ПЗЗ-матриця (скор. від «прилад із зарядовим зв'язком») або CCD-матриця (скор.від англ. CCD, «Charge-Coupled Device») - спеціалізована аналогова інтегральна мікросхема, що складаєтьсяз світлочутливих фотодіодів, виконана на основі кремнію, що використовує технологію ПЗЗ - приладів із зарядовим зв'язком. ПЗЗ-матриці випускаються і активно використовуються компаніями Nikon, Canon, Sony, Fujitsu, Kodak, Matsushita, Philips і багатьма іншими.
Рис. Серійна модель CCD-матриці
Коротка історія.
Прилад із зарядовим зв'язком був винайдений в 1969 році Уіллардом Бойлом і Джорджем Смітом в Лабораторіях Белла (AT&TBellLabs). Лабораторії працювали над відеотелефонією (англ. picture phone) і розвитком «напівпровідникової бульбашкової пам'яті» (англ. semiconductor bubble memory).Прилади з зарядовим зв'язком почали своє життя як пристрої пам'яті, в яких можна було тільки помістити заряд у вхідний регістр пристрою. Однак здатність елемента пам'яті пристрою отримати заряд завдяки фотоелектричного ефекту зробила дане застосування ПЗЗ пристроїв основним. У 1970 році дослідники Bell Labs навчилися фіксувати зображення за допомогою простих лінійних пристроїв. Згодом під керівництвом Кадзуо Івама (Kazuo Iwama) компанія Sony стала активно займатися ПЗЗ, вклавши в це великі кошти, і зуміла налагодити масове виробництво ПЗЗ для своїх відеокамер. Івама помер в серпні 1982 року. Мікросхема ПЗС була встановлена на його надгробній плиті для увічнення його внеску. У січні 2006 року за роботи над ПЗЗ У. Бойл і Дж. Сміт були удостоєні нагороди Національної Інженерної Академії США (англ. National Academy of Engineering). [1] У 2009 році ці творці ПЗЗ-матриці були нагороджені Нобелівською премією з фізики.
Фотоефект.
Фотоефе́кт — явище «вибивання» світлом електронів із металів.
Щоб вивільнити електрон із металу йому необхідно передати енергію, більшу за роботу виходу.
Теоретичне пояснення явища дав Альберт Ейнштейн, за що отримав Нобелівську премію. Ейнштейн використав гіпотезу Макса Планка про те, що світло випромінюється порціями (квантами) із енергією, пропорційною частоті.
Припустивши, що світло і поглинається такими ж порціями, він зміг пояснити залежність швидкості вибитих електронів від довжини хвилі опромінення.
де ν — частота світла, h — стала Планка, m — маса електрона, v — його швидкість, A — робота виходу.
Три закони фотоефекту:
Кількість фотоелектронів прямо пропорційна інтенсивності світла.
Максимальна кінетична енергія фотоелектронів не залежить від інтенсивності світла, кінетична енергія фотоелектронів прямо пропорційна частоті світла.
Для кожної речовини існують порогові значення частоти та довжини хвилі світла, які відповідають межі існування фотоефекту; світло з меншою частотою та більшою довжиною хвилі фотоефекту не викликає.
Оскільки це порогове значення завжди ближче до червоного світла, то йому дали назву червона межа фотоефекту.
Зрозуміло, що червона межа фотоефекту існує завдяки притягуванню електронів до ядер. Разом з тим, останній закон не можна пояснити на основі уявлення про світло як неперервні плавні коливання у вакуумі-ефірі: такі хвилі мали довго розгойдувати електрони до того моменту, коли швидкість останніх стала б достатньою для відриву від металу.
Повне пояснення фотоефекту належить Альберту Ейнштейну, який використав ідею німецького фізика М.Планка про те, що світло випромінюється і поширюється окремими порціями - квантами (або інша назва фотони). Для обчислення енергії кванта світла Макс Планк запропонував просту формулу ε= hν.
Ейнштейн висловив припущення, що фотоефект відбувається внаслідок поглинання фотоном одного кванта, а інші кванти не можуть брати участь у цьому процесі. Тоді енергія одного кванта світла (фотона) витрачається на подолання бар'єру (виконання роботи виходу, відриву від матеріалу) і надання кінетичної енергії фотоелектрону.
Це дозволило йому записати закон збереження енергії для процесу - наведене вище рівняння Ейнштейна для фотоефекту.