光电二极管电荷储存与转移机制解析
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更新于2024-08-05
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"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。
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LI_李波
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