《光电成像器》PPT课件

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1、三个基本部分：光电变换部分电子光学部分电光变换部分像管变像管像增强器紫外光像红外光像微弱光像（微通道板）光敏面荧光屏可见光像（级连）像增强管光电转换信号存储扫描输出摄像管7.3电荷耦合器件ChargeCoupledDevice简称CCD体积小，重量轻，工作电压和功耗都很低；耐冲击性能好，可靠性高，寿命长，······CCD背景介绍W.S.Boyle与G.E.Smith7.3电荷耦合器件ChargeCoupledDevice简称CCD体积小，重量轻，工作电压和功耗都很低；耐冲击性能好，可靠性高，寿命长，······主要内容：一.CC

2、D的结构与工作原理二.CCD的主要特性参数三.CCD摄像器件CCD电荷存储电荷转移电荷注入电荷输出一.CCD的结构与工作原理特点：以电荷作为信号基本功能：电荷的存贮和转移一.CCD的结构与工作原理1CCD的单元结构MOS结构单元－像素由多个像素组成线阵,金属栅极是分立的，氧化物与半导体是连续的在栅极加正偏压之前，P型半导体中的空穴（多子）的分布是均匀的。1）势阱的形成当栅极施加正电压UG（此时UG≤Uth）时，在电场的作用下，电极下Ｐ型区域里的多数载流子空穴被排斥到衬底的底侧，硅表面处留下不能移动的带负电的粒子，产生耗尽区。1）势

3、阱的形成势阱施加正电压空穴耗尽区栅极正向电压增加时，势阱变深。－－改变UG，调节势阱深度1）势阱的形成1）势阱的形成UG＞Uth时，半导体与绝缘体界面上的电势变得非常高，以致于将半导体内的电子(少子)吸引到表面，形成一层极薄但电荷浓度很高的反型层（沟道）。深度耗尽状态N型(P沟道）P型(N沟道）UG＞Uth时，2）电荷的存储耗尽区对于带负电的电子来讲是一个势能很低的区域，若注入电子，电场则吸引它到电极下的耗尽区。表面处构成了对于电子的“陷阱”，称之为表面势阱，势阱积累电子的容量取决于势阱的“深度”，而表面势的大小近似与栅压VG成正

4、比。MOS电容具有存储电荷的能力当势阱中填满了电子,势阱中的电子不再增加了，便达到稳态（热平衡状态）。因此信号电荷的储存必须在达到稳态之前完成。电子－－被吸入势阱产生电子－空穴对空穴－－栅极电压排斥2、信号电荷的注入（光注入、电注入）光注入：产生电子－空穴对势阱内吸收的光电子数量与入射光势阱附近的光强成正比。一个势阱所吸收集的若干个光生电荷称为一个电荷包。光照射到光敏元上时，会产光生电子—空穴对，光生电子将被吸入势阱存储起来，空穴则被排斥到半导体的底侧。3、电荷包的存储通常在半导体硅片上制有成千上万个相互独立的MOS光敏单元，如果

5、在金属电极上加上正电压，则在半导体硅片上就形成成千上万的个相互独立的势阱。如果此时照射在这些光敏单元上是一副明暗起伏的图像，那么这些光敏元就会产生出一幅与光照强度相对应的光电荷图像。4信号电荷包的传输1）通过控制相邻MOS电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷包由势阱浅的位置流向势阱深的位置。2）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。3）栅极脉冲电压必须严格满足位相时序要求，保证信号转移按确定方向进行。CCD中电荷包的转移：将电荷包从一个势阱转入相邻的深势阱。基本思想：－－调节势阱深

6、度－－利用势阱耦合定向转移的实现在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。定向转移的实现通常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。φ1φ2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。MOS上三个相邻电极，每隔两个所有电极接在一起。由3个相位差120°时钟脉

7、冲驱动。三相CCD中电荷包的转移过程：t1时刻，Φ1为高电平，Φ2Φ3为低电平，1电极下形成深势阱，储存电荷形成电荷包t2-t3时刻，Φ1电压线性减小，1电极下势阱变浅，Φ2为高电平，2电极下形成深势阱，信号电荷从1电极向2电极转移，直到t3时刻，信号电荷全部转到2电极下。重复上述过程，信息电荷从2电极转移到3电极，到t5时刻，信号电荷全部转移到3电极下。经过一个时钟周期，信号电荷包向右转移一级，t6时刻信号电荷全部转移4电极下。依次类推，信号电荷依次由1，2，3，4…..N向右转移直至输出移位寄存器4信号电荷包的输出衬底P和N+

8、区构成输出二极管（反偏压）二极管输出方式：复位脉冲RS10－>2V5V4信号电荷包的输出二极管输出方式：衬底P和N+区构成输出二极管（反偏压）CCD电荷存储电荷转移电荷注入电荷输出CCD的结构与工作原理特点：以电荷作为信号基本功能：电荷的存贮和转移