4.2. Определение и история пзс-матрицы

ПЗС-ма́трица или CCD-ма́трица    специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью.

Фоточувствительный прибор с зарядовой связью (ФПЗС) - это фотоприемник, воспринимающий изображение, осуществляющий его разложение на элементарные фрагменты, поэлементное электронное считывание (сканирование) и формирование на выходе видеосигнала, адекватного изображению. ФПЗС, являющийся многоэлементным фотоприемником, выпускается в матричном или линейном виде, достигая в наиболее современных образцах нескольких тысяч элементов для линеек и нескольких миллионов - для матриц. Характеристики некоторых отечественных ФПЗС приведены в табл. 4.4.

Таблица 4.4.

Параметры некоторых отечественных ФПЗС

Тип прибора	Число элементов	Диапазон спектральной чувствительности, мкм	Вольтовая чувствительность, мВ/лк	Частота опроса, МГц	Габаритные размеры, мм
ФПЗС1Л	500	0,5–0,1	3,0	Сведений нет	29,514,73, 3
ФПЗС3М	256ґ288	0,4–1,0	30,0	Сведений нет	19,515, 75 2, 98
1200ЦЛ1	1024	0,5–1,0	2,4	0,05–3	29,114, 73, 95
1200ЦЛ2	2048	0,36–1,0	8,0	0,1–3	29,114, 73, 95
1200ЦМ2А	576ґ360	0,5–1,0	10,0	Сведений нет	42,5ґ24, 7ґ5, 5

Для ФПЗС существенна близость расположения элементов друг к другу - расстояния между ними измеряются единицами микрометров, что приводит к частичному перекрытию электрических полей соседних элементов и к возникновению собственно явления переноса заряда из одного элемента в другой (явление зарядовой связи).

Время хранения заряда невелико - 1-100 мс (может измениться освещенность участка, электроны могут рекомбинировать с дырками или притянуться другим электрическим полем - «рассосаться» и т.п., но при высоких частотах опроса эти процессы не успевают реализоваться).

Собственно ПЗС может быть использован и по другому назначению - как элемент памяти, хранения информации или как линия задержки электрического сигнала. Для отличия от этих применений и используется аббревиатура ФПЗС. Однако на практике литеру «Ф» часто опускают, если в какой-то отрасли (как, например, полиграфии) эти приборы используются по одному назначению - в качестве фотоприемников. Поэтому в литературе распространено употребление терминов «ПЗС-линейка», «ПЗС-матрица».

Наиболее широкое применение в полиграфии ПЗС-фотоприемники нашли в разнообразных сканерах (ручных, листовых, планшетных), цифровых фотоаппаратах и других устройствах оцифровки изображений (слайд-сканерах и т.п.).

4.3. Общее устройство и принцип работы

ПЗС-матрица состоит из поликремния, отделённого от кремниевой подложки, у которой при подаче напряжения через поликремневые затворы изменяются электрические потенциалы вблизи электродов.

Известны два основных способа изготовления кремния высокой степени чистоты  с использованием трихлорсилана и моносилана Поликристаллический кремний выпускается в основном в форме цилиндрических стержней (на 2009 год: Россия — до 80 мм в диаметре, Запад — до 200 мм в диаметре) серого цвета с шершавой немного «шишчатой» поверхностью (розетки дендритов), небольшая часть поликристаллического кремния выпускается в форме гранул диаметром до 5 мм (MEMC).