Приборы с зарядовой связью
Новым типом полевых полупроводниковых приборов, работающих в динамическом режиме, являются приборы с зарядовой связью (ПЗС). На рис. приведена схема, поясняющая устройство и основные физические принципы работы ПЗС.
Приборы с зарядовой связью представляют собой линейку или матрицу последовательно расположенных МДП структур. Величина зазора между соседними МДП структурами невелика и составляет (1-2) мкм. ПЗС - элементы служат для преобразования оптического излучения в электрические сигналы и передачи информации от одного элемента электронной схемы к другому.
Образование потенциальной ямы при приложении напряжения к затвору
Перекрытие потенциальных ям двух близко расположенных затворов. Заряд перетекает в яму, в которой потенциальная яма глубже
Простейший трёхфазный ПЗС-регистр. Заряд в каждой потенциальной яме разный!
Тактовые диаграммы управления трёхфазным регистром - это три меандра, сдвинутые на 1200.
Вид на регистр "сверху". Канал переноса в боковом направлении ограничивается стоп-каналами.
Принцип зарядовой связи весьма прост и основан на двух равно фундаментальных положениях:
1) одноимённые заряды отталкиваются
2) заряды стремятся расположиться там, где их потенциальная энергия минимальна
Рассмотрим принцип работы ПЗС. При подаче обедняющего импульса напряжения VG1 на затвор I- го элемента в ОПЗ полупроводника образуется неравновесный слой обеднения. Для электронов в полу проводнике р-типа это соответствует формированию под затвором I-го элемента потенциальной ямы. Известно, что неравновесное состояние сохраняется в период временя t порядка времени генерационно-рекомбинационных процессов t генерации. Поэтому все остальные процессы в ПЗС-элементах должны проходить за времена меньше t генерации. Пусть в момент времени t1 >> t генерации в ОПЗ под затвор I- го элемента инжектирован каким-либо образом информационный заряд электронов. Теперь в момент времени t2>t1, но t2 << t генерации на затвор 2-го ПЗС элемента подадим напряжение VG2>VG1, способствующее формированию более глубокой потенциальной ямы для электронов под затвором 2-го элемента. Возникнет вследствие диффузии и дрейфа поток электронов из ОПЗ под I- м элементом в ОПЗ под вторым элементом. Когда весь информационный заряд перетечет в ОПЗ 2-го ПЗС-элемента, напряжение на затворе VG1 снимается, а на затворе VG2 уменьшается до значения, равного VG1. Произошла nepeдача информационного заряда. Затем цикл повторяется и заряд передаётся дальше в ОПЗ З-го ПЗС-элемента. Для того, чтобы приборы с зарядовой связью эффективно функционировали, необходимо, чтобы время передачи t от одного элемента к другому было много меньше времени генерационно-рекомбинационных процессов (t пер<< ген). Не должно быть потерь информационного заряда в ОПЗ вследствие захвата на поверхностные состояния, в связи с чем требуются МДП структуры с низкой (NSS 1010см-2эВ-1) плотностью поверхностных состояний.
Назад
Содержание
Далее