CCD的中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硅片時，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墳排開，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且大小不等的電荷包空間分布，然后利用移位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，其余部分被半導體吸收。所謂半導體光吸收，就是電子吸收光子并從一個能態(tài)躍遷到另一個較高能級的過程。這里將要涉及的是價帶電子越過禁帶到導帶的躍遷，和導域雜質或缺陷周圍的束縛電子到導帶的躍遷，它們分別稱為本征吸收和非本征吸收。CCD利用處于表面深耗盡狀態(tài)的一系列MOS電容器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(xù)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(qū)中就多一個電子，這種光子數目與存儲電荷的定量關系是CCD檢測器用于對光信號作定量分析的依據。
轉移到CCD輸出端的信號電荷在輸出電路上實現(xiàn)電荷/電壓的線性變換，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噪聲。鐘對不同的使用要求，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置柵放大器的輸出電路，這里就不一一講究了。 |
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