Создание полупроводниковых формирователей сигналов изображения, или твердотельных приемников изображения (ТПИ), — одно из крупнейших достижений оптоэлектроники. ТПИ в отличие от приемников со сканированием электронным лучом работают при малых электрических напряжениях и не требуют вакуума. Благодаря этому они обладают малыми размерами и высокой надежностью. Другое важное свойство ТПИ состоит в том, что они в одном кристалле содержат и приемник и систему обработки информации.
ТПИ обладают чрезвычайно высокой чувствительностью: число фотонов, фиксируемых одним элементом матрицы, составляет всего лишь несколько десятков.
Применение метода групповой технологии при производстве ТПИ вселяет уверенность, что недалек тот день, когда их стоимость окажется достаточно низкой для самого широкого внедрения во многие области техники.
Используя ТПИ, можно решать множество важных технических задач, связанных, например, с разведкой земных ресурсов и предсказанием погоды с помощью спутников. В совокупности с волоконно-оптическими линиями связи ТПИ позволят существенно продвинуться в создании видеотелефонной техники. ТПИ создают предпосылку для более интенсивного развития широковещательного и технического телевидения.
Увеличение потребности в ТПИ стимулирует рост их производства и дальнейшие исследования, а это в свою очередь влечет за собой расширение круга исследователей, инженеров-разработчиков и потребителей таких приборов. Естественно, что эта категория читателей весьма нуждается в информации о физических основах функционирования ТПИ, методах их проектирования и изготовления, способах обработки информации и принципах построения систем с ТПИ.
Такая информация содержится лишь в журнальных статьях и материалах конференций. Из-за непрекращающегося бурного развития данной области электроники трудно себе представить,
чтобы кто-то решился сейчас написать монографию, в которой исчерпывающим образом был бы отражен достигнутый к настоящему моменту уровень по всем этим направлениям. Поэтому вполне разумно издание сборника лекций, прочитанных известными специалистами и подводящих итог современному состоянию различных аспектов всей проблемы.
Именно такой сборник и предлагается вниманию читателей. В него включены лекции, посвященные ТПИ и прочитанные слушателям Школы, которая проводилась в Лувенском католическом университете (Бельгия) в 1975 г. Понятно, что в таком сборнике трудно избежать разнородности стиля и некоторой конспективности изложения. Этот недостаток, однако, с лихвой окупается новизной и актуальностью излагаемого материала.
Материал некоторых лекций содержится в книгах, изданных на русском языке (в том числе в книге К. Секена и М. Томп-сетта «Приборы с переносом заряда», выпущенной издательством «Мир» в 1978 г.), поэтому при переводе эти лекции даны в виде рефератов.
Мы надеемся, что предлагаемая книга окажется полезной как исследователям и инженерам, уже работающим в этой области, так и тем, кто желает ознакомиться с проблемой. Книга может быть рекомендована аспирантам и студентам старших курсов, специализирующимся по оптоэлектронике.
Р. А. Сурис
ПРЕДИСЛОВИЕ
В Лувенском католическом университете в Бельгии с 3 по 12 сентября 1975 г. при содействии научного отдела НАТО проводилась Школа по твердотельным приемникам изображения, на которой были представлены материалы, посвященные последним достижениям в этой области. Работа Школы проходила под руководством научного комитета, в составе которого были профессора Лувенского католического университета П. Йесперс и Ф. Ван де Виле и д-р М. Уайт из фирмы «Вестингауз электрик». Предлагаемая книга представляет собой сборник лекций, прочитанных слушателям Школы. Содержание книги полностью отражает программу Школы. Книга дополнена введением, в котором изложены история развития и перспективы применения твердотельных приемников изображения. Она состоит из нескольких частей, в которых рассмотрены физические основы работы фотоприемников (основных элементов любого массива твердотельных приемников), вопросы выделения сигнала (им зачастую не уделяется должного внимания) и различ-ные системы, содержащие твердотельные приемники.
Книга рассчитана на удовлетворение запросов широкого круга читателей: студентов, инженеров, научных работников. Несмотря на то что при чтении книги начинающий исследователь может встретиться с определенными математическими трудностями, он тем не менее имеет возможность ознакомиться с разнообразными исследованиями, которые ведутся в настоящее время в области твердотельных приемников. Отдельные главы книги могут служить учебным пособием, поскольку каждая статья начинается с изложения фундаментальных положений.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора перевода ................ 5
Предисловие........................7
Часть I. ВВЕДЕНИЕ
М. Г. Уайт. История развития исследований по твердотельным приемникам изображения (реферат Б. И. Фукса)........... 9
Дж. А. Холл. Применения твердотельных приемников изображения (перевод Л. А. Щепетиловой)..................И
Часть II. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ФОТОДЕТЕКТОРАХ
Ф. Ван де Виле. Просветляющие пленки и многослойные структуры (перевод Л. А. Щепетиловой)................28
Ф. Ван де Виле. Квантовый выход фотодиода (перевод Л. А. Щепетиловой) ..........................41
А. Гетцбергер. Ловушки в объеме полупроводника (реферат Б. И. Фукса) ..........................77
А. Гетцбергер. Поверхностные ловушки (перевод Л. А. Логунова) ... 79
Часть III. ДИОДНЫЕ И ТРАНЗИСТОРНЫЕ МАТРИЦЫ
Дж. П. Веклер. Режим накопления заряда в кремниевых фотодетекторах
(перевод Л. А. Щепетиловой)...............97
П. Йесперс. Двухкоординатная адресация (перевод В. В. Ракитина) . . 107
М. Г. Уайт. Фотодиодные матрицы (перевод В. В Ракитина).....124
П. Йесперс. Фототранзисторные матрицы (перевод В В. Ракитина) ... 149
Часть IV. ПРИЕМНИКИ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ППЗ
Д. Ф. Барб. Накопление и хранение заряда в фотоприемниках на основе МОП-структур (реферат Б. И. Фукса)............168
К. Секен. Основные принципы работы приборов с зарядовой связью (реферат Б. И. Фукса)....................170
К. Секен. Схемы организации приемников изображения па ПЗС (перевод В. А. Зимогляда).................... 171
М. Г. Уайт. Перенос заряда в отсутствие захвата на ловушки (перевод Б. И. Фукса)......................185
Г. Ф. Амелио, Р. Г. Дик. Перенос заряда при наличии ловушек (перевод В. А. Зимогляда).....................203
К. Секен. Приемники изображений на ПЗС с поверхностным каналом
(реферат Б. И. Фукса)...................212
Г. Ф. Амелио, Р. Г. Дик. ПЗС с объемным каналом (перевод Л. А. Логунова) ........................214
Л. Дж. М. Эссер. Перистальтические приборы с зарядовой связью. Особенности перистальтического режима переноса зарядов (перевод Л. А. Логунова).....................223
К. Секен. Электрическая инжекция гаряда на ПЗС (реферат Б. И. Фук- '<•* со)..........................304
Часть V. ПРИЕМНИКИ ИЗОБРАЖЕНИИ НА ПЗИ
Г. Мишон, X. Бурке. Приборы с зарядовой инжекцией в полупроводниковых формирователях сигналов изображения (перевод Л. А. Логунова) .........................306
П. Иесперс, Дж. Миллет. ПЗИ с триодной структурой (перевод Л. А. Логунова) ........................321
Часть VI. СХЕМЫ ВЫДЕЛЕНИЯ СИГНАЛА
М. Г. Уайт. Конструирование твердотельных приемников изображения
(перевод Ю. М. Чернышева)................337
С К. Секен. Чересстрочная развертка твердотельных приемников изображения (перевод Ю. М. Чернышева)..............374
Дж. А. Холл. Усилитель и шум усилителя (перевод Ю. М. Чернышева) 386
Р. Р. Басе, С. С. Танака, Дж. П. Веклер. Принципы малошумящего выделения сигнала в фотодиодных матрицах (перевод Ю. М. Чернышева) .........................410
Г. Ф. Амелио, Р. Г. Дик. Распределенный усилитель с плавающим затвором (перевод Ю. М. Чернышева)..............449^
Г. Ф. Амелио, Р. Г. Дик. Геометрический шум и охлаждаемые фотоприемники (перевод Ю. М. Чернышева)..............457
Часть VII. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИЗОБРАЖЕНИИ
Д. Ф. Барб, С. Кэмпана. Редукция пространственной частоты и ЧКХ
многоэлементных фотоприемников (перевод Е. А. Фетисова) ... 462
Дж. А. Холл. Сигнал и шум при передаче изображений (перевод Р. 3. Ха-физова)........................4'°
Д. Ф. Барб. Режим задержки и интегрирования в приемниках изображения (перевод Б. И. Фукса)................ . 499
Д. Ф. Барб. Твердотельные приемники инфракрасного изображения (перевод Е. А. Фетисова)...................511
Дж. А. Холл. Достоинство двумерных приемников изображения на ПЗС при низком уровне освещенности (перевод Б. И. Фукса).....527
Дж. А. Холл. Сравнение твердотельных и электровакуумных приемников
изображения (перевод Л. А. Логунова)............542
Предметный указатель...................568
Цена: 300руб.
