Устройство временной задержки электрического сигнала

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 09) (И) ЗШ Н 01 Ь 27/10 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Уиагщыа УСгпа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт физики полупроводников СО АН СССР(56) 1. Патент США У 3644804, кл. Н 01 Ь 11/14, опублик. 22.02,72.2. Хотянов Б.М, Шилин В.А. Запоминающие устройства на основеПЗС. Зарубежная электронная техника, В 23, 1.976, с. 3 (прототип).(54)(57) УСТРОЙСТВО ВРЕМЕННОЙ ЗАДЕРЖКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА, содержащее полупроводниковую подложкус расположенными на ней слоем диэлектрика и проводящим электродом,перекрывающими области истока и стока, выполненные в полупроводниковойподложке,о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью расширения временного диапазона функционирования, вподложке между истоком и стоком повсей ширине проводящего электродав направлении, перпендикулярном движению носителей заряда, создан, покрайней мере, один потенциальныйбарьер.Предлагаемое изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано как устройство временной задержки электрического сигнала с управляемым изменением временной задержки.Известен МДП-транзистор с временной задержкой,содержащий области истока и стока, представляющие собой обычные -и-переходы, выполнен ные диффузией примеси в проводниковую подложку, металлический электрод, изолированный от подложки слоем диэлектрика, при этом поверхностная часть подложки, заключенная между 15 истоком и стоком, является рабочей областью транзистора 1, Принцип работы транзистора основан на миграции ионов, всегда присутствующихна поверхности непокрытого электродом 20 окисла (например гидроксильные ионы), После подачи напряжения на металлический электрод, одноименно заряженные ионы мигрируют от электрода .во всех направлениях, изменяя проводи мость непокрытой электродом области транзистора. Это приводит к образованию проводящего канала между истоком и стоком по всей рабочей области транзистора, величина протекающего З 0 при этом тока достигает насыщения. Недостаток заключается в том, что время задержки сигнала на выходе, определяемое от момента подачи напряжения на металлический электрод до момента появления тока насыщения, зависит от параметров процесса миграции ионов, т.е. от параметров окружающей среды (например температуры, влажности и т.д.), что приводит к неста бильности работы прибора.Известно также устройство временной задержки электрического сигнала, содержащее полупроводниковую.подложку с расположенными на ней слоем диэлектрика и проводящим электродом, перекрывающим выполненные в полупроводниковой подложке области истока и стока 2 .Данное устройство является ближайшим к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.Его недостаток заключается в трм, что время задержки определяется час-, тотой следования тактовых импульсов И 1, которая ограничена снизу длительностью хранения заряда в МДП-эле,ментах 11 т. е, величиной паразитного термогенерируемого в потенциальных ямах элемента заряда.Цель изобретения - расширение временного диапазона функционирования.Цель достигается тем, что в подложке между истоком и стоком по всей ширине проводящего электрода в направлении, перпендикулярном движению носителей заряда, создан по крайней мере, один потенциальный барьер.Потенциальный барьер может быть выполнен либо в виде ступенчатого диэлектрика, либо в виде диффузионной области такого же типа проводимости как и подложка. На фиг.1 показан один из вариантов устройства временной задержкиэлектрического сигнала; на фиг.2 -экспериментальная зависимость времени задержки от напряжения на проводящем электроде.Устройство содержит подложку 1,диэлектрик 2, проводящий электрод 3,исток 4, сток 5, потенциальные барьер 6 и яма 7, диффузионные области 8или ступеньки диэлектрика, обеспечивающие потенциальный барьер,Металлический электрод 3 изолирован от полупроводниковой подложки 1слоем диэлектрика 2, Для определенности приведена кремниевая подложка п -типа проводимости и диэлектрик 50 . Истоком 4 и стоком 5транзистора могут служить любые устройства, обеспечивающие ввод заряданосителей в потенциальную яму подэлектродом, образующуюся после подачина электрод напряжения, и регистрацию заряда на выходе (например,-п -переход, диод Шоттки, плавающийзатвор и т.д.). Для определенностина фиг.1 в качестве истока и стока.приведены обычные о- п -переходы,выполненные диффузией бора в подложку. Причем - -переход стока обратно смещен, -и -переход истоканаходится под потенциалом земли,В подложке между истоком и стоком созданы туннельно непрозрачныепотенциальные барьеры, которые могутбыть выполнены по-разному. Например,в аиде диффузионной примеси 8 тогоже типа проводимости, что и подложка, но концентрацией значительно большей, чем концентрация примеси в подложке, или в виде ступенчатого диэлектрика под проводящим электродом.710417 45 50 менной задержки. Пороговое напряжение МДП-структуры зависит от ряда параметров: толщины диэлектрика, концентрации примеси в подложке под электродом и т.д. Чем больше толщина диэлектрика, чем выше концентрация примеси в подложке, тем больше по абсолютномузначению пороговое напряжение МДП-структуры. Поэтому после подачи на электрод 3 напряжения, превышающего по абсолют О ной величине пороговое напряжение МДП-структуры, в подложке создается рельеф распределения поверхностного потенциала, как показано пунктиром на фиг, 1. 5Принцип действия устройства времен. ной задержки электрического сигнала заключается в следующем, На металлический электрод 3 подается отрицательное напряжение. В подложке вбли зи поверхности под электродом создаются потенциальным. ямы. Так как поверхностный потенциал вблизи истока более отрицательный, чем потенциал истока, носители заряда (дырки) ин жектируются в первую от истока глубокую потенциальную яму (см.фиг.1), По мере заполнения носителями глубокой потенциальной ямы, ее поверхностный потенциал по абсолютной величине становится меньше, чем поверхностный потенциал расположенного рядом потенциального барьера, и после заполнения первой потенциальной ямы, носители заряда инжектируются через35 барьер в следующую глубокую потенциальную яму и т.д., пока не достигнут области стока, где регистрируются, Время заполнения глубокой потенциаль- ной ямы зависит от ее геометричес 40 ких размеров, напряжения на электроде и проводимости потенциального барьера. Для снятия экспериментальной зависимости используется МДП-транзистор, расстояние. между истоком и стоком которого 1,5 мм, а ширина канала в направлении, перпендикулярном направлению движения носителей заряда 50 мкм. Ширина потенциальных барьеров и потенциальных ям постоянна и равна ширине канала транзистора. Кривая фиг,2 показывает зависимость 1: 11,) для случая, когдапотенциальные ямы длиной 20 мкмчередуются потенциальными барьерамидлиной 10 мкм. Полное время задержки устройстваравно суммарному времени заполнениявсех потенциальных ям, находящихсямежду истоком и стоком, и может плав. но регулироваться изменением напряжения на электроде. Максимальное время задержки ограничено временем накопления паразитного заряда в потенциальной яме под электродом, т.е.временем релаксации ямы. На современном уровне технологии времена релаксации ямы составляют10 с.В целях увеличения времени задержкии устранения ограничения паразитным сигналом на кристалле можно реализовать устройство, представляющее собой матрицу из рассмотренного устройства временной задержки. В отличие от ЛЗ ПЗС это не приводит к усложнению схемы управления устройством. Предлагаемое устройство временнойзадержки в сравнении с известными устройствами временной задержки имеет следующие преимущества.Устраняется зависимость временизадержки от параметров окружающейсреды, так как вся рабочая область устройства временной задержки между истоком и стоком перекрыта проводящим электродом и, следовательно, поверхность диэлектрика, расположен" ного между электродом и подложкой, защищенаот воздействия окружающей среды.Упрощается схема управления, так как для запуска устройства необходим только низковольтный источник постоянного напряженияТехнология изготовления устройства временной задержки электрического сигнала хорошо освоена и не требует формирования ни узких зазоровмежду электродами, ни перекрывающихся электродов, как в ЛЗ ПЗС, в результате обеспечивается высокийпроцент выхода годных структур иснижается стоимость устройства вре710417 Техред А.Ач Корректор В.Бут едактор Л.Письман Тираж 682 ПодВНИИПИ Государственного комитета ССпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб аказ 9224 и д. 4 аМ ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная