中国计量大学（中国计量学院）：《光电技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第九讲 电荷耦合器件（CCD）

电荷耦合器件(CD CCD ICCD

电荷耦合器件(CCD) CCD ICCD

简介 电荷为信号 基本功能:电荷的存储和转移 工作过程:产生、存储、传输和检测 两类:电荷包在半导体和绝缘体之间,界 面传播(SCCD);电荷包存储在离表面 定深度的体内,体内传播(BCCD

◼ 简介 电荷为信号 基本功能:电荷的存储和转移 工作过程: 产生、存储、传输和检测 两类：电荷包在半导体和绝缘体之间，界 面传播（SCCD）；电荷包存储在离表面一 定深度的体内，体内传播（BCCD）

■CC类型 表面沟道CCD(SCCD):电荷包存储在半 导体与绝缘体之间的界面,并沿界面传输 ■体沟道CCD(BCCD):电荷包存储在离半 导体表面一定深度的体内,并在半导体体 内沿一定方向传输。 工作过程:电荷的产生、存储、传输&检 测

◼ CCD类型： ◼ 表面沟道CCD（SCCD）：电荷包存储在半 导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输； ◼ 体沟道CCD（BCCD）：电荷包存储在离半 导体表面一定深度的体内，并在半导体体 内沿一定方向传输。 ◼ 工作过程：电荷的产生、存储、传输＆检 测

CCD应用的分类: 在电子计算机或数字系统中信息存贮与处理 摄像装置

◼ CCD应用的分类： 在电子计算机或数字系统中信息存贮与处理 摄像装置

主要特性: 1体积小,重量轻,耗电少,启动快,寿命长 2光谱相应范围宽 3灵敏度高 ■4暗电流小,监测噪音低 ■5动态响应范围宽 6分辨率高 ■7.与微光像增强器级联,低照度下可采集信号 8有抗过度曝光性能

主要特性： ◼ 1.体积小，重量轻，耗电少，启动快，寿命长 ◼ 2.光谱相应范围宽 ◼ 3.灵敏度高 ◼ 4.暗电流小，监测噪音低 ◼ 5.动态响应范围宽 ◼ 6.分辨率高 ◼ 7.与微光像增强器级联，低照度下可采集信号 ◼ 8.有抗过度曝光性能

■电荷存储 基本单元是MOS 图514 图5-15 图5-16 图517 表面势、势阱

◼ 电荷存储 基本单元是MOS 图5-14 图5-15 图5-16 图5-17 表面势、势阱

栅电极G 氧化层 P型半导体 耗尽区 反型层 U=0 <utr uG uth

栅电极G 氧化层 P型半导体 耗尽区 反型层 uG>uth uG<uth uG=0

■构成CCD的基本单元是MOS(金属一氧化 物一半导体)结构。当栅板G施加正偏压 U之前(UG=0),P型半导体中的空穴 多数载流子)的分布是均匀的;当栅极 电压加正向偏压(U。U时,半导 体与绝缘体界面上的电势(表面势Φ、)变 得如此之高,以至于将半导体体内的电子 (少数载流子)吸引导表面,形成电荷浓 度极高的极薄反型层,反型层电荷的存在 说明了MOS结构具有存储电荷的功能

◼ 构成CCD的基本单元是MOS（金属－氧化 物－半导体）结构。当栅极G施加正偏压 UG之前（UG=0），P型半导体中的空穴 （多数载流子）的分布是均匀的；当栅极 电压加正向偏压（UGUth时，半导 体与绝缘体界面上的电势（表面势ФS）变 得如此之高，以至于将半导体体内的电子 （少数载流子）吸引导表面，形成电荷浓 度极高的极薄反型层，反型层电荷的存在 说明了MOS结构具有存储电荷的功能

反型层电荷 P型硅杂质浓度 QIN=O N=1021m3 1.0V∨ U=2.2V 3.0V 表面势与栅极电压的关系

ФS UG P型硅杂质浓度 Nd=1021m-3 反型层电荷 QINV=0 1.0V 1.4V Uth= 2.2V 3.0V 表面势与栅极电压的关系

UG=15V dv=0.1um 曲线的直线 - dox=0.2um 特性好,说 U=10V 明两者有着 良好的反比 例线性关系。 可以“势阱” 的概念来解 释 表面势与反型层电荷密度的关系

ФS QINV dox=0.1um dox=0.2um UG=15V UG=10V 表面势与反型层电荷密度的关系 曲线的直线 特性好，说 明两者有着 良好的反比 例线性关系。 可以“势阱” 的概念来解 释