CCD是由若干個(gè)電荷耦合單元組成的。其基本單元是MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)電容器。它以P型(或N型)半導(dǎo)體為襯底,上面覆蓋一層厚度約120 nm的SiO2,再在SiO2表面依次沉積一層金屬電極而構(gòu)成MOS電容轉(zhuǎn)移器件。這樣一個(gè)MOS結(jié)構(gòu)稱(chēng)為一個(gè)光敏元或一個(gè)像素。將MOS陣列加上輸入、輸出結(jié)構(gòu)就構(gòu)成了CCD器件。其結(jié)構(gòu)圖如下,
。茫茫闹饕扇糠纸M成:信號(hào)輸入、電荷轉(zhuǎn)移、信號(hào)輸出。
輸入部分:將信號(hào)電荷引入到CCD的第一個(gè)轉(zhuǎn)移柵極下的勢(shì)阱中,稱(chēng)為電荷注入。
在CCD柵極上施加按一定規(guī)律變化、大小超過(guò)閾值的電壓,則在半導(dǎo)體表面形成不同深淺的勢(shì)阱。勢(shì)阱用于存儲(chǔ)信號(hào)電荷,其深度同步于信號(hào)電壓變化,使阱內(nèi)信號(hào)電荷沿半導(dǎo)體表面?zhèn)鬏,最后從輸出二極管送出視頻信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)電荷的定向轉(zhuǎn)移,在CCD的MOS陣列上劃分成以幾個(gè)相鄰MOS電荷為一單元的循環(huán)結(jié)構(gòu)。一位CCD中含的MOS個(gè)數(shù)即為CCD的像素。
光注入:用于攝像機(jī)。用光敏元件代替輸入二極管。當(dāng)光照射CCD硅片時(shí),在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子—空穴對(duì),其多數(shù)載流子被柵極電壓排開(kāi),少數(shù)載流子則被收集在勢(shì)阱中形成信號(hào)電荷。
感光耦合元件特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào),而不同于其它大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號(hào)。它將光敏二極管陣列和讀出移位寄存器集成為一體,構(gòu)成具有自掃描功能的圖像傳感器。是一種金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)集成電路器件, 基本功能是進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移輸出。其優(yōu)點(diǎn)如下:
。.體積小,可靠性高,壽命長(zhǎng)。
。.空間分辨率高,可以獲得很高的定位和測(cè)量精度。
。.靈敏度高,動(dòng)態(tài)范圍大,紅外敏感性強(qiáng),信噪比高 。
。.高速掃描,基本上不保留殘象
。.集成度高
6.可用于非接觸精密尺寸測(cè)量系統(tǒng)。