Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
том, что эти структуры относительно малочувствительны к межуровневым
закороткам.
Для предотвращения растекания сигнального заряда через боковые границы
затворов в направлении, перпендикулярном переносу, на практике
используются различные способы осуществления так называемого бокового
ограничения канала переноса [10] (рис. 45), слабое подлегирование
подложки ионной имплантацией под толстым слоем окисла (рис. 45, б);
краевые
4>з 9 2 9*
Ограничение канала а
Толстый защитный слой окисла
Стоп - подлегирование
Обедненная
область
б
Злектрод
переноса
Стоп-
дифсрузия
Сигналь -ный заряд
Злектрод
переноса
Экранирующий
злектрод
Двуокись
коемния
Кремниевая
подложка
6 г
Рис. 45. Методы бокового ограничения канала, используемые в ПЗС [10].
а - ограничение электродов переноса; б - толстый защитный слой окисла; в
- высоколегированная диффузионная область; г - поликремниевый
экранирующий электрод.
438
Глава 7
высоколегированные диффузионные области, так называемая стоп-диффузия
(рис. 45, в)\ использование дополнительных экранирующих электродов (рис.
45, г), смещающих приграничную область полупроводника в режим
аккумуляции.
7.4.3. Перенос заряда и частотные свойства
Процесс переноса сигнального заряда в ПЗС определяется тремя основными
физическими механизмами: термической диффузией, самоиндуцированным
дрейфом и дрейфом в краевых электрических полях. Для относительно малых
зарядовых пакетов доминирующим механизмом переноса является
термодиффузия. В этом случае полный заряд, оставшийся под электродом, из-
под которого осуществляется перенос, к моменту времени t от начала
переноса экспоненциально уменьшается со временем. Характерная постоянная
времени, определяющая скорость такого диффузионного стекания [11],
Т" = Ж- <62>
где L - длина электрода переноса, a Dn - коэффициент диффузии неосновных
носителей.
Стекание относительно больших (сравнимых с полной глубиной потенциальной
ямы) зарядовых пакетов происходит за счет само-индуцированного дрейфа,
обусловленного простым электролитическим расталкиванием инверсионных
электронов. Возникающее при этом продольное (направленное параллельно
границе с окислом) электрическое поле пропорционально градиенту
поверхностной плотности сигнального заряда:
5Р __ Я dQg (у, t)
W- Ci ду ' ( '
В результате сигнальный заряд уменьшается во времени по гиперболическому
закону [10]
-<Г = 7Т77' (64)
где^^ nUWeCil2\bnQ, Q-"начальная величина полного сигнального заряда, We
- ширина электрода, а \хп - подвижность носителей.
Оказывается, что и в отсутствие сигнального заряда под электродом
переноса на границе с окислом существует определенное продольное
электрическое поле. Это так называемое краевое поле, для вычисления
которого необходимо учитывать двумерный характер распределения потенциала
в обедненном слое ПЗС-струк-туры, обусловлено влиянием потенциалов на
соседних электродах
МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью
439
Время
Рис. 46. Теоретическая зависимость нормированного оставшегося заряда от
времени с начала переноса в ПЗС с длиной затвора 4 мкм и уровнем
легирования 101(r) см-3. На вставке приведено распределение поверхностного
потенциала вдоль направления переноса [61].
(вставка на рис. 46) [61 ]. Величина краевых полей зависит от толщины
слоя окисла, длины электродов, уровня легирования и амплитуды тактовых
напряжений. При типичных значениях параметров напряженность продольного
краевого поля под центром электрода переноса составляет ~2-103 В-см-1.
Ясно, что на последних стадиях процесса переноса, когда оставшаяся под
электродом часть сигнального заряда становится настолько малой, что
самоиндуцированное. поле оказывается меньше краевого, именно последнее
определяет динамику стекания оставшихся малых порций сигнального заряда.
Результаты соответствующих расчетов [611 приведены на рис. 46, где в
логарифмическом масштабе построена зависимость заряда, оставшегося под
затвором переноса к моменту времени t от начала дрейфа, от времени.
Сплошная кривая получена с учетом действия краевого поля, а штриховая
соответствует "чистому" самоиндуцированному дрейфу.
Определим теперь эффективность переноса г\ как отношение полного заряда,
успевшего за время, равное длительности тактового импульса Ту перетечь
под затвор В, к величине полного
440
Глава 7
заряда, находившегося под затвором А в начале процесса переноса (вставка
на рис. 46):
Ч=>-ЩГ^Т- (65)
Соответственно неэффективностью переноса будем называть величину
е = 1 - г) = Q(t= T)IQ (t = 0). (66)
Как следует из рис. 46, для того чтобы эффективность переноса превышала
99,99 %, или, что то же самое, чтобы неэффективность е была меньше 10-4,
тактовые частоты не должны превышать нескольких десятков мегабит в 1 с
(107 Гц). В тех случаях, когда требуются более высокие тактовые частоты,
следует использовать структуры с более короткими электродами. При этом
увеличиваются краевые поля, а следовательно, и скорость перетекания
