二相CCD器件的工作原理

二相CCD器件的工作原理

图 2.2 三相CCD 中电荷的转移过程

（a）初始状态；(b)电荷由①电极向②电极转移；(c)电荷在①、②电极下均匀分布；
(d)电荷继续由①电极向②电极转移；(e)电荷完全转移到②电极；(f)三相交叠脉冲

对于二相器件而言，若每个电极都有非对称结构，那么可以实现电荷的定向
移动。以图2.3 为例加以说明。这里采用两个不同的氧化厚度来实现表面势的非
对称性。在金属电极上加同样的电压时，厚氧化层下面的表面势比薄氧化层下面
的表面势低。因此在图2.3 中所示的结构中每个电极的厚氧化层下面存在一个内
建势垒，以防止存储在薄氧化层下面的电荷往反方向移动。对二相CCD，只要注
意到由于存储电荷使表面势发生变化，并且其表面势必须始终低于势垒高度，那
么我们很容易求出电荷存储容量。即：Qsat=ACoxBH

式中 BH 为势垒高度(以伏为单位),A 为CCD 电极有效面积，Co x为单位氧化膜
面积的电容量。在二相CCD 的一个电极上加很低的电压，而其相邻的电极上也
加很低的电压时，这个电极就能保持电荷包。这正是二相CCD 所特有的性质，
也正因为如此二相CCD 的两个时钟脉冲交叠还是不交叠都不会严重影响器件的
性能。因而对时钟波形和时序关系的要求是很松的。这个优点是以器件结构复杂
为代价而得到的。第三章介绍的NIRS 的阵列检测系统选用的TCD1208AP 器件
就是二相CCD 器件。

图 2.3 两相CCD 结构和时钟波形