12 Твердотельные фотоэлектрические преобразователи

В

+U

настоящее время в телевидении нашли широкое применение твер-дотельные ФЭП на базе приборов с зарядовой связью (ПЗС). Основой ПЗС является конденсатор МОП структуры (металл–окисел–полупроводник). Одной обкладкой конденсатора является металлический электрод, а второй – полупроводник. Диэлектриком между этими обкладками служит тонкий слой окисла полупроводника (рис.2.4).

Рис.2.4. Конденсатор МОП структуры:

1 - полупроводниковая подложка (р-про-

водимости); 2 - окисел; 3 - металличес-

кий электрод; 4 - неосновные носители;

5 - обедненная область; 6 - основные

носители

Если между электродом и полупроводниковой подложкой, например р-типа, приложить напряжение +U, то в результате действия электрического поля дырки (основные носители) полупроводника, находящиеся под электродом, отойдут в толщину слоя полупроводника. При этом под элек-тродом образуется область, обеднен-ная основными носителями, – потенциальная яма. Изменяя величину напряжения +U можно управлять глубиной потенциальной ямы.

В образовавшейся потенциальной яме происходит накопление неосновных носителей электронов, которые могут образовываться как за счет полезного эффекта (например, фото-эмиссии), так и за счет термоэлектронной эмиссии. Термоэлектронная эмиссия – это процесс генерирования неосновных носителей, обусловленных температурой, под которой находится полупроводник. Накопление термогенерированных носителей является паразитным процессом. Если ввести ограничение на максимальное значение заряда термоэлектронной эмиссии, то тем самым можно определить и максимальное время, отводимое для накопления и хранения полезного заряда.

13 Линейка моп конденсаторов.Принцип работы

Рассмотрим принцип организации ПЗС линеек. ПЗС линейка – это устройство для хранения и передвижения зарядовых пакетов вдоль нее. Линейка состоит из последовательно расположенных электродов на общей подложке (рис.2.5).

Расстояние между электродами настолько мало, что обедненная область под одним электродом практически простирается до соседних электродов. Поэтому если под одним из n-х электродов, к которому приложен потенциал +U, будет накоплен заряд, образованный, например, фотоэлектронной эмиссий, то передвинуть его в соседнюю n+1 ячейку можно, если потенциальную яму n+1 ячейки сделать глубже, чем у n-й ячейки. Вслед за этим потенциал n-й ячейки

Рис. 2.5 Линейка из МОП конденсаторов: 1 - зарядовые пакеты; 2-электроды

у меньшают до значения близкого к нулевому, а потенциал n+1 ячейки делают таким же, какой был раньше у n-ой ячейки +U. Зарядовые пакеты изначально вводятся в линейку через два электрода. Это обеспечивает их сохранность при передвижении вдоль линейки, что следует из рассмотрения динамики перемещения зарядов (рис.2.6).

Рис.2.6. Перемещение зарядовых пакетов в ПЗС линейке: а - линейка; б - эпюры напряжений на управляющих шинах; обеспечивающих перемещение зарядов; U1 - напряжение на первой шине; U2 - на второй; U3 - на третьей шине; а, б, с – уровни напряжений

Передвижение зарядовых пакетов обеспечивается циклическим изменением потенциалов электродов. Проследить за передвижением пакетов при изменении потенциалов на управляющих шинах можно по рис.2.6.