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d)当MOS电容栅极上正电压进一步提高时,表面处能带相对于体内将进一步向下弯曲。表面处的费米能级会高于中间能级Ei,这意味着表面处电子浓度将超过空穴浓度,形成与原来p型半导体相反的一层(电子成为多数载流子),称为“反型层”。EFMVG0金属氧化物p型半导体EcEiEisEFPEVEFMVG0WΦS0导电电子如果外界不注入少子(电子)或不引入各种激发,则反型层中电子来源主要是耗尽区内热激发的电子空穴对。对于经过良好处理的半导体,这种激发过程是很慢的,约0.1—10s,称为热弛豫时间。热弛豫时间取决于CCD的结构及工艺条件。反型层的出现在SiO2和p型半导体之间建立了导电沟导。因为反型层电荷是负的,因此常称为n沟导CCD。EFMVG0金属氧化物p型半导体EcEiEisEFPEVEFMVG0WΦS0导电电子MOS电容的非平衡态特性在栅极加压后t=0的瞬间,空穴将被从界面处推开,在界面处将形成耗尽层。但是将不会立即形成反型层,因为热激发的电子空穴对的形成需要一定时间。01加压后t=0+时,耗尽层的宽度最大,势阱最深,这时MOS电容最具有存贮电荷的能力。一旦出现电子就能进入势阱。02反型层电子出现后,耗尽区缩小,势阱变浅,存贮电荷的能力减小。当t大于热弛豫时间,不可能再存贮新的电荷。因此CCD要贮存有用的信号电荷(不论是输入的或光激发的),都要求信号电荷的存贮时间小于热激发电子的存储时间。CCD是一种非平衡态器件。二、CCD的信号传输1.电荷耦合原理栅极上的电压越高,表面势越高,势阱越深;若外加电压一定,势阱深度随势阱中电荷量的增加而线性下降。若MOS电容紧密排列,控制栅极电压可以实现信号电荷的传输。2V10V2V2V①②③t=t1=02V10V10V2V①②③t=t22V2V10V2V①②③t=t32.电荷传输为了实现信号电荷的定向转移,在CCD的MOS阵列上划分成以几个相邻MOS电容为一单元的无限循环结构,每一单元称为一位,将每一位中对应位置上的电容栅极分别连到各自共同电极上,此共同电极称为相线。以三相二位n沟道CCD为例输入二极管ID输入栅IGΦ1Φ2Φ3输出t1t2t3t4t5t6t7IDIG123123OGOD输出t=t1t=t2t=t3t=t4t=t5t=t6电荷注入根据CCD的不同用途有两种不同的电荷注入:用作信息存贮或处理时,通过输入端注入与信号成正比的电荷;用作拍摄光学图像时,通过光电转换把照度分布转换成电荷分布注入到每一位的势阱中。电荷耦合器件CCD的转移效率三、电荷耦合器件CCD的转移效率电荷转移效率η是CCD性能好坏的一个重要参数。它表征在一个势阱中被转移了的电荷量与总电荷量之比。通常,直接用的不是转移效率,而是转移损失率ε,即q(t):在t时刻留在该电极下单位面积上的电荷量;q0:在零时刻注入到该电极下单位面积上的总电荷量电荷转移效率η决定着信号电荷在没有被严重畸变和衰减以前所能转移的次数。例如,有一个CCD器件,原始注入的电荷量为q0,经多次转移后剩下的有效电荷量为qn,则根据转移效率的定义计算例:若要求转移效率qn/q0=90%,则经过n次转移后的总损失率为0.1。设转移次数n=990,则每次平均转移损失率为ε10-4,或η99.99。影响转移效率的因素主要有两个:电荷从一个势阱传输到下一个势阱需要一定的时间;对于表面沟道CCD而言,SiO2与硅界面态对电荷的捕获作用,即陷阱效应。为了减小陷阱效应,所用的办法叫肥零技术。即设法不让势阱工作于空阱和充满两种状态,而是随着电荷包的传递,人为地注入少量电荷,使势阱不空。这样使表面状态总能有电子填充。实现办法可用输入二极管注入(电注入)或用均匀背景光照射(光注入)。肥零技术能起到改善作用,但是不能全部补偿。肥零技术会给器件带来减小动态范围的后果,因而要求背景电荷通常不超过满阱电荷的10%—30%。电荷耦合CCD成像器件CCD成像器件有线阵和面阵两种。对面阵探测器来讲,目前可以做到1024×1024,2048×2048,甚至8176×6132像元的器件。1、线阵列CCD成像器件01单沟道线型CCD 双沟道线阵CCD02转移次数多、效率低、调制传递函数MTF较差,只适用于像敏单元较少的成像器件。03转移次数少一半,它的总转移效率大大提高,故一般高于256位的线阵CCD都为双沟道的。按一定的方式将一

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