Зи - Физика полупроводниковых приборов том 1 (989591), страница 70
Текст из файла (страница 70)
446 Глава 7 Неэффективность переноса может также приводить к большим фазовым задержкам. Частотно-контрастные характеристики и деградация единичного зарядового пакета 1601 в зависимости от произведения Л/з приведены на рис. 51, где Ж вЂ” 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 Л7в. Крайнее левое положение сигнального столбика в каждом «кадре» (рис.
51) соответствует временнбму положению индивидуального зарядового пакета, которое он занимал бы на выходе идеального ПЗС (з = О), Легко видеть, что при Л7е ~ 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 166). В этом приборе движение зарядовых пакетов ограничено в пределах объемного канала, расположенного под границей с окислом. Поперечное сечение такого ПЗС показано на рис.
52 1671. Этот прибор состоит из кремниевой подложки р-типа с приповерхностным слоем проводимости п-типа и контактов п+-типа на обоих концах п-канала. т> Величина у, следовательно, равна полному числу электродов пере- носа. — Прим. перев. Рис. 62. Поперечное сечение ПЗС со скрытым каналом 1671. МДП-структуры. Приборы с зарядовой связью 447 -1а' ) — —,г 7 х=с" б Рнс.
53, Схема ПЗС со скрытым каналом (а), его зонная диаграмма для пустой ямы (б) и зонная диаграмма в присутствии сигнального заряда (в) 1681. Зонные диаграммы ПЗС со скрытым каналом показаны на рис. 53 1681. В отсутствие сигнального заряда сравнительно узкий п-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, пдказанного на рис. 53, б, можно рассчитать аналитически, когда концентрации примеси в и- и р-областях постоянны, воспользовавшись приближением полного обеднения. В этом случае его определяют с помощью уравнений Пуассона [111: дзф — с( ~х<'О, (72а) Дз~р — „, = — фЧд/и„ "(72б) 0<.х<.х„, х„<'. х <. х„+ х Дйф ахз (72в) 448 Глава 7 Рис. 54.
Зависимости максимального потенциала в канале фма„е от напряжения на затворе в ПЗС со скрытым каналом"$111. 1б 1б 1Ф 1Г с, 10 б б г 0Е 1 б д 10Ы~1т1б10 1~~,у э пРи следУющих гРаничных УсловиЯх: 1),ь = ()7 11 ) при х = — в(; 2) ф = 0 при х = х„+ хр, 3) непрерывность потенциала и электрической индукции при х = 0 и х = х„. Решение системы уравнений (72) с указанными граничными условиями дает распределение потенциала по толщине прибора с максимумом (рис.
53, б), величина которого А т~макс=~Ь 1 + ) з Л'в ) (73) где ~'о — 17рв+ ~'1 = ~Ь+ у'~'ех~Ь ~ (74) Ф~А е. 2Ф~'Ахр ( . е, И ~а ~Ь вЂ” х Уе 1+ —— 2е, е8 в~ хй д~ х2 Соответствующие этим формулам зависимости фмаке от напряжения на затворе 17о, 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 Уо надо брать Уп — и (х), а вместо Мл надо брать Ж,, + и (х) — р (х), где и (х) и р (х) — концентрации свободных электронов и дырок соответственно.
Результаты численных расчетов (691 для сигнальных пакетов различной величины приведены на рис, 55, где плотность сигнального заряда (на единицу площади границы раздела) нормирована на величину ЛглЕт, (Ев— дебаевская длина). Например, при Ул = 10" см-' дебаевская длина равна 0,415 мкм, а УлЕв = 4,15 10' заряд/см'. Графики, приведенные на рис.
55, б, показывают, что с увеличением сигналь- МДП-структуры. Приборы с варядовой связью 449 Рис. 55. Распределение потенциала (а) в скрытом канале ПЗС с однородно легированными и-слоем и р-областью (Ко = 4 В) и соответствующее распределение объемной плотности сигнального заряда (б) (69). — 1.7 а с' .р ь ~~ т 1 ~В 1б 15 14 1'. 1б 8 б г ь" 4 Ю 1г 1б Л~ Л4 Н а /1. б УВ -/бВ Рис. 56. Результаты двумерного расчета продольного распределения потен.
циала в центре скрытого канала ПЗС. Для сравнения приведен соответствующий профиль потенциала в аналогичном ПЗС с поверхностным каналом (67]. 450 Глава 7 ного заряда его пространственное распределение становится более широким и сдвигается в сторону границы раздела с окислом. Результаты двумерного численного расчета изменения потенциала вдоль скрытого канала приведены на рис. 56.
Для сравнения здесь также показана соответствующая зависимость в аналогичном приборе с поверхностным каналом. Ясно, что ббльший градиент потенциала в ПЗС со скрытым каналом под центром затвора (краевое поле) будет способствовать более высокой скорости переноса заряда. Действительно, как оказалось, значения неэффективности переноса е 10-4 — 10-' сравнительно легко достигаются в ПЗС со скрытым каналом, что на порядок меньше, чем в типичных конструкциях ПЗС с поверхностным каналом тех же геометрических размеров. ЛИТЕРАТУРА 1.
Мо1! д. Ь. Чаг!аЬ!е Сараснапсе в!й Ьагде Сарасцу СЬапае, %езсоп Сопч. Вес., Р1. 3, р. 32 (1959). 2. Р1апп %. О., багге!1 С. О. Беписопднс1ог Чагас1ог Ыз!пд Брасе-СЬагде Ьауегв, Ргос. !ГхЕ, 47, 2011 (1959). 3. РгапЫ Р. К. Богпе Е11ес1з о1 Ма1ена! Рагагпе(егз оп 1Ье Рез!дп о1 Бнг(асе Брасе-СЬагае 1Гагас1ог, БоИ Б!аге Е1ес!гоп., 2, 7! (1961). 4. Ь1пдпег й. Беписопдис1ог Биг(асе Чагас1ог, Ве!! Бувг. ТесЬ.,7., 41, 803 (1962). 5. Теггпапп Ь.
М. Ап 1пчез1!да1!оп о1 Биг1асе Яа1ез а1 а Б!!!соп/Б!!!соп Р!ох1де 1п1ег1асе Егор!оу!пд Ме1а! — ОхЫе — Я!1соп Рйдез, Бонд БгаГе Е!ее!гоп., 6, 285 (1962). 6. ЬеЬочес К,, Б!оЬодз!гу А. Р!е!д-Енес1 Сарасцапсе Апа1уяз о1 Бнг1асс Яа1ев оп Я1!соп, РЬув. БГагиз Бонй, 3, 447 (1963). 7. %со!!!ап Е, Н., Вгеъз Л. К.
МОБ РЬуясз апд ТесЬпо!оду, %!!еу, )ч. У,, 1982. 8. Воу!е %. Б., Бгп!й О. Е. СЬагде Соир!ед Беписопдис1ог Реч1сев, Вен Бувь ТесЬ.,Г., 49, 587 (1970). 9. Ате!!о О. Г., Тогпрзе11 М. Р., 'Бпий О. Е. Ехрегипеп1а! 'Чег!Йсаноп о1 йе СЬагде Сонр1ед Иоде Сопсер1, Вец Бувг. ТесЬ. 7., 49, 593 (1970). 10. Бени!п С. Н., Тогпрзец М. Р, СЬагде Тгапв1ег Реч!сез, Асадепис, Х. г'., 1975.
1!. К!гп С. К. ТЬе РЬуясз о1 СЬагде.Соир)ед Реч1сев, 1п Ночев М. д., Могдап Р. Ч., Едз., СЬагде-Соир!ед Реч1сез апд Буз1епы, 'чч!!еу, Х. г'., 1979, р. 1. 12. Ме1еп К., Внзз Р,, Едв. СЬагде-Сонр!ед Реч!сев: ТесЬпо1оду апд Арр!!саИопз, 1ЕЕЕ Ргевз, Ь!. "г'., 1977. 13. Оаггец С. О. В., Вга11а1п %. Н. РЬув1са! ТЬеогу о1 Беписопдис1ог Биг1асез, РЬув. !гео., 99, 376 (1955). !4. К!пдз1оп К. Н., Иенв1ад1ег Б.
Р. Са1си!аноп о1 йе Брасе СЬагде, Е!ес1Пс Г!е!д, апд Ргее СагПег Сопсеп1ганоп а1 йе Биг(асе о1 а Беписопднс1ог, .Г. Аррк РЬуя, 26, 718 (1955). 15. Но1з(е!п Б. К,, айаг!!е!д О. РЬуяса! Ь!пи1а11оп оп йе Ргеоиепсу йезропзе о1 а Беписопднс1ог Бнг1асе 1пчегз)оп 1.ауег, Воцд В!а!е Е!ее!гоп., 8, 321 (1965). 16. Огоче А. Б., Реа! В.
Е., Бпо~ч Е. Н., БаЬ С. Т. 1пчев1!да!!оп о1 ТЬеггпа11у ОхЫ!вед Янсоп Биг1асез 1Ыпд Ме1а! — ОхЫе — Беписопдис1ог Ягнс1игев, Вопд Б!аГе Е!ес!гоп., 8, 145 (!965). МДП-структуры. Приборы с варндаво!! связью 17. Огоче А. Б., Бпо~ч Е. Н., Реа! В. Е., БаЬ С. Т. Ятр1е РЬуя(са! Мойе1 1ог 1Ье Брасе-СЬагде СрасИапсе о1 Ме1а1 — ОхЫе — Бепцсопйис1ог Ягнс1игез, Л. Арр!. Рйуя., 33, 2458 (!964). 18. Оое(хЬегдег А'. Ьйеа! МОБ Сигчез 1ог ЯИсоп, ВеП Буз!. Твсй.
Х., 45, 1097 (! 966). 19. Реа1 В, Е. Б(апйагй!хей Тегт!по)оду 1ог ОхЫе СЬагдез Аязсс!а1ей чгИЬ ТЬеггпаИу ОхЫ!ьей ЯИсоп, !ЕЕЕ Тгааз. Е!есггоп Рва!сев, ЕР-27, 606 (1980). 20. Таппп 1. ОЬег е)пе тодИсЬе Аг( йег Е!еЬ(гопепЬ1пйип8 ап КНз1аИоЬег- 1!асЬеп, Рйуз. 2. Бого!в!иа!оп, 1, 733 (1933).
21. БЬосЬ!еу %. Оп Ше Биг(асе Б1а1ез Аяяос!а1ей вИЬ а РелосИс Ро1еп1!а1, РЬуя. Кеч., 56, 317 (1939). 22. БЬосЫеу %., Реагвоп О. 1.. Мойн!аИоп о1 Сопйис1апсе о1 ТЫп РИтя о1 Бет(сопйис1огз Ьу Биг1асе СЬагдез, Рйуя. Кео., 74, 232 (!948). 23. АИеп Р. О., ОоЬеИ О. %. %огас РипсИоп, РЬо1ое1ес1Нс ТЬгезЬо1й апй Бнг(асе БИИея о1 А1оппсаИу С!еап Б!Исоп, Рйуз. Кео., 127, 150 (1962). 24, %соИ)ап Е. Н., Оое1ьЬегдег А. МОБ Сопйнс1апсе ТесЬп19ие 1ог Меаяиг)пд Биг1асе Б1а1е Рагате1егв, Арр!. Рйуя. Ье!!., 7, 216 (1965).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
