CIDCCD及SCD检测器的比较CID与CCD都是属于电荷转移检测器.doc

CID、CCD及SCD检测器的比较 ? ? CID与CCD都是属于电荷转移检测器(Charge Transfer Decices,CTD),均为Solid-state Integrating Multi-channel Photon-detectors, 与光电倍增管不同的是, 光电倍增管读出的是电流信号, 而CTD则是一定强度的光照射到某个检测单元(Detector Element)上后, 产生一定量的电荷, 并且储存在检测单元内, 然后采用电荷转移的方式将其读出, 一种读出方法是将电荷在检测单元内部移动, 检测在移动过程中的电压变化(Moving charges within a detector element and sensing voltagechanges induced by the movement), 即内部电荷转移(Intra-cellcharge transfer), 另一种方法是将电荷在检测单元之间逐渐转移, 移到一个具有电荷感应放大器的检测单元上进行读出(Moving charges from the detector element where it had accumulatedto a charge-sensing amplifier), 即相互电荷转移(Inter-cellcharge transfer), 两种读出方法得出两种不同的检测器, 即CID(采用Intra-cell transfer)和CCD(采用Inter-cell transfer).一. CID 检测器(The ChargeInjection Device) ? ??图1: (a).一个单独的CID检测单元 (b). 4个CID检测单元的示意图 ? ?一个单独的CID检测单元包括两个导电性的电极和引线, 做在一个很薄的硅氧化物或氮化物绝缘层上, 即横向电极(row electrode)和纵向电极(column electrode),在横向电极(row electrode)上有一个读数放大器，两个电极之间加以偏压, 开始积分时, 首先在row上加以很小的正电压(Vintegrate), 而在column上加以很小的负电压(Vintegrate), 光照在检测器表面上时, 产生的正电荷向column电极上聚集, 当第一次读数时,将row上的负电压去掉, 同时将column上的电压转为小的正电压（Vtransfer）,电荷从column上转移到row上（图2中B到C），即可读出在row上聚集的电荷所产生的电压，此为第一次读数。又经过一段积分后, 将column上加以负电压(Vintegrate),row上加以正电压(Vintegrate),此时电荷从row电极下转移到column电极下, 此时又可读出row电极上的电压变化, 即第二次读数（图2中C到A）, 然后再在row上加以负电压,column上加以正电压, 使电荷再转移回到row电极下, 并重复第一次读数的过程, 当全部积分结束, 进行最后一次读数时, 在两个电极上同时加以正电压, 使电荷注入CID基体, 此时都出row电极上电压的变化即为最后一次读数的结果, 此过程如图2所示. ??图2: CID读数过程 ? ?? ?1. 有效提高信噪比(Signal Noise Ratio, SNR) 将多次读数的结果进行平均, 可以有效的降低读出噪音, 却不减小信号, 因而可有效提高信噪比, N次读数的读出噪音为单次读数的1/√Ｎ. ? ?? ? ? ?? ?Averagingthe results of a number of NDROs introduces no photon noise . As a result, thisprocedure can be employed for improving the SNR of a photo-flux measurement. Bycomputer summation of a number of nondestructive reads of the chargeinformation in a detector element, the read noise, or the noise introduced bythe detector and associated electronics, can be reduced. This is similar to,but not be same as, conventional signal averaging. If the noise is a white orrandom noise source, then the noise is reduc