光電探測(cè)器陣列CCD攝像器件

目前廣泛使用的攝像器件是CCD型攝像器件。CCD于1970年由貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明[82]，此后關(guān)于CCD的研究蓬勃發(fā)展，CCD最小像素尺寸由1972年的40um減小到了1995年的5 gm，像素單元也從最早的不足2000增加到兩千六百多萬(wàn)[83]。CCD型攝像器件包括三個(gè)部分：進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光電探測(cè)器陣列部分、移位寄存器電荷轉(zhuǎn)移部分、MOSFET源跟隨輸出部分。光電轉(zhuǎn)換部分利用普通PN二極管就可實(shí)現(xiàn)，其中最重要的、也是CCD區(qū)別于其他攝像器件的部分是移位寄存器電荷轉(zhuǎn)移部分。CCD電荷轉(zhuǎn)移由一系列緊密排列的MOS電容器組成，如圖1(a)所示。當(dāng)在某個(gè)柵極上加正電壓時(shí)，就會(huì)在柵極底下形成電子勢(shì)阱，信號(hào)電荷就存在勢(shì)阱中。

常見(jiàn)的CCD電荷轉(zhuǎn)移為三相時(shí)鐘脈沖結(jié)構(gòu)，每三個(gè)柵為一組間隔排列，每相隔兩個(gè)柵的柵電極使用同一時(shí)鐘脈沖，時(shí)鐘脈沖如圖1(c)所示。在幻時(shí)刻，四為高電位，其他兩相脈沖均為低電位，這時(shí)在1柵極下面形成耗盡區(qū)，外部所注入的電子將被聚集在這個(gè)勢(shì)阱中。在t2時(shí)刻，Φ從高電位向低電位轉(zhuǎn)變，Φ從低電位向高電位轉(zhuǎn)變，則1和2柵極下面都形成電子勢(shì)阱。由于各個(gè)柵極相互靠得很近，因此它們的勢(shì)阱相互重疊。隨著Φ1電位降低和@電位上升，1柵極勢(shì)阱逐漸變淺，2柵極的勢(shì)阱逐漸加深，因此1柵極勢(shì)阱中電子就逐漸流向了2柵極的勢(shì)阱。在兔時(shí)刻電子全部轉(zhuǎn)移到了2柵極的勢(shì)阱。同樣地，在勤時(shí)刻@從高電位向低電位轉(zhuǎn)變，鯤從低電位向高電位轉(zhuǎn)變，則2和3柵極下面都形成電子勢(shì)阱，隨著鯤電位降低和CD3電位上升，2柵極勢(shì)阱中電子就逐漸流向了2柵極的勢(shì)阱。在t3時(shí)刻電子全部轉(zhuǎn)移到了3柵極的勢(shì)阱。這樣各個(gè)柵極勢(shì)阱電荷就逐個(gè)被轉(zhuǎn)移出去成為輸出信號(hào)，這就是CCD轉(zhuǎn)移的基本原理。