Способ записи информации на приборах с зарядовой связью

(19) (И) СПУБЛ С 11/40 1)4 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ диод и входной затвор сигнала ввода,а на затвор накопления-сигнал хранения, и воздействии на затвор перенов сов сигнала разрешения записи, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения надежности способазаписи за счет линеаризациизависимости величины заряда под затворомнакопления от величины сигнальногозаряда, одновременно с подачей сигнала хранения на затвор накопления наизолирующий затвор подают сигнал вывода заряда в течение времени, соответствующего коэффициенту отношениявеличины заряда под затвором накопления к величине сигнального заряда,большему 0,9,воднико Череиборы 1978 ры с 978,МАЦИ И.ЬЮ, осходной Изобретение отноной микроэлектроникиспользовано в систоптической информации.Известен способ записи информации на приборах с зарядовой связью, обдающий высокой линейностью и малым уровнем шума, заключающийся в том, что сначала под электрод накопления вводят с избытком заряд через допол. - нительный электрод, затем избыточный заряд выводят через этот же электрод так что величина сигнального заряда, оставшегося под электродом накопления определяется условием равенства поверхностного потенциала под этими электродами. Способ реализуется следующим образом. Потенциальная яма под электродом накопления МУ, в которой формируется зарядовый пакет, при по.сится к интегралье и может бытьемах обработки ла ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР . К АВТОРСКОМУ СВИДЕ(71) Институт физики полупроСО АН СССР(54) (57) СПОСОБ ЗАПИСИ ИНФОРНА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗнованный на воздействии на в мощи импульсного смещения входногодиода до низкого и обратно до высокого потенциала сначала переполняет- файфся, а затем опустошается до уровня,Юопределяемого поверхностным потенциа еЬлом под электродом МС. Во время этой (операции входной затвор 1 С в канал, Я;,)переноса закрыт, а к электроду.МС . фприложено опорное напряжение ЧИ. а,)Затем стоковый затвор .ПС закрывается,а входной затвор 10 открывается. Поскольку при этом электрод МС подключается к более высокому потенциалу чЧз;, некоторое количество зарядаперетекает из потенциальной ямы подэлектродом МИ в потенциальную яму подпервым электродом переноса Р,. Количество перетекшего сигнального заря-.да определяется разностью потенциаловЧэ; - Ч рр и емкостью электрода МИ,но не зависит от величины пороговогонапряжения под затвором МС, что особенно важно для многовходовых устройств ввода, где разброс пороговыхнапряжений, приводит к появлению геок 5метрического шума".Этот способ применим только вустройствах с непрямой инжекцией(потенциальный ввод). Это ограничивает применение некоторых типов фотодатчиков, например фотодиодов, фотосопротивлений.Известны способ записи информациина приборах с зарядовой связью с прямой инжекцией и устройство для егореализации.Способ записи информации на. приборах с зарядовой связью основан навоздействии на входной диод и вход 20ной затвор сигнала ввода, а на затворнакопления-сигнала хранения.и воздействия на затвор переноса сигнала разрешения записи.Известно устройство реализации такого способа, содержащее полупроводниковую подложку определенного типапроводимостти, на которой расположены линейка входных устройств и регистр считывания на приборах с зарядовой связью. Ячейка входного устройства содержит входную диффузионнуюобласть, входной затвор, затвор накопления и затвор переноса, причемвходная диффузионная область черезвходной затвор, затвор накопления изатвор переноса зарядов связана срегистром сдвига.Фотодатчик, например фотодиод,подключают к выходной диффузионнойобласти, а его подложку - к источнику напряжения, смещающего его в запорном направлении. Входной затвор Сзатвор накопления С-подсоединяютсяК источникам напряжения Па И 0 456сбответственно, причем УПй фПри этом часть тока, текущего черезфотодатчик, ответвляется через входной затвор С , под затвор накопленияС, накапливается там в течение времени и далее, при открывании затвора переноса ф, вводится в ПЗС-регистр считывания.Недостатком такого способа записи информации является зависимостькоэффициента ввода тока(который55определяется как отношение тока 1,вводимого под затвор накопления,к току 1, текущему через фотодатчик) от времени накопления С, от емкости входного узла фотоприемного устройства и тока 1. Это приводит к появлению так называемого "геометрического шума", связанного с разбросом емкостей входного узла, к нелинейности в зависимости заряда, накопленного на времяпод затвором накопления, от тока 1 , что сужает динамический диапазон такого устройства ввода.Целью изобретения является повышение надежности способа записи за счет линеаризации зависимости величины заряда под затвором накопления от величины сигнального заряда.Поставленная цель достигается тем, что при записи информации на приборах с зарядовой связью способом, основанным на воздействии на входной диод и входной затвор сигнала ввода, а на затвор накопления - сигнала хранения и воздействии на затвор переноса сигнала разрешения записи, одновременно с подачей сигнала хранения на затвор накопления, на изолирующий затвор подают сигнал вывода заряда в течение времени, соответствующего коэффициенту отношения величины за- ряда под затвором накопления к величине сигнального заряда, большему 0,9.Способ записи информации поясняется с помощью фиг. 1-3, где на фиг.1 1 з - ток, текущий через фотодатчик;1 - ток, ответвляющийся под затвор накопления, С - емкость входного узла, состоящая из емкости фотодатчика, емкости входной диффузионной области, емкости межсоединений, емкости входного затвора, К - сопротивление утечки входного узла, В - крутиз 7 на канала входного затвора.Из анализа эквивалентной схемы, приведенной на фиг. 1, и учета, что крутизна канала входного устройства при малых уровнях тока определяетсявыражением 3 = - 1 , где ц " заряд-чэлектрона, К - постоянная Больцмана,Ттемпература, можно получить зависимость коэффициента ввода токаот времени, тока 1 , текущегочерез фотодатчик, емкости входногоузла, которые приведены на фиг.2для температуры Т = 80 К,где10409 расчетные кривые при 1 з10. А, С - 6 пФто же,при 1 = 10 А,СпФтоже при 1= 10 А,СпФто же при 1 = 10 А,С-бпФто же при 1 .= 10 А,С - 6 пФ где 1 10 Как видно из этих кривых, в начальный период накопления ток 1 близокк нулю, начиная с некоторого временион начинает резко возрастать, приближаясь к единице. Величина вводимогосигнального заряда определяется ининтегрированием выражения1,йй. Приэтом основная часть Йелинейных искажений определяется начальным периодомнакопления до времени С , когда коэффициент ввода токадостигает. значения, близкого к единице.Если сигнаьй заряд, накопленный 25в начальный период накопления, вьводятиз устройства, причем длительностьэтого периода С выбирают из условия,чтодостигает значения, близкогок единице, например (0,9-0,999),в ПЗС регистр считывания будет вводиться заряд, пропорцнональный тольковеличине тока 1 з, текущего через фотодатчик, и времени (С-й ). Это.позволит устранить "геометрическийшум", связанный с разбросом емкости 35входного узла С, и повысить динамический диапазон устройства ввода спрямой инжекцией.Пример реализации способа записиинформации с вьводом заряда, накопленного в начальный период накопления, приведен на фиг. 3, где 1 -входная диффузионная облаеть, 2 - ,входной затвор, 3 - затвор накопле-.ния, 4 - затвор переноса, 5 - изолирующий затвор, 6 - стоковая диффузион-ная область, ц , р - электродЫПЗС регистра считывания, 7 - фотодат"чикеВывод заряда, накопленного в начальный период накопления, осущест- .47 6впяется следующим образом. На выходной затвор и затвор накопления подаются напряжения 0 и Пз аоответственно, На стоковую область 6 подается напряжение смещения 08, причем выполняется условие О,Уэ ) 0, например, Б б = 15 В, Цэ - 10 В, ц, = = 5 В, Фотодиод 7 подсоединяется к входной диффузионной области, а на площадку подается напряжение, смещающее его в запорном направлении.В начальный период накопления до времени й на изолирующий затвор 5 . подается открывающий импульс, так что ток, текущий под затвор накопления, вытягивается в стоковую область 6. С окончанием открывающего импульса начинается накопление заряда под затвором накопления 3. Далее заряд из-под затвора 3, накопленный за время (й-е ), через затвор 4 переда- . ется в ПЗС регистр считывания. Время й выбирается из условия, что коэффициент ввода тока достигает значения, близкого к единице, для всех допустимых значений тока 1 и емкостей входного узла фотоприемного устройства. Это время определяется из расчетных кривых и зависит от интервала изменения тока 1 и емкости входного узла фотоприемного устройства, температу-, ры работы. Например, если накопление информационного заряда начинается со времени, когда= 0,9, а время накопления (й-Со) = С, это обеспечивает подавление "геометрического шума" до уровня, меньшего 1%. Приведенные на фиг. 2 зависимости показывают, что если интервал изменения тока ограничен величинами (10 ф -10 ") А, а емкость входного узла не превышает 6 пФ, при Т = 80 К, то при е равном 3 мкс,в худшем случае (кривая 5 фиг. 2) достигает значения 0,99. Тем самым линеаризуется зависимость накоп ленного заряда от протекающего через фотодатчик тока и таким образом в предложенном способе линейный участок расширяется в 10-100 раз по сравнению с базовым объектом.1040947 едактор Л. П орректор М. Кучерявая н хред Л.Сердюко одп КНТ СССР одственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагари 01 Произ Заказ 8256 Тираж 558 ВНИИПИ Государственного комитета п113035, Москва, Жизобретениям и открьггиям Раушская наб., д. 4/5