A CCD , töltéscsatolt eszköz ( eng. CCD, charge-coupled device ) a félvezető eszközök azon osztályának általános megjelölése, amelyek a félvezető térfogatában szabályozott töltésátvitel technológiáját használják.
Az ebbe az osztályba tartozó eszközök legszembetűnőbb képviselője a CCD mátrix .
A CCD elnevezés a töltéscsatolt eszközt jelenti, és az elektromos potenciál leolvasásának módját tükrözi a töltés elemről elemre történő eltolásával .
A CCD-eszköz egy szilíciumhordozótól elválasztott poliszilíciumból áll, amelyben a poliszilícium-kapukon keresztüli feszültség hatására az elektródák közelében lévő elektromos potenciál megváltozik . A CCD tömb egyik elemét három vagy négy elektróda alkotja. Pozitív feszültség az egyik elektródán potenciálkutat hoz létre, ahová az elektronok a szomszédos zónából rohannak. A feszültség szekvenciális kapcsolása az elektródákon jól mozgatja a potenciált, és ennek következtében a benne lévő elektronokat egy bizonyos irányba. Tehát mozgás van a mátrix egyik sora mentén.
Ha CCD vonalról beszélünk, akkor az egyetlen vonalában lévő töltés „áram” a kimeneti erősítő fokozatokhoz, és ott a mikroáramkör kimenetén feszültségszintté alakul.
Egy sok videovonalból álló mátrixnál az egyes sorok kimeneti elemeinek töltése egy másik, általában pontosan ugyanígy elhelyezett, de magasabb eltolási frekvencián működő váltóeszköz cellájába kerül.
A CCD fényérzékeny eszközként való használatához néhány elektródát átlátszóvá kell tenni. [egy]
A töltéscsatolt eszközt 1969-ben Willard Boyle és George Smith találta fel az AT&T Bell Labs -nál . A laboratóriumok a videotelefonon (képes telefon) és a "félvezető buborékmemória" (vezető buborékmemória ) fejlesztésén dolgoztak . A kettőt kombinálva Boyle és Smith kifejlesztette az úgynevezett "töltőbuborékos eszközöket". A projekt célja az volt, hogy a töltést a félvezető felülete mentén mozgassa. Mivel a töltéscsatolt eszközök memóriaeszközként kezdtek életet, töltést csak az eszköz bemeneti regiszterében lehetett elhelyezni. De világossá vált, hogy a készülék a fotoelektromos effektusnak köszönhetően képes töltést fogadni , vagyis elektronok segítségével képeket lehet létrehozni.
1970-ben a Bell Labs kutatói megtanulták, hogyan készítsenek képeket CCD-vonalak segítségével (amelyekben a fényt vevő elemek egy vagy több sorban helyezkednek el). Így először jött létre töltéscsatolt fotovoltaikus eszköz. [2]
Ezt követően Kazuo Iwama vezetésével a Sony aktívan részt vett a CCD-k területén, jelentős befektetéseket fektetve ebbe, és képes volt CCD-ket tömegesen gyártani videokameráihoz . Iwama 1982 augusztusában halt meg . Sírkövére CCD chipet helyeztek, hogy emlékezzenek munkásságáról. [3]
1975 óta megkezdődött a televíziós CCD-mátrixok aktív bevezetése . 1989 -ben pedig az összes TV-kamera csaknem 97%-ában használták őket .
2006 januárjában W. Boyle és J. Smith elnyerte az US National Academy of Engineering Draper-díját a CCD-n végzett munkájukért . 2009 októberében mindegyik „megkapta” a fizikai Nobel-díj egynegyedét .
A CCD-ben a virágzás (vagy virágzás) ( angolul blooming - halo, elmosódott a kép) a CCD-mátrix túlexponált területeiről a szomszédos cellákba való túlzott töltés "terjedésének" hatása. Az előfordulás fő oka a cellában lévő fotoelektronok potenciálkútjának korlátozott kapacitása. A virágzásnak jellegzetes szimmetrikus alakja van, amelyet a mátrixon lévő elemek elrendezésének geometriája határozza meg. Körülbelül 2006 óta a virágzás már nem jelenik meg a legtöbb amatőr készülékben, mivel elkezdtek speciális virágzásgátló áramköröket használni, amelyek eltávolítják a felesleges elektronokat a sejtekből. Azonban az elektronok eltávolítása a potenciálüreg feltöltésekor a CCD karakterisztikája nemlinearitásához vezet, és megnehezíti a mérést. Ezért a virágzásgátló áramkörök nélküli CCD-ket továbbra is tudományos célokra használják, és a virágzás gyakran megfigyelhető például a műholdfelvételeken és a bolygóközi szondák felvételein.