CCD圖像傳感器發(fā)展及市場

　　在科學應用領(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、地質(zhì)、醫(yī)學、生物科學以及遙感、遙測、低空偵察等。泰克公司和噴氣推進實驗室的2048×2048像元面陣CCD最早用于新一代哈勃太空望遠鏡攝譜儀和固定天文觀測站。美國Recon光學公司開發(fā)的5040×5040像元CCD攝像機能在一萬米高空進行拍攝試驗，空間分辨率達1.57英寸。繼美國軌道公司和加拿大達爾莎傳感器公司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，最近美國亞利那大學研制的CCD芯片，分辨率已達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，目前的CCD傳感器的研究重點也更多地轉(zhuǎn)向互補金屬氧化物半導體(CMOS)有源像素圖像傳感器(APS)[10][11]方面，這種器件在21世紀將成為數(shù)字照相機、攝像機和高清晰度電視(HDTV)的關(guān)鍵器件。CMOS－APS的最大優(yōu)點是在工作中勿需電荷逐級轉(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，美國的洛克威爾公司、得克薩斯儀器公司、噴氣推進實驗室/加洲理工學院(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)點是無需CCD那樣高的驅(qū)動電壓，能使各種信號處理電路與攝像器件實現(xiàn)單片集成，這是未來相機小型化、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)圖像傳感器陣列達到687(H)×499(V)像素，奧林巴斯光學公司的CMD圖像傳感器達2048(H)×2048(V)像素。其后，貝爾實驗室、MIT、JPL、Photobit等相繼報道了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，由三個晶體管和一個光電二極管構(gòu)成?，F(xiàn)在把時鐘電路、A/D轉(zhuǎn)換器，輸出放大器等與傳感器陣列集成在一個單片襯底上的研究也在同時進行之中。

　　3.2 國內(nèi)研制水平及狀況

　　國內(nèi)CCD圖像傳感器的研制工作也在穩(wěn)步地進行。目前第一代普通線陣CCD圖像傳感器(光敏元為MOS結(jié)構(gòu))和第二代對藍光響應特性好的(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，在實驗室已做出了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。在實驗室已研制出了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，CCD攝像機也將得到迅速發(fā)展。

　　除可見光CCD圖像傳感器外，國內(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壘紅外CCD(Ptsi桽BIR CCD)。目前國內(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、設(shè)備等因素影響，國內(nèi)CCD圖像傳感器的研究進展尚不夠迅速，目前還沒有生產(chǎn)能力，與國際先進水平相比差距很大。就CCD的應用潛力而言，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和俄羅斯引進可見光和紅外CCD芯片生產(chǎn)線并開展試驗工作，這將大大促進我國CCD芯片的產(chǎn)業(yè)化進程。

　　3.3 國內(nèi)CCD圖像傳感器的市場分析與預測

　　目前我國尚未形成規(guī)?；腃CD圖像傳感器產(chǎn)業(yè)，因而缺乏行業(yè)的統(tǒng)計資料。在綜合了有關(guān)資料數(shù)據(jù)后認為：2000年我國市場的總需求約為1008.14萬臺，大約占全球市場需求量8825萬臺的11.4％、將比1995年增長約6.5倍。

　　隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的高速增長以及國民經(jīng)濟信息化進程的加快，我國存在著應用CCD圖像傳感器的巨大市場。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、高能離子注入微細加工技術(shù)。預計世界市場2000年CCD相機達1500萬臺。國內(nèi)市場目前處于啟動階段?？偖a(chǎn)量僅數(shù)萬臺，預計2000年后國內(nèi)CCD攝像機市場將達數(shù)百萬臺。

　　由于受工藝設(shè)備和工藝技術(shù)的限制，到目前為止，國內(nèi)CCD圖像傳感器還未形成批量生產(chǎn)能力，國內(nèi)市場上所見到的CCD攝像機和數(shù)字照相機以及數(shù)字攝錄機目前尚需進口。