Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
1. .1. ¦ І і X і
Xr—?Т"
І
•Ж'1_
*1
ШІ1І
---L___ Г—L -M+!*"
I-—I I-1 -I_/ й
Vm_____
11ц~
ІШ
Ряс.1. Схема работы трёхфаяно-EO BfMtopa с зарядовой свя-— сдвигового регистра.
кладывается т. н. напряжение хранения t/xp, оттесняющее осн. носители — дыркн в случае кремния р-тнпа — в глубь полупроводника и образующее обеднённые слон ґлубнноб 0,5—2 мкм — потенц. ямы для электронов. Освещение поверхности ФПЗС порождает в объёме кремния избыточные электронно-дырочные пары, при этом электроны стягиваются в потенц. ямы, локализуются в тонном («0,01 мкм) приповерхностном слое под электродами Ij 4, 7, образуя, сигнальные зарядовые пакеты. Величина заряда в пропорциональна экспозиции поверх-
число элементов в строке илн матрице (число элементов разложения), тем точнее воспринимается изображение.
При небольшом числе переносов увеличиваются ре-комоннац. потери, происходит неполная передача зарядового пакета от одного электрода к соседнему н усиливаются обусловленные этим искажением информации. Чтобы избежать искажений накопленного видеосигнала из-за продолжающегося во время переноса освещения, иа кристалле ФПЗС создают пространственно разделённые области восприятия — накопления и хранения — считывания, причём в первых обеспечивают макс. фоточувствительиость, а вторые, наоборот, экранируют от света. В.линейном ФПЗС (рис. 3, а) заряды, накопленные в строке 1 за один дни л, передаются в регистр 2 (из чётных элементов) н в регистр 3 (из
Рнс. 3. Накопление и считывание информация в линейном (а), матричном (б) фоточувствительном приборе с зарядовой связью и в приборе с зарядовой ннжекцией.
2-а:
1-Г
3-й
гт
дбм пакете
гіг вблизи данного электрода. В хорошо сформнро-IUtHUX МДП-структурах образующиеся заряды вблизи Кёктррдов могут относительно долго сохраняться, оЙМко постепенно вследствие генерации носителей за-Mfflt примесными центрами, дефектами в объёме или на границе раздела (темновой ток) этн заряды будут накапливаться в потенц. ямах, пока не превысят сигнальные заряды и даже полностью заполнят ямы.
Во время такта II (перенос зарядов) к электродам 2,5,8 и т. д. прикладывается т. и. напряжение счнты-ІІ8ЙЯ, Uc, более высокое, чем напряжение хранения Irip. Поэтому под электродами 2, S и S возникают более гііубриие потенц. ямы, чем под электронами /, 4 и 7, и ^Ыдотвие близости электродов 1 п 2, 4 и 5, 7 и 8 барьеры между ними исчезают и электроны перетекают і соседние, более глубокие потенц. ямы.
Во !время такта IlI напряжение на электродах 2, 5, 8 Снижается до 'Uxр, а с электродов 1, 4, 7 снимается. ItPio. осуществляется перенос всех: зарядовых пакетов Stfbhb Строки ПЗС вправо на один шаг, равный расстоя-япб'Между соседними электродами.
1}Во веб время работы иа электродах, непосредственно Ш подволочённых к потенциалам ?/хр или Ucy поддерживается небольшое напряжение смещения Uctt (1-3 В), «{беспечивающее обеднение носителями заряда всей по-Йфхиостн полупроводника н ослабление на ней реком-бяяаЦ. эффектов.
'Повторяя процесс коммутации напряжений многократно, выводят через крайний р — n-переход последо-JrrwifeHo все зарядовые пакеты, возбуждённые, напр., светом в строке. Прн этом в выходной цепи возникают шнульси напряжения, пропорциональные величине зарода данного пакета. Картина освещённости трансформируется в поверхностный зарядовый рельеф, к-рый после продвижения вдоль* всей строки преобразуется в делеяовательнОсть электрич. импульсов. Чем больше
нечётных). В то время, как по этим регистрам информаций передаётся через выход 4 в схему объединения сигналов 5, в строке 1 накапливается новый видеокадр. В ФПЗС с кадровым переносов (рнс. 3, б) информация, воспринятая матрицей накопления 1, быстро «сбрасывается» в матрицу хранения 2, на к-рой последовательно считывается ПЗС-регнстром 8; в это же время матрица 1 накапливает новый кадр.
Осн. параметры ПЗС: амплитуды управляющих импульсов (?7W, Uc » 5—30 В), относит, потери заряда при одном переносе (е — 10"*—10“*), макс. тактовая частота (/тант = 10—100 МГц), макс. и мин. плотности зарядового пакета (Qn1 макс ~ 50 нКл/см8; @п мин~ » 50 пКл/см*), дииамич. диапазон {О = 20 Ig Qn макс/ !Qm мин * 60—80 дБ), плотность темновьго 'тока (/т = Krw-IO-8 А/см1). Для характеристики ФПЗС кроме перечисленных выше параметров указываются спектральный диапазон (ДА, = 0,4-1,1 мкм), фоточуа-ствительность (Sф = 0,1—0,5 А/Вт), макс. и мин. экспозиции (ЯцаКС < 300 иДж/смв, Ямин ^ 300 пДж/сМ*), разрешающая способность (г = 10—50 линий/мм). Кроїте ПЗС простейшей структуры (рис. 1) получили распространение и др. нх разновидности, в частности прибор с пол ^кремниевыми перекрывающимися электродами (рнс. 4, а), в к-рых обеспечиваются активное фотбйоз-действне на всю поверхность’ Полупроводника и МалЫй зазор между электродами, и приборы с асимметрией приповерхностных свойств (напр., слоем диэлектрика перем, толщины — рнс. 4, ?), работающие в двухтактовом режиме. Принципиально отлична структура ПЗС с объёмным каналом (рнс. 4, в), образованным диффузней прнмесей. Накопление, хранение, перенос заряда происходят в объёме полупроводника, гдб Меньше, чем на поверхности, рекомбкнац. центров н выше подвижность носителей. Следствием ^toro является увеличение на порядок значения /такт и уменьшение е по сравнению со всеми разновидностями ІЇЗС с поверхностным каналом.
