掃描元件互補(bǔ)金屬氧化物

互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和CCD一樣同為在掃描儀中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。目前CMOS感光器件主要應(yīng)用于少數(shù)名片掃描儀和文件掃描儀。CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒(méi)什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電） 和 P（帶 電）級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點(diǎn)就是太容易出現(xiàn)雜點(diǎn), 這主要是因?yàn)樵缙诘脑O(shè)計(jì)使CMOS在處理快速變化的影像時(shí)，由于電流變化過(guò)于頻繁而會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱的現(xiàn)象。

出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)是在1998年，當(dāng)時(shí)國(guó)際掃描儀市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，各大廠家都使出了降價(jià)的法寶，造成了掃描儀生產(chǎn)廠商的行業(yè)性虧損。一些廠家開(kāi)始重新搬出接觸式感光器件，經(jīng)過(guò)改進(jìn)，使其分辨率達(dá)到了600 dpi，然后冠以CIS技術(shù)名稱，以新技術(shù)的面目推向市場(chǎng)，居然取得了相當(dāng)?shù)某晒?。不過(guò)就性能而言，接觸式感光器件存在著嚴(yán)重的先天不足，首先由于不能使用鏡頭，只能貼近稿件掃描，其實(shí)清晰度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到標(biāo)稱的批標(biāo)，同時(shí)硫化鎘光敏電阻本身漏電很大，各感光單元之間干擾嚴(yán)重，進(jìn)一步降低了清晰度，而且由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)同時(shí)制造三條平行的感光單元同時(shí)實(shí)現(xiàn)三色掃描，接觸式感光器件不能使用常用的冷陰極燈管，而不得不使用發(fā)光二極管（LED）陣列作為光源，這種光源無(wú)論在光色還是在光線的均勻度上都是比較差的。而且由于LED陣列是由數(shù)百個(gè)發(fā)光二極管組成，一旦有一個(gè)損壞就意味著整個(gè)陣列的報(bào)廢，這種產(chǎn)品的壽命比較短，該類感光器件的溫度系數(shù)很大，，周?chē)h(huán)境溫度的變化將對(duì)掃描儀的掃描結(jié)果產(chǎn)生很大影響，因此，你要想獲得一個(gè)穩(wěn)定的掃描結(jié)果，最好在一個(gè)溫度恒定的房間內(nèi)工作。

光電倍增管：PhotoMultiplier Tube，簡(jiǎn)稱PMT，是靈敏度極高，響應(yīng)速度極快的光探測(cè)器。這種掃描器件實(shí)際上是一種電子管，感光的材料主要是金屬銫的氧化物，其中并摻雜了其他一些活性金屬（例如鑭系金屬）的氧化物進(jìn)行改性，以提高靈敏度和修正光譜曲線，用這材料制成的光電陰極射線管，在光線的照射下能夠發(fā)射電子，我們可以稱之為光電子，它經(jīng)柵極加速放大后去沖擊陽(yáng)極，最終形成了電流。在各種感光器件中，光電倍增管是性能最好的一種，無(wú)論在靈敏度、噪聲系數(shù)還是動(dòng)態(tài)范圍上都遙遙領(lǐng)先于其他的感光器件，更難能可貴的是它的輸出信號(hào)在相當(dāng)大范圍內(nèi)保持著高度的線性輸出，使輸出信號(hào)幾乎不用做任何修正就可以直接獲得很準(zhǔn)確的色彩還原。

同時(shí)，光電倍增管在各種感光器件中的生產(chǎn)成本是最高的，而且由于一次只能掃描到一個(gè)像素，因此掃描速度很慢，掃描一張圖往往需要幾十分鐘。因此，光電倍增管現(xiàn)在只用在最專業(yè)的鼓式（大滾筒）的掃描儀之上，這種掃描儀的價(jià)格非常高昂，少則幾十萬(wàn)元，多則上百萬(wàn)元，是一種可望而不可及的貴族產(chǎn)品，不適合于一般家庭使用。

接觸式感光器件CIS（Contact Image Sensor）與CCD技術(shù)幾乎是同時(shí)出現(xiàn)的，它使用的感光材料一般是我們用來(lái)制造光敏電阻的硫化鎘，它很容易制成一條長(zhǎng)的陣列，而且生產(chǎn)成本只有半導(dǎo)體隔離CCD的1/3，當(dāng)時(shí)主要是用在低檔黑白手持式掃描儀和傳真機(jī)上，由于尺寸太大，無(wú)法使用鏡頭成像，只能依靠貼近目標(biāo)來(lái)識(shí)別目標(biāo)，因此光學(xué)分辨率最高只能達(dá)到200dpi，到1994年前后，隨著掃描儀彩色化、高精度化，接觸式感光器件本身噪聲大，動(dòng)態(tài)范圍小，精度低的缺陷暴露無(wú)疑，迅速?gòu)膾呙鑳x市場(chǎng)上銷(xiāo)聲匿跡了。在其后的四年中，我們只能在傳真機(jī)上看到它的身影。

感光器工作原理圖 CCD英文全稱：Charge Coupled Device。這兩種感光器件與我們?nèi)粘Ｊ褂玫陌雽?dǎo)體集成電路相似，在一片硅晶片集成了幾千到幾萬(wàn)個(gè)光電三極管，這些光電三極管分為三列，分別用紅綠藍(lán)色的濾色鏡罩住，從而實(shí)現(xiàn)彩色掃描。光電三極管在受到光線照射時(shí)可以產(chǎn)生電流，經(jīng)放大后輸出。

該類感光器件近年性能提高很大，其高端產(chǎn)品的性能已經(jīng)接近低檔的光電倍增管，但由于數(shù)千個(gè)光電三極管的距離很近（微米級(jí)），并且各三極管之間的絕緣是依靠半導(dǎo)體PN結(jié)來(lái)的絕緣。隔離電阻較小，因此，在各光電三極管之間存在著明顯的漏電現(xiàn)像，使各感光單元的信號(hào)產(chǎn)生相互干擾，降低了掃描儀的實(shí)際清晰度。

為了改善這一情況，現(xiàn)在可以采用硅氧化物隔離技術(shù)，也就是說(shuō)，在器件加工過(guò)程中，將各個(gè)光電三極管之間的半導(dǎo)體單晶硅用SiO2(二氧化硅)替代，由于SiO2是非常好的絕緣材料，幾乎杜絕了光電三極管之間的漏電現(xiàn)像，因而在兩臺(tái)掃描儀性能指標(biāo)相同的情況下，使用硅氧化物隔離CCD的掃描儀的實(shí)際清晰度將有一個(gè)質(zhì)的飛躍。

不過(guò)，這種技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本要比半導(dǎo)體隔離技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本高出幾倍，因此，目前只能用在5000元以上的專業(yè)級(jí)掃描儀之中。而目前市場(chǎng)上的幾乎所有家用和辦公用掃描儀，都是采用半導(dǎo)體隔離的CCD，性能不可能不受到影響。

掃描儀的核心部分是完成光電轉(zhuǎn)換的部件——掃描元件（也稱為感光器件）。目前市場(chǎng)上掃描儀所使用的感光器件有四種：電荷藕合元件CCD（硅氧化物隔離CCD和半導(dǎo)體隔體CCD）、接觸式感光器件CIS、光電倍增管PMT和互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體CMOS。

四種掃描元件中，光電倍增管的成產(chǎn)成本最高，少則幾十萬(wàn)元，而且掃描速度很慢，一張圖往往需要幾十分鐘的時(shí)間，所以光電倍增管只用在最專業(yè)的鼓式掃描儀上。而CCD和CIS的生產(chǎn)成本相對(duì)較低，掃描速度相對(duì)較快，掃描效果能滿足大部分工作的需要，所以CCD或CIS的掃描儀已成為許多家用、辦公和SOHU一族的選擇。作為生產(chǎn)成本最低的CMOS器件，由于其掃描成像質(zhì)量的限制，容易出現(xiàn)雜點(diǎn)，所以目前只使用在名片掃描儀上。

由于不同的掃描元件會(huì)對(duì)最終的掃描效果造成不同的影響，所以我們?cè)谶x購(gòu)掃描儀的時(shí)候，不妨關(guān)注一下掃描儀用的是哪款感光器件，這將會(huì)對(duì)你選購(gòu)帶來(lái)事半功倍的效果。

電荷藕合元件CCD