电荷耦合器件

电荷耦合器件(CCD)。定义

CCD是由美国电话电报公司贝尔实验室的威拉德·博伊尔和乔治·e·史密斯于1969年开发的。它是一种移位寄存器装置，可用于装置内电荷的移动。这种移动可以从设备的一个区域移动到另一个区域，移动电荷的数字值可以很容易地找到。当信号在设备内一次一个地从一个地方移动到另一个地方时，电荷的值可以很容易地操纵。该装置中有电容式容器，允许电荷移动。

在发明CCD的过程中，没有比注入电荷更能产生电荷的方法。但经过反复实验，后来发现，当把光电器件之类的传感器连接到它上面时，很容易产生电荷。然后，这些电荷可以被传给CCD，让它在设备中转移。这一发现意义重大，它成为将普通信号转换为数字信号的垫脚石。用普通相机捕捉图像并将其替换为数字存储的设备称为CCD成像仪。

要了解电荷耦合器件(CCD)和CMOS有源像素传感器(APS)工作的区别，请点击下面的链接。

来看看:电荷耦合器件(CCD)与CMOS有源像素传感器(APS)

来看看:Cmos有源像素传感器

电荷耦合器件(CCD) -操作

CCD主要有两个区域。他们是

1.光活化的区域

如前所述，CCD被用来将电信号转换成数字信号。光活性区主要由电容器阵列组成。这些阵列可以是一维的，也可以是二维的，这取决于使用CCD的设备类型。如果使用线扫描相机，它会引入一维电容阵列。它之所以被称为1D是因为它以1D的形式捕捉图像，即图像的单个切片。2D主要用于视频应用。该设备以2D形式捕捉图像。光活性区由硅的外延层制成。它是通过在衬底(如p++)上掺杂硼离子制成的。有时，CCD也被植入磷离子以使其具有n掺杂。 This is often carried out in devices consisting of n-channels This is done in some areas of the silicon ion causing the movement of photo generated packets across them.

一旦硅层和基板制成，一种气体氧化物形式的介质(主要是电容器)就会在其上生长。这样，分开放置的门将以垂直于通道的角度放置。这是因为多晶硅门正在经历化学气相沉积，然后是光刻。然后形成通道停止区和电荷携带通道，并使它们彼此平行。

2.传播地区

图像投射到电容阵列上后，控制电路开始工作。这个电路使电容器向移位寄存器发送适当的信号。移位寄存器将每个信号转换成一个电压序列。这些数据随后被采样、数字化，然后存储在内存中。

由于CCD的工作模式不同，设备的类型也会不同。有很多版本的CCD叫做帧传输CCD和蠕动CCD。在帧传输CCD的情况下，门时钟被用来在反向和正向的方向偏压二极管。这主要是由n掺杂层和p掺杂层来完成的。因此穿过或靠近p-n结的CCD将会耗尽。因此，位于大门下和海峡对岸的电荷将被收集和移动。

蠕动CCD通过提供一个额外的植入物，从一个门到下一个门产生一个巨大的电场。这种植入物有助于阻挡来自Si/SiO2界面的电荷。由此产生的额外驱动力有助于加速电荷粒子的转移。

电荷耦合器件(CCD) -应用

• 天文学

CCD因其输出线性度高而被应用于天文学。CCD被广泛应用于天文紫外线和红外领域。它们在量子应用中也非常高效。虽然CCD的特性可能会受到热噪声和宇宙射线的影响，但天文学家已经采取了一些应对措施来减少这种影响。一种方法包括CCD快门的定时。当快门关闭时，所拍摄图像的数量将决定随机噪声。在关闭快门的情况下，结果与打开快门的图像不同，以消除死角和热点像素。

在天文学上的应用还包括一种称为漂移扫描的方法。这种方法主要是用来跟踪天空的运动。这是通过利用CCD将一个固定望远镜转换成一个跟踪望远镜来实现的。

• 彩色摄像机

在相机中使用CCD，通常使用更先进的3CCD。通过使用3CCD器件，色散得到了很大的改善，从而提高了量子效率。相机的图像分辨率完全取决于CCD芯片。当光子击中传感器时，传感器会计数光子的数量。因此，在传感器上的给定点，图像越亮，为该像素准备的值就越大。