Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 147
Текст из файла (страница 147)
Тройные соединения АлВпС, (СбБпАэь Ст)ОеАзь ЕпбпАзз) обладают ферромагнитными и (или) сегнстоэлектрическими свойствами. Аморфные полупроводники представляют собой класс сильно легированных веществ— компенсированный полупроводник со смешанной ионно-ковалентной связью.
К этому классу относятся халькогениды свинца: галенит (РЬБ), клаусталит (РЬВе), алтаит (РЬТе), халькогенидные стекла (Азпбезябемтен), оксидные стекла (Ч,Оз — РгОз) Органические полупроводники характеризуются наличием в молекулах сопряженных связей. К этому классу веществ относятся ароматические соединения (например, нафталин и др,), природныс пигменты (хлорофил, каротин и ар.), ион-радикальные соли, молекулярные комилексы с переносом заряда.
Это могут быль монокристаллы, поликристаллы или аморфные порошки. Определенный интерес вызывают полупроводники, в которых проявляются механизмы оптической нелинейности. Качсственно новый класс полупроводниковых материалов и континуальных сред представляют собой сверхрешелтктт — синтезированные структуры, в козорой на носители заряда, помимо кристаллической решетки, действует дополнительный потенциал с периодом, существенно превышающим постоянную решетки. Параметры этого потенциала можно менять и тем самым управлять энергетическим спектром носителей. Тип сверхрешетки определяется технологией изготовления. Комлозииволиыс сверхрешеткн формируются путем чередования тонких слоев различных материалов с близкими значениями постоянных репзетки..7егттроеакньте сверхрсшетки формируются из слоев с дырочной и электронной проводимостями в объеме одной полупроводниковой среды.
Слпновые сверхрешетки создаются технологией селективного легирования полупроводника магнитными и немагнитными примесями. Наиболее совершенные сверхрешетки формируют при использовании молекулярно-лучевой эпитаксии. Свойства полупроводниковых континуачьных сред могут быть достазочно полно описаны с помощью квантовой теории энергетического спектра электронов, зонной теории. 4,1.3. Генераторы динамических неоднородностей Процесс генерирования динамических неоднородностей в полупроводниковой континуальной среде определяется конкретными физическими явлениями и эффектами, характерными для данно~о нх типа, и данной среды.
Рассмотрим некоторые генераторы динамических неоднородностей. Генераторы зарядовых пакетов в полупроводниковых структурах могут оыть нескольких типов. В приборах и устройствах функциональной электроники используется пестационарное состояние полупроводниковых стрултур. Например, в МДП- конденсаторе при полаче напряжения на мсталли <ескую обкладку возникает электрическое поле.
Это электрическое поле вытесняет основные носители в глубь полупроводника тЧ (напряжением на затворе О, площадью метаэлического затвора У). Часть )К Функциональная электроник~ б90 В результате процесса термогенерации в полупроводнике образуются электронно-ды рочные пары и под воздействием электрического поля генерируются те заряженные час. тицы. которые имеют знак противоположный напряжению на металлической обкладке Они же заполняют обедненную область.
Заряженные частицы одноименного знака с ос. новными носителями полупроводника оттесняются этим полем в глубь среды. Однако процессы тсрмогенерации инерционны (О.) + 0,5 с) и не используются в качестве основ ного механизма создания динамических неоднородностей типа зарядовых пакетов. Генерацию зарядовых пакетов целесообразно осуществлять методом инжекции — экстракции зарядов через прямосмешенный р — и-переход.
Одно из конструктивных решений генератора зарядовых пакетов приведено на рис. 4.2. Здесь рассмотрен случай, когда ис пользуется подложка из кремния р-типа с зарядовыми пакетами, состояшими из электро. нов. Практически аналогичная ситуация реализуется для подложки из п-типв. а) б) е) Рнс. 4.2. Генератор зарядовых пакетов (в), форма импульса напряжения на змнттере ()з (б) в процессе ннжекцни (в) н зкстрзкцнн (з).
форма импульса на первом зпектроде (д) д) Сильно легированная область и-типа является источником электронов и находится под потенциалом Оз. Нв входной электрод (затвор) подается потенциал. Потенциал на перво вом электРоде ~lен больше потенциала на входном электРоде ()к. ПРоисходит экстРакциа ил или ток носителей заряда из высоколегированной области перетекает под электроды в друг той шем ооласти полупроводника. Ток течет только во время действия импульса на эмитнруюше ямв электроде. Это время выбирается таким, чтобы успела заполниться потенциальная ям под электродом ()ен 4.
Функциональная полупроводниковая электроника Величина накопленного заряда определяется как: О», =бСя(и,-Г7„), где ф— удельная емкость МОП-конденсатора, 5' — площадь затвора, (7е — фазовый потенциал на затворе, (I„— пороговое напряжение, необходимое для созлания канала в полупроводнике. Такой процесс называют еще режимом залива заряда через барьер. Он характерен тем, что в исходном состоянии элемента весь заряд находится в эмитнрующей области.
Между этой областью и первой ячейкой существует потенциальный барьер, формируемый импульсом напряжения. Заполнение ячейки осуществляется как бы подъемом дна и заливкой через канал, образованный под входным затвором (рис. 4.2, в). !(огда зарядовый пакет полностью сформирован, дно опускается и часть заряда, превышающая емкость зарядового пакета, снова стекает в эмитгерную область. Это наступаег, когда потенциалы входной и первой ячейки сравниваются (рис. 4.2, г). Генерацию зарядовых пакетов можно осуществить и оптическим путем.
Различают четыре основных способа генерации оптической информации: ьз непосредственный оптический ввод со стороны подложки; ьэ оптический ввод со стороны оптических электродов; ввод с использованием фоточувствительного слоя; ввод путем фотоэлектронного преобразования оптической информации. С этой целью используются внешний и внутренний фотоэффекты.
Основным физическим механизмом генерации зарядовых пакетов является внутренний фотоэффект, возникающий при поглощении фотонов и генерации носителей заряда. Различают собственный внутренний фотоэффект, заключающийся в образовании олновременно электронов в зоне проводимости и дырок в валеитной зоне.
Этот эффект реализуется в случае, когда энергия фотона больше ширины запрещенной зоны (Ьт > Е ). Примесный внутренний фотоэффект возникает в случае, когда энергия фотона меньше ширины запрещенной зоны но больше энергии возбуждения примеси. В этом случае при поглощении фотона возбуждаются доноры и акцепторы в примесях, и образуется один носитель: электрон в зоне проводимости или дырка в валентной зоне. дэотогенерированные в полупроводниковой среде носители собираются в элементе накопления или в фотодиоде и являются по существу генераторами динамических неоднородностей в устройствах подобного типа (рис. 4.3). Модель накопителя можно рассматривать как модель фотодиола с глубиной р--п-перехода, равной нулю. Генерируемые в обедненной области носители в ней ие рекомбинируют и попадают в потенциальную яму.
Если носители генерируются в квазинейтральной области, то оии диффундируют к границе обедненной области. Под действием электрического поля они падают в потенциальную яму, частично рекомбинируя. Общий фототок определяется суммой тока в обедненной области 7ы и диффУзионного тока 7ам и может быть записан в виде: Зарядовый пакет формируезся интеграцисй тока за промежуток времени освещения т и определяется пропусканием электродной системы 7; падающим потоком излучения Ф„ частотой т, коэффициентом поглощения а, толщиной обедненной области Н„;,, диффузионной длиной неосновных носителей 7.. В итоге будет сформирован зарядовый пакет величиной: Часть ))г'.
Функциональная электроника ') -оИ к О„, = г)Ф„Т т 5)гк 1 — ехр 1— 1-ь гь 14.11 Квантовый выход Пе определяется отношением фототека к поглощенному потоку излу чения: '1е = т).з ' П»«) Чувствительность опрелеляется произведением коэффициента пропускания Т на общий квантовый выход Пе. Фотодиодггая ячейка также может служи-гь генератором зарядовых пакетов и ее использование прелпочтительнее в коротковолновой части спектра 10,4 е 0,45 нм).
На рис. 4.3 приведены конструкции фотогенсраторов зарядовых пакетов. Генератор типа МОП-накопителя 1рис. 4.3, а) представляет собой фотодиод и три МОП-затвора. б) Рис. 4.3. схема генерации оптических зарядовых пакетов нв основе МОП-накопителя 1в), фотодиода Щ и фотогенервторв ПЗС-структУРы 1в)' 1 — затвор; 2 в диоксид кремния; 3 — обедненная области з — кввзинейтрвльнвя п-область, б — контакт; б — инверсный слой.
в) 7 — квззинейтрвпьнзя Р-область фотодиодв Первый разделительный затвор 3, служит для формирования потенциалыюго барьер е аи зарядового пакета в процессе разделения полем фотогенерирования электронно-дь Р ных пар. ,,По Второй затвор 3 является накопительным и формирует величину зарядового пакета з акетз окончании периода накопления заряда и окончательного формирования зарядового па" Для значений йгьк.= 1О мкм, г'.„= 100 мкм и для видимого светового диапазона выражение в квадратной скобке будет близко к единице. Тогда имеем 0„, и к)Фз)5)гт. 4. Функциональная полупроводниковая электроника 693 на разрешающий затвор Зз подается высокий потенциал и заряловый пакет перетекает в фазовый элемент шины Фн Напряжение на разделительном затворе 3, понижается, и между накопительными элементами и элементами фазового напряжения созлается потенциальный барьер.
Начинается следующий период накопления, в процессе которого весь процесс генерирования зарядового пакета повторяется и он перемещается в регистр ПЗС. Такие генераторы характеризуются высокой интегральной чувствительностью, линейным преобразованием падающего излучения в зарядовый пакет, удовлетворительной скоростью параллельной передачи зарядовых пакета. удовлетворительной скоростью параллельной передачи зарядовых пакезов из секции накопления в ПЗС-регистры, улучшением частотно-контрастной характеристики. Конструкция генераторов неолнородностей в виде электрического домена(домена Ганна) весьма проста (рис. 4.4, и). На отрицательном электроде кристалла двухлолинного полупроводника, например арсенида галлия, возникает неоднородное распределение концентрации электронов в виде дипольного слоя. Такой полупроводник имеет )эъобразную характеристику. Слой образуется между слоями электронов и дырок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
