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La Charge A couplé Le Dispositif1) introduction historique2) la base : Condensateur CMOS 5b) Architectures Cours des DISPOSITIFS ÉLECTRONIQUESAnnée 1999/2000 d'universitaireAntonio D 'Ottavio
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Les capacités associées au système MOS sont dans ce cas-ci seulement boeufde C .
Basé à combien d'essai sur le MOS de condensateur on a le que pour des tensions avançées de porte à la tension de seuil, il peut être chargé à l'n'importe quelle valeur a comporté entre Qn= 0 correspondants à l'opération dans l'épuisement profond et à la valeur avec le correspondantde Q n à l'opération dans l'inversion.
Dans l'Imaging-CCD à la place le condensateur on le trouve dans la région de l'épuisement et les incidents de photons produisent du meuble de charge dans combien frappant le produit de l'électron-espace de croisillons.
Indépendamment de la manière dans laquelle il charge vient produit, la fonctionnalité plus importante du CCD est sûre qu'on fait le transfert de le même qui est basé sur l'application à la porte des tensions qui produisent des trous opportuns de la mise à niveau ils dans ce qu'il charge les restes attrapés jusque 2'au transfert successif, considère le fonctionnement d'un CCD à 3 qui cela illustrant dans la figure :
elle est constituée à partir de 3 endroits de MOS de condensateurs côte à côte à vous, en mode de stockage que les frais vient stocké sous l'électrode les centre où une tension plus positive concernant ceux appliquées aux électrodes adjacentes crée un trou des mises à niveau elles.
Il charge entreposé dans le condensateur les centre dans le condensateur vers sa droite, est nécessaire de transférer le paquet de lui d'appliquer à sa porte une tension plus positive de sorte que le migrino de frais vers la région où il les améliore soient inférieur.
Ensuite que le transfert des charges à partir d'une électrode à autre s'est produit peut être rapporté les les deux les tensions aux valeurs inférieures, pour approuver les mêmes tensions un transfert successif.
Une limite inférieure à la vitesse existe avec ce qu'elle charge doit être transférée à partir d'un MOS de condensateur à le successif, en particulier une telle limite est éviter dicté qu'elle charge thermiquement produit sature le canal, ceci se produit dans quelque deuxième cependant n'est pas un problème dans combien dans les applications est essayé pour s'approcher la limite avançée, désire en fait des enregistrements plus rapides à glisser des combien possibles. La fréquence maximum qui actuellement peut être appliquée à un CCD est approximativement de 30MHz, ceci parce qu'une autre condition fondamentale doit être garantie qu'est que toutes les charges vient transféré à partir d'un CCD à le successif.
Peuvent-ils donc être les enregistrements réalisés au
glissement sont-ils analogiques que le digita ils, en particulier dans
les applications numériques elles il soit fait pour correspondre un
â ?
Partie, comme exemple, d'un â ?
Voulant effectuer un transfert vers la droite nous appliquons une tension V3 aux électrodes 2, 5, 8 charges nous présentons dans des électrodes 1, 4, 7 est déplacés dessous d'elles.
Enfin par le passé s'est produit le transfert que nous rapportons les tensions pour abaisser des valeurs.
On observe V queV 2 caractérisent toujours le MOS où de charge le memorizzata actuellement,3 caractérisent le MOS où la charge devra être transférée à l'étape successive et V1 caractérisent le MOS qui agit en tant que du séparateur vers un autre CCD d'élément.
4) évolution du CCD : le CCD enterré de la Manche
La limitation plus grande du CCD traditionnel est la présence du piège superficiel d'états, ceux-ci absorbe l'empêchement de porteurs de minorité d'un transfert efficace qu'elle indique surtout délétère dans le CCD de matrices beaucoup qui se prolongent. Le problème vient résolu à l'aide d'un canal superficiel mais d'un canal enterrés comme dans la structure non suivante :
À la valve de diode d'évasion qu'il vient une telle tension appliquéeV 0 pour vider le canal enterré des porteurs de majorité, l'ordre de grandeur pour cette tension peuvent être trouvées du cours des mises à niveau les améliore elles en fonction de la distance du â "SiO 2d'interface :
il peut observer qu'un minimum est eu des mises à niveau elles pour des lacunes juste dans la correspondance de la couche enterrée, sa valeur est de â?"37V.
Il vient a illustré le cours est dans le cas de présence qui de l'absence de lui charge dans le canal, et pendant qu'indiqué les capacités à la structure il sont d'approximativement tandis que par CCD traditionnel elles sont . Ces capacités inférieures sont l'un des inconvénients principaux du CCD enterré de la Manche concernant le CCD traditionnel cependant ont l'avantage que le transport est confié les porteurs de majorité et donc il ne se produit pas pour la diffusion mais pour la dérive, d'ailleurs la mobilité dans le volume est approximativement la double quantité de cela qu'elle est eue dans la surface.
Une des caractéristiques plus importantes qu'un CCD est la distance entre les électrodes, il donne en fait l'endroit à des champs de la frange qu'un cours correspond des mises à niveau elles diverses de celle-là souhaitée, comme exemple pour enterré ayant le CCD de la Manche que une distance entre les électrodes de 5mm dans la correspondance de l'espace comporté entre deux électrodes les a lui-même des sacs des mises à niveau ce qui sont en position à absorber chargé qu'à la place l'électrode successive devrait être transférée à partir ci-dessous de la région une électrode de données ci-dessous à la région, tout qui va au discapito de l'efficacité du transfert des charges et donc il n'est pas acceptable particulièrement dans le CCD de matriciali en lequel il charge doit supporter un nombre élevé de transferts.
La manière plus évidente que pour réduire les sacs des mises à niveau elles est celle-là pour réduire la distance entre les électrodes, le résultat qui obtient en limite de cas faisant pour s'étirer à zéro une telle distances a été calculé numériquement et en arrière apporté la figure suivante :
l'absence des sacs est évidente des mises à niveau qu'elles est dans un CCD superficiel qui dans un CCD enterré de la Manche d'ailleurs de la figure est important pour constater que dans ci-dessous l'espace l'électrode les améliore de la Manche enterrée possède une pente beaucoup la plus grande du CCD superficiel que numériquement il signifie que un plus grand champ électrique 10 fois et donc une plus grande vitesse dans le transfert des frais qui a porté la Manche enterrée à l'utilisation la plupart du temps dans les applications dans lesquelles on a élevé la fréquence de l'horloge est exigé, la limite que le mégahertz est des joints est approximativement de 30.
Naturellement la distance entre les électrodes ne peut pas être portée à zéro, et alors ils ont été développés d'autres techniques afin de réduire les sacs des mises à niveau elles entre ce que celle-là qui ont donné les meilleurs s'avère à vous est l'impiantazione des atomes de bore dans le canal dans la correspondance des espaces comportés entre les électrodes.
Est le champ qui principalement a donné l'impulsion à la recherche sur le CCD ce qu'il voit qu'il a employé comme la sonde optique, les applications d'innumerevoli sont en fait possibles sont jusque le champ de l'évident et donc des systèmes de contrôle automatique à nous qui pour celle considèrent l'astronomie, en particulier a été complètement rivoluzionata de l'arrivée du CCD qui possède des caractéristiques clairement avançées concernant l'autre utilisation de sondes vous précédemment. Pour une raison ou un but d'exemple que l'équipement de l'avançé est pièce présentée pour l'aperçu (ACS) installée sur le bord du télescope les espace Hubble, il se compose de trois salles photométriques, avant, "la salle large" WFC de champ, le CCD des utilisations deux de micron aminci en arrière-illuminé du Pixel 2048 x 4096 (taille de Pixel = 15) réalise à vous de située qui viennent bâti à vous à la mosaïque pour un total du Pixel 4096 x 4096, vient utilisé pour les observations dans des bandes de v et I.
micron) que le traitement spécial a un afin d'obtenir la sensibilité élevée dans la gamme spectrale 200 -
400 nm, elle est employée pour les observations à la haute résolution dans la bande 200 - nm 1000.
gamme spectrale 150 - 170 nm. Il se sert d'un détecteur au l'"conteggio des photons" Fines appelé
La rangée de Microchannel d'anode (MAMAN) a formé de micro une plaque à canaux (MCP) aux courbes de canaux
avec un fotocatodo à Ioduro di Cesio (CsI) et d'une anode capable d'fin-électrode à obtenir
Le paragraphe successif signifie pour décrire certaines des listes détaillées et des technologies constructives qui ont porté au choix de cet équipement particulier.
5a) Technique caractéristique du CCD
Les paramètres plus importants vous considèrent au soin de la géométrie du CCD sont les dimensions du Pixel et du secteur sensible constitués à partir du CCD de matrice, les demandes particulières d'applications par secteur sensible large mais ceci va au discapito de la vitesse de scansion, quelques sondes et les correspondants caractéristiques sont présentent à vous dans la table suivante
Il s'observe que tous ces CCD sont du type de Buttable qui est peut se composer presque pour former une mosaïque dans le cas sont exigés un plus grand secteur sensible de cette couverture de chacun d'eux.
L'ébauche du rapport entre les incidents de nombre de photon sur le Pixel et un certain nombre d'électron-espace de croisillons produit à la moyenne dans un en second lieu, est un plus petit nombre de 1 qui vient exprimé en pourcentage et est fonction de la longueur d'onde de l'incident de photon, typiquement pour un CCD a le cours suivant :
Il est nécessaire en fait de confronter cette profondeur de pénétration avec l'épaisseur utile au but de l'effet photoélectrique du CCD, ceci est allé autour autour à I 15mm, ont des cas remarquables de I :
) un photon UV que le rilascia son énergie à une profondeur de 30..., produit d'elle charge juste sur l'électrode. Dans ce cas-ci, il charge vient perdu parce qu'il entre dans le circuit comme le courant.
b) Pour un photon bleu la profondeur est de 0.2 micron, et donc un tel photon peut produire du croisillon et entailler juste sous l'électrode
c) Pour un photon rouge ou de l'fermer-infrarouge, au lieu de cela, la profondeur de l'absorption est tel pour produire des charges dans une zone utile pour pouvoir être collection.
En tant que dire la réponse du CCD de sondes dans l'ultra-violet est de tout l'insuffisant donc qu'elles ont été affinate suivant les deux techniques afin de l'améliorer :
) la surface sensible il vient traité un matériel phosphorescent qu'il exécute le décalage de la fréquence de l'ultra-violette à l'évidente et vaut la peine donc les considérations sur l'absorption pour lui a effectué.
b) le CCD vient poids perdu et illuminé elles donnent derrière, d'une telle manière élimine l'effet de l'absorption d'une partie des électrodes, le défaut est celui dans le processus amincissant on crée que un oxyde indigène qui forme un piège pour le fotogenerate de frais près de la région sensible, le problème peut être résolu implantant des atomes de bore et procédant à leur annihilation, d'une telle manière en fait autre n'est pas fait à cela pour remplir le piège.
Un poids perdu et un CCD lumineux donne présente derrière exceptionnel une efficacité de quantica concernant tous les autres dispositifs vous emploie vous avant l'arrivée du CCD démontré comme du seguente :
emballer-selle pour observer que à 6000... le CCD il est 70 fois plus efficace du film photographique, ceci veut dire que si à la parité des conditions la période de l'intégration avec un CCD pour une personne faible de source a lieu d'une minute, avec un film photographique est 1 heure.
En outre dans des incidents d'absence de photon
elles sont eues des électrons qui pour le passage thermique
d'agitation de la bande de la valence à la bande de conduction, cela
ne valent jamais combien pour le silicium qu'il présente un espace de
1,1eV au lequel comme exemple il signifie qu'un Pixel de 20mm
Il peut être obvié au problème détournant à l'image les lance une autre image, dicte
l'armature foncée, de la même chose a obtenu la durée protégeant le CCD, dans ce dernier un sara '
présentez les marques soloes les a eues à la température cet eliminera 'donc qui présentent dans l'image utile. Affinchè que cette opération produit un résultat optimal est nécessaire que la durée de l'armature foncée soit identique à celle-là de l'image les lance et que la température pas des autres CCD dans le temps qui s'écoule entre les deux reprises. De toute façon le courant du bidon de buio fort soit fabrication réduite pour travailler le CCD aux températures inférieures au â?"100°C.
Efficacité du transfert (CTE)
C'est la capacité de transférer des charges à partir d'un Pixel à le successif, est un paramètre beaucoup important particulièrement pour le grand CCD de matrices beaucoup dans ce qu'avant d'atteindre l'évasion circuitent le paquet des charges doit croiser beaucoup de le Pixel, une valeur raisonnable pour le CCD les met en oeuvre est 0.999996 qu'il implique que pour une matrice de la charge 2048 x 2048 trouvée du parti plus lointain de Pixel sont réduits seulement de 2.5% pendant le transfert.
Illuminant un uniforme de CCD de matrice nous
voudrions que chaque Pixel il ait stocké la même charge, les causes
pour laquelle cela qu'il ne se produit pas réside dans la variation
de l'épaisseur produite à partir des techniques amincissantes.
Analogue à combien elles sont eues pour le courant du buio,
les linéarités peuvent être uniforme d'éclairage éliminé le CCD
et l'acquisition d'un champ plat d'image dicte après quoi les images
acquises viennent tout le dividendole normalisé pour
Une fois que cela l'image a été trouvé du CCD de matrice qu'il est nécessaire de le transférer à l'ordinateur qui élabore il, les modalités de ce transfert influencent la vitesse de la capture des images, les architectures qui ont été affirmées sont :
Le produit d'incidents de photons s'accumulent des colonnes verticales de nelle de charge du CCD, exposition de della de limite d'Al que le transfert de porte qualifient la ligne de della paraissant par del de passage dans le registre à décalage inférieur horizontal réalisé de nello avec un CCD protégé, nel en attendant toutes les autres lignes glissière de matrice de della vers le fond. Un glissement horizontal des paquets est eu alors des charges vers l'amplificateur de rendement qui il des sendes l'information à l'interface vers l'ordinateur. Ensuite que le dernier paquet des charges actuelles dans le CCD horizontal de lui est sorti, le transfert de porte de lui qualifie nouvellement le remplissage et il est procédé dans un tel péché de manière quand toutes les lignes du démuni de matrice été sended à l'interface vers l'ordinateur, à ce point que la matrice sont prête pour une nouvelle exposition mais puisqu'elles sont des utilisations le CCD vertical vous est comme les sondes qui comme des enregistrements au glissement, sont passées approximativement à 100ms qu'il signifie que cette architecture approuve un maximum de 10 expositions la seconde.
Le semblable à le précédent est une architecture beaucoup, s'il en différencie parce que deux matrices sont eues, avant qu'il soit fotosensibile tandis que le second est protégé et a la fonction de mémoire, en fait à la limite de l'exposition aux photons que chaque colonne des paquets des charges vient fait pour glisser dans ci-dessous la matrice dans approximativement 0,5ms, vient ici alors transféré à l'interface avec la même modalité qui a dans le cas du plein transfert de vue. L'avantage doit réduire l'intervalle du temps entre deux expositions successives dans combien tandis que la matrice fotosensibile vient exposé aux photons, l'image de matrice vient transféré à l'ordinateur, que comme avant elle se produit dans un moment de 100ms.
Dans cette architecture à côté de chaque colonne fotosensibile que un CCD protégé au glissement vertical est eu, à la limite de l'exposition, le transfert de porte qualifie le glissement dans lui des paquets des charges qui viennent ligne alors transférée pour la ligne à l'interface. Puisqu'il est nécessaire un décalage d'une position simple, on l'a de toute façon que l'exposition successive peut se produire après approximativement100m s, mais la lecture complète de la sonde se produit dans approximativement 100ms.
Le CCD de sondes ne sont pas en mesure pour nous fournir l'information détaillés sur la fréquence et donc sur la couleur, mais seulement sur l'éclat d'une source, afin d'obvier au péché de problème du primordi de la photographie qu'il est réexécuté à la technique RVB de la synthèse d'additiva qui consiste en décomposition de la couleur dans les couleurs primaires, en bref donné une image doit un certain rouge d'extrait, vert et du bleu les membres chromatiques.
Les diverses techniques existent afin d'obtenir cette décomposition, sont allées de plus économique mais moins efficace qu'elle me visionne préalablement employez-la d'un CCD simple jusque 2'à plus cher dans ce qu'un CCD pour chaque couleur primaire est employé, elles viennent sous peu décrit les subdiviser vous a basé sur l'utilisation de nombre de CCD.
1 Pièce de CCD
La méthode plus simple que pour utiliser un CCD simple est d'effectuer 3 expositions, avec le filtre vert, avec le rouge et dernier avec le bleu, les images obtenues viennent alors supplémentaire, ébauche d'une petite méthode efficace dans combien coûtent nécessaire que l'image soit très ferme pendant les 3 expositions. Une alternative consiste en chaque association au Pixel du CCD de matrice d'un divers le microfilter suivant RVB selon le contour :
Pour chaque point elle est la célèbre des couleurs primaires tandis que les autres le bidon 2 comme exemple soient parent obtenu d'interpolando les membres chromatiques au Pixel adjacent obtenant les couleurs du Pixel à et du B dans la figure.
Les verts de microfilters sont la double quantité en nombre concernant les rouges et au blueta dans combien l'oeil humain présente le maximum de la sensibilité juste dans la région du vert.
Afin de reproduire l'image il est nécessaire de réexécuter à l'interpolation le logiciel dont les effets ne sont pas toujours optimaux donc venus dans la sorte utilisée que un contour alternatif qui la diminue, utilisent en particulier un CCD constitué à partir du Pixel rectangulaire de la dimension égale à la moitié de l'image de points qui sont voulus pour être acquis,
d'une telle manière des membres chromatiques primaires de chaque Pixel deux tandis qu'à partir des 4 Pixel l'information adjacente peut être obtenue sur le membre chromatique montré manquant donc comme dans la figure pour le Pixel à et du C sont les notes.
Pièce du CCD 2
La ressource à l'interpolation peut être diminuée ulteriorly à l'aide du CCD deux,
l'un des deux est filtré en vert dans combien comme l'énonciation coûte le membre chromatique plus important pour les applications consacrées à l'oeil humain, alors que selon le CCD il est fui avec les autres deux membres chromatiques,
donc des membres chromatiques de chaque point 2 tandis que le tiers le contour représenté sur la figure pour le Pixel vient en second lieu pour l'interpolation à et du B proviennent les notes.
Pièce du CCD 3
Utilisant le CCD 3 il n'est pas plus nécessaire de recourir à l'interpolation dans combien à chaque CCD vient a appliqué un filtre relatif à un divers membre chromatique, ébauche d'une configuration beaucoup d'onerosa mais cela qu'il fournit les meilleurs s'avère à vous du point de vue de la qualité, et sûr il sera dans de futur plus utilisé dans combien le coût du stà de CCD diminuant rapidement, le contour de realizzativo coûte suivant :
Les applications les espacent, mais également les militaires et le commerce les ont exigés en années une amélioration des caractéristiques du CCD, pour partir du secteur sensible pour lequel c'est des joints un Pixel 2048 x 4096 chaque de 15mm, d'ailleurs de telles sondes peuvent être réunies pour former une mosaïque pour couvrir de plus grands domaines comme exigé des applications astronomiques.
Afin de réduire le courant du buio que c'a été développé le CCD de la phase goupillé par fines (MPP) qu'on distingue du CCD traditionnel pour une polarisation particulière des électrodes et un impiantazione de bore au-dessous de un d'eux, malheureusement cette technique réduit l'"trou des mises à niveau elles",
et donc la saturation, approximativement de 60%.
Pour pouvoir améliorer la réponse dans le UV et également dans le X dans un CCD du type front-illuminé, elle est
soyez développé de le récent technique qu'est connu comme "l'électrode ouverte" ou également
"phase ouverte", celle-là des 3 électrodes consiste en découvrant, et en correspondance de tels
scopertura pour implanter des atomes de bore, obtenir un trou d'elle les améliore également en dehors
électrode. L'annulation UV et le X qui arrivent de la pièce des électrodes (front-étant illuminé), ne viennent pas absorbé de la troisième électrode, et donc elle peut produire des charges.
Afin de réduire le bruit de la lecture présenté de l'étape d'évasion, c'a été le CCD développé de capitaine que les charges de mesure ont contenu en Pixel beaucoup de fois en dehors à bon y il, d'une telle manière que les mesures viennent "négocié" sur l'amplificateur d'évasion.