26. Приборы с зарядовой связью.

Между близко расположенными МОП-конденсаторами возможен обмен зарядами — зарядовая связь. Манипулируя смещениями, прикладываемыми к таким МОП-конденсаторам, можно накапливать заряды, перемещать их, разделять, объединять, т. е. осуществлять аналоговую и цифровую обработку информации на дискретных, но связанных между собой элементах.

ПЗС — полупроводниковый прибор, имеющий большое число близко расположенных и изолированных от подложки затворов (МДП-структур), под которыми может происходить перенос к стоку информационных пакетов неосновных носителей заряда, либо инжектированных из истока, либо возникших в подложке при воздействии оптического излучения.

Принцип его работы подобно биполярным приборам основан на движении неосновных носителей заряда. Функционирование возможно только при подаче постоянно изменяющегося по величине управляющего напряжения.

Прибор выполнен на подложке из n-кремния и имеет две высоколегированные р⁺-области, использующиеся соответ­ственно как исток и сток. Между этими областями расположено семь затворов. Затвор, расположенный непосредственно рядом с истоком, является управляющим, остальные шесть затворов необ­ходимы для переноса неосновных носителей от истока к стоку. Oни попарно соединены между собой через два затвора, образуя три секции переноса. Таким образом, прибор кроме трех традиционных для полевого транзистора выводов - исток, затвор, сток, снабжен еще тремя управляющими (динами­ческими) выводами.

Для нормального функционирования на секции переноса при­бора подаются возрастающие ступенчатые напряжения.

Предположим, что в некоторый момент времени на управляю­щий затвор ПЗС подано напряжение, достаточное для обра­зования под ним проводящего канала, а на первую секцию затво­ров переноса подано максимальное напряжение переноса, большее чем U_nог.

В этом случае под затвором первой секции переноса существует потенциальная яма, в которую через канал, образованный управ­ляющим затвором, из области истока будут перемещаться неос­новные носители заряда — дырки. Под левым затвором секции переноса будет накапливаться некоторый положительный заряд. Этот заряд пропорционален напряжению U. К мо­менту циклического изменения напряжений переноса напряжение с управляющего затвора снимается. Канал между истоком и по­тенциальной ямой запирается, а под левым затвором первой секции переноса образуется некоторый пространственный заряд инжектированных истоком дырок. После смены напряжений затворах секций переноса наибольшее по абсолютной величине напряжение будет приложено ко второй секции.

Вследствие этого объемный заряд, накопленный под затвором пер­вой секции, будет перетекать в потенциальную яму, образовав­шуюся под затвором второй секции. При этом дополнительная подпитка этого заряда со стороны истока будет отсутствовать, так как проводящий канал заперт, а перетеканию за­ряда под затвор третьей секции препятствует напряжение ко­торое меньше порогового. Таким обра­зом, на втором такте изменения напряжения переноса весь объем­ный заряд, накопленный в первом такте под затвором первой сек­ции, переместится под затвор второй секции.

При следующих тактах изменения напряжения переноса объем­ный заряд будет перемещаться от секции к секции по направле­нию к стоку.

Таким образом, прибор способен передавать фиксированные порции электрического заряда от истока к стоку, причем величина этого заряда определяется значением управляющего напряже­ния, а время задержки передачи зависит от частоты измене­ния напряжения на секции переноса. Функциони­рование прибора невозможно без воздействия внешнего цикли­чески изменяющегося напряжения.

Жесткий геометрический растр, возможность обработки информации непосредственно на кристалле, нечувствительность к магнитным полям — далеко не пол­ный перечень специфических свойств ФПЗС, применяемых в телевидении.