CCD MOS e a fotodiodo
 CCD - Charge Coupled Devices  CCD - Charge Coupled Devices

Generalità di funzionamento

I CCD offrono capacità senza precedenti in vari campi di applicazione

• la loro risposta spettrale si estende da 1 a 11000 Å ed a elettroni di energia maggiore di 500 eV
• il miglioramento continuo della tecnologia, dato da pressanti richieste dovute anche all'ampio uso di questi dispositivi, ha portato a livelli di rumore tali da fornire prestazioni eccellenti per sensibilità e risoluzione energetica
• per lunghezze d'onda minori di 100 Åforniscono prestazioni come contatori simili o migliori di quelle fornite da altri dispositivi
• per lunghezze d'onda al di sotto di 10 Å(quindi proprio nell'intervallo dei raggi X) la risoluzione energetica e' migliore di 150 eV
• le superfici attive possono essere anche di svariati cm² con risoluzioni spaziali dell'ordine di 10 $\mu$m o migliori

 
 

Lo schema di funzionamento é descritto in figura 6.1, dove il CCD é schematizzato di nove pixel, un registro di uscita ed un amplificatore. Ogni pixel é suddiviso in tre regioni (``gates'')ciascuna delle quali é un elettrodo il cui voltaggio può essere variato. Nella figura 6.1 il CCD é schematizzato durante il tempo di ``esposizione''. In questo periodo il gate centrale é ``on'' ed i suoi vicini sono ``off''. Questo crea zone di ``raccolta'' degli elettroni sotto gli elettrodi centrali e barriere a fianco.
 

 
                                                                  Figura 6.1: schema funzionale di un CCD: esposizione
 

 
 

In Figura 6.2 i voltaggi dei gates sono stati cambiati e gli elettroni sono stati spostati da un gate al successivo a destra. Le barriere di potenziale sono cambiate di conseguenza.

                                                        Figura 6.2: schema funzionale di un CCD: trasferimento di carica fra pixel
 

 
 

Un ulteriore ciclo dei voltaggi, come mostrato in figura 6.3, fa ancora muovere le cariche. Quelle che sono giunte all'ultimo pixel, vengono trasportate allo shift register di uscita.

                                                 Figura 6.3: schema funzionale di un CCD: trasferimento di carica allo shift register
 

 
 

Prima di effettuare un ulteriore ciclo di trasferimento di carica da un pixel all'altro (e dall'ultimo allo shift register), lo shift register viene svuotato, trasferendo la carica, un pixel per volta, all'amplificatore di uscita. Quando lo shift register é stato completamente svuotato, il ciclo può riprendere da capo. Questi passi continuano sinché ogni quantità di carica accumulata in ciascun pixel durante il tempo di esposizione é stata trasferita orizzontalmente lungo la propria riga e verticalmente nello shift register sino all'amplificatore, dove é misurata.

                                     Figura 6.4: schema funzionale di un CCD: svuotamento dello shift register - uscita sull'amplificatore
 

 
 

Spesso viene usata un'analogia ``idraulica'' per spiegare il funzionamento dei CCD, nella quale la carica viene assimilata ad una quantità di acqua contenuta in un secchio (il pixel), ed il CCD ad una matrice quadrata di contenitori. Lo svuotamento da un contenitore al successivo é il processo di trasferimento di carica appena trattato.

5/13/1998