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光谱仪上的CCD或ICCD是什么,作用是什么?

作者:光谱仪2018-06-06 09:00:33

固态成像器件

固态成像器件是新一代的光电转换检测器,它是一类以半导体硅片为基材的光敏元件制成的多元阵列集成电路式的焦平面检测器,属于这一类的成像器件,目前较成熟的主要是电荷注入器件(CID)、电荷耦合器件(CCD)。
 
Denton与其同事们是将电荷耦合与电荷注入检测器(Charge-Coupled Detector and Charge-Injection Detector,简称CCD与CID)用于原子光谱分析的主要推动者。在这两种装置中,由光子产生的电荷被收集并储存在金属-氧化物-半导体(MOS)电容器中,从而可以准确地进行象素寻址而滞后极微。这两种装置具有随机或准随机象素寻址功能的二维检测器。可以将一个CCD看作是许多个光电检测模拟移位寄存器。在光子产生的电荷被贮存起来之后,它们近水平方向被一行一行地通过一个高速移位寄存器记录到一个前置放大器上。最后得到的信号被贮存在计算机里。
 
CCD器件的整个工作过程是一种电荷耦合过程,因此这类器件叫电荷耦合器件。对于CCD器件,当一个或多个检测器的象素被某一强光谱线饱和时,便会产生溢流现象。即光子引发的电荷充满该象素,并流入相邻的象素,损坏该过饱和象素及其相邻象素的分析正确性,并且需要较长时间才能便溢流的电荷消失。为了解决溢流问题,应用于原子光谱分析的CCD器件,在设计过程中必须进行改进,例如:进行分段构成分段式电荷耦合器件(SCD),或在象表上加装溢流门,并结合自动积分技术等。
 
CID是一种电荷注入器件(Charge-Injected Device),其基本结构与CCD相似,也是一种MOS结构,当栅极上加上电压时,表面形成少数载流子(电子)的势阱,入射光子在势阱邻近被吸收时,产生的电子被收集在势阱里,其积分过程与CCD一样。
 
CID与CCD的主要区别在于读出过程,在CCD中,信号电荷必须经过转移,才能读出,信号一经读取即刻消失。而在CID中,信号电荷不用转移,是直接注入体内形成电流来读出的。即每当积分结束时,去掉栅极上的电压,存贮在势阱中的电荷少数载流子(电子)被注入到体内,从而在外电路中引起信号电流,这种读出方式称为非破坏性读取(Non-Destructive Read Out),简称:NDRO。CID的NDRO特性使它具有优化指定波长处的信噪比(S/N)的功能。
 
CID是电荷注入式固体检测器(主要热电的在用)
CCD是电荷偶合固体检测器(Varian,Leman,SPECTRO都用的这个)
SCD是CCD的一种,分成小块,形成阵列(PE独有)
它们的区别主要是电荷的读取方式不一样而已,上面也已经说得很详细了
量子效率从光电效应上讲是指被光照射后,在半导体硅片上产生的电子数和入射的光子数之比值乘以100%。
 
因为在检测器的前期过程就是一个光电转换的过程:分光后光子照射到检测器上,发生了光电转换效应,产生的电荷被收集并储存在金属-氧化物-半导(MOS)电容器中。电荷被贮存起来之后,它们通过一个高速移位寄存器记录到一个前置放大器上,最后得到的信号就被贮存在计算机里。
 
所以量子效率和暗电流(无光照条件下,检测器产生的电流,即相当于背景噪音),和检测器的灵敏度有很大的关系
 
ICCD工作原理
ICCD(Intensified CCD),带有像增强功能的CCD相机,如上图所示一般由像增强器和CCD相机组成。像增强器由光阴极、微通道板、荧光屏组成。在荧光屏-微通道板、微通道板、微通道板 -荧光屏之间存在高电压。光子打到光阴极后产生光电子,光电子进入微通道板后被倍增,放大后的电子束打在荧光屏上成像。此时的像为增强后的影像,然后经光纤锥耦合到CCD上对像进行记录。

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