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CCD

last modified: 2015-01-27 16:46:28 Contributors

Contents

1. 이미지 센서
2. 군집붕괴현상


1. 이미지 센서


Charge-Couple Device
전하결합소자
電荷結合素子

CCD는 빛을 전하로 변환시켜 이미지를 얻어내는 센서이다. 한 구역에 저장된 전하를 다른 구역으로 이동(결합)시키는 성질을 가졌기 때문에 이런 이름을 붙였다. 여러 개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon)축전기[1]들로 부터 전하를 받아들여 한개 또는 여러개의 노드로 신호를 내보낸다. 전하의 총량 은 전압 신호로 바뀌어 버퍼(저장)되고 아날로그 전압 형태로 전달된 신호는 나중에 디지털로 변환시킨다.


크게 FT(Frame Transfer)방식과 IT(Interline Transfer)방식으로 나눌 수 있다. FT-CCD는 광소자들이 전하를 서로 건네주는 레지스터인 것에 비하여 IT-CCD는 광소자들이 준 전하를 레지스터에 넘겨주고 레지스터가 전하를 전달한다는 차이점이 있다. 따라서 전체 면적 중에서 일부분만 빛을 받아들이게 된다.

디지털 카메라, 스캐너, 캠코더와 같은 장치의 주요 부품으로 사용된다.

CCD는 여러 개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon)축전기가 쌍으로 상호 연결되어 있는 회로로 이루어져 있으며, 신호를 읽어낼 때에는 각 축전지들이 이웃한 축전지로 전하를 옮기는 방식(마치 시리얼 통신과 비슷)으로 이미지에서 읽어낸 전하를 전달한다.

천문학 분야에선 천문관측 도구 중 대표적으로 꼽히는 물건.

MOS축전기를 만들 때, 최근에는 일반적인 방식(CZ 등)으로 생산한 실리콘 결정을 이용하기 보다는 에퍼텍셜 기법(epitaxy)을 통해 저항이 더 높은 실리콘 결정을 제작하여 사용한다. 저 주파수(붉은 빛 및 그 아래 영역)에서는 빛이 더 깊이 투과할 수 있으므로 MOS축전기의 공핍층(Depletion Region)보다 더 깊은 곳에서 전하 캐리어(carrier)로써 전자 정공 쌍(Electron-Hole Pair)을 생성하게 되어 효과적으로 전하를 모을 수 없는 일이 발생한다. 전자 정공 쌍이 생성되면 전기장에 의해 전하를 띤 입자로써 외력(로렌츠힘)을받아 이동하거나(Drift), 자연적으로 브라운 운동을 하며 확산(Diffusion)을 하게 되는데[2], 공핍층 내부엔 전기장이 있기 때문에 캐리어의 확산이 큰 역할을 수행하지 못 하나 그 이외 지역에서는 확산만 일어나서 결국 애써 생성한 전자 정공 쌍이 재결합(Recombination) 등으로 사라져 버리거나, 타 픽셀로 옮겨가는 안습한 현상이 일어나게 된다. 에퍼텍셜 기법을 통해 만들어진 매우 얇고 저항이 큰 실리콘은 얇은 두께로 인해 거의 대부분에 공핍층 이 형성되게 되고, 이 곳에 생성되는 전자 정공 쌍은 전기장의 영향을 더 많이 받으므로 자연히 MOS 축전기로 쌓이게 되는 것이다. 물론 저항이 큰 것은 확산길이(Diffusion Length)를 줄이기도 한다. 이를 Deep Depletion CCD라 한다.

2. 군집붕괴현상

군집붕괴현상(Colony Collapse Disorder). 항목 참조.
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  • [1] 실리콘을 기반으로 Oxidization 공정을 통해 축전지를 형성하여 빛으로 인하여 생성된 전하를 Depletion Region 을 통해 모은다.
  • [2] 사실, 두 가지 동시에 일어난다.