CCD（Charge Coupled Device）是一种重要的表界面光电器件，具有体积小、高分辨率、灵敏度高、低噪声、高动态范围、工作电压低等特点，在要求高帧速、高分辨率及高像素的工业、医学及军事等高端应用领域，CCD有着绝对的优势。影响CCD器件电性能及力学性能的因素有很多，如器件结构、栅介质材料、介质层厚度、退火等工艺条件及环境应力等。国内外研究报道侧重于改变器件结构、加工退火等工艺条件来改善器件的电参数及抗辐照性能，而对复合栅介质厚度及厚度配比对CCD器件电性能和力学性能影响的研究报道较少。本文主要研究复合栅介质Si₃N₄和SiO₂厚度及厚度配比对CCD器件电性能和力学性能影响。采用ANSYS模拟研究了CCD复合栅介质结构热应力应变；制备并测试了不同复合栅介质厚度样品的界面态密度和力学性能；根据试验测试结果、ANSYS模拟结果及文献资料，分析了Si₃N₄和SiO₂层厚度及厚度配比对CCD器件界面态、暗电流、电荷转移效率等主要电参数和结构应力应变等力学性能的影响；并从器件特性、器件工艺及可靠性的角度，分析讨论了选择合适的复合栅介质Si₃N₄和SiO₂厚度及厚度配比的情况。具体研究内容如下：CCD复合栅介质Si₃N₄/SiO₂结构热应力应变的模拟研究。确定了复合栅介质结构热应力应变ANSYS模拟方法，其中包括模型的建立、模拟流程的设定及参数的设置等，对比分析了全模型、1/4模型及2D模型的优缺点，并验证了模拟方法的合理性；采用ANSYS模拟了CCD复合栅介质结构热应力应变，得到了结构热应力应变分布、应变极值、及热应力应变与系列介质层厚度的关系；并讨论了热应力应变对CCD复合栅介质性能、器件工艺及可靠性影响。模拟分析结果表明：各层薄膜热应力基本恒定，与介质层厚度无关。结构整体应变呈环状分布，应变极值位于中心；应变随着复合栅介质厚度增大而增大，且Si₃N₄厚度对应变的影响大于SiO₂。CCD复合栅介质器件主要电参数与Si₃N₄和SiO₂厚度及厚度配比的关系研究。制备了4组不同厚度配比复合栅介质7个样品，并测试分析了其界面态参数；综合试验测试结果、文献报道数据和CCD主要电参数模型，分析了主要电参数与复合栅介质Si₃N₄/SiO₂厚度及厚度配比的关系。研究结果表明：Si₃N₄/SiO₂厚度为80/60的样品工艺最稳定，能得到较好的电性能；复合栅介质Si₃N₄:SiO₂厚度配比在M=1附近及M>4.5范围较其他厚度配比区间有更好的电性能；SiO₂厚度小于10²0nm、Si₃N₄/SiO₂厚度配比M太大，可能会导致界面质量不稳定，而使器件电性能变差。CCD复合栅介质结构力学性能与Si₃N₄和SiO₂厚度及厚度配比的关系研究。测试分析了不同厚度配比复合栅介质样品的力学性能；综合试验测试结果、ANSYS模拟结果和文献报道数据，研究了复合栅介质厚度及厚度配比对结构力学性能的影响。研究结果表明：为了适度减小界面态密度，Si₃N₄厚度应该适当增大，SiO₂膜厚度适当减小，Si₃N₄:SiO₂厚度配比M尽量增大；但为了不影响后续光刻对准工艺的问题，Si₃N₄厚度不能过大。本文基于CCD参数的理论模型，结合有限元软件模拟、力学性能测试和高精度界面态测量，建立了CCD器件电性能和力学性能与复合栅介质厚度及厚度配比的对应关系，并从器件特性、器件工艺及可靠性的角度，给出了合适的Si₃N₄和SiO₂厚度及厚度配比，本研究为CCD器件设计提供有效参考及理论依据。