CCD , charge-coupled device ( eng. CCD, charge-coupled device ) on yleinen nimitys puolijohdelaitteiden luokalle, joka käyttää tekniikkaa ohjatun varauksen siirtämiseen puolijohteen tilavuudessa.
Näkyvin tämän luokan laitteiden edustaja on CCD-matriisi .
Nimi CCD tarkoittaa varauskytkettyä laitetta ja heijastaa tapaa, jolla sähköpotentiaali luetaan siirtämällä varausta elementistä elementtiin.
CCD-laite koostuu piisubstraatista erotetusta polypiistä, jossa elektrodien lähellä olevat sähköpotentiaalit muuttuvat, kun jännite johdetaan polypiihiilojen läpi . CCD-ryhmän yksi elementti muodostuu kolmesta tai neljästä elektrodista. Positiivinen jännite yhdessä elektrodista luo potentiaalikuopan, jossa elektronit ryntäävät naapurialueelta. Jännitteen peräkkäinen kytkentä elektrodeilla siirtää potentiaalia hyvin ja siten myös siinä olevia elektroneja tiettyyn suuntaan. Matriisin yhtä riviä pitkin tapahtuu siis liikettä.
Jos puhumme CCD-linjasta, sen yksittäisen linjan varaus "virtaa" ulostulovahvistusasteisiin ja siellä se muunnetaan jännitetasoksi mikropiirin lähdössä.
Useista videojuovista koostuvan matriisin kohdalla kunkin juovan lähtöelementtien varaus päätyy toisen siirtolaitteen kennoon, joka on yleensä järjestetty täsmälleen samalla tavalla, mutta toimii korkeammalla siirtotaajuudella.
Jotta CCD:tä voidaan käyttää valoherkänä laitteena, osa elektrodeista on tehty läpinäkyviksi. [yksi]
Varauskytketyn laitteen keksivät vuonna 1969 Willard Boyle ja George Smith AT&T Bell Labsissa . Laboratoriot työskentelivät videopuheluiden (kuvapuhelin) ja "puolijohdekuplamuistin" (johdekuplamuisti ) kehittämisen parissa . Yhdistämällä nämä kaksi, Boyle ja Smith kehittivät niin sanottuja "latauskuplalaitteita". Projektin tarkoitus oli siirtää varausta puolijohteen pintaa pitkin. Koska latauskytketyt laitteet alkoivat elää muistilaitteina, lataus voitiin sijoittaa vain laitteen syöttörekisteriin. Mutta kävi selväksi, että laite pystyy vastaanottamaan latauksen valosähköisen vaikutuksen ansiosta, eli kuvia voidaan luoda elektronien avulla.
Vuonna 1970 Bell Labsin tutkijat oppivat ottamaan kuvia CCD-viivojen avulla (joissa valoa vastaanottavat elementit sijaitsevat yhdessä tai useammassa rivissä). Näin luotiin ensimmäistä kertaa varauskytketty aurinkosähkölaite. [2]
Myöhemmin Kazuo Iwaman johdolla Sony osallistui aktiivisesti CCD-kennoille , investoi siihen voimakkaasti ja pystyi valmistamaan CCD:itä videokameroihinsa . Iwama kuoli elokuussa 1982 . Hänen hautakivelleen asetettiin CCD-siru hänen panoksensa muistoksi. [3]
Vuodesta 1975 lähtien television CCD-matriisien aktiivinen käyttöönotto on alkanut . Ja vuonna 1989 niitä käytettiin lähes 97 %:ssa kaikista TV-kameroista .
Tammikuussa 2006 W. Boyle ja J. Smith saivat Yhdysvaltain kansallisen tekniikan akatemian Draper-palkinnon työstään CCD:n parissa . Lokakuussa 2009 kukin "sai" neljänneksen fysiikan Nobelin palkinnosta .
Blooming (tai blooming) ( englanniksi blooming - halo, kuvan hämärtyminen) CCD:ssä on ylimääräisen varauksen "levitys" CCD-matriisin ylivalottuneilta alueilta viereisiin soluihin. Pääsyynä esiintymiseen on solun fotoelektronien potentiaalikaivon rajallinen kapasiteetti. Kukinnalla on tyypillinen symmetrinen muoto, jonka määrää matriisin elementtien järjestelyn geometria. Noin 2006 jälkeen kukintaa ei enää esiinny useimmissa amatöörilaitteissa, koska ne alkoivat käyttää erityisiä kukinnan estopiirejä, jotka poistavat ylimääräiset elektronit soluista. Kuitenkin elektronien poistaminen potentiaalikuopan täyttyessä johtaa CCD:n ominaisuuden epälineaarisuuteen ja tekee mittauksista vaikeaa. Siksi tieteellisiin tarkoituksiin käytetään edelleen CCD:itä, joissa ei ole antiblooming-piirejä, ja kukintaa voidaan usein nähdä esimerkiksi satelliittikuvissa ja planeettojenvälisten luotainkuvissa.