第7节 固体成像器件.ppt

TCD1251UD：一种高灵敏度、低暗电流、2700像元的线阵CCD图象传感器。 应用：传真、图象扫描和OCR。 分辨率：扫描A3的图纸，为8线/毫米(200DPI); 扫描A4的图纸，为12线/毫米(300DPI) 。 自扫描光电二极管阵列（SSPD）：在器件的内部还集成了数字移位寄存器等电路，工作在电荷存贮方式。 五、自扫描光电二极管阵列（SSPD） （一）.光电二极管阵列的结构形式和工作原理 1．光电二极管阵列的结构形式 光电二极管有两种阵列型式: 普通光电二极管阵列：将N个光电二极管同时集成在一个硅片上，将其中N端连接在一起，P端单独引出；像元数只有几十位，为连续工作方式。 2.光电二极管阵列的工作原理 式中E为入射光的辐照度；η为量子效率；A为光电二极管光敏面面积； 为入射光的频率。 （1）连续工作方式 注意：D的面积很小，输出光电流是很微弱的，要读取图像信号，需采用放大器；此外，采用连续工作方式，N位图像传感器至少应有N+1根信号引出线，且布线上也有一定的困难； 由上式可见，光电流与入射光的辐照度和光敏区面积成正比。光一直照下去，负载上的电流一直输出。 D RL Uo Us Ip 连续工作方式：当一束光照到光电二极管的光敏面上时，光电二极管输出的光电流为 连续工作方式一般只用于64位以下的光电二极管阵列中。 （2）电荷存贮工作方式 电荷存贮工作 方式的原理图 准备过程 如图, 闭合开关K，Uc通过RL 向Cd 充电，充电稳定后，二极管PN结上的电压基本上为电源电压Uc；此时结电容Cd上的电荷 D电荷存贮工作有准备过程、曝光过程和再通电过程 D Cd RL UC K K D为光电二极管，Cd为等效结电容，Uc为D的反向偏置电压，RL为等效负载电阻 (b) 曝光过程 打开K，让光照D。由于亮电流的存在，Cd将缓慢放电。若K断开的时间为Ts，则在曝光过程Cd上所释放的电荷 式中 为平均光电流。这时Cd上的电压也下降到 D Cd RL UC K 电荷积分时间 * CCD不需要在真空玻璃壳内用靶来完成光学图像的转换，再用电子束按顺序去扫描靶的扫描面获得视频信号；它本身就能完成光学图像转换、信息存贮和按顺序输出（称自扫描）视频信号。 (3) SSPD的光谱响应范围从0.25～1.1μm；对近红外线也 敏感；CCD也可做成红外敏感型； (6）基本上不保留残象（真空摄像管有15%～20%的残象） 体积小，重量轻，功耗低；耐冲击，可靠性高，寿命长； 第6章所讨论的各类真空摄像器件中，其核心部件是靶面，这类成像器件在20世纪60年代被广泛应用；但在60年代后期，随着半导体集成电路技术的发展，特别是MOS集成电路工艺的成熟，各种固体成像器件得到迅速发展！ (4) 象元尺寸精度优于1μm,分辨率高； 第7章 固体成像器件 固体成象器件有两大类：一是电荷耦合器件,简称CCD (Charge Coupled Device);二是自扫描光电二极管列阵,简称SSPD,SSPD又称MOS图像传感器。 与真空摄像器件相比固体成像器件有以下优点： (2) 无象元烧伤、扭曲，不受电磁场干扰； (5) 可进行非接触位移测量； (7) 视频信号与微机接口容易。 重点讨论CCD 特点:是无需扫描电子束即可自行 产生视频信号！ 圆柱形的磁畴：一种呈某个磁化方向的局部磁化区.磁畴直径1-2μm 1969年秋，美国贝尔实验室的威拉德博伊尔和乔治史密斯受磁泡的启示，研制成功了一种新型的半导体器件，这种器件就是本章我们要讨论的电荷耦合器件CCD。 固体成像器件：是指利用内光电效应工作在非真空环境下的一类成像器件 一 电荷耦合器件 (一).电荷耦合器件的结构 在P型硅衬底上产生一层SiO2，厚度为dox(1200～1500?),然后按一定次序沉积N个金属栅极，其间隙约2.5μm，栅极中心距离15～20μm。这样每个栅极与其下方的SiO2和半导体间构成了金属-氧化物-半导体结构：MOS结构 CCD 单元 CCD线阵列 CCD线阵列结构+输入机构+输出机构=N位CCD 注意:由于电子迁移率高,大多数CCD选用P型硅衬底 注意:半导体作为底电极，称为衬底，衬底分P衬底和N衬底，两者对应不同的沟道形式：P衬底N沟道，N衬底P沟道； 当栅极上加上一定电压UG后,在SiO2:P-Si 界面形成符号相