CCD(Charge Coupled Device)全稱為電荷耦合�件,�70 年代�(fā)展起來的新型半導(dǎo)�器件。它是在MOS 集成電路技�(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,為半導(dǎo)體技�(shù)�(yīng)用開拓了新的�(lǐng)域。CCD 圖像傳感�能實�(xiàn)信息的獲�、轉(zhuǎn)換和視覺功能的擴(kuò)展,能給出直觀、真�、多層次的內(nèi)容豐富的可視圖像信息,具有集成度�、功耗小、結(jié)�(gòu)簡單、壽命長、性能�(wěn)定等�(yōu)��
CCD是美國貝爾實驗室�1969年發(fā)明的,與電腦晶片CMOS技�(shù)相似,也可作電腦記憶體及邏輯�(yùn)作晶�。CCD是一種特殊的半導(dǎo)體材�,它是由大量獨立的感光單元按照矩陣形式排列組成的。CCD的感光能力比PMT�,但近年來CCD技�(shù)有了長足的�(jìn)�。由于CCD的體積小、造價低,所以廣泛應(yīng)用于掃描儀、數(shù)碼相�(jī)及數(shù)碼攝像機(jī)中。目前大多數(shù)�(shù)碼相�(jī)采用的圖像傳感器都是CCD�
CCD本身是不能分辨顏色的,所�,在實際�(yīng)用時需要使用色彩濾�,一般情況下就是在CCD器件的濾鏡層涂上不同的顏�,其色塊按G-R-G-B(�-�-�-�(lán))的順序排�,使每一片濾鏡單元下的感光單元感�(yīng)不同的顏色�
例如,在一�130萬像素的CCD�,有325000個像素感�(yīng)紅色�325000個像素感�(yīng)�(lán)色,650000個像素感�(yīng)綠色。在一個使用這種CCD的分辨率�1280x1024的數(shù)碼相�(jī)�,有640x512個紅色像��640x512個藍(lán)色像素和640x1024個綠色像素,綠色像素多一�,是因為人類眼睛對綠色的敏感性和對其它顏色不一�。在記錄圖像�,每個像素的真實色彩就是它與周圍像素象混合的平均��
電荷禍合器件 CCD的基本原理是在一系列 MOS電容器金屬電極上,加以適�(dāng)?shù)拿}沖電�,排斥掉半導(dǎo)體襯底內(nèi)的多�(shù)載流子,形成“勢阱”的�(yùn)�,�(jìn)而達(dá)到信號電�(少數(shù)載流�)的轉(zhuǎn)�。如果所�(zhuǎn)移的信號電荷是由光像照射�(chǎn)生的,則 CCD具備圖像傳感器的功能;若所�(zhuǎn)移的電荷通過外界注入方式得到�,則 CCD還可以具備延�、信號處�、數(shù)�(jù)存儲以及邏輯�(yùn)算等功能�
電荷禍合器件 CCD 的基本原理與金屬一氧化物一�(MOS)電容器的物理�(jī)理密切相�(guān)�
CCD的基本單元是MOS電容�,這種電容器能存貯電荷,其�(jié)�(gòu)如圖 1 所�。以P型硅為例,在P型硅襯底上通過氧化在表面形成SiO2�,然后在SiO2 上淀積一層金屬為柵極,P 型硅里的多數(shù)載流子是帶正電荷的空穴,少數(shù)載流子是帶負(fù)電荷的電�,當(dāng)金屬電極上施加正電壓�,其電場能夠透過SiO2絕緣層對這些載流子�(jìn)行排斥或吸引。于是帶正電的空穴被排斥到遠(yuǎn)離電極處,剩下不能移動的帶負(fù)電的少數(shù)載流子在緊靠SiO2層形成負(fù)電荷層(耗盡層),這種�(xiàn)象便形成對電子而言的陷�,電子一旦�(jìn)入就不能�(fù)�,故又稱為電子勢��
�(dāng)器件受到光照時(光可從各電極的縫隙間�(jīng)過SiO2層射入,或經(jīng)襯底的薄P型硅射入�,光子的能量被半�(dǎo)體吸收,�(chǎn)生電�-空穴�,這時出現(xiàn)的電子被吸引存貯在勢阱中,這些電子是可以傳�(dǎo)�,光越強(qiáng),勢阱中收集的電子越�,光弱則反之,這樣就把光的�(qiáng)弱變成電荷的�(shù)量,實現(xiàn)了光和電的轉(zhuǎn)�,而勢阱中收集的電子是被存貯狀�(tài)即使停止� 137 照一定時間內(nèi)也不會損失,這就實現(xiàn)了對光照的記��
總之,上述結(jié)�(gòu)實質(zhì)上是個微小的MOS 電容,用它構(gòu)成象�,既可“感光”又可留� “潛影�,感光作用是靠光�(qiáng)�(chǎn)生的電子積累電荷,潛影是各個象素留在各個電容里的電荷不等而形成的,若能設(shè)法把各個電容里的電荷依次傳送到他處,再組成行和幀并經(jīng)過“顯影”就實現(xiàn)了圖象的傳遞�
1.小型化黑白、彩色TV攝像�(jī)
2.傳真通訊系統(tǒng)
3.光�(xué)字符識別
4.工�(yè)檢測與自動控�
5.醫(yī)�(xué)�(biāo)本分析與檢測(如血�(xì)胞分析儀�
6.天文觀�
7.軍事上�(yīng)�
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