CCD图像传感器——颠覆人类记录影像的方式( 二 )

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背照式光注入
来源：文献[8]
所谓电注入就是CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，然后将信号电压或电流转换为信号电荷注入到相应的势阱中。电注入常用的有电流注入和电压注入两种方式。

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电注入方式
来源：文献[8]
（2）信号电荷的存储：CCD工作过程的第二步是信号电荷的收集，就是将入射光子激励出的电荷收集起来成为信号电荷包的过程。
当向SiO表面的电极加正偏压时， P型硅衬底中形成耗尽区（势阱），耗尽区的深度随正偏压升高而加大。其中的少数载流子（电子）被吸收到最高正偏压电极下的区域内，形成电荷包（势阱）。对于N型硅衬底的CCD器件，电极加正偏压时，少数载流子为空穴。

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电荷存储
来源：文献[8]
（3）信号电荷的传输（耦合）：CCD工作过程的第三步是信号电荷包的转移，就是将所收集起来的电荷包从一个像元转移到下一个像元，直到全部电荷包输出完成的过程。

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电荷转移
来源：文献[7]

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三相CCD中电荷的转移方式
(a）初始状态；(b)电荷由电极向电极转移；(c)电荷在、电极下均匀分布；(d)电荷继续由电极向电极转移；(e)电荷完全转移到电极；(f)三相交叠脉冲
来源：文献[8]
（4）信号电荷的检测：CCD工作过程的第四步是电荷的检测，就是将转移到输出级的电荷转化为电流或者电压的过程。
其中电荷输出类型，主要有三种：1）电流输出；2）浮置栅放大器输出；3）浮置扩散放大器输出。

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电荷检测电路
来源：文献[8]

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CCD工作过程示意图
来源：文献[6]
CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS（金属—氧化物—半导体）电容器组成的阵列。在P型或N型硅衬底上生长一层很薄（约120nm）的二氧化硅,再在二氧化硅薄层上依次序沉积金属或掺杂多晶硅电极（栅极），形成规则的MOS电容器阵列，再加上两端的输入及输出二极管就构成了CCD芯片。
按照像素排列方式的不同，可以将CCD分为线阵和面阵两大类。
线阵CCD每次扫描一条线，为了得到整个二维图像的视频信号，就必须用扫描的方法实现。线阵CCD又分为单沟道线阵CCD和双沟道线阵CCD 。
单沟道线阵CCD：转移次数多、效率低。只适用于像素单元较少的成像器件。
双沟道线阵CCD：转移次数减少一半，它的总转移效率也提高为原来的两倍。

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线阵CCD
来源：文献[6]
面阵CCD：按照一定的方式将一维线阵CCD的光敏单元及移位寄作器排列成二维阵列。就可以构成二维面阵CCD 。面阵CCD同时曝光整个图像。
帧转移面阵CCD——优点：电极结构简单，感光区面积可以很小。缺点：需要面积较大暂存区。
帧转移面阵CCD结构及工作过程
来源：文献[6]
隔列转移面阵CCD——优点：转移效率大大提高。缺点：结构较为复杂。