光电子第五章_3.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 电荷耦合摄像器件－CCD制造工艺 氧化： (3)可以作为多晶硅薄膜之间的隔离层。 隔离多晶硅的SiO2层的质量将直接影响CCD的电路的性能，SiO2能防止上层多晶硅和下层多晶硅间短路，就像电线上的绝缘体可以防止短路一样。同时，氧化物要求无针孔和空隙。 在CCD 制造中，较多采用干氧—湿氧—干氧结合的氧化方式. CMOS摄像器件 CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor 互补金属氧化物半导体 CMOS技术：可以将光电摄像器件阵列、驱动和控制电路、信号处理电路、模/数转换器、全数字接口电路等完全集成在一起，可以实现单芯片系统（SOC）。 CMOS摄像器件 CMOS的结构：无源像素型（PPS）和有源像素型（APS） 无源像素型： 由反向偏置的光电二极管（PD）和开关管（TX）组成。 当该像素被选中激活时，TX选通，PD中由于光照产生的信号电荷通过TX到达列总线输出； 在列总线下端有一个电荷积分放大器，将信号电荷转换为电压输出。 CMOS摄像器件 无源像素型特点： 结构简单； 像素填充率高； 量子效率比较高； 由于传输线电容较大，读出噪声较高，而且随着像素数目增加，读出速率加快，读出噪声变得更大。 CMOS摄像器件 有源像素型：在像元内引入缓冲器或放大器可以改善像元的性能。像元内有有源放大器的传感器称为有源像素传感器。 光电二极管型有源像素（PP-APS）结构： 由光电二极管（PD）、RST、T 和RS组成。 光照射到PD产生信号电荷，这些电荷通过T缓冲输出； 当RS选通时，电荷通过列总线输出，RS关闭时，RST打开对PD复位。 CMOS摄像器件 有源像素型特点： 由于每个放大器仅在读出器件被激发，功耗比较小。 填充系数小，其设计填充系数典型值为20～30％。 CMOS摄像器件 CMOS 器件的总体结构： 外界光照射像素阵列，产生信号电荷，行选通逻辑单元根据需要选通相应的行像素单元，行像素内的信号电荷通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理器（ASP）及A/D变换器，转化成相应的数字图像信号输出。 CMOS摄像器件 CMOS最主要的优势 非常省电。 CMOS 电路几乎没有静态电量消耗，只有在电路接通时才有电量的消耗，耗电量只有普通CCD的1/3左右。 CMOS的主要问题 在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而过热。暗电流抑制得好就问题不大，如果抑制得不好就十分容易出现杂点。 光学敏感性差，信噪比小。 CMOS摄像器件 CMOS：由于采用半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路（如AGC、CDS、时钟、DSP等）集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本。 CCD：采用电荷传递的方式传送数据，其中有一个像素不能运行，将会导致一整排的数据不能传送。控制CCD传感器的成品率会比CMOS传感器困难的多。 成本差别：CCD的成本要高于CMOS. CMOS摄像器件 CCD：感光信号以行为单位传输，电路占据像素的面积比较小，这样像素点对光的感受就高些。 CMOS：每个像素由多个晶体管与一个光电二极管构成（含放大器和A/D转换电路），使得每个像素的光敏区域只占据像素本身很小的表面积，像素点对光的感受就低。 灵敏度差别：在像素尺寸相同的情况下，CCD的灵敏度要高于CMOS. CMOS摄像器件 CMOS集成有放大器、定时、ADC等电路，每个像素都比CCD复杂，因而电路所占像素的面积也大。所以相同尺寸的传感器，CCD可以做得更密。 分辨率差别：CCD的分辨率优于CMOS. CMOS摄像器件 CCD：多个方面都占据着一定的优势，而且CCD技术还处在发展当中。光照灵敏度高、噪声低、像素面积小。 CMOS：具有功耗低、可集成性及快速响应的最大优点。早期产品应用情况并不十分理想，生成的图片质量差、噪波也大，而且图像处理性能也不好。 综合性能描述： 固体光电成像器件的功能、分类 CCD的基本功能、基本组成、工作原理、分类 MOS光敏元、移位寄存器、电荷转移栅的工作机理 CCD摄像器件的主要特性 CMOS的结构和工作原理 复习要点 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 电荷耦合摄像器件－移位寄存器 t=t1：Ua=U, Ub=0，Uc=1/2U。金属电极上所加正电压越大，金属电极下的电场越强，多子（空穴）被排斥的耗尽层越厚，对少子（电子）则势阱越深。 也即：a1、a2、???、an极上的电压最高，势阱最深。b1、b2、???、bn上的