光電探測器陣列CCD攝像器件

目前廣泛使用的攝像器件是CCD型攝像器件。CCD于1970年由貝爾實驗室發明[82]，此后關于CCD的研究蓬勃發展，CCD最小像素尺寸由1972年的40um減小到了1995年的5 gm，像素單元也從最早的不足2000增加到兩千六百多萬[83]。CCD型攝像器件包括三個部分：進行光電轉換的光電探測器陣列部分、移位寄存器電荷轉移部分、MOSFET源跟隨輸出部分。光電轉換部分利用普通PN二極管就可實現，其中最重要的、也是CCD區別于其他攝像器件的部分是移位寄存器電荷轉移部分。CCD電荷轉移由一系列緊密排列的MOS電容器組成，如圖1(a)所示。當在某個柵極上加正電壓時，就會在柵極底下形成電子勢阱，信號電荷就存在勢阱中。

常見的CCD電荷轉移為三相時鐘脈沖結構，每三個柵為一組間隔排列，每相隔兩個柵的柵電極使用同一時鐘脈沖，時鐘脈沖如圖1(c)所示。在幻時刻，四為高電位，其他兩相脈沖均為低電位，這時在1柵極下面形成耗盡區，外部所注入的電子將被聚集在這個勢阱中。在t2時刻，Φ從高電位向低電位轉變，Φ從低電位向高電位轉變，則1和2柵極下面都形成電子勢阱。由于各個柵極相互靠得很近，因此它們的勢阱相互重疊。隨著Φ1電位降低和@電位上升，1柵極勢阱逐漸變淺，2柵極的勢阱逐漸加深，因此1柵極勢阱中電子就逐漸流向了2柵極的勢阱。在兔時刻電子全部轉移到了2柵極的勢阱。同樣地，在勤時刻@從高電位向低電位轉變，鯤從低電位向高電位轉變，則2和3柵極下面都形成電子勢阱，隨著鯤電位降低和CD3電位上升，2柵極勢阱中電子就逐漸流向了2柵極的勢阱。在t3時刻電子全部轉移到了3柵極的勢阱。這樣各個柵極勢阱電荷就逐個被轉移出去成為輸出信號，這就是CCD轉移的基本原理。