第一个CCD集成器件
来源:文献[4]
早期的线性成像CCD
来源:文献[4]
在接下来的时间里,成百上千的科学家和工程师努力奋斗,逐步将CCD推向实用化,包括美国的仙童(Fairchild)、柯达泰克(Tektronix)和德州仪器(Texas Instruments,TI),以及日本的夏普(Sharp)、索尼(SONY)、东芝(Toshiba)和日本电气(NEC)等公司都作出了许多贡献。航天、科学和消费等方面的应用,都得益于为解决CCD问题而从不同渠道投入的经费,但是问题还是很棘手,那是一条非常艰苦的发展之路。
CCD的原理
CCD是一种半导体器件,能够把光学影像转化为数字信号。CCD上植入的微小光敏物质称作像素(Pixel)。像素数越高,面积越大,成像质量就越高越清晰。CCD上有许多排列整齐的电容,能感应光线、储存信号并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制,每个小电容能将其所带的电荷转给相邻的图像处理器来形成图像。
MOS电容器是构成CCD的最基本单元,它是金属—氧化物—半导体(MOS)器件中结构最为简单的。
MOS电容器
来源:文献[4]
CCD的基本工作过程主要是信号电荷的产生、存储、转移和检测:
(1)信号电荷的注入(产生):在CCD中,电荷注入的方式可分为光注入和电注入两类。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,多数载流子被栅极电压排斥,少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。
背照式光注入
来源:文献[8]
所谓电注入就是CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样,然后将信号电压或电流转换为信号电荷注入到相应的势阱中。电注入常用的有电流注入和电压注入两种方式。