Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
3.3. Принципы работы ПЗСЧтобы полностью понять возможности GaAs-ПЗС в области систем оптической обработки сигналов, необходимо познакомиться с физикой этих приборов. В данном разделе дается описание устройства и принципов работы ПЗС на основе барьеров Шоттки. Обсуждение будет по необходимости коротким, и основное внимание уделено аспектам, наиболее характерным проблеме оптической обработки с большой скоростью. Приборы с зарядовой связью были рассмотрены исчерпывающим образом в [25], а недавние разработки в области ПЗС на основе барьеров Шоттки обсуждались в [24]. В дополнение к GaAs будет упомянут и важный родственный материал AlGaAs, который непосредственно составляет в комбинации с GaAs высококачественные гетеропереходы и, похоже, будет иметь большое значение в устройствах ЭООС.
Рис. 3.6. Принципиальная схема электрооптического процессора. (кликните для просмотра скана) На рис. 3.7 показан разрез GaAs ПЗС-структуры со скрытым каналом, сделанным на основе барьеров Шоттки. Термин «скрытый канал» относится к тому обстоятельству, что зарядовые пакеты удерживаются в
Рис. 3.8. Распределение потенциала и электрических полей в ПЗС на барьерах Шоттки. Случай а) относится к более распространенному варианту размещения преобразовать его в зарядовый пакет, пропорциональный амплитуде сигнала, и переместить этот пакет на выходной узел, управляя этим процессом с помощью электродов у соответствующих затворов. Вспомогательные цепи, показанные на рис. 3.7, обычно размещаются на той же подложке, включая полевые транзисторы затвора сброса и истоковый повторитель, используемый для обнаружения заряда на выходном узле. В некоторых случаях формирователи тактовых импульсов и дополнительные цепи согласования выходного сигнала также выполняются интегрально с ПЗС. Чтобы понять, как возникает перенос заряда, на рис. 3.8 и 3.9 показаны электростатические потенциалы и электрические поля в материале. Потенциалы отсчитываются относительно дна зоны проводимости, потенциал затвора берется за начало отсчета при О В. На рис. 3.8 изображены распределения потенциала и электрических полей вдоль оси у (по нормали к плоскости устройства) для двух случаев. В случае (а) слой GaAs состоит из однородно легированного слоя
Рис. 3.9. Объемное распределение потенциала в канале ПЗС. Заряд переносится в направлении х параллельно плоскости устройства, соответствующей на подложке
где
где Т — толщина слоя, В направлении х (направление переноса заряда) поля и потенциалы определяются в основном напряжением на затворе. На рис. 3.9 представлены трехмерные зависимости распределения потенциалов в канале ПЗС для случая Управляющие сигналы, прикладываемые к затворам, показаны более подробно на рис. 3.10 для случая четырехфазной синхронизации устройства. При низких частотах тактовые сигналы являются прямоугольными сигналами, распространяющимися между высоким потенциалом, который притягивает электроны находятся под высоким потенциалом и накапливают заряд. Для перемещения зарядового пакета на следующую пару затворов потенциал на третьем затворе (например, По мере увеличения тактовой частоты становится более трудным поддержание быстрых тактовых переходов, и форма импульсов ухудшается почти до синусоидальной формы. К счастью, большинством ПЗС-структур можно управлять синусоидальными сигналами, без значительного снижения характеристик. Этот факт может быть использован для снижения рассеиваемой мощности в цепях формирователей тактовых сигналов. Причина этого состоит в том, что затворы ПЗС-структур представляют преимущественно емкостную нагрузку для цепи формирователя и, следовательно, возможно управлять затворами с помощью Одну важную проблему, связанную с этим устройством, не указанную на слишком упрощенной диаграмме на рис. 3.9, представляет область зазора между затворами, показанная на рис. 3.7. Если этот зазор очень широкий, соседние электроды на затворах не регулируют соответствующим образом потенциал в канале и возможно образование ложных потенциальных ям или барьеров, которые в свою очередь могут вызвать серьезные нарушения в процессе переноса заряда [8, 9]. Чтобы избежать этой опасности, требуется поддерживать минимальные размеры зазора, обычно не более 1 мкм. Это является особенно
Рис. 3.10. Формы тактовых сигналов для 4-фазного ПЗС. настоятельным требованием в процессе изготовления устройства и нуждается в совершенном литографическом оборудовании и тщательном проведении процессов. Недавно была продемонстрирована новая структура с затворами, изготавливаемыми из одного или более металлических слоев и диэлектрических слоев, обеспечивающих межэлектродную изоляцию [20]. Этот процесс создания перекрывающихся затворов предъявляет менее жесткие требования к литографии и дает возможность регулировать размеры зазора с субмикронной точностью. Ниже описана другая структура затворного типа, успешно работавшая с гигагерцевыми тактовыми частотами. Далее будут кратко упомянуты ограничения характеристик, накладываемые темновым током и ловушечными эффектами. Темновой ток представляет собой спонтанную генерацию электрон-дырочных пар и, следовательно, является источником нежелательного заряда. Так как представляющие здесь интерес приложения связаны с использованием высоких тактовых частот, заряд темнового тока обычно будет удаляться из устройства прежде, чем он будет накоплен в значительном количестве. Типичная величина для GaAs составляет Даже когда ПЗС-структура работает при достаточном размахе тактовых импульсов и имеет хорошие профили распределения потенциала в области между затворами, обеспечивающими полный перенос свободных зарядов, остается дополнительный источник потерь заряда, возникающий вследствие захвата на ловушки. Источником таких ловушек являются химические загрязнения и структурные дефекты кристалла. Захват носителей на такие состояния обычно происходит за времена в пределах наносекунд, но освобождаются они за времена, зависящие от типа ловушки. По сравнению с кремнием, где обычными являются концентрации ловушек менее один особенно широко распространенный вид ловушек в GaAs - это дефект стехиометрии, известный как
|
1 |
Оглавление
|