Прибор с зарядовой связью

.ЯО 873 А 3 Д Н 01 Ь 31/04; Н 01 Ь 27/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) (57) ПРИБОР С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ .для приема и формирования изображения, содержащий фоточувствительную полупроводниковую пластину с нанесенными на нее слоемдиэлектрика и электродами переноса заряда,о т л.и ч а ю щ и. й с я тем, что, с целью обеспечения возможности электронного регулирования коротко- волновой границы фоточувствительности, фоточувствительная полупроводниковая пластина выполнена из варизонного материала, ширина запрещенной зоны которого уменьшается в направлений к диэлектрическому слою .с градиентом ч 1 удовлетворяющим,: ,условию г КТ ЧЧФ 2 4 9 б 5 -- -1) с ь ьф )где К - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температураприбора;Ь - диффузионная длина неосновных носителей в однородном материале Х 0 - толщина слоя, в которомна 70 поглощается светв варизонном материале сградиентам ширины запрещенной .зоны, равным Мт/Ь при падении света с широкозонной стороны,безразмерный коэффициент,характеризующий формуспектра фундаментальногопоглощения в материале фоточувствительной полупроводниковой пластины,Эш- максимальная толщина области пространственного заряда. кт ь,) В1 1 "ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИзобретение относится к полупроводнИковой технике, в частности к приборам с зарядовой связью (ПЗС) и предназначено для приема и формирования иэображения, в особенности цветного,а также анализа спектра источника.Известны устройства для приема и формирования изображения, в которых для формирования изображения применяются ПЗС. 10Известны также ПЗС для приема и формирования изображения, содержащие фоточувствительную полупроводниковую пластину с нанесенными на нее слоем диэлектрика и электродами 15 переноса заряда. В процессе экспонирования на электроды подается постоянное напряжение, а сигнальный заряд неосновных носителей скапливается на границе раздела по лупроводник - диэлектрик.СиГнальный поток света падает в светочув ствительную полупроводниковую пластину через полупрозрачные электропы и слой диэлектрика. Из-за разной 25 глубины поглощения светат с различной длиной волны длинноволновая граница области фоточувствительности такого ПЗС слабо зависит от напряжения на электродах. Для отрезания области спектра, не подлежащей регистрации, перед описываемым устройством необходимо помещать светофильтр.Целью изобретения является обеспечивание возможности электронного регулирования коротковолновой границы фоточувствительности.Цель достигается тем, что в приборе с зарядовой связью для приема ,и, формироВания изображения, содержащем фоточувствительную полупровод никовую пластину с нанесенным на нее слоем диэлектрика и электродами переноса заряда, фоточувствительная полупроводниковая пластина выполнена из варизонного материала, 45 ширина запрещенной зоны которого . уменьшается в направлении к диэлектрическому слою, с градиентом ь удовлетворяющим условию: где Е (0)50 б 0 ти. Эта последняя также зависит от б 5 физических характеристик варизон Кт ьхо ( р -Ч 2 кт щ Ч 2 где К - постоянная Больцмана 3Т - абсолютная, температураприборамиЬ - диффузионная длина неосновных носителей в однородном материале;ЬЖ в ,.толщина слоя, в котором на70 поглощается свет вваризонной структуре сградиентом ширины запрещенной зоны, равнымКТ при падении света с широкозонной стороныбезразмерный коэффициент,характеризующий форму. краяспектра фундаментальногопоглощения в материалефоточувствительной полупроводниковой пластины,Юп - максимальная толщина области пространственного заряда,Выполнение фоточувствительной пластины из варизонного материала с градиентом, удовлетворяющему выше- написанному условию, позволяет регулировать коротковолновую границу фоточувствительности ПЗС с помощью изменения напряжения на электродах, причем величина изменения этой границы такова, что ПЗС может разрешать не менее двух спектральных составляющих в пределах области фото- чувствительности.На фиг,1 представлено предложенное устройство, на фиг.2 - зонная ,диаграмма полупроводниковой пластины и расположение областей пространственного заряда (ОПЗ) и нейтральной области (НО); на фиг. 3 - спектральные характеристики предлагаемого ПЗС при различных напряжениях на электродах, а на фиг.4 - спектральные характеристики разностных сигналов.Прибор с зарядовой связью для . приема и формирования иэображения содержит фоточувствительную полупроводниковую пластину 1 из варизонного материала, ширина запрещенной зоны которого уменьшается в направлении к слою диэлектрика 2, нанесенного, на полупроводниковую пластину 1. На диэлектрике расположены электроды 3 переносаСпектральная область фоточувствительности (46 Имран Лмакс 1 Ефс) =Ем,а Ий Емаксф ЕфЧЧ с Ье Ц),- ширина запрещенной зоны на границе со слоем диэлектрика 2;Е(% 1 ( е И)- ширина запрещеннойзоны .на расстоянииФФ 1 вО от границы со слоем диэлектрика 2,ф:1 М - толщина ОПЗ,4 еИ - эффективная толщина геометрическойграницы фоточувствительной обласного материала фоточувствительнойполупроводниковой пластины 1: где ( . - диффузионная длина в однородном полупроводниковом материале;подвижность неосновных носителей8 - заряд электрона,ЬМ - толщина слоя, в которомсвет, падающий с широкозонной стороны фоточувст вительной полупроводниковой пластины 1, поглощается на 70.ЬХ=ЬХ, -где- безразмерный коэффициент,характеризующий формукрая спектра фундаментального поглощения в варизонном материале.Учитываются три механизма размы-,тия геометрической границы областифоточувствительности: диффузия сигнальных носителей, их дрейф вб"встроенном поле" и нелокальныйхарактер поглощения света с определенной энергией квантаСпектральное разрешение предложенногоПЗС (по энергии кванта) равноьВ=вИ еЕМаксимальное число разрешаемых поРелею спектральных компонент равно;М Мсяс мин. фтФ 1 зеНьЕ . 1.е 1При Фиксированном значении Ч число М достигает максимума при значении градиента ширины запрещенной зоны РЕ ЬЕ 1 о 1 - ,- )"Для обеспечения числа. различаемых спектральных компонент, превышающего 2, М В 2, необходимо, чтобы градиент ширинй запрещаемой зоны удов.летворял условию: 873827еНа фоточувствительную полупроводниковую пластину 1 со стороны, противоположной электродам 3, направляют световой сигнальный поток, наэлектроды подают обедняющий потенциал, от величины которого зависит размер области пространственногсзаряда (ОПЗ): Щ = Ю (О).Для приема и формирования сигналов цветного иэображения сигналы 10 изображения снимают при несколькихзначениях напряжения на электродахи далее путем вычитания сигналовпри "соседних" значениях напряжения на электродах получают элек трический сигнал, пропорциональныйинтенсивности соответствующей составляющей светового сигнала.Для исследования спектра источникаизмеряют разностный сигнал взависимости от 0 значение ЬО под бирают таким образом, чтобы обеспечить заданное значение ЬЕ - переда-ча разрешения. во всей измеряемойобласти спектра. При применении у 5 предложенного ПЗС для пороговогоприема сигнала оптимизация спектральной области Фоточувствитель- ности ПЗС производится путем изменения напряжения на электродах 3вплоть до достижения максимума отношения сигнал/шумПри использовании Фоточувствительной полупроводниковой пластиныиз РЬ.Ч 3 ич ТЕ р-типа с концентрацией акцепторов 0 Ь оЗ 1 Ь - можнополучить изменение ширины запрещенной эоны изменением состава соединения: вблизи диэлектрическогослоя Ц = 0,32,Е мин = Е (О) =0,04 эВ,на расстоянии 50 мкм от него= О, 40 Е=ЕМцк= 0,2 эВ. При изменении напряжения на электроде.от 3 до 35 Вкоротковолновая граница областиФоточувствительности изменяется от 4 мин = 17,8 мкм до Я лин = 6,5 мкм,45 при этом во всех случаях Ямс132 мкм. Число разрешаемых по Ре. лею спектральных составляющих в диа- пазоне (32-б,5 мкм) равно М = 5.Таким образом, такой подбор мо жет служить эФФективным средствомразличения сигналов сложного спектрального состава и формированиявысококачественного многоспектрального изображения.Заказ 10848 ка 4/5филиал ППП фПатентф, г, Ужгброд, ул. ПРоектная,.4 Тираж 703 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушс