第六章-电荷耦合器件CCD讲解ppt课件.ppt

《第六章-电荷耦合器件CCD讲解ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第六章电荷耦合器件CCD6.1概述6.2CCD单元和线阵列结构6.3电荷耦合器件物理基础6.4CCD基本工作原理6.5电荷耦合器件的特征参数6.6应用概述6.1概述及应用电荷耦合器件简称为CCD(ChargeCoupledDevice)一种固体平面成像器件。基本功能是电荷的存储与转移。体积小、重量轻、结构简单、功耗小、成本低、传输快、噪声小。特点:1Al2SiO2MOS电容的结构示意图栅极1、MOS电容器，即金属－氧化物－半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)电容器，由P型（或N

2、型）Si层、SiO2层和金属层构成。2、两个引出电极，两个极板分别由金属和半导体构成。金属上的电极称为栅极，半导体衬底上的电位一般加0伏。3、MOS电容器工作时，在栅极和半导体衬底之间加有栅极电压Vg。一、MOS的结构P(Si)6.2CCD单元与线阵列结构a)CCD单元 b)CCD线阵列CCD在结构上是许多小MOS电容器的集成。二、CCD线阵列结构6.3电荷耦合器件物理基础①在金属层上施加正电压，表面势Vs为正。②空穴耗尽层③Vs随耗尽区的形成而升高，耗尽区深度随着栅极电压的升高而不断变宽。这种状态就

3、是多数载流子的耗尽状态。在耗尽区，空穴的浓度几乎为零。MOS电容器中多数载流子耗尽状态①当Vg进一步增大时，耗尽区达到深度耗尽状态。在表面处形成势阱（位阱）,形成了对电子的收集能力。②这种状态就是载流子的反型状态。载流子的反型状态反型状态开始时的栅极电压为阈值电压Vth注意：耗尽状态为非稳定状态，此时Vg＜Vth；反型状态为稳定状态，此时Vg＞Vth。结论:在深耗尽状态下，可进行电荷存储。三、CCD器件的工作条件及要求每个CCD单元都是一个MOS电容器，所以它能储存电荷。CCD的工作条件：MOS电容器

4、处于没有达到反型状态前的深度耗尽状态。CCD的工作要求：信号电荷的存储时间小于热激发电子的存储时间，Δt＜0.1sCCD电荷的注入注入方式：光注入：光生电荷构成光信号电流；电注入：电注入直接输入信号电流，既可以是数字模拟处理系统的输入信号，也可以是其他光电器件的光电信号。方式一是当用作信息存贮和处理时，通过输入端注入与信号成正比的电荷；方式二是当用作拍摄光学图象时，通过光电转换系统把光学图象的照度分布转换成电荷分布，然后通过输入端注入到每一位势阱中。6.4CCD器件基本工作原理CCD电荷的耦合在提取信

5、号时，需要将电荷包有规则地传送出来，这一过程叫做电荷耦合（转移）。它是靠在时钟脉冲作用下不断改变各个电容器的栅极电压，以电荷耦合方式实现的。基于势阱的有无和深度都取决于栅极的电位，通过不断地改变各栅极上的电位值，使栅极下势阱底抬高或降低，实现其中电荷包有规则、可控制地传输，直到输出端。6.5电荷耦合器件的特征参数转移效率电荷存储能力暗电流噪声转移效率η=Qn+1/QnQn+1转移到下一个势阱中的电荷数，Qn原势阱中的电荷数原势阱剩中的电荷数Qn+1–Qn转移损失率ε=（Qn+1–Qn）/Qn转移损失率

6、ε为若电荷包转移了n次，总的转移效率为暗电流暗电流的根本起因在于半导体的热激发。暗电流的危害有：⑴　限制器件驱动频率的低频限。⑵　引起固定图像噪声。措施：完善工艺，提高晶体质量和降低工作温度。噪声CCD器件的噪声源主要有以下几类：本征噪声：包括与电荷存贮和转移有关的噪声，如暗电流噪声、转移噪声、体陷阱噪声；外来噪声：是与操作、输入和输出有关的噪声，如电荷注入和输出噪声等。散粒噪声：热激发和光激发引起的噪声。１．用于小尺寸测量光路部分测量系统组成6.6应用2．大尺寸测量被测对象长度L3．微光测量中的应用

7、用于微光测量4.钢板表面缺陷在线检测应用系统主要由CCD相机、光源(LED线型光源)、并行计算系统、服务器和控制台组成检测缺陷的尺寸、部位、类型、等级。面阵相机适用于低速运动的钢板生产线检测，通常速度低于10m/s。高速扫描的线阵相机可以检测速度为30m/s的钢板。5．用于光学文字识别装置本章重点CCD单元和线阵列结构电荷耦合器件物理基础CCD基本工作原理电荷耦合器件的特征参数本章作业CCD单元和线阵列结构如何？CCD基本工作原理如何？电荷耦合器件的特征参数。电荷耦合器件物理基础。