图像CCD传感器的技术工作原理与CCD寄存器转移原理图

　CCD传感器所基于的技术是MOS电容器（金属氧化物半导体）。如果能量超过间隙能量的光子被耗尽区吸收，就会产生电子-空穴对。电子留在耗尽区，而空穴朝向接地电极。可收集的负电荷（电子）量与施加的电压、氧化物厚度和栅电极表面成正比。可以存储的电子总数称为“阱容量”。当波长增加时，光子在增加的深度处被吸收。它显着限制了对高波长的响应。目前，可用的传感器可以从远红外线到X射线发挥作用。

　CCD寄存器由一系列门组成。以系统和顺序的方式处理栅极电压，将电子像信使一样从一个栅极转移到另一个栅极。对于电荷转移，耗尽区必须相互重叠。耗尽区呈梯度，梯度应重叠，以便发生电荷转移。

　每个门都有自己的随时间变化的控制电压。电压是一种称为“时钟”或“时钟信号”的方波信号。首先，在门1施加电压，光电子被收集在井1(b)中。当在栅极2施加电压时，电子像瀑布一样向阱2移动(c)。这个过程很快，两个孔之间的电荷迅速平衡(d)。当栅极1的电压降低时，势阱降低，所有电子再次级联流入阱2(e)。最后，当栅极1上施加的电压接近零时，所有电子都在阱2(f)中。这个过程重复几次，直到电荷转移到所有的移位寄存器。当栅极电压低时，它充当势垒，而当电压高时，可以存储电荷。

　一个像素可以由多个门（从2到4，甚至更多）构成，有时也称为系统阶段。根据时钟信号（参见下文），对于相同的像素尺寸，像素表面的50%可用于四相系统的井，三相系统为33%。

　CCD传感器矩阵是一系列按列排列的寄存器。

　在每个像素通过光电效应曝光和产生电荷后，电荷通过通道或阻滞块存储在行中或列中，耗尽区仅在一个方向上重叠（列的下降，读取线的水平）。电荷转移首先发生在行与行之间，发生在内部，然后是像素间栅极跳跃。

　在每一列的末尾，都有一个水平像素寄存器。该寄存器一次收集一条线，然后以串行模式将电荷包传输到输出放大器。在下一行进入串行寄存器之前，整个水平串行寄存器必须与检测节点同步。这就是为什么所有矩阵都需要独立的垂直和水平时钟。

　数千次传输之间的相互作用减少了输出信号。转移电荷的容量由电荷转移效率(CTE)。虽然可以在传感器表面按像素使用任意数量的传输点（门），但我们通常使用其中的两个到四个，甚至是只需要一个时钟的虚拟相位系统。

　在每个提到的系统中，该过程的步是将电荷包转换为可测量的电压。这是通过浮动二极管或浮动扩散实现的。用作电容器的二极管产生与电子数n e成正比的电压。然后，信号可以由独立于CCD传感器的电子处理器进行放大、处理和数字编码。

　对于多个矩阵，可以在串行寄存器中移动多条充电线。类似地，也可以将多个元素从串行寄存器移动到输出节点之前的求和门。它被称为“装箱”、“超级像素化”，甚至“电荷收集”。装箱增加了输出信号和信号动态范围。装箱增加了输出信号和信号动态范围，但以传感器空间分辨率为代价。由于它增加了信噪比，在分辨率不是很重要的情况下，合并对于低光级应用很有趣。串行寄存器和输出节点需要更高容量的井来装箱。如果输出电容在每个像素后都没有更新，那么它会积累电荷。

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