第8 固体成象器件培训课件.ppt

§ 8.3 其它固态成像器件 一、体内沟道电荷耦合器件 二、自扫描光电二极管阵列（SSPA） 一、体内沟道电荷耦合器件 输入二极管 +20V SiO2 n-Si p-Si n+ n+ 输入二极管 +20V 图8.3.1、BCCD的结构示意图 利用耗尽层工作，信息电荷为多子 SCCD和BCCD的比较 1、SCCD比BCCD的信号处理能力大； 2、BCCD有较大边缘电场和较高载流子迁移率，渡越时间缩短，工作频率上限提高； 3、BCCD转移效率高； 4、对于二相BCCD，厚栅是存储栅，薄栅是转移栅，而SCCD厚栅是转移栅，薄栅是存储栅； 5、SCCD是信号电荷时少子，而BCCD的信号电荷是多子。 自扫描光电二极管阵列（SSPA） 以光电二极管代替CID中的MOS电容结构光敏元，构成自扫描光电二极管阵列（SSPA） K（闭合） D Cd RL Vc 工作过程 1、准备：首先闭合K，光电二极管充电，达到稳定后，由于光电流、暗电流都很小，可认为负载上压降几乎为零，Vc全部降落在p-n结上，结电容Cd上的电荷 2、曝光：打开开关K，光电流和暗电流的存在使光电二极管放电，设打开时间为Ts，结电容Cd上释放的电荷 此时Cd上的电荷 Cd上的压降 K（断开） D Cd RL Vc 3、再充电： 闭合K，结电容充电，达到平衡后，电压升至Vc，因此充电期间Cd上电压有一上升过程，直到达到Vc。同时负载上电压变化为：开始有一峰值，随着充电的继续，下降到0，即输出一脉冲，其峰值电压为 式中为 平均辐照度 K（闭合） D Cd RL Vc 输出 VR VD K闭合 K断开 准 备 （预充电） 再充电 （信号输出） 曝 光 （电荷积分） 再充电 （信号输出） 曝 光 （电荷积分） TS VC VCT VRmax t t 电荷存贮工作方式下的信号波形 SSPD的优缺点 1）栅极-漏极电容产生的开关噪声大； 2）视频线输出电容比较大，其容量和二极管数目成正比； 3）可用于作多路调制器，外电路简单，时钟线电容低，驱动容易。 CMOS成像器件 互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 1、CMOS像素结构 无源像素结构 有源像素结构 光极型有源像素结构 2、CMOS摄像器件的总体结构 三片式彩色CCD摄像机 应用 教材第八章：2，3，4，5 * * 一个电极保持10V，第二个电极上的电压由2V变到10V，因这两个电极靠得很紧(间隔只有几微米)，它们各自的对应势阱将合并在一起。原来在第一个电极下的电荷变为这两个电极下势阱所共有。 若此后第一个电极电压由10V变为2V，第二个电极电压仍为10V，则共有的电荷转移到第二个电极下的势阱中。这样，深势阱及电荷包向右移动了一个位置。 CCD电极间隙必须很小，电荷才能不受阻碍地自一个电极转移到相邻电极。对绝大多数CCD，1μm的间隙长度是足够了。 2、三相N沟CCD工作原理 t1 t2 t3 t4 t5 t6 1 t φ1 φ2 φ3 （b） 图4.5-3 三相CCD时钟电压与电荷传输关系 （a）按时序电荷在势阱内传输 （b）三相驱动波形 （a） t=t1 t=t2 t=t3 t=t4 第二位 第一位 φ1 φ2 φ3 a1 b1 c1 a2 b2 c2 3、二相N沟CCD工作原理 图 8-5 注入势垒二相结构势阱图 φ2 P型Si 注入区 SiO2 φ1 t2 t1 φ1 φ2 t2 t1 4、四相N沟CCD工作原理 (a)普通四相时钟波形 （b）双时钟波形 t1 t2 t3 t4 φ4 φ1 φ3 φ2 φ1 φ3 φ2 φ4 P-Si SiO2 4 1 2 3 4 1 t1 t2 t3 t4 (c)普通时钟驱动下的势阱长度 （d）双时钟驱动下势阱分布 SiO2 4 1 2 3 4 1 t1 t2 t3 t4 P-Si 图8-6 四相驱动 ＣＣＤ主要由三部分组成：信号输入、电荷转移、信号输出。 1) 输入部分：将信号电荷引入到ＣＣＤ的第一个转移栅极下的势阱中，称为电荷注入。 电荷注入的方法主要有两类：光注入和电注入 电注入：用于滤波、延迟线和存储器等。通过输入二极管给输入栅极施加电压。 ＣＣＤ的工作原理 P-Si 输入 栅 输入二极管 输出二极管 输出 栅 SiO2 光注入