电荷耦合器件重点(“电荷”相关文档)共17张.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4.3 电荷耦合器件,在MOS电容金属电极上，加以脉冲电压，排斥掉半导体衬底内的多数载流子，形成“势阱”的运动，进而达到信号电荷（少数载流子）的转移。,图像传感器：转移的信号电荷是由光像照射产生；,若所转移的电荷通过外界诸如方式得到，则其可以具备延时、信号处理、数据存储以及逻辑运算等功能。,上一页,下一页,返 回,4.3 电荷耦合器件,电荷耦合器件的结构和工作原理,CCD图像传感器,图像传感器的应用,上一页,下一页,返 回,CCD,是一种半导体器件,1金属 2绝缘层SiO,2,上一页,下一页,返 回,平带条件下的能带,E,c,导带底能量,E,i,禁带中央能级,E,f,费米能级,E,v,价带顶能量,平带条件：,当MOS电容的极板上无外加电压时，在理想情况下，半导体从,体内到表面处是电中性的，因而能带(代表电子的能量)从表面到,内部是平的。,上一页,下一页,返 回,加上正电压MOS电容的能带,(a)栅压U,G,较小时，MOS电容器处于耗尽状态。,(b)栅压U,G,增大到开启电压 U,th,时,半导体表面的费米能级,高于禁带中央能极,半导体表面上的电子层称为反型层。,上一页,下一页,返 回,有信号电荷的势阱,当,MOS,电容器栅压大于开启电压,U,G,，周围电子迅速地聚集到电极下的半导体表面处，形成对于电子的势阱。,势阱：深耗尽条件下的表面势。,势阱填满：电子在半导体表面堆积后使平面势下降。,上一页,下一页,返 回,信号电荷转移,CCD,的基本功能是存储与转移信息电荷,为实现信号电荷的转换,：,1、必须使,MOS,电容阵列的排列足够紧密，以致相邻,MOS,电容的势阱相互沟通，即相互耦合。,2、控制相邻,MOC,电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深,3、在,CCD,中电荷的转移必须按照确定的方向。,上一页,下一页,返 回,定向转移的实现,在,CCD,的,MOS,阵列上划分成以几个相邻,MOS,电荷为一单元的无限循环结构。每一单元称为一位，将每位中对应位置上的电容栅极分别连到各自共同电极上，此共同电极称相线。,一位,CCD,中含的电容个数即为,CCD,的相数。每相电极连接的电容个数一般来说即为,CCD,的位数。,通常,CCD,有二相、三相、四相等几种结构，它们所施加的时钟脉冲也分别为二相、三相、四相。,当这种时序脉冲加到,CCD,的无限循环结构上时，将实现信号电荷的定向转移。,上一页,下一页,返 回,CCD的基本功能是存储与转移信息电荷,(1)CCD线列图像器件,2、控制相邻MOC电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深,CCD在用作信号处理或存储器件时，电荷输入采用电注入。,1、必须使MOS电容阵列的排列足够紧密，以致相邻MOS电容的势阱相互沟通，即相互耦合。,VOD漏极输出 OS图像信号输出 OG输出控制栅,势阱填满：电子在半导体表面堆积后使平面势下降。,1、必须使MOS电容阵列的排列足够紧密，以致相邻MOS电容的势阱相互沟通，即相互耦合。,当MOS电容器栅压大于开启电压UG，周围电子迅速地聚集到电极下的半导体表面处，形成对于电子的势阱。,3、在CCD中电荷的转移必须按照确定的方向。,3、在CCD中电荷的转移必须按照确定的方向。,2 用于光学文字识别装置,利用CCD的光电转移和电荷转移的双重功能，得到幅度与各光生电荷包成正比的电脉冲序列，从而将照射在CCD上的光学图像转移成了电信号“图像”。,CCD是一种半导体器件,加上正电压MOS电容的能带,三相CCD,信息电荷传输原理图,上一页,下一页,返 回,CCD电荷的产生方式：,电压信号注入,CCD在用作信号处理或存储器件时，电荷输入采用电注入。CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，将信号电压或电流转换为信号电荷。,光信号注入,CCD在用作图像传感时，信号电荷由光生载流子得到，即光注入。电极下收集的电荷大小取决于照射光的强度和照射时间。,上一页,下一页,返 回,CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，将信号电压或电流转换为信号电荷。,CCD是一种半导体器件,一位CCD中含的电容个数即为CCD的相数。,CCD在用作信号处理或存储器件时，电荷输入采用电注入。,利用CCD的光电转移和电荷转移的双重功能，得到幅度与各光生电荷包成正比的电脉冲序列，从而将照射在CCD上的光学图像转移成了电信号“图像”。,(1)CCD线列图像器件,432 CCD图像传感器,三相CCD信息电荷传输原理图,图像传感器：转移的信号电荷是由光像照射产生；,2、控制相邻MOC电容栅极电压高低来调节势阱深浅，使信号电荷由势阱浅的地方流向势阱深,图像传感器：转移的信号电荷是由光像照射产生；,高于禁带中央能极,半导体表面上的电子层称为反型层。,三相CCD信息电荷传输原理图,电极下收集的电荷大小取决于照射光的强度和照射时间。,CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，将信号电压或电流转换为信号电荷。,VOD漏极输出 OS图像信号输出 OG输出控制栅,(a),选通电荷积分输出电路,(b),驱动时钟波形和输出波形,CCD的信号输出结构,上一页,下一页,返 回,432 CCD图像传感器,利用,CCD,的光电转移和电荷转移的双重功能，得到幅度与各光生电荷包成正比的电脉冲序列，从而将照射在,CCD,上的光学图像转移成了电信号“图像”。,由于,CCD,能实现低噪声的电荷转移，并且所有光生电荷都通过一个输出电路检测，且具有良好的致性，因此，对图像的传感具有优越的性能。,线列和面阵,上一页,下一页,返 回,(1)CCD线列图像器件,1CCD转移寄存器 2转移控制栅 3积蓄控制电极,4PD阵列 SH转移控制栅输入端 RS复位控制,V,OD,漏极输出 OS图像信号输出 OG输出控制栅,线型图像传感器结构,上一页,下一页,返 回,（2）面型固态图像传感器,(a)x-y 选址,(b)行选址,(c)帧场传输式,(d)行间传输式,上一页,下一页,返 回,433 图像传感器的应用,1,尺寸测量,2,用于光学文字识别装置,上一页,下一页,返 回,1尺寸测量,被测对象长度L,l,1,视场,l,2,传感器的长度,上一页,下一页,返 回,2 用于光学文字识别装置,光学文字识别装置(OCR)原理,上一页,返 回,