电荷耦合器件的类型及其工作原理

美国电话电报公司贝尔实验室的科学家威拉德·博伊尔和乔治·e·史密斯从事半导体-bubble存储器设计的装置，和被称为为“充电泡罩装置”，它可以用作移位寄存器。

根据该装置的基本性质，它具有将电荷从一个存储电容器到接下来，沿着半导体的表面，并且该原理类似于铲斗 - 旅（BBD），该装置在20世纪60年代在Phillips研究实验室中发明。最终，从所有这样的实验研究活动中，电荷耦合装置（CCD）在1969年的AT＆T Bell Labs中发明。

电荷耦合器件（CCD）

电荷耦合器件可以以不同的方式根据为它们的使用或基于设备的设计中的应用来定义。

它是用于电荷在其内的电荷移动的装置，用于电荷操纵，这是通过一次通过装置内的阶段改变信号来完成的。

它可以被视为CCD传感器，用于该传感器数码相机和摄像机利用光电效应拍摄图像和录像。它用来将捕捉到的光转换成数字数据，然后由相机记录下来。

它可以被定义为光敏感的集成电路压印在硅表面上，以形成被称为像素的光敏元件，并且每个像素被转换成电荷。

它被称为用于用于的离散时间设备连续或模拟信号在离散时间采样。

类型的CCD

有不同的CCD诸如电子倍增CCD，增强型CCD，帧转移的CCD和埋入沟道CCD。的CCD可被简单地定义为电荷转移器件。CCD的发明者，史密斯和Boyle还发现具有比一般的表面沟道CCD等的CCD大大富集的性能的CCD;它被称为埋入式沟道CCD并且majorly用于实际应用。

电荷耦合装置的工作原理

用作光活性区域的硅外延层和移位寄存器 - 透射区域用于使用CCD捕获图像。

图像通过透镜投影到由电容器阵列组成的光有源区域。因此，电荷与光强度所述图像像素颜色在该位置的色谱中累积在每个电容器处。

如果图像被这个电容阵列检测到，那么在每个电容中积累的电荷就会被传递到它的邻居电容中移位寄存器由控制电路控制。

在上图中，从a、b、c开始，电荷包的转移是根据施加在栅极端子上的电压来表示的。最后，在阵列中，最后一个电容的电荷被转移到电荷放大器中，电荷在放大器中被转换成电压。因此，从这些任务的连续操作，整个电容器阵列在半导体转换成一系列的电压。

电压的这种序列被采样，数字化，并随后被存储在存储器中的数字设备的情况下，如数字照相机。在模拟装置，如模拟摄像机的情况下，电压的该序列被馈送到低通滤波器，以产生一个连续的模拟信号，然后该信号被用于传输，记录和用于其他目的处理。为了理解电荷耦合器件原理和电荷耦合器件中的深度工作，主要是下面的参数需要被理解的。

投资转移过程

充电包可以从细胞在桶式风格的使用许多方案被移动到细胞。有各种各样的技术，如两两相，三相，四个相，等等。每信元包括通过它在n相方案正导线。势阱的高度通过使用连接到传输时钟每个导线控制。电荷包可通过改变势阱的高度被推动并沿CCD的线拉动。

考虑三相电荷转移，在上述图中，三个时钟（C1，C2和C3），其是相同的形状，但在不同阶段中示出。如果栅极乙变高并且栅极甲变低，则电荷将从空间A移动到B.空间

CCD的体系结构

像素可通过平行的垂直寄存器或垂直CCD（V-CCD）和平行的水平寄存器或水平CCD（H-CCD）被转移。的电荷或图像可以使用不同的扫描架构，例如全帧读出，帧转移和行间转移被转移。电荷耦合器件原理可以用下面的转移方案很容易理解：

1.帧读出

它是最简单的扫描架构，其需要在许多应用中的快门，以切断所述光输入和避免电荷通过平行垂直寄存器或垂直CCD和并联水平寄存器或水平CCD，然后转移到所述通道期间涂抹串行输出。

2.帧传输

通过使用桶旅处理，图像可以从图像阵列转移到不透明帧存储阵列。由于它不使用任何串行寄存器，与其他进程相比，它是一个快速的进程。

3.铁路联运转移

每个像素由光电二极管和不透明电荷存储单元组成。如图所示，图像电荷首先从光敏感的PD转移到不透明V-CCD。在隐藏图像时，这种传输在一个转移循环中产生最小图像涂片;因此，可以实现最快的光学快门。

CCD的MOS电容器

每个CCD电池都有金属氧化物半导体，即使表面沟道和埋沟道MOS电容器都被用于制造CCD。但ccd通常是这样的在p型衬底上制作采用埋地沟道MOS电容器制造;因此，在其表面形成一个薄的n型区域。在n区顶部生长一个二氧化硅层作为绝缘体，在该绝缘层上放置一个或多个电极就形成了栅极。

CCD像素

当光子撞击硅表面自由电子从光电效应形成，并且由于真空的，同时，将产生正电荷或空穴。而是选择计数由空穴和电子的重组形成的热波动或热的困难的过程，它是优选的，以收集和计数电子，产生的图像。这可通过由吸引光子引人注目上硅表面朝向正偏置不同的区域而产生的电子来实现。

满阱容量可被定义为能够由每个CCD像素被保持和，典型地，CCD像素可容纳10KE到500ke电子的最大数量，但是这取决于像素（越大大小更多的电子能的大小累计）。

CCD冷却

ccd一般在低温下工作，利用热能将不合适的电子激发成与实像光电子无法区分的图像像素。这被称为暗电流过程，它会产生噪声。在一定的限制下，每冷却6到70次，总暗电流产生可减少2倍。ccd不能在-1200以下工作，暗电流产生的总噪音可以通过在-1000左右冷却来消除，通过在一个疏散的环境中进行热隔离。ccd经常使用液氮、热电冷却器和机械泵来冷却。

CCD的量子效率

光电子的产生速率取决于入射在CCD表面上的光。将光子转换为电荷的转换是贡献许多因素，并且被称为量子效率。与其他光检测技术相比，CCD的比较效率为25％至95％。

在光通过栅极结构后，通过衰减入射辐射产生信号。

后照明或后稀释的CCD由装置的下侧上的多余硅组成，该装置在不集限允许产生光电子的方式上印刷。

因此，本文得出结论，CCD及其工作原理的简要说明，考虑到不同参数，如CCD扫描架构，CCD，CCD像素，CCD的CCD，CCD像素，冷却和量子效率，CCD的电荷转移过程，MOS电容器。您是否知道经常使用CCD传感器的典型应用？请在下面发表评论，了解有关CCD的工作和申请的详细信息。