這是一個(gè)關(guān)于ccd工作原理ppt課件，包括了CCD工作過程，電荷的生成，電荷的收集，電荷包的轉(zhuǎn)移，電荷包的測(cè)量，CCD與CMOS比較，小結(jié)等內(nèi)容，CCD成像技術(shù)及其在遙感中的應(yīng)用 第二章 CCD工作原理內(nèi)容 CCD工作過程電荷的生成電荷的收集電荷包的轉(zhuǎn)移電荷包的測(cè)量 CCD與CMOS比較小結(jié) CCD的工作過程電荷的生成電荷的生成 能帶理論復(fù)習(xí)電荷的生成 能帶理論復(fù)習(xí) 通過加熱或光照，處于價(jià)帶的電子可以被激發(fā)到導(dǎo)帶。把電子由價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量要超過價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的能隙Eg(硅的Eg＝1.12eV,砷化鎵的Eg＝1.42eV)。電荷的生成 如果一個(gè)入射光子的能量(Eph)大于或等于這種材料導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能隙(Eg)，就可以把一個(gè)電子激發(fā)到導(dǎo)帶而成為自由電子。用公式表示如下: 電荷的生成 光電效應(yīng)中有一個(gè)臨界波長（ ），定義為：電荷的生成 能帶理論復(fù)習(xí) 電子一旦被激發(fā)到導(dǎo)帶，它就可以在單晶硅的晶格附近自由運(yùn)動(dòng)了，歡迎點(diǎn)擊下載ccd工作原理ppt課件。

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CCD成像技術(shù)及其在遙感中的應(yīng)用 第二章 CCD工作原理內(nèi)容 CCD工作過程電荷的生成電荷的收集電荷包的轉(zhuǎn)移電荷包的測(cè)量 CCD與CMOS比較小結(jié) CCD的工作過程電荷的生成電荷的生成 能帶理論復(fù)習(xí)電荷的生成 能帶理論復(fù)習(xí) 通過加熱或光照，處于價(jià)帶的電子可以被激發(fā)到導(dǎo)帶。把電子由價(jià)帶激發(fā)到導(dǎo)帶所需的能量要超過價(jià)帶與導(dǎo)帶之間的能隙Eg(硅的Eg＝1.12eV，砷化鎵的Eg＝1.42eV)。電荷的生成 如果一個(gè)入射光子的能量(Eph)大于或等于這種材料導(dǎo)帶與價(jià)帶之間的能隙(Eg)，就可以把一個(gè)電子激發(fā)到導(dǎo)帶而成為自由電子。用公式表示如下: 電荷的生成 光電效應(yīng)中有一個(gè)臨界波長（ ），定義為：電荷的生成 能帶理論復(fù)習(xí) 電子一旦被激發(fā)到導(dǎo)帶，它就可以在單晶硅的晶格附近自由運(yùn)動(dòng)了。 電子離開后所形成的空穴成為一個(gè)帶正電的載流子。 在沒有外電場(chǎng)的情況下，這樣的一對(duì)電子和空穴會(huì)在一定時(shí)間(復(fù)合壽命)內(nèi)將復(fù)合并湮滅。在CCD中，利用一個(gè)電場(chǎng)把這些載流子收集起來，防止他們的復(fù)合。 電荷的生成 有關(guān)參數(shù) 與CCD電荷生成過程有關(guān)的參數(shù)是量子效率(QE)和暗電流。 影響QE的因素有吸收(absorption)、反射(reflection)和穿越(transmission) 等。 影響暗電流的因素主要是溫度。電荷的生成 理想情況下，電極材料應(yīng)該是完全透明的，實(shí)際上這些材料對(duì)光都有一些吸收和反射。如多晶硅電極對(duì)短波光有較強(qiáng)的吸收和反射，減少了最終到達(dá)硅片的光子數(shù)量，如圖中λ1和λ2所表示的情況。 電荷的生成 深藍(lán)光(400nm)穿透深度或被吸收的平均深度離表面大約為0.2m見圖中的λ3。 電荷的生成 紅光(650nm)穿透深度或被吸收的平均深度離表面大約為3.33m，激發(fā)出的電子在收集區(qū)外生成，復(fù)合壽命長，熱擴(kuò)散使這些電子被收集。見圖中的λ5。 電荷的生成 CCD硅表面下幾個(gè)m范圍內(nèi)晶格沒有缺欠，也沒有氧化物沉積，這個(gè)區(qū)域內(nèi)有很高的復(fù)合壽命；但是在硅襯底的其他部分(以及表面處)存在著大量的晶體缺欠，因此復(fù)合壽命非常低。波長長的光線在襯底中生成電子的位置很深，那里的復(fù)合壽命很低，很容易復(fù)合.圖中λ6表示的就是這種情況。 電荷的生成 紅外光 (1250nm)波長超過臨界波長，不能激發(fā)光電子，見圖中的λ7。 電荷的生成 Foveon X3 Sensors 電荷的生成 Foveon X3 Sensors 電荷的生成 可以用量子效率計(jì)算響應(yīng)度，響應(yīng)度的單位是A/W或 。計(jì)算公式如下：電荷的生成電荷的生成電荷的收集 CCD工作過程的第二步是電荷的收集，是將入射光子激勵(lì)出的電荷收集起來成為信號(hào)電荷包的過程。 為了收集電荷，必須制造一個(gè)收集區(qū)。不僅要把生成的電荷盡量收集起來，而且保證所收集的電荷不被復(fù)合。 收集區(qū)：勢(shì)阱。 電荷的收集 MOS 電容器 MOS 電容器是所有MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體) 結(jié)構(gòu)中最簡(jiǎn)單的，它是CCD的構(gòu)成基礎(chǔ)；弄清楚這種結(jié)構(gòu)的原理對(duì)理解CCD的工作原理是非常有用的。 MOS電容器有二種類型：表面溝道和埋溝。 這二種類型MOS電容器的制造只有些微地不同；然而，由于埋溝電容結(jié)構(gòu)具有很多顯著的優(yōu)點(diǎn)，因此這種結(jié)構(gòu)成了CCD制造工藝的首選。事實(shí)上今天制造的所有CCD幾乎都利用埋溝結(jié)構(gòu)。 電荷的收集 MOS 電容器 電荷的收集 復(fù)合壽命 由光子激發(fā)出的電子在重新躍遷回價(jià)帶(與空穴復(fù)合)之前可以在硅晶格內(nèi)活動(dòng)的時(shí)間是有限的。這個(gè)過程的時(shí)間常數(shù)稱為復(fù)合壽命，其大小取決于硅的質(zhì)量和摻雜的濃度。越長，信號(hào)電子被收集的可能性就越大，量子效率就越高。電荷的收集 擴(kuò)散長度電荷的轉(zhuǎn)移 CCD工作過程的第三步是電荷包的轉(zhuǎn)移，是將所收集起來的電荷包從一個(gè)像元轉(zhuǎn)移到下一個(gè)像元，直到全部電荷包輸出完成的過程。 CCD的工作過程類比說明 下面通過類比說明 CCD 收集、轉(zhuǎn)移和測(cè)量電荷的過程。 CCD的工作過程類比說明 CCD的工作過程類比說明 首先，最左邊一行接雨水的小盆將所接的雨水通過虹吸泵轉(zhuǎn)移到與雨水量筒排成一排的一行小盆（讀出寄存器)中。 CCD的工作過程類比說明 然后將最靠近量筒小盆中的雨水通過虹吸泵導(dǎo)入量筒中測(cè)量它的數(shù)量。 每次測(cè)量完成以后，都要將量筒倒空，準(zhǔn)備下一次測(cè)量。 CCD的工作過程類比說明 CCD的工作過程類比說明 CCD的工作過程類比說明重復(fù)上述轉(zhuǎn)移－測(cè)量的過程，直到所有小盆中雨水的數(shù)量都測(cè)量完畢。準(zhǔn)備好進(jìn)行下一次開始接雨水（曝光）。 電荷的轉(zhuǎn)移 三相CCD 電荷的測(cè)量 CCD工作過程的第四步是電荷的測(cè)量，是將轉(zhuǎn)移到輸出級(jí)的電荷轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)的過程。 電荷的測(cè)量 CCD工作過程與性能電荷生成 量子效率 (QE)、 暗電流電荷收集 滿阱電荷數(shù)、 均勻性、 擴(kuò)散 (調(diào)制傳遞函數(shù)， MTF) 電荷轉(zhuǎn)移 電荷轉(zhuǎn)移效率 (CTE)， 電荷測(cè)量 讀出噪聲 、 線性度 CCD與CMOS比較 CMOS的集成度高 CMOS的填充因子較低 CCD CMOS CCD的基本結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，就是MOS電容。了解MOS電容就了解了收集電荷的勢(shì)阱，了解了隔離電荷包的勢(shì)壘，了解了供電荷轉(zhuǎn)移的溝道。 CCD的輸出結(jié)構(gòu)對(duì)CCD性能的影響至關(guān)重要。通過對(duì)輸出結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)了解CCD輸出信號(hào)的特殊性和復(fù)位噪聲的概念。 CMOS圖像傳感器發(fā)展很快，學(xué)習(xí)本章內(nèi)容對(duì)CMOS的應(yīng)用也是有用的。tOs紅軟基地