固态图像传感器课件.pptVIP

固态图像传感器内容提要第一节概述第二节固态图像传感器的分类及其原理第三节固态图像传感器的应用学习目标掌握固态图像传感器的基本特点和CCD传感器的工作原理；熟悉固态图像传感器的应用。

固态图像传感器一.概述定义：固态图像传感器是指在同一块半导体衬底上，生成若干个光敏单元与移位寄存器构成一体的集成光电器件，按空间分布的光强信息转换成按时序串行输出的电信号。是一种集成化、功能化的光电器件。光敏单元又称为“像素”或“像点”，不同的光敏单元在空间上、电气上彼此独立。每个光敏单元将自身感受到的光强信息转换为电信号，众多的光敏单元一起工作，即把入射到传感器整个光敏面上按空间分布的光学图像转换为按时序输出的电信号“图像”，这些电信号经适当的处理，能再现入射的光辐射图像。

固态图像传感器固体图像传感器的优点：u体积小，重量轻，功耗低，耐冲击，可靠，寿命长；u扫描线性，畸变小，重复性好，适用于尺寸测量、定位和图像传感等方面；u光谱响应范围较广，从近紫外到近红外；u空间分辨率高，像元间距的几何位置精确，可以获得很高的定位与测量精度；u与微机接口容易实现。

固态图像传感器组成：物镜固体图像传感器固体图像敏感器件驱动电路信息处理电路

固态图像传感器工作原理如1-1所示。成像扫描、移动驱动电路敏感器件物镜脉冲信号放大和处理需要的信号信息处理电路图1-1固体图像传感器工作原理图

固态图像传感器二.固态图像传感器的分类及其原理分类：从使用点，可将固态图像分为线型和面型固。型固、感器主要用于、真和光学文字等方面，面型固感器的展方向主要用作磁像的小型照相机。根据所用的敏感器件不同，又可分CCD传感器、CID传感器、SSPD传感器、CCPD感器等。其中，CCD是应用最广泛的一种。

固态图像传感器CCD图像传感器1.CCD的基本介绍CCD(ChargeCoupledDevices)即电荷耦合器件，它的发明是应用爱因斯坦有关光电效应理论的结果，即光照射到某些物质上，能够引起物质的电性质发生变化。但是从理论到实践，道路却并不平坦。科学家遇到的最大挑战在于如何在很短的时间内，将每一个点上因为光照二产生改变的大量电信号采集并且辨别出来。

固态图像传感器经过多次试验，贝尔实验室的波意耳（W.S.Boyle)和史密斯（G.E.Smith)于1970年终于解决了上述难题。他们采用一种高感光度的半导体材料，将光线照射导致的电信号变化转换成数字信号，使得其高效存储﹑编辑﹑传输都成为可能。由于它有光电转换﹑信息存储﹑延时和将电信号按顺序传送等功能，且集成度高﹑功耗低，因此随后得到飞速发展，是图像采集及数字化处理必不可少的关键器件，广泛应用于科学﹑教育﹑医学﹑商业﹑工业﹑军事和消费领域。

固态图像传感器“CCD是数码相机的电子眼,它革新了摄影术。现在光可以被电子化记录,取代了胶片。这一数字形式极大地方便了对图像的处理和发送。无论是我们大海中深邃之地,还是宇宙中的遥远之处,它都能给我们带来水晶般清晰的影像”。

固态图像传感器1970年，Boyle(左)和Smith(右)在测试用最初状态的CCD元件组装的简易拍摄装置。

固态图像传感器一个完整的CCD器件由光敏单元﹑转移栅﹑移位寄存器及一些辅助输入﹑输出电路组成。CCD是一种新型的MOS型半导体器件，是在N型或P型硅衬底上生长一薄层二氧化硅，然后在二氧化硅薄层上依一定次序沉金属极，形成规则排列的金属氧化物（MOS）容器列,再根据不同要求加上输入出端，就构成了CCD。如图2-1所示为64位CCD结构，每个光敏元（像素）对应3个相邻的转移栅电极1、2、3，所有电极彼此间离得足够近，以保证硅表面的耗尽区和电荷的势阱耦合及电荷转移。

固态图像传感器图2-1CCD芯片的构造

固态图像传感器2.CCD的基本原理(1)MOS的基本构与原理CCD的基本原理是在一系列MOS容器金属电极上，加以适当的脉冲，排斥掉半体村底内的多数流子，形成“阱”的运，而达到信号荷(少数流子)的移。由此可知，CCD的基本原理与MOS容器的物理机理密切相关。因此，首先分析MOS容器的原理。

固态图像传感器如2-2所示氧化P型Si底上沉金属而构成的MOS容器的元构，若在某一刻它的金属极加上正向U，P-Si中的多数流子(此是空穴)便会受到排斥，于是在Si表面就会形成一个耗尽区。个耗尽区与普通的PN一．同也是离受阻构成的空荷区。并且在一定条件下，U越大，耗尽层就越深。这时，Si表面吸收少数流子(此是子)的(即表面V)也就越大。而易，MOS容器所能容的少数流子荷的量就越大。据此，恰好可以利用“表面阱”(称阱)一形象比明MOS容器在V作用下存(信号)荷的能力。

固态图像传感器图2-2MOS电容器原理结构图

固态图像传感器表面V是一个非常重要的物理