電荷耦合器件的結(jié)構(gòu)組成 電荷耦合器件的工作原理

電荷耦合器件（Charge-Coupled Device, CCD）是一種基于半導(dǎo)體材料制造的光電轉(zhuǎn)換器件。它主要由感光區(qū)、傳輸區(qū)和輸出區(qū)三部分構(gòu)成。通過將電荷從感光區(qū)傳輸?shù)捷敵鰠^(qū)，CCD可以將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，并進行信號處理和存儲。

1.電荷耦合器件的結(jié)構(gòu)組成

CCD的感光區(qū)通常采用P型材料，而傳輸區(qū)和輸出區(qū)則采用N型材料。其中，傳輸區(qū)和輸出區(qū)由多個電極組成，這些電極被稱為“門極”，可以控制電荷在CCD內(nèi)的傳輸和存儲。

感光區(qū)與傳輸區(qū)之間通過多個電勢障壘相連。當感光區(qū)受到光照時，光子會激發(fā)出電子-空穴對，其中的電子被吸收到電勢障壘中，進而被傳輸區(qū)的門極吸收和存儲。通過依次控制傳輸區(qū)的門極電壓，電荷被傳輸?shù)捷敵鰠^(qū)并轉(zhuǎn)換為電信號。

2.電荷耦合器件的工作原理

CCD的工作原理可以分為三個步驟：感光、傳輸和讀出。

感光：當感光區(qū)受到光照時，光子會激發(fā)出電子-空穴對，其中的電子被吸收到電勢障壘中。這個過程被稱為“光電效應(yīng)”。

傳輸：通過依次加上傳輸區(qū)的各個門極所需的開關(guān)電壓，從感光區(qū)讀取到的電荷被逐步傳輸至輸出區(qū)，實現(xiàn)電信號的轉(zhuǎn)換。

讀出：一旦電荷被傳輸?shù)搅溯敵鰠^(qū)，就可以通過和輸出區(qū)相鄰的一組放大器將電荷轉(zhuǎn)化為測量電壓。之后，模擬電信號可以被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并進行各種信號處理和存儲。