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== 이미지 센서 ==
[include(틀:전기전자공학)]
[include(틀:천문학)]
=== 개요 ===
{{{+1 [[영어|En]]: Charge-Coupled Device / [[한글|한]]: 전하결합소자 / [[한자|漢]]: [[電]][[荷]][[結]][[合]][[素]][[子]]}}}

CCD 센서는 빛을 전하로 변환시켜 이미지를 얻어내는 센서이다. CCD 기술을 개발한 공로로 개발자인 윌러드 보일(Willard S. Boyle)과 조지 스미스(George E. Smith)는 2006년 찰스 스타크 드레이퍼 공학상을 수상하고, 2009년 [[노벨물리학상]]을 수상했다.

엄밀하게 CCD는 보다 넓은 의미에서 전하를 이동시키는 소자로서, 주로 소자 내부에서 전하를 조작(디지털화 등)할 수 있는 영역으로 옮기는 역할을 한다. CCD 센서는 이 CCD를 응용하여 광다이오드를 어마어마하게 많이 박아서 빛을 전하로 전환시켜 그 전하를 다시 디지털화하여 디지털 이미지를 얻을 수 있게 하는 센서를 말한다.

그런데 CCD가 [[디지털 카메라]], [[스캐너]], [[캠코더]]와 같은 영상 장치의 [[촬상소자]]로 사용되는 CCD 센서에 가장 많이 사용되고 있고 산업적 활용도도 워낙 높다 보니 원천기술인 CCD보다 CCD로 만든 촬상소자인 CCD '''센서'''가 CCD를 대표하는 용어가 되어버렸다. 다만 최근에는 촬상소자 용으로 [[CMOS]] 센서가 더 많이 탑재되고 있다. 2010년 이후의 촬영장비엔 거의 대부분 CCD가 아닌 CMOS가 들어가고 있다고 보면 된다.

[[천문학]] 분야에서 [[냉각 CCD]]는 천문 관측 도구 중 대표적으로 꼽히는 물건.

=== 역사 ===
1969년 [[AT&T]] 벨 연구소의 윌러드 보일(Willard S. Boyle)과 조지 스미스(George E. Smith)가 세계 최초로 디지털 센서를 이용한 전하전달기술을 개발하였다. 디지털 센서 부분에 광다이오드를 이용한 광센서를 달면 빛을 전기신호로 전환할 수 있게 된 것이다. 즉, CCD 센서가 아니라 그 원리가 되는 원천기술인 CCD를 개발한 것이 이들의 공이다. 이들은 본래 Shift register로 사용될 수 있는 반도체 버블 메모리를 개발하고 있었는데, 핵심 원리가 반도체 표면의 전하를 하나의 저장 커패시터([[축전기]])로부터 다음 저장 커패시터로 전달하는 것이다. 버블 메모리는 이들이 직접 붙인 이름이다. "자기적 거품(magnetic bubbles)"에 데이터를 저장할 수 있는 소자다.

CCD 기술 개발 이후 이를 응용한 이미징 기술 역시 빠른 속도로 개발되었다. 1971년에는 벨 연구소의 마이클 톰셋이 이끄는 팀이 영상을 캡처하는 데 성공했고, CCD 기술을 영상에 응용한 기술로 마이클 톰셋이 특허를 받았다. 이후 [[페어차일드]]와 [[RCA]], [[텍사스 인스트루먼트]] 등이 개발에 뛰어들었는데 그 중 전직 벨 연구소 연구원인 [[길 아멜리오]][* 애플의 역사를 좀 아는 사람들은 눈치챘겠지만 애플에서 잘렸던 [[스티브 잡스]]를 애플로 다시 불러온 애플의 전 CEO 바로 그 사람이다.]가 이끄는 페어차일드 팀이 가장 먼저 CCD 소자를 상용화하여 1974년에는 2D 100 x 100 pixel의 소자를 개발하기에 이르렀다. 그리고 1975년 [[이스트만 코닥|코닥]]에서 일하던 스티븐 새선이 이 소자를 이용하여 세계 최초로 디지털 카메라를 개발했다. [[소니]]의 가즈오 이와마는 소니의 캠코더에 사용된 CCD를 대량생산하는 기술을 개발하는 데 성공했다.

한편, [[카이스트]] 전기전자공학과 김충기 교수는 당시 페어차일드의 CCD 소자 상용화 개발팀의 일원이었다. 이 공으로 각종 상을 수상하고 카이스트 특훈교수로 임명되었다. 다만, 대한민국은 CCD 개발 인력을 보유하고 있음에도 CCD를 대량 생산하는 기술이 없어 CCD 전량을 미국이나 일본에서 수입하고 있는 실정이다.

=== 원리 ===
한 구역에 저장된 전하(electric charge)를 다른 구역으로 이동(결합: coupling)시키는(전달하는) 성질을 가졌기 때문에 Charge-Couple Device라는 이름이 붙었다. 여러 개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon)[* 금속 산화막 반도체] 커패시터들로부터 전하를 받아들여 한 개 또는 여러 개의 노드로 신호를 내보낸다. 실리콘을 기반으로 산화(oxidization) 공정을 통해 커패시터를 형성하여 빛으로 인하여 생성된 전하를 공핍층(depletion layer)[* 또는 공핍 영역(depletion region)]을 통해 모은다. 전하의 총량은 전압 신호로 바뀌어 버퍼(저장)되고 아날로그 전압 형태로 전달된 신호는 나중에 디지털로 변환시킨다.
[[파일:external/upload.wikimedia.org/250px-CCD_charge_transfer_animation.gif]]

[[파일:external/www.olympusmicro.com/detectorsfigure5.jpg]]
크게 FT(Frame Transfer) 방식과 IT(Interline Transfer) 방식으로 나눌 수 있다. FT-CCD는 광소자들이 전하를 서로 건네주는 레지스터인 것에 비하여 IT-CCD는 광소자들이 준 전하를 레지스터에 넘겨주고 레지스터가 전하를 전달한다는 차이점이 있다. 따라서 전체 면적 중에서 일부분만 빛을 받아들이게 된다.

CCD는 여러 개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 쌍으로 상호 연결되어 있는 회로로 이루어져 있으며, 신호를 읽어낼 때에는 각 커패시터들이 이웃한 커패시터로 전하를 옮기는 방식(마치 시리얼 통신과 비슷)으로 이미지에서 읽어낸 전하를 전달한다. 

MOS 커패시터를 만들 때, 최근에는 일반적인 방식(CZ 등)으로 생산한 실리콘 결정을 이용하기보다는 에퍼텍셜 기법(epitaxy)을 통해 저항이 더 높은 실리콘 결정을 제작하여 사용한다. 저 주파수(붉은 빛 및 그 아래 영역)에서는 빛이 더 깊이 투과할 수 있으므로 MOS 커패시터의 공핍층보다 더 깊은 곳에서 전하 캐리어(carrier)로써 전자-정공 쌍(electron-hole pair)을 생성하게 되어 효과적으로 전하를 모을 수 없는 일이 발생한다. 전자 정공 쌍이 생성되면 전기장에 의해 전하를 띤 입자로써 외력(로렌츠힘)을 받아 이동하거나(drift), 캐리어 농도 기울기에 의해 자연적으로 브라운 운동을 하며 확산(diffusion)을 하게 되는데[* 사실, 두 메커니즘이 동시에 일어난다.], 공핍층 내부엔 전기장이 인가되어 있기 때문에 캐리어의 확산이 큰 역할을 수행하지 못하나, 그 이외 지역에서는 확산만 일어나서 결국 애써 생성한 전자 정공 쌍이 재결합(recombination) 등으로 사라져 버리거나, 타 픽셀로 옮겨가는 현상이 일어나게 된다. 에피택시(epitaxy) 기법을 통해 만들어진 매우 얇고 저항이 큰 실리콘은 얇은 두께로 인해 거의 대부분에 공핍층이 형성되게 되고, 이곳에 생성되는 전자-정공 쌍은 전기장의 영향을 더 많이 받으므로 자연히 MOS 커패시터로 쌓이게 되는 것이다. 물론 저항이 큰 것은 확산 길이(diffusion length)[* 캐리어가 재결합으로 사라지기 전에 확산으로 이동 가능한 평균 거리. [math(L \triangleq \sqrt{D \tau})]. [math(D)]는 확산 계수(diffusion coefficient)이고 [math(\tau)]는 재결합 수명(recombination lifetime)이다. 재결합 수명은 '과잉 캐리어(excess carrier)가 생성되어 재결합될 때까지 걸리는 평균 시간'을 의미한다.]를 줄이기도 한다. 이를 deep depletion CCD라 한다.

== [[군집붕괴현상|Colony Collapse Disorder]]의 약자 ==
[include(틀:상세 내용, 문서명=군집붕괴현상)]

== [[City Car Driving]]의 약자 ==
[include(틀:상세 내용, 문서명=City Car Driving)]

== [[CCD(무용)|Contemporary Christian Dance]]의 약자 ==
[include(틀:상세 내용, 문서명=CCD(무용))]

[[분류:동음이의어]][[분류:천체관측]][[분류:센서]][[분류:전자공학]]