ігання інформації в елементах 1. 4. 7; б - передача інформації; в - зберігання інформації в елементах 2. 5, 8.
Uхр. =-U2 знаходяться електроди 1, 4, 7, а всі інші - під напругою - U1 (U1 U2) і заряди перетікають від ПЗС1 (строго кажучи, в даному випадку слід використовувати термін В«ПЗС-елементВ» або В«МДП-структураВ», тому що мова йде про один елемент приладу з зарядовим зв'язком. Однак для скорочення тут і надалі (якщо з контексту ясно, що йдеться про елемент) використовується термін В«ПЗЗВ», а слово В«елементВ» опускається.) до ПЗС2 і від ПЗС7 до ПЗС8 (рис.2, б).
В
Рис. 3. Зонна діаграма для ПЗС-елемента в режимі зберігання інформації: а - в перший момент після включення; б - у стаціонарному стані; 1 - метал; 2 - діелектрик; 3 - збіднена область; 4 - нейтральна область напівпровідника.
На наступному такті на електродах встановлюються напруги в Відповідно до рис.2, в і починається фаза зберігання зарядовим інформації в елементах 2, 5, 8.
Таким чином, для ПЗС характерні два режими роботи: зберігання і передача зарядових пакетів. У режимі зберігання ПЗС еквівалентний МДП-ємності. Зонна діаграма поверхні напівпровідника для режиму зберігання наведена на рис.3, а. Величина поверхневого потенціалу, що характеризує вигин зон і глибину потенційної ями, в початковий момент максимальна. При інжекції пакету дірок їх позитивний заряд екранує підкладку від поля, в результаті чого відбувається перерозподіл зовнішньої напруги: збільшується частина напруги, падаючого на шарі діелектрика, поверхневий потенціал зменшується (за абсолютною величині), і збіднена область звужується. З плином часу потенційна яма заповнюється до насичення термогенеріруемимі дірками і у поверхні утворюється стаціонарний інверсний шар (рис.3, б). Величина поверхневого потенціалу зменшується (за абсолютною величиною) до потенціалу інверсії поверхні напівпровідника П†0
У нестаціонарному стані поверхневий потенціал П† залежить від напруги на затворі U3, щільності (на одиницю поверхні) заряду дірок Qp і від електрофізичних характеристик діелектричної плівки і підкладки:
(1)
де U'3 = U3 - UП3 = U3 - Uo - П†0 + UВ - Напруга плоских зон; - коефіцієнт підкладки; UB = BOC; Сд = ОµдОµ0хд - питома ємність діелектрика затвора товщиною ХД. В (1) і подальших виразах використовуються абсолютні значення потенціалів і зарядів, що робить їх застосовними для р-і n-канальних ПЗС.
Залежності П† (QP) для різні значень напруг затвора наведені на рис.4.
При збільшенні заряду дірок Qp від нуля до стаціонарного значення поверхневий потенціал зменшується за абсолютною величиною до потенціалу інверсії П†0. З графіків рис.4 видно, що залежності П† (QP) практично лінійні. Апроксимували вираз для П† має вигляд:
П† = (U'3-QP/Cд) (1 + x), (2)
де х = 0,1-0,2 - лінеаризованих коефіцієнт підкладки.
Максимальний заряд QPM, який може бути поміщений в потенційну яму при заданій напрузі U3, визначається з (1) за умови насичення потенційної ями, тобто при П† = П†0,
В
Рис.4. Залежність поверхневого потенціалу від величини локалізованого в потенційної ямі заряду при різних напругах затвора:
N д = 5-10 14 см -3 , U o = 3.8 В.
В
Рис.5. Залежність Q PОЈ = Q P + Q P пар від часу зберігання для різних значень інформаційного заряду Q P . Штриховий лінією показані складові заряди, накопичені за рахунок генерації в збідненої області (1) і на поверхні (2); Q p = 0 (3); Q p / З д = 3В (4).
QPM = Сд (U3, - U0) (3)
Зазвичай QPM = (1-5) 10-3 пКл/мкм2.
Наочним поданням потенційної ями ПЗС може служити прямокутний посудину з рідиною. Максимальна глибина потенційної ями відповідає висоті порожнього судини; але міру заповнення посудини рідиною його ефективна глибина зменшується. Допустимий час зберігання заряду визначається процесами, приводять до накопичення паразитного заряду QP. В основному це термогенерации електронно-доручених пар в збідненим шарі і на по...
