РЭОП – первичный преобразователь, ТК – вторичный преобразователь. В качестве ТК используют фотоэлектрические приборы (ФЭП) с внутренним фотоэффектом (видикон, плюмбикон), матричные преобразователи на базе приборов переноса заряда (ППЗ)(кремникон), усилители света (УС) и др.

В настоящее время наибольшее распространение получили ФЭП с внутренним фотоэффектом – видикон и его модификации – плюмбикон (видикон с окисло-свинцовой мишенью (ОСН)).

Видикон ( от лат. video – вижу и греч. eikon – изображение) передающая телевизионная камера с фотопроводящей мишенью на основе трехсернистой сурьмы, имеющей значительный темновой ток, гамма-контраст 0,7. Под действием света от объекта передачи на мишени образуется распределение зарядов (потенциальный рельеф), соответствующее изображению объекта. Считывание заряда с мишени осуществляется электронным пучком, управляемым магн. и электростатич. полями. Обладает малым быстродействием. Последнее свойство полезно при получении изображений неподвижных органов но неприемлимо при кардиологических исследованиях. Применяется в установках промышленного телевидения.

Плюмбикон (от лат. plumbum – свинец и греч. eikon – изображение) передающая телевизионная камера мишень которой представляет собой слой оксида свинца, нанесенный на прозрачную пленку диоксида олова. Используется главным образом в системах цветного телевидения. ОСМ – фотопроводник в виде полупроводникового p-n

перехода с весьма малым темновым током, поэтому гамма контраста близка к <1, а инерционность незначительна, так что плюмбиконы пригодны для визуализации движущихся органов.

Описание полупроводниковой мишени. Со стороны сигнальной пластины формируется прослойка полупроводника с проводимостью n-типа, далее следует слой чистой окиси свинца толщиной 12-20 мкм (окислосвинцовая мишень, ОСМ, обладающая светочувствительностью), затем слой полупроводника с проводимостью p-типа. Основное поглощение света происходит в слое окиси свинца, представляющем собой упорядоченную игольчатую структуру кристаллов размером 0,1´3´0,05 мкм, которые расположены перпендикулярно поверхности планшайбы.

Формирование потенциального рельефа происходит на поверхности слоя полупроводника с проводимостью p-типа, обращенного к остальной части телекамеры, предназначенной для формирования и отклонения коммутирующего электронного пучка. Выходной сигнал снимается с нагрузочного резистора Rh, включенного в цепь сигнальной пластины. Размер изображения на мишени 9,5´12,7 мм² при диаметре колбы 26,7 мм. При освещенности мишени 1 лк величина тока сигнала составляет около 0,05 мкА. Разрешающая способность 600 линий/мм.

Кремникон относится к фотоэлектронным приборам с полупроводниковой светочувствительной мишенью. Отличие его состоит в способе формирования потенциального рельефа. Мишень кремникона является дискретной – она представляет собой матрицу фотодиодов, изготовленных методом планарной технологии (фотолитографии). Матрица фотодиодов сформирована на стороне диска, обращенной к электронному лучу. В качестве мишени кремникона используется легированный полупроводник. Основой мишени является диск из монокристалла кремния с проводимостью n-типа, диаметр диска около 20 мкм, тольщина 150 мкм. На одной из поверхностей диска выращивается оксидная пленка SiO толщиной 15-20 мкм. В пленке методом фотолитографии создается матрица отверстий около 8 мкм, а путем диффузии вещества, имеющего p-проводимость, сформированная матрица преобразуется в мозаику дискретных p-n-переходов.

Матричные фотоэлектрические преобразователи.

Полным аналогом телевизионной передающей трубки являются матричные фотоэлектрические преобразователи

В конце 60-х годов нашего столетия появились твердотельные фотоэлектрические приборы (ФЭП) – приборы с переносом заряда (ППЗ). Они нашли широкое применение в электронике как устройства памяти, обработки цифровой и аналоговой информации, в качестве преобразователей изображений, в частности в эндоскопии.

Основой любого преобразователя на базе ППЗ является конденсатор со структурой металл-окисел-полупроводник (МОП-конденсатор), который является элементом, способным хранить информационные пакеты зарядов, сформированные под воздействием света или путем инжекции через p-n-переход. Цепочки из МОП-конденсаторов, связанных особым образом друг с другом, обладает способностью передавать зарядовые пакеты под воздействием управляющих напряжений от одного элемента структуры к другому до выхода, где зарядовые пакеты преобразуются в потенциал или ток.

Непосредственными предшественниками преобразователей на ППЗ-структурах явились матричные фотодиодные преобразователи с координатной выборкой сигналов изображения. В таких приборах считывание сигналов с отдельных элементов матрицы производится с помощью сдвиговых регистров.

Предельные характеристики ФЭП с координатной выборкой ограничиваются большой емкостью выводов сигналов изображения и неравномерностью чувствительности отдельных элементов матрицы. Удовлетворительные результаты удалось получить при 1024 элементах на линейных и при 100´100 элементов матричных ФЭП.

В ФЭП на ППЗ-структурах вывод сигналов изображения осуществляется, как правило, через один выход. Как и фотодиодные преобразователи ФЭП на ППЗ-структурах делятся на линейные и двумерные (матрицы). Линейные ФЭП содержат один ряд светочувствительных элементов, т.е. передают одну строку изображения. Для передачи двумерной картины линейный ФЭП перемещают относительно передаваемой сцены (сканируют объект). Матричные преобразователи являются полным аналогом передающей телевизионной трубки.

Активной ячейкой, осуществляющей преобразование светового потока в электрический заряд является МОП-конденсатор.

На рисунке показана такая ячейка, включающая в качестве основы подложку 1 из p-кремния. Путем термического окисления на ее поверхности формируется слой окисла 2, на который наносится металлический электрод 3. Если на электрод подать положительное напряжение V относительно подложки 1, то под действием электрического поля под электродом 3 будет образована

зона обеднения для основных носителей (указана пунктиром) – в рассматриваемом случае для дырок.

В образовавшейся потенциальной яме происходит накопление неосновных носителей заряда (в рассматриваемом случае – электронов). Эти заряды могут образовываться за счет фото- или термоэлектронной эмиссии. Распространение области потенциальной ямы вдоль границы раздела полупроводник-окисел ограничивается формированием областей полупроводника p-типа со степенью легирования на несколько порядков выше так называемых областей стоп-диффузии 4. В областях стоп-диффузии поверхностный потенциал на границе раздела окисел-кремний близок к нулю. Причем величина заряда, накопленного за дозированное время, оказывается пропорциональной освещенности.

Рассмотрим механизм считывания накопленных зарядов. Рассматриваемая строчка (рис.37) представляет собой трехфазную структуру, электроды которой соединены между собой через два. Потенциалы электродов изменяются с циклической последовательностью. Зарядовый пакет, который за время накопления формируется под электродом Э , после подачи на соседний электрод положительного потенциала будет перемещаться под электрод Э . Если потенциал Э будет уменьшен до исходного значения, то зарядовый пакет полностью переместится под электрод Э (рис 37). Аналогично зарядовый пакет может быть смещен под электрод Э и т.д. Во время переноса зарядовых пакетов вдоль структуры освещение прерывается. Элементу изображения соответствует ячейка из трех МОП-конденсаторов.