gurtov_v_a_tverdotelnaya_elektronika
.pdf
Глава 11. Фотоприемники
чем 1012 см–2 возможен локальный механизм генерации неосновных носителей типа параллельного поверхностного туннельного диода.
Другой тип аномальной генерации может быть обусловлен повышенной локальной концентрацией в ОПЗ рекомбинационных центров Nt Шокли – Рида. Третий тип аномальной генерации может быть обусловлен повышенной локальной концентрацией в ОПЗ легирующей примеси ND,A и реализацией перпендикулярного к поверхности туннельного диода.
|
|
VG < 0 |
|
|
t → ∞ |
Z |
Z |
Z |
|
E |
|
|
|
EC |
|
|
Z = 0 |
|
|
F VG < 0, t → ∞ |
|
|
EV |
|
|
x, y |
Рис. 11.28. Зонная диаграмма МДП-структуры, иллюстрирующая |
||
равновесное состояние после завершения релаксационных |
||
процессов |
|
|
11.6.2. Время релаксации неравновесного обеднения |
||
Пусть импульсом напряжения на затворе VG в момент времени t = 0 МДП-структу- ра из равновесного состояния переведена в состояние неравновесного обеднения. Вследствие генерационных процессов неравновесное состояние будет релаксировать. Под временем релаксации неравновесного обеднения τрел обычно понимают среднее время, за которое МДП-структура перейдет от неравновесного к равновесному состоянию. Величина времени релаксации τрел зависит от того, в каком режиме — постоянного заряда на затворе QB = const или постоянного напряжения на затворе VG = const — происходила релаксация неравновесного обеднения. Время релаксации зависит также от доминирующего мехенизма генерации неосновных носителей, параметров МДП-структуры и величины тестирующего сигнала.
Время релаксации в режиме постоянного заряда на затворе
При условии постоянного заряда на затворе QG = const постоянным будет и заряд в ОПЗ (QG = Qsc = const). Поскольку релаксация ОПЗ происходит при условии постоянства заряда в ОПЗ (Qsc = const), то Qp + QB = const и увеличение заряда свободных электронов сопровождается уменьшением ширины неравновесной ОПЗ W. Для объемной генерации и рекомбинации Шокли – Рида генерационный ток будет равен:
jген |
= |
qni |
W(t). |
(11.57) |
|
||||
|
|
τ0 |
|
|
Gurtov.indd 328 |
17.11.2005 12:29:18 |
11.6. МДП-фотоприемники с неравновесным обеднением
довольно большой ток смещения Jсм, который будет зарегистрирован во внешней цепи. Возможен и другой принцип регистрации фотонов — считывание информационного заряда, как в приборах с зарядовой связью (рис. 11.29).
Прозрачный |
Полупроводник |
металл |
Диэлектрик |
|
|
VG = 0 |
VG < 0 |
|
t = 0 |
а) исходное состояние |
б) неравновесное обеднение |
VG < 0 |
VG < 0 |
t < tp |
t < tp |
|
hν |
в) регистрация фотона |
г) хранение информационного заряда |
Рис. 11.29. Зонная диаграмма, иллюстрирующая работу МДП-структуры в качестве фотоприемного устройства
Через время t, равное времени релаксации неравновесной емкости τp, вследствие термогенерации яма для неосновных носителей заполнится. МДП-структура придет в равновесное состояние и утратит способность регистрировать кванты света. Поэтому необходимо привести МДП-структуру сначала в исходное состояние, а затем снова в состояние неравновесного обеднения. Следовательно, МДП ФПУ будет находиться в рабочем состоянии, если тактовая частота импульсов напряжения VG будет больше, чем обратное время релаксации неравновесной емкости МДП-структуры.
11.6.4.Матрицы фотоприемников с зарядовой связью (ФПЗС)
Новым типом полевых полупроводниковых приборов, работающих в динамическом режиме, являются приборы с зарядовой связью (ПЗС). На рис. 11.30 приведена схема, поясняющая устройство и основные физические принципы работы ПЗС. Приборы с зарядовой связью представляют собой линейку или матрицу последовательно расположенных МДП-структур. Величина зазора между соседними МДП-структурами невелика и составляет 1—2 мкм. ПЗС-элементы служат для преобразования оптического излучения в электрические сигналы и передачи информации от одного элемента электронной схемы к другому. На рис. 11.30 показан принцип работы трехтактного прибора с зарядовой связью [8, 68].
Gurtov.indd 331 |
17.11.2005 12:29:19 |
