CN105244361B - 小电荷转换灵敏度ccd输出结构 - Google Patents
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Abstract
一种小电荷转换灵敏度CCD输出结构，其改进在于：电荷信号在信号转移区上从左至右传输，将电荷信号的传输方向定义为信号转移区的纵向，信号转移区上与所述纵向垂直的方向定义为横向；所述信号转移区纵向上各个位置处的横向宽度相同，所述输出节点左段的横向宽度与信号转移区的横向宽度相同，输出节点右段的横向宽度逐渐收窄为与复位漏匹配的尺寸。本发明的有益技术效果是：提出了一种具备低灵敏度特性的CCD输出结构，该CCD输出结构能够使超大满阱电荷容量CCD的输出幅度维持在较低的水平，使后级处理电路能够对其进行处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种CCD信号输出结构，尤其涉及一种小电荷转换灵敏度CCD输出结构。
背景技术
电荷耦合器件CCD（Charge Coupled Device）是一种微型图像传感器，本身兼具光电转换功能和信号的存储、转移、转换等功能，可以将空间域内分布的图像，转换成为按时间域离散分布的电信号。
动态范围是评价CCD的重要指标之一，CCD器件的满阱容量与动态范围成正比，在一些应用中（比如航天影像领域），为了大幅提高CCD的动态范围，要求器件具有超大满阱电荷容量（常见的CCD一般最大满阱电荷容量为1.0E+06e-量级以下），然而大的满阱电荷容量会导致输出幅度过高，现有的后级信号处理电路可处理的信号幅度范围一般在4V以内，当器件的满阱电荷容量达到1.0E+07e-量级后，如果仍采用常规灵敏度的输出结构，将导致输出信号幅度超过后级信号处理电路可处理的信号幅度上限。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种小电荷转换灵敏度CCD输出结构，包括：由沟道和水平转移栅所形成的信号转移区、与信号转移区相连的输出结构、与输出结构相连的放大器；所述输出结构由输出栅、输出节点、复位漏和复位栅组成；所述信号转移区的右端与输出节点的左端相连接，输出节点的右端与复位漏相连，输出节点通过金属引线与放大器相连；输出栅设置在信号转移区和输出节点的交界位置处，复位栅设置在输出节点和复位漏的交界位置处；
其改进在于：电荷信号在信号转移区上从左至右传输，将电荷信号的传输方向定义为信号转移区的纵向，信号转移区上与所述纵向垂直的方向定义为横向；所述信号转移区纵向上各个位置处的横向宽度相同，所述输出节点左段的横向宽度与信号转移区的横向宽度相同，输出节点右段的横向宽度逐渐收窄为与复位漏匹配的尺寸。
本发明的原理是：参见图1，现有技术中，基于常规设计思路，一般都将输出节点的面积设计得较小，其目的是为了使输出节点具备较小的耗尽区电容，从而保证输出节点具有较大的转换灵敏度；参见图2，在本发明中，为了适应超大满阱电荷容量CCD的特殊需求，避免输出信号的幅度超越后级信号处理电路可处理的信号幅度上限，本发明通过增加输出节点的横向宽度和纵向长度，使输出节点的面积被大幅增大，输出节点的耗尽区电容也随之大幅增大，这就让输出节点具备了较低的转换灵敏度，这种输出节点可以很好的匹配超大满阱电荷容量CCD的输出特性，满足后级信号处理电路对信号幅度的要求；
优选地，所述放大器中，与输出节点直接相连的第一级放大器MOS管的尺寸为20μm×150μm（现有的第一级放大器MOS管的常规尺寸一般为4μm×10μm）。采用此改进方案后，可以使MOS管栅极与输出节点之间的寄生电容得到有效增大，从而使得输出结构的总电容再度增大，进一步的降低了输出结构的转换灵敏度。
优选地，所述输出节点上最大横向宽度位置处的尺寸大于或等于100μm，所述输出节点的纵向长度大于或等于20μm。
优选地，所述输出结构能将1.0E+07e-量级的CCD满阱电子信号转换成为1.0~3.0V的输出电压，转换灵敏度为0.1~0.3μV/e-。
优选地，所述输出节点和复位漏周向上的裸露边沿设置有沟阻。
优选地，所述输出节点采用非super-notch结构。现有技术中，为了提高输出节点的转换灵敏度，一般都采用super-notch结构（即输出节点没被高浓度的P+区包围），而在本发明中，为了配合本发明的目的，发明人采用非super-notch结构来形成输出节点，在保正击穿电压的前提下，可以明显减小两个相对重掺杂P-N区的间距，使得PN耗尽区减小以增大耗尽结电容。
本发明的有益技术效果是：提出了一种具备低灵敏度特性的CCD输出结构，该CCD输出结构能够使超大满阱电荷容量CCD的输出幅度维持在较低的水平，使后级处理电路能够对其进行处理。
附图说明
图1、现有的CCD输出结构示意图；
图2、本发明的CCD输出结构示意图；
图中各个标记所对应的名称分别为：沟道1、水平转移栅1-1、信号转移区1-2、输出栅2、输出节点3、复位漏4、复位栅5、第一级放大器MOS管6、沟阻7。
具体实施方式
一种小电荷转换灵敏度CCD输出结构，包括：由沟道1和水平转移栅1-1所形成的信号转移区1-2、与信号转移区1-2相连的输出结构、与输出结构相连的放大器；所述输出结构由输出栅2、输出节点3、复位漏4和复位栅5组成；所述信号转移区1-2的右端与输出节点3的左端相连接，输出节点3的右端与复位漏4相连，输出节点3通过金属引线与放大器相连；输出栅2设置在信号转移区1-2和输出节点3的交界位置处，复位栅5设置在输出节点3和复位漏4的交界位置处；
其改进在于：电荷信号在信号转移区1-2上从左至右传输，将电荷信号的传输方向定义为信号转移区1-2的纵向，信号转移区1-2上与所述纵向垂直的方向定义为横向；所述信号转移区1-2纵向上各个位置处的横向宽度相同，所述输出节点3左段的横向宽度与信号转移区1-2的横向宽度相同，输出节点3右段的横向宽度逐渐收窄为与复位漏4匹配的尺寸。
进一步地，所述放大器中，与输出节点3直接相连的第一级放大器MOS管6的尺寸为20μm×150μm。
进一步地，所述输出节点3上最大横向宽度位置处的尺寸大于或等于100μm，所述输出节点3的纵向长度大于或等于20μm。
进一步地，所述输出结构能将1.0E+07e-量级的CCD满阱电子信号转换成为1.0~3.0V的输出电压，转换灵敏度为0.1~0.3μV/e-。
进一步地，所述输出节点3和复位漏4周向上的裸露边沿设置有沟阻7。
进一步地，所述输出节点3采用非super-notch结构。
参见图1，图中示出了典型的传统CCD输出结构，为了更清楚地进行说明，图中对水平转移栅1-1和输出栅2进行了透视处理；从图中可见，基于常规思路，现有的输出结构中，输出节点3的横向宽度远小于沟道1最宽位置处的尺寸，并且输出节点3的纵向长度也较小，这就使得输出节点3的有效面积较小，而且为了适应输出节点3的尺寸，信号转移区1-2末尾也以锥形的方式逐渐收窄，另外，其第一级放大器MOS管6的尺寸也采用了较小的宽长比，当然，现有技术中的这种设计并无不妥，它很好的满足了常规应用中要求输出结构具备较高转换灵敏度的要求，但若将这种输出结构用于超大满阱电荷容量CCD时，就完全不能满足要求了，于是发明人才提出了本发明的方案，本发明的输出结构具有较低的转换灵敏度，可以将1.0E+07e-量级的CCD满阱电子信号转换成为1.0~3.0V的输出电压，转换灵敏度仅为0.1~0.3μV/e-，从而使后级信号处理电路可以对超大满阱电荷容量CCD的输出信号进行处理。
Claims (6)
1.一种小电荷转换灵敏度CCD输出结构，包括：由沟道(1)和水平转移栅(1-1)所形成的信号转移区(1-2)、与信号转移区(1-2)相连的输出结构、与输出结构相连的放大器；所述输出结构由输出栅(2)、输出节点(3)、复位漏(4)和复位栅(5)组成；所述信号转移区(1-2)的右端与输出节点(3)的左端相连接，输出节点(3)的右端与复位漏(4)相连，输出节点(3)通过金属引线与放大器相连；输出栅(2)设置在信号转移区(1-2)和输出节点(3)的交界位置处，复位栅(5)设置在输出节点(3)和复位漏(4)的交界位置处；
其特征在于：电荷信号在信号转移区(1-2)上从左至右传输，将电荷信号的传输方向定义为信号转移区(1-2)的纵向，信号转移区(1-2)上与所述纵向垂直的方向定义为横向；所述信号转移区(1-2)纵向上各个位置处的横向宽度相同，所述输出节点(3)左段的横向宽度与信号转移区(1-2)的横向宽度相同，输出节点(3)右段的横向宽度逐渐收窄为与复位漏(4)的横向宽度相匹配的尺寸。
2.根据权利要求1所述的小电荷转换灵敏度CCD输出结构，其特征在于：所述放大器中，与输出节点(3)直接相连的第一级放大器MOS管(6)的尺寸为20μm×150μm。
3.根据权利要求1所述的小电荷转换灵敏度CCD输出结构，其特征在于：所述输出节点(3)上最大横向宽度位置处的尺寸大于或等于100μm，所述输出节点(3)的纵向长度大于或等于20μm。
4.根据权利要求1所述的小电荷转换灵敏度CCD输出结构，其特征在于：所述输出结构能将1.0E+07e-量级的CCD满阱电子信号转换成为1.0～3.0V的输出电压，转换灵敏度为0.1～0.3μV/e-。
5.根据权利要求1所述的小电荷转换灵敏度CCD输出结构，其特征在于：所述输出节点(3)和复位漏(4)周向上的裸露边沿设置有沟阻(7)。
6.根据权利要求1所述的小电荷转换灵敏度CCD输出结构，其特征在于：所述输出节点(3)采用非super-notch结构。
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