Ввод информации в пзс

Рисунок 4 – Последовательный ввод информации в ПЗС

В объем прибора имплантирована область с дырочной проводимостью (полупроводник р-типа)

Если V₀ > 0 p-n переход открыт – течет ток и происходит инжекция дырок из области p+ под электрод №1, т.е. ним накапливается накапливается сгусток положительного заряда.

Если V₀ = 0. Инжекции нет, заряда не накапливается.

В ывод информации из пзс

V_k < 0 p-n переход закрыт.

Появление сгустка заряда под электродом V_n приводит к притяжению (в этом случае дрейф не диффузия !) дырок под V_k.

Через V_k проходит импульс тока, величина которого зависит от величины сгустка заряда.

Оптический способ ввода информации в пзс.

Оптический ввод информации реализуется в преобразователях «свет – электрический сигнал». Такие преобразователи используется в видеокамерах и так называемых цифровых фотоаппаратах.

На электродах задан отрицательный потенциал: V₁ = V₂ …V_n < 0 , электроды прозрачны для света.

Свет производит генерацию электронно-дырочных пар. Электроны уходят, дырки остаются под отрицательным потенциалом электродов. Накапливаемый положительный объемный заряд пропорционален числу поглощаемых квантов, т.е. пропорционален интенсивности света и продолжительности экспозиции (как в фотографии!).

Перемещение носителя информации в активной зоне пзс.

Рассмотрим «трехфазную» схему питания :

Трёхфазная схема питания электродов ПЗС обеспечивает перемещение сгустка заряда только в одну сторону - в сторону потенциальной ямы с более отрицательным зарядом.

Рассмотрим, что происходит в разные моменты времени:

t = t₁ - под Э₁ перетекает заряд, если он был под Э₀,

t₂ - под Э₁ заряд сохраняется,

t₃ - заряд перетекает под Э₂,

t₄ - заряд сохраняется под Э₂,

t₅ - заряд перетекает под Э₃,

Далее процесс передвижения заряда продолжается.

Шесть тактов за один период работы Т обеспечивают перетекания заряда на три шага (из под Э₀ под Э₃ ).

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. Время накопления заряда в потенциальной яме за счет тепловой генерации электронно-дырочных пар называют временем тепловой генерации 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

К числу важнейших параметров ПЗС относятся амплитуды управляющих напряжений, предельные (максимальная и минимальная) тактовые частоты, потребляемая мощность, фоточувствительность.

Амплитуды управляющих импульсов в практических схемах управления ПЗС прибором составляет 10-20В.

Минимальная тактовая частота ПЗС определяется максимально допустимым временем хранения информации в одном элементе t_{хр макс}:

f_мин=1/(m*t_{хр макс})

m- коэффициент равный числу управляющих фаз питающего генератора.

Максимальная частота работы ПЗС определяется длительностью процесса передачи зарядового пакета из одного элемента в другой t_пер:

f_макс=1/(m*t_пер)

Потребление мощности в ПЗС происходит только в режиме передачи заряда: мощностью, расходуемой в режиме хранения за счет протекания токов термогенерации и токов утечки через диэлектрик затвора можно пренебреч. Единицы микроватт на бит.

Фоточувсвительность ПЗС зависит от пропускающей способности поверхности , коэффициента поглощения и способа засветки.