CCD图像传感器发展及市场

　　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CCD和多光谱红外CCD等。但由于受经费、设备等因素影响，国内CCD图像传感器的研究进展尚不够迅速，目前还没有生产能力，与国际先进水平相比差距很大。就CCD的应用潜力而言，也最多不过发挥了1％左右。据悉，信息产业部下属研究所目前已从美国和俄罗斯引进可见光和红外CCD芯片生产线并开展试验工作，这将大大促进我国CCD芯片的产业化进程。

　　3.3 国内CCD图像传感器的市场分析与预测

　　目前我国尚未形成规模化的CCD图像传感器产业，因而缺乏行业的统计资料。在综合了有关资料数据后认为：2000年我国市场的总需求约为1008.14万台，大约占全球市场需求量8825万台的11.4％、将比1995年增长约6.5倍。

　　随着我国经济建设的高速增长以及国民经济信息化进程的加快，我国存在着应用CCD图像传感器的巨大市场。根据民用、产业用的需要、建议优先选择的CCD图像传感器芯片类型如表7所列。

　　在CCD图像传感器的生产中，需采用超净，光刻、高能离子注入微细加工技术。预计世界市场2000年CCD相机达1500万台。国内市场目前处于启动阶段。总产量仅数万台，预计2000年后国内CCD摄像机市场将达数百万台。

　　由于受工艺设备和工艺技术的限制，到目前为止，国内CCD图像传感器还未形成批量生产能力，国内市场上所见到的CCD摄像机和数字照相机以及数字摄录机目前尚需进口。