![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Устройство и принцип действия приборов с зарядовой связью
В настоящее время в МДП-технологии используются две разновидности активных приборов. К первой относятся различные типы МДП-транзисторов, рассмотренные в предыдущем разделе, а ко второй - приборы с зарядовой связью (ПЗС). Приборы с зарядовой связью относятся к классу новых, весьма перспек- тивных интегральных микросхем, реализуемых на основе структуры металл – диэлектрик – полупроводник. Принцип действия их основан на хранении заря- да неосновных носителей в потенциальных ямах, возникающих вблизи поверх- ности полупроводника под действием внешнего электрического поля, и на пе- ремещении этого заряда вдоль поверхности при сдвиге потенциальных ям. Ос- новываясь на таком принципе переноса носителей заряда, можно осуществить преобразование, хранение и обработку информации, представленной плотно- стью заряда. В современных интегральных микросхемах на приборах с зарядовойсвя- зью используется несколько типов создания потенциальных ям вблизи поверх- ности полупроводника. Однако наибольшее распространение получили ПЗС на основе МДП-структур. Рис. 5.1 Одним из важнейших типов ПЗС является поверхностно-зарядовыйтран- зистор, структура которого приведена на рис. 5.1. Она представляет собой кремниевую подложку n-типа, на которой создаются области, покрытые слоем SiO2 толщиной 0, 1-0, 2 мкм. Над этими областями создаются металлические электроды. Количество технологических операций, необходимых для изготовления ПЗС, вдвое меньше, чем для изготовления МДП-структур. Важная особенность ПЗС-структур состоит в том, что их можно изготавливать не только на основе кремния, но и на основе ряда других полупроводников, например арсенида гал- лия, имеющих высокую подвижность носителей заряда и большую ширину за- прещенной зоны. Однако следует отметить, что для функционирования ПЗС плотность поверхностных состояний должна быть меньше примерно на два по- рядка, чем в МДП-структуре. Рассмотрим принцип работы ПЗС. Для ПЗС характерно два режима рабо- ты: режим хранения и режим передачи информационного заряда. Если, используя соответствующий электрод, приложить к поверхности подложки электриче- ское поле с вектором напряженности, имеющем такое направление, при кото- ром основные носители заряда отталкиваются, то под электродом будет форми- роваться обедненная область. Эта область представляет собой потенциальную яму для неосновных носителей заряда, которыми являются дырки. По мере на- копления дырок в потенциальной яме возникает равновесный поверхностный слой, что и соответствует режиму хранения информационного заряда. Инфор- мационный заряд не может храниться в ПЗС в течение длительного времени вследствие термической генерации носителей, которые вызывают накопление паразитного заряда дырок в потенциальной яме. С помощью электродов истока и стока создаются обедненные поверхностные области. Третий электрод – за- твор, частично перекрывает исток и сток. После приложения напряжения к ис- току в транзисторе создается распределение зарядов, показанное на рис. 5.1. Под истоком возникает потенциальная яма, содержащая поверхностный заряд, причем дырки, попавшие в эту область под действием электрического поля, притягиваются к поверхности подложки и локализуются в узком инверсном слое. Под стоком возникает потенциальная яма, заполненная неосновными дырками, образующимися в результате термогенерации. Если используется до- полнительный источник неосновных дырок, инжектирующий заряды в потен- циальные ямы некоторым образом, и если заряд устанавливается до наступле- ния термического равновесия, то потенциальные ямы могут хранить переда- ваемую информацию. Если к истоку приложить более отрицательное напряжение, чем напря- жение хранения, приложенное к другому электроду, то под первым электродом возникает более глубокая потенциальная яма, а в области, разделяющей потен- циальные ямы, создаётся электрическое поле, параллельное поверхности под- ложки. Это приводит к процессу переноса дырок в более глубокуюпотенциаль- ную яму, который осуществляется как за счёт дрейфа под действием поля, так и за счёт диффузии под действием градиента концентрации неосновных дырок. Процесс переноса дырок и представляет собой второй характерный ре- жим работы ПЗС, называемый режимом передачи информационного сигнала. Максимальное значение напряжённости электрического поля, возникающего под электродами вследствие неравномерного распределения неосновныхды- рок, определяется полуэмпирическим соотношением
где p0 – стандартная поверхностная концентрация дырок. Процесс переноса дырок используется без передачи зарядов от одного электрода к другому, что позволяет реализовать специфические сдвиговые ре- гистры, не требующие между собой проводниковых соединений между обра- зующими их элементами и соединений с поверхностью подложки.
|