《光电检测》PPT课件

《《光电检测》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、光电检测技术第8章固体成像器件固体摄像器件的功能：把入射到传感器光敏面上按空间分布的光强信息（可见光、红外辐射等），转换为按时序串行输出的电信号——视频信号。其视频信号能再现入射的光辐射图像。二、光电成像器件的类型光电成像器件（成像原理）扫描型非扫描型真空电子束扫描固体自扫描：CCD光电型热电型：热释电摄像管光电发射式摄像管光电导式摄像管变像管（完成图像光谱变换）红外变像管紫外变像管X射线变像管像增强管（图像强度的变换）串联式级联式微通道板式负电子亲和势阴极常由像敏面，电子透镜＆显像面构成60年代末期，美国贝尔实验宝W．

2、S．波涅尔、G．E．史密斯等人在研究磁泡时，发现电荷通过半导体势阱发生转移的现象，提出了电荷耦合这一新概念和一维CCD器件模型。同时预言了CCD器件在信号处理、信号储存及图像传感中的应用前景。鉴于美国MOS器件工艺及硅材料研究的雄厚基础，这种新型器件的设想很快得到了实现，ChargeCoupledDevice(CCD)至1974年，美国Rch公司的(512×320)象元面阵CCD摄像机问世。随着大规模集成电路工艺的不断完善和推广．其它一些国家也相继赶上、纷纷研制成功CCD器件。美国是世界上芯片（IC）设计、制造、加工工艺

3、高度发达的国家。在CCD传感器和应用电视技术方面，以高清晰度、特大靶面、低照度、超高动态范围、红外波段等的CCD摄像机占有绝对优势。日本是一个电子工业产业化最发达的国家之一。在民用消费型光电产品的开发和生产上堪称世界第一位，尤其是CCD摄像机、摄录一体化和广播数字化电视摄录设备基本上包揽了全世界的大部分市场。由于日本本国的新产品更新换代速度很快，所以无论在产品的产量上还是在产品的质量上都占据世界首位。ChargeCoupledDevice(CCD)CCD的单元结构a)CCD单元b)CCD线阵列CCD单元部分，就是一个由金

4、属-氧化物-半导体组成的电容器，简称MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）结构。如果衬底接地，突然给金属极板加一个正的电压UG（栅极电压），则金属极板和衬底之间就会产生一个电场。这个电场就要迫使半导体表面部分的空穴离开表面入地，从而在表面附近形成一个带负电荷的耗尽区，这个耗尽区也称为表面势阱。表面势阱的深度，近似地与极板上所加的电压成正比（在形成反型层之前）。这时，电子在表面处的势能为Ep＝－qUs，其中的Us称为表面势，即半导体表面对于衬底的电势差。如果以某种方式（电注入或光注入）向势阱中注入电子

5、，则这些电子将要聚集于表面附近，称为电荷包。电荷包的储存因为每个CCD单元都是一个电容器，所以它能储存电荷。但是，当有电荷包注入时，势阱深度将随之变浅，因为它始终要保持极板上的正电荷总量恒等于势阱中自由电荷加上负离子的总和。每个极板下的势阱中所能储存的最大信息电荷量Q为：Q＝CoxUGCox：单位面积氧化层的电容电荷包的光注入机构MOS电容器的耦合当两个金属栅彼此足够靠近时，其间隙下的表面势将由两个金属栅极的电位决定，从而就能够形成两个MOS电容器下面耗尽层的耦合，使一个MOS电容器中存储的信号电荷转移到下一个MOS电容

6、器中去。电荷包的转移CCD中电荷包的转移是由各极板下面的势阱不对称和势阱耦合引起的。将线阵列各极板分为三组，然后分别加以相位不同的时钟脉冲驱动，这即是所谓的三相CCD。这时，由于同一时刻三相脉冲的电平不同，各极板下面所造成的势阱深度也就不同。从而电荷包就要沿着表面从电势能高的地方向电势能低的地方流动。三相CCD的时钟波形刚好互相错开T/3周期，因此时钟电压波形每变化T/3周期，电荷包就要转移过一个极板，每变化一个周期，即转移过三个极板。同理，除了有三相CCD外，还有二相的、四相的CCD。二相CCD的时钟波形对称，但氧化层

7、（SiO2）厚度不均匀，从而极板下面的势阱也不均匀。因此电荷包也会沿着表面从电势能高的地方向电势能低的地方流动。对于二相CCD，时钟电压波形每变化T/2，电荷包将转移过一个极板，每变化一个周期，则转移过二个极板。由此可见，CCD具有移位寄存器的功能。电荷包的输出机构利用二极管的输出机构CCD电荷包输出机构的形式很多，其中最简单的是利用二极管的输出机构与Φ1Φ2Φ3相连的电极称为栅极，与OG相连的电极称为输出栅，输出栅的右边就是输出二极管。输出栅和其它栅极一样，加正电压时，它下面的半导体表面也产生势阱。它的势阱介于Φ3的势

8、阱和输出二极管耗尽区之间，能够把二者连通起来，因此可以通过改变OG上所加的电压来控制它下面的通道。例如，电荷包已由Φ2转入Φ3，当Φ3下的势阱由深变浅的同时，OG下的势陇正好也比较深，这时Φ3势阱中的电荷包就能够通过OG下的势阱流入输出二极管的耗尽区。因输出二极管是反偏置的，内部有很强的自建电场，因此电荷包一进入二极