光譜儀用CCD

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

（圖源網(wǎng)絡(luò)僅供參考，侵刪）

在P型或N型硅單晶的襯底上生長(zhǎng)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(gè)金屬電極或多晶硅電極作為柵極，柵極間隙約2.5μm，于是每個(gè)電極與其下方的SiO2和半導(dǎo)體間構(gòu)成了一個(gè)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(shí)，CCD器件被稱(chēng)為線陣CCD;當(dāng)n>1時(shí),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極，光經(jīng)電極反射和散射，不僅使得響應(yīng)度大大減低(量子效率通常低于50%)，也因?yàn)槎啻畏瓷洚a(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(wèn)題，因而響應(yīng)度大大提高，量子效率可達(dá)到80%以上。

● CCD的重要性能參數(shù)：

◆ 量子效率

量子效率是表征CCD芯片對(duì)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)的光電轉(zhuǎn)換本領(lǐng)的高低，是CCD的一個(gè)重要參數(shù)。

◆ 動(dòng)態(tài)范圍

一般定義動(dòng)態(tài)范圍是滿(mǎn)阱容量與噪聲的比值。增大動(dòng)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。

◆ 噪聲

CCD的噪聲包含信號(hào)噪聲、讀出噪聲和熱噪聲。

1、信號(hào)噪聲是指信號(hào)的隨機(jī)噪聲。

2、讀出噪聲是電荷轉(zhuǎn)移時(shí)產(chǎn)生的噪聲，它發(fā)生在每次電荷轉(zhuǎn)移過(guò)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。

◆ 分辨率

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。

當(dāng)CCD與光譜儀配合使用來(lái)進(jìn)行光譜攝制時(shí)，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。

◆ 線性度

線性度是表征CCD芯片中的不同像元對(duì)同一波長(zhǎng)的輸入信號(hào)，其輸出信號(hào)強(qiáng)度與輸入信號(hào)強(qiáng)度成比例變化的一致性。

◆ 讀出速度(幀數(shù))

讀出速度是用來(lái)表征單位時(shí)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(shí)間內(nèi)獲得的信息越多;但同時(shí)要注意，讀出速度越快，讀出噪聲越高。

◆ 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。