19. Пзз Принципова будова матриці
Маємо величезну МДН структуру з багатьма затворами. Будується така лінійка затворів, лінійки об’єднують в матрицю. Якщо виконана на n шарі, то є приладом, що працює на неосновних носіях – дірках. Приклавши потенціал створюємо область збіднення. Термічно рівноважних дірок там практично немає, інжектовані дірки практично немають шляху рекомбінувати і збираються біля затворів та можуть знаходитися там досить довгий час.
П
ЗЗ
– прилад, що працює в динамічному режимі.
Ми можемо інжектувати носії і передавати
їх між затворами. Так як втрати при
переносі малі, то можна зробити багато
затворів.
Основне призначення ПЗЗ матриці – перетворення потоку світлової інформації в електронну. При дії світла відбувається народження пар електрон-дірка, електрони залишають область, а дірки накопичуються під затворами. Залежно від потужності світлового потоку накопичується відповідна величина заряду. Знявши заряди з усіх затворів та стежачи з яких саме яку величину ми зняли – маємо змогу створити електронну картинку. Обмеженням є те, що світло треба подавати попередньо послабивши в необхідну кількість разів, бо носії зберігаються в потенційних ямах і їх кількість немає істотно спотворювати форму ями.
Типові представники – Si матриці з Al контактами.
Трифазний ПЗЗ
Схема дозволяє прикладати три різних потенціали
-u1 = черговий потенціал щоб перевести прилад у робочий стан(створити область збіднення)
-u2 |u2| >|u1| = дозволяє створювати потенційні ями на фоні робочого потенціалуб де накопичуються носії заряду
-u3 |u3| >|u2| = можлівість створювати ще більш глибоку потенційну яму дозволяє реалізувати транспортування заряду між затворами
1
й
такт – перетікання заряду в найглибшу
потенційну яму.
2й такт – чекаємо, збереження заряду на новій позиції
3й такт – створення нових глибоких ям, перетікання заряду ще на один крок.
Період процесу – 6 тактів.
Е
піури
напруг для кожної фази. Зсунуті одна
відносно одної на 2 такти.
Граничні частоти
Основні часи tзберігання та Ттранспорту
Якщю Тзбер << Ттранс то працюємо в режимі транспортування і можемо оцінити верхню граничну частоту Fгр = 1/(3 Ттран)
(3 за рахунок трьох кроків в періоді перенесення)
Типове значення Ттранс = 50 нс => Fгр = 8МГц
Для збільшення частоти слід зменшити час транспортування. Досягти можна цьогоб наприклад, застосовуючи замість трифазної схеми двофазну.
Знизу маємо обмеження часом життя носіїв
Fниж = 1/(3 Тжиття) = 1/(3 10*-3) = 300Гц
Конструктивні особливості та фізичні властивості 1.Різні конструкції
Для зменшення часу транспортування застосовують двофазну схему(із вбудованими затворами).
В
икористовують
лише 2 фази, але за рахунок геометричного
розташуваня створюємо 3 рівні. Працює
швидше, бо період процесу менший. Різна
глибина розташування сусідніх затворів
дозволяє розташовувати їх ближче.
Змінюючи співвідношення між часами зберігання та транспортування можемо побудувати ліній затримки, що затримуватимуть сигнал на 3*(Тзб+Ттр)*(N-1) 2.Особливості
1.Під час перебування в ямі електрони коливаються, при створенні сусідньої ями їм необхідно термалізуватися(за рахунок розсіяння). Але домішки треба вводити таким чином, щоб центри розсіювання не ставали центрами рекомбінації(випирати домішки, що сприяють лише пружньому розсіянню)
2.Як правило, ПЗЗ працює на дірках, бо електрони мають менший час життя, тому для роботи приладу необхідно використовувати більш високочастотний тактовий процесор.
3.Потужність світлового сигналу необхідно калібрувати щоб не допустити генерації завеликої кількості зарядів, що суттєво зменшить потенційну яму.
4.ПЗЗ прилад характеризують такі параметри:
Максимальна величина заряду Qmax=C0*(U3-U2)*z*L де z*L – площа
Q*U – характеризує потужність, що споживає прилад Η=1-ΔQ/Q – коефіцієнт повноти передачі заряду. Фактором для захвату заряду, зокрема є близька поверхня. Тому, наприклад, в двофазній схемі під вбудованими затворами в n області створюють прошарок p типу, що дозволяє зменшити вплив поверхні і збільшити КПП. 5.Максимальна роздільна здатність ПЗЗ матриці визначається довжиною хвилі діапазону, в якому працює прилад. Тому нема змісту розміщати группу затворів, що виконують функцію 1 пікселя на проміжку, меншому за довжину хвилі.
20. Надійність
Надійність – поняття більш інтуїтивне. При дослідженні надійності приладу досліджують відмови. Типи відмов:
Абсолютна відмова – прилад знаходиться в непрацездатному стані.
Умовна відмова – якийсь параметр виходить за допустимі межі, наприклад коєф підсилення.
Але поділ досить нечіткий, бо умовна відмова може привести прилад до абсолютної(наприклад просто спалити окремі елементи)
Вводять поняття частоти відмов – відношення кількості приладів, що відмовили до загальної кількості приладів, що використовувалися за певний проміжок часу.
Λ=n/N/t якщо значення порядку 10*-4 то можна експериментально збирати статистику
Причини відмов можуть бути суттєво різними, основні це
Технологічні
Старіння(маємо структури із градієнтом концентрацій, під дією дифузії вона порухується; наявність сильних полів та їх градієнти з часом призводить до електронного перерозподілення)
Імовірність безвідмовної роботи p~exp(-λt) – емпірична формула
Крива відмов
Період до Т1 – період значної кількості відмов. Кожна технологічна операція має свою похибку, певні процеси продовжуються і після випуску деталі(наприклад травлення, оскільки неможливо ідеально вимити травник), відповідно частина приладів хоч і були працездатними після виходу з конвеєру, але можуть відмовити найближчим часом.
Т1 складає приблизно 1 місяц
Т2 порядку десяка(ків) років
В період Т1-Т2 досліджувати надійність складно, тому використовують метод швидкого старіння – при підвищенній температурі процеси йдуть швидше, відповідно і старіння наступає швидше
Методи підвищення
Практично все зводиться до контролю на етапі виробництва та перевірці відразу виробництва і відсіюванні ненадійних екземплярів з партії.