CCD势阱

势阱的形成

在CCD（电荷耦合器件）的MOS结构（金属-氧化物-半导体）中，当栅极施加正电压 $U_G$ 且 $U_G>U_{th}$（阈值电压）时，半导体表面附近的电子势能降低，形成对电子的势能极小区域，称为势阱。势阱是信号电荷（电子）的存储区域。

电荷存储与容量

势阱形成后，光生电子（或注入电荷）会快速聚集到势阱中。势阱内部的电子难以逃脱，因为周围存在势垒。势阱的容量（可存储的最大电荷量）随栅极电压 $U_G$ 的升高而增大。在势阱存在期间，可以储存一段时间内产生的全部光生电子，实现电荷的积累。

电荷转移

CCD由多个相邻的MOS电容（像素单元）构成。通过在各栅极上施加相位不同的时钟脉冲电压（如 ${\varphi }_1,{\varphi }_2,{\varphi }_3$），可以控制相邻势阱的深度和连通状态。当相邻栅极的电压变化时，势阱的深度和位置发生改变，电荷包从较浅的势阱流向较深的势阱，从而实现电荷在半导体表面的定向转移。转移过程由时钟相位驱动，电荷依次通过相邻的势阱，最终被测量电路检测。

符号与单位

• $U_G$：栅极电压，单位伏特（V）。
• $U_{th}$：阈值电压，单位伏特（V）。
• 电荷量：单位库仑（C）。
• 势阱容量：可存储的最大电荷量，单位库仑（C）。

适用范围

上述原理适用于基于MOS结构的CCD图像传感器中的电荷存储与转移过程。势阱的形成和电荷转移依赖于半导体表面势的控制，需在合适的栅压范围内工作。