CCD , dispozitiv cuplat cu încărcare ( eng. CCD, dispozitiv cuplat cu sarcină ) este o denumire generală pentru o clasă de dispozitive semiconductoare care utilizează tehnologia transferului controlat de încărcare în volumul unui semiconductor.
Cel mai proeminent reprezentant al dispozitivelor din această clasă este matricea CCD .
Numele CCD înseamnă dispozitiv cuplat la sarcină și reflectă modul în care este citit potențialul electric prin deplasarea sarcinii de la un element la altul.
Un dispozitiv CCD este format din polisiliciu separat de un substrat de siliciu, în care, atunci când tensiunea este aplicată prin porți din polisiliciu, potențialele electrice din apropierea electrozilor se modifică . Un element al matricei CCD este format din trei sau patru electrozi. O tensiune pozitivă pe unul dintre electrozi creează un puț de potențial, unde electronii ies în fugă din zona vecină. Comutarea secvențială a tensiunii de pe electrozi mută bine potențialul și, în consecință, electronii din acesta, într-o anumită direcție. Deci există o mișcare de-a lungul unui rând al matricei.
Dacă vorbim despre o linie CCD, atunci sarcina din linia sa unică „curge” către etapele de amplificare a ieșirii și acolo este convertită într-un nivel de tensiune la ieșirea microcircuitului.
Pentru o matrice formată din mai multe linii video, încărcarea de la elementele de ieșire ale fiecărei linii ajunge în celula unui alt dispozitiv de schimbare, de obicei aranjat exact în același mod, dar funcționând la o frecvență de schimbare mai mare.
Pentru a utiliza un CCD ca dispozitiv fotosensibil, unii dintre electrozi sunt transparenți. [unu]
Dispozitivul cuplat cu încărcare a fost inventat în 1969 de Willard Boyle și George Smith la AT&T Bell Labs . Laboratoarele au lucrat la videotelefonie (telefon cu imagine) și la dezvoltarea „memoriei cu bule de semiconductor” ( memoria cu bule de conductor ). Combinând cele două, Boyle și Smith au dezvoltat ceea ce au numit „dispozitive cu bule de încărcare”. Sensul proiectului a fost de a muta sarcina de-a lungul suprafeței semiconductorului. Deoarece dispozitivele cuplate cu încărcare au început să fie dispozitive de memorie, se putea plasa o încărcare doar în registrul de intrare al dispozitivului. Dar a devenit clar că dispozitivul este capabil să primească o încărcare datorită efectului fotoelectric , adică imaginile pot fi create folosind electroni.
În 1970, cercetătorii Bell Labs au învățat cum să capteze imagini folosind linii CCD (în care elementele de recepție a luminii sunt situate pe una sau mai multe linii). Astfel, a fost creat pentru prima dată un dispozitiv fotovoltaic cuplat la sarcină. [2]
Ulterior, sub conducerea lui Kazuo Iwama , Sony s-a implicat activ în CCD-uri, investind masiv în acest lucru și a reușit să producă în serie CCD-uri pentru camerele lor video . Iwama a murit în august 1982 . Un cip CCD a fost plasat pe piatra funerară lui pentru a comemora contribuțiile sale. [3]
Din 1975, a început introducerea activă a matricelor CCD de televiziune . Și în 1989 au fost folosite în aproape 97% din toate camerele TV .
În ianuarie 2006, W. Boyle și J. Smith au primit premiul Draper al Academiei Naționale de Inginerie din SUA pentru munca lor la CCD . În octombrie 2009, fiecare „a primit” un sfert din Premiul Nobel pentru Fizică .
Înflorirea (sau înflorirea) ( înflorirea în engleză - aureolă, estomparea imaginii) într-un CCD este efectul de „împrăștiere” a încărcăturii în exces din zonele supraexpuse ale matricei CCD în celulele învecinate. Motivul principal al apariției este capacitatea limitată a puțului de potențial pentru fotoelectroni din celulă. Înflorirea are o formă simetrică caracteristică, determinată de geometria aranjamentului elementelor pe matrice. Din aproximativ 2006, înflorirea nu mai apare în majoritatea dispozitivelor de amatori, deoarece acestea au început să folosească circuite speciale anti-înflorire care îndepărtează electronii în exces din celule. Cu toate acestea, îndepărtarea electronilor pe măsură ce puțul de potențial este umplut duce la o neliniaritate a caracteristicii CCD și face măsurătorile dificile. Prin urmare, CCD-urile fără circuite anti-înflorire sunt încă folosite în scopuri științifice, iar înflorirea poate fi adesea văzută, de exemplu, în fotografiile prin satelit și imaginile sondelor interplanetare.