2024年9月17日发(作者：弓小谷)

CMOS 与 CCD 结构及工作原理的对比

固体 CMOS 本来是计算机系统内的一种重要芯片，它可保存系统引导

所需的大量资料。在 20 世纪 70 年代初，有人发现，将 CMOS 引入半导体光敏

二极管后也可作为一种感光传感器，但在分辨率、噪声、功耗和成像质量等方

面都比当时的 CCD 差，因而未获得发展。随着 CMOS 工艺技术的发展，采用

标准的 CMOS 工艺能生产高质量、低成本的 CMOS 成像器件。这种器件便于大

规模生产、其功耗低与成本低廉的特性都是商家们梦寐以求的。如今，CCD 与

CMOS 两者共存，CCD 暂时还是“主流”，但 CMOS 将取代 CCD 而成为 CCD 是

在 MOS 晶体管的基础上发展起来的，其基本结构是 MOS(金属—氧化物—半导

体)电容结构。它是在半导体 P 型硅(si)作衬底的表面上用氧化的办法生成一层厚

度约 1000Å〜1500Å 的 SiO2，再在 SiO2 表面蒸镀一层金属(如铝)，在衬底和金

属电极间加上一个偏置电压(称栅电压)，就构成了一个 MOS 电容器。所以，

CCD 是由一行行紧密排列在硅衬底上的 MOS 电容器阵列构成的。

目前的 CCD 器件均采用光敏二极管代替过去的 MOS 电容器，即在 P 型

Si 衬底上扩散一个 N+区域以形成 P-N 结二极管。通过多晶硅相对二极管反向偏

置，于是在二极管中产生一个定向电荷区(称之为耗尽区)。在定向电荷区中，光

生电子与空穴分离，光生电子被收集在空间电荷区中。空间电荷区对带负电的

电子而言、是一个势能特别低的区域，因此通常又称之为势阱。投射光产生的

光生电荷就储存在这个势阱之中，势阱能够储存的最大电荷量又称之为势阱容

量，势阱容量与所加栅压近似成正比。光敏二极管和 MOS 电容器相比，光敏二

极管具有灵敏度高，光谱响应宽，蓝光响应好，暗电流小等特点。如果将一系

列的 MOS 电容器或光敏二极管排列起来，并以两相、三相或四相工作方式把相

2024年9月17日发(作者：弓小谷)

CMOS 与 CCD 结构及工作原理的对比

固体 CMOS 本来是计算机系统内的一种重要芯片，它可保存系统引导

所需的大量资料。在 20 世纪 70 年代初，有人发现，将 CMOS 引入半导体光敏

二极管后也可作为一种感光传感器，但在分辨率、噪声、功耗和成像质量等方

面都比当时的 CCD 差，因而未获得发展。随着 CMOS 工艺技术的发展，采用

标准的 CMOS 工艺能生产高质量、低成本的 CMOS 成像器件。这种器件便于大

规模生产、其功耗低与成本低廉的特性都是商家们梦寐以求的。如今，CCD 与

CMOS 两者共存，CCD 暂时还是“主流”，但 CMOS 将取代 CCD 而成为 CCD 是

在 MOS 晶体管的基础上发展起来的，其基本结构是 MOS(金属—氧化物—半导

体)电容结构。它是在半导体 P 型硅(si)作衬底的表面上用氧化的办法生成一层厚

度约 1000Å〜1500Å 的 SiO2，再在 SiO2 表面蒸镀一层金属(如铝)，在衬底和金

属电极间加上一个偏置电压(称栅电压)，就构成了一个 MOS 电容器。所以，

CCD 是由一行行紧密排列在硅衬底上的 MOS 电容器阵列构成的。

目前的 CCD 器件均采用光敏二极管代替过去的 MOS 电容器，即在 P 型

Si 衬底上扩散一个 N+区域以形成 P-N 结二极管。通过多晶硅相对二极管反向偏

置，于是在二极管中产生一个定向电荷区(称之为耗尽区)。在定向电荷区中，光

生电子与空穴分离，光生电子被收集在空间电荷区中。空间电荷区对带负电的

电子而言、是一个势能特别低的区域，因此通常又称之为势阱。投射光产生的

光生电荷就储存在这个势阱之中，势阱能够储存的最大电荷量又称之为势阱容

量，势阱容量与所加栅压近似成正比。光敏二极管和 MOS 电容器相比，光敏二

极管具有灵敏度高，光谱响应宽，蓝光响应好，暗电流小等特点。如果将一系

列的 MOS 电容器或光敏二极管排列起来，并以两相、三相或四相工作方式把相