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提问人：网友陈银桑
发布时间：2022-01-07
[判断题]
多中心临床实验是由多位研究者按不同实验方案在不同地点和单位同步进行临床实验。（)
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第4题
线阵CCD的基本特性测试
实验目的
(1)通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分时间下输出信号的测量，进一步掌握线阵CCD的基本特性；
(2)加深认识积分时间对CCD输出信号的影响，掌握驱动频率和积分时间设置与改变的意义；
(3)正确理解线阵CCD器件的光照灵敏度的概念与饱和“溢出”的效应。
实验准备内容
(1)阅读实验指导书，了解实验目的、内容及原理；
(2)学习掌握线阵CCD的基本工作原理(参考《光电检测技术》教材第5章第4节中有关内容)。
(3)学习掌握TCD2252D线阵CCD基本工作原理(参考附录中的特性参数表)。
实验所需仪器设备
(1)双踪同步示波器(带宽50MHz以上)一台。
(2)彩色线阵CCD多功能实验仪YHLCCD-IV一台。
实验内容
通过对典型线阵CCD的输出信号和驱动脉冲相位关系的测量，掌握线阵CCD的基本特性。特别注意对积分时间、驱动频率、输出信号幅度等的测量结果的分析。找出积分时间、驱动频率、输出信号幅度间的关系，FC脉冲与输出信号的相位关系，说明FC脉冲的作用。具体实验作下列2项检测：
1．驱动频率变化对CCD输出波形影响的测量
观测不同驱动频率情况下的输出信号波形，了解它们之间的关系，掌握驱动频率变化对CCD输出波形的影响。
2．积分时间与输出信号的测量
观测不同积分时间情况下的输出信号波形，了解它们之间的关系，掌握积分时间变化对CCD输出波形的影响。
实验基本原理
线阵CCD的特性参数很多，这里只介绍一下同实验有关的驱动脉冲电压的频率，即CCD的工作频率。
1．工作频率的下限f下
CCD是一种非稳态器件，如果驱动脉冲电压变化太慢，则在电荷存贮时间内，MOS电容已向稳态过渡，即热激发产生的少数载流子不断加入到存贮的信号电荷中，会使信号受到干扰，如果热激发产生的少数载流子很快填满势阱，则注入电荷的存贮和转移均成泡影。因此，驱动时钟脉冲电压必须有一个下限频率的限制。为了避免由于热产生的少数载流子对于注入信号的干扰，注入电荷从一个电极转移到下一个电极所用的转移时间t，必须小于少数载流子的平均寿命τ，即
t＜τ
在正常工作条件下，对于三相CCD，
式中T为时钟脉冲的周期，于是可得工作频率的下限为：
(9-1)
对二相与四相CCD有
(9-2a)
(9-2b)
由此可见，CCD的工作频率的下限与少数载流子的寿命τ有关。τ愈长，f下愈低。
2．工作频率的上限f上
由于CCD的电极长度不是无限小，信号电荷通过电极需要一定的时间。若驱动的时钟的脉冲变化太快，在转移势阱中的电荷全部转移到接收势阱中之前，时钟脉冲电压的相位已经变化了，这就使部分剩余电荷来不及转移，引起电荷转移损失。即当工作频率升高时，若电荷本身从一个电极转移到另一个电极所需要的转移时间￡大于驱动脉冲使其转移的时间T/3，那么，信号电荷跟不上驱动脉冲的变化，将会使转移效率大大下降。为此，若要电荷有效地转移，对三相CCD来说，必须使转移时间t≤T/3，即
(9-3)
同样，对二相与四相CCD有
(9-4a)
(9-4b)
这就是电荷自身的转移时间对驱动脉冲频率上限的限制。由于电荷转移的快慢与载流子迁移率、电极长度、衬底杂质浓度和温度等因素有关，因此，对于相同的结构设计，n沟CCD比p沟CCD的工作频率高。
3．驱动脉冲频率f与损失率ε间的关系
三相多晶硅n沟道SCCD实测驱动脉冲频率f与损失率ε之间的关系曲线，如下图所示。由曲线可以看出，表面沟道CCD的驱动脉冲频率的上限为10MHz。高于10MHz后，CCD的转移损失率将急骤增加。这是因为工作频率高于f上，信号电荷来不及转移所致。
如果信号电荷的转移时间t不知道，工作频率的上限f上也可通过电荷的转移损失率ε得到。一般，CCD的势阱中的电量因热扩散作用的衰减的时间常数为τD=10-8s(与所用材料和栅极结构有关)。若使ε不大于要求的转移损失率ε0值，则对三相CCD有f上为
(9-5)
对二相与四相CCD相应有
(9-6a)
(9-6b)
显然，如果上述CCD驱动频率发生变化，将会对CCD的积分时间与输出信号波形产生影响。下面进行的实验，将会对此作出验证。
