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電荷耦合器件,電荷耦合器件概述，結(jié)構(gòu)及原理，功能及應(yīng)用，衡量指標(biāo)，加工工藝 2011/10/3

電荷耦合器件概述

　　電荷耦合器件是一種用于探測光的硅片，比傳統(tǒng)的底片更能敏感的探測到光的變化。是用電荷量來表示不同狀態(tài)的動態(tài)移位寄存器，由時鐘脈沖電壓來產(chǎn)生和控制半導(dǎo)體勢阱的變化，實現(xiàn)存儲和傳遞電荷信息的固態(tài)電子器件。英文簡稱 CCD 。電荷耦合器件由美國貝爾實驗室的W.S.博伊爾和G.E.史密斯于1969年發(fā)明，它由一組規(guī)則排列的金屬-氧化物-半導(dǎo)體（ MOS）電容器陣列和輸入、輸出電路組成。傳統(tǒng)的固態(tài)電子器件，信息的存在和表示方式，通常是用電流或電壓。而在CCD中，則是用電荷，因此CCD對信息的表達(dá) ，具有更高的靈敏度。固體成像、信息處理和大容量存儲器是CCD的三大主要用途。各種線陣、面陣傳感器已成功地用于天文、遙感、傳真、攝像等領(lǐng)域。CCD信號處理兼有數(shù)字和模擬兩種信號處理技術(shù)的長處，在中等精度的雷達(dá)和通信系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。CCD還可用作大容量串行存儲器，其存取時間、系統(tǒng)容量和制造成本都介于半導(dǎo)體存儲器和磁盤、磁鼓存儲器之間。

　　CCD的雛形是在N型或 P型硅襯底上生長一層二氧化硅薄層，再在二氧化硅層上淀積并光刻腐蝕出金屬電極，這些規(guī)則排列的金屬-氧化物-半導(dǎo)體電容器陣列和適當(dāng)?shù)妮斎�、輸出電路就�?gòu)成基本的 CCD移位寄存器。對金屬柵電極施加時鐘脈沖，在對應(yīng)柵電極下的半導(dǎo)體內(nèi)就形成可儲存少數(shù)載流子的勢阱�？捎霉庾⑷牖螂娮⑷氲姆椒▽⑿盘栯姾奢斎雱葳�。然后周期性地改變時鐘脈沖的相位和幅度，勢阱深度則隨時間相應(yīng)地變化，從而使注入的信號電荷在半導(dǎo)體內(nèi)作定向傳輸。CCD 輸出是通過反相偏置PN結(jié)收集電荷，然后放大、復(fù)位，以離散信號輸出。

　　電荷轉(zhuǎn)移效率是 CCD最重要的性能參數(shù)之一，用每次轉(zhuǎn)移時被轉(zhuǎn)移的電荷量和總電荷量的百分比表示。轉(zhuǎn)移效率限制了CCD的最大轉(zhuǎn)移級數(shù)。

　　體溝道CCD的電荷轉(zhuǎn)移機(jī)理和表面溝道CCD略有不同。體溝道CCD又稱為埋溝CCD。所謂體溝道即用來存儲和轉(zhuǎn)移信號電荷的溝道是在離開半導(dǎo)體表面有一定距離的體內(nèi)形成。體溝道 CCD的時鐘頻率可高達(dá)幾百兆赫，而通常的表面溝道CCD只幾兆赫。

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