Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 68
Текст из файла (страница 68)
б.!з. Честотпоп эевпсп- вых импульсов иа затворах. Конечное ность коьффпп.епте потерь значение коэффициента потерь в диапзс пазоие средних частот определяется эффектом захвата носителей заряда ловушками захвата. Кан видно, в ПЗС неизбежно происходит потеря информационного заряда. Чтобы устранить этот недостаток, используют схемы регенерации, которые представляют собой, по существу, усилители.
Считываемый с ПЗС сигнал усиливается с соответствующим формированием его уровней, а затем производится запись информации в цепочку ПЗС. Для длительного хранения информации цепочнн ПЗС замыкают в кольцо. Регенерация информационного заряда может быть совмещена с выводом информации — тогда получается прибор с иеразрушающим считыванием информации. Через управляющие электроды затворов ПЗС практически ие проходит тон электропроводностн, так нак затворы изолированы от лолупроводиина (подложки) слоем хорошего диэлектрика— диоксида кремния.
Но в цепи электродов секции переноса всетаки расходуется некоторая мощность иа перенос информационного заряда. Эта мощность пропорциональна тактовой частоте. С точки зрения конструкции н технологии ПЗС отличаются от 326 других приборов тем, что имеют малое число диффузионных областей и контактов металла с полупроводником, т. е.
малое число потенциально ненадежных элементов структуры. Это приводит к высокому проценту выхода годных приборов при изготовлении ПЗС, к низкой их себестоимости и большой надежности. Применение лрмборов с зарядовой связью К настоящему времени выявилось трм основных направления использования ПЗС: 1) запоминающие устройства элентроииовычислнтельных машин; 2) устромства преобразования изображения в электрические сигналы; 3) устройства обработки аналоговой информации. Запоминающие устройства ЭВМ.
По принципу действия ПЗС представляют собой запоминающие устройства типа линий задержки. Запоминающие устройства иа базе ПЗС доведены до промышленного выпуска„так как оим лучше всего соответствуют природе ПЗС вЂ” сдвигающне регистры с последовательным вводом и выводом информации. Информация непрерывно циркулирует в таком запоминающем устройстве иа ПЗС с регенерацией. При обращении н запоминающему устройству производится выборка записанной информации с регенерацией или без иее, т.
е. с иеразрушающим считыванием или с разрушением записанной информации. Часто в режиме хранения информация циркулирует по прибору относительно медленно прн тактовой частоте порядка десятка кнлогерц, чтобы только обеспечить регенерацию н ие тратить большой мощности иа перенос информационного заряда. При обращении к запоминающему устройству тактовая частота повышается до предельной — около иеснольких мегагерц, что обеспечивает быструю выборку записанной информации. Устройства преобразования изображения в электрические сигналы.
Принцип действия таких устройств основан иа том, что при освещении ПЗС в полупроводнике оноло его поверхности образуются пиры носителей заряда электрон — дырка, которые разделяются элентрическим полем потенциальной ямы под затвором секции переноса. Образующиеся при поглощенмн квантов света носители заполняют потенциальные ямы пропорционально освещенности данной области ПЗС. Если затем произвести обычным путем сдвиг записанной световой информации, то сигнал иа выходе ПЗС будет повторять распределение освещенности, т. е.
будет выделена строка изображения. Так же может быть выделена следующая строка и т. д. В настоящее время созданы передающие камеры с ПЗС, достигающие обычного телевизионного стандарта по разрешающей способности, в том числе н для цветного телевидения. Устройства обработки аналоговой информации. С помощью ПЗС могут запоминаться и аналоговые сигналы, ио в этом случае 327 становится неиозможной регенерация записанной информации.
Однако н простое запоминание открывает большие возможности использования ПЗС, так как эти приборы позволяют регулировать задержку переноса информации. Простейшим вариантом использования ПЗС для обработки аналоговой информации оказались линии фиксированной задержки для телевизионных приемников цветного изображения. Двухтактные приборы с зарядовой связью Структура двухтактного ПЗС или ПЗС со ступенчатым диэлектриком отличается чередованием областей полупроводника (кремния) с толстым и тонким слоями диоксида кремния (рис.
6.!6, а). Электрод каждого затвора секции переноса расположен иа поверхности толстого и тонкого слоев диоксида кремния. При приложении напряжения на затвор под иим автоматически получается асимметричная потенциальная яма, конфигурация которой обеспечивает направленное перемещение пакета носителей заряда к стоку (рис, 6.
! 6, б, в) . Понятно, что схема управления секцией переноса такого ПЗС значительно проще, чем у трехтактного ПЗС. Соединение затворов между собой в двухтактных ПЗС может быть выполнено и 0 0) и 0 0) Рис. 6.!6. Структура секции переноса ПЗС со ступенчатым дизлентриком (а) и пояснение принципа переноса информационного заряда при двухтактном питании затворов секции переноса (б, в) ь 6.9.
РАзнОВиднОсти пРНВОРОВ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ Принцип действия приборов с зарядовой связью был рассмотрен в $6.8 на примере ПЗС с трехтактным питанием затворов секции переноса. Конструкция такого прибора имеет ряд недостатков: 1) металлические электроды — затворы — необходимо располагать на очень малом расстоянии друг от друга (около 2— 3 мкм), что затрудняет их изготовление; 2) прн малом расстоянии между затворамн возможно загрязнение тонкого слоя диоксида кремния, расположенного между электродами, примесями из атмосферы; 3) неустранимые пересечения линий металлизацин для соединения затворов между собой усложняют технологию. Эти недостатки частично можно устранить в других конструкциях подобных приборов.
без пересечений линий металлизацнн, что упрощает технологию изготовления таких приборов. ПЗС с рядом скрытых затворов (с двухслойной металлизацней) в, и, В структуре секции переноса такого прибора часть затворов сделана из поликристаллического кремния (или из тугоплавкого металла, например молибдена). В зазорах между кремниевыми затворами на поверхности слоя диоксида кремния расположены металлические затворы (рис. 6.17), которые отделены от затворов из поликристаллического кремния слоем диоксида кремния, нанесенным после создания затворов из поликристаллического кремния. В такой структуре удается между электродами затворов до значения, диоксида кремния. 1ов Бз ввлвхдвгвгвлл Рис.
6.)7. Структура секции переноса ПЗС с рядом скрытых затворов нз поликристаллического кремния сократить расстояние равного толщине слоя ПЗС иа цепочках МДП-транзисторов Рис. 6.)8. Структура секции переноса ПЗС на цепочках МЛП-транзисторов (о) и рас пределение поверхностного потенциала в режиме переноса информационного заряда (б, в) Структура секции переноса таких ПЗС представляет собой цепочку МДП-транзнсторов с двухтактнымн цепямн управления (рис. 6.!8,а). Диффузионные области с электропроводиостью и Р-типа, ЯвлЯющиесн стоком длЯ оди ного и истоком для другого МДП- г 6!ов транзистора, не подключаются к источнику питания в отличие от обычных МДП-транзисторов.
Информационный заряд в виде Б! в-лгала пакета дырок может храниться в диффузионных областях с электропроводностью р-типа, так как потен(иг(и (вг! циальный барьер р-и-перехода меж- ду диффузионной областью и под- + ложкой препятствует растеканию ++ + дырок в режиме хранения, несмотря на некоторое прямое смешение этого 0 )вг! !иг! перехода нз-за положительного за- ряда пакета дырок в диффузионной 8) + + + е + + р-области (рнс. 6.!8, б). В режиме передачи информации (пакета дырок) на каждый второй затвор поступает импульс отрицательной полярности, амплитуда которого выше значения ()кче.
По этой причине под каждым вторым затво- )79 ром в полупроводнике возникает канал. Из-за несимметрин расположения металлического электрода относительно диффузионных областей каждая вторая диффузионная область оказывается под большим отрицательным потенциалом, что обеспечивает направленное движение дырок из одной диффузионной области в следующую, т. е. в более глубокую потенциальную яму (рис. 6.18, в). Таким образом, принцип действия ПЗС на цепочках МДП- транзисторов аналогичен принципу действия ПЗС других конструкций и структур, которые были рассмотрены ранее.
Отличие ПЗС на цепочках МДП-транзисторов от других ПЗС состоит в том, что структура их секций переноса содержит достаточно большое число р-л-переходов, что делает ее менее совершенной с технологической точки зрения. Поверхностно-зарядовый транзистор Простейшая структура поверхностно-зарядового транзистора состоит из кремниевой подложки и трех изолированных друг от друга и от подложки электродов (рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
