CCD , charge-coupled device ( angl. CCD , charge-coupled device ) je obecné označení pro třídu polovodičových součástek , které využívají technologii řízeného přenosu náboje v objemu polovodiče.
Nejvýraznějším představitelem zařízení této třídy je matice CCD .
Název CCD znamená zařízení s nábojovou vazbou a odráží způsob, jakým je čten elektrický potenciál přesouváním náboje z prvku na prvek.
CCD zařízení se skládá z polysilikonu odděleného od křemíkového substrátu, ve kterém se při přivedení napětí přes polysilikonová hradla mění elektrické potenciály v blízkosti elektrod . Jeden prvek CCD pole je tvořen třemi nebo čtyřmi elektrodami. Kladné napětí na jedné z elektrod vytváří potenciálovou jámu, kam se řítí elektrony ze sousední zóny. Postupné přepínání napětí na elektrodách posouvá potenciálovou jámu a následně i elektrony v ní v určitém směru. Dochází tedy k pohybu podél jednoho řádku matice.
Pokud mluvíme o CCD lince, pak náboj v její jediné linii „teče“ do výstupních zesilovacích stupňů a tam se převádí na napěťovou úroveň na výstupu mikroobvodu.
Pro matici sestávající z mnoha obrazových řádků končí náboj z výstupních prvků každého řádku v buňce jiného posuvného zařízení, obvykle uspořádaného přesně stejným způsobem, ale pracující s vyšší posuvovou frekvencí.
Pro použití CCD jako fotosenzitivního zařízení jsou některé elektrody průhledné. [jeden]
Zařízení s nábojovou vazbou vynalezli v roce 1969 Willard Boyle a George Smith v AT&T Bell Labs . Laboratoře pracovaly na videotelefonii (obrazový telefon) a vývoji "polovodičové bublinkové paměti" (vodičové bublinkové paměti ). Spojením těchto dvou Boyle a Smith vyvinuli to, co nazývali „zařízení s nábojovou bublinou“. Smyslem projektu bylo přesunout náboj po povrchu polovodiče. Vzhledem k tomu, že zařízení s nábojem začala žít jako paměťová zařízení, bylo možné umístit náboj pouze do vstupního registru zařízení. Ukázalo se však, že zařízení je schopno přijímat náboj díky fotoelektrickému jevu , to znamená, že obrazy lze vytvářet pomocí elektronů.
V roce 1970 se výzkumníci Bell Labs naučili, jak zachycovat snímky pomocí CCD čar (ve kterých jsou prvky přijímající světlo umístěny v jedné nebo více liniích). Tak bylo poprvé vytvořeno fotovoltaické zařízení s nábojovou vazbou. [2]
Následně, pod vedením Kazuo Iwama , se Sony aktivně zapojila do CCD, do toho značně investovala a byla schopna hromadně vyrábět CCD pro své videokamery . Iwama zemřel v srpnu 1982 . Na jeho náhrobek byl umístěn CCD čip jako připomínka jeho zásluh. [3]
Od roku 1975 začalo aktivní zavádění televizních CCD matic . A v roce 1989 byly použity v téměř 97 % všech televizních kamer .
V lednu 2006 byli W. Boyle a J. Smith oceněni Draperovou cenou americké Národní akademie inženýrství za práci na CCD . V říjnu 2009 každý „dostal“ čtvrtinu Nobelovy ceny za fyziku .
Blooming (nebo blooming) ( anglicky blooming - halo, rozostření obrazu) v CCD je efekt "rozproudění" přebytečného náboje z přeexponovaných oblastí CCD matrice do sousedních buněk. Hlavním důvodem výskytu je omezená kapacita potenciální jámy pro fotoelektrony v buňce. Blooming má charakteristický symetrický tvar, určený geometrií uspořádání prvků na matrici. Přibližně od roku 2006 se blooming již ve většině amatérských zařízení neobjevuje, protože se začaly používat speciální antibloomingové obvody, které odstraňují přebytečné elektrony z buněk. Odstranění elektronů při zaplnění potenciálové jámy však vede k nelinearitě CCD charakteristiky a ztěžuje měření. Pro vědecké účely se proto stále používají CCD bez anti-blooming obvodů a blooming je často vidět například na satelitních fotografiích a snímcích meziplanetárních sond.