Wykład IX

Wykład IX

CCD

Uran - pierwszy obiekt sfotografowany przy pomocy CCD w r. 1975.

(61 – calowy teleskop w górach Santa Catalina w pobliżu Tucson - Arizona).

Zdjęcie zrobione zostało przy 0.89mm. Ciemny obszar – absorpcja przez chmury metanu w pobliżu bieguna południowego planety.

Obecnie amator z kamerą CCD i 15 cm teleskopem może zebrać tyle samo światła, co w r. 1960 astronom wyposażony w płytkę światłoczułą i 1 m teleskop.

1 Detektor CCD.

foton

powierzchnia fotoczuła

= piksel

kondensator

Fotony uwalniają elektrony z powierzchni fotoczułej.

Kondensatory ładują się ładunkiem proporcjonalnym do ilości padającego światła

CCD, Charge-coupled Device –

urządzenie na ładunku związanym

Zasada działania CCD

5 kroków

1. oświetlić

CCD

pasmo przew.

pasmo walenc.

E

2.

4

3. zgromadzić nośniki

Krok 1 i 2. Efekt fotoelektryczny.

rosnąca energia

pasmo walencyjne pasmo przewodnictwa

1.12eV

Elektrony generowane termicznie są nierozróżnialne od tych generowanych światłem.Stąd potrzeba chłodzenia CCD.

1.12eV odpowiada długości fali 1mm. Si jest przezroczysty dla fal dłuższych.

dziura elektron

1. Generacja par elektron – dziura dla

2. Rozdzielenie ładunków polem elektrostatycznym

h   E

Złącze MOS Krok 3. Zgromadzić nośniki

akumulacja

zubożenie

inwersja

Złącze MOS Krok 3. Zgromadzić nośniki

MOS Akumulacja

Krok 3. Zgromadzić nośniki

bramka

akumulacja dziur SiO

Si typu p

MOS Zubożenie

~ exp( ) p E  E

~ exp( )

n E  E

Krok 3. Zgromadzić nośniki

bramka

Si typu p

Si typu p

obszar ładunku przestrzennego

SiO

MOS Inversja

Krok 3. Zgromadzić nośniki

bramka

Si typu p

warstwa inwersyjna elektronów

SiO

MOS Krok 3. Zgromadzić nośniki

Ruch ładunku

“związany” jest

p-Si p-Si

Krok4. Przetransportować nośniki

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/66/

CCD_charge_transfer_animation.gif

animacja

Rozważmy CCD złożony z 9 pikseli, rejestratora wyjściowego i wzmacniacza.

Każdy piksel jest podzielony na 3 obszary (elektrody wytwarzające odpowiednią do wzmacniacza

rejestrator wyjściowy Piksel

Elektrody Elektrony

(a) (b)

Krok4. Przetransportować nośnikic

(a) Poprzez synchroniczną zmianę potencjału elektrod elektrony są przenoszone z piksela do piksela. Ładunki z prawej są prowadzone do wyjściowego

rejestratora.

(b) Horyzontalny transfer ładunków jest wyłączany. Pakiety ładunków z rejestratora wyjściowego są przenoszone wertykalnie, jeden za drugim do wzmacniacza wyjściowego i odczytywane jeden za drugim. Cykl rozpoczyna się ponownie po odczytaniu wszystkich ładunków ( czas odczytu

(b) (a)

Si:Be (kanały stopujące, definiujące kolumny obrazu)

Krok4. Przetransportować nośniki

piny połączeń złote druciki kontakty

krzemowy chip

Metalowa, ceramiczna lub plastikowa obudowa płaszczyzna obrazowa

Krok4. Przetransportować nośniki

Struktura CCD

CCDs są wykonywane na kawałkach krzemu za pomocą techniki fotolitografii.

3 CCD Philipsa na 6 calowym kawałku Si.

Detektor CCD – wydajność kwantowa

Detektor CCD

Mozaika 4 CCD (kwadrat 6cm x 6 cm), z których każda zawiera 2040 x 2048 pikseli.

Razem ok.16 millionów pikseli (Kitt Peak National Observatory, Arizona).

Detekcja kolorów przy pomocy CCD

maska Bayera

Odpowiednie piksele CCD mierzą ilość światła czerwonego, zielonego i niebieskiego padającego na powierzchnię

Zawsze są dwa zielone piksele, ponieważ

oko jest bardziej czułe na ten kolor.