченные» участки мишени дополнительно считывает лучом с увеличенным током (100-150 мкА) во время обратного хода строки, что обеспечивает полную коммутацию участков мишени с освещенность превышающую нормальную более чем в 30 раз.

 

 

 

Микро миниатюризация ТВ передающей аппаратуры сильно тормозится использованием в качестве преобразователя свет-сигнал электровакуумных приборов, обладающих достаточно большими габаритами и сложной системой управления электронным лучом. Развитие твердотельной технологии и технологии тонкопленочных покрытий позволило разработать твердотельные матричные фотоэлектрические преобразователи. Разработанные в 1969 г. приборы с зарядовой связью (ПЗС) позволили создать твердотельные ФЭП с числом элементов разложения, соответствующим стандарту ТВ вещания.

В основе ПЗС лежат свойства структуры металл - окисел-проводник, способной собирать, накапливать и хранить зарядовые пакеты не основных носителей в локализованных потенциальных ямах, образующихся у поверхности полупроводника под действием электрического поля. Зарядовые пакеты возникают под действием светового излучения, а переносятся путем управляемого перемещения потенциальных ям в требуемом направлении. Таким образом, ПЗС работает как аналоговый сдвиговый регистр, способный собирать, накапливать и хранить зарядовую информацию. Основным достоинством является последовательный перенос зарядовой информации от элементов к единственному выходному устройству, преобразующему зарядовые пакеты в сигнал изображения, в результате чего формируется жесткий растр.

Основу ПЗС составляют конденсаторы МОП структуры(рис. 7.7) одной из обкладок, которого служит металлический электрод, второй – полупроводниковая подложка, диэлектриком служит слой двуокиси кремния толщиной 0.01 мм. В полупроводнике дырочного типа основными носителями являются дырки, поэтому если приложить к металл электроду положительный потенциал, то дырки будут отталкиваться в глубь полупроводника и под электродами образуется область обедненная носителями – потенциальная яма, глубина которой зависит от напряжения на затворе, степени легирования полупроводника и толщины окисла. Т.о. изменяя U затвора можно эффективно управлять глубиной потенциальной ямы, однако, время жизни потенциальной ямы ограничено паразитным процессом термогенерации не основных носителей заряда (ННЗ), т.к. в кремнии всегда генерируются пары электрон-дырка. Под действием электрического поля основные носители зарядов (ОНЗ) «отгоняются» в толщину, а ННЗ постепенно заполняют яму. Это паразитный процесс, а время заполнения ямы называется временем релаксации.

Динамика перемещения зарядовых пакетов представлена на рис. 7.8.

Рис. 7.8. Принцип перемещения зарядовых пакетов в сдиговом регисте ПЗС

 

Каждый электрод прибора подключен к одной из 3 тактовых шин Ф1,Ф2,Ф3. В такт (t1) подано +U2 в результате чего под этими электродами образуются потенциальные ямы, в которых могут накапливаться и хранится ННЗ. Время хранения равно времени действия U2, а режим работы ячейки под Ф1наз режимом хранения.В t2 на электрод Ф2 подается +U3, значение которого в 1.5-2раза >U2(U записи). Под этими электродами образуются более глубокие ямы в которые перетекают электроны из электродов Ф1. Режим при котором электроны перетекают из одних из одних потенциальных ям в другие, называют режимом записи.В t3 UФ1,UФ3 уменьшается до U2, что соответствует режиму хранения а UФ2 до U1, что предотвращает возврат зарядового пакета назад.

ФЭП на ПЗС делятся на 2 класса: линейные (одномерные) и матричные (двумерные). Твердотельным аналогом передающей трубки являются матричные ПЗС, где сканирование осуществляется по координатам Х и Y.Существует несколько способов считывания матричных ПЗС, однако, наиболее предпочтительным оказывается организация с кадровым переносом(рис.7.9). В этом случае кроме фотоприемной секции, где происходит накопление зарядов,необходимаещесекция хранения, в защищенной от света области. За время обратного хода по кадру накопленные заряды последовательно перемещаются в секцию хранения, и во время следующего кадра построчно перемещаются в секцию переноса заряда – регистр сдвига. Сдвиг строк в секцию переноса осуществляется во время обратного хода по строкам. Затем зарядовые пакеты строки поэлементно выводятся на выходное устройство.

Световая характеристика ПЗС в рабочем диапазоне освещенностей линейна, спектральная имеет подъем в длинноволновой области спектра и спад на 0,4-0,5 мкм за счет поглощения кремниевой подложкой. Для борьбы с этим в подложке делаются окна. Разрешающая способность определяется числом элементов, которое ограничено технологическими трудностями. Есть ПЗС -матрицы 1024х1024 элемента.