① 什麼是電勢阱
勢阱,是電子的勢能圖像一個波的形狀,當電子處於波谷,比較穩定,很難跑出來,稱為勢井或勢阱,勢阱深度是以電荷作為信號。
② CCD工作原理的圖IV勢阱
當反型層電荷足夠多時，使勢阱被填滿時，ΦS 降到2ΦF，此時，表面勢不再束縛多餘的電子，電子將產生「溢出」現象，這樣，表面勢可作為勢阱深度的量度，而表面勢又與柵極電壓UG 氧化層的厚度dox 有關，即與MOS電容容量cox 與UG的乘積有關，勢阱的橫截面積取決於柵極電極的面積A。MOS電容存儲信號電荷的容量。
Q=Cox UG*A
③ 電荷藕合器件的CCD的基本工作原理
CCD是由一系列排得很緊密的MOS電容器組成。它的突出特點是以電荷作為信號，實現電荷的存儲和電荷的轉移。因此，CCD工作過程的主要問題是信號電荷的產生、存儲、傳輸和檢測。以下將分別從這幾個方面討論CCD器件的基本工作原理。
（1）MOS電容器
CCD是一種固態檢測器，由多個光敏像元組成，其中每一個光敏像元就是一個MOS（金屬—氧化物—半導體）電容器。但工作原理與MOS晶體管不同。
CCD中的MOS電容器的形成方法是這樣的：在P型或N型單晶硅的襯底上用氧化的辦法生成一層厚度約為100～150NM的SIO2絕緣層，再在SIO2表面按一定層次蒸鍍一金屬電極或多晶硅電極，在襯底和電極間加上一個偏置電壓（柵極電壓），即形成了一個MOS電容器（如圖4所示）。
電荷藕合器件
CCD一般是以P型硅為襯底，在這種P型硅襯底中，多數載流子是空穴，少數載流子是電子。在電極施加柵極電壓VG之前，空穴的分布是均勻的，當電極相對於襯底施加正柵壓VG時，在電極下的空穴被排斥，產生耗盡層，當柵壓繼續增加，耗盡層將進一步向半導體內延伸，這一耗盡層對於帶負電荷的電子而言是一個勢能特別低的區域，因此也叫做「勢阱」。
在耗盡狀態時，耗盡區電子和空穴濃度與受主濃度相比是可以忽略不計的，但如正柵壓VG進一步增加，介面上的電子濃度將隨著表面勢成指數地增長，而表面勢又是隨耗盡層寬度成平方率增加的。這樣隨著表面電勢的進一步增加，在介面上的電子層形成反型層。而一旦出現反型層，MOS就認為處於反型狀態（如圖4所示）。顯然，反型層中電子的增加和因柵壓的增加的正電荷相平衡，因此耗盡層的寬度幾乎不變。反型層的電子來自耗盡層的電子—空穴對的熱產生過程。對於經過很好處理的半導體材料，這種產生過程是非常緩慢的。因此在加有直流電壓的金屬板上迭加小的交流信號時，反型層中電子數目不會因迭有交流信號而變化。
（2）電荷存儲
當一束光投射到MOS電容器上時，光子透過金屬電極和氧化層，進入SI襯底，襯底每吸收一個光子，就會產生一個電子—空穴對，其中的電子被吸引到電荷反型區存儲。從而表明了CCD存儲電荷的功能。一個CCD檢測像元的電荷存儲容量決定於反型區的大小，而反型區的大小又取決於電極的大小、柵極電壓、絕緣層的材料和厚度、半導體材料的導電性和厚度等一些因素。
圖5表示了SI-SIO2的表面電勢VS與存儲電荷QS的關系。曲線的直線性好，說明兩者之間有良好的反比例線性關系，這種線性關系很容易用半導體物理中「勢阱」的概念來描述。電子所以被加有柵極電壓VG的MOS結構吸引到SI-SIO2的交接面處，是因為那裡的勢能最低。在沒有反型層電荷時，勢阱的「深度」與電極電壓的關系恰如表面勢VS與電荷QS的線性關系，如圖6(A)所示。圖6(B)為反型層電荷填充勢阱時，表面勢收縮。當反型層電荷足夠多，使勢阱被填滿時，如圖6(C)所示，此時表面勢下降到不再束縛多餘的電子，電子將產生「溢出」現象。
（3）電荷轉移
為了便於理解在CCD中勢阱電荷如何從一個位置移到另一個位置，取CCD中四個彼此靠得很近的電極來觀察，見圖7。
假定開始時有一些電荷存儲在偏壓為10V的第二個電極下面的深勢阱里，其它電極上均加有大於域值電壓的較低電壓（例如2V）。設圖7（A）為零時刻（初始時刻），過T1時刻後，各電極上的電壓變為如圖7（B）所示，第二個電極仍保持為10V，第三個電極上的電壓由2V變到10V，因這兩個電極靠得很緊（間隔只有幾微米），他們各自的對應勢阱將合並在一起。原來在第二個電極下的電荷變為這兩個電極下的勢阱所共有，如圖7（B）和7（C）所示。若此後電極上的電壓變為圖7（D）所示，第二個電極電壓由10V變為2V，第三個電極電壓仍為10V，則共有的電荷轉移到第三個電極下面的勢阱中，如圖7（E）。由此可見，深勢阱及電荷包向右移動了一個位置。
通過將一定規則變化的電壓加到CCD各電極上，電極下的電荷包就能沿半導體表面按一定方向移動。通常把CCD電極分為幾組，每一組稱為一相，並施加同樣的時鍾脈沖。CCD的內部結構決定了使其正常工作所需的相數。圖7所示的結構需要三相時鍾脈沖，其波形圖如圖7（F）所示，這樣的CCD稱為三相CCD。三相CCD的電荷耦合（傳輸）方式必須在三相交迭脈沖的作用下才能以一定的方向，逐個單元的轉移。另外必須強調指出的是，CCD電極間隙必須很小，電荷才能不受阻礙地自一個電極下轉移到相鄰電極下。這對於圖7所示的電極結構是一個關鍵問題。如果電極間隙比較大，兩相鄰電極間的勢阱將被勢壘隔開，不能合並，電荷也不能從一個電極向另一個電極轉移。CCD便不能在外部時鍾脈沖的作用下正常工作。
（4） 電荷的注入和檢測
CCD中的信號電荷可以通過光注入和電注入兩種方式得到。光注入就是當光照射CCD矽片時，在柵極附近的半導體體內產生電子—空穴對，其多數載流子被柵極電壓排開，少數載流子則被收集在勢阱中形成信號電荷。而所謂電注入，就是CCD通過輸入結構對信號電壓或電流進行采樣，將信號電壓或電流轉換為信號電荷。在此僅討論與本課題有關的光注入法。
CCD利用光電轉換功能將投射到CCD上面的光學圖像轉換為電信號「圖像」，即電荷量與當地照度大致成正比的大小不等的電荷包空間分布，然後利用移位元元寄存功能將這些電荷包「自掃描」到同一個輸出端，形成幅度不等的實時脈沖序列。其中光電轉換功能的物理基礎是半導體的光吸收。當電磁輻射投射到半導體上面時，電磁輻射一部分被反射，另一部分透射，其餘部分被半導體吸收。所謂半導體光吸收，就是電子吸收光子並從一個能態躍遷到另一個較高能級的過程。我們這里將要涉及到的是價帶電子越過禁帶到導帶的躍遷，和局域雜質或缺陷周圍的束縛電子（或空穴）到導帶（獲價帶）的躍遷。他們分別稱為本徵吸收和非本徵吸收。CCD利用處於表面深耗盡狀態的一系列MOS電容器（稱為感光單元或光敏單元）收集光產生的少數載流子。這些收集勢阱是相互隔離的。由此可見，光轉換成電的過程實際上還包括對空間連續的光強分布進行空間上分離的采樣過程。
另外，襯底每吸收一個光子，反型區中就多一個電子，這種光子數目與存儲電荷的定量關系正是CCD檢測器用於對光信號作定量分析的依據。
檢測電路
轉移到CCD輸出端的信號電荷在輸出電路上實現電荷/電壓（電流）的線性變換，稱之為電荷檢測。從應用角度對電荷檢測提出的要求是檢測的線性、檢測的增益和檢測引起的雜訊。針對不同的使用要求，有幾種常用的檢測電路，如柵電容電荷積分器、差動電路積分器以及帶浮置柵和分布浮置柵放大器的輸出電路。這里就不一一敘述了。
④ 為什麼在柵極電壓相同的情況下不同氧化層厚度的MOS結構所形成的勢阱存儲電荷的容
氧化層相當於結電容的介質，根據平板電容容量的公式Cj=εS/d，d是介質的厚度，可以看出結電容容量跟介質厚度成反比，氧化層越薄電容量越大，相同柵極電壓存儲的電荷Qg=CV也就越多 。
⑤ 電荷耦合器件是什麼意思怎原理
電荷耦合器件（charge-coupled device，CCD)是一種用於探測光的矽片，由時鍾脈沖電壓來產生和控制半導體勢阱的變化，實現存儲和傳遞電荷信息的固態電子器件。
電荷耦合器件由美國貝爾實驗室的W.S.博伊爾和G.E.史密斯於1969年發明，它由一組規則排列的金屬-氧化物-半導體（ MOS）電容器陣列和輸入、輸出電路組成。電荷耦合器件用電荷量來表示不同狀態的動態移位寄存器，比傳統的底片更能敏感的探測到光的變化。
原理：
CCD的雛形是在N型或 P型硅襯底上生長一層二氧化硅薄層，再在二氧化硅層上淀積並光刻腐蝕出金屬電極，這些規則排列的金屬-氧化物-半導體電容器陣列和適當的輸入、輸出電路就構成基本的 CCD移位寄存器。對金屬柵電極施加時鍾脈沖，在對應柵電極下的半導體內就形成可儲存少數載流子的勢阱。可用光注入或電注入的方法將信號電荷輸入勢阱。然後周期性地改變時鍾脈沖的相位和幅度，勢阱深度則隨時間相應地變化，從而使注入的信號電荷在半導體內作定向傳輸。CCD 輸出是通過反相偏置PN結收集電荷，然後放大、復位，以離散信號輸出。
⑥ CCD工作原理的電荷的存儲
構成CCD的基本單元是MOS（金屬-氧化物-半導體）結構 如圖I（a）所示，在柵極G施加正偏壓UO之前，P型半導體中空穴（多數載流子）分布是均勻的。當柵極施加正偏壓UG（此時UG小於P型半導體的閾值電壓Uth）後，空穴被排斥，產生耗盡區，如圖I（b）所示。偏壓繼續增加，耗盡區將進一步向半導體內延伸。當UG>Uth時,半導體與絕緣體截面上的電勢(常稱為表面勢,用ΦS 表示)變得如此之高,以至於將半導體內的電子(少數載流子)吸引到表面,形成一層極薄的(約10um )但電荷濃度很高的反型層,如圖I(c).
反型層電荷的存在表明了MOS結構存儲電荷的功能.然而,當柵極電壓由零變到高於閾值電壓時,輕摻雜半導體中的少數載流子很少,不能立即建立反型層.在不存在反型層的情況下,耗盡區將進一步向體內延伸,而且,柵極的襯底之間的絕大部分電壓降落在耗盡區上,如果隨後可以獲得少數載流子,那麼耗盡區將收縮,表面勢下降,氧化層上的電壓增加.當提供足夠的少數載流子時,表面勢可降低到半導體材料費密能級ΦP 的兩倍.
例如,對於摻雜為10CM的P型半導體,費密能級為0.3V.耗盡區收縮到最小時,表面勢ΦS下降到最底值0.6V,其餘電壓降在氧化層上。表面勢ΦS隨反型電荷濃度QINV,柵極電壓UG的變化表示在圖II和圖III中。
圖II中的曲線表示的是在摻雜為10CM的情況下,對於氧化層的不同厚度在不存在反型層電荷時,表面勢ΦS 與柵極電壓UG 的關系曲線.圖III為柵極電壓不變的情況下,表面勢ΦS 與反型層電荷密度的關系曲線.曲線的直線性好,說明表面勢ΦS與反型層電荷濃度QVIN 有著良好的反比例線性關系.這種線性關系很容易用半導體物理中的」勢阱」概念描述.電子所以被加有柵極電壓UG 的MOS結構吸引到氧化層與半導體的交界處,是因為那裡的勢能最低.在設有反型層電荷時,勢阱的」深度」與柵極電壓 UG的關系恰如ΦS 與UG 的線性關系,如圖IV(a)空勢阱的情況.圖IV(b)為反型層電荷填充1/3勢阱時，表面勢收縮，表面勢ΦS 與反型層電荷填充量QP 間的關系如圖所示。
⑦ CCD工作原理，請簡單直觀的說，謝謝。。。
CCD工作原理
一個完整的CCD器件由光敏單元、轉移柵、移位寄存器及一些輔助輸入、輸出電路組成.CCD工作時,在設定的積分時間內由光敏單元對光信號進行取樣,將光的強弱轉換為各光敏單元的電荷多少.取樣結束後各光敏元電荷由轉移柵轉移到移位寄存器的相應單元中.移位寄存器在驅動時鍾的作用下,將信號電荷順次轉移到輸出端.將輸出信號接到示波器、圖象顯示器或其它信號存儲、處理設備中,就可對信號再現或進行存儲處理.由於CCD光敏元可做得很小(約10um),所以它的圖象解析度很高.
一．CCD的MOS結構及存貯電荷原理
CCD的基本單元是MOS電容器,這種電容器能存貯電荷,其結構如圖1所示.以P型硅為例,在P型硅襯底上通過氧化在表面形成SiO2層,然後在SiO2 上淀積一層金屬為柵極,P型硅里的多數載流子是帶正電荷的空穴,少數載流子是帶負電荷的電子,當金屬電極上施加正電壓時,其電場能夠透過SiO2絕緣層對這些載流子進行排斥或吸引.於是帶正電的空穴被排斥到遠離電極處，剩下的帶負電的少數載流子在緊靠SiO2層形成負電荷層（耗盡層），電子一旦進入由於電場作用就不能復出，故又稱為電子勢阱。
當器件受到光照時（光可從各電極的縫隙間經過SiO2層射入，或經襯底的薄P型硅射入），光子的能量被半導體吸收，產生電子-空穴對，這時出現的電子被吸引存貯在勢阱中，這些電子是可以傳導的。光越強，勢阱中收集的電子越多，光弱則反之，這樣就把光的強弱變成電荷的數量，實現了光與電的轉換，而勢阱中收集的電子處於存貯狀態，即使停止光照一定時間內也不會損失，這就實現了對光照的記憶。
⑧ 光電發熱技術原理
在電視系統中，光電轉換是由發送端的攝像管來完成。其工作原理與所使用的攝像材料有關。攝像材料可分為兩大類，即攝像管和ccd器件。
攝像管的光電轉換原理
攝像管主要利用了光電靶的光電效應原理和束的掃描來實現光電轉換。常用的攝像管有光電導攝像管，其結構如圖1（a）攝像管的結構示意圖所示。這是一種電真空器件，在其圓柱形玻璃外殼內主要包含了光電靶和電子槍兩個部分；在玻璃外殼外部有偏轉線圈、聚焦線圈和校正線圈。
減小，勢阱變淺，勢阱中的電子有向勢阱深處移動的特點。
ccd工作原理
ccd攝像器件的工作原理可簡單概括如下：在ccd攝像器件的感光面上，分布有幾十萬甚至幾百萬個獨立的鋁電極，各自對應一個像素和勢阱。攝像時，外界的光學景物通過攝像機的光學鏡頭成像於ccd的感光面上，使ccd內部產生電子－空穴對。其中，少數載流子被電場吸引到勢阱中，形成電荷包。電荷包中電荷的數量與該處的光照強度成正比，這樣就把景物的亮暗變成了電荷包中的電荷多少，也就是將光學圖像變成了由電荷包中電荷的多少來描述的電子圖像，完成了光像到電像的轉換。隨後，在外加時鍾脈沖的驅動下，各個勢阱中的電荷包按一定順序從ccd中轉移出去，形成圖像信號輸出到外電路。