光电二极管电荷储存与转移机制解析

"电荷的储存-预积分总结与公式推导20180827" 本文主要讨论了光电转换和电荷储存过程，特别是在光电二极管中的实现方式，以及相关的重要概念，如读出转移、溢出和垂直转移，这些都是CCD（电荷耦合器件）和CMOS图像传感器的基础知识。 光电转换是通过光电二极管进行的，这种二极管是一种特殊的PNPN结构，被称为垂直溢出构造的掩埋型光电二极管。在这个过程中，光能转化为电荷，主要集中在接近表面的N型层中，并存储在由N型层形成的电势阱里。电势阱的深度决定了储存电荷的容量，这由N型层和P-well之间的电势差决定。 电荷的读出转移是通过应用高电压脉冲到读出栅极来实现的，这使得读出栅极的电势高于光电二极管的电势，从而将信号电荷从光电二极管转移到垂直CCD。在垂直CCD中，电荷沿深度方向（垂直转移）进行线性移动。 溢出机制是为了解决强光入射时可能超过垂直CCD最大处理能力的问题。当电荷量过多时，多余的电荷会通过P-well，然后被N型基板吸收，防止高光溢出（blooming）现象。垂直溢出漏极的设计是为了有效地管理这种情况，通过控制P-well的电势来抑制过剩电荷的泄漏。 光电二极管的结构有两个显著特点：一是不需要额外的源极来吸收剩余电荷，因为基板可以吸收溢出的电荷，这有助于实现像素的小型化；二是光电二极管的表面覆盖有P型层，其固定在一定的电势，可以防止残像产生，并确保光电转换产生的信号电荷完全读出并传输到垂直CCD。 这些内容来自米本和也的《CCD/CMOS图像传感器基础与应用》一书，该书详细介绍了CCD和CMOS图像传感器的工作原理、构造、特性以及应用技术，适合相关领域的工程师、研究人员和学生参考学习。