3.3.6 Транзисторы с зарядовой связью (тзс)

Принцип работы ТЗС, подобно ПЗС, основан на хранении идвижении заряда в приповерхностном слое полупроводника. В отличие от ПЗС, в ТЗС этот процесс переноса заряда контролируется дополнительным электродом, расположенным в промежутке между принимающим и передающим.

На рисунке 3.40 показаны структура и обозначение ТЗС, используемые в принципиальных электрических схемах. Три электрода прибора представлены электродом источника (1), передающим электродом (2), электродом приемника (3). Область полупроводника, находящуюся под электродами источника и приемника, называют соответственно источником и приемником. Горизонтальная линия обозначает поверхность полупроводника. Электрод 4 обозначает подложку, стрелка на которой указывает на тип полупроводника, используемого в качестве подложки (обозначение на рис. 3.40, б соответствует подложке n-типа).

Процесс передачи заряда иллюстрируется рисунком 3.41. В момент времени, предшествующий передаче заряда от источника к приемнику (рис. 3.341, а), напряжение на источнике обеспечивает режим хранения заряда под этим электродом, а напряжение на приемнике должно быть более высоким, с тем чтобы гарантировать переход заряда под электрод приемника. Напряжение на передающем электроде установлено равным нулю, области полупроводника под источником и приемником изолированы и перетекание заряда исключено.

Для передачи заряда от источника к приемнику на передающий электрод подается напряжение смещения (см. рис. 3.41, б), так что источник и приемник электрически соединяются. По мере перетекания заряда потенциал участка поверхности управляемого электродом источника понижается. При этом если напряжение на передающем электроде по абсолютной величине меньше напряжения на электроде источника, то полное перетекание заряда невозможно и процесс заканчивается в момент времени, когда дальнейшее уменьшение заряда под источником должно сопровождаться возникновением электрического барьера между областями, контролируемыми передающим электродом и источником. Следовательно, передача информации в ТЗС может происходить на фоне определенного заряда. Это обстоятельство позволяет, во-первых, уменьшить неэффективность передачи заряда, обусловленную захватом носителей поверхностными состояниями, и, во-вторых, увеличить скорость передачи заряда. Увеличение быстродействия следует из того факта, что при неполной, передаче заряда скорость переноса носителей определяется дрейфовым потоком, обусловленным наличием поля Еун. Для приборов с короткой длиной канала этот фактор не является главным, так как в них процесс передачи заряда в значительной мере определяется краевым полем Еyu.

Когда процесс передачи заряда заканчивается, напряжение на передающем электроде вновь становится равным нулю, а источник и приемник оказываются электрически изолированными (рис. 3.41, в).

В схемах ТЗС соединяются между собой последовательно таким образом, что электрод источника рассматриваемого ТЗС одновременно является электродом приемника предыдущего ТЗС, а электрод приемника — электродом источника последующего ТЗС. Поэтому, когда на передающие электроды ТЗС, примыкающие к рассматриваемому прибору, подается напряжение, источник и приемник данного ТЗС соответственно становятся приемником предыдущего и источником последующего приборов. При этом, естественно, соответствующим образом изменяются напряжения, а значит, и потенциальные ямы под этими электродами. Процесс передачи заряда в ТЗС, примыкающие к рассматриваемому, иллюстрирует рисунок 3.41, г.

Важной особенностью ТЗС является способность прибора усиливать напряжение передающего электрода, Усилением напряжения можно управлять путем выбора отношения площадей электродов источника и приемника. Так, если площадь приемника не равна площади источника, то перетекание заряда из источника к приемнику будет сопровождаться неодинаковым изме-нением напряжения на этих электродах; эти изменения находятся в обратной зависимости от емкостей источника и приемника.