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奥林巴斯显微镜成像,解剖式讲解一个电荷耦合器件(CCD)

2013-10-30  发布者:admin 

电荷耦合器件(CCD)是基于硅的集成电路组成的密集矩阵的光电二极管,通过光能转换成电子电荷光子的形式。与硅原子的光子的相互作用所产生的电子被存储在势阱中,并随后可以转换在整个芯片中通过寄存器和输出放大器。在图1所示的原理图,显示了一个典型的CCD的解剖结构的各种组件组成。

CCD的发明在1960年代后期的研究科学家在贝尔实验室,最初的构想作为一种新型计算机存储器电路。后来的研究表明的移动设备,因为它能够与光的电荷转移和光电相互作用,也可用于其他应用,如信号处理和成像。希望尽早的一个新的内存设备已全部消失,但CCD是一种新兴的一个通用的电子成像探测器,能够在新兴领域的数字显微摄影取代胶片的主要候选人之一。

很类似集成电路的硅晶片上制作了一系列复杂的光刻步骤,蚀刻,离子注入,薄膜沉积,金属化和钝化的定义内的设备的各种功能,涉及的处理的CCD。电掺杂的硅衬底,形成p型硅,一种材料,其中的主要载流子是带正电的空穴。被切断之前,金刚石锯片,多模,每个能够产生工作装置,每个晶圆上制造,测试和打包成陶瓷或聚合物外壳用玻璃或石英窗口,通过它的光可以照亮光电二极管阵列在CCD上表面。探索建立交互式Java教程,这是与从对话框中使用的CCD的必要步骤的顺序。

当紫外线,可见光或红外线光子撞击一个的硅原子休息CCD光电二极管内或附近的,它通常会产生自由电子和硅晶格中的电子暂时缺席创建一个“洞”。的自由电子,然后收集在势阱(位于深耗尽层被称为在一个区域内的硅),而空穴被强制离井和最终位移到硅衬底。单个光电二极管电隔离,通过掩模形成的硼离子扩散到p型硅衬底,这是通道停止从他们的邻居

建筑的主要功能的CCD是浩大的串行移位寄存器与垂直堆叠的导电层的掺杂的多晶硅从硅半导体衬底分离由绝缘的二氧化硅薄膜(参见图2)构成的。在电子已收集在每个光电二极管阵列,在多晶硅电极层(称为“门的电压的电位被施加到下面的硅的静电势的改变。正下方的栅电极,然后在硅衬底变成能够收集本地创建的入射光产生的电子的势阱。相邻的门,有助于约束电子势阱内形成较高的潜力,被称为障碍,以及周围的。通过调节施加到多晶硅栅的电压,它们可以被偏置形成的势阱或势垒由光电二极管集成所收取的费用。

最常见的CCD设计有一系列的细分到每个像素由三个势阱定向在水平行中的三分之二的栅极元件。每个光电二极管的势阱是能够拿着的电子数决定的CCD的动态范围的上限。入射的光子照射在一段时间被称为集成,在CCD上的光电二极管阵列的势阱被填充在硅衬底中的耗尽层产生的电子。所存储的电荷的测量是通过串行和并行传输的组合的累积电荷到一个单一的输出节点,在芯片的边缘。在电荷积分期间的下一个图像来完成的,通常是足够的速度平行的电荷转移。

电子的势阱中收集后,移入平行,一排的时间,​​由一个信号产生的垂直移位寄存器的时钟。被转让的电子在每个光电二极管在一个多步骤的过程(为两到四个步骤)。这种转变是通过改变举行以及负的电位,同时增加下一个电极的偏压为正数值。垂直移位寄存器的时钟工作周期中,以移动整个CCD的累积电荷的交替的电极的垂直栅极上的电压来改变。图1示出了光电二极管的势阱相邻行内的定位门的CCD传输门。

遍历并行移位寄存器门阵列后,充电最终达到一个专门的行称为串行移位寄存器的栅极在这里,代表每个像素的电子报文顺序水平移动,水平移位寄存器的时钟的控制下,向一个输出放大器和关闭芯片。水平移位寄存器的全部内容被转移到输出节点之前被加载的下一行,从并行寄存器的电荷包的。输出放大器中的电子报文寄存器所产生的电荷的量由左到右连续的光电二极管,在一个单一的行从第一行开始,进行到最后。这产生一个模拟的光栅扫描从整个两维阵列的光电二极管传感元件的光生电荷。

CCD的元素和特色的数码影像技术概念在我们的审查在其他章节中所讨论的设计有很多种这些措施包括一些建筑图案,antiblooming电子水渠,微透镜阵列,像素合并,时钟方案,扫描格式,和其他必要的主题为电荷耦合器件的理论和操作的一个基本的了解。



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