Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les dispositifs à transfert de charges regroupent toute une génération de circuits électroniques, de la ligne à retard analogique jusqu’aux imageurs les plus performants utilisés dans les caméras embarquées à bord de satellites, en passant par les machines d’analyse et transmission de document dans l’industrie et le médical, mais aussi les appareils photos numériques… Après le rappel de quelques notions physiques, cet article s’attarde sur chacun de ces dispositifs. Sont présentés leurs principes de fonctionnement, les bénéfices de la technologie actuelle CMOS et leurs performances dans leurs différentes architectures.
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Auteur(s)
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Gilles BOUCHARLAT : Ingénieur de l’Institut National Polytechnique de Grenoble (I.N.P.G.) - Docteur-Ingénieur en Sciences Physiques - Responsable Programmes R & D chez Atmel
INTRODUCTION
Lorsque, en 1969, Sangster et Teer inventèrent les « chaînes à seaux » – Bucket-Brigade en anglais –, sans doute n’avaient-ils pas idée de la porte qu’ils ouvraient devant eux, avec l’apparition de ce nouveau type de composant. En effet, sur la base de travaux parallèles et conceptuellement très voisins, Boyle et Smith publièrent en 1970 leurs premiers résultats sur leurs dispositifs à transfert de charge (DTC), regroupés sous le terme anglais de Charge Coupled Devices (CCD), circuits qui allaient permettre le développement extraordinaire de l’imagerie électronique, et sa mise à la portée du plus grand nombre grâce au « caméscope », puis à « l’appareil photo » numérique.
C’est en effet sur la base de ces dispositifs que vont se développer progressivement toute une génération de circuits électroniques, depuis la simple ligne à retard analogique ou le multiplexeur analogique, jusqu’aux imageurs les plus performants utilisés tant dans les applications « grand-public » que dans les caméras embarquées à bord de satellites, en passant par les machines d’analyse et transmission de document, plus connues sous le nom de « fac-similé », les caméras industrielles, la radiographie médicale...
Après avoir rappelé les quelques notions nécessaires pour la compréhension des phénomènes physiques mis en jeu dans ces dispositifs, nous examinerons leur fonctionnement dans les différents dispositifs évoqués ci-dessus, avec une part belle faite aux applications d’imagerie. Nous développerons alors les performances de ces composants dans leurs différentes architectures.
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Fonctionnement en ligne à retard
En anglais
2. Technologies de réalisation
2.1 Rappel sur la technologie MOS
La très grande majorité des produits circuits intégrés, fabriqués par l’industrie du semi-conducteur, sont obtenus par la technologie MOS, qui permet de réaliser des couches de matériaux conducteurs ayant des propriétés particulières et bien déterminées sur des substrats de semi-conducteur, généralement de silicium.
La technologie MOS permet, en effet, de combiner l’utilisation des propriétés du substrat (matériau semi-conducteur) pour la réalisation de condensateurs, de diodes, de transistors à effet de champ... avec les propriétés des couches réalisées en surface : conductrices, tel l’aluminium ou le cuivre, semi-conductrices, comme le polysilicium, ou isolantes, pour isoler les composants entre eux, ou les séparer des pistes d’interconnexions. Les variantes actuelles prennent le nom :
-
de technologie CMOS (pour Complementary Metal Oxide Semiconductor), dans le cas le plus général où il est possible de réaliser sur le même substrat des transistors à canal de type N et de type P ;
-
ou de technologie BiCMOS, s’il est possible d’y intégrer en plus des transistors bipolaires Transistor MOS et sa technologie de fabrication.
De manière basique, ces technologies permettent toutes de réaliser une capacité MOS, qui est la structure élémentaire d’un dispositif à transfert de charge 1.1.1, par croissance d’oxyde en surface du matériau silicium, et dépôt d’une électrode faiblement résistive en polysilicium....
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Technologies de réalisation
ANNEXES
Les dispositifs actuellement sur le marché (2005) sont cités dans le tableau .
Ces circuits présentés tableau combinent les avantages de la technologie à transfert de charges (CCD) pour le stockage et la manipulation du signal, et de la technologie CMOS pour la réalisation de fonctions électroniques usuelles. Fonctionnant sous 5 V, ils contiennent ainsi des oscillateurs à PLL (Phase Locked Loop) intégrée, les générateurs d’horloge et de polarisation, les circuits interfaces vers les registres DTC et les échantillonneurs de sortie. Ils sont disponibles en boîtiers SOP (Small Outline Package) 16 broches ou SSOP (Shrink Small Outline Package) 20 broches.
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