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光譜儀用CCD介紹
更新時間:2024-03-06瀏覽:4236次
  光譜儀用CCD介紹(卓立漢光)

  CCD,是英文Charge Coupled Device 即電荷耦合器件的縮寫,它是在MOS晶體管電荷存儲器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,突出的特點是以電荷作為信號,而不是以電流或電壓作為信號的。

  在P型或N型硅單晶的襯底上生長一層厚度約為120~150nm的SiO2層,然后按一定次序沉積m行n列個金屬電或多晶硅電作為柵,柵間隙約2.5μm,于是每個電與其下方的SiO2和半導(dǎo)體間構(gòu)成了一個MOS結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)再加上輸入、輸出結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了m×n位CCD(m>1,n≥1);當(dāng)n=1時,CCD器件被稱為線陣CCD;當(dāng)n>1時,則為面陣CCD。

  CCD按受光方式分為前感光和背感光兩種。前感光CCD由于正面布置著很多電,光經(jīng)電反射和散射,不僅使得響應(yīng)度大大減低(量子效率通常低于50%),也因為多次反射產(chǎn)品的干涉效應(yīng)使光譜響應(yīng)曲線出現(xiàn)馬鞍形的起伏;背感光CCD由于避免了上述問題,因而響應(yīng)度大大提高,量子效率可達到80%以上。

 

  CCD的重要性能參數(shù):

  一、量子效率:
  量子效率是表征CCD芯片對不同波長的光信號的光電轉(zhuǎn)換本領(lǐng)的高低,是CCD的一個重要參數(shù)。

  二、動態(tài)范圍:
  一般定義動態(tài)范圍是滿阱容量與噪聲的比值。增大動態(tài)范圍的途徑是降低暗電流和噪聲,如采用制冷型CCD,或選擇量子效率更高、像素尺寸更大的CCD。

  三、噪聲:(CCD的噪聲包含信號噪聲、讀出噪聲和熱噪聲)
  1、信號噪聲是指信號的隨機噪聲。
  2、讀出噪聲是電荷轉(zhuǎn)移時產(chǎn)生的噪聲,它發(fā)生在每次電荷轉(zhuǎn)移過程中,因此與讀取的速度有關(guān),讀取速度越快,讀出噪聲也越高。
  3、熱噪聲是溫度引起的噪聲,溫度越低,熱噪聲越小。

  四、分辨率:
  1、面陣CCD的分辨率一般是指空間分辨率,它主要取決于CCD芯片的象元數(shù)和像素大小。
  2、當(dāng)CCD與光譜儀配合使用來進行光譜攝制時,其光譜分辨率則與光譜儀的光學(xué)色散能力以及CCD芯片的像素大小都有關(guān)系。

  五、線性度:
  線性度是表征CCD芯片中的不同像元對同一波長的輸入信號,其輸出信號強度與輸入信號強度成比例變化的一致性。

  六、讀出速度:(幀數(shù))
  讀出速度是用來表征單位時間內(nèi)處理數(shù)據(jù)速度的快慢的參數(shù)。讀出速度越快,單位時間內(nèi)獲得的信息越多;但同時要注意,讀出速度越快,讀出噪聲越高。

  七、制冷方式:
  CCD的制冷方式主要有半導(dǎo)體(TE)制冷和液氮制冷。
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