МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СЧИТЫВАНИЯ НА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ Советский патент 1995 года по МПК H01L27/04 

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

Известно многоканальное устройство считывания, представляющее собой коммутатор аналоговых электрических сигналов, содержащее управляющий цифровой регистр сдвига и ключи, выполненные на МДП транзисторах, последовательно подключающих входы на общую считывающую шину.

Считывание информации с многоэлементных фотоприемников с помощью такого коммутатора осуществляется следующим способом. В регистр сдвига вводится и последовательно сдвигается единица. При приходе единицы в соответствующей ячейке регистра сдвига формируется импульс напряжения, подсоединяющий фотоприемник через МДП ключи к общей шине считывания.

Недостатком такого коммутатора, при использовании его для считывания информации с многоэлементных фотоприемников, является большая величина емкости шины считывания, которая определяется суммарной емкостью p-n-переходов стоков всех ключевых МДП транзисторов. При считывании сверхмалых сигналов с фотоприемников, 0,01-1,0 пК, большее значение емкости шины считывания приводит к уменьшению величин информационных сигналов, что ухудшает чувствительность таких фотоприемных устройств и ограничивает разрядность коммутатора аналоговых сигналов и, следовательно, фотоприемного устройства.

Известно также многоканальное устройство считывания на приборах с зарядовой связью (ПЗС), выполненное на полупроводниковой подложке, каждый канал которого содержит входную диффузионную область противоположного подложке типа проводимости, слой диэлектрика и расположенные на нем первый и второй входные затворы и затвор переноса.

Данное устройство является ближайшим к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

Его недостаток заключается в том, что, поскольку информация вводится в ПЗС регистр считывания и последовательно сдвигается в нем к общему выходному устройству, с увеличением числа каналов растут шумы переноса, что ограничивает чувствительность.

Целью технического решения является увеличение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальное устройство считывания на приборах с зарядовой связью, выполненном на полупроводниковой подложке, каждый канал которого содержит входную диффузионную область противоположного подложке типа проводимости, слой диэлектрика и расположенные на нем первый и второй входные затворы и затвор переноса, введены коммутатор, а в каждом канале выходная диффузионная область противоположного подложке типа проводимости, зарядно-связанная с затвором переноса, при этом выходы коммутатора соединены с затворами переноса соответствующих каналов, а выходные диффузионные области электрически объединены.

На чертеже приведена топология многоканального устройства считывания. Устройство содержит входную диффузионную область 1, первый входной затвор 2, второй входной затвор 3, затвор 4 переноса, выходную диффузионную область 5, общую шину 6 считывания, узел 7 считывания, выход 8 регистра сдвига, регистр 9 сдвига, фотоприемник 10, транзистор 11 сброса, транзистор 12 считывания, сопротивление 13 нагрузки. Устройство выполнено на полупроводниковой подложке.

Многоканальное устройство считывания на приборах с зарядовой связью работает следующим образом.

При подаче на первый и второй входные затворы, общую шину считывания, через транзистор 11 сброса, обедняющих напряжений: И₂, И₃ и И₁₂ соответственно, причем И₃, И₁₂ И₂, на входной диффузионной области 1, и связанном с ней фотоприемнике, устанавливается напряжение И_ф, определяемое поверхностным потенциалом под первым входным затвором 2. Часть тока, текущего через фотоприемник 10, инжектируется в потенциальную яму, созданную под вторым входным затвором 2. Часть тока, текущего через фотоприемник 10, инжектируется в потенциальную яму, созданную под вторым входным затвором 3. В цифровой регистр сдвига вводится единица. При приходе единицы в соответствующую ячейку формируется отпирающий импульс напряжения на затворе 4 переноса. Информационный заряд из-под второго входного затвора передается в выходную диффузионную область 5. Так как выходная диффузионная область 5 электрически связана с общей шиной считывания, это изменяет потенциал шины 6, информация снимается с выхода узла считывания. После считывания информации потенциал на общей шине считывания восстанавливается и далее следует цикл считывания со следующего канала. Таким образом с общей шины считывания последовательно считывается информация со всех каналов многоканального устройства считывания.

Данное многоканальное устройство считывания на приборах с зарядовой связью обеспечивает непосредственную передачу информационного сигнала на общую шину считывания и таким образом удается уменьшить шумы переноса ПЗС регистра считывания, которые в значительной мере определяют его чувствительность. Емкость общей шины считывания не включает емкости ключевых МДП транзисторов и может быть сделана 0,1-0,15 пФ и менее на канал. Для 32 канального устройства суммарная емкость общей шины считывания будет не более 4-5 пФ, то есть в 5-10 раз меньше, чем для случая коммутатора аналоговых электрических сигналов. Это обеспечивает соответствующее повышение чувствительности предлагаемого многоканального устройства считывания. При передаче информационного сигнала из-под второго входного затвора шумовое напряжение на затворе переноса слабо влияет на шум переноса. Это позволит увеличить также число каналов.

Кроме того, в данном изобретении отпадает необходимость в многофазных генераторах, необходимых для нормального функционирования ПЗС. Это позволяет существенно упростить систему обработки по сравнению с ПЗС мультиплексором.

МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СЧИТЫВАНИЯ НА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ, выполненное на полупроводниковой подложке, каждый канал которого содержит входную диффузионную область противоположного подложке типа проводимости, слой диэлектрика и расположенные на нем первый и второй входные затворы и затвор переноса, отличающееся тем, что, с целью увеличения чувствительности, в него введены коммутатор, а в каждом канале выходная диффузионная область противоположного подложке типа проводимости, зарядно-связанная с затвором переноса, при этом выходы коммутатора соединены с затворами переноса соответствующих каналов, а выходные диффузионные области электрически объединены.