阿迈
第1楼2012/03/17
2 CCD的光谱分析特性
2.1 电荷转移效率(CTE)
CCD以电荷作为信号,所以电荷信号的转移效率就成为其最重要的性能之一。把一次转移之后,到达下一个势阱中的电荷与原来势阱中的电荷之比称为电荷转移效率。好的CCD具有极高的电荷转移效率,一般可达0.999995,所以电荷在多次转移过程中的损失可以忽略不计。例如,一个有2048像元的CCD,其信号电荷的总的电荷转移效率为0.9999952048,即0.9898,损失率只有约0.1%。
2.2 量子效率(QE)
典型的PMT(光电倍增管)、PDA(光电二极管阵列)、CID(电荷注入器件)和CCD的量子效率。可见,CCD的量子效率大大优于PDA和CID,在400~700nm波段优于PMT。但是,不同厂商制造的CCD在几何尺寸、制造方法、材料上有所不同,结果它们的QE差别较大。如有的CCD只在350~900nm波段的QE达10% 以上,有的CCD在200~1000nm波段都有很高的量子效率。造成QE下降的主要原因是CCD结构中的多晶硅电极或绝缘层把光子吸收了,尤其是对紫外部分的光吸收较多,这部分光子不产生光生电荷。许多线阵CCD对紫外光的响应较差就是这个原因。采用化学蚀刻将硅片减薄和背部照射方式,可以减少由吸收导致的量子效率损失。背部照射减薄的CCD在真空紫外区的工作极限可达1000。
2.3 暗电流
CCD在低温工作时,暗电流非常低,暗电流是由热生电荷载流子引起的,冷却会使热生电荷的生成速率大为降低。但是CCD的冷却温度不能太低,因为光生电荷从各检测元迁移到放大器的输出节点的能力随温度的下降而降低。制冷到150°K的CCD暗电流小于0.001个电子╱检测元╱秒。
2.4 动态范围
动态范围DR的定义为:
其中VSAT为饱和输出电压,VDRK为有效像元的平均暗电流输出电压。在正常工作条件下,CCD检测器的所有像元经历同时曝光,表示的是单个检测像元的动态范围,即简单动态范围。CCD的简单动态范围非常大,宽达10个数量级。以7500的红光光子为例,CCD可在1毫秒积分时间内对光强达每秒5×109个光子的光束响应。可以对每秒7×10-2个光子的光源响应。而且在整个动态范围响应内,都能保持线性响应。这一特性对光谱的定量分析具有特别的意义。
但在一些光谱分析中,如AES(原子发射光谱)中,实际的动态范围达不到那么大的值。一种扩展CCD动态范围的方法是根据光的强弱改变每次测量的积分时间。强信号采用短的积分时间,弱信号采用长的积分时间。这种方法测量强信号旁的弱信号非常不利,存在Blooming(溢出)的问题,特别是对于AES。通过改进CCD制作工艺生产出来的性能优秀的CCD已在不同程度上解决了这个问题。