Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 54
Текст из файла (страница 54)
е. tпер = t 3 - t 2 , а интервал t 4 - t 3 == txp это время хранения заряда. Для преобразования входных сигналов (напряжений) в сигнальные зарядовые пакеты и,наоборот, выходных зарядовых пакетов в напряжения используются устройства ввода и вывода информации.Устройство ввода на рис.10.5состоит из области п+-типа,имеющей омический контакт с электродом двх' и входного за10 -6779290Раздел2.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫтвора Фвх· Область п+-типа образует вместе с подложкой входной диод на основе перехода п+ -р.
При подаче на вход (на двх>сигнала отрицательной полярности, а на Фвх-положительного управляющего напряжения входной диод п+ -р смещается впрямом направлении. В результате из п+-области под входнойзатвор инжектируется зарядовый пакет, который затем переносится под первый затвор, где Ф 1госпособа вводаИз~· Достоинством описанно=электрическогосигналаявляетсявысокоебыстродействие (несколько наносекунд).Выходное устройство (см.
рис.10.5) содержитобласть п+-типа, омический контакт двых с этой областью и выходной затворФвых; п+-область и подложка образуют выходной диод, которыйсмещают в обратном направлении, при этом обратное напряжение на этом диоде превышает максимальное напряжение на выходном электроде Фвых· Если на выходной затвор подается импульс положительной полярности, а в последнем элементе(6),где Из 6 = Ф 3 , к этому моменту времени накоплен зарядовый пакет, то он сначала переместится в потенциальную яму под выходным затвором <двых), а затем в более глубокую потенциальнуюяму области п+-типа и После этого в выходную цепь.
Обычно к выходу подключают чувствительный усилитель на МДП-транзисторах, который создается на этой же подложке. При неразрушаемомсчитывании информации на основе МДП-транзисторов используются датчики поверхностного потенциала, величины которых определяются значением зарядового пакета.Основными параметрами П3С являются: рабочая амплитудауправляющих напряжений, минимальная величина зарядовогопакета, максимальная и минимальная тактовые частоты, эффективность переноса зарядового пакета, рассеиваемая мощность.Рабочая амплитуда управляющих напряжений на затворах должнаобеспечивать требуемую величину зарядового пакета и полноесмыкание обедненных слоев соседних элементов (см.
рис.10.4),чтобы под их затворами образовывалась общая потенциальнаяяма при переносе зарядового пакета. Типичные значения амплитуды управляющих напряжений 10.~.20 В.Максимальная величина зарядового пакетаQп макспропорциональна амплитуде управляющего напряжения и площади затво10 х 20 мкм, толщиной ди= 5 В получим Qп макс = О, 35 пКл.ра. Например, для затвора с размерамиэлектрика d=О, 1 мкм и G'повГлава10.Наноэлектроника и функциональная электроникаМинимальная тактовая частотаf тмин291обратно пропорциональнамаксимально допустимому времени хранения зарядового пакета в одном элементе. Время хранения ограничено из-за неконтролируемогонакопленияэлектроноввпотенциальныхямахпод затвором вследствие тепловой генерации носителей зарядав обедненном слое и на границе полупроводника с диэлектриком, а также диффузии из подложки.
Для уменьшения (тмин(увеличения времени хранения) уменьшают концентрацию объемных центров рекомбинации и рабочую температуру. Типичные значения fтмин =30 ... 300 Гц.Максимальная тактовая частота fтмакс обратно пропорциональнадопустимому времени переноса, за вычетом времени хранения.Эффективность переноса ТJ = Qп,; + 1 /Qп,;< 1,где Qп,; и Qп,; + 1 -зарядовые пакеты в i-м элементе до переноса и в следующем(i+ 1)-м после переноса соответственно. Для сложных устройствна ПЗС ТJ= 0,999 ...
0,99999,т. е. 1-ТJ= 10-3 ••• 10- 5 •Потери заряда возрастают на больших тактовых частотах f т изза уменьшения времени переноса зарядовых пакетов, посколькучем больше требуемая эффективность переноса, тем большее время переноса необходимо и тем ниже f т макс• На низких частотах потери заряда вызваны захватом части электронов поверхностнымиловушками. Если зарядовый пакет переносится через незаполненные до этого элементы,то потери-возрастают, так как в нихчисло незаполненных поверхностных ловушек оказывается больше, чем в заполненных перед этим элементах.
Для уменьшенияпотерь заряда на ловушках создают Фоновый заряд, который вводится во все элементьi за счет подачи некоторого положительногоминимального значения напряжения Из мин= Исм (Исм жение смещения, см. рис.10.4, б,напряв, г, д). При этом в элементахпостоянно будет существовать фоновый заряд, заполняющий ловушки, что и уменьшает потери заряда при переносе.Рассеиваемая мощность элементов ПЗС (Р рас) существует практически только в режиме переноса зарядового пакета и увеличивается пропорционально тактовой частоте fт, амплитуде управляющего напряжения и величине зарядового пакета. Дляэлементов ПЗС Р рас< 1 мкВт.
Малая рассеиваемая мощность -ОДНО ИЗ ОСНОВНЫХ ДОСТОИНСТВ П3С.Помимо рассмотренных трехтактных ПЗС с поверхностнымпереносом заряда, в настоящее время существуют более совер10·Раздел2922.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫшенные П3С, к которым относятся П3С со скрытым каналомпереноса зарядовых пакетов (рис.10.6),двухтактным управлением, на МНОП-структурах и структурах с плавающим затвором. Эти приборы имеют более простую технологию изготовления, меньшее расстояние между затворами, в них устранено пересечение линий металлизации для соединения затворов и т. д.Время хранения записанной информации в этих структурах доходит до нескольких десятков тысяч часов.
Важным достоинством П3С с объемным (скрытым) каналом является низкий уровень шумов за счет устранения взаимодействия зарядовых пакетов с поверхностными состояниями.Помимо этого, в объемных П3С больше подвижность электронов,что увеличивает эффективность переноса и. тактовуючастоту прибора. В этом приборе движение зарядовых пакетовограничено в пределах объемного (скрытого) канала, расположенного под границей с окислом (см. рис.внутри тонкого (толщина около410.6) и формируемогомкм) приповерхностного слояп-типа, расположенного на кремниевой подложке р-типа.
Кон2 • 10 15 см- 3 , в то время как вакцепторов Na::::: 2 • 10 14 см- 3 • Входнаяцентрация доноров в п-слое Nд:::::подложке концентрацияи выходная п+-области размещаются на границах п-слоя. Если подложка и затворы (металлические электроды) заземлены, входная цепь разомкнута, а к выходной области подключен источникпитания (например,+20 В),смещающийр-п-переход на границес подложкой в обратном направлении, то под затворами образуются не только приповерхностные обедненные области, но и обедненная область р-п-перехода. Обе обедненные области при относительно больших напряжениях на п-слое перекрываются (смыкаются) в вертикальном направлении.
Распределение потенциала,Металлические электродыпp-SiСкрытый каналРис.10.6Глава10.соответствующееНаноэлектроника и функциональная электроникаминимумуэнергииэлектронов,мум на некотором расстоянии от поверхности293имеетмакси( ~ 3 мкм)внутрип-слоя. Сигнальные электроны, введенные в обедненную область,будут смещаться полем в область минимума потенциальной энергии на глубину~3 мкм,т. е. аналогично ПЗС с поверхностнымзарядом в этой потенциальной яме будет накапливаться заряд.Глубину потенциальной ямы можно менять напряжением на затворе, а перемещать заряды-за счет изменения напряжения назатворах, так же как в ПЗС с поверхностным каналом.
Недостатком ПЗС со скрытым каналом является значительно меньшая величина максимального зарядового nакета, что обусловлено увеличением расстояния от затвора до места накопления заряда.10.4.Элементы акустоэлектроникиАкустоэлектрические микросхемы используют электрическиеи высокочастотные акустические сигналы. Они изготавливаютсятехнологическимиметодамимикроэлектроники,нонесодержат традиционных элементов ИС: транзисторов, диодов, резисторов и т. д. Использование в акустоэлектронных приборахэлектрических и акустических сигналов требует применения вэтих приборах преобразователей электрических сигналов в акустическиеиакустическихвэлектрические,атакженаличияакустических трактов (звукопроводов).
Для преобразования одного вида сигналов в другой применяют прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты. Акустический сигнал представляетсобой волну упругих механических возмущений, распространяющихся в твердом теле со скоростью звука порядка105 м/с.Для преобразования и обработки сигналов наиболее важным является использование в акустоэлектронных приборах поверхностных акустических волн (ПАВ), распространяющихся в поверхностном слое пьезокристалла.Толщина слоя, в котором распространяется (существует) ПАВ,имеет значение порядка длины акустической волны лакгде vак иf-= vaкff,соответственно скорость распространения и частотаакустической волны.
Для основных материалов, применяемых вакустоэлектрических приборах, таких, какLiNЬ0 3 (ниобат лития),Si02(пьезокварц),Bi12Ge0 20 (германат висмута), пьезополу(GaAs и InSb), скорость акустической волны лежитв пределах (1,6 .. .4)10 5 см/с. При частоте f = 10 7 ••• 10 10 Гц длинаакустической волны составляет лак= 100 ... 0,1 мкм.проводникиРаздел2942.ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМ.ЫНаибольшее распространение в радиоэлектронике и другихобластях техники получили: из пассивных акустоэлектронныхприборовных--линии задержки и полосовые фильтры, а из активустройства, в которых используется также и усилениесигналов.В линиях задержки акустоэлектронный прибор применяетсякак замедляющая система (см. п.13.3),в которой происходитсильное уменьшение скорости распространения сигнала за счетего преобразования из электромагнитного (электрического) вакустический.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
