Пред.
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
3.5.2. Устройство и характеристики ПЗС-модулятораНа рис. 3.19 представлено поперечное сечение пространственного модулятора света на основе ПЗС-структуры на
Рис. 3.18. Теоретические и экспериментальные данные по поглощению (эффекта Франца - Келдыша) в максимальное электрическое поле, в то время как полная яма, наоборот, имеет только слабое электрическое поле под барьером Шоттки. В результате для объемного электропоглощения коэффициент оптического пропускания будет наибольшим для заполненной ямы и наименьшим для пустой ямы. Для вычисления модуляционных возможностей данного устройства рассмотрим упрощенную структуру на рис. 3.20, на котором показан один затвор ПЗС вместе с омическим контактом по отношению к каналу. Канал состоит из слоя
Рис. 3.19. Поперечное сечение пространственного модулятора света на Госструктуре на GaAs.
Рис. 3.20. Поперечное сечение устройства, используемого при расчетах электропоглощения. максимальной модуляции эта структура не является оптимальной, однако она проста для анализа и демонстрирует основные рабочие характеристики. Когда на затвор подается отрицательный по отношению к каналу потенциал, образуется вырожденный слой глубиной
где V — канальное напряжение (т. е. потенциал на омическом контакте по отношению к затвору). Полагают, что канальное напряжение меньше величины
Коэффициент пропускания оптической мощности
где
Используя данные относительно электропоглощения из рис. 3.18, можно вычислить зависимость коэффициента пропускания от канального напряжения для различных длин волн; такие данные показаны на рис. 3.21. Коэффициент пропускания был нормирован с помощью значения, полученного при нулевом напряжении канала (или условии заполненной ямы). Как было замечено ранее, коэффициент пропускания уменьшается с ростом напряжения канала. Таким же образом модуляция является наибольшей для длин волн, ближайших к длине волны отсечки 870 нм, определяемой шириной запрещенной зоны. Результаты расчетов для других уровней легирования (от В работе [15] сообщалось об экспериментальном подтверждении эффекта электропоглощения в ПЗС на GaAs. Модуляцию было трудно наблюдать отчасти потому, что максимальное напряжение канала составляло только 10 В, а также из-за «утечки» света по краям ямы, где электрическое поле не контролировалось зарядом. Другая проблема состоит в том, что толстая подложка (порядка 300 мкм) имела значительное поглощение, особенно на длинах волн, ближайших к краю зоны, где модуляция максимальна. Эти проблемы были решены в недавно появившемся устройстве, в котором было улучшено
Рис. 3.21. Расчетная зависимость изменения относительного коэффициента пропускания от канального напряжения для структуры, показанной на рис. 3.20.
Рис. 3.22. Экспериментальные и теоретические зависимости глубины модуляции пропускания экранирование света над затворами, повышено максимальное канальное напряжение до величин около 22 В и подложка которого была уменьшена до приблизительно 50 мкм. Модуляционные характеристики этого Хотя глубина модуляции продолжает увеличиваться с ростом напряжения канала, принципиальным ограничением этого напряжения является возникновение лавинного умножения, приводящего к заполнению ям нежелательным зарядом. Проблема лавинного заряда является особенно острой для краевых областей электродов затворов, где большие различия тактовых напряжений между смежными затворами возникают в промежутке, который с необходимостью должен быть мал, чтобы избежать проблем, связанных с неконтролируемым потенциалом под затвором. На основании имеющегося в настоящее время опыта для материалов с Данные на рис. 3.21 показывают, что даже при лучшем стечении обстоятельств спад пропускания составит самое большее 30%. Этой величины более чем достаточно для некоторых задач обработки сигналов, таких как двумерное преобразование Фурье [16], но, видимо, это не пригодно для задач оптических вычислений. Таким образом имеются вынужденные причины для поиска альтернативных структур, которые и позволят усилить глубину модуляции, и снизят требования к управляющим напряжениям. Недавно в [13] были представлены некоторые идеи относительно путей дальнейшего прогресса в данном направлении. Один важный момент, который следует отметить, состоит в том, что из-за ярко выраженной нелннейной зависимости между коэффициентом поглощения и электрическим полем, области ПЗС канала со слабым полем вносят непропорционально малый вклад в поглощение. Так, основная часть электропоглощения в структуре на рис. 3.8, а возникает вблизи затвора, где поле максимально. Более эффективной могла бы быть структура, в которой электрическое поле распределено однородно по большей части канала. Другим путем увеличения соотношения контраста является подход, в котором применяются многослойные структуры и управляющие электрические напряжения прикладываются к слоям параллельно, а оптическое поглощение осуществляется при последовательном прохождении слоев. Оба подхода воплощены в структуре, показанной на рис. 3.23. Основная
Рис. 3.23. Иллюстрация к методике увеличения контраста ПМС, основанного на электропоглощении и использующего многослойную комбинацию ячейка состоит из последовательно легированных Хотя этот подход привлекателен с точки зрения рабочих характеристик, он порождает значительные трудности при изготовлении устройств. Среди многих проблем изготовления этой структуры возникает необходимость создания контактов между
|
1 |
Оглавление
|