क्षेत्र प्रभाव और उसका अनुप्रयोग। सीसीडी क्या है

पहली बार, भंडारण और फिर इलेक्ट्रॉनिक चार्ज पढ़ने के विचार के साथ एक सीसीडी के सिद्धांत को दो बीईएल इंजीनियरों द्वारा 60 के दशक के अंत में कंप्यूटर के लिए नए प्रकार की मेमोरी की खोज के दौरान विकसित किया गया था जो मेमोरी को बदल सकता है फेराइट के छल्ले(हाँ - हाँ, ऐसी स्मृति थी)। यह विचार अप्रमाणिक निकला, लेकिन विकिरण के दृश्य स्पेक्ट्रम पर प्रतिक्रिया करने के लिए सिलिकॉन की क्षमता पर ध्यान दिया गया और छवि प्रसंस्करण के लिए इस सिद्धांत का उपयोग करने का विचार विकसित किया गया।

आइए शब्द की परिभाषा के साथ शुरू करें।

संक्षिप्त नाम सीसीडी "चार्ज-युग्मित डिवाइस" के लिए खड़ा है, जो अंग्रेजी "चार्ज-युग्मित डिवाइस" (सीसीडी) से लिया गया एक शब्द है।

इस प्रकार के उपकरण में वर्तमान में विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला है ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणएक छवि दर्ज करने के लिए। रोजमर्रा की जिंदगी में, ये डिजिटल कैमरा, कैमकोर्डर, विभिन्न स्कैनर हैं।

एक पारंपरिक सेमीकंडक्टर फोटोडायोड से एक सीसीडी रिसीवर में क्या अंतर है, जिसमें एक विद्युत संकेत लेने के लिए एक प्रकाश संवेदनशील क्षेत्र और दो विद्युत संपर्क होते हैं?

पहले तो, एक सीसीडी रिसीवर में कई हजार से लेकर कई सौ हजार और यहां तक कि कई मिलियन तक ऐसे बहुत से प्रकाश-संवेदनशील क्षेत्र होते हैं (जिन्हें अक्सर पिक्सेल कहा जाता है - ऐसे तत्व जो प्रकाश प्राप्त करते हैं और इसे विद्युत आवेशों में परिवर्तित करते हैं)। अलग-अलग पिक्सेल के आकार समान होते हैं और इकाइयों से लेकर दसियों माइक्रोन तक हो सकते हैं। पिक्सेल को एक पंक्ति में पंक्तिबद्ध किया जा सकता है - फिर रिसीवर को सीसीडी-लाइन कहा जाता है, या एक सतह क्षेत्र को सम पंक्तियों में भरें - फिर रिसीवर को सीसीडी-मैट्रिक्स कहा जाता है।

प्रकाश ग्रहण करने वाले तत्वों की व्यवस्था (आयत .) नीले रंग का) एक सीसीडी रूलर और एक सीसीडी मैट्रिक्स में।

दूसरे, एक सीसीडी रिसीवर में, जो एक पारंपरिक माइक्रोक्रिकिट की तरह दिखता है, विद्युत संकेतों को आउटपुट करने के लिए बड़ी संख्या में विद्युत संपर्क नहीं होते हैं, जो ऐसा प्रतीत होता है, प्रत्येक प्रकाश प्राप्त करने वाले तत्व से आना चाहिए। लेकिन यह सीसीडी रिसीवर से जुड़ता है विद्युत सर्किट, जो आपको प्रत्येक प्रकाश संवेदनशील तत्व से उसकी रोशनी के समानुपाती विद्युत संकेत निकालने की अनुमति देता है।

एक सीसीडी की क्रिया को निम्नानुसार वर्णित किया जा सकता है: प्रत्येक प्रकाश संवेदनशील तत्व - एक पिक्सेल - इलेक्ट्रॉनों के लिए गुल्लक की तरह काम करता है। किसी स्रोत से आने वाले प्रकाश की क्रिया से पिक्सेल में इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं। समय की एक निश्चित अवधि में, प्रत्येक पिक्सेल धीरे-धीरे इलेक्ट्रॉनों से भर जाता है, जो उसमें प्रवेश करने वाले प्रकाश की मात्रा के अनुपात में होता है, जैसे बारिश होने पर बाहर एक बाल्टी। इस समय के अंत में, प्रत्येक पिक्सेल द्वारा संचित विद्युत आवेशों को बदले में डिवाइस के "आउटपुट" में स्थानांतरित किया जाता है और मापा जाता है। यह सब क्रिस्टल की एक निश्चित संरचना के कारण संभव है, जहां प्रकाश के प्रति संवेदनशील तत्व रखे जाते हैं, और विद्युत सर्किटप्रबंधन।

सीसीडी मैट्रिक्स लगभग उसी तरह काम करता है। एक्सपोजर (अनुमानित छवि द्वारा रोशनी) के बाद, डिवाइस का इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण सर्किट स्पंदित वोल्टेज का एक जटिल सेट लागू करता है, जो मैट्रिक्स के किनारे पर पिक्सल में जमा इलेक्ट्रॉनों के साथ कॉलम को स्थानांतरित करना शुरू कर देता है, जहां एक समान मापने वाली सीसीडी रजिस्टर स्थित है, जिसमें चार्ज पहले से ही एक लंबवत दिशा में स्थानांतरित हो गए हैं और मापने वाले तत्व पर गिरते हैं, जिससे इसमें व्यक्तिगत शुल्कों के आनुपातिक संकेत मिलते हैं। इस प्रकार, प्रत्येक बाद के समय के लिए, हम संचित चार्ज का मान प्राप्त कर सकते हैं और यह पता लगा सकते हैं कि मैट्रिक्स पर कौन सा पिक्सेल (पंक्ति संख्या और कॉलम संख्या) से मेल खाता है।

संक्षेप में प्रक्रिया के भौतिकी के बारे में।

शुरू करने के लिए, हम ध्यान दें कि सीसीडी तथाकथित कार्यात्मक इलेक्ट्रॉनिक्स के उत्पाद हैं। उन्हें व्यक्तिगत रेडियो तत्वों - ट्रांजिस्टर, प्रतिरोध और कैपेसिटर के संग्रह के रूप में प्रदर्शित नहीं किया जा सकता है। कार्य आवेश बंधन के सिद्धांत पर आधारित है। आवेश युग्मन का सिद्धांत इलेक्ट्रोस्टैटिक्स से ज्ञात दो स्थितियों का उपयोग करता है:

जैसे आरोप एक दूसरे को प्रतिकर्षित करते हैं
जहां उनकी संभावित ऊर्जा न्यूनतम होती है, वहां शुल्क जमा हो जाते हैं। वे। अशिष्टता से - "मछली खोज रही है कि वह कहाँ गहरी है।"

आइए एक एमओएस कैपेसिटर से शुरू करें (एमओएस मेटल-ऑक्साइड-सेमीकंडक्टर के लिए छोटा है)। यह वही है जो MOSFET का रहता है यदि आप इसमें से नाली और स्रोत को हटाते हैं, अर्थात, ढांकता हुआ की एक परत द्वारा सिलिकॉन से अलग किया गया एक इलेक्ट्रोड। निश्चितता के लिए, हम मानते हैं कि अर्धचालक पी-प्रकार है, यानी, संतुलन की स्थिति के तहत छिद्रों की एकाग्रता इलेक्ट्रॉनों की तुलना में बहुत अधिक (परिमाण के कई क्रम) अधिक है। इलेक्ट्रोफिजिक्स में, एक "छेद" एक चार्ज होता है जो एक इलेक्ट्रॉन के चार्ज के विपरीत होता है, यानी। सकारात्मक आरोप।

क्या होगा यदि ऐसे इलेक्ट्रोड (इसे गेट कहा जाता है) पर एक सकारात्मक क्षमता लागू की जाती है? गेट द्वारा बनाया गया विद्युत क्षेत्र, ढांकता हुआ के माध्यम से सिलिकॉन को भेदता है, गतिमान छिद्रों को पीछे हटाता है; एक खाली क्षेत्र प्रकट होता है - सिलिकॉन की एक निश्चित मात्रा, बहुसंख्यक वाहक से मुक्त। सीसीडी के लिए विशिष्ट सेमीकंडक्टर सब्सट्रेट के मापदंडों के साथ, इस क्षेत्र की गहराई लगभग 5 माइक्रोन है। इसके विपरीत, प्रकाश की क्रिया के तहत यहां उत्पन्न होने वाले इलेक्ट्रॉन गेट की ओर आकर्षित होंगे और सीधे गेट के नीचे ऑक्साइड-सिलिकॉन इंटरफेस में जमा हो जाएंगे, यानी एक संभावित कुएं में गिर जाएंगे (चित्र 1)।

चावल। एक
गेट पर वोल्टेज लागू होने पर एक संभावित कुएं का निर्माण

इस मामले में, जैसे ही इलेक्ट्रॉन कुएं में जमा होते हैं, वे अर्धचालक में गेट द्वारा बनाए गए विद्युत क्षेत्र को आंशिक रूप से बेअसर कर देते हैं, और अंत में वे इसकी पूरी तरह से भरपाई कर सकते हैं, ताकि सब कुछ विद्युत क्षेत्रकेवल ढांकता हुआ पर गिरेगा, और सब कुछ अपनी मूल स्थिति में वापस आ जाएगा - इस अपवाद के साथ कि इंटरफ़ेस पर इलेक्ट्रॉनों की एक पतली परत बनती है।

अब गेट के बगल में एक और गेट स्थित होने दें, और उस पर एक सकारात्मक क्षमता भी लागू होती है, इसके अलावा, पहले वाले की तुलना में बड़ा (चित्र 2)। यदि केवल द्वार पर्याप्त रूप से करीब हैं, तो उनके संभावित कुएं गठबंधन करते हैं, और एक संभावित कुएं में इलेक्ट्रॉन आसन्न एक में चले जाते हैं यदि यह "गहरा" है।
चावल। 2
दो निकट दूरी वाले फाटकों के संभावित कुओं को ओवरलैप करना। आवेश उस स्थान पर प्रवाहित होता है जहाँ संभावित कुआँ अधिक गहरा होता है।

अब यह स्पष्ट होना चाहिए कि यदि हमारे पास फाटकों की एक श्रृंखला है, तो उन पर उचित नियंत्रण वोल्टेज लागू करके, ऐसी संरचना के साथ एक स्थानीयकृत चार्ज पैकेट को स्थानांतरित करना संभव है। सीसीडी की एक उल्लेखनीय संपत्ति, स्व-स्कैनिंग संपत्ति, यह है कि केवल तीन घड़ी की बसें किसी भी लम्बाई के फाटकों की एक श्रृंखला को चलाने के लिए पर्याप्त हैं। (इलेक्ट्रॉनिक्स में बस शब्द एक कंडक्टर है विद्युत प्रवाह, एक ही प्रकार के तत्वों को जोड़ने, एक घड़ी बस - कंडक्टर जिसके माध्यम से एक चरण-स्थानांतरित वोल्टेज प्रेषित होता है।) वास्तव में, चार्ज पैकेट के हस्तांतरण के लिए, तीन इलेक्ट्रोड आवश्यक और पर्याप्त हैं: एक संचारण, एक प्राप्त करना और एक इन्सुलेट करना, अलग करना एक दूसरे से प्राप्त करने और संचारित करने के जोड़े, और इसी नाम के ऐसे ट्रिपल के इलेक्ट्रोड को एक दूसरे से सिंगल क्लॉक बस में जोड़ा जा सकता है, जिसके लिए केवल एक बाहरी आउटपुट (चित्र 3) की आवश्यकता होती है।

चावल। 3
सबसे सरल तीन-चरण सीसीडी रजिस्टर।
प्रत्येक संभावित कुएं में चार्ज अलग है।

यह सबसे सरल तीन-चरण सीसीडी शिफ्ट रजिस्टर है। ऐसे रजिस्टर के संचालन के घड़ी आरेख अंजीर में दिखाए गए हैं। चार।

चावल। चार
तीन-चरण रजिस्टर को नियंत्रित करने के लिए घड़ी आरेख तीन मेन्डर्स हैं जिन्हें 120 डिग्री से स्थानांतरित किया गया है।
जब क्षमताएँ बदलती हैं, तो आवेश गतिमान होते हैं।

यह देखा जा सकता है कि समय के प्रत्येक क्षण में इसके सामान्य संचालन के लिए, कम से कम एक घड़ी की बस में उच्च क्षमता होनी चाहिए, और कम से कम एक - कम क्षमता (अवरोध क्षमता)। जब एक बस पर क्षमता बढ़ जाती है और दूसरी (पिछली) पर कम हो जाती है, तो सभी चार्ज पैकेट एक साथ पड़ोसी फाटकों में स्थानांतरित हो जाते हैं, और एक पूर्ण चक्र (प्रत्येक चरण बस पर एक चक्र) के लिए, चार्ज पैकेट को एक में स्थानांतरित (स्थानांतरित) किया जाता है। रजिस्टर तत्व।

चार्ज पैकेट को अनुप्रस्थ दिशा में स्थानांतरित करने के लिए, तथाकथित स्टॉप चैनल बनते हैं - मुख्य डोपेंट की बढ़ी हुई एकाग्रता के साथ संकीर्ण स्ट्रिप्स, जो ट्रांसफर चैनल (छवि 5) के साथ चलती हैं।

चावल। 5.
ऊपर से रजिस्टर का दृश्य।
पार्श्व दिशा में स्थानांतरण चैनल स्टॉप चैनलों द्वारा सीमित है।

तथ्य यह है कि डोपेंट की एकाग्रता निर्धारित करती है कि गेट पर किस विशिष्ट वोल्टेज के तहत एक कमी क्षेत्र बनता है (यह पैरामीटर एमओएस संरचना के थ्रेसहोल्ड वोल्टेज से ज्यादा कुछ नहीं है)। सहज ज्ञान युक्त विचारों से, यह स्पष्ट है कि अशुद्धता की सघनता जितनी अधिक होगी, यानी अर्धचालक में जितने अधिक छेद होंगे, उन्हें गहराई तक चलाना उतना ही कठिन होगा, अर्थात, थ्रेशोल्ड वोल्टेज जितना अधिक होगा या, एक वोल्टेज पर, क्षमता उतनी ही कम होगी। संभावित कुएं में।

समस्या

यदि डिजिटल उपकरणों के उत्पादन में प्लेट में मापदंडों का प्रसार परिणामी उपकरणों के मापदंडों पर ध्यान देने योग्य प्रभाव के बिना कई बार पहुंच सकता है (चूंकि काम असतत वोल्टेज स्तरों के साथ किया जाता है), तो एक सीसीडी में, एक परिवर्तन , कहते हैं, डोपेंट एकाग्रता 10% पहले से ही छवि में ध्यान देने योग्य है। क्रिस्टल का आकार अपनी समस्याओं के साथ-साथ अतिरेक की असंभवता को जोड़ता है, जैसा कि स्मृति एलएसआई में होता है, जिससे कि दोषपूर्ण क्षेत्र पूरे क्रिस्टल की अनुपयोगी हो जाते हैं।

नतीजा

एक सीसीडी मैट्रिक्स के विभिन्न पिक्सेल तकनीकी रूप से प्रकाश के प्रति अलग संवेदनशीलता रखते हैं, और इस अंतर को ठीक किया जाना चाहिए।

डिजिटल सीएमए में, इस सुधार को ऑटो गेन कंट्रोल (एजीसी) सिस्टम कहा जाता है।

एजीसी प्रणाली कैसे काम करती है

सादगी के लिए, हम कुछ खास नहीं लेंगे। आइए मान लें कि सीसीडी नोड के एडीसी के आउटपुट में कुछ संभावित स्तर हैं। आइए मान लें कि 60 - औसत स्तरसफेद।

सीसीडी लाइन के प्रत्येक पिक्सेल के लिए, मान तब पढ़ा जाता है जब इसे संदर्भ सफेद रोशनी से प्रकाशित किया जाता है (और अधिक गंभीर उपकरणों में, "ब्लैक लेवल" भी पढ़ा जाता है)।
मान की तुलना संदर्भ स्तर (उदा. औसत) से की जाती है।
प्रत्येक पिक्सेल के लिए आउटपुट मान और संदर्भ स्तर के बीच का अंतर संग्रहीत किया जाता है।
भविष्य में, स्कैन करते समय, प्रत्येक पिक्सेल के लिए इस अंतर की भरपाई की जाती है।

हर बार स्कैनर सिस्टम को इनिशियलाइज़ करने पर AGC सिस्टम को इनिशियलाइज़ किया जाता है। आपने शायद देखा होगा कि जब आप मशीन को चालू करते हैं, तो कुछ समय बाद, स्कैनर कैरिज फॉरवर्ड-रिटर्न मूवमेंट (बी/डब्ल्यू स्ट्रिप पर क्रॉल) करना शुरू कर देता है। यह एजीसी प्रणाली की आरंभीकरण प्रक्रिया है। सिस्टम दीपक की स्थिति (उम्र बढ़ने) को भी ध्यान में रखता है।

आपने शायद यह भी देखा होगा कि रंगीन स्कैनर से लैस छोटे एमएफपी बारी-बारी से तीन रंगों में "दीपक जलाते हैं": लाल, नीला और हरा। तब ही मूल की बैकलाइट सफेद हो जाती है। यह आरजीबी चैनलों के लिए अलग से मैट्रिक्स की संवेदनशीलता को बेहतर ढंग से ठीक करने के लिए किया जाता है।

हाफ़टोन टेस्ट (छायांकन परीक्षण)आपको इंजीनियर के अनुरोध पर इस प्रक्रिया को शुरू करने और सुधार मूल्यों को वास्तविक स्थितियों में लाने की अनुमति देता है।

आइए इस सब पर एक वास्तविक, "लड़ाकू" मशीन पर विचार करने का प्रयास करें। हम आधार के रूप में एक प्रसिद्ध और लोकप्रिय उपकरण लेते हैं सैमसंग एससीएक्स-4521 (जेरोक्स पे 220)।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हमारे मामले में, सीसीडी सीआईएस (संपर्क छवि सेंसर) बन जाता है, लेकिन मूल रूप से जो हो रहा है उसका सार इससे नहीं बदलता है। प्रकाश स्रोत के रूप में, एल ई डी की एक पंक्ति का उपयोग किया जाता है।

इसलिए:

सीआईएस से छवि संकेत का स्तर लगभग 1.2 वी है और डिवाइस नियंत्रक (एडीसीपी) के एडीसी अनुभाग (एडीसीपी) को खिलाया जाता है। SADC के बाद, एनालॉग CIS सिग्नल को 8-बिट डिजिटल सिग्नल में बदल दिया जाएगा।

SADC में इमेज प्रोसेसर पहले टोन करेक्शन फंक्शन और फिर गामा करेक्शन फंक्शन का उपयोग करता है। उसके बाद, डेटा को ऑपरेशन के मोड के अनुसार अलग-अलग मॉड्यूल में फीड किया जाता है। टेक्स्ट मोड में, छवि डेटा एलएटी मॉड्यूल को भेजा जाता है, फोटो मोड में, छवि डेटा "त्रुटि प्रसार" मॉड्यूल को भेजा जाता है, पीसी-स्कैन मोड में, छवि डेटा सीधे डीएमए एक्सेस के माध्यम से व्यक्तिगत कंप्यूटर पर भेजा जाता है।

परीक्षण से पहले एक्सपोज़र ग्लास पर श्वेत पत्र की कुछ खाली चादरें रखें। यह बिना कहे चला जाता है कि ऑप्टिक्स, b/w स्ट्राइप और सामान्य रूप से स्कैनर असेंबली को पहले अंदर से "चाला" जाना चाहिए।

टेक मोड में चयन करें
इमेज को स्कैन करने के लिए ENTER बटन दबाएं।
स्कैन करने के बाद, "CIS SHADING PROFILE" (CIS हाफ़टोन प्रोफ़ाइल) प्रिंट हो जाएगा। ऐसी शीट का एक उदाहरण नीचे दिखाया गया है। यह आपके परिणाम की एक प्रति नहीं है, लेकिन छवि में करीब है।
यदि मुद्रित छवि चित्र में दिखाई गई छवि से बहुत अलग है, तो CIS दोषपूर्ण है। कृपया ध्यान दें कि रिपोर्ट शीट के नीचे "परिणाम: ठीक" लिखा है। इसका मतलब है कि सिस्टम का सीआईएस मॉड्यूल पर कोई गंभीर दावा नहीं है। अन्यथा, त्रुटि परिणाम दिया जाएगा।

प्रोफाइल प्रिंटआउट उदाहरण:

आप सौभाग्यशाली हों!!

सेंट पीटर्सबर्ग स्टेट यूनिवर्सिटी (LSU), सेंट पीटर्सबर्ग इलेक्ट्रोटेक्निकल यूनिवर्सिटी (LETI) और एक्सल के शिक्षकों के लेखों और व्याख्यानों की सामग्री को आधार के रूप में लिया जाता है। उन्हें धन्यवाद दें।

वी. शेलेनबर्ग द्वारा तैयार सामग्री

एक चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) साधारण एमआईएस संरचनाओं (धातु-ढांकता हुआ-अर्धचालक) की एक श्रृंखला है जो एक सामान्य अर्धचालक सब्सट्रेट पर इस तरह से बनाई जाती है कि धातु इलेक्ट्रोड के स्ट्रिप्स एक रैखिक या मैट्रिक्स नियमित प्रणाली बनाते हैं जिसमें दूरी के बीच की दूरी इलेक्ट्रोड पर्याप्त छोटा है (चित्र। 41)। यह परिस्थिति इस तथ्य को निर्धारित करती है कि डिवाइस के संचालन में निर्धारण कारक पड़ोसी एमआईएस संरचनाओं का पारस्परिक प्रभाव है।

सीसीडी के संचालन का सिद्धांत इस प्रकार है। यदि किसी धातु सीसीडी इलेक्ट्रोड पर एक नकारात्मक वोल्टेज लगाया जाता है, तो परिणामी विद्युत क्षेत्र की क्रिया के तहत, इलेक्ट्रॉन, जो सब्सट्रेट में मुख्य वाहक होते हैं, सतह से अर्धचालक की गहराई में चले जाते हैं। सतह पर, एक रिक्त क्षेत्र बनता है, जो ऊर्जा आरेख पर अल्पसंख्यक वाहक - छिद्रों के लिए एक संभावित कुआं है। छेद जो किसी तरह इस क्षेत्र में प्रवेश करते हैं, ढांकता हुआ-अर्धचालक इंटरफ़ेस की ओर आकर्षित होते हैं और एक संकीर्ण निकट-सतह परत में स्थानीयकृत होते हैं।

यदि अब अधिक आयाम का एक ऋणात्मक वोल्टेज आसन्न इलेक्ट्रोड पर लागू किया जाता है, तो एक गहरा क्षमता वाला कुआं बनता है और छेद उसमें से गुजरते हैं। विभिन्न सीसीडी इलेक्ट्रोडों पर आवश्यक नियंत्रण वोल्टेज लागू करके, विभिन्न निकट-सतह क्षेत्रों में आवेशों के भंडारण और सतह के साथ आवेशों की निर्देशित गति (संरचना से संरचना तक) दोनों को सुनिश्चित करना संभव है। चार्ज पैकेट (रिकॉर्डिंग) की शुरूआत या तो पी-एन जंक्शन द्वारा की जा सकती है, उदाहरण के लिए, चरम सीसीडी तत्व के पास (चित्र 41 में इलेक्ट्रोड 1), या प्रकाश पीढ़ी द्वारा। सिस्टम (रीडिंग) से चार्ज को हटाना भी p-n जंक्शन (चित्र 41 में इलेक्ट्रोड पी) का उपयोग करके करना सबसे आसान है। इस प्रकार, एक सीसीडी एक उपकरण है जिसमें बाहरी सूचना (विद्युत या प्रकाश सिग्नल) को मोबाइल वाहक के चार्ज पैकेट में परिवर्तित किया जाता है, जो निकट-सतह क्षेत्रों में एक निश्चित तरीके से रखा जाता है, और इन पैकेटों के नियंत्रित आंदोलन द्वारा सूचना प्रसंस्करण किया जाता है। सतह। जाहिर है, सीसीडी के आधार पर डिजिटल और एनालॉग सिस्टम बनाए जा सकते हैं। डिजिटल सिस्टम के लिए, केवल एक विशेष सीसीडी तत्व में छेद के चार्ज की उपस्थिति या अनुपस्थिति महत्वपूर्ण है; एनालॉग प्रोसेसिंग में, वे चलती चार्ज के मूल्यों से निपटते हैं।

सीसीडी ऑपरेशन के डिजाइन और भौतिकी इन उपकरणों की कई बहुत ही रोचक और उपयोगी (और अक्सर अनूठी) विशेषताओं को निर्धारित करते हैं।

सीसीडी की सबसे महत्वपूर्ण कार्यात्मक विशेषताओं में चार्ज जानकारी संग्रहीत करने की क्षमता शामिल है; अर्धचालक क्रिस्टल की सतह के साथ आवेशों के निर्देशित हस्तांतरण की संभावना; परिवर्तन की संभावना चमकदार प्रवाहएक विद्युत आवेश और उसके बाद के रीडिंग (स्कैनिंग) में। सीसीडी का लाभ उनकी कम बिजली की खपत (सूचना प्रसारण मोड में 5-10 μW / बिट और भंडारण मोड में ऊर्जा खपत की लगभग पूर्ण अनुपस्थिति) है, जो इन उपकरणों की एमआईएस संरचना के कारण है। सीसीडी में विन्यास की सादगी और तत्वों की प्रणाली की नियमितता इस तथ्य की ओर ले जाती है कि इन उपकरणों की गति बहुत अधिक हो सकती है (विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए नमूनों के लिए, सीमित घड़ी की आवृत्ति गीगाहर्ट्ज़ रेंज में होती है)।

शायद और भी महत्वपूर्ण सीसीडी के डिजाइन और तकनीकी फायदे हैं, जिनमें से मुख्य हैं तकनीकी स्पष्टता और सादगी (डिवाइस के निर्माण में फोटोलिथोग्राफिक, थर्मल डिफ्यूजन और एपिटैक्सियल प्रक्रियाओं की एक छोटी संख्या) - उच्च के निर्माण के लिए एक शर्त- गुणवत्ता बहु-तत्व (तत्वों की संख्या 10 4 -10 6) उपकरणों के साथ; एकीकरण की उच्च डिग्री (एक चिप पर 10 5 से अधिक तत्व) और उच्च पैकिंग घनत्व (10 5 बिट/सेमी 2 से अधिक); बाहरी लीड की एक छोटी संख्या, जो अत्यधिक विश्वसनीय प्रणालियों के निर्माण में निर्णायक है; पी-एन जंक्शनों की अनुपस्थिति (सीसीडी के कुछ पी-एन जंक्शन "सहायक" कार्य करते हैं और बल्कि "कमजोर" आवश्यकताएं उन पर थोपी जाती हैं), जो विशेष रूप से, सिलिकॉन के साथ अन्य अर्धचालक पदार्थों का उपयोग करने के लिए व्यापक अवसर खोलता है (उदाहरण के लिए, गैलियम आर्सेनाइड)।

ये सभी गुण विभिन्न प्रकार के सीसीडी अनुप्रयोगों के लिए व्यापक संभावनाएं खोलते हैं।

डिजिटल तकनीक के लिए, शिफ्ट रजिस्टर, रैंडम एक्सेस मेमोरी और लॉजिक सर्किट रुचि के हैं। सीसीडी पर एनालॉग सिग्नल की देरी लाइनें तकनीकी निर्देशअपने ध्वनिक और चुंबकीय समकक्षों से काफी बेहतर प्रदर्शन करते हैं।

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक छवि रूपांतरण प्रौद्योगिकी में, सीसीडी वैक्यूम मुक्त अर्धचालक वीडियो सिग्नल फॉर्मर्स बनाने के लिए मौलिक रूप से नई संभावनाएं खोलते हैं। उनकी अंतर्निहित स्व-स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन बीम स्कैनिंग के साथ भारी और अविश्वसनीय उच्च-वोल्टेज वैक्यूम ट्यूबों को समाप्त करती है। सीसीडी सीआरटी के अनूठे एनालॉग हैं, जो वीडियो सिग्नल फॉर्मर्स की विश्वसनीयता और गुणवत्ता बढ़ाने के लिए वजन, समग्र आयामों और बिजली की खपत में कमी के साथ-साथ अनुमति देते हैं। सीसीडी-आधारित फोटोडेटेक्टर्स का एक अतिरिक्त लाभ विभिन्न अर्धचालक सामग्रियों का उपयोग करने की मौलिक संभावना में निहित है, जिससे विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम (आईआर क्षेत्र सहित) के एक विस्तृत क्षेत्र को कवर करना संभव हो जाएगा।

सीसीडी के आधार पर टेलीविजन कैमरों को प्रसारित करने का निर्माण भविष्य में न केवल एक विश्वसनीय "इलेक्ट्रॉनिक आंख" के साथ प्रौद्योगिकी को लैस करने के लिए नेतृत्व करेगा (हम ध्यान दें कि परियोजना में मनुष्यों के लिए कृत्रिम दृष्टि बनाने के लिए, सीसीडी के लिए अभिविन्यास भी बनाया गया है), लेकिन यह भी रोजमर्रा की जिंदगी में टेलीविजन के वास्तव में व्यापक उपयोग के लिए।

यदि एक छवि ले जाने वाले प्रकाश प्रवाह को बहु-तत्व या मैट्रिक्स सीसीडी के लिए निर्देशित किया जाता है, तो अर्धचालक के थोक में इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़े का फोटोजेनरेशन शुरू हो जाएगा। सीसीडी के अवक्षय क्षेत्र में जाने से, वाहक अलग हो जाते हैं और संभावित कुओं में छेद जमा हो जाते हैं (इसके अलावा, संचित चार्ज स्थानीय रोशनी के समानुपाती होता है)। कुछ समय बाद (कई मिलीसेकंड के क्रम पर) छवि धारणा के लिए पर्याप्त है, सीसीडी सरणी रोशनी वितरण के अनुरूप चार्ज पैकेट का एक पैटर्न संग्रहीत करेगी। जब घड़ी की दालें चालू होती हैं, तो चार्ज पैकेट आउटपुट रीडर में चले जाएंगे, जो उन्हें विद्युत संकेतों में बदल देगा। नतीजतन, आउटपुट विभिन्न आयामों के साथ दालों का अनुक्रम होगा, लिफाफा जो वीडियो सिग्नल देता है।

इस आधार पर, फोटोटेलीग्राफी के लिए उपकरणों को ध्यान में रखते हुए, साथ ही ट्रांसमिटिंग कैमरे (पूर्ण-प्रारूप वाले रंगीन टेलीविजन कैमरों तक) बनाए जाते हैं। भविष्य में, सीसीडी समानांतर सूचना प्रसंस्करण के साथ उच्च-प्रदर्शन ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटरों में सुविधाजनक मैट्रिक्स फोटोडेटेक्टर के रूप में आवेदन पाएंगे।

सीसीडी (1969) की उपस्थिति एमआईएस उपकरणों के भौतिकी और प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में अनुसंधान का परिणाम थी। सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकी की इस नई दिशा का विकास कई वैज्ञानिक टीमों द्वारा किया जा रहा है विभिन्न देशदुनिया और बहुत उल्लेखनीय परिणाम पहले ही हासिल किए जा चुके हैं।

8192, 16384 और 65536 बिट्स की क्षमता वाली हाई-स्पीड सिंगल-चिप सीसीडी यादें, 64-200 μs के नमूने समय के साथ और 1-5 मेगाहर्ट्ज की एक सूचना आउटपुट दर बनाई गई है; 16 K (किलोबिट) की क्षमता वाले क्रिस्टल के आधार पर, 256 बिट्स के ब्लॉक फ़ेच के साथ 1 Mbit की क्षमता वाली मेमोरी को डिज़ाइन किया गया था। रंगीन टेलीविजन प्रणालियों में उपयोग के लिए 128 बिट्स की क्षमता वाली एक ब्रॉडबैंड एनालॉग सिग्नल देरी लाइन विकसित की गई है; एक सीसीडी-आधारित सहसंबंधक का परीक्षण किया गया था, जो 1% से कम की कुल त्रुटि के साथ 40,000 असतत सिग्नल मानों के एक साथ प्रसंस्करण की अनुमति देता है।

कई अमेरिकी फर्मों (मुख्य रूप से बेल और आरसीए) द्वारा औद्योगिक उत्पादन की शुरुआत के बारे में कई रिपोर्टें हैं, जो 200X200 और 500x500 के अपघटन तत्वों की संख्या के साथ कैमरों को प्रसारित करती हैं।

उसी समय, यह ध्यान देना असंभव है कि रास्ते में व्यापक उपयोगसीसीडी में अभी भी कई अनसुलझे समस्याएं हैं - और सबसे पहले, तकनीकी वाले: ढांकता हुआ फिल्म के पंचर और इलेक्ट्रोड टायर के शॉर्ट सर्किट अभी भी उच्च उपज प्रतिशत के साथ पर्याप्त रूप से बड़ी सूचना क्षमता के दोष मुक्त सीसीडी प्राप्त करने की अनुमति नहीं देते हैं। एकल-परत धातुकरण के साथ बड़े सीसीडी बनाने में सबसे महत्वपूर्ण तकनीकी समस्या इलेक्ट्रोड के बीच संकीर्ण (2-3 माइक्रोन) अंतराल प्राप्त करने की समस्या है; ऐसी संरचनाओं में मुख्य तकनीकी दोष शॉर्ट सर्किट है। बहुपरत सिलिकॉन गेट संरचनाओं में, पॉलीसिलिकॉन के सभी स्तरों के बीच उच्च गुणवत्ता वाले इन्सुलेट ढांकता हुआ प्राप्त करना मुश्किल है।

अंत में, मैं यह नोट करना चाहूंगा कि चार्ज-युग्मित उपकरणों, विशेष रूप से ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों पर आधारित उपकरणों का निर्माण, बड़े पैमाने पर एकीकृत सर्किट के विकास में एक महत्वपूर्ण चरण है और कार्यात्मक माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक की दिशा में पहला वास्तविक कदम है।

एक चार्ज-युग्मित डिवाइस (सीसीडी) एक अर्धचालक उपकरण है जिसमें सब्सट्रेट गेट्स (सीआईएस संरचनाओं) से बड़ी संख्या में बारीकी से दूरी और पृथक होता है, जिसके तहत अल्पसंख्यक चार्ज वाहक के सूचना पैकेट को नाली में स्थानांतरित किया जा सकता है, या तो इंजेक्शन से इंजेक्शन दिया जा सकता है स्रोत या सब्सट्रेट में उत्पन्न - ऑप्टिकल विकिरण के अवशोषण के लिए।

हम तीन-चक्र शिफ्ट रजिस्टर सर्किट के उदाहरण का उपयोग करते हुए एक सीसीडी के संचालन के सिद्धांत पर विचार करेंगे, जिसे कई गेटों के साथ एक एमआईएस ट्रांजिस्टर की संरचना के रूप में दर्शाया जा सकता है (चित्र 5.9)। इस उपकरण में तीन खंड होते हैं।

प्रथम - प्रवेश खंड – स्रोत शामिल हैं पी + - इसके नीचे का क्षेत्र और इनपुट गेट, जो प्रसार से छिद्रों की गति को नियंत्रित करने के लिए एक कुंजी के रूप में कार्य करता है पी+-स्रोत क्षेत्र को पहले संभावित कुएं में डालें।

दूसरा - स्थानांतरण अनुभाग – सिलिकॉन-सिलिकॉन डाइऑक्साइड इंटरफेस पर क्षमता को नियंत्रित करने वाले फाटकों की एक श्रृंखला शामिल है। ये द्वार दो के माध्यम से आपस में जुड़े हुए हैं। स्थानांतरण खंड के द्वार पर वोल्टेज में विभिन्न आयामों के दालों का रूप होता है, जो एक दूसरे को चक्रीय क्रमपरिवर्तन के साथ प्रतिस्थापित करते हैं (चित्र 5.9, होना) गेट वोल्टेज में इस तरह के बदलाव के साथ, संभावित कुएं डिवाइस के आउटपुट में चले जाते हैं, चार्ज वाहक पैकेट, छेद खींचते हैं।

तीसरा - आउटलेट अनुभाग – शामिल जिला Seoni- अपवाह संक्रमण। इस संक्रमण को विपरीत दिशा में स्थानांतरित कर दिया गया है और इसके लिए उपयुक्त संभावित कुओं से छेद निकालने के लिए डिज़ाइन किया गया है (चित्र 5.9, जी).

ऑपरेशन के प्रारंभिक चक्र में इनपुट गेट पर वोल्टेज लागू होने दें, इनपुट गेट () के तहत एक प्रवाहकीय चैनल बनाने के लिए पर्याप्त है। यदि, उसी समय, स्थानांतरण अनुभाग के पहले द्वार पर पर्याप्त रूप से बड़ा नकारात्मक वोल्टेज मौजूद है, अर्थात। यदि ट्रांसफर सेक्शन के पहले गेट के नीचे छेद के लिए एक गहरी क्षमता है, तो छेद स्रोत छोड़ देंगे, इनपुट गेट के नीचे चैनल से गुजरेंगे और ट्रांसफर सेक्शन के पहले गेट के नीचे संभावित कुएं में जमा हो जाएंगे (चित्र। 5.9, 6 ).

इनपुट गेट पर वोल्टेज ट्रांसफर सेक्शन के गेट्स पर वोल्टेज बदलने के अगले चक्र की शुरुआत से हटा दिया जाता है। इसलिए, इनपुट गेट के नीचे कंडक्टिंग चैनल गायब हो जाता है। इस तरह से जानकारी दर्ज की जाती है (उदाहरण के लिए, एक तार्किक इकाई), जो स्रोत से इंजेक्शन के परिणामस्वरूप पहले गेट के नीचे संभावित कुएं में संचित छिद्रों के एक निश्चित आवेश से मेल खाती है।

ध्यान दें कि तार्किक शून्य से संबंधित जानकारी लिखने के लिए, इनपुट गेट पर एक नकारात्मक वोल्टेज लागू नहीं किया जाना चाहिए। इस मामले में, छेद का कोई इंजेक्शन नहीं होगा पी + - पहले गेट के नीचे एक संभावित कुएं में स्रोत क्षेत्र (चित्र। 5.9, डी) और इसमें छेदों का केवल एक अपेक्षाकृत छोटा चार्ज दिखाई दे सकता है, जो या तो चार्ज कैरियर्स के थर्मल जेनरेशन से जुड़ा होता है, या डिवाइस के पिछले चक्रों में संभावित कुएं के अधूरे खाली होने के साथ होता है।

ट्रांसफर सेक्शन के गेट्स पर वोल्टेज बदलने के बाद, सबसे ज्यादा नेगेटिव वोल्टेज दूसरे गेट पर होगा, इसलिए होल्स का पैकेट ट्रांसफर सेक्शन के दूसरे गेट के नीचे संभावित कुएं में चला जाएगा (चित्र 5.9, में) ट्रांसफर सेक्शन के गेट्स पर वोल्टेज बदलने के अगले चक्र के साथ, होल्स का पैकेट आगे आउटपुट सेक्शन की ओर बढ़ेगा (चित्र 5.9, डी, डी).

यदि संभावित गड्ढों में के लिए उपयुक्त आर-एन- ड्रेन जंक्शन, कोई चार्ज कैरियर नहीं हैं - छेद, फिर ड्रेन सर्किट में करंट में कोई बदलाव नहीं होगा। और केवल उस स्थिति में जब संभावित कुएं में छेद होते हैं जिला Seoni- ड्रेन जंक्शन, इन छेदों को निकाला जाएगा, और एक करंट पल्स ड्रेन सर्किट में गुजरेगा या ड्रेन वोल्टेज बदल जाएगा (चित्र 5.9, जी).

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एक सीसीडी एक आम तौर पर गतिशील उपकरण है और इसमें कम और ऊपरी सीमास्थानांतरण खंड को खिलाने वाले वोल्टेज दालों की घड़ी की आवृत्ति।

निचली सीमाघड़ी की आवृत्ति इस तथ्य से निर्धारित होता है कि सतह पर संभावित कुएं के बीच
आवेश वाहकों की तापीय पीढ़ी से जुड़ी धाराएँ और, सिद्धांत रूप में, रिवर्स एक्सट्रैक्शन करंट से भिन्न नहीं होती हैं जिला Seoni-संक्रमण। ये धाराएँ तार्किक शून्य के स्तर को प्रभावित करती हैं, जिससे खाली संभावित कुओं में छिद्रों का आवेश बढ़ जाता है। अर्धचालक के तापमान और गुणों के आधार पर, खाली संभावित कुओं में छिद्रों का ध्यान देने योग्य संचय एक सेकंड के सौवें हिस्से से लेकर कुछ सेकंड तक हो सकता है। इसलिए, सीसीडी घड़ी आवृत्ति की निचली सीमा आमतौर पर इकाइयाँ होती हैं - दसियों किलोहर्ट्ज़।

ऊपरी घड़ी की सीमा एक संभावित कुएं से दूसरे में चार्ज प्रवाह के समय (कुछ नैनोसेकंड के क्रम पर) द्वारा निर्धारित किया जाता है। कम समय में, पूरे चार्ज के पास एक संभावित कुएं से दूसरे में जाने का समय नहीं होता है। इसलिए, सीसीडी के लिए घड़ी की आवृत्तियों की ऊपरी सीमा आमतौर पर दसियों मेगाहर्ट्ज़ द्वारा निर्धारित की जाती है।

आज तक, सीसीडी के उपयोग के तीन मुख्य क्षेत्रों की पहचान की गई है:

1) भंडारण उपकरण;

2) छवियों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करने के लिए उपकरण;

3) एनालॉग सूचना प्रसंस्करण उपकरण।

भंडारण उपकरणों

संचालन के सिद्धांत के अनुसार, सीसीडी भंडारण उपकरण हैं जैसे विलंब रेखाएं। उनके आधार पर, अनुक्रमिक इनपुट और सूचना के आउटपुट के साथ डिजिटल शिफ्ट रजिस्टर बनाए गए हैं।

इस तरह के सीसीडी मेमोरी डिवाइस में पुनर्जनन के साथ सूचना लगातार प्रसारित होती है, अर्थात। खाली संभावित कुओं के स्तर की बहाली के साथ। रजिस्टर तक पहुँचने पर, दर्ज की गई जानकारी को पुनर्जनन के साथ या उसके बिना नमूना किया जाता है, अर्थात। गैर-विनाशकारी पढ़ने या दर्ज की गई जानकारी के विनाश के साथ।

छवियों को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करने के लिए उपकरण

ऐसे उपकरणों के संचालन का सिद्धांत इस तथ्य पर आधारित है कि जब एक अर्धचालक में एक सीसीडी प्रकाशित होता है, तो इसकी सतह के पास इलेक्ट्रॉन-होल चार्ज वाहक के जोड़े बनते हैं, जो गेट के नीचे संभावित कुएं के विद्युत क्षेत्र से अलग होते हैं। स्थानांतरण खंड।

प्रकाश क्वांटा के अवशोषण के दौरान बनने वाले वाहक सीसीडी के किसी दिए गए क्षेत्र की रोशनी के अनुपात में संभावित कुओं को भरते हैं। यदि तब दर्ज की गई प्रकाश जानकारी को सामान्य तरीके से स्थानांतरित किया जाता है, तो सीसीडी के आउटपुट पर सिग्नल रोशनी वितरण को दोहराएगा, अर्थात। छवि रेखा पर प्रकाश डाला जाएगा। अगली पंक्ति को भी हाइलाइट किया जा सकता है, और इसी तरह। वर्तमान में, सीसीडी ट्रांसमिटिंग कैमरे बनाए गए हैं जो रंगीन टेलीविजन सहित संकल्प के मामले में सामान्य टेलीविजन मानक तक पहुंचते हैं।

एनालॉग सूचना प्रसंस्करण उपकरण

सीसीडी की मदद से एनालॉग सिग्नल को भी स्टोर किया जा सकता है, लेकिन इस मामले में रिकॉर्ड की गई जानकारी को फिर से बनाना असंभव हो जाता है। हालांकि, सरल संस्मरण सीसीडी के उपयोग के लिए बड़ी संभावनाएं खोलता है, क्योंकि ये उपकरण आपको सूचना हस्तांतरण में देरी को समायोजित करने की अनुमति देते हैं। एनालॉग सूचना के प्रसंस्करण के लिए सीसीडी का उपयोग करने का सबसे सरल विकल्प रंगीन टेलीविजन रिसीवरों के लिए निश्चित विलंब रेखाएं थीं।

चार्ज-कपल्ड डिवाइस (सीसीडी) बड़ी संख्या में इंटरैक्टिंग एमआईएस संरचनाओं का एक संयोजन है, जिसके माध्यम से इलेक्ट्रॉनों के चार्ज पैकेट को स्रोत से नाली में स्थानांतरित किया जा सकता है (चित्र 5.19)। एमआईएस संरचनाओं की संख्या कई हजार तक पहुंच सकती है। प्रत्येक गेट की लंबाई लगभग 10 µm है और फाटकों के बीच की दूरी लगभग 2 µm है। एक सीसीडी का संचालन सिद्धांत एमआईएस संरचनाओं में गैर-स्थिर प्रक्रियाओं पर आधारित है।

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आइए हम पड़ोसी क्षेत्रों से पृथक एमआईएस संरचना के द्वार के नीचे होने वाली प्रक्रियाओं पर विचार करें। अगर उस समय t0चरण से गेट वोल्टेज बदलें आप ज़ि= 0 से आप ज़ि > आप कब से, फिर गेट के नीचे बहुत कम समय के लिए (ढांकता हुआ विश्राम समय के क्रम में) मोटाई डी ओ की एक घटिया परत बनती है, जिसमें से गेट फील्ड की कार्रवाई के तहत छेद हटा दिए जाते हैं। यह परत इलेक्ट्रॉनों के लिए एक संभावित कुआं है। संभावित कुएं की गहराई जितनी अधिक होगी, उतना ही अधिक आप जी।अर्धचालक सतह के लंबवत दिशा में अवक्षय परत के अंदर संभावित वितरण अंजीर में दिखाया गया है। 5.20.

समय के साथ, गेट के नीचे चार्ज वाहकों के थर्मल उत्पादन की अपेक्षाकृत धीमी अनियंत्रित प्रक्रिया होती है। इस मामले में बने छिद्रों को गेट क्षेत्र द्वारा गेट क्षेत्र से बाहर धकेल दिया जाता है और गेट के नीचे एक नकारात्मक चार्ज जमा हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप सतह की क्षमता कम हो जाती है। sऔर कमी परत मोटाई Δ . समय के बिंदु पर t2सतह की क्षमता बराबर हो जाती है , जिसके बाद सतह पर एक उलटा चैनल बनना शुरू हो जाता है।

उपयोगी सिग्नल के बारे में जानकारी ले जाने वाले चार्ज पैकेट बनाने के लिए, एक इनपुट डिवाइस का उपयोग किया जाता है, जिसमें स्रोत और सब्सट्रेट और इनपुट गेट 3 इंच के बीच एक p-n + -junction (इनपुट डायोड) होता है। अर्धचालक क्रिस्टल की सतह के साथ चार्ज पैकेट को स्थानांतरित करने के लिए, दो के माध्यम से जुड़े हुए फाटकों पर चरणबद्ध वोल्टेज लागू होते हैं, (चित्र। 5.21)। चार्ज पैकेट को आउटपुट सिग्नल में बदलने के लिए, नाली और सब्सट्रेट के बीच p-n + -junction (आउटपुट डायोड) और आउटपुट गेट 3 आउट का उपयोग किया जाता है। एक सीसीडी में चार्ज पैकेट के गठन, स्थानांतरण और पढ़ने की प्रक्रियाओं को अंजीर में चित्र द्वारा चित्रित किया गया है। 5.19, जो विभिन्न समय अंतरालों पर संरचना के साथ सतह क्षमता के वितरण को दर्शाता है।

प्रारंभिक के लिए अंतराल लें τ 0 जिसमें आप 1- 0, आप 2- 0, यू 3 = और एक्स पी = 10-15 वी. इन परिस्थितियों में गेट 3 और 6 के नीचे संभावित कुएं मौजूद हैं, जिनमें पहले से बने चार्ज पैकेट रखे जाते हैं। कुछ संभावित गड्ढों में ये पैकेज नहीं हो सकते हैं। इस अंतराल में स्रोत क्षमता n + क्षेत्र और सब्सट्रेट के ir क्षेत्र के बीच संपर्क संभावित अंतर के बराबर है। नाली की क्षमता अधिक है, यह बराबर है से = φ k0 + यू,कहाँ पे तथा -एक शक्ति स्रोत से उस पर लागू रिवर्स वोल्टेज ई आई.पी.ईएक रोकनेवाला के माध्यम से आर नहीं.

अंतराल में 1पहले गेट के नीचे चार्ज पैकेट बनता है, चार्ज पैकेट को तीसरे गेट के नीचे से चौथे गेट में ट्रांसफर किया जाता है, और चार्ज पैकेट को छठे गेट के नीचे से पढ़ा जाता है।

चार्ज पैकेट बनाने के लिए, पहले गेट पर एक ट्रांसफर वोल्टेज लगाया जाता है यू लेन= 20-25 वी, एक नकारात्मक वोल्टेज पल्स स्रोत पर लागू होता है, इनपुट डायोड को आगे की दिशा में चालू करता है, और इनपुट गेट पर एक नियंत्रण सकारात्मक सिग्नल वोल्टेज लागू होता है, जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रॉनों को इनपुट के तहत इंजेक्ट किया जाता है गेट, और फिर वे पहले शटर के नीचे एक गहरी क्षमता वाले कुएं में गुजरते हैं। चार्ज पैकेट का मूल्य सिग्नल वोल्टेज और नियंत्रण पल्स की अवधि पर निर्भर करता है। यदि सिग्नल वोल्टेज शून्य है, तो चार्ज पैकेट नहीं बनता है।

तीसरे गेट के नीचे से चौथे गेट में चार्ज पैकेट का स्थानांतरण इस तथ्य के कारण होता है कि चौथा गेट ट्रांसफर वोल्टेज प्राप्त करता है आप 1= यू लेन, जो भंडारण वोल्टेज से अधिक है यू 3 = और एक्स पीतीसरे द्वार पर अभिनय, जिसके परिणामस्वरूप चौथे द्वार के नीचे संभावित कुआं तीसरे द्वार की तुलना में अधिक गहरा हो जाता है। इसलिए, चार्ज पैकेज चौथे गेट के नीचे एक गहरी क्षमता वाले कुएं में चला जाता है।

जानकारी का पठन इस तथ्य के कारण होता है कि आउटपुट गेट पर एक सकारात्मक वोल्टेज पल्स लगाया जाता है और इसके नीचे एक संभावित कुआं बनता है, जो पिछले (छठे) गेट के नीचे की तुलना में गहरा होता है, इसलिए इलेक्ट्रॉन आउटपुट गेट के नीचे जाते हैं और फिर अंदर जाते हैं नाला। ड्रेन सर्किट में एक करंट पल्स दिखाई देता है, और सर्किट के आउटपुट पर एक नेगेटिव वोल्टेज पल्स दिखाई देता है। यदि अंतिम गेट के नीचे कोई पैकेट नहीं है, तो ड्रेन सर्किट में करंट शून्य है।

अंतराल में 2चार्ज पैकेट को गेट 1 और 4 के नीचे रखा जाता है। अंतराल में 3चार्ज पैकेट गेट 2 और 5 के नीचे चलते हैं। अंतराल में 4चार्ज पैकेट गेट 2 और 5 के नीचे रखे जाते हैं। अंतराल में 5चार्ज पैकेट गेट 3 और 6 के नीचे चलते हैं। अंतराल में 6चार्ज पैकेटों को गेट 3 और 6 के नीचे उसी तरह से स्टोर किया जाता है जैसे अंतराल में τ 0 . फिर प्रक्रिया दोहराई जाती है, और चार्ज पैकेट क्रमिक रूप से अर्धचालक क्रिस्टल की सतह के साथ चलते हैं।

सीसीडी आमतौर पर गतिशील उपकरण होते हैं, इसलिए उनके पास निचली और ऊपरी घड़ी की आवृत्ति सीमाएं होती हैं।

घड़ी की आवृत्ति की निचली सीमा अनियंत्रित इलेक्ट्रॉनों के साथ संभावित कुओं को भरने से निर्धारित होती है। अर्धचालक के तापमान और गुणों के आधार पर, खाली संभावित कुओं में इलेक्ट्रॉनों का एक प्रशंसनीय संचय सौवें से लेकर कुछ सेकंड तक के समय में हो सकता है। चार्ज पैकेट के स्वीकार्य भंडारण समय को बढ़ाने के लिए, जाल की एकाग्रता जिसके माध्यम से चार्ज वाहक उत्पन्न होते हैं, तापमान आदि कम हो जाते हैं। सीसीडी घड़ी आवृत्ति की निचली सीमा 30 से 300 हर्ट्ज की सीमा में है।

घड़ी की आवृत्ति की ऊपरी सीमा चार्ज के एक संभावित कुएं से दूसरे में प्रवाहित होने के समय से निर्धारित होती है, यह समय कई नैनोसेकंड है। कम समय में, चार्ज पैकेट के पास एक संभावित कुएं से दूसरे संभावित कुएं में जाने का समय नहीं होता है। इसलिए, घड़ी की आवृत्ति की ऊपरी सीमा दसियों मेगाहर्ट्ज़ है।

यह संचालन के सुविचारित सिद्धांत का अनुसरण करता है कि सीसीडी एक देरी लाइन-प्रकार की मेमोरी डिवाइस है जिसमें घड़ी की दालों की आवृत्ति को बदलकर देरी के समय को समायोजित किया जा सकता है, जिससे सीसीडी को कंप्यूटर मेमोरी डिवाइस के रूप में उपयोग करना संभव हो जाता है। सीसीडी के आधार पर जटिल प्रसंस्करण उपकरणों का निर्माण किया जा सकता है डिजिटल सिग्नलप्रभारी प्रपत्र प्रस्तुत किया। वर्तमान में, योग, घटाव, गुणन, एनालॉग-टू-डिजिटल और डिजिटल-टू-एनालॉग सिग्नल रूपांतरण के लिए सीसीडी का उपयोग करके माइक्रोकिरिकुट्री बनाया गया है। सीसीडी एनालॉग सिग्नल भी स्टोर कर सकते हैं। ऐसा करने के लिए, चार्ज पैकेट के मूल्य की मूल्य के लिए पर्याप्तता सुनिश्चित करना आवश्यक है एनालॉग संकेत, जो योजनाबद्ध रूप से लागू करना आसान है।

चार्ज पैकेट का निर्माण न केवल इंजेक्शन द्वारा किया जा सकता है, जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, बल्कि क्रिस्टल की सतह को रोशन करके भी किया जा सकता है, जिस पर एमआईएस संरचनाएं बनाई गई हैं, जिसने एक छवि को विद्युत संकेत में बदलने के लिए टेलीविजन में आवेदन पाया है। ऐसे सीसीडी के संचालन का सिद्धांत इस तथ्य पर आधारित है कि जब गेट के नीचे संभावित कुओं में सीसीडी को रोशन किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों के चार्ज पैकेट बनते हैं जो सीसीडी के संबंधित वर्गों की रोशनी के समानुपाती होते हैं। यदि चार्ज पैकेट को सामान्य तरीके से स्थानांतरित किया जाता है, तो सीसीडी के आउटपुट पर सिग्नल एमआईएस संरचनाओं की क्षैतिज श्रृंखला के साथ रोशनी वितरण को दोहराएगा; ऐसी क्षैतिज श्रृंखलाओं की संख्या प्रसारित टेलीविजन छवि की रेखाओं की संख्या के बराबर होनी चाहिए,

वर्तमान में, सीसीडी की तुलना में अधिक उन्नत उपकरण बनाए गए हैं जिनमें गेट्स को तीन-चरण बिजली की आपूर्ति होती है। इनमें फ्लोटिंग गेट संरचनाओं पर आधारित सीसीडी, एमएनओएस संरचनाओं पर आधारित सीसीडी, एक छिपे हुए चैनल के साथ सीसीडी और दो-चरण नियंत्रण, और कई अन्य शामिल हैं। इस प्रकार के उपकरणों में निर्माण तकनीक को सरल बनाना और फाटकों के बीच की दूरी को कम करना संभव था। उनमें सूचना का भंडारण समय कई दसियों हज़ार घंटे तक पहुँच जाता है।

परीक्षण प्रश्न

1. इंसुलेटेड गेट वाले फील्ड-इफेक्ट ट्रांजिस्टर और कंट्रोल पी-एन-जंक्शन वाले ट्रांजिस्टर में क्या अंतर है?

2. दहलीज वोल्टेज क्या है और यह किस पर निर्भर करता है?

3. संतृप्ति वोल्टेज क्या है और यह किस पर निर्भर करता है?

4. नियंत्रण और आउटपुट विशेषताओं को बनाएं और समझाएं फील्ड इफ़ेक्ट ट्रांजिस्टर.

5. दिखाएँ कि एक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर के अंतर पैरामीटर कैसे निर्धारित किए जाते हैं।

6. FET समतुल्य परिपथ बनाइए और समझाइए।

8. कौन सी भौतिक घटनाएँ क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर की आवृत्ति सीमा और गति को सीमित करती हैं?

9. जब एक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर स्पंदित मोड में काम कर रहा हो, तो धाराओं और वोल्टेज के समय आरेखों को बनाएं और समझाएं।

10. क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर के ढलान की तुलना द्विध्रुवी के ढलान से करें।

11. चार्ज-युग्मित उपकरणों के संचालन के सिद्धांत की व्याख्या करें।