CCD信号注入

定义与在CCD工作流程中的位置

CCD（电荷耦合器件）图像传感器的工作流程通常分为四步：信号电荷的产生、信号电荷的存储、信号电荷的传输、信号电荷的检测。信号注入指其中的第一步，即把入射光信号转换为电荷，并把该电荷收集到像素势阱中形成电荷包，作为后续存储与传输的输入。

物理机制：光注入

CCD像素以半导体（通常为硅）为衬底，入射光子进入半导体后被吸收。当光子能量大于半导体禁带宽度时，价带电子被激发到导带，产生电子—空穴对，这就是光生载流子。该过程属于光电效应中的内光电效应，课件将其归为基于光生伏特效应的光电转换。

光生载流子的数量与入射光强和积分时间相关：光越强、积分时间越长，产生的电子—空穴对越多，因此电荷包的大小携带了光强信息。

电荷的收集与注入

在像素电极上施加适当电压，在半导体表面附近形成势阱。光生少数载流子被势阱收集，多数载流子则被排斥或流向衬底，从而在势阱中积累成与光照对应的电荷包。该电荷包即注入CCD的信号电荷，等待后续的存储与转移。

关键条件与适用范围

• 光子能量需大于半导体禁带宽度，才能产生光生载流子；
• 需要合适的电极偏压形成势阱以收集电荷；
• 注入的电荷量受势阱容量限制，过强光照会导致电荷溢出；
• 该过程描述的是光注入方式，CCD也可通过电注入方式输入电荷，但本知识点范围限于光照生成初始电荷并注入CCD的输入过程。