Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
переноса сигнального заряда начинается в тот момент, когда на правый
затвор подается импульс более высокого напряжения (рис. 41, б).
Трехфазный n-канальный ПЗС [11] в более подробном виде (вместе с входным
и выходным устройствами) показан на рис. 42. Собственно ПЗС, или ПЗС-
регистр, здесь составляют три пары электродов переноса (затворов),
подсоединенные к шинам тактового питания ф2, ф2 и ф3. Входное устройство,
состоящее из входного диода и входного затвора, обеспечивает ввод
сигнальных зарядобых пакетов под первый электрод переноса регистра.
Экстракция и детектирование зарядовых пакетов обеспечиваются выходными
затвором и диодом. Временные диаграммы напряжения на шинах тактового
питания, а также входной и выходной сигналы приведены на рис. 43,а [11].
Расположение потенциальных ям и распределение сигнального заряда в
регистре представлены на рис. 43, б.
В начальный момент времени t - tx на тактовую шину ф! подано высокое
напряжение, а на шины ф2 и ф3 - низкое. Следовательно, потенциальные ямы
под затворами фазы ф2 глубже
МДП-структуры, Приборы с варядовой связью
435
потенциальных ям под остальными электродами переноса. Входной (ID) и
выходной (OD) диоды заперты большим положительным напряжением, что
исключает инжекцию электронов в канал под входным (IG) и выходным (OG)
затворами, а следовательно, и под электроды переноса ПЗС-регистра. Иными
словами, все потенциальные ямы в регистре при t = tx пустые. В момент t2
напряжение на входном диоде уменьшается, последний приоткрывается и
инжектирует электроны через входной затвор в потенциальную яму под первым
затвором фазы cpj.
В конце инжекционного процесса поверхностные потенциалы под первым
электродом фазы (pj и входным затвором равны потенциалу на входном диоде.
При t = U входной диод снова запирается высоким напряжением, а избыточный
заряд из-под первого электрода фазы (pj через входной затвор стекает
обратно в диод. В результате под первым затвором фазы фх остается вполне
определенное количество электронов - сигнальный заряд, величина которого
определяется разностью потенциалов фазы ф! и входного затвора. В момент
напряжение на фазе ф2 становится высоким, а на фазе ф! оно начинает
уменьшаться. При этом сигнальный заряд из-под затвора ф! перетекает под
первый затвор фазы ф2, где поверхностный потенциал превышает потенциал
фазы <pj. Этот процесс называется переносом. Отметим, что с учетом
конечности времени, которое требуется для перетекания заряда из-под
одного затвора переноса под другой, задний фронт тактовых импульсов
специально делают достаточно пологим. В конце процесса переноса в момент
времени tb весь сигнальный заряд хра-
Ш161 2 3 1 2 306 Од
п 1 П I ! I Выхов
У z Выход
\г
t7
а
6
Рис. 43. Диаграммы (а) тактовых импульсов и выходной сигнал в ПЗС и
распределения (б) заряда и потенциала вдоль ПЗС в различные моменты
времени, от^ меченные на тактовых диаграммах [11].
436
Глава 7
Р1
Р2
РЗ
\ / ¦'". ^ " '
мрмщря"
ЮТ'
Pt п п
(\v\
ч_____I
Подложка р - типа
v-- Имплантация п- типа
Рис. 44. Электродные структуры и схемы тактового питания ПЗС [60].
а - трехфазная электродная структура, полученная селективным легированием
пленки собственного полнкремния; б - трехфазная электродная структура, в
которой использованы трн перекрывающихся уровня окисленного кремния; в -¦
базовая четырехтактная двухуровневая поликремниевая электродная
структура; г - компланарная двухтактная двухуровневая поликремниевая
электродная структура.
нится уже под первым электродом фазы ср2. Через соответствующее число
таких циклов переноса (в момент te) сигнальный заряд оказывается под
последним затвором фазы ср3, и, после того как в момент U напряжение на
этой фазе начинает уменьшаться, сигнальный заряд через выходной затвор
"выталкивается" в выходной диод. При этом выходное устройство
вырабатывает токовый или потенциальный выходной сигнал, пропорциональный
величине зарядового пакета (рис. 43, а).
МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью 437
Описанный выше способ ввода сигнального заряда используется в аналоговых
и запоминающих устройствах на ПЗС. В системах регистрации оптического
изображения зарядовые пакеты формируются в результате генерации
электронно-дырочных пар светом, проникающим в полупроводниковую подложку.
При этом выходные сигналы оказываются пропорциональными локальной
освещенности.
В современной практике конструирования и изготовления ПЗС используются
различные электродные структуры и схемы тактового питания. Некоторые из
них показаны на рис. 44. Трехфазные электродные структуры (рис. 44, а, б)
обладают тем преимуществом [60], что при их изготовлении проблема
обеспечения малых (1-2 мкм) межэлектродных зазоров решается значительно
легче, чем в случае моноуровневых электродных систем (рис. 42). Одно из
достоинств поликремниевых электродных структур (рис. 44, б иг) состоит в
