Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 92
Текст из файла (страница 92)
При использовании вместоиндия другихпримесныхатомов можно изменятьспектральную характеристику прибора, получая максимум чувствительности в требуемом спектральном диапазоне.Достаточно распространен вариант полевого МДП-транзистора, состоящего из р-п-перехода истоковой области и МДПтранзистора. Характерным конструктивным отличием прибора этой модификации от обычного МДП -транзистора являетсяГлава16.Оптоэлектронные приборы485наличие развитой площади истока, которая облучается светом,т. е.вэтомслучаепереходисток-подложкавыступаеткакр- п-фотодиод, фототок которого усиливается МДП-транзисто-.ром.
:Кроме того, фото-ЭДС р-п-перехода изменяет пороговыйпотенциал затвора и вся сток-затворная характеристика смещается, увеличивая ток стока. Такой интегральный приемник мо-:. жет работать в режиме накопления заряда. В этом режиме переход исток-подложка выступает в ролир-п-фотодиода, и наемкостиэтогофотодиода,т. е.емкостипереходаисток-подложка, накапливается заряд, а сам МДП-транзистор работаетв ключевом режиме. В нормальном состоянии в МДП-транзистореканалнесформированиключнаМДП-транзистореразомкнут.
Во время считывания на затвор подается короткийимпульс, который формирует канал, ключ замыкается и снимаемый с сопротивления в цепи стока выходной сигнал будетпропорционален заряду,,накопленному на емкости р-п-пере-хода исток-подложка (емкости фотодиода).
Такой режим позволяет значительно повысить чувствительность фотоприемника. Выигрыш в усилении увеличивается примерно в tнftизм раз,где tн-время накопления заряда, которое равно времени осве•щения транзистора; tизм -время измерения, которое составля•ет величину порядка длительности импульса считывания, когда ключ замкнут.МДП-транзисторы весьма перспективны за счет простотытехнологии изготовления и возможности широкого использования в многоэлементных фотоприемниках большой степени интеграции.Существует еще до~таточно много различных видов фотоприемников, к которым можно отнести биполярные и полевыегетерофототранзисторы, гетерофотодиоды, однопереходные фототранзисторы, диоды Ганна, МДП-фотодиоды и т. д.
Однако всеэти приборы имеют в той или иной мере ограниченное применение и здесь не рассматриваются.16.4.4.ПЗС-фотоприемники.Эти фотоприемники относятся к классу многоэлементных интегральных приборов (интеГральных схем), не имеющих аналоговсреди дискретных полупроводниковых приборов. Наибольшеераспространение получили матричные фото- П3С. В настоящеевремя приемники такого типа находят широкое применение в астрономии, в телевизионной технике, в цифровых фотоаппаратах иРаздел4864.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИдругих сферах, где используется видеотехника. Появление миниатюрных телекамер с применением пзс,матриц с ра;змерами пиксела порядка нескольких мкм позволило использовать ихв микрохирургии, микробиологии, микровидеоптике. ПЗС применяются в устройствах специального назначения, в космической технике и других отраслях науки и промышленности.Основные физические процессы в фото-ПЗС, во многом ихустройство и особенности переноса информации не сильно отличаются от обычных ПЗС, рассмотренных в гл.10,поэтому здесьбудут отмечены некоторые функциональные особенности и специфические параметры и характеристики фото- ПЗС.Формирователи сигналов изображений на ПЗС по сравнениюс ЭЛТ различного устройства характеризуются конструктивнойи технологической простотой, малыми габаритными размерамии массой, большой долговечностью и надежностью и малой потребляемой мощностью.Конструктивно-технологическое интегрирование функций фоточувствительных и сканирующих;элементов в одном приборе, обусловленное самосканированJ{ем,осуществляемым в ПЗС за счет передачи зарядовых пакетов навыход формирователя сигналов изображе:ний, является весьмаперспективным для созда:ния полностью твердотельных формирователей сигналов изображения.ПЗС-элементы в формирователе сигналов изображений, каки обычные ПЗС (гл.10),работают в трех режимах: восприятие(интегрирование) изображения, когда происходит преобразованиесветового потока в зарядовые пакеты (в обычных ПЗС преобразуются электрические сигналы в заряды); хранение зарядовыхпакетов; передача (сканирование-считывание) зарядовых пакетовна выход устройства.В режиме восприятия изображений световой поток, отраженный от объекта, поступает на поверхность ПЗС и вызываетгенерацию электронно-дырочных пар в полупроводниковой подложке.
в потенциальных ямах nзс носители разделяются, врезультатечегонакапливаетсяпространственнораспределенная структура зарядовых пакетов, соответствующая воспринимаемому образу объекта.'Широкое распространение получили две разновидности формирователей сигналов изображений на ПЗС: линейные (строчные), регистрирующие за период интегрирования одну линиюизображения, и матричные (плоскостные), в которых записывается весь образ сразу.
При этом в обоих случаях используются ли-Глава16.487Оптоэлектронные приборыбо временное, либо пространственное разделение режимов восприятия и сканирования.При временном разделении функции восприятия и сканирования выполняются одними и теми же элементами за счет схемуправления. При пространственном разделении П3С включаетсветочувствительную область, которая принимает световой поток и преобразует его в картину распределения зарядов, и область хранения, защищенную от света, в которую после интегрирования передается вся картина распределения зарядов и затемврежимесканированияинформацияизэтойобластипоступает на выход.~;,При временном методе все элементы П3С используются каксветочувствительные ячейки, что позволяет получить макси-~ мальное разрешение. К недостаткам можно отнести: усложне-I'ние управляющих схем; влияние засветки, поскольку за время:' кадра изображение не только воспринимается, но и передается.!.·l/',~·~·При пространственном разделении для получения той жеразрешающей способности требуется удвоенное количество элементов, а следовательно, и увеличение площади кристалла.
Достоинством метода является увеличение длительности интегрирования и защищенности от света области сканирования.Для реализации указанных методов используются четыре ос1~~новных способа организации матричных формирователей сигналов изображений на П3С: кадровая, строчная, сrрочно-кадровая, адресная.При кадровой, строчной и строчно-кадровой организации формирователей сигналов изображения на П3С требуется отсутствие дефектов во всех элементах матрицы.
Неисправность одногоэлементавызываетпотерюинформациивсегопередающегостолбца или строки. Адресная организация устраняет этот недостаток, поскольку в этом случае информация покоординатно выбирается из отдельных элементов и реализуется в nзс с инжекцией заряда в подложку. В этой разновидности П3С зарядоваясвязь существует в парах МДП-конденсаторов, связанных между собой с помощью р-области.
Затворы конденсаторов,. подключенных соответственно к горизонтальной и вертикальной шииам П3С, представляют собой матрицу таких светочувствительиых пар. Другим достоинством адресной организации являетсято, что для считывания зарядового пакета из любого элементатребуется только один перенос заряда, поэтому практически отсутствуют потери зарядового пакета и искажения передаваемойРаздел4884.ПРИБОРЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИинформации. К недостаткам этого способа относятся: малый динамический диапазон из-за малости тока сигнала, сравнимого спаразитными токами; необходимость иметь чувствительные пороговые схемы на выходе; относительно большое время считывания (несколько мкс), что обусловлено временем рекомбинациии н ж е к т и р о в а н н ы хиз светочувствительного элемента дырок с электронами подложки; для управления покоординатнойвыборкой необходимость использования мощных сдвиговых регистров, занимающих большую площадь кристалла; меньшая,чем в обычных П3С, степень интеграции из-за большого количества пересекающихся шин и больш:Их размеров кристалла.Совершенствование технологии изготовления позволяет существенно улучшить параметры таких П3С.Структура пиксела П3С-матриц, применяемых в цветном телеви:дении, отличается от структуры пиксела черно-белых матриц.
Пиксел цветной матрицы состоит и:з комбинации трех пикселов, каждый из которых с помощью соответствующего фильтра регистрирует свет либо в красной, либо в зеленой, либо вголубой части оптического спектра. Таким образом, с каждогоэлемента цветной П3С-матрицы снимаете.я три сигнала.П3С в качестве приемников изображения изготавливают с полихромными электродами, получаемыми осаждением кремния изгазовой фазы.
После легирования бором или фосфором его можноиспользовать в качестве проводящего слоя. Термическое же окисление поликремния позволяет получить качественный межфазный диэлектрик, а его прозрачность облегчает использование П3Св качестве приемников изображения. Применение этой технологии позволяет осуществлять прием света не со стороны электродов, а с противоположной стороны, что приводит к ряду преимуществ, поскольку, в частности, уменьшаются потери из-за поглощения и отражения света электродами и межсоединениями.Основными специфическими параметрами и характеристиками П3С как приемников изображения, помимо характеристик обычных П3С, являются:-светочувствительность;пороговая светочувствительность;область спектральной чувствительности;разрешающая способность;время интегрирования;частотно-контрастная и светосигнальная характеристики;динамический диапазон.Глава16.Оптоэлектронные приборы489Рассмотрим коротко некоторые из перечисленных параметров и характеристик.Одним из основных факторов, определяющих светочувствительность (фоточувствительность), является коэффициент поглощения а (см.
п.1 7 .1).Коэффициент а резко уменьшается при увеличении длины волны света Л.. Поэтому область длин волн, вкоторой осуществляется эффективное преобразование световогопотока в информационные заряды, называемая областью спектральной чувствительности, ограничена. Длинноволновая границаопределяется шириной запрещенной зоны полупроводника идля кремния она составляетограничена величиной1,1 мкм. Коротковолновая граница0,3-0,4 мкм из-за сильного поглощениякоротковолновых квантов света в узком приповерхностном слое,где происходит интенсивная рекомбинация фотогенерируемых носителей заряда.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
