провідник) 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 фотолітографічних, термодиффузионно і епітаксійних процесів при виготовленні приладу) - обов'язкова умова при створенні якісних багатоелементних (з числом елементів 104-106) пристроїв; високий ступінь інтеграції (перевищує 105 елементів на одному кристалі) і висока щільність упаковки (більше 105 біт/см 2); мала кількість зовнішніх висновків, що є визначальним при побудові високонадійних систем; відсутність pn-переходів (нечисленні pn-переходи ПЗС виконують «підсобні» функції і до них пред'являються досить «слабкі» вимоги), що, зокрема, відкриває широкі можливості для використання поряд з кремнієм інших напівпровідникових матеріалів (наприклад, арсеніду галію).
Всі ці властивості відкривають широкі перспективи для різноманітних застосувань ПЗС.
Для цифрової техніки цікаві зсувні регістри, оперативні запам'ятовуючі пристрої, логічні схеми. Лінії затримки аналогових сигналів на ПЗС за технічними характеристиками значно перевершують свої акустичні та магнітні аналоги.
У оптоелектронної техніці перетворення зображень ПЗЗ відкривають принципові нові можливості для створення безвакуумних напівпровідникових формувачів відеосигналів. Притаманне їм самосканування дозволяє позбутися від громіздких і ненадійних високовольтних вакуумних трубок зі скануванням електронним променем. ПЗС є унікальними аналогами ЕПТ, що дозволяють одночасно зі зменшенням маси, габаритних розмірів, споживаної потужності підвищити надійність і якість формувачів відеосигналів. Додаткова перевага фотоприймачів на основі ПЗЗ полягає у принциповій можливості використовувати різноманітні напівпровідникові матеріали, що дозволить перекрити широку область електромагнітного спектру (включаючи і ІК область).
1. Основи роботи ПЗС
. 1 Структура ПЗС
У загальному вигляді конструкція ПЗС - елементу виглядає так: кремнієва підкладка p-типу оснащується каналами з напівпровідника n - типу. Над каналами створюються електроди з полікристалічного кремнію з ізолюючою прошарком з оксиду кремнію. Для додання зарядам напрямки руху вздовж регістра з обох сторін каналу переносу створюють стоп-канали - області, леговані більш сильно, ніж кремній в самому каналі переносу. Потенційна яма в стоп-каналі не виникає, і пакет зарядів не розпливається. Відразу ж після прикладання напруги основні носії дуже швидко йдуть від поверхні, утворюється приповерхневий збіднений шар і потенційну яму біля поверхні електрода. ПЗС функціонують, використовуючи нестаціонарне стан МОП-структури. Так як швидкість термогенерации носіїв мала, потенційну яму МОП-структури можна використовувати для накопичення та тимчасового зберігання сигнальних зарядових пакетів.
Малюнок 1 МОП-конденсатор: 1 - напівпровідник, 2 - стоп-канальна область, 3 - оксид кремнію, 4 - електрод, 5 - збіднена область
прилад зарядний камера телескоп
Розглянемо коротко фізичні процеси, що протікають в такому конденсаторі. У напівпровіднику діркового р-типу провідності основними носіями заряду є дірки. При додатку до металевого електрода позитивного потенціалу основні носії (дірки) в шарі кремнію, прилеглому до кордону з окислом, будуть відштовхуватися від електрода і, покинувши поверхневий шар, відійдуть в товщину напівпровідника. Під електродами утворюється область, збіднена основними носіями, - потенційна яма, глибина якої залежить від прикладеної напруги, ступеня легування напівпровідника, товщини шару оксиду. Отже, вибираючи значення напруги затвора, щільність домішки і товщі ну шару оксиду, можна ефективно керувати глибиною потенційної ями. Час життя потенційної ями обмежено паразитним процесом термогенерации неосновних носіїв, оскільки в кремнії при даній температурі завжди генеруються пари електрон-дірка, які під дією електричного поля розділяються: основні чи носите «отгоняются» в товщину, а неосновні - накопичуються, заповнюючи поступово потенційну яму. Накопичення в потенційних ямах термогенерірованних носіїв є паразитним процесом. Час, необхідний для заповнення потенційної ями із за термогенерации, називається часом релаксації. Отже, проміжок часу, істотно менший порівняно з часом релаксації, може бути використаний для зберігання в потенційних ямах зарядових пакетів, що несуть інформацію про значення корисного сигналу, а МОП-конденсатор може служити елементом, запам'ятовуючим інформацію, представлену зарядом потенційної ями. Таким...
