第七章固体成像器件ppt课件.ppt

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1、第七章固体成像器件CCD：（ChargeCoupledDevice）电荷耦合器件固体成像器件：不需要封装在真空玻璃壳内，不需要用靶来完成光电图像的转换，不需要有电子束扫描来完成图像信号的输出。固体成像器件本身就能完成光学图像转换、信息存储和按顺序输出（自扫描）视频电视信信号。固体成像器件SSPD：（SelfScannedPhotodiodArray)自扫描光电二极管列阵优点：体积小、重量轻、功耗低；耐冲击，可靠性高，寿命长无像元烧伤、扭曲，不受电磁场干扰SSPD的光谱响应范围从0.25~1.1μm，对红外线也敏感7.1电

2、荷耦合器件7.1.1电荷耦合器件的结构像元尺寸精度优于1μm，分辨率高可进行非接触位移测量基本上不保留残像（真空摄像管有15%~20%的残像视频信号与微机接口容易P型或N型硅衬底生长一层120~150nm的SiO2多个金属电极MOS7.1.2电荷耦合原理与电极结构1.电荷耦合原理1)MOS的平衡态P-SiSiO2电极b）耗尽状态c）反型状态a）平面状态U3P-SiU2P-SiU1P-Si2)MOS电容的非平衡态特性非稳定状态的深度耗尽-Use价带导带-Use价带导带稳定状态的反型层UGUsUs√UG10V10V2Vt22

3、）电荷的耦合10V2V2Vt14V10V2Vt32V10V2Vt42V4V10Vt52V2V10Vt6t1t2t3t4Ф1Ф2Ф3tttt5UUU三相时钟t62.CCD电极结构Ф2SiO2P-Si衬底Ф1tt0t1t2t3Ф1Ф2tФ2Ф1t0t1t2t32)二相CCD的电极结构3)除此之外还有四相时控制1)三相CCD的电极结构如前所述7.1.3电荷耦合器件的组成及其工作原理信号电荷的输入（光电转换）电荷转移信号输出CCD的组成：1.输入部分1）电注入2）光注入光电转换器件+CCD（电荷的转移）MOS电容光敏二极管光光敏

4、二极管光电转换光电导体肖特基势垒光电二极管转移栅N+PaФ1Ф2Ф3OG+P输出栅IG光栅N光敏元MOS电容光电转换N+PaФ1Ф2Ф3OG+P输出栅转移栅IG光栅光敏元光N+PaФ1Ф2Ф3OG+PIG光敏元2.信号的转移部分如前所述3.信号的输出部分（1）二极管输出机构（2）选通积分型输出机构NPФRUCVF1VF2CR1RLG2s+Ф1Ф2Ф3N+PaOG输出栅7.1.4*电荷转移沟道类型SCCD：表面沟道电荷耦合器件，电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面处，并沿界面传输BCCD：体内沟道或埋沟道电荷耦合器件，电荷

5、包存储在离半导体表面一定深度的体内，并在半导体内沿一定方向传输差别：（1）SCCD经BCCD的信号处理能力大一倍（2）BCCD的工作频率上限被大大提高（3）BCCD大大提高了转移效率（4）电荷的存储栅和转移栅刚好相反（5）SCCD信号电荷是少子，而BCCD信号电荷是多子SCCD制做工艺简单，信号处理容量大，很适合于运行速度要求不高的场合。BCCD噪声低，高传输效率，可用于低照度下7.2电荷耦合器件的分类线阵CCD面阵CCD7.2.1线阵CCD最简单的线阵CCD：不适合作摄像电极遮光拖影作为摄像用的器件，通常情况下光敏区和

6、转移区是分开的1）单边传输Ф1三相单边CCD输出12光栅CCDABCABCФ2转移栅Ф3光结构简单，但效率低2）双边传输Ф1输出124Ф1Ф2ФPФxCCDCCDABCABCФ2Фx3Ф3结构复杂，但效率高7.2.2面阵CCD1.FTCCD（帧转移型）IФ2IФ3IФ1SФ1SФ2SФ3RФ1RФ2RФ3输出摄像区（光敏区）暂存区（遮光区)2.ILTCCD（行间转移型）7.3*CCD摄像机分类可见光CCD红外CCDX射线CCD紫外CCD黑白CCD彩色CCD微光CCD7.3.1可见光CCD可见光CCD：黑白CCD、彩色CC

7、D、微光CCD1.彩色CCD分类：三片式、二片式、单片式三片式的式作原理：采用光学系统将入射光学图像分为红、绿、蓝三种顔色图像，然后投射到三片CCD上。2.微光CCD微光：泛指夜间或低照度下微弱的、甚至不能引起人眼视觉的光。两种类型增强型（ICCD）像增强器与CCD芯片耦合模式电子轰击模式（E-BCCD）时间延迟积分型CCD（TDICCD）三种模式1）像增强器与CCD芯片耦合模式灵敏度高达2000μA/lm光谱响应宽度达2.1μm暗电流低达10-16A/cm2可在无月光、无星光的条件下正常工作2）电子轰击模式易产生螺旋形

8、畸变易产生枕形畸变会有强的背景辐射3）TDICCD工作模式-----------通过加长光积分时间来增大信号7.3.2IRCCD-----用红外探测器阵列代替可见光CCD的光敏无部分，就构成焦平面红外阵列（IRCCD）常用敏感材料：PbS和PbSe阵列、PtSi阵列、InSb阵列HgCdTe阵列、GaAs/ALGaA