电荷耦合器件（CCD）是一种基于电荷传输的固态检测器，其核心是MOS电容器。它的工作原理主要围绕电荷的产生、存储、转移和检测展开。

首先，MOS电容器由P型或N型单晶硅衬底上的氧化层和金属电极构成。当加偏置电压（栅极电压）时，形成势阱，空穴被排斥，电子则被吸引存储在耗尽层中，形成反型层。在没有外部信号时，电子数量稳定，但受交流信号影响微乎其微。

电荷存储是CCD的关键环节。光照射到MOS电容器时，产生电子—空穴对，电子被吸引到电荷反型区存储，存储容量取决于电极尺寸、栅压等因素。表面电势与存储电荷之间存在良好的线性关系。

在电荷转移过程中，CCD利用电极间的电压变化实现电荷的移动。通过多相时钟脉冲，电荷沿着半导体表面按特定方向逐个转移。电极间距的精确控制至关重要，确保电荷顺畅转移。

CCD的信号电荷可以通过光注入（光子吸收产生电子—空穴对）或电注入（将信号电压转换为电荷）获取。光电转换过程依赖于半导体的光吸收，CCD通过感光单元收集光产生的少数载流子，实现光信号到电信号的转换。

最后，转移到输出端的电荷在检测电路中进行电荷/电压转换，对电荷检测的线性、增益和噪声进行控制，以满足不同应用的需求，如栅电容电荷积分器、差动电路积分器等。

扩展资料

随着数码相机、手机相机的兴起，图像传感器正逐渐成为半导体产品中最耀眼的明星之一，而在图像传感器中，日商所独占的CCD传感器与百家争鸣的CMOS传感器都在尽力克服自身的缺点，希望成为市场上的主流技术。