4.3电荷耦合器件 在MOS电容金属电极上,加以脉冲电压,排斥掉半 导体衬底内的多数载流子,形成“势阱”的运动, 进而达到信号电荷(少数载流子)的转移。 图像传感器:转移的信号电荷是由光像照射产生; 若所转移的电荷通过外界诸如方式得到,则其可以 具备延时、信号处理、数据存储以及逻辑运算等功 能
4.3 电荷耦合器件 在MOS电容金属电极上，加以脉冲电压，排斥掉半 导体衬底内的多数载流子，形成“势阱”的运动， 进而达到信号电荷（少数载流子）的转移。 图像传感器：转移的信号电荷是由光像照射产生； 若所转移的电荷通过外界诸如方式得到，则其可以 具备延时、信号处理、数据存储以及逻辑运算等功 能
4.3电荷耦合器件 4.3.1电荷耦合器件的结构和工作原理 4.3.2CCD图像传感器 4.3.3图像传感器的应用
4.3 电荷耦合器件 4.3.1 电荷耦合器件的结构和工作原理 4.3.2 CCD图像传感器 4.3.3 图像传感器的应用
43.1电荷耦合器件的结构和工作原理 cCCD是一种半导体器件 ■■■ P-Si N 图431MOS电容的结构 1.金属2.绝缘层SiO 上一页 下一页
4.3.1 电荷耦合器件的结构和工作原理 ⚫ CCD是一种半导体器件 图4.3.1 MOS电容的结构 1．金属 2．绝缘层SiO2 返 回 上一页 下一页
平带条件下的能带 氧化物 半导体 E导带底能量 E E禁带中央能级 金属 E 电子能量 E费米能级 E E价带顶能量 平带条件 当MOS电容的极板上无外加电压时,在理想情况下,半导体从 体内到表面处是电中性的,因而能带(代表电子的能量)从表面到 内部是平的。 上一页 下一页
平带条件下的能带 Ec导带底能量 Ei禁带中央能级 Ef费米能级 Ev价带顶能量 平带条件： 当MOS电容的极板上无外加电压时，在理想情况下，半导体从 体内到表面处是电中性的，因而能带(代表电子的能量)从表面到 内部是平的。 返 回 上一页 下一页
加上正电压MOS电容的能带 耗尽层 反型层耗尽层 E E E E (a栅压U较小时,MOS电容器处于耗尽状态。 (b)栅压U增大到开启电压Ut时,半导体表面的费米能级 高于禁带中央能极,半导体表面上的电子层称为反型层。 上一页 下一页
加上正电压MOS电容的能带 (a)栅压UG较小时，MOS电容器处于耗尽状态。 (b)栅压UG增大到开启电压Uth时 ,半导体表面的费米能级 高于禁带中央能极, 半导体表面上的电子层称为反型层。 返 回 上一页 下一页
有信号电荷的势阱 当MOS电容器栅压大于开启电压Uc,周围电子迅速地 聚集到电极下的半导体表面处,形成对于电子的势阱。 金属 氧化物 电子 界面势 势阱 势阱:深耗尽条件下的表面势。 势阱填满:电子在半导体表面堆积后使平面势下降。 上一页 下一页
有信号电荷的势阱 ⚫ 当MOS电容器栅压大于开启电压UG，周围电子迅速地 聚集到电极下的半导体表面处，形成对于电子的势阱。 势阱：深耗尽条件下的表面势。 势阱填满：电子在半导体表面堆积后使平面势下降。 返 回 上一页 下一页
信号电荷转移 CCD的基本功能是存储与转移信息电荷 为实现信号电荷的转换: 1、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。 2、控制相邻MOS电容栅极电压高低来调节势阱深 浅,使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深处 3、在CCD中电荷的转移必须按照确定的方向 上一页 下一页
信号电荷转移 ⚫ CCD的基本功能是存储与转移信息电荷 ⚫ 为实现信号电荷的转换： 1、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。 2、控制相邻MOS电容栅极电压高低来调节势阱深 浅，使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深处。 3、在CCD中电荷的转移必须按照确定的方向。 返 回 上一页 下一页
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 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 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 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 上一页 下一页
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。 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。 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。 返 回 上一页 下一页
1, I, 鸟 三相栅压波形 相QQ信息电荷传输原理图 中 电荷转移过程 上一页 下一页
三相CCD 信息电荷传输原理图返 回 上一页 下一页
CCD电荷的产生方式 电压信号注入 CCD在用作信号处理或存储器件时,电荷输入 采用电注入。CCD通过输入结构对信号电压 或电流进行采样,将信号电压或电流转换为信 号电荷。 光信号注入 CCD在用作图像传感时,信号电荷由光生载流 子得到,即光注入。电极下收集的电荷大小取 决于照射光的强度和照射时间。 上一页 下一页
CCD电荷的产生方式： ⚫ 电压信号注入 CCD在用作信号处理或存储器件时，电荷输入 采用电注入。 CCD通过输入结构对信号电压 或电流进行采样，将信号电压或电流转换为信 号电荷。 ⚫ 光信号注入 CCD在用作图像传感时，信号电荷由光生载流 子得到，即光注入 。电极下收集的电荷大小取 决于照射光的强度和照射时间。 返 回 上一页 下一页
