6. Влияние поверхностных ловушек на эффективность переноса заряда

Рис. 6.1

В области промежуточных тактовых частот эффективность переноса сигнального заряда определяется главным образом процессом захвата сигнальных электронов на поверхностные ловушки. Когда сигнальный заряд «входит» в контакт с пустыми поверхностными ловушками, все они практически мгновенно заполняются электронами. После того как этот сигнальный пакет уходит под соседний затвор, захваченные электроны начинают генерироваться с ловушек в зону проводимости. Электроны, захваченные на сравнительно мелкие ловушки, освобождаются достаточно быстро и успевают догнать «свой» сигнальный пакет, в то время как электроны с более глубоких ловушек поступают уже в «чужой» пакет, следующий за первым. В результате этого процесса, если на вход ПЗС подать конечную последовательность одинаковых зарядовых пакетов, первые из них подойдут к выходному устройству значительно ослабленными, в то время как за последним еще некоторое число тактов будет тянуться «хвост» отставшего заряда.

Влияние поверхностных ловушек на эффективность переноса можно существенно уменьшить, постоянно пропуская через ПЗС регистр некоторое количество фонового (опорного) заряда — так называемый «непустой нуль». При этом поверхностные ловушки оказываются постоянно заполненными электронами из «непустого нуля», что значительно снижает степень их взаимодействия с сигнальным зарядом. Характерная величина заряда такого «непустого нуля» обычно на практике составляет 10 — 25 % полной емкости потенциальной ямы. Главный недостаток такого способа увеличения эффективности переноса заключается в соответствующем уменьшении динамического диапазона прибора.

7. Типы и строение пзс матриц для бытового использования

Большинство типов ПЗС матриц, изготавливаемых на промышленной основе, ориентированы на применение в телевидении, и это находит отражение на их внутренней структуре. Как правило, такие матрицы состоят из двух идентичных областей — секции накопления и секции хранения (рис. 7.1).

Рис. 7.1

По отношению размеров областей хранения и накопления матрицы делятся на 2 типа:

матрицы с кадровым переносом для прогрессивной развертки;

матрицы с кадровым переносом для чересстрочной развертки.

Существуют также матрицы, в которых отсутствует секция хранения, и тогда строчный перенос осуществляется прямо по секции накопления. Очевидно, что для работы таких матриц требуется оптический затвор.

Область хранения защищена от воздействия света светонепроницаемым покрытием. Во время обратного хода луча кадровой развертки телевизионного монитора изображение, сформированное в области накопления, быстро переносится в область хранения и, затем, пока экспонируется следующий кадр, считывается построчно с частотой строчной развертки в выходной сдвиговый регистр. Параллельный перенос строки в регистр считывания происходит во время обратного хода строчной развертки. Из сдвигового регистра зарядовые пакеты выводятся друг за другом, последовательно через выходной усилитель, расположенный на этом же кристалле кремния. В этом узле происходит преобразование заряда в напряжение для дальнейшей обработки сигнала внешней электронной аппаратурой. Такие приборы называются ПЗС с кадровым переносом. Они широко используются в бытовой видеотехнике, особенно любительской, благодаря их низким ценам. Приборы с кадровым переносом можно использовать для съемок в хорошо освещенных условиях. Применение подобных ПЗС позволяет использовать видеокамеры без дорогостоящих механических затворов.

ПЗС, сконструированные для применения в условиях слабой освещенности, как правило, изготавливаются без области хранения и часто имеют два сдвиговых регистра на противоположных сторонах прибора. Изображение можно сдвинуть в любой из этих регистров, которые могут отличаться конструкцией выходного узла. Обычно, один из них оптимизируется для медленных скоростей считывания, другой для быстрых. На время вывода сигнала такая матрица должна быть экранирована от света. Для этого чаще всего используют механические затворы.