Comment fonctionnent les capteurs CCD et CMOS ?

Abstract

La technologie de base sur laquelle re-posent les capteurs CCD et CMOS est la ca-pacité MOS. Il s'agit en fait d'un sandwich de couches minces composé de trois types de matériaux : un métal (appelé porte ou grille), un isolant (en l'occurrence un oxyde) et un semiconducteur (dopé géné-ralement P, avec deux inclusions dopées N appelées source et drain) comme visible en fi gure 1. Lorsqu'un photon d'énergie supérieure au gap est absorbé dans le semiconduc-teur, une paire électron/trou est créée. Il s'agit en fait d'un atome du réseau du se-miconducteur qui va libérer un électron (promotion de la bande de valence à la bande de conduction) et laisser à sa place une charge positive appelée trou. Sous l'eff et du champ appliqué au niveau de la grille (zone de déplétion), l'électron va mi-grer à l'interface entre le semiconducteur et l'oxyde et rester piégé dans un puits de potentiel tandis que le trou va migrer vers l'électrode de terre. Le nombre d'électrons qui peuvent ainsi être collectés dépend de Comment fonctionnent les capteurs CCD et CMOS ? Thomas ESTRUCH Ingénieur études et applications, Photon Lines th-estruch@photonlines.com Les capteurs numériques d'image sont omniprésents dans notre vie de tous les jours. Téléphones portables, appareils photographiques, caméras scientifi ques haute sensibilité, caméras rapides, le marché des capteurs a littéralement explosé ces dernières années. Face aux applications toujours plus poussées et à la grande diversité de produits sur le marché, il est important de revenir à l'essentiel et d'identifi er les questions à se poser pour choisir la technologie et donc le capteur adapté au besoin de chacun. Cet article a donc pour vocation de rappeler le fonctionnement et les caractéristiques propres des deux grandes familles de capteurs : CCD et CMOS. la contenance du puits qui est une fonc-tion de la surface et de la tension appli-quée à la grille ainsi que de l'épaisseur de la couche d'oxyde. Si le principe de génération et de stoc-kage d'une charge à partir de l'absorption d'un photon leur est commun, les cap-teurs CCD et CMOS présentent toutefois des diff érences fortes, dont la principale tient à la manière dont vont être transfé-rées les charges piégées dans les puits de chaque pixel vers la partie électronique de façon à obtenir l'image de la scène. Figure 1. Schéma d'une capacité MOS. La grille (G) représente la zone photosensible tandis que les électrodes de source (S) et de drain (D) permettent de piéger les électrons dans le puits de potentiel situé sous chaque grille.