CCD , charge-coupled device ( eng. CCD, charge-coupled device ) er en generel betegnelse for en klasse af halvlederenheder, der anvender teknologien til kontrolleret ladningsoverførsel i volumen af en halvleder.
Den mest fremtrædende repræsentant for enheder i denne klasse er CCD-matricen .
Navnet CCD står for charge-coupled device og afspejler den måde, det elektriske potentiale aflæses ved at flytte ladningen fra element til element.
En CCD-enhed består af polysilicium adskilt fra et siliciumsubstrat, hvori, når spænding påføres gennem polysiliciumporte, ændres elektriske potentialer nær elektroderne . Et element i CCD-arrayet er dannet af tre eller fire elektroder. En positiv spænding på en af elektroderne skaber en potentiel brønd, hvor elektroner suser fra nabozonen. Sekventiel omskiftning af spændingen på elektroderne flytter potentialebrønden og dermed elektronerne i den i en bestemt retning. Så der er en bevægelse langs den ene række af matricen.
Hvis vi taler om en CCD-linje, så "strømmer" ladningen i dens enkelte linje til udgangsforstærkningstrinene, og der konverteres den til et spændingsniveau ved mikrokredsløbets udgang.
For en matrix, der består af mange videolinjer, ender ladningen fra udgangselementerne på hver linje i cellen i en anden skifteenhed, normalt arrangeret på nøjagtig samme måde, men med en højere skiftefrekvens.
For at bruge en CCD som en lysfølsom enhed er nogle af elektroderne lavet gennemsigtige. [en]
Den ladningskoblede enhed blev opfundet i 1969 af Willard Boyle og George Smith på AT&T Bell Labs . Laboratorier arbejdede med videotelefoni (billedtelefon) og udvikling af "halvlederboblehukommelse" ( lederboblehukommelse ) . Ved at kombinere de to udviklede Boyle og Smith, hvad de kaldte "opladningsboble-enheder". Meningen med projektet var at flytte ladningen langs overfladen af halvlederen. Siden ladningskoblede enheder begyndte livet som hukommelsesenheder, kunne man kun placere en ladning i enhedens inputregister. Men det blev klart, at enheden er i stand til at modtage en ladning på grund af den fotoelektriske effekt , det vil sige, at billeder kan oprettes ved hjælp af elektroner.
I 1970 lærte Bell Labs forskere , hvordan man tager billeder ved hjælp af CCD-linjer (hvor lysmodtagende elementer er placeret i en eller flere linjer). Således blev der for første gang skabt et ladningskoblet solcelleanlæg. [2]
Efterfølgende, under ledelse af Kazuo Iwama , blev Sony aktivt involveret i CCD'er, investerede kraftigt i dette og var i stand til at masseproducere CCD'er til deres videokameraer . Iwama døde i august 1982 . En CCD-chip blev placeret på hans gravsten for at mindes hans bidrag. [3]
Siden 1975 er den aktive introduktion af tv- CCD-matricer begyndt . Og i 1989 blev de brugt i næsten 97% af alle tv-kameraer .
I januar 2006 blev W. Boyle og J. Smith tildelt Draper-prisen fra US National Academy of Engineering for deres arbejde med CCD . I oktober 2009 "fik" hver en fjerdedel af Nobelprisen i fysik .
Blooming (eller blooming) ( engelsk blooming - halo, sløring af billedet) i en CCD er effekten af at "sprede" overskydende ladning fra overeksponerede områder af CCD-matrixen ind i naboceller. Hovedårsagen til forekomsten er den begrænsede kapacitet af den potentielle brønd for fotoelektroner i cellen. Blooming har en karakteristisk symmetrisk form, bestemt af geometrien af arrangementet af elementer på matrixen. Siden omkring 2006 optræder blomstringen ikke længere i de fleste amatørapparater, da de begyndte at bruge specielle anti-blomstrende kredsløb, der fjerner overskydende elektroner fra cellerne. Fjernelsen af elektroner, når potentialbrønden fyldes, fører imidlertid til en ikke-linearitet af CCD-karakteristikken og gør målinger vanskelige. Derfor bruges CCD'er uden anti-blooming-kredsløb stadig til videnskabelige formål, og blooming kan ofte ses for eksempel på satellitfotografier og billeder af interplanetariske sonder.