Прибор с зарядовой связью
Прибо́р с заря́довой свя́зью (ПЗС, прибор с переносом заряда), полупроводниковый прибор, действие которого основано на накоплении и хранении локализованного заряда (зарядового пакета) в потенциальных ямах, образуемых в полупроводниковом (ПП) кристалле под действием внешнего электрического поля, и направленной передаче зарядовых пакетов из одной потенциальной ямы в другую при изменении напряжения на внешних электродах (т. н. принцип зарядовой связи). Выполняется в виде интегральной схемы (ИС) или входит в состав ИС наряду с другими интегральными ПП приборами. ПЗС применяются в качестве приёмников оптического излучения для преобразования оптических изображений в последовательность электрических импульсов (формирование видеосигнала), а также для хранения и обработки цифровой и аналоговой информации. Изобретён американскими физиками У. Бойлом и Дж. Смитом в 1969 г. (Нобелевская премия, 2009).
Основным элементом ПЗС, в котором при воздействии внешнего (т. н. информационного) сигнала происходит накопление носителей заряда, обычно служит МОП-структура (разновидность МДП-структуры), причём элементы в ПЗС расположены столь близко друг от друга, что потенциальные ямы, образуемые под соседними электродами, перекрываются и между ними возможна зарядовая связь. Перемещением накопленного (информационного) заряда вдоль ПП управляют подачей на электроды МОП-структур определённой последовательности импульсов напряжения (т. н. тактовых импульсов). Информационный заряд вводится в ПЗС посредством облучения поверхности ПП световым потоком (фотоэлектрический способ) либо управляемой инжекции носителей заряда (электрический способ).
Из всех устройств на ПЗС наибольшее распространение получили матричные фоточувствительные ИС (т. н. ПЗС-матрицы) в качестве преобразователей оптического изображения в видеосигнал. Являются твердотельным аналогом передающих электронно-лучевых приборов в телевизионных передающих камерах, видеокамерах, цифровых фотоаппаратах и др. ПЗС-матрицы содержат 104–106 элементов разложения, спектральный диапазон чувствительности составляет 50–14 000 нм. От вакуумных преобразователей изображений (например, видиконов) они отличаются жёстким геометрическим растром, позволяющим фиксировать координаты элементов разложения и исключить искажения растра, нечувствительностью к магнитным и электрическим полям, а также конструктивной и технологической простотой, малыми размерами и массой, меньшей потребляемой мощностью, надёжностью и долговечностью. Эти преимущества ПЗС обусловлены прежде всего отсутствием высоковольтной электронно-лучевой трубки, т. к. передача зарядовых пакетов осуществляется с помощью самих ПЗС-элементов (т. н. самосканирование). ПЗС используют также в качестве устройств оперативной памяти, сдвиговых регистров, логических устройств, линий задержки аналоговых сигналов и др.