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电荷耦合器件的基本结构.ppt


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CCD中电荷的存贮和传输是通过改变各电极上所加电压实现的。按照加在电极上的脉冲电压相数来分,电极的结构可分为二相、三相、四相等结构形式。
三相电阻海结构
二相硅-铝交叠栅结构
四电极结构:
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。
D的相数。D的位数。
定向转移的实现
D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。
φ1
φ2
D的无限循环结构上时,将实现信号电荷的定向转移。
t2-t3时刻,Φ1电压线性减小,1电极下势阱变浅, Φ2为高电平,2电极下形成深势阱,信号电荷从1电极向2电极转移,直到t3时刻,信号电荷全部转到2电极下。
重复上述过程,信息电荷从2电极转移到3电极,到t5时刻, 信号电荷全部转移到3电极下。
经过一个时钟周期,信号电荷包向右转移一级,t6时刻信号电荷全部转移4电极下。依次类推,信号电荷依次由1,2,3,4…..N向右转移直至输出
移位寄存器
MOS上三个相邻电极,每隔两个所有电极接在一起。由3个相位差120°时钟脉冲驱动。
D中电荷包的转移过程:
t1时刻,Φ1为高电平, Φ2 Φ3为低电平,1电极下形成深势阱,储存电荷形成电荷包
信号转移部分由一串紧密排列的MOS电容器构成,根据电荷总是要向最小位能方向移动的原理工作的。信号电荷转移时,只要转移前方电极上的电压高,电极下的势阱深,电荷就会不断的向前运动。
右图:D结构和时钟脉冲。
由图可见,在信号电荷包运行的前方总有一个较深的势阱处于等待状态,于是电荷包便可沿着势阱的移动方向向前连续运动。此外,还有一种(如两相时钟驱动)是利用电极不对称方法来实现势阱分布不对称,促使电荷包向前运动。势阱中电荷的容量由势阱的深浅决定,电荷在势阱中存储的时间,必须远小于势阱的热弛豫时间,D 是在非平衡状态工作的一种功能器件。
转移信道的结构
1. SCCD(D)
转移和存储信号电荷的势阱都在硅与氧化硅的界面处,电荷速度与转移效率低,主要原因为客观表面态迁移率的影响。
即在硅与氧化硅表面有Na 、K杂质离子,表面态上的离子可以接收电子,也可以发射电子,当电子至后续电荷包转移时,表面态发射电子的速度慢,导致电子跟不上信号电荷的转移速度,造成信号电荷的损失,所以转移效率降低,转移速度不能提高。
(D)

基底为P型,在硅表面注入杂质,使之形成N型薄层,在N型两端做上N+层,起源极与漏极的作用。在N-P之间加反偏电压,使形成体内耗尽层,当与氧化层耗尽层相连通时,形成势阱。当电子向势阱中聚焦时,耗尽层宽度减小,同样可以存储和转移电荷,如果施以栅极电压,势能曲线下降,P区耗尽层加宽,势能曲线下降,势阱加深,可以通过控制栅极达到电荷耦合。
D的区别
(1)BCCD中传递信息是电子是N层中的多子,SCCD是P层中的少子
(2)SCCD中的信息电荷集中在界面处很薄的反型层中,D的信息电荷集中在体内。
(3)D小1-2个数量级,具有更好的转移效率。
(4)BCCD转移速度高。
(5)BCCD最大的优点是低噪声,主要原因是它消除了信号电子与表面态的相互作用。

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  • 时间2018-08-12