1.1.8. Многоелементни фотодетектори
В редица случаи е необходимо не само да се отбележи наличието на лъч светлина или неговия интензитет, но и да се фиксира оптично изображение чрез фотоелектричен метод, което има определено разпределение на интензитета на светлината върху равнина. Това може да се постигне чрез създаване на екран, състоящ се от много миниатюрни фотодетектори, които преобразуват светлинните потоци в подходящи електрически сигнали. Така записаната оптична информация се съхранява за известно време, след което се "разчита" по един или друг начин. Електрическите сигнали от различни клетки на екрана могат последователно да се предават на друго място и да се използват за пресъздаване на изображението на обекта (фототелеграфия, телевизия).
В редица системи за запис на оптични сигнали се използват полупроводникови устройства, а при четене на информация се използва електронен лъч, който бързо обикаля миниатюрни фотодетектори. Използването на електронни лъчи обаче означава използването на вакуумни тръби с устройства за управление на лъча с високо напрежение, които не се съчетават добре с полупроводникови вериги с ниско напрежение. Освен това, като пример, се разглежда многоелементен фотодетектор, в който записването, съхранението и четенето на информация се извършват от едни и същи твърдотелни елементи. Като такъв елемент може да се използва структура метал-диелектрик-полупроводник (MIS), чиято схема е показана на фиг. 1.11, а.
Ако към структурата се приложи напрежение U (минус върху метала), тогава част от примесните електрони се отстраняват от полупроводника типn, което води до появата на слой с положителен пространствен заряд с дебелина d. Дебелината на този слой се увеличава с увеличаване на U (виж раздел 1.2.5). Електроните, които се появяват по време на осветяване на структурата на MIS, се отстраняват в по-голямата част от полупроводника идупки се натрупват на границата с диелектрика. Броят на тези дупки (т.е. общият положителен заряд) зависи от интензитета на светлината и продължителността на нейното действие. Натрупаният заряд (т.е. информация, дадена от светлина) може да се съхранява за дълго време, ако топлинното генериране на пара е незначително.
На фиг. 1.11b показва верига от MIS структури, която е част от линия на многоелементен фоточувствителен екран. В случай наIкъм структурата не се прилага външно напрежение и наличието на обеднен от електрони слой с дебелинаd0се свързва с контактната потенциална разликаUK.Случаят наIIсъответства на наличието на външно напрежение и осветяване на структурата през полупрозрачен метален електрод (шлюз). Зарядът на дупките, натрупан по време на осветяване, може да бъде изместен по веригата от структури, ако се приложи по-високо напрежение към съседния елемент (случайIII).В този случай дълбочината на потенциалната яма за дупки е по-голяма и поради дифузия те ще се преместят от втория елемент към третия. В междината между портите2и3има поле за ускоряване на дупки, което също прониква в областта на натрупване на дупки, така че потокът от дупки към елемента3може да бъде доста бърз.
По този начин микроскопичните фоточувствителни елементи са разположени в редица толкова близо (l≈3 μm), че могат да взаимодействат чрез прехвърляне на заряди един към друг. Следователно наименованието на такива устройства еустройства със зарядно(илиобемно) свързване.Тази връзка между MIS структурите се осъществява чрез дебелината на полупроводниците, обща за всички структури.
Устройствата за запис на изображения от разглеждания тип (изработени от MIS елементи) консумират ниска енергия по време на четене, изискват ниски напрежения (10–20 V) с броя на елементите
1 10 5 см-2 може да има добра резолюция (40 линии на 1 mm). Високата чувствителност на екрана се определя от факта, че работи в условия на натрупване на светлинно действие. Тъй като в чувствителните елементи не се използват преходиp-n, а повърхностни бариери, по-лесно е да се избере областта на спектралната чувствителност на устройството чрез избор на материал с подходяща ширина на лентата (ΔE≤hν).
Силициевите устройства със зарядна връзка имат редица предимства пред устройствата за предаване на вакуумна телевизия, имат дълъг експлоатационен живот (1 × 10 4 h) и се използват по-специално за запис на слаби изображения, произведени от оптични телескопи.