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CCD傳感�
閱讀�17443�(shí)間:2010-12-30 10:20:04

  CCD(Charge Coupled Device)全稱為電荷耦合��,是70 年代�(fā)展起�(lái)的新�半導(dǎo)�器件。它是在MOS 集成電路技�(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起�(lái)的,為半�(dǎo)體技�(shù)�(yīng)用開(kāi)拓了新的�(lǐng)�。CCD 圖像傳感�能實(shí)�(xiàn)信息的獲�、轉(zhuǎn)換和視覺(jué)功能的擴(kuò)�,能給出直觀、真�(shí)、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)�(jiǎn)單、壽命長(zhǎng)、性能�(wěn)定等�(yōu)�(diǎn)�

�(jiǎn)�

  CCD是美�(guó)貝爾�(shí)�(yàn)室于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)作晶片。CCD是一種特殊的半導(dǎo)體材�,它是由大量�(dú)立的感光單元按照矩陣形式排列組成�。CCD的感光能力比PMT�,但近年�(lái)CCD技�(shù)有了�(zhǎng)足的�(jìn)�。由于CCD的體積小、造價(jià)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)�。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,所以,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)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))的順序排列,使每一片濾鏡單元下的感光單元感�(yīng)不同的顏��

  例如,在一�(gè)130�(wàn)像素的CCD�,有325000�(gè)像素感應(yīng)紅色�325000�(gè)像素感應(yīng)�(lán)色,650000�(gè)像素感應(yīng)綠色。在一�(gè)使用這種CCD的分辨率�1280x1024的數(shù)碼相�(jī)�,有640x512�(gè)紅色像素�640x512�(gè)�(lán)色像素和640x1024�(gè)綠色像素,綠色像素多一�(diǎn),是�?yàn)槿祟愌劬�?duì)綠色的敏感性和�(duì)其它顏色不一�。在記錄圖像�(shí),每�(gè)像素的真�(shí)色彩就是它與周圍像素象混合的平均��

CCD的基本原�

  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�,形成“勢(shì)阱”的�(yùn)�(dòng),�(jìn)而達(dá)到信�(hào)電荷(少數(shù)載流�)的轉(zhuǎn)�。如果所�(zhuǎn)移的信號(hào)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(guò)外界注入方式得到�,則 CCD還可以具備延�(shí)、信�(hào)處理、數(shù)�(jù)存儲(chǔ)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)�

原理

  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 所示。以P型硅為例,在P型硅襯底上通過(guò)氧化在表面形成SiO2層,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�(shí),其電場(chǎng)能夠透過(guò)SiO2絕緣層對(duì)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�(dòng)的帶�(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�(duì)電子而言的陷�,電子一旦�(jìn)入就不能�(fù)出,故又稱為電子�(shì)��

  �(dāng)器件受到光照�(shí)(光可從各電極的縫隙間經(jīng)�(guò)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�,產(chǎn)生電�-空穴�(shí),這時(shí)出現(xiàn)的電子被吸引存貯在勢(shì)阱中,這些電子是可以傳�(dǎo)�,光越強(qiáng),勢(shì)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,�(shí)�(xiàn)了光和電的轉(zhuǎn)�,而勢(shì)阱中收集的電子是被存貯狀�(tài)即使停止� 137 照一定時(shí)間內(nèi)也不�(huì)損失,這就�(shí)�(xiàn)了對(duì)光照的記��

CCD傳感器的原理

  總之,上述結(jié)�(gòu)�(shí)�(zhì)上是�(gè)微小的MOS 電容,用它構(gòu)成象�,既可“感光”又可留� “潛影”,感光作用是靠光強(qiáng)�(chǎn)生的電子積累電荷,潛影是各�(gè)象素留在各�(gè)電容里的電荷不等而形成的,若能設(shè)法把各�(gè)電容里的電荷依次傳送到他處,再組成行和幀并經(jīng)�(guò)“顯影”就�(shí)�(xiàn)了圖象的傳遞�

�(yīng)�

  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�(shí)�

  4.工�(yè)檢測(cè)與自�(dòng)控制

  5.醫(yī)�(xué)�(biāo)本分析與檢測(cè)(如血�(xì)胞分析儀�

  6.天文觀�(cè)

  7.軍事上�(yīng)�

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