CCD工作原理与测量.ppt

CCD工作原理和测量;内容;电荷耦合器件CCD（Charge Coupled Devices）;电荷耦合器件CCD;CCD工作原理和测量;;x1;CCD（线阵列）的结构示意图和工作流程图;特点：以电荷作为信号;硅和锗都是金刚石晶格结构; 通过加热或光照，处于价带的电子可以被激发到导带。把电子由价带激发到导带所需的能量要超过价带与导带之间的能隙Eg(硅的Eg＝1.12eV,砷化镓的Eg＝1.42eV)。; 如果一个入射光子的能量(Eph)大于或等于这种材料导带与价带之间的能隙(Eg)，就可以把一个电子激发到导带而成为自由电子。用公式表示如下:;电荷的生成;光电导效应;CCD的特点是以电荷作为信号，不是以电流或电压作为信号。 ;Ev; 栅极电压Vg0,电场排斥空穴吸引电子，越接近表面空穴浓度越小，形成空穴耗尽层。; 半导体表面与衬底的电压，常称为表面势，（用VG表示）外加电压越大，对应有越大的表面电势，能带弯曲的越厉害，相应的能量越低，储存电子的能力越大，通常称其为势阱。注入电子形成电荷包;当金属电极上加正电压时，由于电场作用，电极下P型硅区里空穴被排斥入地成耗尽区。对电子而言，是一势能很低的区域，称“势阱”。有光线入射到硅片上时，光子作用下产生电子—空穴对，空穴被电场作用排斥出耗尽区，而电子被附近势阱（俘获），此时势阱内吸的光子数与光强度成正比。;;电荷的转移; 反型层的出现在SiO2衬底之间建立了导电机构，;Vg=0;; 下面通过类比说明 CCD 收集、转移和测量电荷的过程。;每个小盆接到的 雨水数量不同;先将雨水向左移动;倒空量筒;又一次测量结束。;倒空量筒;重复上述转移－测量的过程，直到所有小盆中雨水的数量都测量完毕。 准备好进行下一次开始接雨水（曝光）。; ; 电荷包的转移是通过变换CCD电极电压来完成的。下列图中，标注红色的电极为高电势，标注黑色的电极为低电势。;;;;;;;;电荷转移和三相时钟;电荷的测量;;;;;;CCD工作原理和测量