Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
выражением [29]
где V - канальное напряжение (т. е. потенциал на омическом контакте по
отношению к затвору). Полагают, что канальное напряжение меньше величины
Vm, необходимой для отсечки или вырождения n-слоя до границы раздела с
полубесконечной подложкой. Электрическое поле Е(у), направленное по
нормали к поверхности вырожденного слоя, задается выражением
Коэффициент пропускания оптической мощности Т0 определяется соотношением
где а (Е, X) - коэффициент оптического поглощения. Заменяя переменные с
помощью уравнения (3.4), можно выразить Т0 уравнением
Используя данные относительно электропоглощения из рис. 3.18, можно
вычислить зависимость коэффициента пропускания от канального напряжения
для различных длин волн; такие данные показаны на рис. 3.21. Коэффициент
пропускания был нормирован с помощью значения, полученного при нулевом
напряжении канала (или условии заполненной ямы). Как было замечено ранее,
коэффициент пропускания уменьшается с ростом напряжения канала. Таким же
образом модуляция является наибольшей для длин волн, ближайших к длине
волны отсечки 870 нм, определяемой шириной запрещенной зоны. Результаты
расчетов для других уровней легирования (от 1 -1015 до 2• 1016) мало
отличаются от данных на рис. 3.21.
В работе [15] сообщалось об экспериментальном подтверждении эффекта
электропоглощения в ПЗС на GaAs. Модуляцию было трудно наблюдать отчасти
потому, что максимальное напряжение канала составляло только 10 В, а
также из-за "утечки" света по краям ямы, где электрическое поле не кон-
(3.3)
?(у)=ШЫ)
е
(3.4)
(3.5)
-?(0) 1
Т0(Х, V) = ехр| f "(Я, b)dE .
(3.6)
0
102
о
Часть 1. Пространственные модуляторы света
тролировалось зарядом. Другая проблема состоит в том, что толстая
подложка (порядка 300 мкм) имела значительное поглощение, особенно на
длинах волн, ближайших к краю зоны, где модуляция максимальна. Эти
проблемы были решены в недавно появившемся устройстве, в котором было
улучшено
Канальное напряжение, В Рис. 3.21. Расчетная зависимость изменения
относительного коэффициента пропускания от канального напряжения для
структуры,
рис. 3.20.
показанной на
X 1.00
0,95
о 0,90 о
0, 85
о
а
С
0, 80
Эксперимент для 900 нм
\ N. • \ ГМ 1 1 о •
ч8 In.* 9 с"
- \ 'Теория4^ для 900 нм'-'ч ч
еория для 890 нм
1 олщина эпитаксиального4*..
слоя = 2,5 мкм
Легирование - 5,1 х 10 ° ¦ I I I I I 'I
5 10 15 20 25
Приложенное напряжение, В
30
Рис. 3.22. Экспериментальные и теоретические зависимости глубины
модуляции пропускания 16-каскадного ПЗС на GaAs.
Вид тактовых сигналов: (1)-постоянные напряжения; (2) - обычные тактовые
сигналы
ПЗС.
Глава 3. Компоненты оптического процессора на основе ПЗС
103
экранирование света над затворами, повышено максимальное канальное
напряжение до величин около 22 В и подложка которого была уменьшена до
приблизительно 50 мкм. Модуляционные характеристики этого 16-каскадного
линейного устройства показаны на рис. 3.22 для длины волны 900 нм.
Измерения были проведены и для постоянных напряжений (пустые кружочки) и
для обычных ПЗС тактовых сигналов (заполненные кружочки), прикладываемых
к устройству. Результаты показывают несколько меньшую глубину модуляции,
чем предсказано. Имеется уверенность в том, что по меньшей мере часть
различия между кривыми является результатом двумерных эффектов в
квантовых ямах в ПЗС, не учтенных в представленных выше одномерных
расчетах. На электрические поля в каналах ПЗС сильное влияние оказывают
потенциалы электродов соседних затворов, и эти накладывающиеся поля могут
искажать форму зарядовых пакетов на краях потенциальной ямы.
Следовательно, электрические поля в яме не полностью определяются зарядом
в яме, соответствующим уравнению (3.4).
Хотя глубина модуляции продолжает увеличиваться с ростом напряжения
канала, принципиальным ограничением этого напряжения является
возникновение лавинного умножения, приводящего к заполнению ям
нежелательным зарядом. Проблема лавинного заряда является особенно острой
для краевых областей электродов затворов, где большие различия тактовых
напряжений между смежными затворами возникают в промежутке, который с
необходимостью должен быть мал, чтобы избежать проблем, связанных с
неконтролируемым потенциалом под затвором. На основании имеющегося в
настоящее время опыта для материалов с jV = 5-1015 можно предполагать
верхний предел около 25 В. При больших степенях легирования электрическое
поле на поверхности Е{0) увеличивается для заданного канального
напряжения, приводя к снижению пробойных напряжений. В. общем наибольший
уровень модуляции требует высоких управляющих напряжений, что в свою
очередь требует использования толстых слаболегированных каналов.
Практическое ограничение канальных напряжений возникает вследствие
необходимости генерировать тактовые сигналы с соответственно большим
размахом. По мере того, как тактовые частоты начинают превышать значение
10 МГц, становится все более трудно создать тактовую цепь ПЗС, которая
