電荷耦合�件(Charge Coupled Device,簡�CCD�,是基于金屬-氧化�-半導(dǎo)�(MOS)技�(shù)的光敏元�,能在不同的�(nèi)部部件之間�(jìn)行電荷的存儲(chǔ)和移出。電�耦合器件具有光電�(zhuǎn)�、信�(hào)存儲(chǔ)及信�(hào)傳輸能力,是一種嶄新的全固體自掃描成像器件�
電荷耦合器件是一種用于探測光的硅�,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�(tài)的動(dòng)�(tài)移位寄存�,由�(shí)鐘脈沖電壓來�(chǎn)生和控制半導(dǎo)體勢阱的變化,實(shí)�(xiàn)存儲(chǔ)和傳遞電荷信息的固態(tài)電子器件。英文簡� CCD 。電荷耦合器件由美國貝爾實(shí)�(yàn)室的W.S.博伊爾和G.E.史密斯于1969年發(fā)�,它由一組規(guī)則排列的金屬-氧化�-半導(dǎo)體( MOS)電容器陣列和輸�、輸出電路組成。傳�(tǒng)的固�(tài)電子器件,信息的存在和表示方式,通常是用電流或電� 。而在CCD�,則是用電荷,因此CCD�(duì)信息的表�(dá) ,具有更高的靈敏度。固體成� 、信息處理和大容量存�(chǔ)器是CCD的三大主要用�。各種線�、面陣傳感器已成功地用于天文、遙�、傳真、攝像等�(lǐng)�。CCD信號(hào)處理兼有�(shù)字和模擬兩種信號(hào)處理技�(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�(yīng)� 。CCD還可用作大容量串行存�(chǔ)器,其存取時(shí)�、系�(tǒng)容量和制造成本都介于半導(dǎo)體存�(chǔ)器和磁盤、磁鼓存�(chǔ)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�,再在二氧化硅層上淀積并光刻腐蝕出金屬電�,這些�(guī)則排列的金屬-氧化�-半導(dǎo)體電容器陣列和適�(dāng)?shù)妮斎?、輸出電路就?gòu)成基本的 CCD移位寄存器。對(duì)金屬柵電極施加時(shí)鐘脈�,在�(duì)�(yīng)柵電極下的半�(dǎo)體內(nèi)就形成可�(chǔ)存少�(shù)載流子的勢阱??捎霉庾⑷牖螂娮⑷氲姆椒▽⑿�?hào)電荷輸入勢阱。然后周期性地改變�(shí)鐘脈沖的相位和幅�,勢阱深度則隨時(shí)間相�(yīng)地變化,從而使注入的信�(hào)電荷在半�(dǎo)體內(nèi)作定向傳�。CCD 輸出是通過反相偏置PN�(jié)收集電荷,然后放�、復(fù)�,以離散信號(hào)輸出�
電荷�(zhuǎn)移效率是 CCD最重要的性能參數(shù)之一,用每次�(zhuǎn)移時(shí)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的轉(zhuǎn)移級(jí)�(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�(chǔ)和轉(zhuǎn)移信�(hào)電荷的溝道是在離開半�(dǎo)體表面有一定距離的體內(nèi)形成。體溝道 CCD的時(shí)鐘頻率可高達(dá)幾百兆赫,而通常的表面溝道CCD只幾兆赫�
電荷耦合器件具有光電�(zhuǎn)�、信�(hào)存儲(chǔ)及信�(hào)傳輸能力,是一種嶄新的全固體自掃描成像器件�
固體成像、信�(hào)處理和大容量存儲(chǔ)器是CCD的三大主要用�。各種線陣、面陣像感器已成功地用于天文、遙�、傳真、卡片閱讀、光測試和電視攝像等�(lǐng)域,微光CCD和紅外CCD在航遙空�、熱成像等軍事應(yīng)用中顯示出很大的作用。CCD 信號(hào)處理兼有�(shù)字和模擬兩種信號(hào)處理技�(shù)的長�,在中等精度的雷�(dá)和通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。CCD還可用作大容量串行存�(chǔ)�,其存取時(shí)�、系�(tǒng)容量和制造成本都介于半導(dǎo)體存�(chǔ)器和磁盤、磁鼓存�(chǔ)器之��
衡量電荷耦合器件好壞的指�(biāo)很多,有像素?cái)?shù)量,CCD尺寸,靈敏度,信噪比�,其中像�?cái)?shù)以及CCD尺寸是重要的指標(biāo)。像�?cái)?shù)是指電荷耦合器件上感光元件的�(shù)量。攝像機(jī)拍攝的畫面可以理解為由很多�(gè)小的�(diǎn)組成,每�(gè)�(diǎn)就是一�(gè)像素。顯�,像�?cái)?shù)越多,畫面就�(huì)越清晰,如果電荷耦合器件沒有足夠的像素的�,拍攝出來的畫面的清晰度就會(huì)大受影響,因�,理論上電荷耦合器件的像�?cái)?shù)量應(yīng)該越多越�。但電荷耦合器件像素?cái)?shù)的增加會(huì)使制造成本以及成品率下降,而且在現(xiàn)行電視標(biāo)�(zhǔn)下,像素?cái)?shù)增加到某一�(shù)量后,再增加�(duì)拍攝畫面清晰度的提高效果變得不明顯,因此,一般一百萬左右的像�?cái)?shù)�(duì)一般的使用已經(jīng)足夠��
電荷耦合器件的加工工藝有兩種,一種是TTL工藝,一種是CMOS工藝,現(xiàn)在市場上所說的電荷耦合器件和CMOS其實(shí)都是電荷耦合器件,只不過是加工工藝不�,前者是毫安�(jí)的耗電量,二后者是微安�(jí)的耗電�。TTL工藝下的CCD成像�(zhì)量要�(yōu)于CMOS工藝下的電荷耦合器件�