毕业设计的老师心血来潮，找了他二十年前的课题给我做，而且似乎他自己都差点忘了这件事，论文都不知道弄哪里去了。写这篇论文难度很大，其中为了解决一个小小的测量问题（使用线阵CCD进行光学三角法测量），我竟然要使用CCD。之前对CCD都没听说过，查了很多xx，花了几天才把原理给弄懂，{zh1}我把我的设想给老师说了，他惊讶的说不要再弄CCD了，因为仅仅是CCD我就足可以再写篇论文出来了。{zh1}该用软件模拟了。我也终于可以松口气了，Thank goodness。不过我还是把我找到的资料弄点出来，希望对大家有用。

电荷耦合器件(CCD) 是一种新型的固体成像器件，有线阵和面阵两种，是近代光学成像领域中非常重要的一种高新技术产品。作为一种新型图象传感器，CCD 器件具有灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、操作简便、易于维护、成本低、应用广等诸多优点。由于CCD 的像元尺寸小、几何精度高，配置适当的光学系统，即可获得很高的空间分辨率，特别适用于各种精密图象传感和无接触工件尺寸的在线检测。由于CCD 是以时间积分方式工作的，光积分时间可在很宽的范围内调节，因此使用方便灵活，适应性强，CCD 的输出信号易于数字化处理，易于与计算机连接组成实时自动测量控制系统，可以广泛用于光谱测量及光谱分析，文字与图象识别，光电图象处理，传真、复印、条形码识别及空间遥感等众多领域。

     CCD 主要由感光部分、转移存储和移位输出控制等部分组成。CCD 的感光部分叫做光(像) 敏单元，光敏单元是光电二极管或MOS或CMOS 的阵列，光敏单元一般加有电压， 用以控制光敏单元的电容，由于有电容属性，因而可以存储电荷。光照射到光敏单元产生电子-空穴对，电子-空穴对存储在光敏单元中。存储的电荷在一定时间后转移到移位寄存器，移位寄存器为MOS结构，MOS的电容可以存储电荷。相邻2 次电荷转移的时间间隔称为积分时间， 由于电荷的转移时间很短，因此一般认为电荷转移的周期便是积分时间，积分时间也就是光敏单元接受光照的时间。CCD 的移位寄存器的MOS结构有挡光层，因此不能产生电子-空穴对， 对于两相CCD，移位寄存器的MOS数目是光敏单元的2倍。移位寄存器上有驱动脉冲信号，使存储的电荷按一定次序串行输出。

一．CCD的MOS结构及存贮电荷原理

CCD的基本单元是MOS电容器，这种电容器能存贮电荷，其结构如图1所示。以P型硅为例，在P型硅衬底上通过氧化在表面形成SiO₂层，然后在SiO₂ 上淀积一层金属为栅极，P型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子，当金属电极上施加正电压时，其电场能够透过SiO₂绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下的带负电的少数载流子在紧靠SiO₂层形成负电荷层（耗尽层），电子一旦进入由于电场作用就不能复出，故又称为电子势阱。

当器件受到光照时（光可从各电极的缝隙间经过SiO₂层射入，或经衬底的薄P型硅射入），光子的能量被半导体吸收，产生电子-空穴对，这时出现的电子被吸引存贮在势阱中，这些电子是可以传导的。光越强，势阱中收集的电子越多，光弱则反之，这样就把光的强弱变成电荷的数量，实现了光与电的转换，而势阱中收集的电子处于存贮状态即使停止光照一定时间内也不会损失，这就实现了对光照的记忆。

二．电荷的转移与传输

CCD的移位寄存器是一列排列紧密的MOS电容器，它的表面由不透光的铝层覆盖，以实现光屏蔽。由上面讨论可知，MOS电容器上的电压愈高，产生的势阱愈深，当外加电压一定，势阱深度随阱中的电荷量增加而线性减小。利用这一特性，通过控制相邻MOS电容器栅极电压高低来调节势阱深浅。制造时将MOS电容紧密排列，使相邻的MOS电容势阱相互“沟通”。认为相邻MOS电容两电极之间的间隙足够小（目前工艺可做到0.2μm），在信号电荷自感生电场的库仑力推动下，就可使信号电荷由浅处流向深处，实现信号电荷转移。

为了保证信号电荷按确定路线转移，通常MOS电容阵列栅极上所加电压脉冲为严格满足相位要求的二相、三相或四相系统的时钟脉冲。

（关于驱动的具体解释《常用电工电子器件基本知识常用电工电子器件基本知识》中国电力出版社 , 2007 ；）

三．电荷读出方法

    CCD的信号电荷读出方法有两种:输出二极管电流法和浮置栅MOS放大器电压法

）

多查资料吧，这点是远远不够的。