|
| |
|
Слаботочка Книги Um "си лупроБОДника и ослабление поверхностной рекомбинации. Итак, зарядовый пакет перенесен на один шаг вправо и подготовлен к новому перемещению. Электрод I в этом процессе играет роль буфера, иначе слева от электрода 2 оказался бы 3-й электрод предыдущей ячейки и во 2-м такте зарядовый пакет равновероятно мог бы перетекать как вправо, так и влево. Практически управленрие ФПЗС осуществляется не двухступенчатыми прямоугольными импульсами (как описано), а трапецеидальными, подаваемыми на электроды с небольшим временным перекрытием. Так поступают потому, что реализовать точное чередование прямоугольных импульсов ?7хр и Lc4 не удается, а незначительная расфази-ровка вызывает нежелательное обратное перетекание заряда. В конце каждой строки имеется элемент Вывода, например п+-область под последним электродом: вытекающий через р-я- переход зарядовый пакет создает на нагрузочном резисторе выходной сигнал. Аналогичный элемент ввода в начале строки служит для потактного введения (электрическим путем) в ФПЗС фоновых постоянных зарядовых пакетов, призванных «забить» поверхностные ловушки и ослабить их негативное действие. Фоновые заряды создают нечто вроде постоянного смещения, обеспечивающего оптимальный рабочий режим. Таким образом, в ФПЗС пространственное распределение интенсивности излучения преобразуется в рельеф электрических зарядов, локализующихся в приповерхностной области. Зарядовые-пакеты перемещаются от элемента к элементу, выводятся наружу и дают последовательность видеоимпульсов, адекватную полю излучения, т. е. осуществляется стандартный телевизионный алгоритм восприятия образа (рис. 6.9). Устройство и основные параметры. В реальных ФПЗС перечисленные функции обычно пространственно разделены: имеются секции накопления, хранения и выходной регистр. Единичный кадр-возбуждается в секции накопления в течение 1/25 с (ТВ-стан-дарт), затем быстро (0,1 ... 100 мкс) параллельно сдвигается в секцию хранения, из которой в течение времени накопления после- Рис. 6.8. Принцип действия ФПЗС- а - образование зарядового пакета (заштрихованная область) при воздействии излучения (фаза хранения в э.пементе 2); б - фаза передачи заряда из элемента в элемент 5; в - фаза хранения заряда в. элементе 3   Рис. 6.9. Схема восприятия образа с помощью ФПЗС: - оптическая система; 2 -схема управления; 3 - выходное устройство; 4 -ФПЗС; 5 - видеоусилитель .дующего кадра последовательно построчно переносится в выходной регистр. Используются два основных способа считывания из секции накопления: строчно-кадровый (зарядовый пакет «пробегает» всю строку) и адресный или координатный (зарядовый пакет от каждого элемента матрицы накопления передается в соседний -с ним элемент матрицы хранения). В последнем случае обе матрицы как бы вставлены друг в друга; такие структуры называют фоточувствительными приборами с зарядовой инжекцией (ФПЗИ). В матричных ФПЗС весь кадр образуется одновременно, в однострочных - последовательно путем дополнительной механической развертки по второй координате. При регистрации слабых изображений используется режим временной задержки и накопления (ВЗН) матричных ФПЗС: фокусируемое на матрицу накопления изображение перемещается синхронно с переключением напряжения хранения по элементам. В результате один и тот же фрагмент воспринимается столько раз, сколько в матрице строк; .во столько же раз происходит и усиление изображения. Простейщие структуры ФПЗС, показанные на рис 6.7, пред-•ставляют собой приборы с поверхностным каналом (зарядовый пакет перемещается в приповерхностном слое полупроводника непосредственно под окислом) и одним уровнем электродов. Эта первоначальная конструкция получила в дальнейшем развитие в большом числе модификаций ФПЗС, основные из которых представлены на рис. 6.10. Поверхностные ФПЗС с тремя (двумя) уровнями электродов или ФПЗС со скрытыми электродами (рис. 6.10,а) отличаются от простейших тем, что в них зазоры между электродами очень узки и обеспечивается активное воздействие на .J84  ---tes-   +++ +++ +++ -lee r~L Рис. 6.10. Разновидности ФПЗС: о - с трехуровневой системой электродов; б - со ступенчатым диэлектриком; в - с виртуальной фазой; г -с объемным каналом (показано распределение потенциала в кристалле)- ВСЮ поверхность полупроводника. В ФПЗС со ступенчатым диэлектриком (рис. 6.10,6) потенциальная яма под электродом асимметрична и для передачи зарядов достаточно двухтактного управления, а в структурах с «виртуальной фазой» (рис. 6.10,в) - однотактного. Это лишь примеры асимметрии; она может быть достигнута также путем локального подлегирования подложки, неоднородностью электродов и т. п. Важным моментом в конструировании ФПЗС является обеспечение прозрачности поверхностных слоев; обычно это достигается путем использования поликремниевых затворов. В ряде случаев (например, в УФ - ФПЗС) прозрачности поликремния недостаточно и приходится применять обратную засветку - излучение направляется со стороны р-области, толщина которой доводится до> 10 мкм. Принципиально отличается от рассмотренных ФПЗС с объемным каналом (рис. 6.10,г), в котором при приложении к электроду напряжения хранения Lxp максимум потенциала приходится не на границу диэлектрик - полупроводник, а лежит на глубине Хк== = 0,5 ...2 мкм от поверхности. Поэтому накопление, хранение, передача зарядов происходят в объеме, и негативные поверхностные эффекты (рекомбинация и захват на ловушках, уменьшение подвижности) устраняются. Кроме того, из-за сравнимости глубины Используют также термины «объемный ФПЗС», «ФПЗС со скрытым каналом», «перистальтический ФПЗС». 0 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 |