CCD（电荷耦合器件）结构和原理

一、CCD概念

CCD 是指电荷耦合器件，是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等—系列优点，并可做成集成度非常高的组合件。电荷耦合器件(CCD)是20世纪70年代初发展起来的一种新型半导体器件。

二、CCD基本结构和工作原理

2.1 CCD基本结构

CCD内部结构包括光电变换器件，转移栅，电荷移位寄存器阵列，检测电路，信号处理电路和驱动电路等。（如图1所示）

• 图1 CCD结构

先验知识：

• 阵列：多个功能单元，紧密排列在一起。各自执行各自的功能，互不干扰。排成一条线的是线阵，排列成一个面的是面阵。
• 光电变换阵列以半导体为材料，常见的半导体材料有硅、锗、硒和化合物等。
• 首先任何元素中都是由原子构成，原子由原子核加外围电子构成；
  原子核的外围有能级（离散的），外围电子能在能级上运动；
  最外层的能级叫价带；越靠近原子核，能量越低；
  电子位于能量低的能级比较稳定；价电子位于价带上，价电子能量高，价电子决定原子的性质；
  在实际研究中，认为在价带外还有一个能