CCD圖像傳感器發(fā)展及市場(chǎng)

　　在科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域，1024×1024像元以上大面陣CCD圖像傳感器大量用于太空探測(cè)、地質(zhì)、醫(yī)學(xué)、生物科學(xué)以及遙感、遙測(cè)、低空偵察等。泰克公司和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的2048×2048像元面陣CCD最早用于新一代哈勃太空望遠(yuǎn)鏡攝譜儀和固定天文觀測(cè)站。美國(guó)Recon光學(xué)公司開發(fā)的5040×5040像元CCD攝像機(jī)能在一萬米高空進(jìn)行拍攝試驗(yàn)，空間分辨率達(dá)1.57英寸。繼美國(guó)軌道公司和加拿大達(dá)爾莎傳感器公司1994年研制成功單片集成5120×5120像元CCD后，荷蘭菲利浦光電子中心在6英寸晶片上研制出9000×7000像元CCD陣列，最近美國(guó)亞利那大學(xué)研制的CCD芯片，分辨率已達(dá)9126×9126的空前高度。CCD的成本高低與像元大小和大面陣有關(guān)，目前最小像元尺寸為3.24μm×3.275μm，38萬像元陣列正趨向于1/6英寸以下芯片尺寸。X射線CCD以非晶硅材料為主，可見光至紫外區(qū)擴(kuò)展光譜則以普通CCD背面減薄技術(shù)為主。

　　為了開發(fā)單片式低成本攝像機(jī)，目前的CCD傳感器的研究重點(diǎn)也更多地轉(zhuǎn)向互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)有源像素圖像傳感器(APS)[10][11]方面，這種器件在21世紀(jì)將成為數(shù)字照相機(jī)、攝像機(jī)和高清晰度電視(HDTV)的關(guān)鍵器件。CMOS－APS的最大優(yōu)點(diǎn)是在工作中勿需電荷逐級(jí)轉(zhuǎn)移，回避了影響CCD性能的主要參數(shù)—電荷轉(zhuǎn)換效率（CTE)。90年代初，美國(guó)的洛克威爾公司、得克薩斯儀器公司、噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室/加洲理工學(xué)院(JPL/Caltech)及日本的東芝、奧林巴斯、佳能等公司均開發(fā)了多種APS的基本結(jié)構(gòu)。目前最成熟的有CMOS－APS和電荷調(diào)制器件(CMD)[11][15]。APS的另一突出優(yōu)點(diǎn)是無需CCD那樣高的驅(qū)動(dòng)電壓，能使各種信號(hào)處理電路與攝像器件實(shí)現(xiàn)單片集成，這是未來相機(jī)小型化、低成本、低功耗的關(guān)鍵。目前成像陣列已取得突破性進(jìn)展，1996年德州儀器的體電荷調(diào)制器件(BCMD)圖像傳感器陣列達(dá)到687(H)×499(V)像素，奧林巴斯光學(xué)公司的CMD圖像傳感器達(dá)2048(H)×2048(V)像素。其后，貝爾實(shí)驗(yàn)室、MIT、JPL、Photobit等相繼報(bào)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，由三個(gè)晶體管和一個(gè)光電二極管構(gòu)成。現(xiàn)在把時(shí)鐘電路、A/D轉(zhuǎn)換器，輸出放大器等與傳感器陣列集成在一個(gè)單片襯底上的研究也在同時(shí)進(jìn)行之中。

　　3.2 國(guó)內(nèi)研制水平及狀況

　　國(guó)內(nèi)CCD圖像傳感器的研制工作也在穩(wěn)步地進(jìn)行。目前第一代普通線陣CCD圖像傳感器(光敏元為MOS結(jié)構(gòu))和第二代對(duì)藍(lán)光響應(yīng)特性好的(光敏元為光電二極管陣列)CCPD均已形成128、256、512、1024、1728、2048、2500像元的系列產(chǎn)品，在實(shí)驗(yàn)室已做出了3456、4096像元的CCPD樣品；面陣CCD圖像傳感器已研制出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。在實(shí)驗(yàn)室已研制出了1024×1024，2048×2048像元的器件，基本上形成了系列化產(chǎn)品。隨著器件性能的改進(jìn)，CCD攝像機(jī)也將得到迅速發(fā)展。

　　除可見光CCD圖像傳感器外，國(guó)內(nèi)目前還研制出了線陣64、128、256、1024像元和面陣32×64、128×128、256×256像元硅化鉑肖特基勢(shì)壘紅外CCD(Ptsi桽BIR CCD)。目前國(guó)內(nèi)正在研制和開發(fā)的CCD有：512×512像元X射線CCD、512×512像元光纖面板耦合CCD像敏器件、512×512像元幀轉(zhuǎn)移可見光CCD、1024×1024像元紫外CCD、1024像元X射線CCD、 512×512像元PtSi桽BIR CCD、微光CCD和多光譜紅外CCD等。但由于受經(jīng)費(fèi)、設(shè)備等因素影響，國(guó)內(nèi)CCD圖像傳感器的研究進(jìn)展尚不夠迅速，目前還沒有生產(chǎn)能力，與國(guó)際先進(jìn)水平相比差距很大。就CCD的應(yīng)用潛力而言，也最多不過發(fā)揮了1％左右。據(jù)悉，信息產(chǎn)業(yè)部下屬研究所目前已從美國(guó)和俄羅斯引進(jìn)可見光和紅外CCD芯片生產(chǎn)線并開展試驗(yàn)工作，這將大大促進(jìn)我國(guó)CCD芯片的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

　　3.3 國(guó)內(nèi)CCD圖像傳感器的市場(chǎng)分析與預(yù)測(cè)

　　目前我國(guó)尚未形成規(guī)模化的CCD圖像傳感器產(chǎn)業(yè)，因而缺乏行業(yè)的統(tǒng)計(jì)資料。在綜合了有關(guān)資料數(shù)據(jù)后認(rèn)為：2000年我國(guó)市場(chǎng)的總需求約為1008.14萬臺(tái)，大約占全球市場(chǎng)需求量8825萬臺(tái)的11.4％、將比1995年增長(zhǎng)約6.5倍。

　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速增長(zhǎng)以及國(guó)民經(jīng)濟(jì)信息化進(jìn)程的加快，我國(guó)存在著應(yīng)用CCD圖像傳感器的巨大市場(chǎng)。根據(jù)民用、產(chǎn)業(yè)用的需要、建議優(yōu)先選擇的CCD圖像傳感器芯片類型如表7所列。

　　在CCD圖像傳感器的生產(chǎn)中，需采用超凈，光刻、高能離子注入微細(xì)加工技術(shù)。預(yù)計(jì)世界市場(chǎng)2000年CCD相機(jī)達(dá)1500萬臺(tái)。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)目前處于啟動(dòng)階段?？偖a(chǎn)量?jī)H數(shù)萬臺(tái)，預(yù)計(jì)2000年后國(guó)內(nèi)CCD攝像機(jī)市場(chǎng)將達(dá)數(shù)百萬臺(tái)。

　　由于受工藝設(shè)備和工藝技術(shù)的限制，到目前為止，國(guó)內(nèi)CCD圖像傳感器還未形成批量生產(chǎn)能力，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上所見到的CCD攝像機(jī)和數(shù)字照相機(jī)以及數(shù)字?jǐn)z錄機(jī)目前尚需進(jìn)口。