2.2. Елемент пзз-матриці
У загальному вигляді конструкція ПЗЗ - елемента виглядає так: кремнієва підкладка p - типу оснащується каналами з напівпровідника n-типу. Над каналами створюються електроди з полікристалічного кремнію з ізолюючим прошарком з оксиду кремнію. Після подачі на такий електрод електричного потенціалу, в збідненій зоні під каналом n-типу створюється потенційна яма, призначення якої - зберігати електрони. Фотон, що проникає в кремній, призводить до генерації електрона, який притягається потенційною ямою і залишається в ній. Більша кількість фотонів (яскраве світло) забезпечує більший заряд ями. Потім треба вважати значення цього заряду, що іменується також як фотострум, і посилити його.
Зчитування фотоструму ПЗЗ - елементів здійснюється так званими послідовними регістрами зрушення, які перетворюють рядок зарядів на вході до серії імпульсів на виході (рис. 2). Дана серія є аналоговим сигналом, який надалі надходить на підсилювач. Таким чином, за допомогою регістра можна перетворити в аналоговий сигнал заряди рядків з ПЗЗ - елементів. Фактично, послідовний регістр зсуву в ПЗЗ - матрицях реалізується за допомогою тих же самих ПЗЗ - елементів, об'єднаних в рядок. Робота такого пристрою базується на здатності приладів із зарядним зв'язком обмінюватися зарядами своїх потенційних ям. Обмін здійснюється завдяки наявності спеціальних електродів переносу (transfer gate), розташованих між сусідніми ПЗЗ - елементами. При подачі на найближчий електрод підвищеного потенціалу заряд «перетікає» під нього з потенційної ями. Тим ПЗЗ - елементам можуть належати від двох до чотирьох електродів переносу, від їх кількості залежить «фазність» регістра зсуву, який може називатися двофазним, трьохфазним або чотирьохфазним.
Подача потенціалів на електроди перенесення синхронізована таким чином, що переміщення зарядів потенційних ям всіх ПЗЗ - елементів регістра відбувається одночасно. І за один цикл перенесення ПЗЗ - елементи немов «передають по ланцюжку» заряди зліва направо (або ж справа наліво). Ну, а що виявилось «зайвим» ПЗЗ-елемент віддає свій заряд пристрою, розташованому на виході регістра підсилювача.
В цілому, послідовний регістр зсуву є пристроєм з паралельним входом і послідовним виходом. Тому після зчитування всіх зарядів з регістра є можливість подати на його вхід новий рядок, потім наступний і таким чином сформувати безперервний аналоговий сигнал на основі двовимірного масиву фотоструму. У свою чергу, вхідний паралельний потік для послідовного регістра зсуву (тобто рядка двовимірного масиву фотоструму) забезпечується сукупністю вертикально орієнтованих послідовних регістрів зсуву, що іменується паралельним регістром зсуву, а вся конструкція в цілому як раз і є пристроєм, що має назву ПЗЗ - матрицею.
«Вертикальні» послідовні регістри зсуву, що становлять паралельність, називаються стовпцями ПЗЗ - матриці, а їхня робота повністю синхронізована. Двовимірний масив фотоструму ПЗЗ - матриці одночасно зміщується вниз на один рядок, причому відбувається це тільки після того, як заряди попереднього рядка, розташованого «найнижче» послідовного регістра зсуву пішли на підсилювач. До звільнення послідовного регістру паралельний змушений простоювати. Ну, а сама ПЗЗ - матриця для нормальної роботи обов'язково повинна бути підключена до мікросхеми (або її набору), що подає потенціали на електроди, як послідовного, так і паралельного регістрів зсуву, а також синхронізує роботу обох регістрів. Крім того, потрібен тактовий генератор.
Рис. 2. Елемент ПЗЗ-матриці.