Матриці з приладів із зарядовим зв’язком

Протягом двох попередніх десятиліть, коли не було ще такого прогресу КМДН технології, широко використовувались світлочутливі лінійки і матриці на основі так званих «приладів із зарядовим зв’язком» (скорочено «ПЗЗ»). Структура таких світлочутливих елементів показана на рис.6.7. Кожний з них представляє собою конденсатор зі структурою «метал–оксид–напівпровідник». Якщо на металічні електроди 1, 4, 7 і т.д. подати позитивну напругу відносно основи з кремнію і засвітити відповідні області, то в кремнії будуть виникати вільні носії заряду – електрони і «дірки». Останні під дією електричного поля будуть відштовхуватися від позитивно заряджених електродів, а електрони будуть притягуватися до них. Тому під електродами накопичується негативний електричний заряд – тим більший, чим більша експозиція падаючого світла. Під електродами, на яких немає напруги, заряд не накопичується.

Рис. 6.7. Структура лінійки (матриці) ПЗЗ і пояснення принципу їх дії

Як виявилось, накопичений електричний заряд можна переміщати між електродами. Якщо, наприклад, подати позитивну напругу на електроди 2, 5, 8,..., одночасно знімаючи її з електродів 1, 4, 7,..., то під дією електричного поля негативний заряд з-під електроду 1 переміститься під електрод 2. Заряд з-під електроду 4 переміститься під електрод 5, з-під електроду 7 – під електрод 8 і т.д. У наступному такті подають позитивну напругу на електроди 3, 6, 9,..., одночасно знімаючи її з електродів 2, 5, 8,... Електричні заряди переміщаються під електроди 3, 6, 9,... Цикл роботи такої світлочутливої ПЗЗ структури складається з трьох фаз, завдяки яким накопичений заряд можна переміщати вздовж лінійки в обох напрямах і насамкінець зчитувати отриманий відеосигнал. Один піксель чорно-білого зображення складається тут з трьох ПЗЗ. До речі, електроди 1, 2, 3,... можуть бути не обов’язково з металу, а, наприклад, з легованого полікристалічного кремнію. «Розпізнавання» кольорів у ПЗЗ сенсорах досягається, як і в КМДН матрицях, за рахунок використання кольорових світлофільтрів. ПЗЗ сенсори, завдяки своїй простій елегантній структурі і добре відпрацьованій технології виготовлення до сьогодні втримують ще свої позиції на ринку відеосенсорів. Дешевизна світлочутливих ПЗЗ матриць зробила можливим ще один варіант отримання кольорового зображення. У цьому варіанті використовується відразу 3 ПЗЗ матриці, на кожну з котрих проектується те ж саме зображення, але через свій кольоровий світлофільтр. Особливо часто цей варіант застосовують в масових камерах відеоспостереження. Однак вищі досягнення змістились уже на користь КМДН сенсорів.