[发明专利]小电荷转换灵敏度CCD输出结构

说明书

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（ChargeCoupledDevice）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