今天是：2023年08月28日
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EMCCD技術(shù)介紹
2000年E2V與Andor公司聯(lián)合推出世界上第一款EMCCD相機(jī)。相對(duì)于普通CCD相機(jī)，其最大的特點(diǎn)在于芯片上增加了一個(gè)片上電子增益寄存器。在高電場(chǎng)環(huán)境下電子經(jīng)過(guò)上千次撞擊，使電荷倍增千倍，極大地提高了芯片信噪比。由于其出色的性能參數(shù)，她一經(jīng)問(wèn)世就成為科學(xué)成像領(lǐng)域的寵兒。
EMCCD芯片結(jié)構(gòu)圖 雖然目前全世界有數(shù)十家相機(jī)廠商能夠提供EMCCD相機(jī)，例如：PI,ANDOR,QIMAGING,PHOTOMETRICS,HAMAMASTU,PHOTONIC,PCO,APOGEE,HITACHI KOKUSAI等品牌，但是EMCCD芯片核心技術(shù)卻一直牢牢地掌握在E2V與TI兩家公司手中，兩家公司的產(chǎn)品特性各有千秋，E2V在噪聲控制做到精益求精，而TI在處理速度上卻更勝一籌。
盡管EMCCD相機(jī)性能卓越，但為了更好地體現(xiàn)其在科學(xué)成像領(lǐng)域的價(jià)值，制冷技術(shù)及背照減薄技術(shù)也相繼被引入到EMCCD相機(jī)中，制冷的目的就是為了降低相機(jī)的工作溫度，從而降低相機(jī)的噪聲，提高信噪比，這對(duì)于需要在暗環(huán)境下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間曝光采集具有極其重要的意義。而背照減薄技術(shù)是通過(guò)化學(xué)工藝，將整個(gè)硅片減薄到15um左右，從而保證整個(gè)深度具有高電場(chǎng)。同時(shí)將光線從CCD背面照入，使電極對(duì)光子沒(méi)有阻擋作用，這樣極大地提高量子效率，比普通前照式CCD相機(jī)則相對(duì)提高了靈敏度。
鑒于EMCCD相機(jī)的功能特性以及運(yùn)用的領(lǐng)域，人們很容易將其與ICCD相機(jī)做一個(gè)比較。在老化問(wèn)題上，ICCD相機(jī)在強(qiáng)光環(huán)境下曝光極容易老化，甚至損壞，而EMCCD則免疫。在運(yùn)行可靠性上，EMCCD芯片是由惰性氣體保護(hù)封裝的，大大提高了芯片的可靠性，而ICCD的感光部分則是裸露在光纖錐子下。盡管EMCCD在上述方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，但是ICCD相機(jī)具有不可替代的超高速優(yōu)勢(shì)，在超高速曝光可以達(dá)到ns級(jí)，而EMCCD則望塵莫及。所以盡管EMCCD相機(jī)在慢慢蠶食以前ICCD的市場(chǎng)份額，但是在超高速曝光方面，ICCD的地位還是沒(méi)有辦法撼動(dòng)。
此外，EMCCD相機(jī)的性能如此出色，是不是就可以取代普通的CCD相機(jī)呢？答案是否定的，首先價(jià)格就是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，其次EMCCD并不是適合在所有的光環(huán)境下成像。從上圖中，我們可以清晰地看到，只有在1～100個(gè)光子環(huán)境下，EMCCD才具有最好的信噪比，而當(dāng)隨著光子數(shù)不斷增加，普通CCD相機(jī)卻具有最好的信噪比。所以從另外一個(gè)側(cè)面再一次說(shuō)明了EMCCD在低照度的科學(xué)成像領(lǐng)域的巨大優(yōu)勢(shì)。
