CCD和CMOS主要技術(shù)分析

　　CCD和CMOS感光器在對可見光以外的光譜成像方面也有很大的不同，如紅外光(IR)射到傳感芯片上時(shí)會(huì)比可見光打得更深，因此要想充分收集這些電荷，就需要將硅襯底做得更厚些。這對于CCD芯片，在工藝上會(huì)容易些。而對于CMOS，工藝還會(huì)有些問題。將感光部分硅襯底做得更厚，意味著要將其他的光電二極管做得同樣厚，這樣會(huì)影響這些控制門、放大器等器件的性能。

　　對于紫外光(UV)，無法透過大多數(shù)集成電路電極層，或者是電路電機(jī)層對紫外線根本不響應(yīng)。這就導(dǎo)致如果采用前照的方式，紫外光引起的響應(yīng)會(huì)很弱，要解決這個(gè)效應(yīng)問題，可以通過去掉基底層，采用背照的方式來實(shí)現(xiàn)。CCD感光器的減薄技術(shù)已經(jīng)非常成熟，而CMOS的減薄技術(shù)也取得了很大的突破。

　　CCD還是CMOS?作出選擇

　　從CCD和CMOS感光器對電子快門、幀率、微光成像及非可見光成像的不同工藝技術(shù)所帶來的不同影響，可以不難看出，選擇CCD或CMOS傳感器應(yīng)取決于具體應(yīng)用(圖2)。對于需要微光或非可見光成像的應(yīng)用，CCD技術(shù)的優(yōu)勢非常明顯;對于需要高幀率和低能耗的應(yīng)用，或需要對一些感興趣區(qū)域成像的應(yīng)用，CMOS則是更好的選擇;如果對電子快門有特別的需求，這兩種技術(shù)則各有利弊。

　　圖2 CCD內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　可以看到，對于交通抓拍而言，傳感器必須要Global shutter的，這樣才能避免車牌的變形(圖3);同時(shí)，如果對夜間效果要求比較高，最好是選擇靈敏度高的傳感器(CCD或者高端CMOS芯片);而為了避免產(chǎn)生拖影擋住車牌，應(yīng)選擇CMOS，以有效彌補(bǔ)這個(gè)缺陷;而對于視頻監(jiān)控而言，圖像的實(shí)時(shí)性和流暢性更為重要，所以幀率更具優(yōu)勢的CMOS就成為最佳選擇。

　　針對交通抓拍和高清視頻監(jiān)控，現(xiàn)在有廠商推出將各類主要成熟技術(shù)集成在高端CMOS傳感器上的整體解決方案。

　　CMOS后勁勃發(fā)

　　CCD和CMOS的主要區(qū)別是感光單元及讀出電路結(jié)構(gòu)不同而導(dǎo)致制造工藝的不同。CCD感光單元實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換后，以電荷方式存貯并以電荷轉(zhuǎn)移的方式順序輸出，需要專用的工藝制程實(shí)現(xiàn)。CMOS圖像感光單元為光電二極管，可在通用CMOS集成電路工藝制程中實(shí)現(xiàn)，除此之外還可將圖像處理電路集成，實(shí)現(xiàn)更高的集成度和更低的功耗。

　　由于CCD技術(shù)出現(xiàn)較早，相對成熟，占據(jù)了絕大部分的高端市場。早期CMOS與CCD相比，僅只功耗與成本優(yōu)勢，現(xiàn)在隨著CMOS技術(shù)的不斷進(jìn)步，性能已不斷提升，而CCD技術(shù)提升空間有限，進(jìn)步緩慢。

　　目前，圖像傳感器技術(shù)趨勢是向高速發(fā)展，而CMOS是高速成像所青睞的技術(shù)。有資料說，高速圖像傳感器有三大發(fā)展動(dòng)向，一是向超高速、二是向單片上多功能集成、三是向通用高速圖像傳感器方向發(fā)展。

　　現(xiàn)在，CMOS不僅占據(jù)幾乎全部的便攜產(chǎn)品和部分高端DSC(Digital Still Camera)市場，更是向CCD傳統(tǒng)優(yōu)勢市場——監(jiān)控市場發(fā)起了沖擊。

　　結(jié)語

　　CMOS作為上升的感光傳感器技術(shù)，盡管現(xiàn)在仍有一些性能比不上CCD，但CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)別是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上，工作原理沒有本質(zhì)區(qū)別，CCD制造工藝較復(fù)雜。目前CCD和CMOS實(shí)際效果的差距已大大縮小，與CCD相比，CMOS體積小、耗電量低、成本低廉;CMOS是標(biāo)準(zhǔn)工藝制造，可利用現(xiàn)有半導(dǎo)體設(shè)備，品質(zhì)可隨半導(dǎo)體技術(shù)的提升而進(jìn)步;CMOS傳感器具有高度系統(tǒng)整合的條件，即圖像傳感器所需的功能，都可集成在一顆晶片上。