Un dispositivo de carga acoplada ( CCD ) es un circuito integrado que contiene una serie de condensadores enlazados o acoplados . Bajo el control de un circuito externo, cada capacitor puede transferir su carga eléctrica a un capacitor vecino. Los sensores CCD son una de las principales tecnologías utilizadas en imágenes digitales .
En un sensor de imagen CCD , los píxeles están representados por condensadores de semiconductores de óxido de metal (MOS) dopados con p . Estos capacitores MOS , los componentes básicos de un CCD, [1] están sesgados por encima del umbral de inversión cuando comienza la adquisición de imágenes, lo que permite la conversión de los fotones entrantes.en cargas de electrones en la interfaz semiconductor-óxido; el CCD se usa luego para leer estos cargos. Aunque los CCD no son la única tecnología que permite la detección de luz, los sensores de imagen CCD se utilizan ampliamente en aplicaciones profesionales, médicas y científicas donde se requieren datos de imagen de alta calidad. En aplicaciones con demandas de calidad menos exigentes, como cámaras digitales profesionales y de consumo , generalmente se utilizan sensores de píxeles activos , también conocidos como sensores CMOS (sensores MOS complementarios). Sin embargo, la gran ventaja de calidad que disfrutaban los CCD desde el principio se ha reducido con el tiempo y, desde finales de la década de 2010, los sensores CMOS son la tecnología dominante, y han reemplazado en gran medida, si no completamente, a los sensores de imagen CCD.
La base para el CCD es la estructura de metal-óxido-semiconductor (MOS), [2] con capacitores MOS como los componentes básicos de un CCD, [1] [3] y una estructura MOS empobrecida utilizada como fotodetector en los primeros CCD dispositivos. [2] [4]
A fines de la década de 1960, Willard Boyle y George E. Smith en Bell Labs estaban investigando la tecnología MOS mientras trabajaban en la memoria de burbuja de semiconductores . Se dieron cuenta de que una carga eléctrica era la analogía de la burbuja magnética y que podía almacenarse en un diminuto condensador MOS. Como era bastante sencillo fabricar una serie de capacitores MOS en una fila, les conectaron un voltaje adecuado para que la carga pudiera pasar de uno a otro. [3] Esto condujo a la invención del dispositivo de carga acoplada por Boyle y Smith en 1969. Concibieron el diseño de lo que llamaron, en su cuaderno, "Dispositivos de 'burbuja' de carga". [5] [6]
El documento inicial que describía el concepto en abril de 1970 enumeraba posibles usos como memoria , una línea de retardo y un dispositivo de imágenes. [7] El dispositivo también podría usarse como un registro de desplazamiento . La esencia del diseño era la capacidad de transferir carga a lo largo de la superficie de un semiconductor de un condensador de almacenamiento al siguiente. El concepto era similar en principio al dispositivo de brigada de baldes (BBD), que se desarrolló en Philips Research Labs a fines de la década de 1960.
El primer dispositivo experimental que demostró el principio fue una fila de cuadrados de metal estrechamente espaciados en una superficie de silicio oxidado a la que se accede eléctricamente mediante enlaces de alambre. Fue demostrado por Gil Amelio , Michael Francis Tompsett y George Smith en abril de 1970. [8] Esta fue la primera aplicación experimental del CCD en la tecnología de sensores de imagen y utilizó una estructura MOS empobrecida como fotodetector. [2] La primera patente ( Patente de EE. UU. 4.085.456 ) sobre la aplicación de CCD a la creación de imágenes se asignó a Tompsett, quien presentó la solicitud en 1971. [9]