資源描述：
《ccd結構及工作原理》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、CCD結構及工作原理1CCD的物理基礎11.1MOS電容的熱平衡態(tài)特性21.2MOS電容的非平衡態(tài)特性42CCD的組成及其工作原理52.1CCD的組成52.2電荷轉移溝道93CCD傳感器的類型103.1線型CCD103.2面型CCD114幾種國外CCD圖像傳感器介紹114.1超高分辨力線陣CCD圖像傳感器114.2幀轉移面型CCD圖像傳感器114.3低光度CCD圖像傳感器114.4高分辨力大面陣CCD圖像傳感器114.5CCD485固體全幀傳感器114.6松下推出高速CCD圖像傳感器124.7ITO-CCD圖像傳感器124.8電子倍增CCD圖像傳感器12
2、4.9紫外CCD圖像傳感器121CCD的物理基礎CCD是由按照一定規(guī)律、緊密排列起來的金屬絕緣半導體(MIS(MetalInsulatorSemiconductor))電容陣列組成的，MIS電容結構是CCD的基本組成部分。CCD的工作原理是建立在MIS電容理論之上，依靠在MIS電容器上儲存電荷載流子和轉運電荷載流子。所以，在論文的開始部分首先分析一下MIS電容結構特性，這將有利于理解CCD的工作機理。圖1MIS電容結構MIS電容結構如圖1所示，它十分類似于金屬--絕緣體--金屬MIM(Metal13InsulatorMetal)平行板電容器，但有許多不同
3、之處。例如在MIM電容器的兩個金屬板上施加電壓時，充電電荷分布在緊靠絕緣體的原子層厚度內，其電壓全部降落在絕緣體內。而對MIS電容器施加電壓時，因半導體中的電荷密度遠小于金屬的電荷密度，所以在半導體一側，其電荷分布在半導體表面一定厚度的層內，所加的電壓一部分降落在絕緣層內，另一部分則將降落在半導體表面的空間電荷層中[5]。此時在半導體中有兩種極性不同的載流子即電子和空穴，而且其濃度相差很大(如在硅中，多子和少子濃度往往相差倍)，因此，在MIS電容器上施加極性相反的電壓時，半導體表面電荷層各處的電荷極性、分布和厚度大不相同。(a)MIS電容器(b)電場隨深
4、度變化圖圖2MIS電容器及電場(電勢)隨深度變化圖如圖2所示，若給MIS電容器上施加正向電壓咋(此時金屬極板上帶正電荷，半導體上帶負電荷)，在它們之間的絕緣層上將建立起電場，但是因為半導體中的自由載流子密度遠遠小于金屬的自由電子密度，所以半導體中的電荷就要擴展到相當厚的一層，即垂直電場的存在使半導體表面內形成具有相當厚度的空間電荷區(qū)，它起著對電場的屏蔽作用，使電場由界面開始逐漸減小，直到空間電荷區(qū)的邊界，電場幾乎被全部屏蔽。1.1MOS電容的熱平衡態(tài)特性可見光CCD是以硅為基體材料的，絕緣體就是硅的氧化物，所以常為MOS電容結構。從圖3可以看出P型半導體
5、表面處能帶結構的變化情況。圖中為導帶底，為帶頂，為費米能級，為半導體在本征導電情況的13，它位于禁帶中央附近。(a)體內能帶(b)表面耗盡層(c)表面積累層(d)表面反型層圖3p型半導體表面處能帶結構的變化如果表面的存在對電子運動沒有任何影響的話。如圖3(a)所示，水平能量線將一直延伸到表面，并與表面垂直。但實際上表面的存在不可能不影響到表面附近的電子運動和表面附近的能帶結構，表面附近的電子能量也不可能與體內的能量完全一樣，而且表面常常不可避免的有電荷吸附。在MOS結構中，半導體與絕緣體的交界面上也由于晶格結構不連續(xù)而出現(xiàn)局域化電子能級，因而帶有一定電荷
6、.在絕緣體內甚至在外表面也可能有電荷存在。所有這些電荷總的效果相當于是在半導體表面施加了一個電場，使得體內接近界面處的電子能帶發(fā)生變化，從而使表面層內的電荷重新分布。如果界面上以及氧化層內總的有效電荷為負電荷，那么它的電場將排斥電子而吸引空穴，這樣接近表面的電子能量增大。如圖3(c)所示，表面處能帶向上彎曲，近表面處空穴濃度增大。也就是表面層內積累了相當數量的空穴和表面上的負電荷，所以表面層稱做“積累層”。反之，如果界面上以及氧化層內總的有效電荷為正電荷，則近表面的電子能量降低，能帶將向下彎曲。如圖3(b)13所示，空穴被電場驅向體內，在表面層內留下帶負
7、電的受主離子。能帶彎曲的結果是使表面層剩下的負的受主離子及少量電子來中和表面上的正電荷。在這一表面層內，載流子都被電場驅開，通常稱為“耗盡層”或“空間電荷層”，能帶彎曲部分的深度就是耗盡層厚度W。如果表面及氧化層內的正電荷密度更大(外加電壓情況)，則能帶在表面處的向下彎曲將更為嚴重，以致于在表面形成一層反型層。如圖3(d)所示。從表面到與相交點的一薄層內變成n型導電，在n型層與體內P型導電區(qū)之間仍是耗盡層，兩層總厚為W。通常以體內的為電勢的零點，在表面上相對于的位置稱為表面勢。能帶向上彎曲表面勢為負，能帶向下彎曲表面勢為正。1.2MOS電容的非平衡態(tài)特性
8、接下來仍以P型半導體為例，若以外加電壓的正極接到柵極，負極接到半導體的底板使半導
