[반도체화학공정] CCD(Charge coupled Device)
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- 목차
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1. CCD의 개요와 역사(2005170264 샤즈와니)
1.1-CCD의 소개
1-2. CCD의 역사
2.1. 3상구동의 CCD
2.2. 2상구동의 CCD
References
3. CCD의 촬상소자와 구조
3.1. CCD 촬상소자
3.2. CCD의 구조
3.2.1. 포토다이오드부
3.2.2. 전송전극부
3.2.3. 전송부 전송방향의 구조
4. CCD의 적용
4. 1 CCD의 적용분야
4. 1. 1과학적 적용분야
4. 1. 2 군사적 적용분야
4. 2 CCD와 카메라
4. 3 Intensified CCD Camera
5.CCD vs CMOS
5.1. Responsivity
5.2. Dynamic range
5.3. Uniformity
5.4. Shuttering
5.5. Speed
5.6. Cost
References
- 본문내용
-
1. CCD의 개요와 역사(2005170264 샤즈와니)
1.1-CCD의 소개
CCD는 전자 결합 소자라고 한다. CCD는 밀폐된 공간에 있는 집광 장치들의 배열로 입사되는 광자 에너지의 패턴을 이산적인 아날로그 신호로 변환하도록 설계되었다. CCD는 빛이나 전기에 의해 충전될 수 있다. 일반적으로, CCD는 두 가지 기능을 수행한다. 현재 광전자 빛 센서의 배열에 널리 쓰고 있다. 하지만, 이미지 센서가 전부 다 CCD기술을 이용하는 것이 아니고 CMOS 칩을 쓰는 센서도 있다. 일반적으로, CCD는 디지털 카메라, 비디오 카메라 및 광학 스캐너, 천문학(특히 광도 측정에서), 전자 현미경, 의학의 , 광과 자외선 분광학 등에서 이미지를 저장하는데 주로 사용된다. CCD는 같은 시대에 발명한 영상 획득 장치와 비교하면 CCD는 작고, 값이 싸고 더 빠르다. CCD가 있기에는 영상 획득기술이 크게 발전하게 되었다고 해도 과언이 아니다.
CCD는 빛에 민감한 직접회로이고 이미지에 포함되는 각각의 픽슬이 전하로 전환하는 방식으로 이미지의 데이터를 저장하고 표시한다. 컬러 스펙트럼에 있는 한게의 컬러는 각 전하의 강렬과 관련이 있다. 예를 들어, 65 535게의 색깔을 지지하는 시스템이면 각 색깔이 저장하고 회복할 수 있는 서로 다른 값을 가진다. 디지털 카메라에 들어가는 CCD는 예전의 기술과 비교하면 해상도를 더 많이 향상하게 된다. 더군다나, 어떤 디지털 카메라에는 100만게 넘은 픽슬을 생성하고 있지만 100달러정도만 팔게 된다. 그런 카메라에는 메가 픽셀이라는 용어를 쓰이게 된다. CCD의 다른 장점은 고도의 감수성이다. 아주 좋은 CCD는 몹시 어더워도 이미지를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 재래식 카메라의 경우에는 조명의 강도가 아주 낮을 때도 해상도가 악화하지 않다.
CCD는 광에 민감하는 특징을 가지고 있기 때문에 이미지 센서로 사용하게 된다. CCD가 질이 좋은 과학적 이미지를 생성하는데에 가능성이 있다는 것을 처음으로 인정한 사람은 천문학자들이다. 그때는 CCD가 다른 소재(사진술 필름과 비디콘 튜브)에 비해서 아주 높은 감수성을 가졌다. 그 필름보다 100번의 감수성을 가지기 때문에 CCD는 몇 년만에 다른 센서의 자리를 뺏었다. 역사적으로는, 새롭고 더 나은 장비나 비품을 발명하면 다른 발견이 폭포가 된다. 그 것은 CCD가 나타난 후에 그렇다.
CCD는 반도체의 종류이고 개별적인 구성 요소의(individual element) 2차원적인 배열로 이루어져있다. 각각의 구성 요소는 전하를 저장하는 축전기(capacitor)다. CCD의 전하는 광자가 반도체 소재를 공격하고 전자를 방출할때마다 창조하게 된다. 소자에 떨어지는 광자가 많아지면 더 많은 전자를 해방한다. 따라서,광의 강도와 비례하는 전하를 만든게 된다. 2차원적인 배열을 이용해 이미지를 획득한다. 다른 말로 하면은, 각자의 CCD는 싱글 이미지 픽셀을 의미한다. 현재, 제일 좋은 디지털 카메라에는 600만 픽셀을 가진 센서가 포함된다.
디지털화시키기 위해서 배열에서 뛰어나가는 전하를 읽는 것이 아직도 도전이 된다. 그 것을 하려면 각자의 CCD 탐지 장치는(detector) 전하를 발생시키는 도핑 감광성 실리콘의 묻는 채널위에 3게의 투명한 폴리실리콘 게이트로 이루어져야 한다.그 채널의 측면에는 전하를 한정하는 기능을 가지는 한쌍의 채널 중지 영역이(channel stop regions) 위치한다.
CCD의 몇몇의 장애는 다음과 같다. 천번째, 감퇴(fading)이다. 결합 공정은 능률적이지만 전하가 백게나 천게의 픽셀의 열을 따라서 움직이는 것이 현저한 전하 상실을 일으킬 수 있다. 두번째는, blooming이다. CCD 구성 요소에 너무나 많은 광자를 공격하면 그 요소는 가득 채우게 되면서 결과로 다소의 전하는 근접한 픽셀로 누출한다. 세번째, smearing이다. 이동하는 동안에 어떤 광선은 센서를 공격하면 다소 데이터 상실이 생길 가능성이 있고 이미지의 밝은 영역뒤에 줄무늬를 방치한다. 네번째, 비용이다. CCD는 다른 컴퓨터 칩들과 별개의 제조 공정이 필요하기 때문에 특정 CCD제작 공장이 필연적이다.
CCD의 중요한 특성 중에 하나는 다음과 같다. 전부 다의 전하를 하나의 well
- 참고문헌
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1. R. Hain et al., Experiments in fluids, 42, 403 (2007)
2. Hon-sum Philip Wong, Electon devices meeting, 44, 201 (1997)
3. Dave Litwiller "CCD vs. CMOS : Facts and fiction", Laurin Publishing Co. Inc., (2001)
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