Чувствительность матриц ПЗС с электронным умножением

Abstract

Исследованы чувствительность и основные электрические характеристики разработанных матриц приборов с зарядовой связью и электронным умножением с прямой засветкой формата 576×288 и 640×512 при комнатной температуре и низкой освещенности. Характеристики, полученные при освещенности 5•10⁻⁴ люкс (свечение звездного неба при легкой облачности) и 10⁻² люкс (свечение звездного неба и четверти Луны), соответствуют параметрам электронно-оптических преобразователей поколения 2⁺, что предполагает возможность использования таких матриц в приборах ночного видения.

Досліджено чутливість і основні електричні характеристики розроблених матриць приладів із зарядовим зв'язком і електронним множенням з прямим засвіченням при кімнатній температурі і низькій освітленості. Фотоматриці формату 576×288 і 640×512 були спроектовані з використанням архітектури покадрового перенесення (frame transfer) по 1,5-мкм проектним нормам з розмірами фоточутливих елементів 20×30 і 16×16 мкм відповідно і виготовлені по n-канальній технології з «прихованим» каналом, чотирма рівнями полікремнієвих електродів і двома рівнями металізації. Для аналізу можливостей застосування розроблених матриць ПЗЗ-ЕМ в системах спостереження в умовах малої освітленості проводилася експериментальна оцінка чутливості матриць. Вона ґрунтувалась на порівнянні показань люксметрів та критерії Джонсона з використанням стандартної тестової таблиці 1951 USAF resolution target test chart для мінімального розміру пар ліній, що розрізняються спостерігачем (одна пара складається з темної і світлої лінії). Характеристики, отримані при освітленості 5∙10⁻⁴ люкс (світіння зоряного неба при легкій хмарності) і 10⁻² люкс (світіння зоряного неба і чверті Місяця), відповідають параметрам електронно-оптичних перетворювачів покоління 2⁺, що передбачає можливість використання таких матриць в приладах нічного бачення. При Еv≈5∙10⁻⁴ люкс камера, реалізована з застосуванням розроблених матриць ПЗЗ-ЕМ, дозволить виявити людську фігуру на відстані близько 200 м. При освітленості 10⁻² люкс на цій відстані людська фігура може бути ідентифікована.

The sensitivity and basic electrical characteristics of the developed direct illumination matrices with chargecoupled devices and electronic multiplication were investigated at room temperatures and low illumination. Photomatrices of 576×288 and 640×512 format were designed using frame transfer architecture and 1.5-μm design rules with photosensitive cell sizes of 20×30 and 16×16 μm, respectively, and manufactured using n-channel technology with buried channel, four levels of polysilicon electrodes and two levels of metallization. To analyze the possibilities of the developed EMCCD matrices used in monitoring systems at low-light conditions, an experimental assessment of the matrices sensitivity was carried out. The assessment was based on a comparison of the luxmeter readings and Johnson's criteria using the standard 1951 USAF resolution target test table for the minimum size of line pairs distinguished by the observer (one pair consists of a dark and a light lines). The characteristics obtained with illumination of 5∙10⁻⁴ lux (glow of the starry sky with light clouds) and 10⁻² lux (glow of the starry sky and the quarter of the Moon) corresponds to the parameters of generation 2⁺ electron-optical converters, which implies the possibility to use such matrices in night vision devices. At Еv ≈ 5∙10⁻⁴ lux, the camera with the developed EMCCD matrices will detect a human figure at the distance of about 200 m. With illumination of 10⁻² lux at this distance a human figure can be identified.