Московский Технический Университет
Связи и Информатики
_____________________________________________
Факультет информационных технологий
Кафедра защиты информации и техники почтовой связи
Реферат
на тему «Приборы с зарядовой связью»
по дисциплине
«Читающие автоматы»
Студент Дмитриев В. Ю.
Cтуд. билет 1УИ03010
Шифр спец. 210100
Группа УИ0301
Принял Петраков А. В.
Москва _ 2005
Оглавление
1. Краткая история развития ПЗС…………………………………………...
2. Строение…........……………………………………………………………..
3. Принцип действия…………………………………………………………...
4. Механизм переноса сигнального заряда……………………………….
5. Частотные свойства………………………………………………………...
6. Влияние поверхностных ловушек на эффективность переноса заряда…………………………………………………………………………….
7. Типы и строение ПЗС матриц для бытового использования………..
8. Разновидности ПЗС матриц……………………………………………….
9. Чтение изображений………………………………………………………..
10. Технология производства………………………………………………...
11. Проблемы ПЗС………………………………………...…………………...
12. Особенности ПЗС………………………………………………………….
13. Применения ПЗС…………………………………………………………..
14. Библиография……………………………………………………………...
15. Термины, используемые в тексте………………………………………
3
5
6
7
9
10
11
13
14
15
17
17
20
23
23
1. Краткая история развития пзс
Приборы с зарядовой связью (ПЗС) относятся к классу твердотельных полупроводниковых приемников.
Первыми приемниками такого типа были фотодиоды, и уже на заре своего появления они позволили сделать гигантский скачок в области регистрации световых потоков и изображений. Достаточно упомянуть в качестве примера удачную регистрацию с помощью фотодиода явления солнечного затмения, наблюдавшегося берлинскими учеными в Египте в 1911 году.
С тех пор прошло много времени, фотодиоды совершенствовались, но их основной недостаток — одноканальность, все же не позволил им найти широкого применения. С конца 30-х годов среди светоприемников начали появляться телевизионные трубки, завоевавшие к концу 70-х лидирующее положение в этой области.
Было разработано сравнительно много приборов различных типов: ортиконы, изоконы, секоны, видиконы, плюмбиконы, кремниконы и суперкремниконы, диссекторы и т.д.
Все они имели ряд серьезных недостатков: большие размеры, низкую квантовую эффективность (на уровне 5…10 %), малый динамический диапазон и т.д.
Революционное изменение ситуации произошло с появлением твердотельных полупроводниковых приемников нового поколения. Квантовая эффективность современных полупроводниковых приемников излучения достигает 95…98 %, т.е. практически каждый падающий на прибор фотон регистрируется системой со 100%-ной вероятностью.
В конце 50-х годов были найдены и развиты технологии, которые обеспечивали низкую плотность дефектов и примесей в поверхностном слое полупроводника. Тем самым уже через 10 лет были заложены предпосылки для изобретения приборов с зарядовой связью.
Рис. 1.1
В конце 60-х годов были созданы первые приборы с зарядовой связью, в которых технология твердотельных приемников проявилась особенно успешно. Впервые устройство, способное сохранять и затем считывать электронные заряды, было разработано двумя сотрудниками известной телефонной корпорации Bell в конце 60-х годов в ходе поиска новых типов памяти для ЭВМ. Для данной цели эта идея оказалась неперспективной, но способность кремния реагировать на видимый свет, привела разработчиков к мысли попробовать использовать его для получения изображений светящихся объектов. На рис. 1.1 - фотография одной из первых советских ПЗС матриц, размер светочувствительной области которой 20х2 пиксела.
Астрономы были одними из первых, кто распознал экстраординарные способности ПЗС для исследования небесных объектов. В 1972 году группа американских ученых из Лаборатории реактивного движения NASA основала программу развития этих приемников света для астрономии и космических исследований. Три года спустя совместно с учеными Аризонского университета эта команда получила первое ПЗС изображение астрономического объекта – Урана.
С 1975 года ПЗС начали активно внедряться в качестве телевизионных светоприёмников. А в 1989 году ПЗС детекторы применялись уже почти в 97 % всех телевизионных приемников. Для сравнения, 10 годами ранее ПЗС были представлены всего двумя процентами.
Долгое время широкому применению ПЗС приемников в телевизионной технике препятствовали недостатки в технологиях изготовления светочувствительных элементов — кристаллических основ необходимого размера. Светоприемная область была неоднородна по квантовому выходу, наблюдалась заметная геометрическая нестабильность, присутствовали разного рода шумы как на малых масштабах (от пикселя к пикселю), так и на больших пространственных масштабах (на шкалах 10…100 пикселей).
Только с развитием и совершенствованием технологии создания ПЗС и с существенным скачком в развитии сопутствующих электронных средств и, прежде всего, с увеличением мощностей и быстродействия АЦП, стало возможным более широкое применение ПЗС.