淺析CMOS與CCD在內部結構與原理的差異

標簽：CMOS CCD

無論任何產品，品質的好壞主要取決于性能的優劣，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系，CCD和CMOS也既如此。

基本組成

CCD是在MOS晶體管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型硅(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硅襯底上的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型硅片作襯底，用擴散的方法在其表面制作兩個高摻雜的N+型區作為電極，即場效應管的源極和漏極，再在硅的表面用高溫氧化的方法覆蓋一層二氧化硅(SiO2)的絕緣層，并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。最后，在金屬鋁的上方放置光電二極管，這就構成了最基本的CMOS圖像傳感器。

另外，在CMOS攝像器件中，電信號是從CMOS晶體管開關陣列中直接讀取的，而不像CCD那樣需要逐行讀取。

內部結構

CCD成像器需有輔以較多的外圍驅動電路才能工作，它僅能輸出模擬電信號，這種信號要經后續的地址譯碼器、模數轉換器，圖像信號處理器等進行處理，CCD本身集成度相對較低。如有CCD數碼相機常會有六個芯片組成，有的多達八片，最少也要三片，從而使相機體積不能減小，制作成本也較高。

而CMOS成像器不需要附加的外圍處理電路，它是將光電二極管、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數轉換器、圖像信號處理器及控制器等都集成到一塊芯片上，且制造加工就如半導體廠家生產集成電路的流程即可。若構成數碼相機，可將數碼相機的所有部件都集成到一塊芯片上，即“單芯片相機”。因此，采用CMOS芯片的光電圖像系統，不但能降低系統的整體成本與組裝所需的時間，而且還大大縮小了系統的體積和減低了復雜度。

工作原理

此外，CCD是一種半導體成像器件，CCD電荷耦合器存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實施轉移后讀取，電荷信息轉移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個電路較為復雜。因而，CCD處理信息的速度相對較慢外，其耗電量也相對較大;而CMOS光電傳感器在光電轉換后就可取出電信號，讀取比較簡單，還能同時處理各像素單元的圖像信息，CMOS光電傳感器只需單組電源工作，耗電量小，能達到節能作用。