Научници Виллиард Боиле и Георге Е. Смитх из компаније АТ&Т Белл Лабс, док радећи на полупроводнику -буббле-мемори је дизајнирао уређај и назвао га „Уређај са мехурићима за пуњење“, који се може користити као Схифт Регистер.
Напуни укључени уређај
Према основној природи уређаја, он има могућност преноса наелектрисања један кондензатор за складиштење до следећег, дуж површине полупроводника, и овај принцип је сличан уређају Буцкет-Бригаде (ББД), који је изумљен 1960-их у Пхиллипс Ресеарцх Лабс. На крају, од свих таквих експерименталних истраживачких активности, Цхарге Цоуплед Девице (ЦЦД) изумљен је у АТ&Т Белл Лабс 1969. године.
Уређај спојен на пуњење (ЦЦД)
Уређаји повезани наелектрисањем могу се дефинисати на различите начине у складу са апликацијом за коју се користе или на основу дизајна уређаја.
То је уређај који се користи за кретање електричног наелектрисања унутар њега за манипулацију пуњењем, а врши се променом сигнала кроз фазе у уређају један по један.
Може се третирати као ЦЦД сензор који се користи у дигиталне и видео камере за снимање слика и снимање видео записа путем фотоелектричног ефекта. Користи се за претварање заробљене светлости у дигиталне податке, које снима камера.
Може се дефинисати као интегрисано коло осетљиво на светлост утиснути на силицијумску површину да би формирали елементе осетљиве на светлост који се називају пиксели, а сваки пиксел се претвара у електрични набој.
Назван је уређајем за дискретно време за који се користи континуирани или аналогни сигнал узорковање у дискретним временима.
Врсте ЦЦД-а
Постоје различити ЦЦД-ови попут ЦЦД-а са умножавањем електрона, интензивирани ЦЦД-ови, ЦЦД-ови за пренос оквира и ЦЦД-ови са закопаним каналом. ЦЦД се може једноставно дефинисати као уређај за пренос пуњења. Изумитељи ЦЦД-а, Смитх и Боиле, такође су открили ЦЦД са знатно обогаћеним перформансама од општег ЦЦД-а са површинским каналом и других ЦЦД-а познат је као ЦЦД са закопаним каналом и углавном се користи за практичне примене.
Начело рада напуњеног уређаја
За снимање слика помоћу ЦЦД-а користе се силицијум-епитаксијални слој који делује као фотоактивни регион и регион преноса-преноса-пренос.
Кроз сочиво слика се пројектује на фотоактивно подручје које се састоји од кондензаторског низа. Дакле, електрични набој пропорционалан интензитет светлости боје пиксела слике у спектру боја на тој локацији акумулира се на сваком кондензатору.
Ако овај низ кондензатора детектује слику, тада се електрични набој акумулиран у сваком кондензатору преноси на његов суседни кондензатор извођењем као смена регистар контролише управљачки круг.
Рад уређаја са спрегом пуњења
На горњој слици, од а, б и ц, приказан је пренос пакета наелектрисања према напону који се примењује на терминале капија. Напокон, у низу се електрични набој последњег кондензатора преноси у појачало наелектрисања у којем се електрични набој претвара у напон. Дакле, из непрекидног рада ових задатака, читави набоји низа кондензатора у полупроводнику се претварају у низ напона.
Ова секвенца напона се узоркује, дигитализује и затим чува у меморији у случају дигиталних уређаја као што су дигитални фотоапарати. У случају аналогних уређаја као што су аналогне видео камере, овај низ напона се доводи у нископропусни филтер да би се произвео континуирани аналогни сигнал, а затим се сигнал обрађује за пренос, снимање и у друге сврхе. Да би се разумео принцип уређаја са спојеним набојем и уређаја који је повезан са наелектрисањем, а који раде у дубини, пре свега треба разумети следеће параметре.
Процес преноса наплате
Пакети пуњења могу се премештати из ћелије у ћелију помоћу многих шема у стилу Буцкет Бригаде. Постоје разне технике попут двофазне, трофазне, четверофазне итд. Свака ћелија се састоји од н-жица које пролазе кроз њу у схеми н-фазе. Висина потенцијалних бунара контролише се употребом сваке жице повезане за пренос сата. Пакети пуњења могу се гурати и повлачити дуж линије ЦЦД-а променом висине потенцијалне бушотине.
Процес преноса наплате
Размотрите трофазни пренос наелектрисања, на горњој слици су приказана три сатова (Ц1, Ц2 и Ц3) који су идентичног облика, али у различитим фазама. Ако капија Б пређе високо, а капија А ниско, тада ће се наелектрисање из простора А пребацити у простор Б.
Архитектура ЦЦД-а
Пиксели се могу преносити кроз паралелне вертикалне регистре или вертикални ЦЦД (В-ЦЦД) и паралелне хоризонталне регистре или хоризонтални ЦЦД (Х-ЦЦД). Наелектрисање или слика могу се пренети помоћу различитих архитектура скенирања, као што су читав читав кадар, пренос оквира и интерлине пренос. Начело уређаја повезаног на пуњење може бити лако разумљиво са следећим шемама преноса:
1. Читање у целом кадру
Читање у целом кадру
То је најједноставнија архитектура скенирања која захтијева затварач у бројним апликацијама да би прекинула улаз светлости и избегла размазивање током проласка наелектрисања кроз паралелно-вертикалне регистре или вертикалне ЦЦД и паралелно-хоризонталне регистре или хоризонтални ЦЦД, а затим их пребацила у излаз у серији.
2. Пренос оквира
Фраме Трансфер
Коришћењем процеса сегмента бригаде слика се може пренети из низа слика у непрозирни низ оквира за складиштење. Како не користи ниједан серијски регистар, то је брз процес у поређењу са другим процесима.
3. Интерлине трансфер
Интерлине Трансфер
Сваки пиксел се састоји од фотодиоде и непрозирне ћелије за складиштење наелектрисања. Као што је приказано на слици, набој слике се прво преноси са ПД осетљивог на светлост на непрозирни В-ЦЦД. Овај пренос, пошто је слика сакривена, у једном циклусу преноса ствара минимални размаз слике, стога се може постићи најбрже оптичко окидање.
МОС кондензатор ЦЦД
Свака ЦЦД ћелија има метал-оксидни полупроводник, иако се у производњи ЦЦД-а користе и површински и МОС кондензатори са закопаним каналом. Али често су ЦЦД произведено на подлози типа П и произведен коришћењем МОС кондензатора са закопаним каналом за овај танки регион Н-типа формира се на његовој површини. Слој силицијум диоксида се узгаја као изолатор на врху Н-региона, а капије се формирају постављањем једне или више електрода на овај изолациони слој.
ЦЦД пиксел
Слободни електрони настају из фотоелектричног ефекта када фотони ударе у површину силицијума, а због вакуума ће истовремено настати позитивно наелектрисање или рупа. Уместо да одаберете тежак процес бројања топлотних флуктуација или топлоте настале рекомбиновањем рупе и електрона, пожељно је сакупљати и бројати електроне да би се добила слика. То се може постићи привлачењем електрона генерисаних ударањем фотона на површину силицијума ка позитивно пристрасним различитим областима.
ЦЦД пиксел
Капацитет пуне јаме може се дефинисати као максимални број електрона који може држати сваки ЦЦД пиксел и, обично, ЦЦД пиксел може садржати 10ке до 500ке, али то зависи од величине пиксела (што је већа величина више електрона бити акумулиран).
ЦЦД хлађење
ЦЦД хлађење
Генерално ЦЦД-ови раде на ниским температурама, а топлотна енергија се може користити за узбуђивање неприкладних електрона у сликовне пикселе који се не могу разликовати од фотоелектрона са стварном сликом. То се назива процесом тамне струје који генерише буку. Укупна производња тамне струје може се смањити два пута за сваких 6 до 70 хлађења са одређеним ограничењима. ЦЦД не раде испод -1200 и укупан шум створен мрачном струјом може се уклонити хлађењем око -1000, термичком изолацијом у евакуисаном окружењу. ЦЦД се често хладе употребом течног азота, термоелектричним хладњацима и механичким пумпама.
Квантна ефикасност ЦЦД-а
Брзина стварања фотоелектрона зависи од светлости која пада на површину ЦЦД-а. Претварању фотона у електрични набој доприносе многи фактори и назива се квантном ефикасношћу. За ЦЦД-ове је у бољем опсегу од 25% до 95% у односу на друге технике откривања светлости.
Квантна ефикасност уређаја са предњим осветљењем
Уређај са предњим осветљењем генерише сигнал након што светлост пролази кроз структуру капије пригушивањем долазног зрачења.
Квантна ефикасност уређаја са позадинским осветљењем
ЦЦД са позадинским осветљењем или разређеним позадином састоји се од вишка силицијума на доњој страни уређаја, који је утиснут на начин који неограничено омогућава стварање фотоелектрона.
Овај чланак стога завршава кратким описом ЦЦД-а и његовог принципа рада који узима у обзир различите параметре као што су ЦЦД скенирање архитектуре, процес преноса набоја, МОС кондензатор ЦЦД-а, ЦЦД пиксел, хлађење и квантна ефикасност ЦЦД-а укратко. Да ли знате типичне примене у којима се ЦЦД сензор често користи? Пошаљите своје коментаре у наставку за детаљне информације о раду и примени ЦЦД-а.
