图像传感器毕业实习报告

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1、1/19 实实 习习 报报 告告 一、一、 实习目的实习目的 1. 掌握图像传感器的相关知识并选择图像传感器。 2. 掌握基于 DM6446 的音视频开发板原理，包括硬件电路、软件流程、各 种资源和开发环境等。 3. 为本次毕业设计奠定相关实践基础。 二、二、 实习内容实习内容 1. 掌握图像传感器的相关知识并选择图像传感器 国家标准 GB/T 7665-2005 对传感器的定义是；能感受被测量并按一定的规 律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。敏感元 件，指传感器中能直接感受或响应被测量的部分；转换元件，指传感器中能将敏 感元件感受或响应的被测量转换成适于传输或测量

2、的电信号部分。 常见的图像传感器可以分为 CCD 和 CMOS 两种，下面分别对其进行介绍 CCD(Charge Coupled Devices) 又称为电荷耦合器件，是 20 世纪 70 年代初 开始发展起来的新型半导体器件。 从 CCD 概念提出到商品化的电荷耦合摄像机出 现仅仅经历了四年。其所以发展迅速，主要原因是它的应用范围相当广泛。它在 数字信息存贮、模拟信号处理以及作为图像传感器等方面都有十分广泛的应用。 一、CCD 工作原理 CCD 的突出特点在于它以电荷作为信号。 CCD 的基本功能是电荷的存贮 和电荷的转移。因此，CCD 的基本工作原理应是信号电荷的产生、存贮、传 输和检测。

3、CCD 有两种基本类型，一种是电荷包存贮在半导体与绝缘体之间 的界面，并沿界面传输，这种器件称为表面沟道 CCD(简称为 SCCD)；另一种 2/19 是电荷包存贮在离半导体表面一定深度的体内，并在半导体体内沿一定方向 传输，这种器件称为体沟道或埋沟道器件(BCCD)。下面以 SCCD 为主讨论 CCD 的基本工作原理。 (一)电荷存贮 图 1(a)为金属一氧化物一半导体(MOS)结构图。在栅极未施加偏压时 P 型半 导体中将有均匀的空穴(多数载流子)分布。如果在栅极上加正电压，空穴被推向 远离栅极的一边。在绝缘体 SiOz 和半导体的界面附近形成一个缺乏空穴电荷的 耗尽区，如图 l(b)。随

4、着栅极上外加电压的提高，耗尽区将进一步向半导体内 扩散。绝缘体 Si02 和半导体界面上的电势(为表面势)随之提高，以致于将耗尽 区中的电子(少数载流子)吸引到表面，形成一层极薄而电荷浓度很高的反型层， 如图 l(c)所示。反型层形成时的外加电压称为阈值电压。 反 型层的出现说明了栅压达到阈值时， 在Si02和P型半导体之间建立了导电沟道。 因为反型层电荷是负的，故常称为 N 型沟道 CCD。如果把 MOS 电容的衬底材料由 P 型换成 N 型， 偏置电压也反号， 则反型层电荷由空穴组成， 即为 P 型沟道 CCD。 实际上因为材料中缺乏少数载流子， 当外加栅压超过阈值时反型层不能立即形成；

5、所以在这短暂时间内耗尽区就更向半导体内延伸，呈深度耗尽状态。深度耗尽状 态是 CCD 的工作状态。这时 MOS 电容具有存贮电荷的能力。同时，栅极和衬底之 间的绝大部分电压降落在耗尽区。如果随后可以获得少数载流子，那么耗尽区将 收缩，界面势下降，氧化层上的电压降增加。当提供足够的少数载流子时，就建 立起新的平衡状态，界面势降低到材料费密能级 6F 的两倍。对于掺杂为 10 的 15次方cm3的P型硅半导体， 其费密能级为0 3eV。 这时耗尽区的压降为0 6eV， 其余电压降在氧化层上。图 2 为实际测得的表面势 6s 与外加栅压的关系，此时 反型层电荷为零。 图 3 为出现反型层电荷时， 表

6、面势久与反型层电荷密度的关系。 可以看出它们是成线性关系的。根据上述 MOS 电容的工作原理，可以用一个简单 3/19 的液体模型去比拟电荷存贮机构。 这样比拟后， 对 CCD 工作原理的理解就较容易。 当电压超过阈值时，就建立了耗尽层势阱，深度与外加电压有关。当出现反型层 时，表面电位几乎呈线性下降，类似于液体倒人井中，液面到顶面的深度随之变 浅。只是这种势阱不能充满，最后有 2F 深度，如图 4 所示。 (二)电荷耦合 为了理解在 CCD 中势阱及电荷如何从一个位置移到另一个位置， 我们观察如 图 5 所示的结构。取 CCD 中四个彼此靠得很近的电极来观察，假定开始时有一些 电荷存贮在偏压为 10V 的第二个电极下面的深势阱里， 其他电极上均加有大于阈 值的电压(例如 2V)。设图 5(b)为零时刻(初始时刻)，假设过 ti 时刻后，各电极 上的电压变为如图(b)所示，第二个电极仍保持为 10V，第三个电极上的电压由 2V 变为 10V。因这两个电极靠得很紧，它们各自的对应势阱将合并在一起，原来 在第二个电极下的电荷变为这两个电极下势阱所共有，如图(c)所示。若此后