在科研观测的星空镜头里，在工业检测的微观视野中，在生物成像的细胞研究中，有一个核心器件始终扮演着 “光学信号捕手” 的关键角色 —— 它就是 CCD（电荷耦合器件）。它凭借高灵敏度、低噪声的优势，至今仍是众多精密光学应用的首选。今天，本文从 CCD 的工作原理入手，拆解那些决定成像质量的核心性能参数。
认识 CCD：光电成像的 “核心大脑”
CCD，是英文 Charge Coupled Device 即电荷耦合器件的缩写，它是在 MOS 晶体管电荷存储器的基础上发展起来的，最突出的特点是以电荷作为信号，而不是以电流或电压作为信号的。
在 P 型或 N 型硅单晶的衬底上生长一层厚度约为 120~150nm 的 SiO2 层，然后按一定次序沉积 m 行 n 列个金属电极或多晶硅电极作为栅极，栅极间隙 约 2.5µm，于是每个电极与其下方的 SiO2 和半导体间构成了一个 MOS 结构， 这种结构再加上输入、输出结构就构成了 m×n 位 CCD（m ＞ 1，n ≥ 1）；当 n=1 时，CCD 器件被称为线阵 CCD ；当 n ＞ 1 时，则为面阵 CCD。
CCD按受光方式可分为前感光和背感光两种。前感光 CCD 由于正面布置着很多电极，光经电极反射和散射，不仅使得响应度大大降低（量子效率通常低于 50%），也因为多次反射产品的干涉效应使光谱响应曲线出现马鞍形的起伏 ；背感光 CCD 由于避免了上述问题，因而响应度大大提高，量子效率可达到 80% 以上。（如图示）
必懂核心参数：决定 CCD 性能的关键
量子效率
量子效率是表征 CCD 芯片对不同波长的光信号的光电转换本领的高低，是 CCD 的一个重要参数。
动态范围
一般定义动态范围是满阱容量与噪声的比值。增大动态范围的途径是降低暗电流和噪声，如采用制冷型 CCD，或选择量子效率更高、像素尺寸更大的 CCD。
噪声：CCD的噪声包含信号噪声、读出噪声和热噪声。
■ 信号噪声是指信号的随机噪声。
■ 读出噪声是电荷转移时产生的噪声，它发生在每次电荷转移过程中，因此与读取的速度有关，读取速度越快，读出噪声也越高。
■ 热噪声是温度引起的噪声，温度越低，热噪声越小。
分辨率
面阵 CCD 的分辨率一般是指空间分辨率，它主要取决于 CCD 芯片的像元 数和像素大小。 当 CCD 与光谱仪配合使用来进行光谱摄制时，其光谱分辨率则与光谱仪的光学色散能力以及 CCD 芯片的像素大小都有关系。
线性度
线性度是表征 CCD 芯片中的不同像元对同一波长的输入信号，其输出信号强度与输入信号强度成比例变化的一致性。
读出速度（帧数）
读出速度是用来表征单位时间内处理数据速度的快慢的参数。读出速度越快，单位时间内获得的信息越多；但同时要注意，读出速度越快，读出噪声越高。
制冷方式
CCD的制冷方式主要有半导体（TE）制冷和液氮制冷。
卓立汉光可提供多种不同种类芯片的高性能制冷型 CCD 和 InGaAs PDA，适用于广阔的光谱测量应用领域，给用户提供最为多样的产品选择性，欢迎咨询。
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