Histoire de la puce CCD

Un dispositif à transfert de charge (CCD - Charge-Coupled Device) est un réseau de semi-conducteurs microscopiques photosensibles gravés dans une puce de circuit intégré. Il fonctionne en déplaçant des paquets de charge électrique d'un élément au suivant dans le réseau. Cette technologie est fondamentale pour la photographie numérique et le traitement de signaux électroniques. Comme toute technologie, le CCD est né d'une série de découvertes scientifiques et développements techniques.

Effet photoélectrique

Dans les années 1800, Alexandre Edmond Becquerel, Heinrich Hertz et d'autres observèrent que la lumière, surtout ultraviolette, produisait des courants électriques dans les métaux et matériaux conducteurs. En 1905, Albert Einstein publia une théorie de l'effet photoélectrique, reliant mathématiquement l'énergie de la lumière aux mouvements des électrons dans les métaux. Au moment de l'invention des CCD, l'effet photoélectrique était fermement établi comme phénomène réel et quantifiable.

Semi-conducteurs et circuits intégrés

Les semi-conducteurs (silicium, germanium) se situent dans le tableau périodique entre métaux (bons conducteurs) et non-métaux (bons isolants). Dopés avec des traces d'impuretés, le silicium et le germanium préfèrent charges positives ou négatives. La recherche sur ces matériaux mena au transistor en 1948. Fin des années 1950, améliorations du traitement du silicium produisirent les premiers circuits intégrés : transistors, résistances, condensateurs sur une même puce de silicium.

CCD

En 1970, les chercheurs de Bell Labs Willard Boyle et George Smith développèrent le premier dispositif à transfert de charge. C'est un réseau intégré de condensateurs semi-conducteurs, passant les charges électriques de l'un à l'autre jusqu'au dernier élément. Là, un circuit amplificateur détecte la tension de l'élément. Si le CCD a un couvercle transparent, la lumière tombant sur la surface génère des charges électriques par effet photoélectrique. La charge est proportionnelle à l'intensité lumineuse → le CCD devient une caméra. Sans couvercle transparent, le CCD fonctionne comme mémoire : chaque élément stocke un instantané de charge électrique.

Caméras

Les décennies suivant l'invention du CCD le virent remplacer tubes à vide et film comme éléments photosensibles des caméras. Avant les CCD, les caméras TV utilisaient des « tubes vidéo » pour convertir une image en signaux électroniques. Les CCD étant plus petits, légers, moins chers et plus économes en énergie, ils remplacèrent finalement les tubes vidéo. La commodité de la photo numérique créa une demande massive pour appareils à CCD, éliminant quasi totalement la photo argentique sauf applications spécialisées.