Explique como funcionam os seguintes detectores de radiação visível:
dispositivo de carga acoplada
dispositivo de carga acoplada
Passo 1
O enunciado pede para explicar o funcionamento de um dispositivo de carga acoplada (CCD), que é um detector de radiação visível baseado em semicondutores. Para isso, vamos usar conceitos de fotoexcitação em uma junção semicondutora, armazenamento de cargas em poços de potencial e transferência sequencial dessas cargas até um amplificador de saída.
Passo 2
Quando um fóton de luz visível incide sobre o silício dopado de um pixel do CCD, ele é absorvido na região de depleção formando um par elétron-buraco. A quantidade média de elétrons gerados em um intervalo de tempo
é
onde
é a eficiência quântica,
é a potência óptica incidente por pixel,
é a constante de Planck e
é a frequência do fóton. Esses elétrons ficam “aprisionados” num poço de potencial criado por uma estrutura MOS trifásica sob o eletrodo metálico de cada pixel.
Passo 3
Após o período de integração (exposição), aplica-se um conjunto de pulsos de clock às três fases de cada linha de pixels. Isso desloca sequencialmente o pacote de carga de cada pixel para o pixel vizinho, atuando como um registrador de deslocamento (shift register). Assim, todas as cargas de uma coluna “andam” passo a passo até chegarem ao amplificador de saída, linha a linha.
Passo 4
No amplificador de saída, cada pacote de carga
é convertido em uma variação de tensão
, onde
é a capacitância de saída. Essa tensão é então condicionada (amplificada e filtrada) e digitalizada por um conversor A/D, produzindo o valor numérico correspondente à intensidade luminosa original.
Resposta
O CCD funciona convertendo fótons em elétrons em poços de potencial de cada pixel, transferindo essas cargas de forma seriada por clock até um amplificador de saída, onde são convertidas em tensão e depois em valores digitais que representem a imagem capturada.