CCD图像传感器发展及市场

业开发出微型CCD图像传感器，其芯片尺寸为1.1mm×1.34mm，组装后的尺寸小至1.2mm×1.5mm。这一小型CCD技术可广泛用于视频摄像机以外的领域，其市场规模为：1997年视频摄像机用1000万个，PC用300万个，PDA用100万个，数字静物摄像机用200万个，监视用100万个，其它用240万个，预计到2005年，视频摄像机用1500万个，PC用2500万个，PDA用5000万个，数字静物摄像机用1200万个，监视用700万个，其他用2400万个。

　　CCD传感器在视频影像机以外的应用显著增多，其主要原因是器件超小型之故。以前封装的整体外形尺寸较大，而通过将芯片焊接在柔软的带上实现了小型化。其像元尺寸为4μm×4μm，也比原来有大幅度减小。总像元数为231(H)×217(V)，分辨率为水平200TV线，垂直160TV线(都是理论值)，功耗5mW。因此，对CCD图像传感器来讲，其像元数的竞争实际上是像元尺寸缩小的竞争。

　　CCD是目前技术最成熟，应用最广泛的图像传感器。自80年代中期实现40万以下像元CCD的规模生产后，目前CCD已转向大面阵、小像元、紫外光谱响应方面，以便能适应数字照相机、数字摄像机、扫描仪以及其它科学领域的需要。

　　在科学应用领域，1024×1024像元以上大面阵CCD图像传感器大量用于太空探测、地质、医学、生物科学以及遥感、遥测、低空侦察等。泰克公司和喷气推进实验室的2048×2048像元面阵CCD最早用于新一代哈勃太空望远镜摄谱仪和固定天文观测站。美国Recon光学公司开发的5040×5040像元CCD摄像机能在一万米高空进行拍摄试验，空间分辨率达1.57英寸。继美国轨道公司和加拿大达尔莎传感器公司1994年研制成功单片集成5120×5120像元CCD后，荷兰菲利浦光电子中心在6英寸晶片上研制出9000×7000像元CCD阵列，最近美国亚利那大学研制的CCD芯片，分辨率已达9126×9126的空前高度。CCD的成本高低与像元大小和大面阵有关，目前最小像元尺寸为3.24μm×3.275μm，38万像元阵列正趋向于1/6英寸以下芯片尺寸。X射线CCD以非晶硅材料为主，可见光至紫外区扩展光谱则以普通CCD背面减薄技术为主。

　　为了开发单片式低成本摄像机，目前的CCD传感器的研究重点也更多地转向互补金属氧化物半导体(CMOS)有源像素图像传感器(APS)[10][11]方面，这种器件在21世纪将成为数字照相机、摄像机和高清晰度电视(HDTV)的关键器件。CMOS－APS的最大优点是在工作中勿需电荷逐级转移，回避了影响CCD性能的主要参数—电荷转换效率（CTE)。90年代初，美国的洛克威尔公司、得克萨斯仪器公司、喷气推进实验室/加洲理工学院(JPL/Caltech)及日本的东芝、奥林巴斯、佳能等公司均开发了多种APS的基本结构。目前最成熟的有CMOS－APS和电荷调制器件(CMD)[11][15]。APS的另一突出优点是无需CCD那样高的驱动电压，能使各种信号处理电路与摄像器件实现单片集成，这是未来相机小型化、低成本、低功耗的关键。目前成像阵列已取得突破性进展，1996年德州仪器的体电荷调制器件(BCMD)图像传感器阵列达到687(H)×499(V)像素，奥林巴斯光学公司的CMD图像传感器达2048(H)×2048(V)像素。其后，贝尔实验室、MIT、JPL、Photobit等相继报道了256×256、512×512、1024×1024、1040×1040、1296×750像元的CMOS－APS，像元尺寸7.5μm×7.5μm，芯片尺寸16.3mm×16.3mm，由三个晶体管和一个光电二极管构成。现在把时钟电路、A/D转换器，输出放大器等与传感器阵列集成在一个单片衬底上的研究也在同时进行之中。

　　3.2 国内研制水平及状况

　　国内CCD图像传感器的研制工作也在稳步地进行。目前第一代普通线阵CCD图像传感器(光敏元为MOS结构)和第二代对蓝光响应特性好的(光敏元为光电二极管阵列)CCPD均已形成128、256、512、1024、1728、2048、2500像元的系列产品，在实验室已做出了3456、4096像元的CCPD样品；面阵CCD图像传感器已研制出32×32、75×100、108×108、150×150、320×230、256×320、512×320、491×384、580×394、512×512、600×500、756×581、800×800像元器件。在实验室已研制出了1024×1024，2048×2048像元的器件，基本上形成了系列化产品。随着器件性能的改进，CCD摄像机也将得到迅速发展。

除可见光CCD图像传感器外，国内目前还研制出了线阵64、128、256、1024像元和面阵32×64、128×128、256×256像元硅化铂肖特基势垒红外CCD(Ptsi桽BIR CCD)。目前国内正在研制和开发的CCD有：512×512像元X射线CCD、512×512像元光纤面板耦合CCD像敏器件、512×512像元帧转移可见光CCD、1024×1024像元紫外CCD、1024像元X射线CCD、 512×512像元PtSi桽BIR CCD、微光