CCD的突出特點(diǎn)在于它是以電荷作為信號(hào)的，CCD的基本功能是電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。AD7414ARMZ-0因此，CCD的基本工作原理應(yīng)是信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、傳輸和檢測(cè)。

   電荷存儲(chǔ)

   圖4 -34(a)為金屬一氧化物一半導(dǎo)休(MOS)結(jié)構(gòu)圖。在柵極未施加偏壓時(shí)，P型半導(dǎo)體中將有均勻的空穴（多數(shù)載流子）分布。如果在柵極上加正電壓，空穴被推向遠(yuǎn)離柵極的一邊。在絕緣體Si02和半導(dǎo)體的界面附近形成一個(gè)缺乏空穴電荷的耗盡區(qū)，如圖4- 34(b)所示。隨著柵極上外加電壓的提高，耗盡區(qū)將進(jìn)一步向半導(dǎo)體內(nèi)擴(kuò)散。絕緣體Si02和半導(dǎo)體界面上的電勢(shì)（為表面勢(shì)包）隨之提高，以致于將耗盡區(qū)中的電子（少數(shù)載流子）吸引到表面，形成一層極薄(約10-2 ym)而電荷濃度很高的反型層，如圖4- 34(c)所示。反型層形成時(shí)的外加電壓稱為閾值電壓Vth。

   圖4-34單個(gè)CCD柵極電壓變化對(duì)耗盡區(qū)的影響

   反型層的出現(xiàn)說(shuō)明了柵壓達(dá)到閾值時(shí)，在Si02和P型半導(dǎo)體之間建立了導(dǎo)電溝。因?yàn)榉葱?/span>層電荷是負(fù)的，故常稱為N型溝道CCD。如果把MOS電容的襯底材料由P型換成N型，偏置電壓也反一下方向，則反型層電荷由空穴組成，即為P型溝導(dǎo)CCD。實(shí)際上因?yàn)椴牧现腥狈ι贁?shù)載流子，當(dāng)外加?xùn)艍撼^(guò)閾值時(shí)反型層不能立即形成；所以在這短暫時(shí)間內(nèi)耗盡區(qū)就更向半導(dǎo)體內(nèi)延伸，呈深度耗盡狀態(tài)，深度耗盡狀態(tài)是CCD的工作狀態(tài)。這時(shí)MOS電客具有存儲(chǔ)電荷的能力。同時(shí)，柵極和襯底之間的絕大部分電壓降落在耗盡區(qū)。如隨后可以獲得少數(shù)載流子，那么耗盡區(qū)將收縮，界面勢(shì)下降，氧化層上的電壓降增加。當(dāng)提供足夠的少數(shù)載流子時(shí)，就建立起新的平衡狀態(tài)，界面勢(shì)降低到材料費(fèi)米能級(jí)中，的2倍。對(duì)于摻雜為每立方厘米1015個(gè)的P型硅半導(dǎo)體，其費(fèi)米能級(jí)為0. 3V。這時(shí)耗盡區(qū)的壓降為0.6V，其余電壓降在氧化層上。