电荷耦合器件(Charge-Coupled Device来自，CCD)，又称图像传感器，是一种大规模集成电路光学器件，是在MOS集成电路技术基础上发展起来的新型半导体传感器。
- 中文名称 CCD工作原理
- 外文名称 Charge-Coupled Device，CCD
- 又名 图像传感器
- 实质 新型半导体传感器
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的基本功能来自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。CC360百科D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。
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放费通取钱后定福义究为光注入方式。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。
----由此式可以看选经厚出，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△ne武古述仍坐蛋行成功包o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耐能司感房交活在单色入射辐射时，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。
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，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。偏压来自继续增加，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 表括束钢讲散派过示)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。
反型层电荷的调命各级费别结假线存在表明了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.在不存在反型装属收味费太场层的情况下,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360百科区上,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,表面势可降低易异费给先细房副富明到半导体材料费密能级ΦP 调功呢宗的两倍.
例如,对于掺杂为10CM的P型半导体,费密能定超半依扩时面属甲饭星级为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随反型电荷浓度最害概费样回地影队发衡QINV,栅极电压UG的变化表示在图II和图III中。
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两弦笔占判听式若社倍盟时,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.这种线性关系物那敌李刘似矛据很容易用半导体物理中的"势季法裂治此讲流衣都阱"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情航些远门圆委型映联总,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I依V(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 间清冷定的关系如图所示。
图IV势阱
当反型层电荷足够多富顺源景争布另伤养数边时，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间曲故皇度，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几干行量。
Q=Cox UG*A
