Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
высокой подвижности электронов в этом материале. Уже имеются ПЗС со
скрытым каналом на GaAs, работающие с тактовыми частотами до 500 МГЦ [71
].
446
Глава 7
Неэффективность переноса может также приводить к большим фазовым
задержкам. Частотно-контрастные характеристики и деградация единичного
зарядового пакета [60] в зависимости от произведения Ne приведены на рис.
51, где N - полное число переносов, которое требуется, чтобы сигнальный
пакет достиг выходного узла*). Здесь ясно видны характер расплывания
индивидуального зарядового пакета и образование соответствующих "хвостов"
при различных значениях Ne. Крайнее левое положение сигнального столбика
в каждом "кадре" (рис. 51) соответствует временному положению
индивидуального зарядового пакета, которое он занимал бы на выходе
идеального ПЗС (е = 0). Легко видеть, что при Ne ^ 1 значительная часть
сигнального заряда оказывается сдвинутой в хвостовые пакеты. Это
препятствует адекватной обработке информации в таком приборе.
7.4.4. ПЗС со скрытым каналом
В ПЗС с поверхностным каналом неосновные носители сигнальных пакетов
перемещаются под действием тактовых импульсов напряжения на затворах
непосредственно у границы с окислом. При этом они сильно взаимодействуют
с поверхностными ловушками, что является одним из главных факторов,
ограничивающих эффективность переноса сигнального заряда. Чтобы исключить
захват информационного заряда на эти поверхностные ловушки и тем самым
повысить эффективность переноса, была предложена конструкция ПЗС со
скрытым каналом [66]. В этом приборе движение зарядовых пакетов
ограничено в пределах объемного канала, расположенного под границей с
окислом. Поперечное сечение такого ПЗС показано на рис. 52 [67]. Этот
прибор состоит из кремниевой подложки р-типа с приповерхностным слоем
проводимости п-типа и контактов п+-типа на обоих концах "-канала.
Величина N, следовательно, равна полному числу электродов переноса. -
Прим. перев.
г \ \ Металлические электроды
И. . ! 1 л . i
VC^k\T\-T4 Т\ \T\-< \Т\Тч Т\Т\ \-rNc\T\T\ Гч
\ vNNNN \\W\\ шшшяшшшшшт Скрыть!й -Si канал
I
Рис. 52. Поперечное сечение ПЗС со скрытым каналом [67].
МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью
447
Рис. 53. Схема ПЗС со скрытым каналом (а), его зонная диаграмма для
пустой ямы (б) и зонная диаграмма в присутствии сигнального заряда (в)
[68].
Зонные диаграммы ПЗС со скрытым каналом показаны на рис. 53 [68]. В
отсутствие сигнального заряда сравнительно узкий "-слой прибора полностью
обеднен тактовыми импульсами положительного напряжения на затворах
структуры (рис. 53, б). Когда сигнальный заряд вводится в скрытый канал,
он будет храниться в его центральной части (рис. 53, в).
Распределение потенциала для случая, прказанного на рис. 53, б, можно
рассчитать аналитически, когда концентрации примеси в п- и /7-областях
постоянны, воспользовавшись приближением полного обеднения. В этом случае
его определяют с помощью уравнений Пуассона [11]:
-75* = 0, ~d<x< 0, (72а)
^. = -qNDfest 0 <*<*", ^(726)
^r = qNAl es,1 хп<х<хп + хр (72в)
448
Глава 7
Рис. 54. Зависимости максимального потенциала в канале 'Фмакс от
напряжения на затворе в ПЗС со скрытым каналом^П 1 ]•
'О 2 4 6 в 10 12 Н 16 18 Уз ^ГВ ' В
при следующих граничных условиях: 1) лр = (VG - VFB) при
х = -d; 2) ip = О при х = хп + хр; 3) непрерывность потенциала и
электрической индукции при х - 0 и х = хп. Решение системы уравнений (72)
с указанными граничными условиями дает распределение потенциала по
толщине прибора с максимумом (рис. 53, б), величина которого
Соответствующие этим формулам зависимости грмакс от напряжения на затворе
VG, рассчитанные при типичных для ПЗС со скрытым каналом значениях
параметров, приведены на рис. 54.
Чтобы получить распределение потенциала в скрытом канале при наличии
сигнального заряда (рис. 53, в), нужно решить более сложные уравнения,
отличающиеся от системы уравнений (72) тем, что вместо ND надо брать ND -
п (х), а вместо NA надо брать Л/'а + п (*) - р (х), где п (х) и р (х) -
концентрации свободных электронов и дырок соответственно. Результаты
численных расчетов [69] для сигнальных пакетов различной величины
приведены на рис. 55, где плотность сигнального заряда (на единицу
площади границы раздела) нормирована на величину NALD (LD - дебаевская
длина). Например, при NA = 1014 см-3 дебаевская длина равна 0,415 мкм, a
NALD = 4,15 * 109 заряд/см2. Графики, приведенные на рис. 55, б,
показывают, что с увеличением сигналь-
(73)
где
Vg - Уfb + Vi = -\- V^Vqx^j "
(74)
МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью
449
Рис. 55. Распределение потенциала (о) в скрытом канале ПЗС с однородно
легированными n-слоем и р-областью (Vg - 4 В) и соответствующее
распределение объемной плотности сигнального заряда (б) [69].
О 4 д 12 16 20 2н 2S 32 36 4D
/L,
х
x ( Ljj
0
~5
SB
<?>
-to
4
5 ~15
-10 В
-203
f*--------10мш -H
Kpaedoe
_nc/ie
Поверхностный; канал
SB
Рис. 56. Результаты двумерного расчета продольного распределения
