光电探测器阵列CCD摄像器件

目前广泛使用的摄像器件是CCD型摄像器件。CCD于1970年由贝尔实验室发明[82]，此后关于CCD的研究蓬勃发展，CCD最小像素尺寸由1972年的40um减小到了1995年的5 gm，像素单元也从最早的不足2000增加到两千六百多万[83]。CCD型摄像器件包括三个部分：进行光电转换的光电探测器阵列部分、移位寄存器电荷转移部分、MOSFET源跟随输出部分。光电转换部分利用普通PN二极管就可实现，其中最重要的、也是CCD区别于其他摄像器件的部分是移位寄存器电荷转移部分。CCD电荷转移由一系列紧密排列的MOS电容器组成，如图1(a)所示。当在某个栅极上加正电压时，就会在栅极底下形成电子势阱，信号电荷就存在势阱中。

常见的CCD电荷转移为三相时钟脉冲结构，每三个栅为一组间隔排列，每相隔两个栅的栅电极使用同一时钟脉冲，时钟脉冲如图1(c)所示。在幻时刻，四为高电位，其他两相脉冲均为低电位，这时在1栅极下面形成耗尽区，外部所注入的电子将被聚集在这个势阱中。在t2时刻，Φ从高电位向低电位转变，Φ从低电位向高电位转变，则1和2栅极下面都形成电子势阱。由于各个栅极相互靠得很近，因此它们的势阱相互重叠。随着Φ1电位降低和@电位上升，1栅极势阱逐渐变浅，2栅极的势阱逐渐加深，因此1栅极势阱中电子就逐渐流向了2栅极的势阱。在兔时刻电子全部转移到了2栅极的势阱。同样地，在勤时刻@从高电位向低电位转变，鲲从低电位向高电位转变，则2和3栅极下面都形成电子势阱，随着鲲电位降低和CD3电位上升，2栅极势阱中电子就逐渐流向了2栅极的势阱。在t3时刻电子全部转移到了3栅极的势阱。这样各个栅极势阱电荷就逐个被转移出去成为输出信号，这就是CCD转移的基本原理。