二相CCD器件的工作原理

二相CCD器件的工作原理

圖 2.2 三相CCD 中電荷的轉移過程

（a）初始狀態；(b)電荷由①電極向②電極轉移；(c)電荷在①、②電極下均勻分布；
(d)電荷繼續由①電極向②電極轉移；(e)電荷完全轉移到②電極；(f)三相交疊脈沖

對于二相器件而言，若每個電極都有非對稱結構，那么可以實現電荷的定向
移動。以圖2.3 為例加以說明。這里采用兩個不同的氧化厚度來實現表面勢的非
對稱性。在金屬電極上加同樣的電壓時，厚氧化層下面的表面勢比薄氧化層下面
的表面勢低。因此在圖2.3 中所示的結構中每個電極的厚氧化層下面存在一個內
建勢壘，以防止存儲在薄氧化層下面的電荷往反方向移動。對二相CCD，只要注
意到由于存儲電荷使表面勢發生變化，并且其表面勢必須始終低于勢壘高度，那
么我們很容易求出電荷存儲容量。即：Qsat=ACoxBH

式中 BH 為勢壘高度(以伏為單位),A 為CCD 電極有效面積，Co x為單位氧化膜
面積的電容量。在二相CCD 的一個電極上加很低的電壓，而其相鄰的電極上也
加很低的電壓時，這個電極就能保持電荷包。這正是二相CCD 所特有的性質，
也正因為如此二相CCD 的兩個時鐘脈沖交疊還是不交疊都不會嚴重影響器件的
性能。因而對時鐘波形和時序關系的要求是很松的。這個優點是以器件結構復雜
為代價而得到的。第三章介紹的NIRS 的陣列檢測系統選用的TCD1208AP 器件
就是二相CCD 器件。

圖 2.3 兩相CCD 結構和時鐘波形