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(guò)將電荷從感光區(qū)傳輸?shù)捷敵鰠^(qū)，CCD可以將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)處理和存儲(chǔ)。

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(gè)電極組成，這些電極被稱為“門(mén)極”，可以控制電荷在CCD內(nèi)的傳輸和存儲(chǔ)。

感光區(qū)與傳輸區(qū)之間通過(guò)多個(gè)電勢(shì)障壘相連。當(dāng)感光區(qū)受到光照時(shí)，光子會(huì)激發(fā)出電子-空穴對(duì)，其中的電子被吸收到電勢(shì)障壘中，進(jìn)而被傳輸區(qū)的門(mén)極吸收和存儲(chǔ)。通過(guò)依次控制傳輸區(qū)的門(mén)極電壓，電荷被傳輸?shù)捷敵鰠^(qū)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

2.電荷耦合器件的工作原理

CCD的工作原理可以分為三個(gè)步驟：感光、傳輸和讀出。

感光：當(dāng)感光區(qū)受到光照時(shí)，光子會(huì)激發(fā)出電子-空穴對(duì)，其中的電子被吸收到電勢(shì)障壘中。這個(gè)過(guò)程被稱為“光電效應(yīng)”。

傳輸：通過(guò)依次加上傳輸區(qū)的各個(gè)門(mén)極所需的開(kāi)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(shí)現(xiàn)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。

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