科学级相机名词解释之暗电流噪声

暗电流噪声

  CCD 成像器件在既无光注入又无电注入情况下的输出信号称暗信号, 即暗电流。暗电流的根本起因在于半导体的热激发。

  暗电流有3 个来源:

  其一, 耗尽区里产生复合中心的热激发;

  其二, 耗尽区边缘的少数载流子(电子) 热扩散;

  其三, 界面上的产生中心的热激发。其中, 第一项的贡献是主要的 。

  由于暗电流信号的几个主要成分都与温度有关,所以抑制暗电流噪声最有效的措施便是对器件进行致冷 。暗电流受温度的强烈影响, 与光积分时间成正比,随着温度的升高或降低,暗电流数值将按指数增加或减小,温度每降低7 ℃暗电流下降1 倍,当温度降低到- 30～ - 50 ℃时,暗电流就小到无足轻重的程度。暗电流等效电荷数与CCD 工作温度的对应关系见图2 ,图中实线为CCD 的理论计算值,虚线为实际测试值。热电制冷很容易作到0～ - 50 ℃,它可以使暗电流大大减小,随之而来,将使暗电流噪声得到很好的抑制。致冷方法是降低CCD 器件热噪声的主要手段, 在科学级CCD 相机中都采用了致冷技术。

  引起暗电流噪声的另外一个重要原因是CCD 硅体内的复合产生中心不均匀性引起的。其暗电流噪声的具体数值与衬底材料质量和工艺过程有密切关系。只要在CCD 芯片生产制造中采用吸杂工艺以增加硅体内的复合中心的均匀性,相应的暗电流噪声逐渐减小 。

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