2025/9/13Ch8固體成像器件原理及應(yīng)用光電成像原理與技術(shù)2025/9/13

CCD

(Charge-CoupledDevices，電荷耦合器件)和CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體)是目前最具代表性的兩種固體成像器件。CCD及固體成像器件2025/9/13

CCD

(Charge-CoupledDevices，電荷耦合器件)和CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體)是目前最具代表性的兩種固體成像器件。1969年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的W.S.波義耳和G.E.史密斯在探索磁泡器件的電模擬過程中，產(chǎn)生了電荷耦合器件的原理設(shè)想。他們提出，緊密排列在半導(dǎo)體絕緣表面上的電容器，可用來儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移電荷，并在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。初期的CCD存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移信號電荷的勢阱都位于Si-SiO2界面處，即所謂表面溝道CCD。1972年D.康首先設(shè)想了多數(shù)載流子CCD形式，人們在此基礎(chǔ)上研制出了埋溝道CCD和“蠕動(dòng)”型CCD的新結(jié)構(gòu)，有效地改善了CCD的性能。1973年美國仙童公司制成了CCD攝像傳感器，CCD從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入了工業(yè)社會(huì)和人們的生活，開始了實(shí)用階段。

CCD及固體成像器件2025/9/13

CCD

(Charge-CoupledDevices，電荷耦合器件)和CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor，互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體)是目前最具代表性的兩種固體成像器件。1969年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的W.S.波義耳和G.E.史密斯在探索磁泡器件的電模擬過程中，產(chǎn)生了電荷耦合器件的原理設(shè)想。他們提出，緊密排列在半導(dǎo)體絕緣表面上的電容器，可用來儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移電荷，并在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。初期的CCD存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)移信號電荷的勢阱都位于Si-SiO2界面處，即所謂表面溝道CCD。1972年D.康首先設(shè)想了多數(shù)載流子CCD形式，人們在此基礎(chǔ)上研制出了埋溝道CCD和“蠕動(dòng)”型CCD的新結(jié)構(gòu)，有效地改善了CCD的性能。1973年美國仙童公司制成了CCD攝像傳感器，CCD從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入了工業(yè)社會(huì)和人們的生活，開始了實(shí)用階段。

一般把CCD與電荷注入器件(CID)、電荷引動(dòng)器件(CPD)、自掃描光電二極管列陣(SSPD)等器件統(tǒng)稱為電荷傳輸器件或電荷轉(zhuǎn)移器件。這類固體器件具有體積小、重量輕，靈敏度高、壽命長、低功耗、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)，因而受到人們的普遍重視，并在許多領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。CCD及固體成像器件2025/9/132006年，波義耳和史密斯獲德雷珀(CharlesStarkDraper)獎(jiǎng)?wù)?IEEE最高獎(jiǎng))

2009年10月6日，波義耳和史密斯獲2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)波義耳史密斯諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?wù)碌吕诅戟?jiǎng)?wù)職v史圖片來自黃河新聞網(wǎng)圖片來自黃河新聞網(wǎng)圖片來自科學(xué)網(wǎng)圖片來自SOSO百科圖片來自科學(xué)空間2025/9/13固體成像、信號處理和大容量存儲(chǔ)器是CCD的三大主要用途。特別是在攝像領(lǐng)域，作為二維傳感器件，CCD具有無灼傷，無滯后，體積小，低功耗、低價(jià)格、長壽命等優(yōu)點(diǎn)。各種線陣、面陣像感器已廣泛用于天文、遙感、傳真、文字閱讀和電視攝像等成像領(lǐng)域，微光CCD及固體成像器件2025/9/13固體成像、信號處理和大容量存儲(chǔ)器是CCD的三大主要用途。特別是在攝像領(lǐng)域，作為二維傳感器件，CCD具有無灼傷，無滯后，體積小，低功耗、低價(jià)格、長壽命等優(yōu)點(diǎn)。各種線陣、面陣像感器已廣泛用于天文、遙感、傳真、文字閱讀和電視攝像等成像領(lǐng)域，微光CCD和紅外CCD在航遙空感、熱成像等軍事應(yīng)用中顯示出很大的作用。此外，CCD在信息檢測、方位測量、遙感遙測、成像制導(dǎo)，圖像識別、數(shù)字化檢測等方面更呈現(xiàn)出其高分辨力、高準(zhǔn)確度、高可靠性等突出優(yōu)點(diǎn)。CCD及固體成像器件2025/9/13固體成像、信號處理和大容量存儲(chǔ)器是CCD的三大主要用途。特別是在攝像領(lǐng)域，作為二維傳感器件，CCD具有無灼傷，無滯后，體積小，低功耗、低價(jià)格、長壽命等優(yōu)點(diǎn)。各種線陣、面陣像感器已廣泛用于天文、遙感、傳真、文字閱讀和電視攝像等成像領(lǐng)域，微光CCD和紅外CCD在航遙空感、熱成像等軍事應(yīng)用中顯示出很大的作用。此外，CCD在信息檢測、方位測量、遙感遙測、成像制導(dǎo)，圖像識別、數(shù)字化檢測等方面更呈現(xiàn)出其高分辨力、高準(zhǔn)確度、高可靠性等突出優(yōu)點(diǎn)。CCD信號處理兼有數(shù)字和模擬兩種信號處理技術(shù)的長處，在中等精度的雷達(dá)和通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。CCD還可用作大容量串行存儲(chǔ)器，其存取時(shí)間、系統(tǒng)容量和制造成本都介于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤、磁鼓存儲(chǔ)器之間。

CCD及固體成像器件2025/9/13固體成像、信號處理和大容量存儲(chǔ)器是CCD的三大主要用途。特別是在攝像領(lǐng)域，作為二維傳感器件，CCD具有無灼傷，無滯后，體積小，低功耗、低價(jià)格、長壽命等優(yōu)點(diǎn)。各種線陣、面陣像感器已廣泛用于天文、遙感、傳真、文字閱讀和電視攝像等成像領(lǐng)域，微光CCD和紅外CCD在航遙空感、熱成像等軍事應(yīng)用中顯示出很大的作用。此外，CCD在信息檢測、方位測量、遙感遙測、成像制導(dǎo)，圖像識別、數(shù)字化檢測等方面更呈現(xiàn)出其高分辨力、高準(zhǔn)確度、高可靠性等突出優(yōu)點(diǎn)。CCD信號處理兼有數(shù)字和模擬兩種信號處理技術(shù)的長處，在中等精度的雷達(dá)和通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。CCD還可用作大容量串行存儲(chǔ)器，其存取時(shí)間、系統(tǒng)容量和制造成本都介于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和磁盤、磁鼓存儲(chǔ)器之間。

CMOS作為與CCD具有相近優(yōu)點(diǎn)和功能的器件，近年來得到了快速的發(fā)展，在成像領(lǐng)域正在對CCD奮起直追。CCD及固體成像器件2025/9/13CCD的物理基礎(chǔ)與電荷存儲(chǔ)原理

CCD的結(jié)構(gòu)

CCD特性及其分析

CCD成像原理

增強(qiáng)型CCD

特種CCD

CCD的應(yīng)用

CMOS成像器件及其應(yīng)用2025/9/13CCD的物理基礎(chǔ)與電荷存儲(chǔ)原理

CCD的結(jié)構(gòu)

CCD特性及其分析

CCD成像原理

增強(qiáng)型CCD

特種CCD

CCD的應(yīng)用

CMOS成像器件及其應(yīng)用2025/9/13CCD(Charge-CoupledDevices)電荷耦合器件：一種基于MOS(金屬－氧化物－半導(dǎo)體)電容器的在非穩(wěn)態(tài)下工作的器件。CCD的物理基礎(chǔ)與電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13CCD(Charge-CoupledDevices)電荷耦合器件：一種基于MOS(金屬－氧化物－半導(dǎo)體)電容器的在非穩(wěn)態(tài)下工作的器件。

MOS電容器的基本結(jié)構(gòu)：硅片上生長一層SiO2層，厚度為dox,蒸鍍上一層金屬為柵電極，VG為加在柵電極上的偏壓;半導(dǎo)體作為底電極,稱為襯底，由于電子遷移率高，多數(shù)CCD選用P型硅作襯底。CCD的物理基礎(chǔ)與電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13CCD(Charge-CoupledDevices)電荷耦合器件：一種基于MOS(金屬－氧化物－半導(dǎo)體)電容器的在非穩(wěn)態(tài)下工作的器件。

MOS電容器的基本結(jié)構(gòu)：硅片上生長一層SiO2層，厚度為dox,蒸鍍上一層金屬為柵電極，VG為加在柵電極上的偏壓;半導(dǎo)體作為底電極,稱為襯底，由于電子遷移率高，多數(shù)CCD選用P型硅作襯底。CCD的物理基礎(chǔ)與電荷存儲(chǔ)原理穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13CCD(Charge-CoupledDevices)電荷耦合器件：一種基于MOS(金屬－氧化物－半導(dǎo)體)電容器的在非穩(wěn)態(tài)下工作的器件。

MOS電容器的基本結(jié)構(gòu)：硅片上生長一層SiO2層，厚度為dox,蒸鍍上一層金屬為柵電極，VG為加在柵電極上的偏壓;半導(dǎo)體作為底電極,稱為襯底，由于電子遷移率高，多數(shù)CCD選用P型硅作襯底。CCD的物理基礎(chǔ)與電荷存儲(chǔ)原理穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器VG為零時(shí)，不存在空間電荷區(qū)，能帶為平坦的，此為“平帶狀態(tài)”；2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器VG不為零：VG為零時(shí)，不存在空間電荷區(qū)，能帶為平坦的，此為“平帶狀態(tài)”；2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器VG不為零：VG<0，電場使Si表面形成多數(shù)載流子的積累層，此為“積累狀態(tài)”；VG為零時(shí)，不存在空間電荷區(qū)，能帶為平坦的，此為“平帶狀態(tài)”；2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器VG不為零：VG<0，電場使Si表面形成多數(shù)載流子的積累層，此為“積累狀態(tài)”；VG為零時(shí)，不存在空間電荷區(qū)，能帶為平坦的，此為“平帶狀態(tài)”；2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器2025/9/13VG>0，Si表面出留下一層離化的受主離子，此為多數(shù)載流子“耗盡狀態(tài)”；穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器2025/9/13VG>0，Si表面出留下一層離化的受主離子，此為多數(shù)載流子“耗盡狀態(tài)”；VG>Vth>0，反型態(tài)：當(dāng)VG超過某一閾值Vth時(shí)，表面處禁帶中央能級Ei降到EFs以下。導(dǎo)帶底離費(fèi)米能級更近，表明電子濃度超過空穴濃度，已由P型變?yōu)镹型，這種狀況為“反型狀態(tài)”；顯然，從反型層到半導(dǎo)體內(nèi)部之間還夾有耗盡層。穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器2025/9/13VG>0，Si表面出留下一層離化的受主離子，此為多數(shù)載流子“耗盡狀態(tài)”；VG>Vth>0，反型態(tài)：當(dāng)VG超過某一閾值Vth時(shí)，表面處禁帶中央能級Ei降到EFs以下。導(dǎo)帶底離費(fèi)米能級更近，表明電子濃度超過空穴濃度，已由P型變?yōu)镹型，這種狀況為“反型狀態(tài)”；顯然，從反型層到半導(dǎo)體內(nèi)部之間還夾有耗盡層。穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器2025/9/13VG>Vth>0，反型態(tài)：穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器2025/9/13VG>Vth>0，反型態(tài)：弱反型：當(dāng)表面勢Vs增加到等于體內(nèi)費(fèi)米勢時(shí)，表明表面處電子濃度開始超過空穴濃度，此為“弱反型”；穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器2025/9/13VG>Vth>0，反型態(tài)：弱反型：當(dāng)表面勢Vs增加到等于體內(nèi)費(fèi)米勢時(shí)，表明表面處電子濃度開始超過空穴濃度，此為“弱反型”；強(qiáng)反型：表面處反型載流子濃度已達(dá)到體內(nèi)多數(shù)載流子濃度。穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)表面處反型層載流子濃度ns可表示為右式：2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)表面處反型層載流子濃度ns可表示為右式：其中n0，p0為P型半導(dǎo)體內(nèi)熱平衡時(shí)的電子濃度和空穴濃度。2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)表面處反型層載流子濃度ns可表示為右式：其中n0，p0為P型半導(dǎo)體內(nèi)熱平衡時(shí)的電子濃度和空穴濃度。按照費(fèi)米能級的定義，p0的表達(dá)式為：

2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)表面處反型層載流子濃度ns可表示為右式：其中n0，p0為P型半導(dǎo)體內(nèi)熱平衡時(shí)的電子濃度和空穴濃度。按照費(fèi)米能級的定義，p0的表達(dá)式為：按照反型層發(fā)生的條件ns≥p0，表面電勢Vs與體內(nèi)費(fèi)米能級之間的關(guān)系為：

2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)表面處反型層載流子濃度ns可表示為右式：其中n0，p0為P型半導(dǎo)體內(nèi)熱平衡時(shí)的電子濃度和空穴濃度。按照費(fèi)米能級的定義，p0的表達(dá)式為：按照反型層發(fā)生的條件ns≥p0，表面電勢Vs與體內(nèi)費(fèi)米能級之間的關(guān)系為：

如認(rèn)為P型半導(dǎo)體內(nèi)的多子濃度主要由半導(dǎo)體襯底摻雜濃度NA來決定，可得到半導(dǎo)體發(fā)生強(qiáng)反型的條件為:2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)2025/9/13在強(qiáng)反型狀態(tài)下：表面電子濃度隨Vs增加而按指數(shù)規(guī)律增長；穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)2025/9/13在強(qiáng)反型狀態(tài)下：表面電子濃度隨Vs增加而按指數(shù)規(guī)律增長；穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)2025/9/13在強(qiáng)反型狀態(tài)下：表面電子濃度隨Vs增加而按指數(shù)規(guī)律增長；Vs隨耗盡層厚度xd呈二次函數(shù)增加。穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)一旦出現(xiàn)反型層，則2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)一旦出現(xiàn)反型層，則耗盡層厚度xd達(dá)到最大值，且不隨VG而變化。2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)一旦出現(xiàn)反型層，則耗盡層厚度xd達(dá)到最大值，且不隨VG而變化。表面出現(xiàn)強(qiáng)反型狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)的外加偏壓VG為閾值電壓(開啟電壓)，常用Vth表示。2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)一旦出現(xiàn)反型層，則耗盡層厚度xd達(dá)到最大值，且不隨VG而變化。表面出現(xiàn)強(qiáng)反型狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)的外加偏壓VG為閾值電壓(開啟電壓)，常用Vth表示。由于反型層中的電子實(shí)際上是被限制在表面附近能量最低的一個(gè)狹窄區(qū)域，故也稱反型層為溝道。2025/9/13穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－強(qiáng)反型狀態(tài)一旦出現(xiàn)反型層，則耗盡層厚度xd達(dá)到最大值，且不隨VG而變化。表面出現(xiàn)強(qiáng)反型狀態(tài)時(shí)，對應(yīng)的外加偏壓VG為閾值電壓(開啟電壓)，常用Vth表示。由于反型層中的電子實(shí)際上是被限制在表面附近能量最低的一個(gè)狹窄區(qū)域，故也稱反型層為溝道。P型半導(dǎo)體的表面反型層由電子構(gòu)成，故稱N型溝道。2025/9/13CCD(Charge-CoupledDevices)電荷耦合器件：一種基于MOS(金屬－氧化物－半導(dǎo)體)電容器的在非穩(wěn)態(tài)下工作的器件。

MOS電容器的基本結(jié)構(gòu)：硅片上生長一層SiO2層，厚度為dox,蒸鍍上一層金屬為柵電極，VG為加在柵電極上的偏壓;半導(dǎo)體作為底電極,稱為襯底，由于電子遷移率高，多數(shù)CCD選用P型硅作襯底。CCD的物理基礎(chǔ)與電荷存儲(chǔ)原理穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13CCD(Charge-CoupledDevices)電荷耦合器件：一種基于MOS(金屬－氧化物－半導(dǎo)體)電容器的在非穩(wěn)態(tài)下工作的器件。

MOS電容器的基本結(jié)構(gòu)：硅片上生長一層SiO2層，厚度為dox,蒸鍍上一層金屬為柵電極，VG為加在柵電極上的偏壓;半導(dǎo)體作為底電極,稱為襯底，由于電子遷移率高，多數(shù)CCD選用P型硅作襯底。CCD的物理基礎(chǔ)與電荷存儲(chǔ)原理穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器

非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器－電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器

－電荷存儲(chǔ)原理問題的關(guān)鍵：在電壓加到柵極上的瞬間，在介電弛豫時(shí)間(10-12s)之內(nèi)，半導(dǎo)體中只有多數(shù)載流子空穴能跟上電場變化，作為少子的電子取決于產(chǎn)生－復(fù)合過程（還沒來得及生成），故盡管VG

>Vth，具有真正意義的反型層還沒形成。2025/9/13非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器

－電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13

此時(shí)，VG的大部分壓降Vs落在半導(dǎo)體表面的空間電荷區(qū)上，只有小部分落到SiO2上。故而，該形成反型層的空間中并沒有電子，只是一個(gè)空的電子勢阱，也就是說，表面附近還處在載流子耗盡狀態(tài)，對應(yīng)的耗盡層從表面一直延伸到半導(dǎo)體內(nèi)的深處，故此狀態(tài)亦稱為為“深層耗盡狀態(tài)”。

非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器

－電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13

此時(shí)，VG的大部分壓降Vs落在半導(dǎo)體表面的空間電荷區(qū)上，只有小部分落到SiO2上。故而，該形成反型層的空間中并沒有電子，只是一個(gè)空的電子勢阱，也就是說，表面附近還處在載流子耗盡狀態(tài)，對應(yīng)的耗盡層從表面一直延伸到半導(dǎo)體內(nèi)的深處，故此狀態(tài)亦稱為為“深層耗盡狀態(tài)”。－這實(shí)際上是MOS電容器處于一種熱非平衡狀態(tài)。非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器

－電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13隨著時(shí)間的推移，熱激發(fā)產(chǎn)生的電子將進(jìn)入勢阱，逐漸達(dá)到熱平衡，形成穩(wěn)態(tài)(即形成強(qiáng)反型層)。這個(gè)時(shí)間T，稱為存貯時(shí)間。非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器

－電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13非穩(wěn)態(tài)下，Vs最大，形成的電子勢阱e(cuò)Vs最深。如果此時(shí)有外界光信號或電信號激勵(lì)或注入，即在空間電荷區(qū)產(chǎn)生電子－空穴對或注入電子，空穴被驅(qū)至耗盡層外，電子則逆電場運(yùn)動(dòng)進(jìn)入勢阱存貯起來。勢阱滿了，就不能再積累了。非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器

－電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13非穩(wěn)態(tài)下，Vs最大，形成的電子勢阱e(cuò)Vs最深。如果此時(shí)有外界光信號或電信號激勵(lì)或注入，即在空間電荷區(qū)產(chǎn)生電子－空穴對或注入電子，空穴被驅(qū)至耗盡層外，電子則逆電場運(yùn)動(dòng)進(jìn)入勢阱存貯起來。勢阱滿了，就不能再積累了。CCD正是利用MOS電容器上述過程來存儲(chǔ)信號、轉(zhuǎn)移信號的，這個(gè)過程必須在非平衡狀態(tài)下進(jìn)行。所以說CCD是一種非穩(wěn)態(tài)器件！非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器

－電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13非穩(wěn)態(tài)下，Vs最大，形成的電子勢阱e(cuò)Vs最深。如果此時(shí)有外界光信號或電信號激勵(lì)或注入，即在空間電荷區(qū)產(chǎn)生電子－空穴對或注入電子，空穴被驅(qū)至耗盡層外，電子則逆電場運(yùn)動(dòng)進(jìn)入勢阱存貯起來。勢阱滿了，就不能再積累了。CCD正是利用MOS電容器上述過程來存儲(chǔ)信號、轉(zhuǎn)移信號的，這個(gè)過程必須在非平衡狀態(tài)下進(jìn)行。所以說CCD是一種非穩(wěn)態(tài)器件！－信號的感生與存貯。非穩(wěn)態(tài)下的MOS電容器

－電荷存儲(chǔ)原理2025/9/13CCD的物理基礎(chǔ)與電荷存儲(chǔ)原理

CCD的結(jié)構(gòu)

CCD特性及其分析

CCD成像原理

增強(qiáng)型CCD

特種CCD

CCD的應(yīng)用

CMOS成像器件及其應(yīng)用2025/9/13CCD的物理基礎(chǔ)與電荷存儲(chǔ)原理

CCD的結(jié)構(gòu)

CCD特性及其分析

CCD成像原理

增強(qiáng)型CCD

特種CCD

CCD的應(yīng)用

CMOS成像器件及其應(yīng)用2025/9/13CCD的結(jié)構(gòu)

耗盡層的耦合：當(dāng)兩個(gè)金屬柵極彼此足夠靠近時(shí)，其間隙下表面勢將由兩柵極上電位決定，從而形成兩個(gè)MOS電容器下耗盡層的耦合。2025/9/13CCD的結(jié)構(gòu)

耗盡層的耦合：當(dāng)兩個(gè)金屬柵極彼此足夠靠近時(shí)，其間隙下表面勢將由兩柵極上電位決定，從而形成兩個(gè)MOS電容器下耗盡層的耦合。---使一個(gè)MOS電容器中存儲(chǔ)的信號電荷能轉(zhuǎn)移到下一個(gè)MOS電容器中，通常電極間隙多取0.1~0.2μm2025/9/13CCD的結(jié)構(gòu)

耗盡層的耦合：當(dāng)兩個(gè)金屬柵極彼此足夠靠近時(shí)，其間隙下表面勢將由兩柵極上電位決定，從而形成兩個(gè)MOS電容器下耗盡層的耦合。---使一個(gè)MOS電容器中存儲(chǔ)的信號電荷能轉(zhuǎn)移到下一個(gè)MOS電容器中，通常電極間隙多取0.1~0.2μm2025/9/13CCD電荷傳輸原理

CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13CCD電荷傳輸原理電荷包：勢阱中存貯的自由電荷

CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13CCD電荷傳輸原理電荷包：勢阱中存貯的自由電荷電荷轉(zhuǎn)移：利用耗盡層耦合的原理，將電荷包有規(guī)律地單向傳輸出去

CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13CCD電荷傳輸原理電荷包：勢阱中存貯的自由電荷電荷轉(zhuǎn)移：利用耗盡層耦合的原理，將電荷包有規(guī)律地單向傳輸出去－－通過控制相鄰MOS電容器柵壓的大小來調(diào)節(jié)勢阱的深淺，使信號電荷由勢阱淺的位置流向勢阱深的位置；

CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13CCD電荷傳輸原理電荷包：勢阱中存貯的自由電荷電荷轉(zhuǎn)移：利用耗盡層耦合的原理，將電荷包有規(guī)律地單向傳輸出去－－通過控制相鄰MOS電容器柵壓的大小來調(diào)節(jié)勢阱的深淺，使信號電荷由勢阱淺的位置流向勢阱深的位置；轉(zhuǎn)移要按照確定的方向：不同相位上的電壓脈沖按照嚴(yán)格的時(shí)序控制；轉(zhuǎn)移要沿確定的路線：工藝設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮好溝道和溝阻，電荷轉(zhuǎn)移通道為溝道，限制溝道的部分為溝阻。

CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/132025/9/132025/9/13轉(zhuǎn)移電極結(jié)構(gòu)：通常按照每移動(dòng)一位采用的電極相數(shù)來劃分。三相電極結(jié)構(gòu)(三相CCD)：二相CCD電極結(jié)構(gòu)：四相CCD電極結(jié)構(gòu)虛相CCD結(jié)構(gòu)CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13轉(zhuǎn)移電極結(jié)構(gòu)：通常按照每移動(dòng)一位采用的電極相數(shù)來劃分。三相電極結(jié)構(gòu)(三相CCD)：二相CCD電極結(jié)構(gòu)：四相CCD電極結(jié)構(gòu)虛相CCD結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移溝道結(jié)構(gòu)：表面溝道(表面CCD－SCCD)體內(nèi)(埋)溝道(埋溝CCD－BCCD)CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13轉(zhuǎn)移電極結(jié)構(gòu)：通常按照每移動(dòng)一位采用的電極相數(shù)來劃分。三相電極結(jié)構(gòu)(三相CCD)：二相CCD電極結(jié)構(gòu)：四相CCD電極結(jié)構(gòu)虛相CCD結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移溝道結(jié)構(gòu)：表面溝道(表面CCD－SCCD)體內(nèi)(埋)溝道(埋溝CCD－BCCD)輸入輸出結(jié)構(gòu)CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13三相單層鋁電極結(jié)構(gòu)CCDCCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13三相時(shí)鐘脈沖有一定的交疊，在交疊區(qū)，電荷包源勢阱與電荷接受勢阱同時(shí)共存，以保證電荷在這兩個(gè)勢阱間充分轉(zhuǎn)移。三相單層鋁電極結(jié)構(gòu)CCDCCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13三相時(shí)鐘脈沖有一定的交疊，在交疊區(qū)，電荷包源勢阱與電荷接受勢阱同時(shí)共存，以保證電荷在這兩個(gè)勢阱間充分轉(zhuǎn)移；CCD的結(jié)構(gòu)采用一層多晶硅的三相電阻海結(jié)構(gòu)采用三層多晶硅的三相交疊柵結(jié)構(gòu)2025/9/13三相時(shí)鐘脈沖有一定的交疊，在交疊區(qū)，電荷包源勢阱與電荷接受勢阱同時(shí)共存，以保證電荷在這兩個(gè)勢阱間充分轉(zhuǎn)移；時(shí)鐘脈沖的低電平必須保證溝道表面處于耗盡狀態(tài)；CCD的結(jié)構(gòu)采用一層多晶硅的三相電阻海結(jié)構(gòu)采用三層多晶硅的三相交疊柵結(jié)構(gòu)2025/9/13三相時(shí)鐘脈沖有一定的交疊，在交疊區(qū)，電荷包源勢阱與電荷接受勢阱同時(shí)共存，以保證電荷在這兩個(gè)勢阱間充分轉(zhuǎn)移；時(shí)鐘脈沖的低電平必須保證溝道表面處于耗盡狀態(tài)；時(shí)鐘脈沖幅度選取要適當(dāng)。CCD的結(jié)構(gòu)采用一層多晶硅的三相電阻海結(jié)構(gòu)采用三層多晶硅的三相交疊柵結(jié)構(gòu)2025/9/13二相驅(qū)動(dòng)CCD的特點(diǎn):CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13二相驅(qū)動(dòng)CCD的特點(diǎn):電極本身必須設(shè)計(jì)成不對稱性，在這種不對稱電極下產(chǎn)生體內(nèi)勢壘，以保證電荷能定向運(yùn)動(dòng)。如：利用同一電極下不同氧化物厚度臺階和離子注入來產(chǎn)生體內(nèi)勢壘；CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13二相驅(qū)動(dòng)CCD的特點(diǎn):電極本身必須設(shè)計(jì)成不對稱性，在這種不對稱電極下產(chǎn)生體內(nèi)勢壘，以保證電荷能定向運(yùn)動(dòng)。如：利用同一電極下不同氧化物厚度臺階和離子注入來產(chǎn)生體內(nèi)勢壘；二相時(shí)鐘方法在結(jié)構(gòu)上和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)上都簡單；CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13二相驅(qū)動(dòng)CCD的特點(diǎn):電極本身必須設(shè)計(jì)成不對稱性，在這種不對稱電極下產(chǎn)生體內(nèi)勢壘，以保證電荷能定向運(yùn)動(dòng)。如：利用同一電極下不同氧化物厚度臺階和離子注入來產(chǎn)生體內(nèi)勢壘；二相時(shí)鐘方法在結(jié)構(gòu)上和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)上都簡單；因?yàn)楹裱趸瘜酉旅媸亲钃鮿輭荆荒艽尜A電荷，故能夠存貯在勢阱中的信號電荷量比三相時(shí)鐘情況少。CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13CCD的結(jié)構(gòu)二相時(shí)鐘的電極結(jié)構(gòu)二相多晶硅柵電極結(jié)構(gòu)2025/9/13CCD的結(jié)構(gòu)二相CCD的轉(zhuǎn)移過程和時(shí)鐘波形2025/9/13二相驅(qū)動(dòng)CCD的特點(diǎn):電極本身必須設(shè)計(jì)成不對稱性，在這種不對稱電極下產(chǎn)生體內(nèi)勢壘，以保證電荷能定向運(yùn)動(dòng)。如：利用同一電極下不同氧化物厚度臺階和離子注入來產(chǎn)生體內(nèi)勢壘；二相時(shí)鐘方法在結(jié)構(gòu)上和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)上都簡單；因?yàn)楹裱趸瘜酉旅媸亲钃鮿輭?，不能存貯電荷，故能夠存貯在勢阱中的信號電荷量比三相時(shí)鐘情況少。CCD的結(jié)構(gòu)2025/9/13二相驅(qū)動(dòng)CCD的特點(diǎn):電極本身必須設(shè)計(jì)成不對稱性，在這種不對稱電極下產(chǎn)生體內(nèi)勢壘，以保證電荷能定向運(yùn)動(dòng)。如：利用同一電極下不同氧化物厚度臺階和離子注入來產(chǎn)生體內(nèi)勢壘；二相時(shí)鐘方法在結(jié)構(gòu)上和時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)上都簡單；因?yàn)楹裱趸瘜酉旅媸亲钃鮿輭?，不能存貯電荷，故能夠存貯在勢阱中的信號電荷量比三相