CCD物理结构与工作原理

一、尺寸折算与物理结构

　　由于CCD是在晶圆体上通过特殊工艺蚀刻出来的，遵循统一的4:3的长宽比例这一行业标准，能更有效的控制生产成本。但是当我们按这个标准折算CCD尺寸的时候就会发现，算出的面积往往比真实面积大出许多，这是因为“1/X英寸”表示的是包括电路部分在内的整块CCD的对角线长度，并非CCD中感光核心部分的对角线长。

　　事实上我们现在所接触到的CCD尺寸的说法是参考传统摄像机内的真空摄像管的对角线长短来衡量的，它严格遵守了Optical Format规范，中文译名为光学格式，其数值称为OF值，单位为英寸。因此CCD尺寸的标准计算方法是其实际对角线长度（单位：mm）/16，我们以1/1.8英寸的CCD作例，这个1/1.8英寸就是计算公式中的OF值，16÷1.8≈8.89mm，这就是该CCD感光核心部分对角线的实际长度了，这下大家都心里有数了吧。

　　现在让我们来探讨一下CCD的物理结构，CCD仅仅是一种在硅基板表面通过绝缘膜使大量独立的、透明的光电二极管（下文简称电极）排列起来的固态电子元件（如图1），若按CCD内部的电极排列来分，现在DC中普遍采用的都为矩阵型结构，其特点是色彩表现力更强、光谱范围更广和色彩密度更高等诸多优势。

        目前作为整个光电半导体行业老大的索尼将其专利技术融入其中，故业内大部分品牌的DC中都装载了索尼的Super HAD CCD，中文译名为超级空穴堆积CCD。这里我们就结合出镜率最高的索尼CCD来对其构成作进一步的说明，CCD顶部感光层的专业术语叫做“微透镜”（Microlens），如图3所示，Super HAD CCD改变了传统CCD内部微透镜的形状和排列，缩小了两两间的相邻间距，增强了微透镜下面感光电极对入射光线的吸收率，进而提升了电极对光线的敏感度，如图4所示，红色线条表示Super HAD CCD随光线强度变化的敏感度曲线，蓝色则为传统CCD的敏感度变化曲线。