ccd传感器原理详细介绍

【导读】对于ccd传感器来讲，似乎人们还不是太了解。其实它的英文全称是Charge Coupled Device，简称是ccd，中文名字也就是电荷藕合器件图像传感器。这种传感器是利用一种半导体材料制作而成的，这类半导体材料具有高感光度的特性。这种高感光度特性完全能够促使光线转变为电荷，然后利用一种叫做模数转换器芯片的东西，再把电荷转换成一种数字式的信号，从而完成工作。对于ccd传感器原理来说也是很巧妙的，下面就让小编来为您详细的介绍一下。

在导读里面我们简单地说了一下ccd传感器的运行过程。其实过程并未结束，上面提到传感器把电荷转变成为了电信号，然后还会对这种信号进行再压缩。通过压缩 *** 作后会自动的保存在相机里面的闪速存储器里面，也可以设置成硬盘卡进行保存。

ccd传感器

这样我们就可以通过存储器与计算机相连，把相关数据传送给计算机了。在计算机里面我们可以根据自己想象的需求来进行各种的修改。我们现在知道了它的工作流程，那么对于它的原理又是怎么样的呢？下面就让小编详细的介绍一下。

ccd传感器

我们说作为一种光电的转换装置，CCD传感器可以说是新型的器件。它可以把光转换成电荷从而形成信号并对其信号进行保存。一旦对这个光电转换装置施加一定的时序脉冲的情况下，该器件所存储的相应的信号电荷就可以在CCD里面进行定向的传输，这样我们就可以实现了自扫描的 *** 作。

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ccd传感器的组成部分包括光敏单元还有输入结构，再加上输出结构等各个器件。该传感器所具备的功能有光电转换，还有信息存贮以及延时等。该类型的传感器的集成度是相对较高的、而且功耗非常小。

该类型的传感器不仅仅在摄像方面有很大的应用，另外在信号处理以及存贮这两个方面都会有比较不错的使用效果。我们说这类传感器在相应的图像传感器的使用方面，都有了很大的发展前景。

ccd传感器的CCD有两种类型，即面阵还有线阵。对于面阵来说，它是一种将CCD像素进行排列，排成1个平面的相对器件；但是对于线阵来说，它是将CCD像素进行排列，排成1直线的相应器件。

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通过上面的简单介绍，相信大家对于ccd传感器的原理已经了解了。这类传感器的发展和研究将会不断的继续。

CCD工作原理电荷耦合器件的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号。 所以ＣＣＤ的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。它存储由光或电激励产生的信号电荷，当对它 施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在CCD内作定向传输。ＣＣＤ工作过程的主要问题 是信号电荷的产生，存储，传输，和检测。 电荷的注入 在ＣＣＤ中，电荷注入的方法有很多，归纳起来，可分为光注入和电注入两类。 １:光注入 当光照射到ＣＣＤ硅片上时，，在栅极附近的半导体体内产生电子－空穴对，其多数载流子被栅 极电压排开，少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。ＣＣＤ摄象器件的光敏单元为光注入方 式。光注入电荷 QIP =ηq△neoATC 式中：η为材料的量子效率：q为电子电荷量；△neo为入射光的光子流速；A为光敏单元的受光面积 ；TC为光注入时间。 ----由此式可以看出，当CCD确定以后，η.q及A均为常数，注入到势阱中的信号电荷QIP与入射光的 光子流速△neo及注入时间TC成正比。注入时间TC由CCD驱动器的转移脉冲的周期TSH决定，当所设计 的驱动器能够保证其注入时间稳定不变时，注入到势阱中的信号电荷只与入射辐射的光子流速率△neo 成正比。正常情况下。光注入的电荷量与入射的谱辐量度在单色入射辐射时，入射光的光子流速率与 入射的光谱辐通量的关系为△neλ=φeλ/hv， h,v,λ均为常数。因此在这种φeλ成线形关系。该 线形关系是应用CCD检测光谱强度和进行多通道光谱分析的理论基础。 2:电注入 所谓电注入就是CCD通过输入结构对信号电压或电流进行电压流进行采样，然后将信号电压或电 流转换为信号电荷。电注入的方法很多，一般常用的是电流注入法和电压注入法，这里就不详细描述 了。 电荷的存储 构成CCD的基本单元是MOS（金属-氧化物-半导体）结构 如图I（a）所示，在栅极G施加正偏压 UO之前，P型半导体中空穴（多数载流子）分布是均匀的。当栅极施加正偏压UG（此时UG小于P型半 导体的阈值电压Uth）后，空穴被排斥，产生耗尽区，如图I（b）所示。偏压继续增加，耗尽区将进 一步向半导体内延伸。当UG>Uth时,半导体与绝缘体截面上的电势(常称为表面势,用ΦS 表示)变得 如此之高,以至于将半导体内的电子(少数载流子)吸引到表面,形成一层极薄的(约10um )但电荷浓 度很高的反型层,如图I(c). 反型层电荷的存在表明了MOS结构存储电荷的功能.然而,当栅极电压由零变到高于阈值电压时,轻掺 杂半导体中的少数载流子很少,不能立即建立反型层.在不存在反型层的情况下,耗尽区将进一步向 体内延伸,而且,栅极的衬底之间的绝大部分电压降落在耗尽区上,如果随后可以获得少数载流子,那 么耗尽区将收缩,表面势下降,氧化层上的电压增加.当提供足够的少数载流子时,表面势可降低到半 导体材料费密能级ΦP 的两倍. 例如,对于掺杂为10CM的P型半导体,费密能级为0.3V.耗尽区收缩到最小时,表面势ΦS下降到最 底值0.6V,其余电压降在氧化层上. 表面势ΦS随反型电荷浓度QINV,栅极电压UG的变化表示在图II和图III中。 图II中的曲线表示的是在掺杂为10CM的情况下,对于氧化层的不同厚度在不存在反型层电荷时, 表面势ΦS 与栅极电压UG 的关系曲线.图III为栅极电压不变的情况下,表面势ΦS 与反型层电荷 密度的关系曲线.曲线的直线性好,说明表面势ΦS与反型层电荷浓度QVIN 有着良好的反比例线性关 系.这种线性关系很容易用半导体物理中的”势阱”概念描述.电子所以被加有栅极电压UG 的MOS结 构吸引到氧化层与半导体的交界处,是因为那里的势能最低.在设有反型层电荷时,势阱的”深度” 与栅极电压 UG的关系恰如ΦS 与UG 的线性关系,如图IV(a)空势阱的情况.图IV(b)为反型层电荷 填充1/3势阱时，表面势收缩，表面势ΦS 与反型层电荷填充量QP 间的关系如图所示。 图IV势阱 当反型层电荷足够多时，使势阱被填满时，ΦS 降到2ΦF，此时，表面势不再束缚多余的电子， 电子将产生“溢出”现象，这样，表面势可作为势阱深度的量度，而表面势又与栅极电压UG 氧 化层的厚度dox 有关，即与MOS电容容量cox 与UG的乘积有关，势阱的横截面积取决于栅极电 极的面积A。MOS电容存储信号电荷的容量。Q=Cox UG*A

CCD由美国贝尔实验室Boyle和Smith发明，是一种大规模集成电路工艺制作的半导体光电元件，它在半导体硅片上制有成千上万个光敏元，产生与照在它上面的光强成正比的电荷。CCD基本构成单元是MOS电容器，它以电荷为信号，通过对金属电极施加时钟脉冲信号，在半导体内部形成储存载流子的势阱。当光或电注入时，将代表信号的载流子引入势阱，再利用时钟脉冲的规律变化，使电极下的势阱作相应变化，就可以使代表输入信号的载流子在半导体表面作定向运动，再通过对电荷的收集、放大，把信号取出。现今新型的CCD产品主要有底插式和侧装式两种，其工作原理基本相同。

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