Считывающее устройство прибора с зарядовой связью

СЧИТЫВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ПРИБОРА С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ , включающее полевой полупpоводниковый электpод, pасположенный над участком канала пеpеноса заpяда и полевой тpанзистоp, отличающееся тем, что, с целью упpощения констpукции и увеличения эффективности считывания, последний выполнен в полевом полупpоводниковом электpоде и оpиентиpован pабочей повеpхностью к участку канала пеpеноса заpяда.

Изобретение относится к технической физике, в частности к приборам с зарядовой связью (ПЗС), к их считывающим устройствам, служащим для преобразования зарядового сигнала в выходной сигнал электрического напряжения.
Известно считывающее устройство ПЗС, содержащее полевой транзистор, затвор которого соединен с выходным диодом ПЗС, который также, как и сток и исток транзистора, выполнен в виде p-n-перехода в полупроводниковой подложке, на которой сформирован ПЗС, а также еще один полевой транзистор, связанный истоком с затвором первого транзистора и служащий для установки потенциала на выходном диоде ПЗС.
Недостатком указанного считывающего устройства ПЗС является усложненность конструкции.
Известно также считывающее устройство прибора с зарядовой связью, включающее полевой полупроводниковый электрод, расположенный над участком канала переноса заряда, и полевой транзистор.
Данное устройство является ближайшим к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.
Недостаток заключается с усложненноcти конструкции и низкой эффективности считывания.
Цель изобретения заключается в упрощении конструкции и увеличении эффективности считывания.
Цель достигается тем, что в считывающем устройстве прибора с зарядовой связью, включающем полевой полупроводниковый электрод, расположенный над участком канала переноса заряда, и полевой транзистор, полевой транзистор выполнен в полевом полупроводниковом электроде и ориентирован рабочей поверхностью к участку канала переноса заряда.
В данном устройстве нет необходимости создавать p-n-переходы в подложке ПЗС и контактные окна к ним. Не нужны также и внутренние соединения проводящей разводкой, что значительно уменьшает входную емкость считывающего устройства и повышает эффективность считывания.
На чертеже схематически изображено поперечное сечение считывающего устройства на примере использования тонкопленочного транзистора в качестве полевого, а также схема включения устройства.
Считывающее устройство сформировано, как и весь ПЗС, на полупроводниковой подложке 1, например, из кремния n-типа проводимости. Подложка 1 закрыта слоем диэлектрика 2, например окисла кремния, на их границе раздела имеется канал 3 переноса заряда, ограниченный, например, областями 4 стоп-диффузии. Поверх слоя диэлектрика 2 расположен полевой полупроводниковый электрод 5, выполненный, например, из поликристаллического кремния p-типа проводимости с концентрацией легирующей примеси 5 10¹⁴ см^-3. Электрод 5 снабжен омическими контактами 6, например, алюминиевыми. В данном примере контакты 6 расположены над областями 4.
При работе устройства подложка 1 заземлена, к одному из контактов 6 приложено постоянное напряжения -Е отрицательной полярности, другой контакт 6 через нагрузочное сопротивление R_н соединен с землей и с него снимается выходной сигнал напряжения. Толщина электрода 5 выбирается равной или большей ширины стационарной области пространственного заряда (ОПЗ) в нем при максимальной разности поверхностного потенциала _s в канале 3 и напряжения -Е. Величина R_н выбирается больше максимального сопротивления полевого полупроводникового электрода 5.
При работе ПЗС на участок канала 3 под электродом 5 периодически поступают зарядовые пакеты дырок различной величины и помещаются там в потенциальной яме, образованной приложением напряжения -Е к электроду 5 (штриховая линия). Электрод 5 эквипотенциален, поскольку его сопротивление существенно меньше, чем R_н. В электроде 5 вблизи границы раздела его со слоем диэлектрика 2 формируется область слабого обеднения (стационарная ОПЗ), ширина которого определяется величиной зарядового пакета. Ток между контактами 6 через слой полупроводникового электрода 5 определяется разностью толщины электрода 5 и ширины этой области обеднения и таким образом модулируется величиной зарядового пакета. Протекая через разгрузочное сопротивление R_н, модулированный ток вызывает на нем выходной сигнал напряжения U_вых.
Считывающее устройство имеет простую конструкцию, поскольку в нем нет необходимости в p-n-переходах и полевых транзисторах, сформированных в подложке ПЗС, нет необходимости также и в соответствующих контактных окнах. За счет этого упрощается и технологический процесс изготовления ПЗС - они становятся действительно приборами без p-n-переходов - исчезают операции легирования и разгонки примеси в p-n-переходах и фотолитографии контактных окон к подложке.
Повышается эффективность считывания заряда в ПЗС за счет уменьшения шумов считывания и повышения выходного сигнала напряжения. В типичном случае, когда ширина канала переноса 15 мкм, а ширина полевого электрода с транзистором 20 мкм (т. е. площадь эффективного затвора 3 10^-6 см^-2), входная емкость считывающего устройства составляет 0,04 пФ - на порядок меньше, чем в известных устройствах. В соответствующее число раз (при той же крутизне транзистора) возрастает амплитуда выходного сигнала напряжения. Все это позволяет использовать в составе интегральных схем - приборах с зарядовой связью для создания на этой основе приемников изображения, фильтров и т. д. (56) Косов Ю. Р. , Шилин В. А. Полупроводниковые приборы с зарядовой связью, М. , Сов, радио, 1976, с. 59.
Секен К. , Томпсет М. Приборы с переносом заряда, М. : Изд-во Мир, 1978, с. 67.