Физические основы работы и конструкции приборов с зарядовой связью

Страница 3

По мере перетекания зарядов поверхностный потенциал в ПЗС1 увеличивается (по абсолютной величине), а в ПЗС2 уменьшается, в результате чего поле в зазоре уменьшается.

Підпис: Рис.47. Зависимость минимальной амплитуды импульса записи от на¬пряжения хра-нения (а), длины зазо¬ра (б) и концентрации примеси в под¬ложке (в)[6]. Очевидно, что напряжение записи Uзап должно превышать напряжение хранения Uхр тем значительнее, чем больше расстояние между электродами и чем сильнее легирована кремниевая подложка (рис.38). Из рисунка видно, что практически для работоспособных ПЗС ширина зазора не должна превышать l = 2-3 мкм, a Nд≤1015 см-3. Минимальная амплитуда импульса записи Uзап линейно увеличивается при возрастании UXP и QP.

Рассмотрим динамику переноса заряда из одного элемента (ПЗС1) в другой (ПЗС2) (рис.45). В режиме хранения к ПЗС1 приложен потенциал UXP, к ПЗС2 - нулевой потенциал. Заряд дырок плотностью Qp равномерно локализован в ПЗС1. После приложения к ПЗС2 потенциала записи Uзап>Uхр в зазоре между ячейками устанавливается тянущее поле, причем обычно напряженность его столь высока, что дырки, находящиеся вблизи левой границы ПЗС1, практически мгновенно переходят в ПЗС2. Концентрация дырок вблизи правой границы ПЗС2 очень быстро спадает до нуля (т. е. поле зазора действует аналогично полю обратного смещенного коллекторного p-n-перехода в транзисторе). Резкое изменение равномерности распределения дырок в ПЗС1 вызывает их интенсивный дрейф и диффузию внутри потенциальной ямы слева на право.

Підпис: Рис.48. Зависимость нормализо¬ванного заряда Q=1- времени передачи для приборов с параметрами: L=6 мкм, μрэ=180 см2/В•с; численный расчет; _при-ближенное аналитическое решение.

Если положить l<<L и рассматривать одномерный случай, то, как обычно при таких процессах, для времени передачи заряда приближенно должно выполняться:

tпер ~ L2/μpэ (57)

где L — длина затворов (электродов) ПЗС;

μрэ—поверхностная эффективная подвижность.

Очевидно, что коэффициент пропорциональности в (57) зависит от того, какой коэффициент эффективности передачи требуется получить. Обычно для многоэлементных ПЗС этот уровень очень высок и составляет

= QРППЗС2/ QРП ПЗС1 = 0,99-0,9999, (58)

где QPП — полный заряд в одной ячейке.

По мере перетекания заряда из ПЗС1 в ПЗО2 концентрация дырок в ПЗС1, а следовательно, и дрейфовая составляющая тока уменьшаются и процесс передачи, определяемый только диффузией, замедляется -«хвост» переходного процесса всегда более затянут по сравнению с начальной фазой (рис.48). Чем больше начальная плотность заряда Qp, тем большая его часть «вытечет» за время первой быстрой стадии и тем меньше (при заданном допустимом значении ) будет время передачи tпер. Эпюры распределения плотности Заряда дырок в различные моменты времени представлены на рис.49. Через левую границу ПЗС1 потока дырок нет, поэтому на графиках рис.46 в любой момент времени градиент концентрации дырок в этой точке равен нулю.

Підпис: Рис.49. Эпюры распределе¬ния Qp(y) в различные мо¬менты процесса передачи

Підпис: Рис.50. Зависимости коэффи¬циента потерь ε1 от времени пере¬дачи для ПЗС с разной длиной электродов.

Страницы: 1 2 3 4 5