Зміст
1 Загальні відомості про приладі із зарядним зв'язком (ПЗС)
2 Фізичні основи роботи та конструкції приладів із зарядним зв'язком
3 Прилади з зарядовим зв'язком в оптоелектроніці
4 Фотоприймальні характеристики ПЗС
5 Рядкові (лінійні) ФСІ на ПЗС
6 Матричні (площинні) ФСІ
7 Перспективи розвитку ФСІ на ПЗС
Література
1 Загальні відомості про прилад із зарядним зв'язком (ПЗС)
Прилад із зарядним зв'язком (ПЗС) являє собою ряд простих МДП-структур (метал - діелектрик-напівпровідник), сформовані на загальній напівпровідникової підкладці таким чином, що смужки металевих електродів утворюють лінійну або матричну регулярну систему, в якій відстані між сусідніми електродами досить малі (рис.1). Ця обставина обумовлює той факт, що в роботі пристрою визначальним є взаємовплив сусідніх МДП-структур [1-3]. br/>В
Рис.1. Структура ПЗЗ
Принцип дії ПЗЗ полягає в наступному. Якщо до будь-якого металевого електрода ПЗС докласти негативна напруга *), то під дією виникає електричного поля електрони, що є основними носіями в підкладці, йдуть від поверхні в глиб напівпровідника. У поверхні же утворюється збіднена область, яка на енергетичній діаграмі являє собою потенційну яму для неосновних носіїв - дірок. Потрапляють яких-небудь чином в цю область дірки притягуються до межі розділу діелектрик - напівпровідник і локалізуються у вузькому приповерхневому шарі.
Якщо тепер до сусіднього електроду докласти негативне напруга більшої амплітуди, то утворюється більш глибока потенційна яма і дірки переходять в неї. Прикладаючи до різних електродів ПЗС необхідні керуючі напруги, можна забезпечити як зберігання зарядів у тих чи інших приповерхневих областях, так і спрямоване переміщення зарядів вздовж поверхні (від структури до структури). Введення зарядового пакету (запис) може здійснюватися або pn-переходом, розташованим, наприклад, поблизу крайнього ПЗС елемента (Електрод 1 на рис.1), або светогенераціей. Висновок заряду з системи (Зчитування) найпростіше також здійснити за допомогою pn-переходу (електрод п на рис.1.). Таким чином, ПЗС являє собою пристрій, в якому зовнішня інформація (електричні або світлові сигнали) перетворюється на зарядові пакети рухомих носіїв, певним чином розміщуються в приповерхневих областях, а обробка інформації здійснюється керованим переміщенням цих пакетів уздовж поверхні. Очевидно, що на основі ПЗЗ можна будувати цифрові й аналогові системи. Для цифрових систем важливий лише факт наявності або відсутності заряду дірок в тому чи іншому елементі ПЗС, при аналогової обробки мають справу з величинами переміщаються зарядів.
Природно, що заряд, введений в МДП-структуру, не може зберігатися в ній необмежено довго. Процес термогенерации електронно-доручених пар в об'ємі напівпровідника і на межі розділу діелектрик - напівпровідник веде до накопичення в потенційних ямах паразитних зарядів і, отже, до спотворення зарядовим інформації, а з плином часу і до повного її В«стиранняВ». Цей час може досягати сотень мілісекунд і навіть десятків секунд, але, тим не менш, воно звичайно і визначає існування нижньої граничної частотьг. Таким чином, робота приладу заснована на нестаціонарному стані МДП-структури, і ПЗС є елементами динамічного типу. p> Пристрій і фізика роботи ПЗС визначають цілий ряд дуже цікавих і корисних (а нерідко і унікальних) особливостей цих приладів.
До числа найважливіших функціональних особливостей ПЗС відносяться можливість зберігання, зарядовим інформації; можливість направленої передачі зарядів вздовж поверхні напівпровідникового кристала; можливість перетворення світлового потоку в електричний заряд і подальшого його зчитування (сканування). Перевагою ПЗС є мала споживана потужність (5-10 мкВт/біт в режимі передачі інформації і практично повна відсутність витрат енергії в режимі зберігання), що обумовлено МДП-структурою цих пристроїв. Простота конфігурації і регулярність системи елементів в ПЗС веде до того, що швидкодія цих приладів може бути дуже високим (у спеціально сконструйованих зразків граничні тактові частоти лежать в гігагерцевому діапазоні).
Мабуть, ще більш важливими є конструктивно-технологічні гідності ПЗС, основними з яких є технологічна ясність і простота (мале число фотолитографических, Термодифузійний і епітаксійних процесів при виготовленні приладу) - обов'язкова умова при створенні якісних багатоелементних (з числом елементів 104-106) пристроїв; високий ступінь інтеграції (що перевищує 105 елементів на одному кристалі) і висока щільність упаковки (більше 105 біт/см2); мала кількість зовнішніх висновків, що є визначальним при побудові високонадійних систем; відсутність pn-переходів (Нечисленні pn-переходи ПЗС виконують В«підсобніВ» функції і до них пред'являються досить В«слабкіВ» вимоги), що, зокрема, відкриває широкі можливості для в...
