
【电】 charge coupling
charge; electric charge; electricity
【化】 electric charge
【医】 charge
coupling
【计】 coupling
电荷耦合(Charge Coupling)是半导体器件(特别是电荷耦合器件,即CCD)中的核心工作机制,指通过精确控制金属电极上的电压时序,在半导体表面(如硅)形成并定向转移电荷包(通常为电子或空穴)的过程。
物理基础
在CCD中,多个紧密排列的金属电极覆盖在氧化层和半导体衬底上。当电极施加正电压时,半导体表面形成“势阱”(Potential Well),吸引并存储少数载流子(如P型硅中的电子)。相邻电极的电压变化会改变势阱深度,使电荷包受电场驱动向邻近电极移动。
工作过程
电荷转移通过三相、二相或四相时钟脉冲实现。例如在三相系统中,三个电极为一组:
此过程循环进行,实现电荷的定向移位。
核心应用:CCD图像传感器
在CCD相机中,光子在像素单元产生电荷,电荷包通过耦合机制逐行转移至输出放大器,转换为电压信号。其优势包括高灵敏度、低噪声和均匀响应,曾广泛用于天文观测与专业摄影。
注:因搜索结果限制,未提供具体网页链接,但上述文献为电子工程领域公认权威来源。
电荷耦合是电子学和半导体领域的重要概念,指通过电荷之间的相互作用实现能量或信号传递的过程。以下是详细解释:
电荷耦合指利用电荷在电场作用下的移动特性,将电荷从一个位置传输到另一个位置的现象。其核心在于通过电容、电感等元件构建电势阱,控制电荷的存储与转移。
电荷转移机制
通过半导体材料(如硅片)表面形成的金属-氧化物-半导体(MOS)电容阵列,在时钟脉冲电压控制下产生势阱变化,实现电荷的定向移动。
耦合方式
主要包括静电耦合(通过电场作用)和阻容耦合(利用电容传递交流信号)。
电荷耦合器件(CCD)
广泛应用于数字相机、医疗成像设备等,通过逐行转移像素电荷实现图像捕捉。
CMOS图像传感器
与CCD类似,但采用互补金属氧化物半导体工艺,具有低功耗和集成度高的特点。
不同于电磁耦合(通过磁场传递能量)或机械耦合(物理接触传递力),电荷耦合专注于电荷的定向迁移,属于微观粒子层面的能量传递方式。
如需更深入的技术细节,可参考半导体器件相关文献或权威工程手册。
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