Способ записи информации на приборах с зарядовой связью Советский патент 1989 года по МПК G11C11/40 

Изобретение относится к интегральной микроэлектронике и может быть использовано в системах обработки оптической информации.

Известен способ записи информации на приборах с зарядовой связью, обладающий высокой линейностью и малым уровнем шума, заключающийся в TOMJ что сначала под электрод накоцления вводят с избытком заряд через дополнительный электрод, затем избыточньй заряд вьшодят через этот же электрод, так что величина сигнального заряда, оставшегося под электродом накопления, определяется условием равенства поверхностного потенциала под этими , электродами. Способ реализуется следующим образом. Потенциальная яма под электродом накопления MW, в которой формируется зарядовый пакет, при помощи импульсного смещения входного диода до низкого и обратно до высокого потенциала сначала переполняется, а затем опустошается до уровня, определяемого поверхностным потенциалом под электродом MG. Во время этой

СО операции входной затвор IG в канал, переноса закрыт, а к электроду.

4; приложено опорное напряжение VR. Затем стоковый затвор .DG закрывается, а входной затвор IG открывается. Поскольку при этом электрод MG подключается к более высокому потенциалу Vg. , некоторое количество заряда перетекает из потенциальной ямы под электродом MW в потенциальную яму под первым электродом переноса Р,. Количество перетекшего сигнального заряг да определяется разностью потенциалов Vftff и емкостью электрода MW,

но не зависит от величины порогового напряжения под затвором MG, что особенно важно для многовходовьрс устройств ввода, где разброс пороговых напряжений приводит к появлению геометрического шума.

Этот способ применим только в устройствах с непрямой инжекцией (потенциальный ввод). Это ограничивает применение некоторых типов фотодатчиков, например фотодиодов, фотосопротивлений.

Известны способ записи информации на приборах с зарядовой связью с прямой инжекхщей и устройство для его реализации.

Способ записи информации на: приборах с зарядовой связью основан на воздействии на входной диод и входной затвор сигнала ввода, а на затвор накопления-сигнала хранения.и воздействия на затвор переноса сигнала разрешения записи.

Известно устройство реализации такого способа, содержащее полупроводниковую подложку определенного типа проводимоетти, на которой расположены линейка, входных устройств и регистр считывания на приборах с зарядозой связью. Ячейка входного устрой™ ства содержит входную диффузионную область, входной затвор, затвор накопления и затвор переноса, причем входная диффузионная область через входной затвор, затвор накопления и затвор переноса зарядов связана с регистром сдвига.

Фотодатчик, например фотодиод, подключают к выходной диффузионной области, а его подложку - к источнику напряжения, смещающего его в запорном направлении. Входной затвор G,, затвор накопления подсоединяются к источникам напряжения UQ и UQ сЬответственно, причем UG i Сг При этом часть тока, текущего через фотодатчик, ответвляется через входной затвор G , под затвор накопления G, накапливается там в течение времени и далее, при открывании затвора переноса ф, вводится в ПЗС-регистр считывания.

Недостатком такого способа записи информации является зависимость коэффициента ввода тока ц (который определяется как отношение тока 1 вводимого под затвор накопления, к току ISK текущему через фотодатчик

от времени накопления t, от емкости входного узла фотоприемного устройства и тока Ig. Это приводит к появлению так называемого геометрического шума, связанного с разбросом емкостей входного гзла, к нелинейности в зависимости заряда, накопленного на время ty, под затвором накопления, от тока Ig, что сужает динами.ческий диапазон такого устройства ввода.

Целью изобретения является повышение надежности способа записи за счет линеаризации зависимости величины заряда под затвором накопления от величины сигнального заряда.

Поставленная цель достигается тем, что при записи информации на приборах с зарядовой связью способом основанным на воздействии на входной диод и входной затвор сигнала ввода, а на затвор накопления - сигнала хранения и воздействии на затвор переноса сигнала разрешения записи, одновременно с подачей сигнала хранения на затвор накопления, ни изолирующий затвор подают сигнал вывода заряда в течение времени, соответствующего коэффициенту отношения величины заряда под затвором накопления к величине сигнального заряда, большему 0,9

Способ записи информации поясняется с помощью фиг. 1-3, где на фиг.1 Is - ток, текущий через фотодатчик; Ig - ток, ответвляющийся под затвор накопления, С - емкость входного узла, состоящая из емкости фотодатчика, емкости входной диффузионной области, емкости межсоединений, емкости входного затвора, R - сопротивление утеч1 и входного узла, g - крутиз на канала входного затвора.

Из анализа эквивалентной схемы, приведенной на фиг. 1, и учета, что крутизна канала входного устройства при малых уровнях тока определяется

- т/

выражениемg

где q - заряд КТ S

электрона, К - постоянная Больцмана,

Т г температура, можно получить зависимость коэффициента ввода тока lj от времени, тока I., текущего .через фотодатчик,-емкости входного

узла, которые приведены на фиг.2

для температуры Т 80 К, где где 1 - расчетные кривые при А, С - 6 Ю-ЗА, , 10-9 А, , Как видно из этих кривых, ный период накопления ток I к нулю, начиная с некоторого времени он начинает резко возрастать, прибли жаясь к единице. Величина вводимогосигнального заряда определяется интегрированием выражения Is.At. При этом основная часть Нелинейных искажений определяется начальным периодо накопления до времени t, когда коэф фициент ввода тока 11,.достига ет значе ния, близкого к единице. Если сигнальный заряд, накопленны в начальный период накопления, вьгаод из устройства, причем длительность этого периода tj выбирают из услрвия что «j достигает значения, близкого к единице, например- (0,9-0,999), в ПЗС регистр считывания будет вводиться заряд, пропорциональный тольк величине тока 15, текущего через фо тодатчик, и времени (tH-t). Это позволит ус-транйть геометрический шум, связанный с разбросом емкости входного С, и повысить динамический диапазон устройства ввода с прямой инжекцией. Пример реализации способа записи информации с выводом заряда, накопленного в начальный пери.од накопления, приведен на фиг. 3, где 1 входная диффузионная область, 2 входной затвор, 3 - затвор накоплег ния, 4 - затвор переноса, 5 - изолирующий затвор, 6 - стоковая диффу91ю ная область, tf,, v, 1(3- электродй ПЗС регистра счи1:ыван ш, 7 - фотрДат КВывод заряда, накрпленного в на чальный период накопления, осуществ начад близок вляется следующим образом. На выходной затвор и затвор накопления подаются напряжения Vi и U.j соответственно. На стоковую область 6 подается напряжение смещения Ug, причем выи. и полняется условие U в э - 10 В, пример, и g 15 В, U; 5 В. Фотодиод 7 подсоединяется к входной диффузионной области, а на площадку подается напряжение, смещающее его в запорном направлении. В начальный период накопления до времени tg на изолирующий затвор 5. . подается открьшающий импульс, так что ток, текущий под затвор накопления, вытягивается в стоковую область 6. С окончанием отк1Я шающего импульса начинается накопление заряда под , затвором накопления 3. Далее заряд из-под затвора 3, накопленный за время (), через-затвор 4 переда- . ется в ПЗС регистр считывания. Время tj) выбирается из условия, что коэффициент ввода тока достигает значения, близкого к единице, для всех допустимых значений тока 15 и емкостей входного узла фотоприемного устройства. Это время определяется из расчетных кривых и зависит от интервала изменения тока I и емкости входного узла фотоприемного устройства, температу-, ры работы. Например, если накопление информационного заряда начинается со времени, когда п.г 0,9, а время накопления (tj,-tj) to, это обеспечивает подавление геометрического шума до уровня, меньшего 1%. Приведенные на фиг. 2 зависимости показывают, что если интервал изменения тока ограничен величинами () А, а емкость входного узла не превышает 6 пФ, при Т 80 К, то при , pasHoif 3 МКС, Hj. в худшем случае (кривая 5 фиг. 2) достигае:т значения 0,99. Тем самым линеаризуется зависимость накопленного заряда от протекающего через фотодатчик тока и таким образом в предложенном способе .линейный участок расширяется в 10-100 раз по сравнению с базовым объектом.

trreat

СПОСОБ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ , НА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ, основанный на воздействии на входной ТЕНИЯ i Hg-irsffnit-r..-, « VitvlHtS - - . -..,::;- -Ь4 диод и входной затвор сигнала ввода, а на затвор накопления-сигнал хранения, и воздействии на затвор переносов сигнала разрешения записи, о тличающийся тем, что, с целью повьшения надежности способа записи за счет линеаризации зависимости величины заряда под затвором накопления от величины сигнального заряда, одновременно с подачей сигнала хранения на затвор накопления на изолирующий затвор подают сигнал вывода заряда в течение времени, соответствующего коэффициенту отношения величины заряда под затвором накопления к величине сигнального зг(ряда, большему 0,9.