2. Основные параметры и характеристики фпзс.

Амплитуды управляющих импульсов (Рис 6) подаваемых на управляющие электроды (Uхр, Uс ~ 5—20 B).

В реальных условиях значение заряда по мере передачи пакета вдоль структуры не остается неизменным. Для количественной оценки эффективности переноса зарядовых пакетов используют показатель эффективности передачи заряда или коэффициент потерь (неэффективность передачи) П = (Qi c - Q(i+1)c)/Qi c, где Qс— значение полезного заряда в i-й и i+1-й ячейках структуры. Для ПЗС-структур П =10^-4... 10^-5. Частотная зависимость коэффициента потерь приведена на Рис. 7. Существуют специальные меры для уменьшения коэффициента потерь.

М

Рис. 7.

Частотная зависимость коэффициента потерь

аксимальная тактовая частота. Быстродействие ПЗС-структур лимитируется временем переноса заряда из одной накопительной ячейки в другую. Это время достигает единиц наносекунд. Поэтому максимальные тактовые частоты для ПЗС-структур составляют десятки и сотни мегагерц (fтакт = 10—100 МГц). Таким образом, указанные диапазоны работы ПЗС-структур обеспечивают успешное их применение в ТВ системах (ТВС) с параметрами вещательного стандарта.

Максимальная и минимальная плотности зарядового пакета (Qn,макс ≈ 50 нКл/см²; Qn,мин ≈ 50 пКл/см²).

Динамический диапазон (D = 20 lg Qn,макс/Qn,мин ≈ 60—80 дБ).

Плотность темнового тока (Iт = 10^-10—10^-9 А/см²) Темновой ток – результат спонтанной генерации электронно-дырочных пар. Для его уменьшения требуетса охлаждение кристалла(-40⁰С).

Уровень шумов. В первую очередь источником шумов является сам световой поток. То есть число фотоэлектронов, накопленное в ячейке, определено с точностью до квадратного корня из их числа (статистика Пуассона). Например, зарядовый пакет в 10000 электронов от кадра к кадру будет флуктуировать со среднеквадратическим отклонением в 100 электронов. Точно такой же статистике подвержен и темновой сигнал, и, следовательно, суммарный (световой + темновой). Для качественных приборов, где низкий темновой ток и неэффективность переноса, доминирующим источником шума будет выходное устройство. Для современных приборов на частоте порядка 100 кГц типовым считается шум выходного устройства 3–6 электронов (при охлаждении), а в лучших приборах достигается цифра 2 электрона. Поскольку заряд насыщения (максимальная величина зарядового пакета, передаваемого без искажений) составляет, как правило, 200–500 тыс. электронов, то динамический диапазон ПЗС достигает примерно 100–110 дБ; это примерно 18 или 19 бит.

Для характеристики ФПЗС кроме перечисленных выше параметров указываются спектральный диапазон ( Δλ = 0.4—1.1 мкм ), фоточувствительность (Sф = 0,1—0,5 А/Вт). Следует обратить внимание на то, что фоточувствительность преобразователей на ПЗС снижается за счет поглощения света в электродах (при освещении с рабочей стороны). Для ослабления этого эффекта стремятся к увеличению прозрачности электродов, как правило, за счет уменьшения их толщины (до десятков нанометров). Другим способом является вытравливание в электродах окон так, чтобы светочувствительные области были открыты для воздействующего света. В последнем случае применяют известные из оптики способы просветления за счет нанесения тонких пленок. Вариантом уменьшения нерационального поглощения света является использование освещения со стороны кремниевой подложки. Этот способ технологически весьма сложен, что связано с необходимостью существенного уменьшения толщины подложки (примерно до 10 мкм). Все способы снижения неэффективного поглощения света приводят к повышению чувствительности в коротковолновой части спектра излучения.

Максимальная и минимальная экспозиции (Hмакс ≤ 300 нДж/см², Hмин ≥ 300 пДж/см²), разрешающая способность (r = 10—50 линий/мм).