AT & T Bell Labs의 과학자 Williard Boyle과 George E. Smith는 반도체 작업 -bubble-memory는 장치를 설계했으며이를 '충전 버블 장치'라고 부르며 시프트 레지스터로 사용할 수 있습니다.

충전 결합 장치

장치의 기본 특성에 따라 전하를 전송하는 기능이 있습니다. 하나의 저장 커패시터 반도체의 표면을 따라이 원리는 1960 년대 Phillips Research Labs에서 발명 된 Bucket-Brigade Device (BBD)와 유사합니다. 결국 이러한 모든 실험적 연구 활동에서 CCD (Charge Coupled Device)는 1969 년 AT & T Bell Labs에서 발명되었습니다.

CCD (Charge Coupled Device)

전하 결합 장치는 사용되는 애플리케이션에 따라 또는 장치의 설계에 따라 다른 방식으로 정의 할 수 있습니다.

전하 조작을 위해 내부의 전하 이동에 사용되는 장치로, 장치 내의 단계를 통해 신호를 한 번에 하나씩 변경하여 수행됩니다.

CCD 센서로 취급 할 수 있습니다. 디지털 및 비디오 카메라 광전 효과를 통해 이미지를 촬영하고 비디오를 녹화합니다. 캡처 한 빛을 카메라에 기록 된 디지털 데이터로 변환하는 데 사용됩니다.

다음과 같이 정의 할 수 있습니다. 감광성 집적 회로 실리콘 표면에 각인되어 픽셀이라는 감광성 요소를 형성하고 각 픽셀은 전하로 변환됩니다.

사용되는 이산 시간 장치라고합니다. 연속 또는 아날로그 신호 이산 시간에 샘플링.

CCD의 유형

전자 곱셈 CCD, 강화 CCD, 프레임 전송 CCD 및 매립 채널 CCD와 같은 다양한 CCD가 있습니다. CCD는 간단히 전하 전송 장치로 정의 할 수 있습니다. CCD, Smith 및 Boyle의 발명가는 또한 일반 표면 채널 CCD 및 Buried 채널 CCD로 알려진 기타 CCD보다 성능이 크게 향상된 CCD를 발견했으며 주로 실제 응용 분야에 사용됩니다.

충전 결합 된 장치의 작동 원리

광활성 영역 및 시프트 레지스터 전송 영역으로 작용하는 실리콘 에피 택셜 층은 CCD를 사용하여 이미지를 캡처하는 데 사용됩니다.

렌즈를 통해 이미지는 커패시터 어레이로 구성된 광 활성 영역에 투사됩니다. 따라서, 전기 요금은 빛의 세기 해당 위치의 컬러 스펙트럼에서 이미지 픽셀 색상의 각 커패시터에 누적됩니다.

이 커패시터 어레이에 의해 이미지가 감지되면 각 커패시터에 축적 된 전하는 다음 역할을 수행하여 인접한 커패시터로 전송됩니다. 시프트 레지스터 제어 회로에 의해 제어됩니다.

전하 결합 장치 작동

위 그림에서 a, b, c에서 게이트 단자에인가 된 전압에 따른 전하 패킷의 전송을 보여줍니다. 마지막으로 배열에서 마지막 커패시터의 전하는 전하가 전압으로 변환되는 전하 증폭기로 전달됩니다. 따라서 이러한 작업의 연속적인 작동에서 반도체의 커패시터 어레이의 전체 전하가 일련의 전압으로 변환됩니다.

“6옴 저항 색상 코드 ”

이 전압 시퀀스는 샘플링되고 디지털화되어 디지털 카메라와 같은 디지털 장치의 경우 메모리에 저장됩니다. 아날로그 비디오 카메라와 같은 아날로그 장치의 경우이 일련의 전압이 저역 통과 필터에 공급되어 연속 아날로그 신호를 생성 한 다음 신호가 전송, 기록 및 기타 목적으로 처리됩니다. 전하 결합 소자 원리와 심층적으로 작동하는 전하 결합 소자를 이해하려면 주로 다음 매개 변수를 이해해야합니다.

전하 이전 프로세스

Bucket Brigade 스타일의 다양한 방식을 사용하여 충전 패킷을 셀에서 셀로 이동할 수 있습니다. 2 상, 3 상, 4 상 등 다양한 기술이 있습니다. 모든 셀은 n 상 방식으로 통과하는 n 선으로 구성됩니다. 전위 우물의 높이는 전송 클럭에 연결된 각 와이어를 사용하여 제어됩니다. 충전 패킷은 전위 우물의 높이를 변경하여 CCD 라인을 따라 밀고 당길 수 있습니다.

전하 이전 프로세스

3 상 전하 전달을 고려하면, 위 그림에서 모양은 동일하지만 위상이 다른 3 개의 클럭 (C1, C2 및 C3)이 표시됩니다. 게이트 B가 높아지고 게이트 A가 낮아지면 전하가 A 공간에서 B 공간으로 이동합니다.

CCD 아키텍처

픽셀은 병렬 수직 레지스터 또는 수직 CCD (V-CCD) 및 병렬 수평 레지스터 또는 수평 CCD (H-CCD)를 통해 전송 될 수 있습니다. 전하 또는 이미지는 전체 프레임 판독, 프레임 전송 및 인터 라인 전송과 같은 다양한 스캐닝 아키텍처를 사용하여 전송할 수 있습니다. 전하 결합 장치 원리는 다음 전송 방식으로 쉽게 이해할 수 있습니다.

1. 전체 프레임 판독

전체 프레임 판독

광 입력을 차단하고 병렬 수직 레지스터 또는 수직 CCD 및 병렬 수평 레지스터 또는 수평 CCD를 통해 전하가 통과하는 동안 번짐을 방지하기 위해 여러 응용 분야에서 셔터가 필요한 가장 간단한 스캔 아키텍처입니다. 직렬로 출력.

2. 프레임 전송

프레임 전송

버킷 브리 게이드 프로세스를 사용하여 이미지를 이미지 어레이에서 불투명 프레임 스토리지 어레이로 전송할 수 있습니다. 시리얼 레지스터를 사용하지 않기 때문에 다른 프로세스에 비해 빠른 프로세스입니다.

3. 인터 라인 전송

“태양열 스토브를 만드는 방법 ”

인터 라인 환승

각 픽셀은 포토 다이오드와 불투명 전하 저장 셀로 구성됩니다. 그림에서 볼 수 있듯이 이미지 전하는 먼저 빛에 민감한 PD에서 불투명 V-CCD로 전송됩니다. 이 전송은 이미지가 숨겨 지므로 한 번의 전송주기에서 이미지 번짐을 최소화하므로 가장 빠른 광학 셔터 링을 얻을 수 있습니다.

CCD의 MOS 커패시터

모든 CCD 셀에는 표면 채널과 매립 채널 MOS 커패시터가 모두 CCD 제조에 사용되지만 금속 산화물 반도체가 있습니다. 그러나 자주 CCD는 P 형 기판에 제작 이를 위해 매립형 채널 MOS 캐패시터를 사용하여 제조하여 얇은 N 형 영역이 표면에 형성됩니다. 이산화 규소 층은 N 영역의 상단에 절연체로 성장하고 게이트는이 절연 층에 하나 이상의 전극을 배치하여 형성됩니다.

CCD 픽셀

광자가 실리콘 표면에 부딪 힐 때 광전 효과로 자유 전자가 형성되고 진공으로 인해 동시에 양전하 또는 정공이 생성됩니다. 정공과 전자의 재결합에 의해 형성된 열 변동이나 열을 계산하는 어려운 과정을 선택하는 대신 전자를 수집하고 계산하여 이미지를 생성하는 것이 바람직합니다. 이것은 실리콘 표면의 광자를 양의 편향된 별개의 영역으로 쳐서 생성 된 전자를 끌어 당김으로써 달성 할 수 있습니다.

CCD 픽셀

“MOSFET을 만드는 방법 ”

풀 웰 용량은 각 CCD 픽셀이 보유 할 수있는 최대 전자 수로 정의 할 수 있으며 일반적으로 CCD 픽셀은 10ke에서 500ke까지 보유 할 수 있지만 픽셀의 크기에 따라 다릅니다 (더 많은 전자가 저장할 수있는 크기가 클수록 축적).

CCD 냉각

CCD 냉각

일반적으로 CCD는 저온에서 작동하며 열 에너지는 부적절한 전자를 실제 이미지 광전자와 구별 할 수없는 이미지 픽셀로 여기시키는 데 사용될 수 있습니다. 소음을 발생시키는 암전류 과정이라고합니다. 총 암전류 생성은 특정 제한으로 냉각 6 ~ 70 회마다 2 배씩 감소 할 수 있습니다. CCD는 -1200 미만에서 작동하지 않으며 암전류에서 발생하는 총 소음은 대피 된 환경에서 열적으로 절연하여 -1000 주변을 냉각하여 제거 할 수 있습니다. CCD는 액체 질소, 열전기 냉각기 및 기계식 펌프를 사용하여 자주 냉각됩니다.

CCD의 양자 효율

광전자 생성 속도는 CCD 표면에 입사되는 빛에 따라 달라집니다. 광자를 전하로 변환하는 것은 여러 요인에 의해 발생하며 양자 효율이라고합니다. 다른 빛 감지 기술에 비해 CCD의 경우 25 % ~ 95 % 범위가 더 좋습니다.

전면 조명 장치의 양자 효율

전면 조명 장치는 들어오는 방사선을 감쇠시켜 빛이 게이트 구조를 통과 한 후 신호를 생성합니다.

후면 조명 장치의 양자 효율

후면 조명 또는 후면 박막화 CCD는 장치 아래쪽에 과잉 실리콘으로 구성되며, 이는 광전자 생성을 제한없이 허용하는 방식으로 각인됩니다.

따라서이 기사는 CCD 스캐닝 아키텍처, 전하 전달 프로세스, CCD의 MOS 커패시터, CCD 픽셀, CCD의 냉각 및 양자 효율과 같은 다양한 매개 변수를 고려한 CCD 및 그 작동 원리에 대한 간략한 설명과 간략하게 마무리합니다. CCD 센서가 자주 사용되는 일반적인 응용 분야를 알고 있습니까? CCD의 작업 및 적용에 대한 자세한 정보는 아래에 의견을 게시하십시오.