Детектирование сигналов с высокой разрешающей способностью и высокой чувствительностью

Изобретение относится к области электрорадиотехники, более конкретно к детектированию входного сигнала путем распределения входного сигнала на независимые компоненты сигнала, которые усиливают независимо. Детектирование входного сигнала содержит генерирование из входного сигнала множества пространственно разделенных элементарных зарядов, каждый из которых имеет соответствующее известное количество элементарных зарядов, причем количество пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, в этом множестве представляет собой известную монотонную функцию амплитуды указанного входного сигнала; и независимое усиление каждого из множества пакетов заряда сигнала, причем каждый пакет заряда сигнала имеет второе количество элементарных зарядов, которое кратно соответствующему известному количеству и коэффициенту усиления. 3 н. и 91 з.п. ф-лы, 26 ил.

 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

1. Способ детектирования входного сигнала, содержащий генерирование из указанного входного сигнала множества пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, каждый из которых имеет соответствующее известное количество элементарных зарядов, причем количество пространственно раздельных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, в указанном множестве представляет собой известную монотонную функцию амплитуды указанного входного сигнала; независимое усиление каждого из указанного множества пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, для получения соответствующего множества пакетов заряда сигнала, причем каждый пакет заряда сигнала имеет вторичное количество элементарных зарядов, которое кратно соответствующему известному количеству и коэффициенту усиления.

2. Способ по п.1, в котором количество пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, в указанном множестве пропорционально амплитуде указанного входного сигнала.

3. Способ по п.1, в котором каждый из указанного множества пакетов зарядов сигнала имеет достаточное вторичное количество элементарных зарядов для обеспечения возможности их детектирования.

4. Способ по п.1, в котором независимое усиление указанного множества пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, в каждом из указанного множества пакетов зарядов сигнала обеспечивает, по существу, одинаковое указанное вторичное количество элементарных зарядов.

5. Способ по п.1, в котором каждый из указанного множества пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, имеет, по существу, одинаковое первичное количество элементарных зарядов, причем каждое соответствующее известное количество, по существу, равно указанному первичному количеству.

6. Способ по п.5, в котором одинаковое первичное количество элементарных зарядов, содержащихся в каждом пространственно разделенном компоненте, состоящем из элементарных зарядов, равно единице в пределах статистически значимой метрики.

7. Способ по п.1, в котором указанный входной сигнал представляет собой оптический сигнал и указанные пространственно разделенные компоненты, состоящие из элементарных зарядов, получают путем разделения указанного оптического сигнала на множество пакетов фотонного сигнала.

8. Способ по п.7, в котором каждый пакет фотонного сигнала содержит один фотон в пределах статистически значимой метрики.

9. Способ по п.7, в котором каждый из указанного множества пакетов фотонного сигнала имеет, по существу, равное количество фотонов и преобразуется в соответствующий один из указанных пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов.

10. Способ по п.9, в котором каждый пакет фотонного сигнала имеет один фотон в пределах статистически значимой метрики, причем каждый фотон преобразуется в один элементарный заряд так, что каждый указанный пространственно разделенный компонент, состоящий из элементарных зарядов, имеет, приблизительно, один элементарный заряд.

11. Способ по п.7, в котором указанное множество пакетов фотонного сигнала преобразуется в соответствующее множество фотозарядовых сигналов, которые распределяются на указанные пространственно разделенные компоненты, состоящие из элементарных зарядов.

12. Способ по п.11, в котором каждый из указанного множества пакетов фотонного сигнала имеет, по существу, равное количество фотонов.

13. Способ по п.11, в котором каждый пакет фотонного сигнала имеет один фотон в пределах статистически значимой метрики, причем каждый фотон преобразуется во множество элементарных зарядов так, что каждый из указанных фотозарядовых сигналов содержит множество элементарных зарядов и каждый из указанных фотозарядовых сигналов разделяется так, что каждый из указанных пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, имеет, приблизительно, один элементарный заряд.

14. Способ по п.1, в котором указанный входной сигнал представляет собой оптический сигнал и указанные пространственно разделенные компоненты, состоящие из элементарных зарядов, получают в результате преобразования указанного оптического сигнала для получения электрического сигнала, и разделение указанного электрического сигнала на каждый из указанных пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов.

15. Способ по п.1, в котором указанный входной сигнал представляет собой электрический сигнал и указанные пространственно разделенные компоненты, состоящие из элементарных зарядов, получают в результате разделения указанного электрического сигнала в каждый из указанных пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов.

16. Способ по п.15, в котором каждый пространственно разделенный компонент, состоящий из элементарных зарядов, имеет один элементарный заряд, в пределах статистически значимой метрики.

17. Способ по п.15, в котором указанный электрический сигнал поступает как выходной сигнал датчика или преобразователя.

18. Способ по п.15, в котором указанный электрический сигнал представляет собой выходной сигнал датчика частиц или рентгеновского излучения.

19. Способ по п.1, дополнительно содержащий генерирование выходного сигнала, представляющего сумму всех из указанного множества пакетов зарядов сигнала.

20. Способ по п.19, в котором указанный выходной сигнал получают в результате емкостного связывания каждого из указанного множества пакетов зарядов сигнала с общим электродом.

21. Способ по п.1, дополнительно содержащий индивидуальное считывание каждого из указанного множества пакетов зарядов сигнала.

22. Способ по п.1, в котором каждый из указанного множества пакетов заряда сигнала содержит механизм накопления дозированного заряда, в результате применения которого в каждом из указанного множества пакетов заряда сигнала содержится заданное количество заряда.

23. Способ по п.22, в котором указанный механизм накопления дозированного заряда содержит окончание независимого усиления до накопления указанного заданного количества заряда.

24. Способ по п.22, в котором указанный механизм накопления дозированного заряда содержит удаление любого избыточного заряда, который превышает заданное количество заряда.

25. Способ по п.22, в котором независимое усиление каждого из указанного множества пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, обеспечивается с помощью лавинного умножения.

26. Способ по п.22, дополнительно содержащий удаление каждого из указанного множества пакетов зарядов сигнала после накопления заданного количества заряда.

27. Способ по п.1, в котором независимое усиление каждого из указанного множества пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, обеспечивается с помощью многокаскадного лавинного умножения.

28. Устройство, обеспечивающее детектирование входного сигнала, содержащее средство для генерирования из указанного входного сигнала множества пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, каждый из которых имеет соответствующее известное количество элементарных зарядов, причем количество пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, в указанном множестве представляет собой известную монотонную функцию амплитуды указанного входного сигнала; средство для независимого усиления каждого из указанного множества пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, для получения соответствующего множества пакетов зарядов сигнала, причем каждый пакет зарядов сигнала имеет второе количество элементарных зарядов, которое кратно соответствующему известному количеству и коэффициенту усиления.

29. Устройство по п.28, в котором количество пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, в указанном множестве пропорционально амплитуде указанного входного сигнала.

30. Устройство по п.28, в котором каждый из указанного множества пакетов зарядов имеет достаточное второе количество элементарных зарядов для обеспечения возможности их детектирования.

31. Устройство по п.28, в котором независимое усиление указанного множества пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, в каждом из указанного множества пакетов зарядов сигнала обеспечивает, по существу, одинаковое указанное вторичное количество элементарных зарядов.

32. Устройство по п.28, в котором указанное средство генерирования включает разделитель с зарядовой связью.

33. Устройство по п.28, в котором указанное средство генерирования включает оптоволоконную пластину.

34. Устройство по п.28, в котором указанное средство усиления включает устройство лавинного умножения.

35. Устройство по п.34, в котором указанное устройство лавинного умножения включает многокаскадное лавинное умножение.

36. Устройство по п.28, в котором указанное средство усиления представлено как полупроводниковое устройство.

37. Устройство по п.28, дополнительно содержащее средство для накопления каждого из указанного множества пакетов зарядов сигнала.

38. Устройство по п.37, дополнительно содержащее средство для накопления дозированного заряда, благодаря которому каждый из указанного множества пакетов зарядов сигнала имеет заданное количество заряда.

39. Устройство по п.38, дополнительно содержащее средство для устранения указанного множества пакетов зарядов после накопления заданного количества заряда.

40. Устройство по п.39, дополнительно содержащее средство для считывания указанного множества пакетов зарядов сигнала.

41. Устройство по п.28, в котором каждый из указанного множества пространственно разделенных компонентов, состоящих из элементарных зарядов, имеет, по существу, одинаковое первичное количество элементарных зарядов, причем каждое соответствующее известное количество, таким образом, по существу, равно указанному первичному количеству.

42. Устройство, предназначенное для детектирования входного сигнала, содержащее распределитель, который генерирует из указанного входного сигнала множество отдельных компонентов сигнала, причем каждый компонент сигнала имеет соответствующее известное количество фундаментальных частиц различных видов, независимо от амплитуды входного сигнала, причем количество отдельных компонентов сигнала из указанного множества представляет собой известную монотонную функцию амплитуды указанного входного сигнала; многоканальный усилитель заряда, имеющий множество независимых усилительных каналов, которые соединены с указанным распределителем так, что множество отдельных компонентов сигнала обеспечивает стимулирование соответствующего множества независимых усилительных каналов с помощью соответствующего множества компонентов, состоящих из элементарных зарядов, причем каждый из стимулированных независимых усилительных каналов независимо усиливает каждый из указанного множества компонентов, состоящих из элементарных зарядов, для получения соответствующего множества пакетов заряда сигнала, причем каждый пакет заряда сигнала имеет вторичное количество элементарных зарядов, которое кратно соответствующему известному количеству и коэффициенту усиления.

43. Устройство по п.42, в котором указанный входной сигнал представляет собой оптический сигнал и указанная фундаментальная единица представляет собой фотон, при этом каждая из множества разделенных составляющих сигнала состоит, по меньшей мере, из одного фотона, причем устройство дополнительно содержит фотоэлектрический преобразователь, который генерирует соответствующее множество элементарных составляющих заряда из множества составляющих сигнала.

44. Устройство по п.43, в котором указанный распределитель включает волоконно-оптическую пластину и указанный фотоэлектрический преобразователь содержит полупроводниковый слой.

45. Устройство по п.43, в котором каждая составляющая сигнала содержит один фотон в пределах статистически значимой метрики.

46. Устройство по п.42, в котором указанный входной сигнал представляет собой оптический сигнал и указанная фундаментальная единица представляет собой единицу заряда.

47. Устройство по п.46, в котором указанные элементарные составляющие заряда, которые стимулируют независимые усилительные каналы, представляют собой указанные разделенные составляющие сигнала.

48. Устройство по п.46, в котором указанные элементарные составляющие заряда, которые стимулируют независимые усилительные каналы, обеспечиваются указанными разделенными составляющими сигнала и в котором указанный распределитель разделяет указанный входной оптический сигнал на множество пакетов фотонных сигналов, преобразует множество пакетов фотонных сигналов в соответствующее множество фотозарядовых сигналов и распределяет соответствующее множество фотозарядовых сигналов для получения указанных элементарных составляющих заряда.

49. Устройство по п.46, в котором указанный входной сигнал представляет собой оптический сигнал, и указанная фундаментальная единица представляет собой единицу заряда, в котором указанные элементарные составляющие заряда, которые стимулируют независимые усилительные каналы, обеспечиваются указанными разделенными составляющими сигнала, в котором указанный распределитель преобразует указанный оптический сигнал в электрический сигнал и распределяют электрический сигнал для получения указанных элементарных составляющих заряда.

50. Устройство по п.46, в котором указанный распределитель включает оптический расщепитель и расщепитель с зарядовой связью.

51. Устройство по п.42, в котором указанный входной сигнал представляет собой электрический сигнал и указанная фундаментальная единица представляет собой единицу заряда, в котором указанный распределитель распределяет указанный электрический сигнал для получения указанных элементарных составляющих заряда.

52. Устройство по п.42, в котором количество фундаментальных единиц, содержащихся в каждой разделенной составляющей сигнала, равно единице в пределах статистически значимой метрики.

53. Устройство по п.42, в котором в указанном многоканальном усилителе используют лавинное умножение.

54. Устройство по п.53, в котором лавинное умножение включает многоступенчатое лавинное умножение.

55. Устройство по п.53, в котором многоканальный усилитель выполнен в виде полупроводникового устройства.

56. Устройство по п.42, дополнительно включающее элемент считывания, включенный для считывания указанного множества пакетов зарядов сигнала.

57. Устройство по п.56, дополнительно содержащее многоканальный интегратор, имеющий множество независимых каналов интегратора, соответственно подключенных к (i) независимым усилительным каналам для накопления указанного множества пакетов зарядов сигнала, и (n) элементу считывания.

58. Устройство по п.57, в котором каждый канал дополнительно включает элемент многоканального квантификатора, подключенный к многоканальному интегратору и многоканальному усилителю для стробирования работы многоканального усилителя, в зависимости от количества зарядов, накопленных многоканальным интегратором.

59. Устройство по п.58, в котором указанный элемент считывания подключен для суммирования множества пакетов зарядов сигнала, накопленных указанным многоканальным интегратором.

60. Устройство по п.58, дополнительно включающее элемент многоканального регулятора, который подключен к указанному интегратору, работающий для удаления заряда, накопленного указанным многоканальным интегратором.

61. Устройство по п.42, в котором указанный многоканальный усилитель представляет собой часть твердотельного прибора, выполненного в виде интегральной плоской структуры, расположенной между двумя электродами, причем оба электрода соединены с источником питания.

62. Устройство по п.61, в котором указанный твердотельный прибор выполнен как полупроводник.

63. Устройство по п.62, в котором указанный многоканальный усилитель выполнен в третьем слое и интегральный плоский прибор дополнительно содержит четвертый слой, расположенный между третьим слоем и первым из указанных двух электродов, выполненный из материала, образующего первый энергетический барьер для неосновных носителей третьего слоя, транспортируемых в четвертый слой из третьего слоя, и образующего второй энергетический барьер для носителей, имеющих тип проводимости, противоположный тому, который имеют указанные неосновные носители, при транспортировке в четвертый слой из первого из указанных двух электродов.

64. Устройство по п.63, в котором в указанном многоканальном усилителе используют лавинное умножение.

65. Устройство по п.64, в котором интегральный плоский прибор дополнительно содержит пятый слой, выполненный из проводящего материала, расположенный между указанным четвертым слоем и указанным третьим слоем, причем пятый слой выполнен в виде обособленных интегрирующих областей, соответствующих каналам указанного многоканального усилителя.

66. Устройство по п.65, в котором указанный четвертый слой выполнен в виде разделенных четвертых областей, каждая из которых контактирует с указанным первым электродом и, по меньшей мере, с одним из указанных интегрирующих электродов.

67. Устройство по п.66, в котором указанные интегрирующие электроды параллельно соединены емкостной связью с указанным первым электродом.

68. Устройство по п.67, дополнительно содержащее множество локальных проводящих областей, расположенных между указанным третьим слоем и указанным пятым слоем, причем, по меньшей мере, одна из указанных локальных проводящих областей расположена между каждой из указанных интегрирующих областей и указанным третьим слоем.

69. Устройство по п.68, в котором множество указанных локальных проводящих областей расположено между каждой из указанных интегрирующих областей и указанным третьим слоем.

70. Устройство по п.69, в котором каждая из указанных интегрирующих областей контактирует с множеством локальных проводящих областей через соответствующую проводящую перемычку.

71. Устройство по п.70, в котором указанные интегрирующие области и указанные проводящие перемычки выполнены из одного материала, который обеспечивает энергетический барьер для основных носителей указанного третьего слоя.

72. Устройство по п.68, в котором множество локальных проводящих областей сформировано непосредственно в указанном третьем слое в виде областей, имеющих тип проводимости, отличный от типа проводимости указанного третьего слоя, образуя, таким образом, энергетический барьер для основных носителей указанного третьего слоя.

73. Устройство по п.68, в котором при условии, что количество зарядов, накопленных в указанной интегрирующей области, достигает заданного количества, максимального электрического поля в указанном третьем слое, подключенном через указанную проводящую область, недостаточно для поддержания усиления с использованием лавинного умножения в указанном третьем слое, и электрическое поле в указанном третьем слое достаточно для инициирования разряда накопленного заряда.

74. Устройство по п.61, дополнительно содержащее первый слой, предназначенный для преобразования фотонов, поступающих с выхода указанного распределителя, в элементарные заряды, и второй слой, расположенный между указанным первым слоем и указанным третьим слоем, предназначенный для транспортировки указанных элементарных зарядов в указанный третий слой.

75. Устройство по п.42, в котором указанное множество пространственно разделенных элементарных составляющих заряда, имеет, по существу, то же первое количество элементарных зарядов, причем соответствующие количества, таким образом, по существу, равны указанному первому количеству.

76. Устройство по п.42, в котором в указанном многоканальном усилителе используют лавинное умножение.

77. Устройство по п.42, в котором указанный многоканальный усилитель включает многоступенчатое усиление.

78. Устройство по п.42, в котором указанный входной сигнал представляет собой оптический сигнал, указанная фундаментальная единица представляет собой фотон, при этом каждая из множества разделенных составляющих сигнала состоит, по меньшей мере, из одного фотона, в котором указанный распределитель представляет собой оптический расщепитель, имеющий входной оптический световод, предназначенный для приема оптического сигнала, и имеющий для каждого канала отдельный выходной оптический световод, оптически соединенный с входным оптическим световодом, причем указанное устройство, дополнительно содержит монолитную полупроводниковую структуру, имеющую верхнюю поверхность и противоположную нижнюю поверхность и включающую область первого типа проводимости и множество пространственно разделенных областей противоположного типа проводимости, соответствующих каждому из каналов и образующих отдельные р-n-переходы с областью первого типа проводимости, причем монолитная полупроводниковая структура расположена между первым проводящим электродом и вторым проводящим электродом, причем первый проводящий электрод подключен к области первого типа проводимости для формирования вывода, который является общим для каждого из р-n-переходов; соответствующий интегрирующий проводящий электрод для каждого из каналов, причем каждый интегрирующий проводящий электрод подключен к, по меньшей мере, одной из пространственно разделенных областей с противоположным типом проводимости так, что каждый канал связан, по меньшей мере, с одним р-n-переходом; изолирующий слой, расположенный между множеством интегрирующих проводящих электродов и вторым проводящим электродом, причем каждый из множества интегрирующих проводящих электродов соединен емкостной связью со вторым проводящим электродом; множество проводящих перемычек, причем каждая проводящая перемычка контактирует с указанным вторым проводящим электродом и соответствующим из указанных интегрирующих проводящих электродов, причем проводящие перемычки выполнены из материала, который образует первый энергетический барьер для носителей с указанным противоположным типом проводимости для переноса в проводящие перемычки из пространственно разделенных областей, и образует второй энергетический барьер для носителей указанного первого противоположного типа проводимости для переноса в проводящие перемычки из указанного второго электрода; в котором указанный оптический расщепитель расположен так, что составляющие сигнала с выхода указанных световодов падают на верхнюю поверхность и поглощаются в пространственно разделенных частях монолитной полупроводниковой структуры для получения соответствующего множества элементарных составляющих заряда из множества составляющих сигнала.

79. Устройство по п.78, дополнительно включающее слой из противоотражающего материала, расположенный между и находящийся в контакте с выходными световодами указанного оптического расщепителя и верхней поверхностью.

80. Устройство по п.79, в котором указанная верхняя поверхность включает углубленную область и указанный оптический расщепитель установлен в указанной углубленной области.

81. Устройство по п.80, в котором указанный первый электрод сформирован на участке верхней поверхности, который находится вне пределов углубленной области.

82. Устройство по п.81, в котором указанный полупроводник является кремниевым полупроводником и указанный первый тип проводимости является р-типом.

83. Устройство по п.82, в котором указанный контактный материал перемычки представляет собой карбид кремния.

84. Устройство по п.78, в котором при работе соответствующее множество элементарных составляющих заряда усиливают с использованием лавинного умножения в локальных полупроводниковых областях первого типа проводимости рядом с р-n-переходами, когда элементарные составляющие заряда транспортируют к пространственно разделенным областям с противоположным типом проводимости.

85. Устройство по п.42, в котором указанный входной сигнал представляет собой оптический сигнал, указанная фундаментальная единица представляет собой фотон, при этом каждая из множества разделенных составляющих сигнала состоит, по меньшей мере, из одного фотона, в котором указанный распределитель представляет собой оптический расщепитель, имеющий входной оптический световод, предназначенный для приема оптического сигнала, и имеющий для каждого канала отдельный выходной оптический световод, оптически соединенный с входным оптическим световодом, причем указанное устройство, дополнительно содержит полупроводниковый слой, имеющий верхнюю поверхность и поперечно определенную область первого типа проводимости, и имеющий множество пространственно разделенных областей противоположного типа проводимости, соответствующих каждому из каналов и образующих разделенные р-n-переходы с областью первого типа проводимости; изолирующий слой, расположенный на указанной верхней поверхности; линейную решетку проводящих накопительных электродов, расположенных на указанном изоляторе, причем каждый из накопительных электродов соответствует соответствующему одному из разделенных выходных оптических световодов, причем каждый из накопительных электродов работает для формирования потенциальной ямы на участке расположенной под ним полупроводниковой области; линейную решетку проводящих расщепляющих электродов, расположенных на указанном изоляторе, причем каждый расщепляющий электрод расположен через промежуток в боковом направлении от соответствующего одного из накопительных электродов и работает для управления электростатическим потенциалом на участке расположенной под ним полупроводниковой области для обеспечения передачи с зарядовой связью заряда из потенциальной ямы, образованной под соответствующим накопительным электродом; линейную решетку проводящих интегрирующих электродов, расположенных над указанной верхней поверхностью, причем каждый из проводящих интегрирующих электродов подключен, по меньшей мере, к одной из пространственно разделенных областей с противоположным типом проводимости так, что каждый проводящий интегрирующий электрод связан, по меньшей мере, с одним р-n-переходом, каждый из расщепляющих электродов соответствует и расположен через промежуток в боковом направлении от множества проводящих интегрирующих электродов для обеспечения переноса и разделения заряда из полупроводниковой области, расположенной под расщепляющим электродом, в полупроводниковые области, расположенные под соответствующими проводящими интегрирующими электродами; множество проводящих перемычек, причем каждая проводящая перемычка контактирует с соответствующим одним из указанных проводящих интегрирующих электродов и проводящим электродом считывания, который расположен на указанном изоляторе, причем проводящие перемычки изготовлены из материала, который образует первый энергетический барьер для носителей указанного противоположного типа проводимости для переноса в проводящую перемычку из пространственно разделенных областей, и формирует второй энергетический барьер для носителей указанного первого противоположного типа проводимости для переноса в проводящие перемычки из указанного проводящего электрода считывания; в котором указанный оптический расщепитель расположен так, что составляющие сигнала с выхода указанных световодов падают и поглощаются на соответствующих участках полупроводникового слоя, расположенного под соответствующими указанными накопительными электродами, для получения соответствующего множества элементарных составляющих заряда из множества составляющих сигнала.

86. Устройство по п.85, в котором каждая из указанных проводящих перемычек контактирует с одним и тем же указанным проводящим электродом считывания.

87. Устройство по п.85, в котором указанный полупроводник является кремниевым полупроводником и указанный первый тип проводимости является р-типом.

88. Устройство по п.87, в котором указанный контактный материал перемычки представляет собой карбид кремния.

89. Устройство по п.85, в котором при работе соответствующее множество элементарных составляющих заряда усиливают с использованием лавинного умножения в локальных полупроводниковых областях первого типа проводимости рядом с р-n-переходами, когда элементарные составляющие заряда транспортируют к пространственно разделенным областям с противоположным типом проводимости.

90. Устройство по п.42, в котором указанный входной сигнал представляет собой оптический сигнал, указанная фундаментальная единица представляет собой электрон или дырку, при этом каждая из множества разделенных составляющих сигнала, таким образом, состоит, по меньшей мере, из электрона или дырки, причем указанное устройство дополнительно включает полупроводниковый слой, имеющий верхнюю поверхность и поперечно определенную область первого типа проводимости, и имеющий множество пространственно разделенных областей противоположного типа проводимости, соответствующих каждому из каналов и образующих разделенные р-n-переходы с областью первого типа проводимости, изолирующий слой, расположенный на указанной верхней поверхности; проводящий накопительный электрод, расположенный на указанном изоляторе, причем накопительный электрод при работе формирует потенциальную яму, на участке расположенной под ним полупроводниковой области; проводящий расщепляющий электрод, расположенный на указанном изоляторе, причем расщепляющий электрод расположен в боковом направлении от накопительного электрода и при работе обеспечивает управление электростатическим потенциалом на участке расположенной под ним полупроводниковой области для обеспечения передачи с зарядовой связью заряда из потенциальной ямы, образованной под накопительным электродом; линейную решетку проводящих интегрирующих электродов, расположенных над указанной верхней поверхностью, причем каждый из проводящих интегрирующих электродов в линейной решетке соответствует определенному каналу и каждый из проводящих интегрирующих электродов подключен к, по меньшей мере, одной из пространственно разделенных областей с противоположным типом проводимости так, что каждый проводящий интегрирующий электрод связан, по меньшей мере, с одним р-n-переходом, каждый из проводящих расщепляющих электродов расположен через промежуток в боковом направлении от расщепляющего электрода для обеспечения переноса и разделения заряда из полупроводниковой области, расположенной под расщепляющим электродом, в полупроводниковые области, расположенные под соответствующими проводящими интегрирующими электродами для получения соответствующего множества элементарных составляющих заряда; множество проводящих перемычек, причем каждая проводящая перемычка контактирует с соответствующим одним из указанных проводящих интегрирующих электродов, и проводящий электрод считывания, который расположен на указанном изоляторе, причем проводящие перемычки изготовлены из материала, который образует первый энергетический барьер для носителей указанного противоположного типа проводимости для переноса в проводящую перемычку из пространственно разделенных областей, и формирует второй энергетический барьер для носителей указанного первого противоположного типа проводимости для переноса в проводящие перемычки из указанного проводящего электрода считывания; в котором входной оптический сигнал падает и поглощается на участке полупроводникового слоя, расположенного под накопительным электродом для формирования заряда, имеющего величину, по существу, пропорциональную поглощенному входному оптическому сигналу.

91. Устройство по п.90, в котором каждая из указанных проводящих перемычек контактирует с одним и тем же указанным проводящим электродом считывания.

92. Устройство по п.90, в котором указанный полупроводник является кремниевым полупроводником и указанный первый тип проводимости является р-типом.

93. Устройство по п.92, в котором указанный контактный материал перемычки представляет собой карбид кремния.

94. Устройство по п.90, в котором при работе соответствующее множество элементарных составляющих заряда усиливают с использованием лавинного умножения в локальных полупроводниковых областях первого типа проводимости рядом с р-n-переходами, когда элементарные составляющие заряда транспортируют к пространственно разделенным областям с противоположным типом проводимости.