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電荷的注入和檢測詳細介紹
 
錄入時間:2015-01-01 15:27:25瀏覽次數(shù):1
 

 CCD的中信號電荷可以通過光注入和電注入兩種方式得到。光注入就是當光照射CCD硅片時,在柵極附近的半導(dǎo)體體內(nèi)產(chǎn)生電子空穴對,其多數(shù)載流子被柵極電壓墳排開,少數(shù)載流子則被收集在勢阱中形成信號電荷。而所謂電注入,就是CCD通過輸入結(jié)構(gòu)對信號電壓或電流進行采樣,將信號電壓或電流轉(zhuǎn)換為信號電荷,在此僅討論的光注入法。

  CCD利用光電轉(zhuǎn)換功能將投射到CCD上面的光學圖像轉(zhuǎn)換為電信號圖像,即電荷量與當?shù)卣斩却笾鲁烧惹掖笮〔坏鹊碾姾砂臻g分布,然后利用移位寄存功能將這些電荷包自掃描到同一個輸出端,形成幅度不等的實時脈沖序列。其中光電轉(zhuǎn)換功能的物理基礎(chǔ)是半導(dǎo)體的光吸收。當電磁輻射投射到半導(dǎo)體上面時,電磁輻射一部分被反射,另一部分透射,其余部分被半導(dǎo)體吸收。所謂半導(dǎo)體光吸收,就是電子吸收光子并從一個能態(tài)躍遷到另一個較高能級的過程。這里將要涉及的是價帶電子越過禁帶到導(dǎo)帶的躍遷,和導(dǎo)域雜質(zhì)或缺陷周圍的束縛電子到導(dǎo)帶的躍遷,它們分別稱為本征吸收和非本征吸收。CCD利用處于表面深耗盡狀態(tài)的一系列MOS電容器收集光產(chǎn)生的少數(shù)載流子。這些收集勢阱是相互隔離的。由此可見,光轉(zhuǎn)換成電的過程實際上還包括對空間連續(xù)的光強分布進行空間上分離的采樣過程。

  另外,襯底每吸收一個光子,反型區(qū)中就多一個電子,這種光子數(shù)目與存儲電荷的定量關(guān)系是CCD檢測器用于對光信號作定量分析的依據(jù)。

  轉(zhuǎn)移到CCD輸出端的信號電荷在輸出電路上實現(xiàn)電荷/電壓的線性變換,稱之為電荷檢測。從應(yīng)用角度對電荷檢測提出的要求是檢測的線性、檢測的增益和檢測引起的噪聲。鐘對不同的使用要求,有幾種常用的檢測電路,如柵電容電荷積分器、差動電路積分器以及帶浮置柵和分置柵放大器的輸出電路,這里就不一一講究了。

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