3.1.5. Характерные временные интервалы в пзс.

 

1)      Время тепловой генерации заряда.

Представим себе, что отрицательный потенциал включен, а сгустка заряда рядом нет, то есть перетекать нечему. В этой ситуации заряд медленно накапливается в потенциальной яме за счет тепловой генерации электронно-дырочных пар. Время накопления заряда _т. Это достаточно длительный процесс. Для n-Si при разной степени легирования:

_т = 1 – 100 мс.

2)      Время перетекания заряда между соседними электродами. (Динамическое время)

Это время можно оценить так же, как оценивается быстродействие МДП.

-         _D = L/v = L/(U/L) = L²/U

Здесь L – длина канала, v – скорость движения сгустка заряда,  - подвижность носителей заряда (в нашем случае дырок), U – разность потенциалов, вызывающая движение сгустка зарядов. В случае ПЗС ориентировочно имеем:

L = 10^-5 м;  = 0.05 м²/Вс; U = 1 В; В результате получаем: _D = 210^-9 c.

 

3)      Время установления потенциала.

Это интервал времени, в течение которого приложенный извне электрический потенциал проникает внутрь полупроводника. Это интервал времени называется временем Максвелловской релаксации. Его обозначают через _м.

            Известно, что

_м = ₀/

Здесь  - относительная диэлектрическая проницаемость полупроводника,  - его электропроводность. Для кремния с определённым уровнем легирования имеем:

-          = 10 1/Омм            ₀ = 10^-10 Ф/м

Из этого получаем:

-         _м = 10^-11 сек.

Для стабильной работы ПЗС необходимо выполнение условий:

 

 

_м << _D << _т 

 

 

 

3.2. Пзс в системах обработки информации.

 

В первый период разработки (1970-1975 гг.) ПЗС предполагали использовать как устройства обработки информации. На основе ПЗС стремились осуществить линии задержки цифрового сигнала или устройства динамической памяти.

 

3.2.1. Линии задержки на пзс. Необходимость регенерации сигнала.

	(N)

 

N – число ячеек

 

Максимальное число ячеек определяется отношением времени тепловой регенерации электронно-дырочных пар ( ) к динамическому времени ( ).

.

Отсюда находим, что число ячеек может достигать N = 10³ – 10⁴. Это позволяет  определить длину линии задержки.

 

 

                        l

 

 

l = 3 – 5 мкм   N = 10³                        L = 3 – 5 мм.

l = 1 мкм         N = 10⁴                        L = 10 мм.

 

Приведём пример записи «слова» в двоичном коде, который представлен в ПЗС структуре наличием или отсутствием сгустка заряда:

 

Ввод                                                    Вывод

                       

 

       1  0  0  0   0   1   1  0   0  0   0      1

 

Если необходимо увеличить длину линии задержки, то есть сделать число элементов больше, чем это позволяет отношение , то прибегают к регенерации сигнала.

 

Комбинация цепей вывода сигнала, транзисторного усилителя и ввода называется регенератором сигнала. В схеме усилителя может быть предусмотрена коррекция формы импульса, очистка импульсного сигнала от шумов.