奧林巴斯顯微鏡成像，解剖式講解一個(gè)電荷耦合器件(CCD)

電荷耦合器件（CCD）是基于硅的集成電路組成的密集矩陣的光電二極管，通過光能轉(zhuǎn)換成電子電荷光子的形式。與硅原子的光子的相互作用所產(chǎn)生的電子被存儲在勢阱中，并隨后可以轉(zhuǎn)換在整個(gè)芯片中通過寄存器和輸出放大器。在圖1所示的原理圖，顯示了一個(gè)典型的CCD的解剖結(jié)構(gòu)的各種組件組成。

CCD的發(fā)明在1960年代后期的研究科學(xué)家在貝爾實(shí)驗(yàn)室，*初的構(gòu)想作為一種新型計(jì)算機(jī)存儲器電路。后來的研究表明的移動設(shè)備，因?yàn)樗軌蚺c光的電荷轉(zhuǎn)移和光電相互作用，也可用于其他應(yīng)用，如信號處理和成像。希望盡早的一個(gè)新的內(nèi)存設(shè)備已全部消失，但CCD是一種新興的一個(gè)通用的電子成像探測器，能夠在新興領(lǐng)域的數(shù)字顯微攝影取代膠片的主要候選人之一。

很類似集成電路的硅晶片上制作了一系列復(fù)雜的光刻步驟，蝕刻，離子注入，薄膜沉積，金屬化和鈍化的定義內(nèi)的設(shè)備的各種功能，涉及的處理的CCD。電摻雜的硅襯底，形成p型硅，一種材料，其中的主要載流子是帶正電的空穴。被切斷之前，金剛石鋸片，多模，每個(gè)能夠產(chǎn)生工作裝置，每個(gè)晶圓上制造，測試和打包成陶瓷或聚合物外殼用玻璃或石英窗口，通過它的光可以照亮光電二極管陣列在CCD上表面。探索建立交互式Java教程，這是與從對話框中使用的CCD的必要步驟的順序。

當(dāng)紫外線，可見光或紅外線光子撞擊一個(gè)的硅原子休息CCD光電二極管內(nèi)或附近的，它通常會產(chǎn)生自由電子和硅晶格中的電子暫時(shí)缺席創(chuàng)建一個(gè)“洞”。的自由電子，然后收集在勢阱（位于深耗盡層被稱為在一個(gè)區(qū)域內(nèi)的硅），而空穴被強(qiáng)制離井和*終位移到硅襯底。單個(gè)光電二極管電隔離，通過掩模形成的硼離子擴(kuò)散到p型硅襯底，這是由通道停止從他們的鄰居。

建筑的主要功能的CCD是浩大的串行移位寄存器與垂直堆疊的導(dǎo)電層的摻雜的多晶硅從硅半導(dǎo)體襯底分離由絕緣的二氧化硅薄膜（參見圖2）構(gòu)成的。在電子已收集在每個(gè)光電二極管陣列，在多晶硅電極層（稱為“門）的電壓的電位被施加到下面的硅的靜電勢的改變。正下方的柵電極，然后在硅襯底變成能夠收集本地創(chuàng)建的入射光產(chǎn)生的電子的勢阱。相鄰的門，有助于約束電子勢阱內(nèi)形成較高的潛力，被稱為障礙區(qū)，以及周圍的。通過調(diào)節(jié)施加到多晶硅柵的電壓，它們可以被偏置形成的勢阱或勢壘由光電二極管集成所收取的費(fèi)用。

*常見的CCD設(shè)計(jì)有一系列的細(xì)分到每個(gè)像素由三個(gè)勢阱定向在水平行中的三分之二的柵極元件。每個(gè)光電二極管的勢阱是能夠拿著的電子數(shù)決定的CCD的動態(tài)范圍的上限。入射的光子照射在一段時(shí)間被稱為集成后，在CCD上的光電二極管陣列的勢阱被填充在硅襯底中的耗盡層產(chǎn)生的電子。所存儲的電荷的測量是通過串行和并行傳輸?shù)慕M合的累積電荷到一個(gè)單一的輸出節(jié)點(diǎn)，在芯片的邊緣。在電荷積分期間的下一個(gè)圖像來完成的，通常是足夠的速度平行的電荷轉(zhuǎn)移。

電子的勢阱中收集后，移入平行，一排的時(shí)間，由一個(gè)信號產(chǎn)生的垂直移位寄存器的時(shí)鐘。被轉(zhuǎn)讓的電子在每個(gè)光電二極管在一個(gè)多步驟的過程（為兩到四個(gè)步驟）。這種轉(zhuǎn)變是通過改變舉行以及負(fù)的電位，同時(shí)增加下一個(gè)電極的偏壓為正數(shù)值。垂直移位寄存器的時(shí)鐘工作周期中，以移動整個(gè)CCD的累積電荷的交替的電極的垂直柵極上的電壓來改變。圖1示出了光電二極管的勢阱相鄰行內(nèi)的定位門的CCD傳輸門。

遍歷并行移位寄存器門陣列后，充電*終達(dá)到一個(gè)專門的行稱為串行移位寄存器的柵極。在這里，代表每個(gè)像素的電子報(bào)文順序水平移動，水平移位寄存器的時(shí)鐘的控制下，向一個(gè)輸出放大器和關(guān)閉芯片。水平移位寄存器的全部內(nèi)容被轉(zhuǎn)移到輸出節(jié)點(diǎn)之前被加載的下一行，從并行寄存器的電荷包的。輸出放大器中的電子報(bào)文寄存器所產(chǎn)生的電荷的量由左到右連續(xù)的光電二極管，在一個(gè)單一的行從*行開始，進(jìn)行到*后。這產(chǎn)生一個(gè)模擬的光柵掃描從整個(gè)兩維陣列的光電二極管傳感元件的光生電荷。

CCD的元素和特色的數(shù)碼影像技術(shù)的概念在我們的審查在其他章節(jié)中所討論的設(shè)計(jì)有很多種。這些措施包括一些建筑圖案，antiblooming電子水渠，微透鏡陣列，像素合并，時(shí)鐘方案，掃描格式，和其他必要的主題為電荷耦合器件的理論和操作的一個(gè)基本的了解。