4.2固体成像器件幻灯片.ppt

光电成像器件 －－固体成像器件 分类 与真空光电器件相比 一、电荷耦合器件 电荷耦合器件简称为CCD(Charge Coupled Devices)，是20世纪70年代初开始发展起来的新型半导体器件。从CCD概念提出到商品化的电荷耦合摄像机出现仅仅经历了四年。其所以发展迅速，主要原因是它的应用范围相当广泛。它在数字信息存贮、模拟信号处理以及作为图像传感器等方面都有十分广泛的应用。 （一）、CCD工作原理 CCD的突出特点在于它以电荷作为信号。CCD的基本功能是电荷的存贮和电荷的转移。因此，CCD的基本工作原理应是信号电荷的产生、存贮、传输和检测。 CCD有两种基本类型， 一种是电荷包存贮在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面传输，这种器件称为表面沟道CCD(简称为SCCD)，另一种是电荷包存贮在离半导体表面一定深度的体内，并在半导体体内沿一定方向传输，这种器件称为体沟道或埋沟道器件(BCCD)。下面以SCCD为主讨论CCD的基本工作原理。 1、电荷存贮 2、电荷耦合 3、电荷的注入和检测 φ2下势阱中的电荷量 （二）CCD的特性参数 1．转移效率和转移损失率 2．工作频率 (三)CCD摄像器件 （1）．单沟道线型ICCD （2）．双沟道线型ICCD 2面阵ICCD （1）帧转移 （2）隔列转移型面阵ICCD (四)ICCD的基本特性 1.光电转换特性 2.光谱响应 3．噪声和动态范围 4． 暗电流 5分辨率 (五)CCD摄像机的分类 二、CMOS图像传感器 CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor），中文学名为互补金属氧化物半导体，它本是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本的资料。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带-电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器，CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器（Passive Pixel Sensor CMOS）与主动式像素传感器（Active Pixel Sensor CMOS） 光电二极管型CMOS无源像素传感器（CMOSPPS）的结构自从1967年Weckler首次提出以来实质上一直没有变化，其结构如图所示。它由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。当开关管开启时，光敏二极管与垂直的列线连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路保持列线电压为一常数。当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时，其电压被复位到列线电压水平，与此同时，与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。 特种成像器件 红外夜视摄像器件 主动式 被动式 红外热像仪--热摄电摄像管 紫外摄像器件 紫外成像器件 GaN紫外摄像机 在ICCD中，电荷包是由入射光子被硅衬底吸收产生的少数载流子形成的，因此，它具有良好的光电转换特性。它的光电转换因子可达到99．7％ ICCD接受光的方式有正面光照与背面光照两种不同方式。由于ICCD的正面布置着很多电极，电极的反射和散射作用使得正面照射的光谱灵敏度比背面照射时低。即使是透明的多 晶硅电极也会因为电极的吸收以及在整个硅－－二氧化硅界面上的多次反射引起某些波长的光产生干涉现象，出现若干个明暗 条纹，使光谱响应曲线出现若干个峰与谷，即发生起伏。为此，ICCD常采用背面照射的方法。采用硅衬底的ICCD，其光谱响应范围为0．4～1．1μm。其平均量子效率为25％。 动态范围由势阱的最大电荷存储量与噪声电荷量之比决定。 ①势阱的最大电荷存储量。 ②噪声 CCD中有以下几种噪声源：电荷注入噪声；电荷转移过程中，电荷量的变化引起的噪声和检测时产生的噪声。 ①耗尽的硅衬底中电子自价带至导带的本征跃迁。 ②少数载流子在中性体内的扩散 ③来自sio2表面引起的暗电流 ④si- sio2 界面表面引起的暗电流 分辨率是图像传感器的重要特性。常用光学传递函数(OTF)中的调制传递函数(MTF)来评价。图为宽带光源(白光)与窄带光源照明下某线阵ICCD的MTF曲线。 图中横坐标为归一化的空间频率，纵坐标为其模传递函数。 1．依成像色彩划分 (1)彩色摄像机 适用于景物细部辨别，如辨别衣着或景物的颜色。 因有颜色而使信息量增大．信息量一般认为是黑白摄像机的l0倍； (2)黑白摄像机 适用于光线不充足地区及夜间无法安装照明设备的 地区，在仅监视景物的位量或移动时，可选用分辨率高于彩色摄像机的黑 白摄像机。 2．按图像信号处理方式划分 (1)数字视频