100 лет радио - Мигулина В.В.
ISBN 5-256-01228-2
Скачать (прямая ссылка):
Более молодым, но не менее перспективным устройством функциональной электроники (УФЭ) является прибор с зарядовой связью (ПЗС), идея которого была предложена в 1970 г. американскими учеными Бойлом и Смитом. Прибор этот представляет собой линейку или матрицу структур металл — диэлектрик — полупроводник.
Изменяя напряжения, приложенные к этим структурам, получаем возможность создавать потенциальные ямы или "карманы" в приповерхностном слое полупроводника и управлять накоплением и перемещением заряда неравновесных носителей как вдоль строк матрицы, так и вдоль столбцов.
Приборы с зарядовой связью, выполненные в виде линейки (строчки), могут служить, например, линией задержки, причем время задержки может меняться с изменением частоты переноса зарядов от элемента к элементу. Такая строчка может быть использована и в качестве кодирующего устройства при "перемеши-
350
Я. А. Федотов
вании" последовательности сигналов, снимаемых с отдельных элементов на выходе такой строки.
В акустооптических устройствах линейка ПЗС может быть приемником оптических сигналов на выходе дефлектора, а в камерах со сканированием по вертикали — приемником изображения.
Такую линейку можно использовать и в качестве элемента памяти, однако при этом необходимы постоянная рециркуляция информации, движение ее вдоль строки и возвращение с выхода обратно на вход.
Если использование ПЗС в устройствах памяти и не имеет особых перспектив, то матричные фотоприемники фокальной плоскости (ФП2) на основе ПЗС представляются исключительно эффективными. Достаточно сказать, что такие УФЭ могут выполнять одновременно роль устройств фотоприемного, считывающего и первичной обработки информации. Последнее крайне ценно, ибо в конечном счете наиболее сложной и ответственной является задача не преобразования оптической информации в электрический сигнал, а именно его обработка. Создание систем технического зрения, способных распознавать, понимать, идентифицировать образы — чрезвычайно актуальная задача в области обработки больших массивов информации в реальном масштабе времени. Именно это направление в электронике может быть названо визоникой, от латинского viso — рассматривать, разглядывать в противовес video — видеть.
Поскольку кремний оптически чувствителен в видимой части спектра, то ПЗС на кремнии может выполнять функции и фотоприемника, и мультиплексора, а также и некоторые другие, например, запоминание массива информации, сравнение двух массивов с выделением разностной информации.
Использование для этого кремния перспективно как с точки зрения отработанности планарной технологии, так и с точки зрения возможности размещения на одном кристалле с УФЭ и схемотехнических элементов: управления, коммутации, усиления и т.п. Современные технологические методы позволяют создавать матричные фотоприемники с числом элементов, достигающим 2000x2000, что при пяти градациях серого цвета позволяет одновременно вводить оптическим методом массив информации в Ъ10 7 бит.
Значительный интерес представляют собой и фотоприемники ИК-диапазона на базе ПЗС. Оговоримся, что мы не рассматриваем здесь систему самостоятельных фотоприемных элементов, считывание информации с которых осуществляется с помощью схемотехнических коммутирующих устройств. Одним из вариантов ФП2 на базе ПЗС может служить устройство с возбуждением зарядов с примесных уровней. Вторым вариантом может быть устройство, сенсорная часть которого использует барьеры Шотки, например на основе силицида платины. Эти устройства обладают общим недо-
Интегральная электроника
351
статком: они требуют охлаждения до 10...30 К и работают в диапазоне длин волн до 3...5 мкм.
В то же время практически все объекты, которые желательно наблюдать в ИК-области спектра, в диапазоне второго атмосферного окна (8...14 мкм) обладают в 3,7 раза большей мощностью излучения,что и обеспечивает значительный интерес к этому диапазону. В этом диапазоне для охлаждаемых сенсорных элементов используются соединения кадмия, ртути и теллура (КРТ) и свинца, олова и теллура (СОТ), однако охлаждение до температур жидкого азота существенно увеличивает габариты и массу камер, усложняет и удорожает их обслуживание. С этой точки зрения вполне объясним интерес к фотоприемным устройствам, сенсорика которых основана на пироэлектрическом эффекте. Эти УФЭ не нуждаются в глубоком охлаждении и используют лишь полупроводниковые холодильники, необходимые для стабилизации температуры на уровне, например, 2ГС. Сенсорные элементы реализуются как на кристаллических и керамических пироэлектрических материалах, так и на полимерах.
Разрешающая способность ФП2 ИК-диапазона, как охлаждаемых, так и неохлаждаемых, существенно ниже разрешающей способности ФП2 видимого диапазона. Это объясняется конструктивными и технологическими сложностями.
Следует отметить также перспективность использования в устройствах функциональной электроники сегнетоэлектрических активных сред, которые могут быть основой интеграции различных физических эффектов, поскольку сегнетоэлектрики обладают и пи-ро-, и пьезоэлектрическими свойствами.
