Charge Coupled Device (CCD)

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Descrizione fisica di un elemento CCD
Il CCD è una targhetta di Silicio organizzata in modo da formare una matrice di elementi fotosensibili in cui accumulare cariche (prodotte dalla radiazione incidente) e leggerne il contenuto successivamente.
La struttura di un elemento base di un CCD può essere schematizzata come si vede nella figura. Si tratta di un elemento detto M.O.S. (Metallo, Ossido, Silicio). Applicando un potenziale all’elettrodo, questa particolare struttura consente di creare una regione dove accumulare cariche generate per effetto fotoelettrico.

Funzioni principali di un CCD
Schematizzando, si possono individuare quattro momenti fondamentali:

1. la generazione delle cariche per effetto fotoelettrico;
2. la raccolta delle cariche, tramite la creazione di una buca di potenziale;
3. il trasferimento delle cariche, variando i potenziali degli elettrodi in modo opportuno;
4. l’estrazione della carica mediante il circuito di uscita.

Struttura tipica di un CCD a 3 fasi
Questa figura mostra lo schema di un CCD a tre fasi. In tal caso il pixel è realizzato con 3 elementi MOS. Lungo le colonne verticali la separazione è ottenuta con i canali di stop (linee tratteggiate).

In tale schema si possono individuare 4 zone fondamentali:

1. L’area d’immagine, sensibile alla radiazione e nella quale si accumulano le cariche.
2. L’area di memoria o immagazzinamento, che viene coperta in modo da nonessere sensibile alla radiazione, nella quale vengono spostate le cariche generate nell’area d’immagine per consentirne una lettura esente da contaminazione di ulteriore radiazione (in pratica viene eliminato l’uso dell’otturatore).
3. Il registro di lettura, dove una intera riga di pixel viene trasferita, e dove inizia il trasferimento di ciascun pixel verso il circuito di uscita. Anche in tale registro il pixel viene realizzato con 3 elementi MOS.
4. Il circuito di uscita descritto precedentemente che consente l’estrazione della carica.

Lezioni sui rivelatori sono disponibili in formato PDF

Caratteristiche di alcuni CCD