Uređaj sa naelektrisanjem (CCD) je niz jednostavnih MIS struktura (metal-dielektrik-poluprovodnik) formiranih na zajedničkoj poluprovodničkoj podlozi na takav način da trake metalnih elektroda formiraju linearni ili matrični regularni sistem u kome je rastojanje između susednih elektrode dovoljno male (slika 41). Ova okolnost određuje činjenicu da je odlučujući faktor u radu uređaja međusobni utjecaj susjednih MIS struktura.

Princip rada CCD-a je sljedeći. Ako se na bilo koju metalnu CCD elektrodu primijeni negativan napon, tada se pod djelovanjem nastalog električnog polja elektroni, koji su glavni nosioci u podlozi, odmiču od površine u dubinu poluvodiča. Na površini se formira osiromašeno područje koje na energetskom dijagramu predstavlja potencijalnu bušotinu za manjinske nosioce - rupe. Rupe koje nekako uđu u ovo područje privlače se na sučelje dielektrik-poluvodič i lokalizirane su u uskom sloju blizu površine.

Ako se sada na susjednu elektrodu dovede negativan napon veće amplitude, formira se dublja potencijalna bušotina i rupe prolaze u nju. Primjenom potrebnih upravljačkih napona na različite CCD elektrode, moguće je osigurati kako pohranjivanje naboja u različitim područjima blizu površine, tako i usmjereno kretanje naelektrisanja duž površine (od strukture do strukture). Uvođenje paketa punjenja (snimanje) može se izvršiti ili putem p-n spoja koji se nalazi, na primjer, blizu krajnjeg CCD elementa (elektroda 1 na slici 41), ili generiranjem svjetlosti. Uklanjanje naelektrisanja iz sistema (očitavanje) je takođe najlakše izvesti pomoću p-n spoja (elektroda p na sl. 41.). Dakle, CCD je uređaj u kojem se vanjske informacije (električni ili svjetlosni signali) pretvaraju u pakete punjenja mobilnih nosača, postavljenih na određeni način u područja blizu površine, a obrada informacija se vrši kontroliranim kretanjem ovih paketa duž površine. Očigledno je da je na bazi CCD-ova moguće graditi digitalne i analogni sistemi. Za digitalne sisteme važno je samo prisustvo ili odsustvo naelektrisanja rupa u određenom CCD elementu; u analognoj obradi oni se bave veličinama pokretnih naelektrisanja.

Dizajn i fizika rada CCD uređaja određuju niz vrlo zanimljivih i korisnih (i često jedinstvenih) karakteristika ovih uređaja.

Među najvažnijim funkcionalne karakteristike CCD uključuje mogućnost pohranjivanja, punjenja informacija; mogućnost usmjerenog prijenosa naelektrisanja duž površine poluvodičkog kristala; mogućnost transformacije svjetlosni tok u električni naboj i njegovo naknadno očitavanje (skeniranje). Prednost CCD-ova je njihova mala potrošnja energije (5–10 μW/bit u načinu prijenosa informacija i gotovo potpuno odsustvo potrošnje energije u načinu skladištenja), što je posljedica MIS strukture ovih uređaja. Jednostavnost konfiguracije i pravilnost sistema elemenata u CCD-u dovodi do činjenice da brzina ovih uređaja može biti veoma visoka (za posebno dizajnirane uzorke, granične frekvencije takta leže u opsegu gigaherca).

Možda su još važnije dizajn i tehnološke prednosti CCD-ova, od kojih su glavne tehnološka jasnoća i jednostavnost (mali broj fotolitografskih, termičkih difuzijskih i epitaksijalnih procesa u proizvodnji uređaja) - preduvjet za stvaranje visoko- kvalitetni višeelementni (sa brojem elemenata 10 4 -10 6) uređaji; visok stepen integracije (više od 10 5 elemenata na jednom čipu) i velika gustina pakovanja (više od 10 5 bita/cm 2); mali broj eksternih vodova, što je odlučujuće u izgradnji visoko pouzdanih sistema; odsutnost pn spojeva (nekoliko pn spojeva CCD-a obavljaju "pomoćne" funkcije i nameću im se prilično "slabi" zahtjevi), što, posebno, otvara široke mogućnosti za korištenje drugih poluvodičkih materijala zajedno sa silicijumom (npr. galijum arsenid).

Sva ova svojstva otvaraju široku perspektivu za različite primjene CCD-ova.

Za digitalnu tehnologiju, registri pomaka, memorije sa slučajnim pristupom i logička kola su od interesa. Linije kašnjenja analognih signala na CCD-u za tehničke specifikacije značajno nadmašuju svoje akustične i magnetne kolege.

U tehnologiji optoelektronske konverzije slike, CCD-ovi otvaraju fundamentalno nove mogućnosti za stvaranje poluvodičkih pretvarača video signala bez vakuuma. Njihovo inherentno samoskeniranje eliminira glomazne i nepouzdane visokonaponske vakuumske cijevi sa skeniranjem elektronskim snopom. CCD-ovi su jedinstveni analozi CRT-a koji omogućavaju, istovremeno sa smanjenjem mase, ukupne dimenzije, potrošnja energije za poboljšanje pouzdanosti i kvaliteta uređivača video signala. Dodatna prednost fotodetektora baziranih na CCD-u leži u fundamentalnoj mogućnosti korištenja raznih poluvodičkih materijala, koji će omogućiti pokrivanje širokog područja elektromagnetnog spektra (uključujući i IR regiju).

Stvaranje odašiljačkih televizijskih kamera zasnovanih na CCD-ovima u budućnosti će dovesti ne samo do opremanja tehnologije pouzdanim „elektronskim okom“ (napominjemo da je u projektu stvaranja umjetnog vida za ljude usmjerena i na CCD-ove), već i na zaista široku upotrebu televizije u svakodnevnom životu.

Ako se svjetlosni tok koji nosi sliku usmjeri na višeelementni ili matrični CCD, tada će početi fotogeneracija parova elektron-rupa u masi poluvodiča. Ulazeći u područje osiromašenja CCD-a, nosioci se odvajaju i rupe se akumuliraju u potencijalnim bunarima (štaviše, akumulirani naboj je proporcionalan lokalnom osvjetljenju). Nakon nekog vremena (reda nekoliko milisekundi), dovoljnog za percepciju slike, u CCD obrazac paketa naelektrisanja koji odgovara distribuciji osvjetljenja će biti pohranjen. Kada su impulsi sata uključeni, paketi punjenja će se premjestiti na izlazni čitač, koji će ih pretvoriti u električne signale. Kao rezultat toga, izlaz će biti niz impulsa različitih amplituda, omotača koji daje video signal.

Na osnovu toga se kreiraju uređaji za fototelegrafiju, kao i odašiljačke kamere (do televizijskih kamera u boji punog formata). U budućnosti će CCD-ovi naći primenu kao praktični matrični fotodetektori u optoelektronskim računarima visokih performansi sa paralelnom obradom informacija.

Pojava CCD-a (1969) je rezultat istraživanja u oblasti fizike i tehnologije MIS uređaja. Razvoj ovog novog pravca tehnologije poluprovodnika sprovode mnogi naučni timovi u različitim zemljama sveta, a već su postignuti veoma zapaženi rezultati.

Kreirane su brze CCD memorije sa jednim čipom kapaciteta 8192, 16384 i 65536 bita sa vremenom uzorkovanja od 64–200 μs i brzinom izlaza informacija od 1–5 MHz; na bazi kristala kapaciteta 16 K (kilobita) dizajnirana je memorija kapaciteta 1 Mbit sa blok dohvaćanjem od 256 bita. Razvijena je širokopojasna analogna linija kašnjenja signala kapaciteta 128 bita za upotrebu u televizijskim sistemima u boji; Testiran je CCD-bazirani korelator koji omogućava istovremenu obradu 40.000 diskretnih vrijednosti signala sa ukupnom greškom manjom od 1%.

Brojni su izvještaji o početku industrijske proizvodnje brojnih američkih firmi (prvenstveno Bell i RCA) predajnih kamera sa brojem dekompozicionih elemenata 200X200 i 500x500.

Istovremeno, nemoguće je ne primijetiti da na putu do široke upotrebe CCD-ova još uvijek ima mnogo neriješenih problema - i to prije svega tehnoloških: probijanje dielektričnog filma i kratki spoj guma s elektrodama još uvijek postoje. ne dozvoljavaju pouzdano dobijanje CCD-ova bez defekata sa dovoljno velikim kapacitetom informacija sa visokim procentom prinosa. Najvažniji tehnološki problem u stvaranju velikih CCD-ova sa jednoslojnom metalizacijom je problem dobijanja uskih (2–3 μm) razmaka između elektroda; glavni tehnološki nedostatak u takvim strukturama su kratki spojevi. U višeslojnim silikonskim strukturama vrata, teško je dobiti visokokvalitetni izolacijski dielektrik između svih razina polisilicijuma.

U zaključku želim da napomenem da je stvaranje uređaja baziranih na nabojno spregnutim uređajima, posebno optoelektronskih uređaja, važna faza u razvoju velikih integrisanih kola i jedan od prvih pravih koraka ka funkcionalnoj mikroelektronici.

2 Fizičke osnove rad i dizajn uređaja s nabojom

3 Uređaji spojeni na punjenje u optoelektronici

4 Karakteristike fotoprijema CCD-a

5 Mala slova (linearni) FSI na CCD-u

6 Matrični (planarni) FSI

7 Izgledi za razvoj FSI na CCD-u

Književnost 1 Opće informacije o uređaju sa spojenim punjenjem (CCD)

Uređaj sa naelektrisanjem (CCD) je niz jednostavnih MIS struktura (metal-dielektrik-poluprovodnik) formiranih na zajedničkoj poluvodičkoj podlozi na takav način da trake metalnih elektroda formiraju linearni ili matrični regularni sistem u kojem su udaljenosti između susednih elektrode su dovoljno male (Sl.1). Ova okolnost određuje činjenicu da je odlučujući faktor u radu uređaja međusobni utjecaj susjednih MIS struktura.

Fig.1. CCD struktura

Princip rada CCD-a je sljedeći. Ako se negativni napon primijeni na bilo koju metalnu CCD elektrodu *), tada se pod djelovanjem nastalog električnog polja elektroni, koji su glavni nosioci u supstratu, odmiču od površine u dubinu poluvodiča. Na površini se formira osiromašeno područje koje na energetskom dijagramu predstavlja potencijalnu bušotinu za manjinske nosioce - rupe. Rupe koje nekako uđu u ovo područje privlače se na sučelje dielektrik-poluvodič i lokalizirane su u uskom sloju blizu površine.

Ako se sada na susjednu elektrodu dovede negativan napon veće amplitude, formira se dublja potencijalna bušotina i rupe prolaze u nju. Primjenom potrebnih upravljačkih napona na različite CCD elektrode, moguće je osigurati kako pohranjivanje naboja u različitim područjima blizu površine, tako i usmjereno kretanje naelektrisanja duž površine (od strukture do strukture). Uvođenje paketa naelektrisanja (snimanje) može se izvesti ili putem p-n spoja koji se nalazi, na primjer, blizu krajnjeg CCD elementa (elektroda 1 na slici 1), ili generiranjem svjetlosti. Uklanjanje naelektrisanja iz sistema (očitavanje) je takođe najlakše izvesti pomoću p-n spoja (elektroda p na sl. 1.). Dakle, CCD je uređaj u kojem se vanjske informacije (električni ili svjetlosni signali) pretvaraju u pakete punjenja mobilnih nosača, postavljenih na određeni način u područja blizu površine, a obrada informacija se vrši kontroliranim kretanjem ovih paketa duž površine. Očigledno je da se na bazi CCD-a mogu izgraditi digitalni i analogni sistemi. Za digitalne sisteme važno je samo prisustvo ili odsustvo naelektrisanja rupa u određenom CCD elementu; u analognoj obradi oni se bave veličinama pokretnih naelektrisanja.

Dizajn i fizika rada CCD uređaja određuju niz vrlo zanimljivih i korisnih (i često jedinstvenih) karakteristika ovih uređaja.

Najvažnije funkcionalne karakteristike CCD-ova uključuju mogućnost pohranjivanja informacija o napunjenosti; mogućnost usmjerenog prijenosa naelektrisanja duž površine poluvodičkog kristala; mogućnost pretvaranja svjetlosnog toka u električni naboj i njegovo naknadno očitavanje (skeniranje). Prednost CCD-ova je njihova mala potrošnja energije (5–10 μW/bit u načinu prijenosa informacija i gotovo potpuno odsustvo potrošnje energije u načinu skladištenja), što je posljedica MIS strukture ovih uređaja. Jednostavnost konfiguracije i pravilnost sistema elemenata u CCD-u dovodi do toga da brzina ovih uređaja može biti veoma velika (za posebno dizajnirane uzorke, granične frekvencije takta leže u opsegu gigaherca).

Možda su još važnije dizajn i tehnološke prednosti CCD-ova, od kojih su glavne tehnološka jasnoća i jednostavnost (mali broj fotolitografskih, termičkih difuzijskih i epitaksijalnih procesa u proizvodnji uređaja) - preduvjet za stvaranje visoko- kvalitetni višeelementni (sa brojem elemenata 104-106) uređaji; visok stepen integracije (više od 105 elemenata na jednom čipu) i velika gustina pakovanja (više od 105 bita/cm2); mali broj eksternih vodova, što je odlučujuće u izgradnji visoko pouzdanih sistema; odsutnost pn spojeva (nekoliko pn spojeva CCD-a obavljaju "pomoćne" funkcije i nameću im se prilično "slabi" zahtjevi), što, posebno, otvara široke mogućnosti za korištenje drugih poluvodičkih materijala zajedno sa silicijumom (npr. galijum arsenid).

Sva ova svojstva otvaraju široku perspektivu za različite primjene CCD-ova.

Za digitalnu tehnologiju, registri pomaka, memorije sa slučajnim pristupom i logička kola su od interesa. Linije kašnjenja analognih signala na CCD-ovima značajno premašuju njihove akustične i magnetne parnjake u pogledu tehničkih karakteristika.

U tehnologiji optoelektronske konverzije slike, CCD-ovi otvaraju fundamentalno nove mogućnosti za stvaranje poluvodičkih pretvarača video signala bez vakuuma. Njihovo inherentno samoskeniranje eliminira glomazne i nepouzdane visokonaponske vakuumske cijevi sa skeniranjem elektronskim snopom. CCD-ovi su jedinstveni analozi CRT-a, koji omogućavaju, istovremeno sa smanjenjem težine, ukupnih dimenzija i potrošnje energije, da se poveća pouzdanost i kvalitet pretvarača video signala. Dodatna prednost fotodetektora baziranih na CCD-u leži u fundamentalnoj mogućnosti korištenja raznih poluvodičkih materijala, koji će omogućiti pokrivanje širokog područja elektromagnetnog spektra (uključujući i IR regiju).

Stvaranje odašiljačkih televizijskih kamera zasnovanih na CCD-ovima u budućnosti će dovesti ne samo do opremanja tehnologije pouzdanim „elektronskim okom“ (napominjemo da je u projektu stvaranja umjetnog vida za ljude usmjerena i na CCD-ove), već i na zaista široku upotrebu televizije u svakodnevnom životu.

Ako se svjetlosni tok koji nosi sliku usmjeri na višeelementni ili matrični CCD, tada će početi fotogeneracija parova elektron-rupa u masi poluvodiča. Ulazeći u područje osiromašenja CCD-a, nosioci se odvajaju i rupe se akumuliraju u potencijalnim bunarima (štaviše, akumulirani naboj je proporcionalan lokalnom osvjetljenju). Nakon nekog vremena (reda nekoliko milisekundi) dovoljnog za percepciju slike, CCD niz će pohraniti obrazac paketa naelektrisanja koji odgovara distribuciji osvjetljenja. Kada su impulsi sata uključeni, paketi punjenja će se premjestiti na izlazni čitač, koji će ih pretvoriti u električne signale. Kao rezultat toga, izlaz će biti niz impulsa različitih amplituda, omotača koji daje video signal.

Izmislili su W. Boyle i G. Smith 1969. godine. 2009. godine kreatori CCD niza dobili su Nobelovu nagradu za fiziku.

CCD(skraćenica od " P uređaj sa h običan od kravata") ili CCD matrica(skraćeno od engleskog. CCD, "Charge-Coupled Device") - specijalizirano analogno integrirano kolo, koje se sastoji od fotodioda osjetljivih na svjetlost, napravljenih na bazi silicijuma, koristeći CCD tehnologiju - uređaji spojeni na punjenje.

Uređaji sa naelektrisanjem započeli su život kao memorijski uređaji u kojima se naelektrisanje moglo staviti samo u ulazni registar uređaja. Međutim, sposobnost memorijskog elementa uređaja da primi naboj zbog fotoelektričnog efekta je napravljena data aplikacija CCD uređaji osnovni.

(CCD) - integrirano kolo, koje je skup MIS struktura , formirana na zajedničkoj poluvodičkoj podlozi tako da trake elektroda formiraju linearnu ili matričnu pravilnu strukturu. Udaljenosti između susjednih elektroda su toliko male da njihov međusobni utjecaj postaje značajan zbog preklapanja područja prostornog naboja u blizini rubova susjednih elektroda (slika 4.7).

Rice. 4.7. Struktura nabojno spregnutog uređaja (fragment): 1 - silicijum kristal; 2 - ulaz - izlaz; h- metalne elektrode; 4 - dielektrik.

U CCD-u se manipulacijom vrši usmjereni prijenos naelektrisanja s elektrode na elektrodu električni naponi na ovim elektrodama. Naboji se u CCD-ove unose električnim (injekcionim) ili fotoelektričnim metodama. Glavna funkcionalna namjena fotoosjetljivih CCD-ova je pretvaranje optičkih slika u niz električnih impulsa (formiranje video signala), kao i pohranjivanje i obrada digitalnih i analognih informacija. Koriste se termini "uređaj za prijenos naboja" (CTD) i "fotoosjetljivi uređaj sa spregnutim punjenjem" (PCPD). CCD-ovi su napravljeni na bazi monokristalnog silicijuma. Da bi se to postiglo, tanak (0,1-0,15 μm) dielektrični film silicijum dioksida stvara se na površini silicijumske pločice termičkom oksidacijom. Ovaj proces se izvodi na način da se osigura savršenstvo sučelja poluvodič - dielektrik i min. koncentracija rekombinacionih centara na granici. Elektrode MIS elementi su izrađeni od aluminijuma, njihova dužina je 3-7 mikrona, razmak između elektroda je 0,2-3 mikrona. Tipičan broj MIS elemenata je 500-2000 u linearnom CCD-u i 10 4 - 10 6 u matričnom CCD-u; površina ploče ~ 1 cm 2. Ispod krajnjih elektroda svakog reda, p-n tranzicije, dizajniran za ulazno-izlazne dijelove punjenja (paketi punjenja) električni. metoda (injekcija str- n-tranzicija). Sa fotoelektricom kada se umetnu paketi za punjenje, CCD je osvijetljen s prednje ili zadnje strane. U frontalnom osvjetljenju, kako bi se izbjegao efekat sjenčanja elektroda, aluminij se obično zamjenjuje filmovima od teških legura. polikristalni silicijum (polisilicijum), providan u vidljivom i bliskom IR oblastima spektra. Princip rada CCD-a na primjeru fragmenta niza FPCD-a upravljanog trociklusnim (trofaznim) krugom ilustrovan je na Sl. 4.8.

Tokom ciklusa I (percepcija, akumulacija i skladištenje video informacija) do elektroda 1, 4, 7 primijenjene tzv. napon skladištenja U xp , gurajući nazad glavni. nosioci - rupe u slučaju p-tipa silicijuma - duboko u poluvodič i formiraju osiromašene slojeve dubine 0,5-2 mikrona - moćno. rupe za elektrone. Osvetljenje FPCD površine stvara višak parova elektron-rupa u zapremini silicijuma, dok se elektroni skupljaju u potencijal. jame su lokalizovane u tankom (0,01 µm) sloju blizu površine ispod elektroda 1, 4, 7, formiranje signalnih paketa punjenja. Količina naelektrisanja u svakom paketu je proporcionalna ekspoziciji površine u blizini date elektrode. U dobro oblikovanim MIS strukturama, naboji koji se formiraju u blizini elektroda mogu postojati relativno dugo, ali postepeno, zbog stvaranja nosilaca naboja od strane centara nečistoća, defekata u masi ili na granici (tamna struja), ovi naboji akumuliraće se u potencijalu. jame dok ne pređu signalne naboje i čak potpuno popune jame.

Tokom II ciklusa (prenos naelektrisanja) na elektrode 2, 5, 8 itd., tzv. očitavanje napona U c, viši od napona skladištenja U xp . Dakle, ispod elektroda 2, 5 I 8 postoje dublji potencijali. bunari nego ispod elektrona 1, 4 I 7, i zbog blizine elektroda 1 i 2, 4 I 5, 7 i 8 barijere između njih nestaju i elektroni teku u susjedne, dublje potencijale. jame.

Tokom ciklusa III, napon na elektrodama 2, 5, 8 pada na U xp i sa elektroda 1, 4, 7 napon očitavanja je uklonjen U od. To. svi paketi punjenja se prenose duž CCD linije udesno za jedan korak jednak udaljenosti između susjednih elektroda.

Za sve vreme rada na elektrodama koje nisu direktno povezane sa potencijalima U xp ili U c održava mali prednapon U cm (1-3 V), što osigurava iscrpljivanje nosilaca naboja po cijeloj površini poluvodiča i slabljenje rekombinacijskih efekata na njemu.

Ponavljanje procesa prebacivanja napona mnogo puta, izlaz kroz ekstrem str-n prenosi sve pakete punjenja u nizu, pobuđene, na primjer, svjetlom u nizu. U tom slučaju se u izlaznom kolu pojavljuju naponski impulsi, proporcionalni količini napunjenosti ovog paketa. Obrazac osvjetljenja se pretvara u reljef površinskog naboja, koji se nakon kretanja duž cijele linije pretvara u niz električnih struja. impulsi. Što je veći broj elemenata u nizu ili matrici (broj elemenata dekompozicije), slika se tačnije percipira Slika 4.9. prikazan je uređaj jednog CCD podpiksela.

Slika 4.9. Shema podpiksela CCD niza s džepom n-tipa (na primjeru crvenog fotodetektora)

1 - fotoni svjetlosti koji prolaze kroz sočivo kamere;
2 - mikrosočivo podpiksela;
3 - R - crveni subpiksel filter, fragment Bayerovog filtera;
4 - prozirna elektroda od polikristalnog silicijuma ili legure indija i kalajnog oksida;
5 - silicijum oksid;
6 - silicijumski kanal n-tipa: zona generisanja nosioca - zona unutrašnjeg fotoelektričnog efekta;
7 - zona potencijalnog bunara (džep n-tipa), gde se sakupljaju elektroni iz zone generisanja nosioca naboja;
8 - p-tip silikonske podloge.

Za percepciju slika u boji koristi se jedna od dvije metode: optičko odvajanje. tok pomoću prizme do crvene, zelene, plave, percepcija svakog od njih posebnim FPCD - kristalom, miješanje impulsa iz sva tri kristala u jedan video signal; stvaranje filmskog isprekidanog ili mozaičnog kodirajućeg svjetlosnog filtera na površini FPCD-a, formirajući raster višebojnih trijada.

Metode osvjetljenja. Za osvjetljavanje stanica koristi se više od dvadeset varijanti rasvjetnih instalacija koje se razlikuju po namjeni i dizajnu. Mogu koristiti različite potporne strukture, tipove rasvjetna tijela i načini postavljanja potonjeg. Prema dizajnu instalacije, može se klasificirati prema tri glavne karakteristike: na samostojećim nosačima, na fleksibilnim prečkama, na krutim prečkama ili portalima.

Rasvjetne instalacije na samostojećim nosačima izvode se u obliku jednostrukih lampi ili reflektora, najčešće raspoređenih u grupama. Svetiljke na stubovima visine 6-7 m uglavnom se koriste za osvjetljavanje sporednih kolosijeka, prolaznih tačaka, malih međustanica, putničkih perona, potisnih kolosijeka, kao i haubi na ranžirnim i okružnim stanicama. Vrlo često se na malim odvojenim točkama koriste nosači za viseće lampe. nadzemnih vodova dalekovode ili konzolne stubove kontaktne mreže. Međutim, takve rasvjetne instalacije ne dozvoljavaju dohvat Visoka kvaliteta osvjetljenosti, budući da je zbog kontinuiranog zasjenjenja prvog međuputa koeficijent sjenčanja γ m od 0,95 do 0,99. No, budući da se vizualni rad na naznačenim zasebnim tačkama i stazama obično izvodi samo sa strane rasvjetne instalacije, ovako visok γ mp se ipak može smatrati prihvatljivim. Istovremeno, na potisnim i izduvnim putevima potrebno je odrediti nagib ovjesa rasvjetnih tijela uzimajući u obzir koeficijent zasjenjenja prostora između automobila γ mp.

Najviše se koristi u instalacijama na samostojećim nosačima visilice SPP, SPPR, SZPR, SZP i konzola SKZR i RKU sa lampama DRL-125 i DRL-250.

Za ugradnju reflektora koriste se standardni jarboli visine 15, 21, 28, 35 i 45 m. Ovaj način rasvjete se praktikuje na referentnim međustanicama, stacionarnim i ranžirnim stanicama neelektrificiranih dionica željeznice. Njegov glavni nedostatak leži u fundamentalnoj nemogućnosti stvaranja dobrog osvjetljenja prema uslovima zasjenjenja između kolosijeka. Iz tog razloga, jarboli visine 15 i 21 m trenutno se ne koriste za rasvjetu staničnih parkova. Prihvatljiv kvalitet osvjetljenja postiže se korištenjem jarbola visine 28 m, kada je γ mp = 0,7-0,72 (vidi sliku 6.13). Još bolji u tom pogledu su jarboli visine 35 m sa izduženom platformom (slika 6.14), koja može smanjiti koeficijent zasjenjenja između kolosijeka na 0,3-0,35.

Na eksploatisanim stanicama, u nedostatku širokih međukolosijeka, mogu se koristiti jarboli visine 45 m. Postavljaju se van kolosečnog razvoja, ali zbog svoje velike visine (više od deset puta u odnosu na visinu vagona) daju nešto smanjenje γ mp.

Sl.6.14. Shema korištenja rasvjetne instalacije

jarboli ≥ 35 m

Na jarbolima su raspoređena mjesta za servisiranje reflektora razne vrste, au oknima jarbola nalaze se ljestve za zgodan i siguran uspon na gradilište.

Ponekad se na stanicama elektrificiranih vodova koriste instalacije reflektorske rasvjete na jarbolima. Da bi se to postiglo, umjesto svakog četvrtog ili petog oslonca fleksibilnih poprečnih greda, postavlja se jarbol visine 28 m (uključujući i portalnu bazu), opremljen uređajima za vješanje fleksibilnih poprečnih šipki kontaktne mreže (slika 6.13 - isprekidana linija). ).

Za ugradnju na jarbole najčešće se koriste reflektori PZS-35, PZS-45, PSM-50-1, PNK-2000-1, PZR-250, PZR-400. Kao izvori svjetlosti koriste se lampe DRI-250, DRI-500, DRI-700, G220-1000, KG220-2000-4.

Najbolji način za osvjetljavanje teritorija kolosječnog uređenja stanica je postavljanje rasvjetnih tijela iznad svakog međukolosijeka. Ovaj cilj je zadovoljen kačenjem rasvjetnih tijela na fleksibilne konstrukcije slične onima koje se koriste za vješanje kontaktne mreže. U ovom slučaju, svjetiljke se mogu postaviti i preko parka kolosijeka (na fleksibilne prečke), i duž osi gusjenica ili između gusjenica (na lančanom ovjesu). U oba slučaja, po pravilu se koriste lampe sa asimetričnom distribucijom svetlosti na visini ugradnje od 6-7 m iznad nivoa tla (slika 6.15).

Rasvjetnim tijelima okačenim na fleksibilne prečke upravljaju se kolica tipa užadi koja se kreću duž prečke. Vješalice za lance se servisiraju sa teleskopskog tornja za automobile ili sa lejtera.

Uprkos dobra kvaliteta rasvjete (γ mp = 0,28-0,3), upotreba fleksibilnih poprečnih šipki sa svjetiljkama je vrlo ograničena zbog neugodnosti njihovog održavanja. Stoga se preporučuju samo za postojeće stanice, gdje u parkovima sa više od 10-12 kolosijeka nema širokih međukolosijeka i ne mogu se primijeniti drugi načini osvjetljenja. Lančani ovjesi se po pravilu koriste za osvjetljavanje putničkih perona na elektrificiranim dionicama željeznice.

Sl.6.15. Šema instalacije rasvjete sa postavljanjem svjetiljki

na fleksibilnim strukturama

Većina efikasan način rasvjeta je ugradnja reflektora na krute poprečne konstrukcije iznad svakog međukolosijeka. Ove strukture uključuju posebne portale visine 28 m, koji se koriste na neelektrificiranim stanicama ili parkovima (slika 6.16).

Rice. 6.16. Šema instalacije rasvjete sa postavljanjem svjetiljki

na portalima visine 28 m

Na elektrificiranim stanicama rasvjetni uređaji se postavljaju na krute prečke visine 12 m (slika 6.17). Kruta poprečna greda služi kao kombinirana potporna konstrukcija za vješanje kontaktne mreže i ugradnju rasvjetnih tijela. Radi lakšeg održavanja potonjeg, gornji dio prečke krute prečke ili portala opremljen je palubom i ogradama, a za lakše podizanje konstrukcija je opremljena stacionarnim stepenicama.

Kruta poprečna greda služi kao kombinirana potporna konstrukcija za vješanje kontaktne mreže i ugradnju rasvjetnih tijela. Radi lakšeg održavanja potonjeg, gornji dio prečke krute prečke ili portala opremljen je palubom i ogradama, a za lakše podizanje konstrukcija je opremljena stacionarnim stepenicama.

Sl.6.17. Postavljanje reflektora na kombinovanu bazu

dizajni

Kvaliteta osvjetljenja prema uvjetima zasjenjenja u rasvjetnim instalacijama smještenim na portalima i krutim prečkama ocjenjuje se koeficijentom zasjenjenja između kolosijeka (γ mp = 0,22-0,26). U ovim instalacijama najčešće se koriste reflektori PZS-35, PZS-45, PSM-50-1, PKN-2000-1 sa žaruljama sa žarnom niti snage od 200 do 1000 W, kao i DRL-400, DRL-700 , DRI-250 lampe , DRI-500, KG220-2000-4.

Izbor načina osvetljenja. Prilikom odabira načina osvjetljenja, prije svega, polaze od tehnoloških karakteristika stanica. To uključuje namjenu kolodvorskog parka ili stanice u cjelini; priroda razvoja kolosijeka, koja je određena prisustvom proširenih (više od 5,3 m) međukolosijeka i njihovim međusobnim rasporedom; mogućnost uvođenja električne vuče. Na osnovu analize tehnoloških karakteristika odabire se tip konstrukcije za postavljanje rasvjetnih tijela, što zauzvrat određuje način osvjetljenja i sve njegove glavne indikatore - svjetlosne i operativne.

Iskustvo projektovanja i rada rasvjetnih instalacija stanica to u svakom pogledu potvrđuje na najbolji mogući način rasvjeta je serija reflektora postavljenih na krute nosače kontaktne mreže (slika 6.15) za elektrificirane stanice i na posebne portale visine 28-30 m za neelektrificirane stanice (slika 6.16). Fleksibilne prečke za viseća rasvjetna tijela (slika 6.15) koriste se vrlo ograničeno. Ovaj način rasvjete se preporučuje za korištenje u slučajevima kada nema širokih međukolosijeka i moguće je servisiranje lampi sa teleskopskog tornja automobila sa međukolosijeka (na tehničkim putničkim stanicama).

Kada se koristi za rasvjetne instalacije jarboli sa reflektorima najbolja opcija Razmatraju se jarboli od 35 metara sa proširenim platformama (slika 6.14). Na jarbolima visine 28 m (sl. 6.13), pored reflektora, postavljene su i lampe ITZh sa halogene lampe sa žarnom niti SZhKs-20 sa ksenonskim lampama DKst-20000. Međutim, potonji imaju niz nedostataka u pogledu rasvjete i ekonomije. ITZh svjetiljke su ekonomičnije i imaju dobre performanse. Dakle, lampa ITZH-2000 da se osigura E norme = 5 luksa mogu se postaviti iznad svake međukolosiječne stanice na visini od 11-12 m sa rastojanjem između susednih lampi od oko 100 m.

UREĐAJ SA PUNJENJEM(CCD) - integralno kolo, što je skup MIS strukture formirana na zajedničkoj poluvodičkoj podlozi tako da trake elektroda formiraju linearnu ili matričnu pravilnu strukturu. Udaljenosti između susjednih elektroda su toliko male da njihov međusobni utjecaj postaje značajan zbog preklapanja prostornih područja u blizini rubova susjednih elektroda (slika 1).

Rice. 1. Struktura nabojno spregnutog uređaja (fragment): 1 - silicijum kristal; 2 - ulaz - izlaz; h- metalne elektrode; 4 - .

Izmislili su W. Boyle i G. Smith 1969. CCD vrši usmjereni prijenos naelektrisanja s elektrode na elektrodu manipulirajući električnom strujom. na ovim elektrodama. Naboji u CCD-u se unose električnim putem. (injekcija) ili fotoelektrični. načine. Main funkcionalne namjene fotoosjetljive. CCD - optička konverzija. slike u nizu električnih. impulsi (formiranje video signala), kao i skladištenje i obrada digitalnih i analognih informacija. Koriste se termini "uređaj za prijenos naboja" (CTD) i "fotoosjetljivi uređaj sa spregnutim punjenjem" (PCCD). CCD-ovi su napravljeni na bazi monokristalnih. silicijum. Da biste to učinili, na površini silikonske pločice termički se vrši. oksidacija stvara tanak (0,1-0,15 mikrona) dielektrik. film od silicijum dioksida. Ovaj proces se izvodi na način da se osigura savršenstvo sučelja - dielektrični i min. koncentracija rekombinacije. centrira na granici. Elektrode MIS elementi su izrađeni od aluminijuma, njihova dužina je 3-7 mikrona, razmak između elektroda je 0,2-3 mikrona. Tipičan broj MIS elemenata je 500-2000 u linearnom i matričnom CCD-u; površina ploče Ispod krajnjih elektroda svakog reda, p - n - tranzicije, dizajniran za ulazno - izlazne porcije punjenja (paketi punjenja) električni. način ( str - n-tranzicija). Sa fotoelektricom kada se umetnu paketi za punjenje, CCD je osvijetljen s prednje ili zadnje strane. U frontalnom osvjetljenju, kako bi se izbjegao efekat sjenčanja elektroda, aluminij se obično zamjenjuje filmovima od teških legura. polikristalni silicijum (polisilicijum), providan u vidljivom i bliskom IR oblastima spektra.

Princip rada CCD-a na primjeru fragmenta niza FPCD-a upravljanog trociklusnim (trofaznim) krugom ilustrovan je na Sl. 2. Tokom ciklusa I (percepcija, akumulacija i pohranjivanje video informacija) do

elektrode 1, 4, 7 primijenjene tzv. napon skladištenja U xp , gurajući nazad glavni. nosioci - rupe u slučaju p-tipa silicijuma - duboko u poluvodič i formiraju osiromašene slojeve dubine 0,5-2 mikrona - moćno. rupe za elektrone. Osvetljenje površine FPCD-a stvara višak parova elektron-rupa u zapremini silicijuma, dok se elektroni skupljaju u potencijal. jame su lokalizovane u tankom (0,01 µm) sloju blizu površine ispod elektroda 1, 4 , 7, formiranje paketa signalnog punjenja.

Količina naelektrisanja u svakom paketu je proporcionalna ekspoziciji površine u blizini date elektrode. U dobro oblikovanim MIS strukturama, naboji koji se formiraju u blizini elektroda mogu se zadržati relativno dugo, međutim, postepeno, zbog stvaranja nosilaca naboja od strane nečistoća, defekta u masi ili na sučelju (tamna struja), ovi naboji će se akumulirati u potencijalu. jame dok ne pređu signalne naboje i čak potpuno popune jame.

Tokom II ciklusa (prenos naelektrisanja) na elektrode 2, 5, 8 itd., tzv. očitati napon veći od napona memorije. Dakle, ispod elektroda 2, 5 I 8 postoje dublji potencijali. bunari nego ispod elektrona 1, 4 I 7 , te zbog blizine elektroda 1 i 2, 4 I 5 , 7 i 8 barijere između njih nestaju i elektroni teku u susjedne, dublje potencijale. jame.

Tokom ciklusa III, napon na elektrodama 2, 5, 8 pada na i od elektroda 1, 4, 7 uklonjeno.

To. svi paketi punjenja se prenose duž CCD linije udesno za jedan korak jednak udaljenosti između susjednih elektroda.

Za sve vreme rada na elektrodama koje nisu direktno povezane sa potencijalima održava se mali prednapon (1-3 V), što obezbeđuje iscrpljivanje nosilaca naboja na celoj površini poluprovodnika i slabljenje rekombinacije na njemu. efekti.

Ponavljanje procesa prebacivanja napona mnogo puta, izlaz kroz ekstrem r- h-prijelaz sukcesivno svi paketi punjenja pobuđeni, na primjer, svjetlom zaredom. U tom slučaju se u izlaznom kolu pojavljuju naponski impulsi, proporcionalni veličini naelektrisanja datog paketa. Obrazac osvjetljenja se pretvara u reljef površinskog naboja, koji se nakon kretanja duž cijele linije pretvara u niz električnih struja. impulsi. Što je veći broj elemenata u nizu ili matrici (broj elemenata dekompozicije), to se slika tačnije percipira. Sa malim brojem transfera, rekombinacije se povećavaju. gubitaka, dolazi do nepotpunog prijenosa paketa naboja s jedne elektrode na susjednu i izobličenje informacija uzrokovano ovim se pojačava. Da bi se izbegla izobličenja akumuliranog video signala usled osvetljenja koje se nastavlja tokom prenosa, na FPCD čipu se kreiraju prostorno odvojeni regioni percepcije – akumulacije i skladištenja – čitanja, au prvom obezbeđuju maks. fotosenzitivnost, a potonji, naprotiv, štite od svjetlosti. U linearnom FCCD (slika 3, a), naelektrisanja su se akumulirala u liniji 1 u jednom ciklusu, prenose se u registar 2 (iz parnih elemenata) i u registar 3 (od neparnih). Dok ovi registri informacije se prenose kroz izlaz 4 u krug za kombinovanje signala 5, u liniji 1 akumulira se novi video okvir. U FPSO sa transferom osoblja (slika 3, b) informacije koje percipira matrica akumulacije 7 brzo se "izbacuju" u matricu za pohranu 2 , iz kojeg se sekvencijalno čita od strane CCD registra 3; istovremeno matrica 1 akumulira novi okvir.

Main CCD parametri: kontrolne amplitude impulsa 5-20 V), upućuje. gubitak naplate po transferu max. frekvencija takta (= 10-100 MHz), max. i min. komplet punjenja (50

D-namich. domet ( D= 20 lg 60–80 dB), gustina tamne struje . i min. izloženost

rezolucija ( r= 10-50 linija/mm). Pored CCD-ova najjednostavnije strukture (slika 1), postale su raširene i druge njihove varijante, posebno uređaji sa polisilicijumskim preklapajućim elektrodama (slika 4, a), u kojima je aktivan fotoefekat obezbeđen na celoj površini poluvodič i mali razmak između elektroda, te uređaji sa asimetrijom površinskih svojstava (na primjer, dielektrični sloj promjenjive debljine - sl. 4, b) radi u dvotaktnom režimu. Struktura CCD-a sa volumetrijskim kanalom (slika 4c) formiranim od nečistoća je bitno drugačija. Akumulacija, skladištenje, prijenos naelektrisanja se dešavaju u masi poluvodiča, gdje je manje rekombinacije nego na površini. centre i veću mobilnost nosioca. Posljedica toga je povećanje vrijednosti za red veličine i smanjenje e u poređenju sa svim tipovima CCD-ova sa površinskim kanalom.

Za percepciju slika u boji koristi se jedna od dvije metode: optičko odvajanje. tok pomoću prizme do crvene, zelene, plave, percepcija svakog od njih posebnim FPCD - kristalom, miješanjem impulsa iz sva tri kristala u jedan video signal; stvaranje filmskog isprekidanog ili mozaičnog kodirajućeg svjetlosnog filtera na površini FPCD-a, formirajući raster višebojnih trijada.

Za percepciju slika u IR oblasti spektra razvijaju se tri pravca: dopiranje silicija primesama (In, Ga, Te, itd.) i upotreba nečistoća; razvoj FPCD-a na poluvodičkim spojevima uskog razmaka (na primjer, na In, Sb za opseg Dl = 3-5 µm); stvaranje hibridnih struktura koje kombinuju fotosenzitivne. cilj, npr. na HgCdTe kristalu i silikonskim CCD registrima koji omogućavaju očitavanje informacija akumuliranih u meti.

Main razlikujemo, karakteristika CCD-a kao mikroelektroničkog proizvoda je mogućnost ulaska u kristal i skladištenja bez izobličenja velikih nizova digitalnih (uključujući višerazinske) ili analognih informacija, korištenje električnih. i optički načini unosa informacija, vršenje usmjerene distribucije (uključujući cirkulaciju) informacija u kristalu i nedestruktivni pristup njima, obavljanje serijskih i paralelnih principa obrade informacija. Od vakuumskih snimača ( vidicons)FPSS, osim toga, odlikuje se krutim geomom. raster koji vam omogućava da fiksirate koordinate elemenata dekompozicije i isključite izobličenje i druga rasterska izobličenja, trajnost, manju potrošnju energije, odsustvo efekta mikrofona i izgaranje pod utjecajem jakog osvjetljenja, neosjetljivost na magnet. i električni polja.

Main upotreba CCD-a je pronađena kao čvrsti analog vidicona bez vakuuma za percepciju i obradu video informacija u televiziji, tehnici. vid, kamkorderi, elektronske kamere. Mnogo manje se CCD-ovi koriste u digitalnoj tehnologiji kao uređaji za skladištenje, registri, aritmetičko-logički. uređaja (vidi Logička kola, memorija uređaja) iu analognoj tehnologiji kao filteri itd.

Lit.: Seken K., Tomset M., Uređaji s prijenosom naboja, trans. sa engleskog, M., 1978; Nosov Yu. R., Shilin V. A., Osnove uređaja s nabojnom spregom, M., 1986; Press F.P., Fotoosjetljiva mikrokola sa spregnutim punjenjem, u: Itogi nauki i tehhniki. Ser. Elektronika, tom 18, M., 1986. Yu R. Nosov.