Senzori de imagine CMOS. Descrierea hipermetropiei (hipermetrope). Utilizarea tehnologiilor CMOS în tehnologia computerelor

Solidele amorfe, în multe dintre proprietățile lor și în principal în microstructura lor, ar trebui considerate ca lichide foarte suprarăcite, cu un coeficient de vâscozitate foarte ridicat. Structura unor astfel de corpuri este caracterizată doar de ordinea pe distanță scurtă în aranjarea particulelor. Unele dintre aceste substanțe nu sunt deloc capabile să se cristalizeze: ceară, ceară de etanșare, rășini. Alții la un anumit mod răcirea formează structuri cristaline, dar în cazul răcirii rapide, o creștere a vâscozității împiedică ordonarea în aranjarea particulelor. Substanța se întărește înainte de a avea loc procesul de cristalizare. Astfel de corpuri se numesc sticloase: sticla, gheata. Procesul de cristalizare într-o astfel de substanță poate avea loc și după solidificare (nebulozitatea sticlei). Substanțele amorfe includ și substanțe organice solide: cauciuc, lemn, piele, materiale plastice, lână, bumbac și fibre de mătase. Procesul de tranziție a unor astfel de substanțe de la faza lichidă la faza solidă este prezentat în Fig. - curba I.

Corpurile amorfe nu au o temperatură de solidificare (topire). Pe graficul T = f(t) există un punct de inflexiune, care se numește temperatură de înmuiere. O scădere a temperaturii duce la o creștere treptată a vâscozității. Această natură a trecerii la starea solidă determină absența căldurii specifice de fuziune în substanțele amorfe. Tranziția inversă, atunci când este furnizată căldură, are loc o înmuiere lină la o stare lichidă.

SOLIDE CRISTALINE.

O trăsătură caracteristică a microstructurii cristalelor este periodicitatea spațială a câmpurilor lor electrice interne și repetabilitatea în aranjarea particulelor care formează cristale - atomi, ioni și molecule (ordine pe distanță lungă). Particulele alternează în într-o anumită ordine de-a lungul liniilor drepte, care se numesc linii nodale. În orice secțiune plată a unui cristal, două sisteme care se intersectează de astfel de linii formează un set de paralelograme complet identice care acoperă strâns, fără goluri, planul de secțiune. În spațiu, intersecția a trei sisteme necoplanare de astfel de linii formează o grilă spațială care împarte cristalul într-un set de paralelipipede complet identice. Punctele de intersecție ale liniilor care formează rețeaua cristalină se numesc noduri. Distanțele dintre noduri de-a lungul unei anumite direcții se numesc translații sau perioade de rețea. Un paralelipiped construit pe trei translații non-coplanare se numește celulă unitară sau paralelipiped de repetabilitate a rețelei. Cea mai importantă proprietate geometrică a rețelelor cristaline este simetria în aranjarea particulelor în raport cu anumite direcții și planuri. Din acest motiv, deși există mai multe moduri de a selecta o celulă unitară pentru o anumită structură cristalină, aceasta este aleasă astfel încât să se potrivească cu simetria rețelei.

Solidele cristaline pot fi împărțite în două grupe: monocristale și policristale. Pentru cristalele unice, se observă o singură rețea cristalină în întregul corp. Și deși forma exterioară a monocristalelor de același tip poate fi diferită, unghiurile dintre fețele corespunzătoare vor fi întotdeauna aceleași. O trăsătură caracteristică a monocristalelor este anizotropia proprietăților mecanice, termice, electrice, optice și alte proprietăți.

Cristalele simple se găsesc adesea în stare naturală în natură. De exemplu, majoritatea mineralelor sunt cristale, smaralde, rubine. În prezent, în scopuri de producție, multe monocristale sunt cultivate artificial din soluții și topituri - rubine, germaniu, siliciu, arseniură de galiu.

Același element chimic poate forma mai multe structuri cristaline care diferă ca geometrie. Acest fenomen se numește polimorfism. De exemplu, carbon - grafit și diamant; ice cinci modificări etc.

Fațetarea externă corectă și anizotropia proprietăților, de regulă, nu apar pentru corpurile cristaline. Acest lucru se datorează faptului că solidele cristaline constau de obicei din multe cristale mici orientate aleatoriu. Astfel de solide se numesc policristaline. Acest lucru se datorează mecanismului de cristalizare: atunci când sunt îndeplinite condițiile necesare acestui proces, în faza inițială apar simultan centrii de cristalizare în multe locuri. Cristalele în curs de dezvoltare sunt localizate și orientate unul față de celălalt complet aleatoriu. Din acest motiv, la finalul procesului, obținem un solid sub forma unui conglomerat de cristale mici topite - cristalite.

Din punct de vedere energetic, diferența dintre solidele cristaline și cele amorfe este clar vizibilă în procesul de solidificare și topire. Corpurile cristaline au un punct de topire - temperatura când o substanță există stabil în două faze - solidă și lichidă (fig. curba 2). Tranziția unei molecule solide într-un lichid înseamnă că aceasta dobândește încă trei grade de libertate de mișcare de translație. Acea. unitatea de masă a unei substanțe la T pl. în faza lichidă are o energie internă mai mare decât aceeași masă în faza solidă. În plus, distanța dintre particule se modifică. Prin urmare, în general, cantitatea de căldură necesară pentru a transforma o unitate de masă a unei substanțe cristaline într-un lichid va fi:

λ = (U f -U cr) + P (V f -V cr),

unde λ este căldura specifică de topire (cristalizare), (U l -U cr) este diferența dintre energiile interne ale fazei lichide și cristaline, P este presiunea externă, (V l -V cr) este diferența de volume specifice. Conform ecuației Clapeyron-Clausius, temperatura de topire depinde de presiune:

Se poate observa că dacă (V f -V cr)> 0, atunci > 0, adică Pe măsură ce presiunea crește, punctul de topire crește. Dacă volumul unei substanțe scade în timpul topirii (V f -V cr)< 0 (вода, висмут), то рост давления приводит к понижению Т пл.

Corpurile amorfe nu au căldură de fuziune. Încălzirea duce la o creștere treptată a vitezei de mișcare termică și o scădere a vâscozității. Există un punct de inflexiune pe graficul procesului (Fig.), care se numește în mod convențional temperatura de înmuiere.

PROPRIETĂȚI TERMICE ALE SOLIDELOR

Mișcarea termică în cristale datorită interacțiunii puternice este limitată doar de vibrațiile particulelor din apropierea nodurilor rețelei cristaline. Amplitudinea acestor oscilații nu ajunge de obicei la 10 -11 m, adică. este doar 5-7% din perioada rețelei de-a lungul direcției corespunzătoare. Natura acestor oscilații este foarte complexă, deoarece este determinată de forțele de interacțiune ale particulei oscilante cu toți vecinii ei.

O creștere a temperaturii înseamnă o creștere a energiei mișcării particulelor. Aceasta, la rândul său, înseamnă o creștere a amplitudinii vibrațiilor particulelor și explică expansiunea solidelor cristaline atunci când sunt încălzite.

l t = l 0 (1 + αt 0),

Unde l t si l 0 – dimensiuni liniare ale corpului la temperaturi t 0 și 0 0 C, α – coeficient de dilatare liniară. Pentru solide, α este de ordinul 10 -5 – 10 -6 K -1. Ca rezultat al expansiunii liniare, volumul corpului crește:

V t = V 0 (1 + βt 0),

aici β este coeficientul de dilatare volumetrică. β = 3α în cazul expansiunii izotrope. Corpurile monocristaline, fiind anizotrope, au trei valori diferite ale α.

Fiecare particulă care vibrează are trei grade de libertate a mișcării oscilatorii. Având în vedere că, pe lângă energia cinetică, particulele au și energie potențială, energia ε = kT ar trebui atribuită unui grad de libertate al particulelor corpurilor solide. Acum pentru energia internă a aluniței vom avea:

U μ = 3N A kT = 3RT,

iar pentru capacitatea de căldură molară:

Acestea. Capacitatea de căldură molară a corpurilor cristaline simple din punct de vedere chimic este aceeași și nu depinde de temperatură. Aceasta este legea Dulong-Petit.

După cum a arătat experimentul, această lege este satisfăcută destul de bine, pornind de la temperatura camerei. Explicaţii pentru abaterile de la legea Dulong-Petit când temperaturi scăzute au fost date de Einstein și Debye în teoria cuantică a capacității termice. S-a demonstrat că energia pe grad de libertate nu este o valoare constantă, ci depinde de temperatură și frecvența de oscilație.

CRISTALE ADEVAATE. Defecte ale cristalelor

Cristalele reale au o serie de încălcări ale structurii ideale, care sunt numite defecte de cristal:

a) defecte punctuale -

defecte Schottky (unități neocupate de particule);

Defecte Frenkel (deplasarea particulelor de la noduri la internoduri);

impurități (atomi străini introduși);

b) liniare - luxaţii de margine şi şurub. Este local neregulat

sty în aranjamentul particulelor

din cauza incompletitudinii planurilor atomice individuale

sau din cauza neregulilor în succesiunea dezvoltării lor;

c) plană – limite între cristalite, rânduri de dislocații liniare.

Majoritatea substanțelor din clima temperată a Pământului sunt în stare solidă. Solidele își păstrează nu numai forma, ci și volumul.

Pe baza naturii aranjamentului relativ al particulelor, solidele sunt împărțite în trei tipuri: cristaline, amorfe și compozite.

Corpuri amorfe. Exemple de corpuri amorfe includ sticla, diverse rășini întărite (chihlimbar), materiale plastice etc. Dacă un corp amorf este încălzit, acesta se înmoaie treptat, iar trecerea la o stare lichidă are un interval semnificativ de temperatură.

Asemănarea cu lichidele se explică prin faptul că atomii și moleculele corpurilor amorfe, ca și moleculele lichide, au un timp de „viață stabilă”. Nu există un punct de topire specific, astfel încât corpurile amorfe pot fi considerate lichide suprarăcite cu vâscozitate foarte mare. Absența ordinii pe distanță lungă în aranjarea atomilor corpurilor amorfe duce la faptul că o substanță în stare amorfă are o densitate mai mică decât în stare cristalină.

Dezordinea în aranjarea atomilor corpurilor amorfe duce la faptul că distanța medie dintre atomi în direcții diferite este aceeași, prin urmare ei sunt izotropi, adică toate proprietățile fizice (mecanice, optice etc.) nu depind de direcția influenței externe. Un semn al unui corp amorf este forma neregulată a suprafeței atunci când este fracturată. Corpurile amorfe după o perioadă lungă de timp încă își schimbă forma sub influența gravitației. Acest lucru le face să arate ca niște lichide. Pe măsură ce temperatura crește, această schimbare de formă are loc mai rapid. Starea amorfă este instabilă; are loc o tranziție de la starea amorfă la starea cristalină. (Paharul devine tulbure.)

Corpuri cristaline. Dacă există periodicitate în aranjarea atomilor (ordine pe distanță lungă), solidul este cristalin.

Dacă examinați boabele de sare cu o lupă sau cu un microscop, veți observa că acestea sunt limitate de margini plate. Prezența unor astfel de fețe este un semn de a fi într-o stare cristalină.

Un corp care este un singur cristal se numește un singur cristal. Majoritatea corpurilor cristaline constau din multe cristale mici situate aleatoriu care au crescut împreună. Astfel de corpuri se numesc policristale. O bucată de zahăr este un corp policristalin. Cristalele din diferite substanțe au forme diferite. Dimensiunile cristalelor sunt, de asemenea, variate. Dimensiunile cristalelor policristaline se pot schimba în timp. Cristalele mici de fier se transformă în altele mari, acest proces este accelerat de impacturi și șocuri, apare în poduri de oțel, șine de cale ferată etc., drept urmare rezistența structurii scade în timp.

Foarte multe corpuri de aceeași compoziție chimică în stare cristalină, în funcție de condiții, pot exista în două sau mai multe varietăți. Această proprietate se numește polimorfism. Ice are până la zece modificări cunoscute. Polimorfismul carbonului - grafit și diamant.

O proprietate esențială a unui singur cristal este anizotropia - diferența dintre proprietățile sale (electrice, mecanice etc.) în direcții diferite.

Corpurile policristaline sunt izotrope, adică prezintă aceleași proprietăți în toate direcțiile. Acest lucru se explică prin faptul că cristalele care alcătuiesc corpul policristalin sunt orientate aleator unul față de celălalt. Ca urmare, niciuna dintre direcții nu este diferită de celelalte.

Au fost create materiale compozite ale căror proprietăți mecanice sunt superioare materialelor naturale. Materiale compozite (compozite) constau dintr-o matrice și materiale de umplutură. Ca matrice se folosesc materiale polimerice, metalice, carbon sau ceramice. Materialele de umplutură pot consta din mustăți, fibre sau fire. În special, materialele compozite includ betonul armat și ferografitul.

Betonul armat este unul dintre principalele tipuri de materiale de construcție. Este o combinație de armătură din beton și oțel.

Grafitul de fier este un material metalo-ceramic format din fier (95-98%) și grafit (2-5%). Din aceasta sunt fabricate rulmenți și bucșe pentru diferite componente și mecanisme ale mașinii.

Fibra de sticlă este, de asemenea, un material compozit, care este un amestec de fibre de sticlă și rășină întărită.

Oasele umane și animale sunt un material compozit format din două complet diverse componente: colagen si materie minerala.

>>Fizica: Corpuri amorfe

Nu toate solidele sunt cristale. Există multe corpuri amorfe. Prin ce sunt diferite de cristale?
Corpurile amorfe nu au o ordine strictă în aranjarea atomilor. Doar atomii vecini cei mai apropiați sunt aranjați într-o anumită ordine. Dar nu există o repetabilitate strictă în toate direcțiile aceluiași element structural, care este caracteristic cristalelor, în corpurile amorfe.
În ceea ce privește aranjarea atomilor și comportamentul lor, corpurile amorfe sunt similare cu lichidele.
Adesea aceeași substanță poate fi găsită atât în stare cristalină, cât și în stare amorfa. De exemplu, cuarțul SiO2 poate fi fie sub formă cristalină, fie amorfă (silice). Forma cristalină a cuarțului poate fi reprezentată schematic ca o rețea de hexagoane regulate ( Fig. 12.6, a). Structura amorfă a cuarțului are și aspectul unei rețele, dar de formă neregulată. Împreună cu hexagoane, conține pentagoane și heptagoane ( Fig. 12.6, b).
Proprietățile corpurilor amorfe. Toate corpurile amorfe sunt izotrope, adică proprietățile lor fizice sunt aceleași în toate direcțiile. Corpurile amorfe includ sticlă, rășină, colofoniu, bomboane de zahăr etc.
Sub influențe externe, corpurile amorfe sunt detectate simultan proprietăți elastice, ca solidele, și fluiditatea, ca lichidul. Astfel, la impacturi de scurtă durată (impacturi), ele se comportă ca niște corpuri solide și, la un impact puternic, se sparg în bucăți. Dar cu o expunere foarte lungă, curg corpuri amorfe. Puteți vedea asta pentru dvs. dacă aveți răbdare. Urmați bucata de rășină care se află pe o suprafață dură. Treptat, rășina se întinde peste ea și, cu cât temperatura rășinii este mai mare, cu atât se întâmplă mai repede.
Atomii sau moleculele corpurilor amorfe, precum moleculele lichide, au anumit timp„viață sedentară” - timpul oscilațiilor în jurul poziției de echilibru. Dar, spre deosebire de lichide, acest timp este foarte lung.
Deci, pentru var la t= 20°C timpul de „durată stabilită” este de aproximativ 0,1 s. În acest sens, corpurile amorfe sunt apropiate de cele cristaline, deoarece salturile atomilor de la o poziție de echilibru la alta apar relativ rar.
Corpurile amorfe la temperaturi scăzute seamănă cu corpurile solide în proprietățile lor. Aproape că nu au fluiditate, dar pe măsură ce temperatura crește, se înmoaie treptat și proprietățile lor devin din ce în ce mai apropiate de proprietățile lichidelor. Acest lucru se întâmplă deoarece, odată cu creșterea temperaturii, salturile atomilor dintr-o poziție de echilibru în alta devin treptat mai frecvente. Anumit punct de topire Corpurile amorfe, spre deosebire de cele cristaline, nu.
Cristale lichide.În natură, există substanțe care posedă simultan proprietățile de bază ale unui cristal și ale unui lichid, și anume anizotropia și fluiditatea. Această stare a materiei se numește cristal lichid. Cristalele lichide sunt în principal substanțe organice ale căror molecule au o formă lungă sub formă de fir sau plată.
Să luăm în considerare cel mai simplu caz, când un cristal lichid este format din molecule sub formă de fir. Aceste molecule sunt situate paralele între ele, dar sunt deplasate aleatoriu, adică ordinea, spre deosebire de cristalele obișnuite, există doar într-o singură direcție.
În timpul mișcării termice, centrii acestor molecule se mișcă aleatoriu, dar orientarea moleculelor nu se schimbă și rămân paralele cu ele însele. Orientarea moleculară strictă nu există în întregul volum al cristalului, ci în regiuni mici numite domenii. Refracția și reflectarea luminii au loc la granițele domeniului, motiv pentru care cristalele lichide sunt opace. Totuși, într-un strat de cristal lichid plasat între două plăci subțiri, distanța dintre care este de 0,01-0,1 mm, cu depresiuni paralele de 10-100 nm, toate moleculele vor fi paralele, iar cristalul va deveni transparent. Dacă se aplică tensiune electrică în unele zone ale cristalului lichid, starea cristalului lichid este perturbată. Aceste zone devin opace și încep să strălucească, în timp ce zonele fără tensiune rămân întunecate. Acest fenomen este folosit la crearea ecranelor de televiziune cu cristale lichide. Trebuie remarcat faptul că ecranul în sine este format dintr-un număr mare de elemente, iar circuitul de control electronic pentru un astfel de ecran este extrem de complex.
Fizica stării solide. Omenirea a folosit întotdeauna și va continua să folosească solide. Dar dacă anterior fizicii stare solidă a rămas în urma dezvoltării tehnologiei bazate pe experiență directă, situația sa schimbat acum. Cercetarea teoretică duce la crearea unor solide ale căror proprietăți sunt complet neobișnuite.
Ar fi imposibil să se obțină astfel de organisme prin încercare și eroare. Crearea tranzistoarelor, care va fi discutată mai târziu, este un exemplu izbitor al modului în care înțelegerea structurii solidelor a condus la o revoluție în toată ingineria radio.
Obținerea de materiale cu proprietăți mecanice, magnetice, electrice și de altă natură specificate este una dintre direcțiile principale ale fizicii moderne a stării solide. Aproximativ jumătate dintre fizicienii lumii lucrează acum în acest domeniu al fizicii.
Solidele amorfe ocupă o poziție intermediară între solidele cristaline și lichide. Atomii sau moleculele lor sunt aranjate în ordine relativă. Înțelegerea structurii solidelor (cristaline și amorfe) vă permite să creați materiale cu proprietățile dorite.

???
1. Cum diferă corpurile amorfe de cele cristaline?
2. Dați exemple de corpuri amorfe.
3. Ar fi apărut profesia de suflat de sticlă dacă sticla ar fi fost mai degrabă un solid cristalin decât unul amorf?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizica clasa a X-a

Conținutul lecției notele de lecție sprijinirea metodelor de accelerare a prezentării lecției cadru tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autotestare, instruiri, cazuri, întrebări teme pentru acasă întrebări de discuție întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini, grafice, tabele, diagrame, umor, anecdote, glume, benzi desenate, pilde, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole trucuri pentru pătuțurile curioși manuale dicționar de bază și suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment dintr-un manual, elemente de inovație în lecție, înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte planul calendaristic pentru anul instrucțiuni programe de discuții Lecții integrate

Dacă aveți corecții sau sugestii pentru această lecție,

Matricea este baza oricărui dispozitiv foto sau video. Acesta determină calitatea și dimensiunea imaginii rezultate. Astăzi, două principii tehnologice diferite sunt utilizate în fabricarea matricelor - CCD și CMOS. Puteți auzi adesea întrebarea: „Ce matrice să alegeți: CCD sau CMOS?” Există dezbateri aprinse despre acest lucru printre fanii echipamentelor foto și video. În acest articol vom analiza aceste două tipuri și vom încerca să ne dăm seama care matrice este mai bună - CCD sau CMOS.

Informații generale

Matricele sunt concepute pentru a digitiza parametrii razelor de lumină de pe suprafața lor. Nu se poate vorbi despre un avantaj clar al uneia dintre tehnologii. Puteți face comparații pe baza unor parametri specifici și puteți identifica un lider sub un aspect sau altul. În ceea ce privește preferințele utilizatorilor, adesea criteriul principal pentru aceștia este costul produsului, chiar dacă este inferioară calitativ sau specificatii tehnice la concurenta ta.

Deci, să înțelegem care sunt ambele tipuri de dispozitive. O matrice CCD este un microcircuit care constă din fotodiode sensibile la lumină; este creat pe bază de siliciu. Particularitatea funcționării sale constă în principiul funcționării dispozitivului cu sarcina cuplată. O matrice CMOS este un dispozitiv creat pe baza de semiconductori cu o poartă izolată cu canale de conductivitate diferită.

Principiul de funcționare

Să trecem la identificarea diferențelor care vă vor ajuta să faceți alegerea: care este mai bine - Senzor CMOS sau CCD? Principala diferență dintre aceste două tehnologii este principiul funcționării lor. Dispozitivele CCD convertesc sarcina de la pixeli într-un potențial electric, care este amplificat în afara senzorilor de lumină. Rezultatul este o imagine analogică. După aceasta, întreaga imagine este digitizată în ADC. Adică, dispozitivul este format din două părți - matricea în sine și convertorul. Tehnologia CMOS se caracterizează prin faptul că digitalizează fiecare pixel în mod individual. Ieșirea este o imagine digitală finită. Acesta este incarcare electrica pixelul din matrice se acumulează într-un condensator, din care este îndepărtat potențialul electric. Este transmis la un amplificator analogic (încorporat direct în pixel), după care este digitizat într-un convertor.

Ce să alegi: CCD sau CMOS?

Unul dintre parametrii importanți care determină alegerea între aceste tehnologii este numărul de amplificatoare matrice. Dispozitivele CMOS au cantitate mare dintre aceste dispozitive (la fiecare punct), prin urmare, pe măsură ce semnalul trece, calitatea imaginii scade oarecum. Prin urmare, matricele CCD sunt utilizate pentru a crea imagini cu un grad ridicat de detaliu, de exemplu, în scopuri medicale, de cercetare și industriale. Dar tehnologiile CMOS sunt utilizate în principal în aparate electrocasnice: camere web, smartphone-uri, tablete, laptop-uri etc.

Următorul parametru care determină ce tip este mai bun - CCD sau CMOS - este densitatea fotodiodelor. Cu cât este mai mare, cu atât se vor irosi mai puțini fotoni și, în consecință, imaginea va fi mai bună. În acest parametru, matricele CCD sunt înaintea concurenților lor, deoarece oferă un aspect care nu are astfel de goluri, în timp ce CMOS le are (tranzistorii sunt amplasați în ele).

Cu toate acestea, atunci când utilizatorul se confruntă cu o alegere: care dintre ele - CMOS sau CCD - să cumpere, acesta parametrul principal-pretul aparatului. Tehnologia CCD este mult mai scumpă decât concurentul său și consumă mai mult energie. Prin urmare, nu este indicat să le instalați acolo unde este suficientă o imagine de calitate medie.

Camera, caracteristici, avantaje și dezavantaje ale unor astfel de matrici.

La avantaje matrici CCD pot fi atribuite:

Rată mare de utilizare a zonei de pixeli (aproape de 100%);
relativ scăzut;
eficiență foarte mare;
suficient de mare .

Spre dezavantaje matrici CCD raporta:

intensitate energetică ridicată;
suficient proces dificil citirea informațiilor;
producție scumpă.

În modern camere digitale nu sunt folosite doar matrice bazate pe CCD, ci și Matrice CMOS, ponderea camerelor echipate cu astfel de matrice este în continuă creștere.

Matricea CMOS a camerei.

Înapoi la sfârșitul anilor 60 ai secolului trecut, oamenii de știință cunoșteau proprietatea structurilor CMOS de a percepe lumina. Cu toate acestea, structurile CCD au oferit mult mai mult sensibilitate crescută la lumină și o calitate înaltă a imaginii. Acesta este motivul pentru care matricele bazate pe tehnologia CMOS nu au devenit atât de răspândite. La începutul anilor '90 caracteristici Matrice CMOS iar producția lor a fost îmbunătățită semnificativ, ducând la mai multe implementare pe scară largă aceste matrici. Descoperiri revoluționare au fost făcute la Jet Propulsion Laboratory (JPL) al NASA, unde au fost creați Active Pixel Sensors (APS). Concluzia a fost că la fiecare a fost adăugat un amplificator de semnal cu tranzistor, ceea ce a făcut posibilă transformarea sarcinii în tensiune direct în pixelul însuși. Datorită acestui fapt, a devenit posibil accesul aleatoriu la pixeli individuali, în principiu similar cu circuitele RAM.

Ca urmare, până în 2008, matricele bazate pe elemente CMOS au devenit o alternativă la matricele CCD.

O matrice CMOS (structură complementară metal-oxid-semiconductor), în transcripție engleză - CMOS (Complementary metal oxide semiconductor), este în principiu similară cu o matrice CCD. La fel ca într-un CCD, electronii sunt creați sub influența luminii.

Celulele matricelor CMOS sunt tranzistoare cu efect de câmp cu o poartă izolată și au canale de conductivitate diferită.

Spre deosebire de un element CCD, fiecare celulă Matrice CMOS are în plus dispozitive electronice, numită legarea pixelilor, permițând ca sarcina să fie convertită în tensiune direct în celulă.

Figura 1 arată circuit echivalent Dispozitive cu elemente CMOS.

Fig.1. Echivalent schema electrica element CMOS.

1 - LED. 2 - obturator electronic. 3 - condensator care acumulează sarcina de la fotodiodă. 4 - amplificator de semnal. 5 - autobuz de citire linie. 6 - magistrală prin care semnalul este transmis către procesor. 7 - resetarea liniei de semnal.

Principiul de funcționare al circuitului de mai sus:

înainte de a face o imagine, un semnal de resetare este trimis prin linia 7;

când lumina este expusă unei fotodiode, este proporțională cu intensitatea flux luminos se creează o sarcină care încarcă condensatorul;

Semnalul este citit de la element prin descărcarea condensatorului, curentul rezultat este transferat la amplificator și apoi la circuitul de procesare.

Sincronizarea operației matricei se realizează prin intermediul magistralelor de adrese ale coloanelor și rândurilor.

Datorită acestei scheme, devine posibilă citirea încărcăturii imediat dintr-un grup de pixeli (și nu secvenţial celulă cu celulă, ca într-o matrice CCD) sau chiar selectiv de la pixeli individuali. Într-o astfel de matrice nu este nevoie de registre de deplasare pe coloane și rânduri, ceea ce accelerează foarte mult procesul de citire a informațiilor din matrice. Consumul de energie al matricei este, de asemenea, redus semnificativ.

Progrese în dezvoltarea tehnologiilor, în special producția de plachete de siliciu Calitate superioară si imbunatatiri in circuitul amplificator al elementului CMOS, au dus la faptul ca calitatea imaginii rezultate a atins aproape acelasi nivel ca si elementul CCD.

Avantajele matricei CMOS:

În primul rând, consumul de energie este redus semnificativ, datorită faptului că într-o matrice CMOS lanțul de procesare a informațiilor nu este atât de lung ca într-o matrice CCD; matricea CMOS este deosebit de scăzută în ceea ce privește consumul de energie în modul static.

Designul celulei matrice CMOS îi permite să fie integrat direct cu convertor analog-digital si chiar si cu un procesor. Acest lucru creează posibilitatea de a combina într-un singur cristal ambele circuit analogic, atât digitale, cât și de procesare. Datorită acestui fapt, a devenit posibilă o miniaturizare suplimentară a camerelor digitale, reducând costul acestora din cauza absenței necesității de cipuri suplimentare de procesor.

Abilitatea de a accesa aleatoriu celulele CMOS vă permite să citiți grupuri separate pixeli. Această caracteristică se numește citire decupată, adică citirea doar a unei părți a întregului cadru, spre deosebire de o matrice CCD, în care întreaga matrice trebuie să fie descărcată pentru a procesa informații. Datorită acestui fapt, pentru a asigura vizualizare rapidă Imaginile de pe afișajul încorporat al camerei cu un număr relativ mic de pixeli pot afișa doar o parte din informații. Acest lucru va fi suficient pentru vizionare; puteți controla precizia focalizării etc.

În plus, pentru o viteză mai mare de filmare a reportajelor, îl puteți realiza cu dimensiune mai mică cadru și rezoluție mai mică.

Un alt avantaj al unei matrice CMOS este capacitatea de a adăuga mai multe etape de amplificare amplificatorului în interiorul elementului CMOS, crescând astfel semnificativ sensibilitatea matricei. Iar capacitatea de a regla câștigul pentru fiecare culoare vă permite să vă îmbunătățiți.

Producția de matrice CMOS este mai simplă și mai ieftină decât CCD-urile; aproape orice fabrică implicată în producția de microelectronice o poate stăpâni. Acest lucru este valabil mai ales atunci când se produc matrici mari.

Dezavantajele matricei CMOS:

Dezavantajele unei matrice CMOS în comparație cu o matrice CCD includ, în primul rând, reducerea părții sensibile la lumină a elementului datorită prezenței legării electronice în jurul pixelului. Acesta este motivul pentru care la început matricele CMOS aveau o sensibilitate semnificativ mai mică decât matricele CCD. Situația s-a schimbat odată cu dezvoltarea și lansarea de către Sony în 2007 a matricelor CMOS realizate folosind tehnologia EXMOR, folosită anterior pentru dispozitive specifice precum telescoapele electronice. Dimensiunea părții fotosensibile a pixelului a fost mărită prin mutarea ornamentului electronic în stratul inferior al elementului, unde nu a interferat cu intrarea luminii. Acest lucru a dus la o creștere a sensibilității fiecărui pixel și a întregii matrice.

În fiecare dintre elementele matricei CMOS există și elemente electronice, care după proprietăţile lor circuite electronice au propriul zgomot, iar acest zgomot se adaugă la zgomotul elementului fotosensibil în sine. Mai mult, pentru fiecare pixel nivelul acestui zgomot este diferit.

Mărimea semnalului primit de la fiecare pixel depinde nu numai de caracteristicile fotodiodei în sine, ci și de proprietățile fiecărui element al cablajului electronic al pixelului. Se pare că fiecare element CMOS are propriul său element