电荷耦合器件

4.3电荷耦合器件 在MOS电容金属电极上，加以脉冲电压，排斥掉半导体衬底内的多数载流子，形成“势阱”的运动，进而达到信号电荷（少数载流子）的转移。 图像传感器：转移的信号电荷是由光像照射产生； 若所转移的电荷通过外界诸如方式得到，则其可以具备延时、信号处理、数据存储以及逻辑运算等功能。上一页下一页返回4.3电荷耦合器件4.3.1电荷耦合器件的结构和工作原理4.3.2CCD图像传感器4.3.3图像传感器的应用上一页下一页返回4.3.1电荷耦合器件的结构和工作原理CCD是一种半导体器件

图4.3.1MOS电容的结构1．金属2．绝缘层SiO2上一页下一页返回平带条件下的能带Ec导带底能量Ei禁带中央能级Ef费米能级Ev价带顶能量平带条件：当MOS电容的极板上无外加电压时，在理想情况下，半导体从体内到表面处是电中性的，因而能带(代表电子的能量)从表面到内部是平的。上一页下一页返回加上正电压MOS电容的能带(a)栅压UG较小时，MOS电容器处于耗尽状态。(b)栅压UG增大到开启电压Uth时,半导体表面的费米能级高于禁带中央能极,半导体表面上的电子层称为反型层。上一页下一页返回有信号电荷的势阱当MOS电容器栅压大于开启电压UG，周围电子迅速地聚集到电极下的半导体表面处，形成对于电子的势阱。

势阱：深耗尽条件下的表面势形成的空间区域。势阱填满：电子在半导体表面堆积后使平面势下降。上一页下一页返回信号电荷转移CCD的基本功能是存储与转移信息电荷为实现信号电荷的转换：

1、必须使MOS电容阵列的排列足够紧密，以致相邻MOS电容的势阱相互沟通，即相互耦合。2、控制相邻MOC电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深处3、在CCD中电荷的转移必须按照确定的方向。

上一页下一页返回定向转移的实现在CCD的MOS阵列上划分成以几个相邻MOS电荷为一单元的无限循环结构。每一单元称为一位，将每—位中对应位置上的电容栅极分别连到各自共同电极上，此共同电极称相线。 一位CCD中含的电容个数即为CCD的相数。每相电极连接的电容个数一般来说即为CCD的位数。 通常CCD有二相、三相、四相等几种结构，它们所施加的时钟脉冲也分别为二相、三相、四相。 当这种时序脉冲加到CCD的无限循环结构上时，将实现信号电荷的定向转移。

上一页下一页返回三相CCD信息电荷传输原理图上一页下一页返回CCD电荷的产生方式：电压信号注入

CCD在用作信号处理或存储器件时，电荷输入采用电注入。CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，将信号电压或电流转换为信号电荷。光信号注入

CCD在用作图像传感时，信号电荷由光生载流子得到，即光注入。电极下收集的电荷大小取决于照射光的强度和照射时间。

上一页下一页返回(a)

选通电荷积分输出电路

(b)

驱动时钟波形和输出波形CCD的信号输出结构上一页下一页返回4．3．2CCD图像传感器利用CCD的光电转移和电荷转移的双重功能，得到幅度与各光生电荷包成正比的电脉冲序列，从而将照射在CCD上的光学图像转移成了电信号“图像”。由于CCD能实现低噪声的电荷转移，并且所有光生电荷都通过一个输出电路检测，且具有良好的—致性，因此，对图像的传感具有优越的性能。线列和面阵上一页下一页返回(1)CCD线列图像器件1－CCD转移寄存器2－转移控制栅3－积蓄控制电极4—PD阵列SH—转移控制栅输入端RS—复位控制VOD—漏极输出OS—图像信号输出OG—输出控制栅线型图像传感器结构上一页下一页返回（2）面型固态图像传感器(a)x-y选址(b)行选址(c)帧场传输式(d)行间传输式上一页下一页返回4．3．3图像传感器的应用1．尺寸测量2．

用于光学文字识别装置上一页下一页返回