二相CCD器件的工作原理

圖 2.2 三相CCD 中電荷的轉(zhuǎn)移過程

（a）初始狀態(tài)；(b)電荷由①電極向②電極轉(zhuǎn)移；(c)電荷在①、②電極下均勻分布；
(d)電荷繼續(xù)由①電極向②電極轉(zhuǎn)移；(e)電荷完全轉(zhuǎn)移到②電極；(f)三相交疊脈沖

對于二相器件而言，若每個電極都有非對稱結(jié)構(gòu)，那么可以實現(xiàn)電荷的定向
移動。以圖2.3 為例加以說明。這里采用兩個不同的氧化厚度來實現(xiàn)表面勢的非
對稱性。在金屬電極上加同樣的電壓時，厚氧化層下面的表面勢比薄氧化層下面
的表面勢低。因此在圖2.3 中所示的結(jié)構(gòu)中每個電極的厚氧化層下面存在一個內(nèi)
建勢壘，以防止存儲在薄氧化層下面的電荷往反方向移動。對二相CCD，只要注
意到由于存儲電荷使表面勢發(fā)生變化，并且其表面勢必須始終低于勢壘高度，那
么我們很容易求出電荷存儲容量。即：Qsat=ACoxBH

式中 BH 為勢壘高度(以伏為單位),A 為CCD 電極有效面積，Co x為單位氧化膜
面積的電容量。在二相CCD 的一個電極上加很低的電壓，而其相鄰的電極上也
加很低的電壓時，這個電極就能保持電荷包。這正是二相CCD 所特有的性質(zhì)，
也正因為如此二相CCD 的兩個時鐘脈沖交疊還是不交疊都不會嚴(yán)重影響器件的
性能。因而對時鐘波形和時序關(guān)系的要求是很松的。這個優(yōu)點是以器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜
為代價而得到的。第三章介紹的NIRS 的陣列檢測系統(tǒng)選用的TCD1208AP 器件
就是二相CCD 器件。

圖 2.3 兩相CCD 結(jié)構(gòu)和時鐘波形