CCD三相电荷转移

定义与结构基础

电荷耦合器件（CCD）的电荷转移，是指以时钟脉冲控制相邻MOS电容栅极电压，使半导体表面势阱深度交替变化，从而把代表信号的电荷包沿确定方向逐级搬移的方法。其基本结构为栅极—氧化物层—半导体层构成的MOS电容阵列。栅极加电压后，半导体表面形成势阱；势阱可存储少数载流子（信号电荷）。以下势阱深浅与栅压高低的对应关系，以P型半导体衬底、存储电子作为信号电荷的CCD为例；若为N型衬底、以空穴作为信号电荷的CCD，则极性相反。

相数与转移条件

一位CCD中所含的电容个数称为CCD的相数。三相CCD即由三组栅极（对应φ1、φ2、φ3）循环驱动。电荷转移的必要条件是：MOS电容阵列排列紧密，使相邻电容的势阱相互沟通（耦合），电荷才能从一个势阱流入相邻势阱。

势阱深浅与电荷流向

在上述P型衬底、存储电子的CCD中，栅极电压高低决定势阱深浅：电压高时势阱深，电压低时势阱浅。信号电荷由浅势阱流向深势阱。因此，只要按确定顺序改变相邻栅极电压的高低，就能控制电荷的流动方向。CCD中电荷转移必须遵循确定的方向，不能随意反向。

三相栅压时序与转移顺序

三相栅压φ1、φ2、φ3按阶梯状时序依次交替导通，形成移动的势阱。以t1至t6为例：某一时刻某相为高电平，其下方形成深势阱存储电荷；随后相邻相变为高电平，原势阱变浅，电荷包便向新形成的深势阱转移；再下一相重复该过程。如此循环，电荷包在物理空间上逐级向右（或指定方向）移动。

符号与单位

φ1、φ2、φ3表示三组相位时钟电压，单位通常为伏（V）。势阱深度与栅压相关，电荷量单位通常为库仑（C）。时序以t1、t2……表示各时刻。