| یکی از جالب‌ترین و مفیدترین ادوات مجتمع ، CCD (که در آن C اول حرف اول کلمه Charge و C دوم حرف اول کلمه Coupled و D حرف اول کلمه Device می‌باشد) است. CCD بخشی از یک رده گسترده‌تر از ساختارهایی تحت عنوان کلی ادوات انتقال بار است. این قطعات پویا (دینامیک) ، بار را در راستای مسیر از پیش تعیین شده و تحت کنترل پالس‌های ساعت منتقل می‌سازند. |
تاریخچه
ساختار اولیه CCD در سال 1969 توسط
بویل (Boyle) و
اسمیت (Smith) از آزمایشگاههای بل پیشنهاد شد. این ساختار متشکل از یک سری
الکترود فلزی به صورت آرایه‌ای از
خازنهای MOS بود، که هر کدام به یکی از سه الکترود موجود در یک سطر متصل شده‌اند.
اساس کار
اساس کار CCD ذخیره و پس‌گیری بار به شکل دینامیکی در رشته‌ای از خازنهای MOS (در این قطعه از
سیلسیوم به عنوان نیم رسانا ، اکسید سیلسیوم به عنوان عایق و
آلومینیوم برای الکترود گیت استفاده می‌شود. به این علت به MOS معروف هستند.) است. یک خازن MOS روی بستری از نوع P قرار می‌گیرد، و به آن یک پالس مثبت و بزرگ وارد می‌شود. یک پتانسیل در زیر الکترود گیت بوجود می‌آید. در حقیقت پتانسیل سطحی یک
چاه پتانسیل را تشکیل می‌دهد که می‌تواند برای ذخیره بار بکار می‌رود. اگر پالس مثبت در مدت زمانی به اندازه کافی طو لانی وارد شده باشد،
الکترونها در سطح انباشته شده و شرایط وارونگی حالت پایدار برقرار می‌شود. منبع این بارها از الکترونهای تولید شده با گرما در محل یا نزدیک سطح است. <br><br>در حقیقت شرایط وارونگی نشان دهنده ظرفیت چاه برای ذخیره بار است. زمان لازم برای پر کردن چاه بصورت گرمایی ، زمان آرامش گرمایی نامیده می‌شود. برای مواد خوب
زمان آرامش گرمایی می‌تواند بسیار طولانی‌تر از زمان ذخیره بار موجود در عملکرد CCD باشد. آنچه در این روند مورد نیاز است، روش ساده برای عبور سریع و بدون اتلاف
بار از یک
چاه پتانسیل به چاه مجاور می‌باشد. در این صورت می‌توان بسته‌های بار را به شکل دینامیکی منتقل و جمع آوری کرد، تا عملیات مختلف الکترونیکی را انجام دهند.
CCD پایه
پالس‌های ولتاژ از سه خط (
) تامین می‌شوند که هر کدام به یکی از سه الکترود در سطر(
) متصل شده‌اند. این ولتاژها به صورت پالس ساعت می‌باشد تا چاهها ، پتانسیل متغیر با زمان ایجاد کنند. در لحظه t<sub>1</sub> یک چاه پتانسیل در زیر هر الکترود G<sub>1</sub> وجود دارد. در لحظه <t<sub>2</sub یک پتانسیل نیز به الکترود همسایه G<sub>2</sub> اعمال شده و بار در دو سر چاه مشترک G<sub>1</sub>__G<sub>2</sub متعادل می‌شود.<br><br>این روند را می‌توان به سادگی و با مقایسه بار متحرک با یک
سیال که سطح خود را در ظرف منبسط شده متعادل می‌کند، تجسم کرد. این مدل سیال تا t<sub>3</sub> که طی آن V<sub>1</sub> کاهش می‌یابد، ادامه داشته و چاه پتانسیل زیر G<sub>1</sub> کوچک می‌شود. حال بار به درون چاه G<sub>2</sub> ریخته و این روند در t<sub>2</sub> که V<sub>1</sub> به صفر می‌رسد، کامل می‌شود. به این ترتیب بسته بار از زیر G<sub>1</sub> به G<sub>2</sub> منتقل شده است. با ادامه این وضعیت بار به موقعیت G<sub>3</sub> انتقال یافته و با گذشت زمان در امتداد خط جلو می‌رود.
بهبود ساختمان پایه
یکی از مشکلات ذاتی فرآیند بار ، از دست رفتن اجتناب ناپذیر مقداری بار در هنگام انتقالات متعدد در طول CCD است. اگر بارها در مرز مشترک Si-Si-O2 ذخیره شده باشند، در حالت‌های سطحی قسمتی از بارها را به دام می‌اندازند. یک راه بهبود این وضعیت تامین گرایش کافی به منظور پر کردن دامهای مرزی است. یا فاصله بین الکترودها بهتر است که خیلی کم باشد تا امکان تزویج بین چاهها بوجود آید.<br><br>روش دیگر بهبود ، استفاده از ساختار گیت همپوشی است و این کار را می‌توان با
الکترودهای پلی سیلیسیوم که توسط
جدا شده‌اند، انجام داده می‌شود. بازدهی انتقال را می‌توان با جابجایی لایه انتقال بار به زیر مرز مشترک نیم رسانا - عایق بهبود بخشید. این کار با کاشت یون یا رشد رونشستی به منظور ایجاد لایه‌ای با نوع مخالف با بستر انجام پذیر است. سایر اصطلاحات در ساختارهای پایه در کاربردهای مختلف اهمیت دارد.
کاربرد CCDها
CCDها به شکل‌های مختلفی استفاده می‌شوند. از جمله می‌توان به عملیات پردازش سیگنال نظیر تاخیر ،
فیلترسازی و
مالتی پلکس سیگنالهای مختلف اشاره کرد. از کابردهای دیگر می‌توان
حافظه‌های دیجیتالی و آرایه‌های منطقی را نام برد. یک کاربرد جالب دیگر از CCDها در تصویر برداری است که در آن از
آرایه سنسورهای نوری برای تشکیل بسته‌های بار متناسب با شدت نور استفاده می‌شود. این بسته‌ها به نقطه آشکارسازی برای خواندن ، انتقال می‌یابند. راههای متعددی برای انجام کار با CCD وجود دارد که از جمله می‌توان به مرور خط به خط آرایه خطی اشاره کرد که در آن بعد دوم با حرکت پویشگر نسبت به تصویر بدست می‌آید. به همین ترتیب یک
سنسور تصویری سطحی را می‌توان ساخت که در آن جاروب تصویر به صورت الکترونیکی در هر دو بعد انجام می‌گیرد. این قطعه را می‌توان به عنوان جایگزینی برای
لامپ تصویربرداری تلویزیونی با آدرس دهی پرتو الکترونی بکار برد.
مباحث مرتبط با عنوان
