電荷耦合器（CCD）的特性參數

CCD器件的物理性能可以用特性參數描述，它的特性參數可分為內部參數和外部參數兩類。內部參數描述的是與CCD存儲和轉移信號電荷有關的特性（或能力），是器件理論設計的重要依據；外部參數描述的是與CCD應用有關的性能指標，是應用CCD器件時必不可少的。

1、電荷轉移效率和轉移損失率

  電荷轉移效率是表征CCD器件性能好壞的一個重要參數。如果上一電極原有的信號電荷量為Q₀，轉移到下一個電極下的信號電荷量為Q₁，兩者的比值稱為轉移效率，即

               η=Q₁/Q₂×100%

在電荷轉移過程中，沒有被轉移的電荷量設為Q’=Q₁-Q₀，Q’與原信號電荷Q₀之比記作ε，即 ε= Q’/Q₀=ηⁿ=（1-ε）ⁿ

對于一個二相CCD，若移動m位，則n=2m。如果η=99.9%，m=512，最后輸出的電荷量將為初始電荷量的36%，可見信號衰減比較嚴重；當η=99.9%時，此時Q_n/Q₀≈0.9。所以，若要保證總效率在99%以上，轉移效率必須達到99.99%以上。一個CCD器件如果總轉移效率太低，就失去使用價值，也就是說，如果η一定，那么器件的位數就受到限制。

 影響轉移效率的因素包括自感應電場、熱擴散、邊緣電場以及電荷表面態及體內缺陷的相互作用等等，其中最主要的因素還是表面態對信號電荷的俘獲。

2、工作頻率

  由于CCD器件是工作在MOS的非平衡狀態，所以驅動脈沖頻率的旋轉顯得十分重要。頻率太低，熱激發的少數載流子過多的填入勢阱從而降低了輸出信號的信噪比。頻率太高，又會降低總轉移效率，減小了輸出信號幅值，同樣降低了信噪比。

  為了避免熱激所產生的少數載流子對信號電荷的影響，信號電荷從一個電極轉移到另一個電極的轉移事件t₁必須小于少數載流子的壽命τ。對于三相CCD，一個電極的轉移時間內需要完成三相臍動脈沖周期T_1，因此，可以推算出各相的驅動脈沖工作頻率下限f₁

  3/f_L=3T_L=t₁<τ  所以f_L≥3/τ

  另一方面，如果驅動脈沖的工作頻率下限f_L取得太高，又會導致部分電荷來不及轉移而使轉移損失率增大。假定達到要求轉移效率η所需的轉移時間為t₂，則給予信號電荷從一個電極轉移到另一個電極的轉移時間Th應大于或等于t₂.以三相CCD為例，根據轉移時間Th可以推算出驅動脈沖的工作頻率的上線f_h

    T_h/3=1/（3f_h）≥t2

      f_h≤（3t2）^-1

CCD器件的工作頻率應選擇在下限f_L和上線f_h之間

3、電荷儲存量

  CCD的電荷儲存容量表示在電極下的勢阱中能容納的電荷量。由前面的介紹可知，CCD是由一系列的MOs電容構成的，它對電荷的存儲能力可以近似的當做電容對電荷的存儲來分析。

4、靈敏度

  靈敏度定義為入射在CCD像元上的單位能流密度σ所產生的輸出電壓Us的大小。

5、分辨率

  CCD是由離散的像元組成的，在一定的測試條件下，它能傳感的景象光學信息的最小空間分布，稱為分辨率，用Tx表示。

6、光譜響應

 CCD的光譜響應是指器件在相同光能量照射下，輸出的電壓Us與光譜長λ之間的關系，光譜響應率由器件光敏區材料決定。光譜響應隨光波長的變化而變化的關系稱為光譜響應函數（或曲線）。