Прилади з зарядовим зв’язком

Властивість накопичувати заряди в потенційних ямах широко використовується в приладах з зарядовим зв’язком, які представляють собою послідовно ввімкнені декілька каналів і затворів польового транзистора, у якого під затворами накопичується заряд. Ці прилади широко використовуються як елементи пам’яті в логічних пристроях, коли умовно наявність заряду приймають за логічну одиницю, а відсутність за логічний нуль, або навпаки.

Розглянемо принцип роботи такого приладу на регістрі зсуву.

Регістр зсуву

Принцип дії приладу з зарядовим зв’язком заснований на збереженні заряду в потенційних ямах, які створюються на поверхні напівпровідника під дією зовнішнього електричного поля і на переміщенні цього заряду по поверхні напівпровідника.

Регістр зсуву складається із трьох секцій.

Перша секція – вхідна, куди входить витік і створений під ним інверсний шар р- області та вхідний затвор, який виконує роль ключа для керування рухом дірок із р- області витоку в першу потенційну яму.

Друга секція – перенесення, складається із цілого ряду комірок з затворами, з’єднаних між собою в залежності від принципу діє логічного елемента. На затвори другої секції подаються напруги відповідно до процесу обробки інформації.

Третя секція – вихідна. Це p-n-перехід стоку, який зміщений в зворотному напрямі, і напруга на якому буде змінюватися при проходженні пакету носіїв заряду.

Рисунок 57 Структура ПЗЗ з осцилограмами напруг на затворах

Принцип дії приладу

При відсутності напруги стік-витік і при наявності напруги на затворах більше граничної, під затворами створюються потенційні ями, які по аналогії відповідають каналу польового транзистора з індукованим каналом. Ці потенційні ями будуть порожніми при відсутності напруги на вхідному затворі.

Для нормальної роботи регістра зсуву необхідно схемою керування відповідно до визначеної операції таких як: зсув записаної інформації на декілька розрядів, видача інформації послідовна чи паралельна та інші операції необхідно подавати керуючі імпульси. При цьому буде відбувається накопичення заряду під затворами на які подаються імпульси керування.

При наявності напруги стік-витік на вхідний затвор, який виконує функцію ключа, подається напруга більше граничної, щоб створився канал між р- областю витоку і першою потенційною ямою, яка створилася під першим затвором. На другий затвор подається напруга менше граничної і під нею відсутня потенційна яма. Під дією напруги між першим затвором і витоком дірки із першої області витоку перетікають по каналу в потенційну яму. При достатній тривалості керуючого імпульсу в потенційній ямі буде накопичуватися заряд.

На другому такті на вхідний затвор подається напруга менше граничної, і заряд під першим затвором не має можливості перетікати до наступної ями (записана логічна одиниця). Для переміщення цього заряду (зсув одиниці вправо на один розряд) на другий затвор необхідно подати напругу більше граничної. Дірки під дією цієї напруги переходять в другу потенційну яму.

Так буде відбуватися, поки накопичений заряд не підійде в останню перед стоком потенційну яму, і при наявності напруги на стокові в зовнішньому колі буде проходити струм (вихідний імпульс), який відповідає логічній одиниці.

Для нормальної роботи чітко визначається рівень напруги логічних нуля і одиниці. Прилад з зарядовим зв’язком характеризується нижньою і верхньою граними частотами, які характеризують з якою частотою може працювати прилад, чітко фіксуючи задані рівні нуля і одиниці. Нижня гранична частота визначається часом накопичення заряду в потенційній ямі за рахунок зворотного струму p-n-переходу, приблизно рівна десятки кГц. За цей час може відбутися накопичення заряду в потенційній ямі за рахунок струму зворотно ввімкненого p-n-переходу. Ця частота визначає нижню межу тактової частоти. Верхня гранична частота визначається швидкістю перетікання накопичених носіїв заряду із однієї потенційної ями в іншу при наявності відповідних напруг для створення рівня логічної одиниці, приблизно рівна десятки-сотні мГц.