电荷转移效率
迪克森电荷泵 输出功率
迪克森电荷泵输出功率-概述说明以及解释1.引言1.1 概述迪克森电荷泵是一种重要的电荷泵技术，其基本原理是通过周期性切换电容器的连接方式，将直流电压转换为更高电压的输出信号。
在如今的电子器件和电路设计中，对于高电压输出的需求越来越大，因此迪克森电荷泵作为一种高效且可靠的电压升压方案得到了广泛应用。
在本文中，我们将详细介绍迪克森电荷泵的工作原理、工作过程、输出功率计算方法以及优化方法。
通过深入研究迪克森电荷泵的各个方面，我们希望能够提供一个系统全面的理论基础，以便在实际应用中更好地设计和优化迪克森电荷泵电路。
本文的结构如下：在引言部分，我们将对迪克森电荷泵进行概述，并说明文章的结构和目的。
在正文部分，我们将详细介绍迪克森电荷泵的原理、工作过程、输出功率计算方法以及相关的优化方法。
最后，在结论部分，我们将总结本文的主要结果，并展望迪克森电荷泵在未来的应用前景，并提出未来研究的建议。
通过阅读本文，读者将能够全面了解迪克森电荷泵的基本原理和工作机制，了解如何计算迪克森电荷泵的输出功率，并了解如何通过优化方法来提高迪克森电荷泵的性能。
希望本文能够对相关领域的研究者和工程师提供一定的参考和帮助，推动迪克森电荷泵技术的进一步发展和应用。
1.2文章结构1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分主要对迪克森电荷泵的研究背景和意义进行概述，同时介绍迪克森电荷泵的基本原理和工作过程，以及本文的研究目的和总结。
正文部分则依次介绍了迪克森电荷泵的原理、工作过程、输出功率计算方法和优化方法。
在2.1小节中，详细解释了迪克森电荷泵的原理，包括其基本构成和原理机制。
2.2小节则详细描述了迪克森电荷泵的工作过程，包括每个阶段的电荷转移和电压变化情况。
2.3小节介绍了迪克森电荷泵的输出功率计算方法，包括电荷转移效率和频率对输出功率的影响。
2.4小节则探讨了迪克森电荷泵的优化方法，包括电容选择、电感设计和智能控制等方面。
《光电检测期末复习题》
第一次作业1、光电检测技术有何特点？光电检测系统的基本组成是怎样的？答：光电检测技术是将光学技术与现代技术相结合，以实现对各种量的测量，它具有如下特点：（1）高精度，光电测量是各种测量技术中精度最高的一种。
（2）高速度，光电检测以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，因此用光学方法获取和传递信息的速度是最快的。
（3）远距离、大量程，光是最便于远距离传递信息的介质，尤其适用于遥控和遥测。
（4）非接触式测量，不影响到被测物体的原始状态进行测量。
光电检测系统通过接收被测物体的光辐射，经光电检测器件将接收到的光辐射转换为电信号，再通过放大、滤波等电信号调理电路提取有用信息，经数模转换后输入计算机处理，最后显示，输出所需要的检测物理量等参数。
2、什么是能带、允带、禁带、满带、价带和导带？绝缘体、半导体、导体的能带情况有何不同？答:晶体中电子所能具有的能量范围，在物理学中往往形象化地用一条条水平横线表示电子的各个能力值，能量愈大,线的位置愈高,一定能量范围内的许多能级（彼此相隔很近）形成一条带,称为能带。
其中允许被电子占据的能带称为允带。
允带之间的范围是不允许电子占据的，称为禁带。
在晶体中电子的能量状态遵守能量最低原理和泡利不相容原理，晶体最外层电子壳层分裂所形成的能带称为价带。
价带可能被电子填满也可能不被填满，其中被填满的能带称为满带。
半导体的价带收到光电注入或热激发后，价带中的部分电子会越过禁带进入能量较高的空带，空带中存在电子后即成为导电的能带--导带。
对绝缘体和半导体，它的电子大多数都处于价带，不能自由移动，但是热，光等外界因素的作用下，可以少量价带中的电子越过禁带，跃迁到导带上去成为载流子。
绝缘体和半导体的区别主要是禁的宽度不同。
半导体的禁带很窄，绝缘体的禁带宽一些，电子的跃迁困难的多，因此，绝缘体的载流子的浓度很小。
导电性能很弱。
实际绝缘体里，导带里电子不是没有，并且总有一些电子会从价带跃迁到导带，但数量极少，所以，在一般情况下，可以忽略在外场作用下他们移动所形成的电流。
黑龙江省哈尔滨市第九中学校2024-2025学年高三上学期期中考试 化学试卷(含答案)
哈尔滨市第九中学2024- -2025 学年度高三上学期期中考试化学学科试卷(考试时间: 90分钟满分100分) .I卷选择题可能用到的相对原子质量: H-1、O-16、CI-35.5、NI-59、Mn-55、Zn-65、Ga-70、Ti-48一、单项选择题(本题包括20小题)1.化学在科技和生活中扮演着重要的角色，下列说法错误的是A.哈九中成人礼开幕式现场燃放的烟花，利用了金属单质的性质B.9月25日我国发射的洲际导弹的外壳由多种材料组成，其中玻璃钢属于复合材料C.蛋白质是生命的基石，2024年诺贝尔化学奖表彰三位科学家关于“蛋白质结构预测”和“计算蛋白质设计”的贡献D.巴黎奥运会比赛中的杠铃，采用的弹簧钢材料“60Si2Mn"属于合金2.下列化学用语正确的是A Cl 原子的核外电子排布式: 1s22s22p5B. Na2O2的电子式:C. Fe2+的价层电子轨道表示式:D. Cu 的原子结构示意图:3.下列关于物质的用途说法正确的是A.碳酸纳能中和胃里过多的胃酸，缓解胃部不适D. FeCl2溶液作“腐蚀液”将覆铜板上不需要的铜腐蚀C漂白液可用作棉、麻、纸张的漂白剂，也可用作泳池消毒剂D铝制餐具日常生活中随处可见，通常用来蒸煮或存放所有食物4.下列离子方程式书写错误的是A.将Fe2O3溶于氢碘酸中:B.泡沫灭火器原理:C.用石灰乳制漂白粉:D.工业冶炼镁的离子方程式:根据以下信息回答5-7题:1941年，我国科学家侯德榜结合地域条件改进索尔维制碱法，提出纯碱与铵肥(NH4Cl)的联合生产工艺，被命名为“侯氏制碱法”。
主要工艺流程如下图:5.关于侯氏制破法的主要工艺流程，下列说法错误的是A.若用右图装置模拟沉淀池，应先从a通NH3B.冷析池中发生的反应的离子方程式:C.盐析池中加入NaCl,使c(C1-)增大，逆向移动，NH4Cl析出D.溶液2和溶液3中离子种类和浓度均相同6.下列关于两种制碱法的说法，错误的是A两种制碱法对溶液1的处理不同B两种制碱法中可循环利用的物质不同C.两种制碱法中原料NaCl的利用率相同D.两种制破法都利用了NaHCO3的溶解度小和不稳定的性质7.关于碳酸钠和碳酸氢钠，下列说法错误的是A.碳酸钠和碳酸氢钠的焰色试验，火焰均为黄色B.分别向装有Na2CO3和NaHCO3的试管中加少量水，均有吸热现象C.碳酸钠和碳酸氢钠的溶液均可以与Ca(OH)2溶液反应生成沉淀D.碳酸钠和碳酸氢钠的溶液均显碱性，可用作食用碱或工业用碱8.氯及其化合物的部分转化关系如图。
超分子体系氮化碳的结构设计及光催化应用
超分子体系氮化碳的结构设计及光催化应用结构决定性质，性质决定用途。
从结构设计出发为反应体系制备合适的催化剂，要求制备手段具有高效精准的调控方式。
超分子自组装是一种自下而上的构建有序纳米结构的方法，既可体现配位超分子作为结构组装平台的独特空间组合与协同效应，又可带来不同功能单元的可控复合、叠加与可调变光学性能，从而制备新型光响应强、光学性能可调控、催化性能稳定的功能复合光催化材料。
下面将运用超分子自组装的手段，从物理和化学性质两个角度出发，对氮化碳进行结构设计并运用于光催化反应。
1.通过超分子自组装构建同质结调控氮化碳光学性质氮化碳作为一种非金属半导体光催化剂，由于其独特的电子结构和高稳定性而受到越来越多的关注。
然而，由于氮化碳的本征特性，通常面临着可见光吸收能力有限，光生电荷的分离和利用能力低等问题，以上缺陷限制了其光催化性能。
为了克服这些缺陷，采取了许多方法来提高氮化碳的光催化效率，例如掺入杂原子，构造缺陷，引入官能团，制备纳米结构，构建异质结等。
由于氮化碳的电子，光学和催化性质可以通过内在的分子结构调节进行调整，因此，设计调控光催化剂的结构以调整其电子和物理化学性质是提升光催化效率的方法之一。
基于此，我们通过超分子自组装这种自下而上构建有序纳米结构的方法，利用氢键预先固定两种小分子前驱体的连接方式，实现超分子的预聚合，随后将超分子前驱体在熔盐中进行定向热聚合，保持主体结构特征，从而制备新型可见光范围大、氧化还原位置可调控、催化性能优异的功能复合PHI-PTI的同质结氮化碳光催化剂（图1）。
图1 超分子熔盐法合成同质结氮化碳示意图图2 (a)TCN,HCN和HTCN2的XRD；(b)TCN,HCN和HTCN2的13C固体核磁；(c)和(d)HTCN2的TEM和EDS元素映射图。
为了探究通过超分子自组装熔盐热聚合策略从制得的氮化碳样品的物相组成，我们比较了TCN, HCN和HTCN2样品的XRD图谱，如图2a所示。
CCD工作原理详解
λ1 λ2 λ3 λ4 λ5 λ6 λ7
x： 吸收 y ：复合
X ee-
e-
电极
收集区
y
硅基底
图中光线的颜色只是示意，不代表光谱！
电荷的生成
红外光 (1250nm)波长超过临界波长，不能 激发光电子，见图中的λ7。
λ1 λ2 λ3 λ4 λ5 λ6 λ7
x： 吸收 y ：复合
X ee-
e-
电极
收集区
电子的势能：
Ep q
2-6 q 是电子的电荷量， 电极 而为静电势
N型硅 耗尽区
P型硅
二氧化硅
光生电子－空穴对
电荷的收集 MOS 电容器
无偏置时， n-型层内含有多余的电子向p-型层扩散， p-型层内含有多
余的空穴并向n-型层扩散； 这个结构与二极管结的结构完全相同。上述的 扩散产生了内部电场，在n-型层内电势达到最大。
这个势能最小(或电位 最高) 的地方就是多余 电子聚集的地方。
电荷的收集 MOS 电容器
CCD曝光时，每个
电势
像元有一个电极处于高
电位 。硅片中这个电极
势能
下的电势将增大，成为
光电子收集的地方，称
为势阱。其附近的电极
处于低电位，形成了势
电势
垒，并确定了这个像元
的边界。像元水平方向
势能
上的边界由沟阻确定。
＋4
＋4
＋4
＋4
硅和锗都是金刚石 晶格结构
＋4
共价键示意图
能量增加
导带 价带
1.12 eV
硅的能级图
电荷的生成 能带理论复习
通过加热或光照，处于价带的电子可以被激发 到导带。把电子由价带激发到导带所需的能量要 超过价带与导带之间的能隙Eg(硅的Eg＝1.12eV, 砷化镓的Eg＝1.42eV)。
PMT和CCD区别
光谱仪器的检测器有很多种,PHIT.CPM(端窗式光电倍增管)、CCD.CID.PDA(电二极管阵列)、InGaAs.SDD(硅漂移探测器)等,其中论坛讨论最多的主要是用于原子发射光谱仪的PMT,CCD,CID等,下文将从各个检测器的原理,优缺点以及相互间的比较做一介绍。
基本原理及特点1.PIT(photomultipliertube,光电倍增管)光电倍增管将微弱光信号转换成电信号的真空电子器件,可分成主要部分:光电阴极、电子光学输入系统、电子倍增系统、阳极。
光电阴极受光照后释放出光电子,在电场作用下射向第一倍增电极(打拿极),引起电子的二次发射,激发出更多的电子,然后在电场作用下飞向下一个倍增电极,又激发出更多的电子。
如此电子数不断倍增,阳极最后收集到的电子可增加10E4~10E8倍,这使光电倍增管的灵敏度比普通光电管要高得多,可用来检测微弱光信号。
（优点：）光电倍增管具有灵敏度高,噪声低及响应速度快的特点,所以被广泛地应用在许多光学仪器中作为检测器.PIIT的寿命是比较长的,电子管真空度越高寿命就越长。
虽然光电倍增管有许多优点,但该器件自身也有缺陷;灵敏度因强光照射(这也就是为何仪器在通电的情况下样品室盖子不能打开的原因)或因照射时间过长而降低,停止照射后又部分地恢复;鉴于光电倍增管的这种特性致使它随着使用时间的累加,灵敏度会逐渐下降(一般从长波长开始下降,俗称“红外紫移")且噪声输出却逐渐加大,直至被弃用。
我们把这种现象称为"疲乏效应",光阴极表面各点的灵敏度不是均匀的,而是根据入射光束的输出变动而定。
光电倍增管的灵敏度和工作光谱区间主要取决与于光电倍增光阴极和打拿极的光电发射材料、光电倍增管的短波响应的极限主要取决于窗的材料,而长波响应极限主要取决于阴极和打拿极材料的性能。
一般用于可见-红外光谱区的光电倍增管用玻璃窗,而用于紫外光谱区的用石英窗。
光阴极一般选用表面功函数低的碱金属材料,如红外谱区选用银-氧-铯阴极,可见光谱区用锑-铯或铋-银-铯阴极,而紫外谱区则采用多碱光电阴极或锑-碲阴极。
瞬态吸收_电荷转移_解释说明以及概述
瞬态吸收电荷转移解释说明以及概述1. 引言1.1 概述瞬态吸收和电荷转移是物理学中重要的概念，它们在材料科学、光电子学和化学领域都有广泛的应用。
瞬态吸收是指当光子与物质相互作用时，材料中的电子能级发生变化并且电子从一个能级跃迁到另一个能级的过程。
而电荷转移则指的是电子或离子在分子之间传递的过程。
1.2 文章结构本文将首先介绍瞬态吸收的定义和基本原理，包括描述光与物质相互作用以及产生瞬态吸收现象的机制。
接下来会详细讨论不同类型和特征的瞬态吸收，并探究其在不同领域中的应用。
随后，我们将转向电荷转移过程，概述其基本原理，并解释相关的转移机制和影响因素。
最后，我们将解释瞬态吸收与电荷转移之间的关系，并通过实例分析和实验验证结果进行讨论。
1.3 目的本文旨在全面介绍瞬态吸收和电荷转移这两个关键概念，并探讨它们之间的联系。
通过深入理解瞬态吸收和电荷转移的原理和特性，我们可以更好地应用这些知识在材料科学和光电子学等领域中，以开发新的先进技术和推动相关领域的研究进展。
2. 瞬态吸收:2.1 定义和原理介绍:瞬态吸收是一种光谱学技术，用于研究物质中电子的非平衡动力学行为。
它通过观察材料在外界激发下的光谱变化来揭示电子激发态与基态之间能量传输的过程。
瞬态吸收的原理基于电子从一个能级跃迁到另一个能级时所产生的吸收现象。
当样品被高能激光脉冲照射时，激发电子将吸收部分能量并从基态跃迁到高能激发态，形成瞬态吸收。
2.2 瞬态吸收类型和特征:瞬态吸收可分为正常瞬态吸收和反常瞬态吸收两种类型。
正常瞬态吸收指的是样品在激发过程中对蓝色或紫外光的辐射呈现出增加的吸收行为；而反常瞬态吸收则是指样品在激发后对红外光呈现出增加的吸引行为。
瞬态吸收谱通常具有以下特征：首先，它们显示出快速的时间响应，从飞秒到皮秒级别，可以实时观察电子动力学过程；其次，它们通常显示出强烈的吸收增益和再发射效应，使得样品对光的吸收能力增强；最后，瞬态吸收谱还可以提供关于激发态寿命、电荷分离以及非平衡态动力学等信息。
CCD的基本工作原理
CCD的基本工作原理CCD的基本工作原理CCD的基本工作原理CCD（Charged Coupled Device，电荷耦合器件）是由一系列排得很紧密的MOS电容器组成。
它的突出特点是以电荷作为信号，实现电荷的存储和电荷的转移。
因此，CCD工作过程的主要问题是信号电荷的产生、存储、传输和检测[1]。
以下将分别从这几个方面讨论CCD器件的基本工作原理。
1.1 MOS电容器CCD是一种固态检测器，由多个光敏像元组成，其中每一个光敏像元就是一个MOS（金属—氧化物—半导体）电容器。
但工作原理与MOS晶体管不同。
CCD中的MOS电容器的形成方法是这样的[2]：在P型或N型单晶硅的衬底上用氧化的办法生成一层厚度约为100～150nm的SiO2绝缘层，再在SiO2表面按一定层次蒸镀一金属电极或多晶硅电极，在衬底和电极间加上一个偏置电压（栅极电压），即形成了一个MOS 电容器CCD一般是以P型硅为衬底，在这种P型硅衬底中，多数载流子是空穴，少数载流子是电子。
在电极施加栅极电压VG之前，空穴的分布是均匀的，当电极相对于衬底施加正栅压VG时，在电极下的空穴被排斥，产生耗尽层，当栅压继续增加，耗尽层将进一步向半导体内延伸，这一耗尽层对于带负电荷的电子而言是一个势能特别低的区域，因此也叫做“势阱”。
在耗尽状态时，耗尽区电子和空穴浓度与受主浓度相比是可以忽略不计的，但如正栅压VG 进一步增加，界面上的电子浓度将随着表面势成指数地增长，而表面势又是随耗尽层宽度成平方率增加的。
这样随着表面电势的进一步增加，在界面上的电子层形成反型层。
而一旦出现反型层，MOS就认为处于反型状态（如图3 —1所示）。
显然，反型层中电子的增加和因栅压的增加的正电荷相平衡，因此耗尽层的宽度几乎不变。
反型层的电子来自耗尽层的电子—空穴对的热产生过程。
对于经过很好处理的半导体材料，这种产生过程是非常缓慢的。
因此在加有直流电压的金属板上叠加小的交流信号时，反型层中电子数目不会因叠有交流信号而变化。
第九讲 电荷耦合器件(CCD)
ε(t) ε
实测三相多晶硅N沟道 SCCD的关系曲线
10V 5V
驱动脉ห้องสมุดไป่ตู้频率f
驱动脉冲频率f 10MHz
电子被加有栅极电压的MOS结构吸引到势能最低 的氧化层与半导体地交界面处。
u0
10V
10V
UG=5V UG=10V
UG=15V
空势阱
填充1/3势阱
全满势阱
MOS电容存储信号电荷的容量为：Q=Cox•UG•A
电荷耦合
假定开始有一些电荷存储在偏压为20V的第二个电 极下面的势阱里，其他电极上均加有大于阈值得 较低电压（例如2V）。设a图为零时刻，经过一段 时间后，各电极的电压发生变化，第二个电极仍 保持10V，第三个电极上的电压由2V变为10V，因 这两个电极靠的很近（几个微米），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b＆c。 若此后第二个电极上的电压由10V变为2V，第三 个电极电压仍为10V，则共有的电荷转移到第三个 电极下的势阱中，如图e。由此可见，深势阱及电 荷包向右移动了一个位置。
转移效率：一次转移后，到达下一个势阱中 的电荷与原来势阱中的电荷之比。
1
Qt Q0
转移损失率：
1
ε(t)
影响电荷转移效率 的主要因素为界面 态对电荷的俘获。 为此，常采用“胖 零”工作模式，即 让“零信号”也有 一定的电荷。
Q(0)/C
2、工作频率f
（1）下限：为避免由于热产生的少数载流子 对注入信号的干扰，注入电荷从一个电极 转移到另一个电极所用的时间必须小于少 数载流子的平均寿命，对于三相CCD,t 为： t=T/3=1/3f,故，f>1/3ζ。
不同官能团光催化剂影响_概述说明以及解释
不同官能团光催化剂影响概述说明以及解释1. 引言1.1 概述光催化技术作为一种绿色、可持续的能源转化和环境治理方法，受到了广泛关注。
官能团是光催化剂中的重要组成部分，具有直接影响其性能和应用效果的特点。
不同官能团的选择和设计对光催化反应的活性、选择性以及反应机制等方面产生重要影响。
1.2 文章结构本文将首先概述不同官能团光催化剂的影响，并比较其在不同反应条件下的应用效果。
接着探讨官能团选择对反应活性和选择性的影响分析，并深入讨论结构修饰对光催化性能调控的策略。
此外，还将研究不同官能团之间相互作用的最新进展。
随后，本文将通过案例分析羟基、羰基和胺基等典型官能团光催化剂，并总结其研究进展及实际应用情况。
最后，文章将概述不同官能团光催化剂的优缺点，并对未来研究方向和发展趋势进行展望。
1.3 目的本文旨在全面分析和总结不同官能团光催化剂的影响，以及探讨其在光催化反应中的作用机制。
同时，本文还将介绍官能团选择和设计的原则，并通过典型官能团光催化剂案例分析，展示其在实际应用中的潜力和优势。
通过本文的阐述，希望可以为相关研究者提供有关不同官能团光催化剂的最新进展和设计原则等方面的参考，并促进该领域未来研究的发展。
2. 不同官能团光催化剂的影响:2.1 不同官能团的定义和特点:不同官能团在光催化剂中具有不同的化学性质和反应活性。
官能团是指化合物分子中具有特定化学功能或反应活性的基团。
常见的官能团包括羟基、羰基、胺基等。
羟基官能团是指分子中含有氧原子与氢原子结合形成的-OH基。
其特点是可以提供活泼的氧空位，并参与氧自由基与底物之间的转移反应。
因此，在光催化剂中引入羟基官能团可以增加反应介质与催化剂之间的接触面积，促进光催化反应。
羰基官能团是指含有C=O键结构的官能团，如醛、酮等。
其特点是具有良好的电荷传递性质，可以促进光激发态电子从光催化剂向底物转移，实现电子传导和转移。
因此，在光催化剂中引入羰基官能团可以增强电子传输效率，提高光催化反应速率。
CCD和COMS成像器件基础知识
UG
P型基底
栅极
Cox
QG+QI+QD=0
QG——栅电荷（+）； QI——自由电子电荷（-）； CD QD——耗尽层固定电荷（-）
QD=NAed d——耗尽层厚度；
NA——受主杂质浓度
根据半导体公式可知， d=(2εVS/NAe)1/2 ε——基底材料的介电常数。 QD=[2εNAeVs]1/2
VS↑，耗尽层宽度d↑，收集电子能力↑、势阱变深，如图6-2
（b）所示。
Ei
Ei
Vf
Ef
Ef
Ev
E
Ef
3. UG>0，UG继续增大
Ev
表面处能带进一步向下弯曲，表面处费米能级位置可能高
于禁带中央能级Ei，这意味着表面处的电子浓度将超过空穴 浓度，即形成与原来半导体衬底导电类型相(a反) 的一层叫做反
场感应耗尽层 和 PN结耗尽层
图6-10 埋沟CCD
图6-11 埋沟CCD能带
通过计算可得，VZ~UG 近似呈线性，VZ是氧化层厚 度dox、N层厚度dN、N层中 的施主浓度ND、P基底的受 主浓度的受主浓度NA，以及 栅压UG的函数。
1．dox=0.1μm, dN=2μm, ND=2×1015cm-3 2．dox=0.6μm, dN=2μm, ND=2×1015cm-3 3．dox=0.1μm, dN=2μm, ND=4×1015cm-3 4．dox=0.1μm, dN=5μm, ND=2×1015cm-3
2．BCCD结构(Vz)
基底为P型，在硅的表面注入杂质，如元素磷P，使之形 成N型薄层。在N型两端做上N+层，起源和漏的作用。
05-CCD图像传感器基本工作原理
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
电荷的收集
光子入射到CCD中产生电子空穴对， 电子向器件中 电势最高的地区聚集，并在那里形成电荷包。每个电荷包 对应一个像元。
入射的光子
电荷收集 的效率与 电势的分 布、复合 寿命和扩 散长度有 关。
电荷包
像元边界
n-型硅 p-型硅
电极结构 SiO2 绝缘层
像元边界
表面势表征了耗尽区的深度，与栅极电压和氧化层厚 度有关
势阱：由表面势产生的阱
不同氧化层厚度
状空间。有的定义为：存 储电荷的电势分布状态。
电极上的电压越大，势阱 越深，可存储的电荷量越 多，也就代表了CCD器件 具有电荷存储功能。
不存在反型层电荷时
理论分析参见半导体物理
栅极电压不变时，表面势与反型层电荷密度的关系：
处于低电位，形成了势
电势
垒，并确定了这个像元
的边界。像元水平方向
势能
上的边界由沟阻确定。
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
电荷的收集 MOS 电容器
CCD曝光时，产生 光生电荷，光生电荷在 势阱里收集。随着电荷 的增加，电势将逐渐变 低，势阱被逐渐填满， 不再能收集电荷，达到 饱和。
势阱能容纳的最多
扩散产生了内部电场，在n-型层内电势达到最大。
电势
n p
这种‘埋沟’结构的优点 是能使光生电荷离开 CCD 表面，因为在CCD 表面缺欠多，光生电荷会 被俘获。这种结构还可以 降低热噪声（暗电流）。
电子势能最小的地方位 于n-型区内并与硅 - 二 氧化硅 (Si - SiO 2) 的 交界面有一定距离
1、三相电极结构(三相 CCD)
采用对称电极结构，三相 CCD是最简单的电极结构。 因为在某一确定的时刻，对存贮有电荷的电极而言， 两个相邻电极，需要一个被“打”开，另一个保持“关” 闭，以阻止电荷倒流。
电子技术基础知识练习题与答案
电子技术基础知识练习题与答案电子技术基础知识练习题与答案电子技术是根据电子学的原理，运用电子元器件设计和制造某种特定功能的电路以解决实际问题的科学，包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。
下面跟着小编来看看电子技术基础知识练习题与答案吧！希望对你有所帮助。
一、基础知识。
1.按照调制方式分类，光调制可以分为：强度调制、相位调制、波长调制、频率调制、偏振调制。
2.半导体激光器发光是由能带之间的电子空穴对复合产生的。
3.激励过程是使半导体中的载流子过程从平衡态激发到非平衡态。
4.固体激光器是以固体为工作物质的激光器，也就是以掺杂的离子型绝缘晶体和玻璃为工作物质。
5.光纤传感器中常用的光电探测器：光电二极管、光电倍增管、光敏电阻。
6.红外探测器的响应波长范围参数指探测器电压响应率与入射的红外波长之间的关系。
7.光子探测原理是指利用半导体在入射光的照射下产生光子效应。
8.利用温差电势制成的红外探测器称为热电偶。
9.红外辐射在大气中传播时由于大气中水分子、蒸汽等吸收和散射使辐射在传播过程中衰减。
10.当红外辐射照在热敏电阻上时，使温度上升，内部粒子无规则运动加剧，自由电子数随温度而上升，所以电阻会减小。
11.辐射出射度：辐射体单位面积向半空间发出的辐射通量。
12.光电磁是利用光生伏特效应将光能变成电能。
13.任何物质只要温度高于0K就会向外辐射能量。
14.红外无损检测是通过测量热流或热量来检测。
15.内光电探测器可分为光电导、光伏特、光电磁三种探测器。
16.红外探测器的性能参数：电压响应率、噪声等效功率、时间常数。
17.光束扫描根据其应用的目的可分为模拟扫描和数字扫描。
模拟扫描用于显示，数字扫描用于光存储。
18.固体摄像器件主要有：CCD、CMOS、CID。
19.声光相互作用分为：拉曼—纳斯衍射和布喇格衍射。
20.磁光效应：外加磁场作用引起材料光学各向异性的现象。
D的基本功能：电荷存储、电荷转移。
按结构分为线阵CCD和面阵CCD。
CCD工作原理
CCD工作原理电荷耦合器件（Charge Coupled Device）的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或电压为信号。
CCD的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。
因此，其工作过程中的主要问题是信号电荷产生存储传输和检测。
CCD有两种基本类型：一是电荷包存储在半导体与绝缘层之间的界面，并沿界面传输，这类器件称为表面沟道CCD（简称SCCD）；二是电荷包存储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，这类器件称为体沟道或埋沟道器件（简称BCCD）。
下面我们以SCCD为例来说明CCD工作原理。
1.1 电荷的存储与耦合1.1.1 电荷存储CCD的基本构成单元是MOS（金属－氧化物－半导体）结构。
如图1-1(a)所示，在栅极施加正偏压U G之前，p型半导体中空穴多数载流子的分布是均匀的。
当栅极施加正偏压U G（此时U G小于p型半导体的阈值电压U th）后，空穴被排斥，产生耗尽区，如图1-1(b)所示。
偏压U G继续增加，耗尽区将进一步向半导体内延伸。
当U G>U th时，半导体与绝缘体界面上的电势（常称为表面势，用ФS表示）变得如此之高，以致于将半导体内的电子（少数载流子）吸引到表面形成一层极薄的（约10-2mm）但电荷浓度很高的反型层，如图1-1(c)所示。
反型层电荷的存在表明了MOS结构存储电荷的功能。
但是，当栅极电压由零突变到高于阈值电压U th时，轻掺杂半导体中的少数载流子很少，不能立即建立反型层。
在不存在反型层的情况下，耗尽区将进一步向体内延伸，而且栅极和衬底之间的绝大部分电压降落在耗尽区上，如果随后可以获得少数载流子，那么耗尽区将收缩，表面势下降，氧化层上的电压增加。
表面势ФS随着反型层电荷浓度Q INV和栅极电压U G的变化而变化，如果表面势ФS与反型电荷浓度Q INS的对应曲线直线性好，说明这两者之间有着良好的反比例线性关系。
这种线性关系很容易用半导体物理中的“势阱”概念来描述。
光电技术 第4-5节 固体成象器件
6、CCD的特性参数
① 电荷转移效率（要求达到0.9999以上） ② 不均匀性（光敏元大小的不均匀与灵 敏度的不均匀性，一般应小于5%） ③ 暗电流 ④ 灵敏度 ⑤ 光谱响应与干涉效应
⑥ 噪声 ⑦ 分辨率与调制函数 ⑧ 动态范围与线性度（一般10-1～105lm/m2, 特别的可以到10-3～10-5lm/m2，但要进行图 象增强） ⑨ 频率范围
5、CCD的特点
1）体积小，功耗低，可靠性高，寿命长。 2）空间分辨率高，可以获得很高的定位精度和测量精度。 3）光电灵敏度高，动态范围大，红外敏感性强，信噪比 高。 4）高速扫描，基本上不保留残象(电子束摄象管有15~20 ％的残象) 5）集成度高 6）可用于非接触精密尺寸测量系统。 7）无像元烧伤、扭曲，不受电磁干扰。 8）有数字扫描能力。象元的位置可由数字代码确定，便 于与计算机结合接口。
在ＣＣＤ栅极上施加按一定规律变化、大 小超过阈值的电压，则在半导体表面形成不同 深浅的势阱。势阱用于存储信号电荷，其深度 同步于信号电压变化，使阱内信号电荷沿半导 体表面传输，最后从输出二极管送出视频信号。 为了实现电荷的定向转移，在CCD的 MOS阵列上划分成以几个相邻MOS电荷为一单 元的循环结构。一位CCD中含的MOS个数即为 CCD的像数。 以电子为信号电荷的CCD称为N型沟道 CCD，简称为N型CCD。而以空穴为信号电荷 的CCD称为P型沟道CCD，简称为P型CCD。由 于电子的迁移率远大于空穴的迁移率，因此N 型CCD比P型CCD的工作频率高得多。
③ 在金属电极上施加较小的正向电 压（VG>0但较小）时，表面势为正，电 子能量减小，表面处能带向下弯曲.这时 近表面处空穴被推开，一定宽度内留下 受主离子形成的空间电荷区，称多子耗 尽区。此区域对电子来说是一个势能很 低的区域，故也称“势阱”，此时能够 弯曲部分的宽度就是耗尽层的厚度，
8-3 电荷耦合器件
§8-3 电荷耦合器件
3.电荷的检测——信号输出结构
CCD 输出结构的作用是将 CCD 中的信号电荷变换为电流或电压输出， 以检测信号电荷的大小。图8-68（a)所示的为一种简单的输出结构，它由输 出栅 Go、输出反偏二极管、复位管 V1 和输出跟随器 V2 组成，这些元器件均 集成在 CCD 芯片上。 V1 、 V2为 MOS 场效应晶体管。其中 MOS 管的栅电 容起到对电荷积分的作用。该电路的工作原理是这样的：当在复位管栅极加
§8-3电荷耦合器件
电荷耦合器件(简称 CCD)的发明始于 1969 年，在其后几年中发展迅速， 并得到了广泛的应用。CCD 并不是一种新发明的器件，它可以说是 MOS电容 器的一种新的用法。在适当次序的时钟控制下，CCD 能够使电荷量有控制地 穿过半导体的衬底而实现电荷的转换。利用这个机理便可实现多种的电子功 能，在作为光敏器件时可用于图像的传感，即成为固体摄像器件。此外，CCD 还可作为信息处理和信息存储器件。本节将主要介绍 CCD 的工作原理及作为 光敏摄像器件时的特征。（实物图片）
一、电荷耦合器件的结构与工作原理 (一)电荷耦合器件的结构
§8-3 电荷耦合器件
金属—氧化物—半导体（MOS）电容 CCD 是由按照一定规律排列的 MOS 电容阵列组成的。其中金属为 MOS 结构上的电极，称为“栅极”（此栅极材 料不是用金属而是用能够透过一定波长范围光的多晶硅薄膜）。半导体作为底 电极，俗称“衬底”。两电极之间夹一层绝缘体，构成电容，如图8-64所示。 这种电容器具有一般电容器所没有的一些特性，CCD 的工作原理就是基于这些 特性。因此，在介绍 CCD 的工作原理之前先简单介绍一下 MOS 电容的特性。
敏单元）的共同电极,称为光栅 φp 。MOS 电容的低电极为半导体 P 型单晶硅，
KODAK KAI-02050 图像传感器参数指标解析
KODAK KAI-02050 图像传感器参数指标解析摘要：CCD（charge coupled divice）和CMOS图像传感器是摄像机的基本组成单元，并且直接决定着成像质量，本文以KAI-02050 图像传感器手册的参数指标为例，对CCD的主要参数指标等进行解析。
关键词：CCD；参数指标；电荷；动态范围；拖尾1.引言CCD与CMOS图像传感器是摄像机的基本组成单元，都是用光敏像元阵列将入射的光信号转换成像元内的电荷，不同的是将像元中的电荷取出并转换成电压的方式和途径。
CCD的像元将光转换成电荷后，采用耦合的方式，将电荷逐点、逐行的用电荷移位寄存器移出，直至电荷/电压转换器。
所以在CCD芯片内部，图像信息主要以电荷形式移动输出；CMOS的每一个像元都有一个电荷/电压转换器，像元内的电荷直接转换成电压，在通过矩阵开关，将电压信号送出阵列，所以CMOS的图像信息主要以电压的形式传送输出的。
CCD主要生产厂家主要有SONY、KODAK；CMOS生产厂家较多；本文主要介绍KODAK公司生产的KAI-02050图像传感器的性能参数并进行解析。
2.KAI-02050图像传感器主要参数解析a）CCD结构：隔行转移型；逐行扫描。
CCD结构主要分为帧转移型（Frame-Transfer）、隔行转移型（Interline）。
隔行转移型：两列像素中间插入一列垂直移位寄存器和转移栅，像素上的电荷先同时转移到垂直移位寄存器上，然后再转移到水平移位寄存器移位输出。
见图1所示。
优点：快门速度快，可以任意启动曝光的起始和终止时间。
缺点：感光区域小，动态范围低。
图1 隔行转移型b）最大帧率：4抽头输出：68fps；双抽头输出：34fps；单抽头输出：18fps。
多抽头输出的问题：当采用双抽头或四抽头输出时，图像会出现区域亮度不同的现象。
主要因为多抽头输出结构之间不完全一致、以及布板、杂质、半导体的生产过程的差异而产生信号差异，尽管厂家会对输出结构进行校正，但从图像上仍能看出不同抽头输出图像之间的接缝现象。
课件：第七章 电荷转移器件 (2)
这种深耗尽状态，意味着表面处的电子的静电势能-qψs特别 低，因此也称为表面势阱。表面势ψs的值标志势阱的深度。
由上述例子可知，一般Vi VG。在这种情况下表面势 （7-2-8）式可以简化为：
S
VG VFB
2Vi
1 2
VG
VFB
1 2
（7-2-9）
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第七章 电荷转移器件
2. 在深耗尽状态下：
xd
S Co
1 2VG Vi
1
（7-2-7）
S VG VFB Vi Vi2 2Vi VG VFB
在Vi VG情况下情况下：
s VG VFB (2Vi )1/2 (VG VFB)1/2
（7-2-8） （7-2-9）
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§7.2 深耗尽状态和表面势阱
小结：
1. 热平衡MOS表面强反型层的建立需要经过一段弛豫时间，而不是当VG>VTH时立即 形成的。达到表面强反型层需要有一个过渡过程。在此过渡过程中，半导体处于 非热平衡状态，即为深耗尽状态。由于不是处于热平衡状态，耗尽层厚度不受热 平衡时的最大厚度的限制。耗尽层厚度将大于xdm，表面势ψs 也将远大于2φf ， 所以称之为深耗尽状态。
（图7-2b）。存储的电荷寻求更低的电势，因而当势阱移动时它们沿着 表面移动。 3. 注意在这种结构中需要3个电极，以便于电荷存储，并且使转移只沿着一 个方向。这三个电极看成是器件的一个级或单元，称为三相CCD。
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第七章 电荷转移器件
§7.1 电荷转移
• 小结：
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第七章 电荷转移器件