圖像傳感器大PK:CMOS較量CCD

2020-12-20 OFweek維科網

　　圖像傳感器包括CCD與CMOS兩種。其中，CCD是「電荷耦合器件」(Charge Coupled Device)的簡稱，CMOS是「互補金屬氧化物半導體」(Complementary Metal Oxide Semiconductor)的簡稱。CCD是1970年美國貝爾實驗室的W·B·Boyle和G·E·Smith等人發明的，從而揭開了圖像傳感器的序幕。據恆業國際控股集團生產中心經理劉勇介紹：「CCD是一種用於捕捉圖像的感光半導體晶片，廣泛運用於掃描儀、複印機、攝像機及無膠片相機等設備」，即光學圖像(實際場景)經鏡頭投射到CCD上，隨後將電子圖像不停留地送入一個A/D轉換器、信號處理器等器件。理論上說其能無限次地完成光電圖像轉換，方便長期使用，最終從攝像機輸出的圖像其圖質很大程度上取決於CCD的品質。

　　隨CCD迅猛發展之時，有人發現CMOS引入半導體光敏二極體後也可作為一種感光傳感器，但在解析度、噪聲、成像質量等方面都比當時的CCD差，故未獲得實際的規模應用。近年，隨著CMOS工藝技術的飛速發展，現在已能製造出高質量、低成本的CMOS成像器件，且已可實際投入大規模生產，其高速率、高集成、低功耗及成本低廉等特性已影響著行業內圖像傳感器選用走向。隨之，CCD一統江湖的地位開始動搖，恆業國際劉勇表示：「如今，CCD與CMOS已呈兩者共存的局面，模擬產品CCD是主流，但高清產品CMOS逐步成為圖像傳感器的主角。」究竟誰會笑到最後？下面我們對其結構、原理和優劣勢進行一一對比。

　　內外部：結構原理PK

　　無論任何產品，品質的好壞主要取決於性能的優劣，而性能優劣的關鍵跟產品結構和工作原理又有著較大的關係，CCD和CMOS也既如此。

　　基本組成

　　CCD是在MOS電晶體的基礎上發展起來的，其基本結構是MOS(金屬—氧化物—半導體)電容結構。它是在半導體P型矽(Si)作襯底的表面上用氧化的辦法生成一層厚度約1000?~1500?的SiO2，再在SiO2表面蒸鍍一層金屬(如鋁)，在襯底和金屬電極間加上一個偏置電壓(稱柵電壓)，就構成了一個MOS電容器。所以，CCD是由一行行緊密排列在矽襯底上的MOS電容器陣列構成的。

　　而最基本的CMOS圖像傳感器是以一塊雜質濃度較低的P型矽片作襯底，用擴散的方法在其表面製作兩個高摻雜的N+型區作為電極，即場效應管的源極和漏極，再在矽的表面用高溫氧化的方法覆蓋一層二氧化矽(SiO2)的絕緣層，並在源極和漏極之間的絕緣層的上方蒸鍍一層金屬鋁，作為場效應管的柵極。最後，在金屬鋁的上方放置光電二極體，這就構成了最基本的CMOS圖像傳感器。

　　恆業國際劉勇解釋道：「在CMOS攝像器件中，電信號是從CMOS電晶體開關陣列中直接讀取的，而不像CCD那樣需要逐行讀取。」

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