第三章电荷耦合器件(CCD) 实现光电转换、信号儲存、转移、输出 处理及电子快门等 特点:1)体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、寿命长。 2)空间分辨率高:4096X4096 3)光电灵敏度高、动态范围大。 4)模拟、数字输出方便;与微机接 口方便
第三章 电荷耦合器件(CCD) ◼ 实现光电转换、信号储存、转移、输出、 处理及电子快门等 ◼ 特点：1）体积小、重量轻、功耗低、可 靠性高、寿命长。 2）空间分辨率高：4096X4096 3）光电灵敏度高、动态范围大。 4）模拟、数字输出方便；与微机接 口方便
第一节CcD的物理基础 MoS晶体管器件,但不工作于反型层而是 深耗尽层。 ■由衬底(P型单晶硅)、氧化层(Sio2) 和金属电极构成。 输人栅 输出栅 金属 Sr P-Si Sion 输人二极管P-Si 输出二极管 图3-1CCD原理示意图 a)CCD结构示意图b)MOs电容器结构
第一节 CCD的物理基础 ◼ MOS晶体管器件，但不工作于反型层而是 深耗尽层。 ◼ 由衬底（P型单晶硅）、氧化层（SiO2） 和金属电极构成
UG不同,物理特性不同。 氧化物 耗尽层反型层耗尽层 半导体 电子能量 图3-2不同偏置下理想MOS结构能带图 a)平带状态b)出现堆积层c)出现耗尽层d)出现反型层 1一导带底能量E。2一禁带中央能级E;3—费米能级E14一价带顶能级E
◼ UG不同，物理特性不同
稳态MoS结构物理性质 UG=0时,如a)所示。 1多数载流子堆积状态 UG<0表面势Us<0;-qUs>0:空穴增多; 表面能量增大;表面能带如b所示 2多数载流子耗尽状态 UG>0表面势Us>0;-qψus<0;空穴被排斥表面 能量减小;出现“多子耗尽区”或称“势阱” 表面能带如c际示 3载流子反型状态 UG>0且更大超过某一值表面电子超过空穴浓度, 出现反型的N区见d所示
一、稳态MOS结构物理性质 ◼ UG=0时，如a）所示。 1.多数载流子堆积状态 UG <0,表面势Us<0;-qUs>0;空穴增多; 表面能量增大;表面能带如b)所示. 2.多数载流子耗尽状态 UG >0,表面势Us>0;-qUs<0;空穴被排斥;表面 能量减小;出现“多子耗尽区”或称“势阱” . 表面能带如c)所示. 3.载流子反型状态 UG >0且更大超过某一值,表面电子超过空穴浓度, 出现反型的N区,见d)所示
当UG>Uth时,MoS结构稳定,称“强 反型 强反型条件 表面势Us=-n(-)(3-1) Uth为出现强反型时的U电压一阈值电压 Uth=US+Uox (3-2 实际中,UG=0时,能带并不平,需要 个平带电压UFB则强反型栅极电压为 UG>Uth UFB 强反型时,耗尽层度保持最大不变 MoS电容保最大值不U弯
◼ 当UG >Uth时，MOS结构稳定，称“强 反型” ◼ 强反型条件： 2kT NA 表面势Us=----ln(--) (3-1) q ni Uth为出现强反型时的UG电压—阈值电压。 Uth=Us+Uox （3-2） 实际中， UG =0时，能带并不平，需要一 个平带电压UFB,则强反型栅极电压为： UG > Uth + UFB 强反型时，耗尽层宽度保持最大不变； MOS电容保持最大值不随UG变化