МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СЧИТЫВАНИЯ НА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ Советский патент 1995 года по МПК H01L29/768 

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

Целью изобретения является повышение чувствительности за счет увеличения точности подавления неинформационных компонент сигналов индивидуально для каждого канала.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 блок предпроцессорной обработки многоканального устройства считывания на приборах с зарядовой связью.

Устройство содержит входную диффузионную область 1, первый входной затвор 2 (подзатворная область), второй входной затвор 3, изолирующий затвор 4, стоковую диффузионную область 5, затвор 6 записи (область 6), затвор 7 накопления, затвор 8 переноса, выходную диффузионную область 9, общую шину 10 считывания, общую шину 11 записи, выход 12 коммутатора, коммутатор 13, блок 14 предпроцессорной обработки, дополнительную диффузионную область 15, дополнительный затвор (электрод) 16, фотоприемник 17, транзистор 18 записи (или ДКВ 18).

Входная диффузионная область 1, первый и второй входные затворы 2 и 3, затвор 6 записи, затвор 7 накопления, затвор 8 переноса, выходная диффузионная область 9 образуют цепочку зарядно связанных элементов. Затвор 6 записи электрически соединен с дополнительной диффузионной областью 15, дополнительный затвор 16 зарядно связан с дополнительной диффузионной областью 15. Транзистор 18 истоком соединен с дополнительным затвором 16, затвором с соответствующим выходом 12 коммутатора 13, а стоком в общей шине записи, затвор переноса 8 электрически соединен с соответствующим выходом 12 коммутатора 13.

Блок предпроцессорной обработки содержит устройство 19 двойной коррелированной выборки, преобразователь аналог-код 20, компаратор 21, логическое устройство 22.

Многоканальное устройство считывания работает следующим образом.

На первый, второй входные затворы, затвор накопления и стоковую диффузионную область подаются постоянные напряжения U₂, U₃, U₇, U₅, причем U₅ > (U₃, U₇) > U₂. Фототок с фотоприемника 17 через диффузионную область 1 и подзатворную область 2 вводится в потенциальную яму под затвором 3 и интегрируется там в течение времени накопления. Затвор 6 записи образует барьер для интегрируемых носителей. Часть накопления заряда, являющаяся сигнальным зарядом, по мере заполнения потенциальной ямы перетекает через затвор 6 в область накопления под затвором 7. Цикл накопления заряда заканчивается сбросом заряда из области 3 в стоковую диффузионную область 5 с подачей открывающего импульса на затвор 4.

Затем наступает цикл считывания и коррекции величины барьеров, т. е. потенциалов затворов 6 записи последовательно во всех ячейках многоканального устройства.

При поступлении с коммутатора отпирающего импульса на затвор 8 переноса и на затвор транзистора 18 выбранного канала происходит последовательно перенос заряда в предварительно заряженную диффузионную область 9, детектирование изменения потенциала по шине 10 считывания и затем коррекция величины потенциального барьера по общей шине 11 записи. Для этого считывающий сигнал с шины 10 поступает на вход ДКВ 18, далее в преобразователь аналог-код 20, с выхода которого сигнал в цифровом виде поступает на компаратор 21. Если сигнал оказывается больше некоторого опорного значения U_оп, логическое устройство 22 не изменяет потенциал U_смо общей шины 11 записи. Этот потенциал выбирается меньше порогового напряжения так, чтобы под затвор 16 не затекал заряд из диффузионной области 15.

Коррекция (повышение) потенциала барьера в этом случае происходит за счет естественной темновой генерации, постепенно разряжающей область 15 и связанный с ней затвор 6 за время между циклами считывания. Если сигнал на выходе компаратора оказывается меньше опорного уровня, это означает, что требуется понизить барьер. Для этого с выхода логического устройства 22 потенциал шины 11 записи изменяется от U_смо до высокого уровня U_см1 и возвращается к уровню U_смо. При этом заряд из дополнительной диффузионной области 15 затекает под затвор 16, захватывается на поверхностные состояния (ПС), а после окончания импульса возвращается в диффузионную область 15. Захваченный на ПС заряд не успевает эмиттироваться с состояний и рекомбинирует с пришедшими из объема полупроводника электронами, поэтому в область 15 возвращается не весь заряд. Таким образом, потенциал диффузионной области 15 и связанного с ней затвора 6 повышается на некоторое дискретное значение. Эта величина определяется площадью электрода 16, плотностью поверхностных состояний и регулируется смещением U_смо, которое задает приток электронов к поверхности.

Таким образом, устройство стремится поддержать на шине считывания потенциал U_оп. Так как коррекция потенциала барьера за один цикл считывания осуществляется на одну небольшую дискрету, очевидно, устройство будет выполнять функцию фильтра, обрезающего постоянную и низкочастотную компоненты фотосигнала.

Устройство, обеспечивающее фильтрацию постоянных и медленно меняющихся во времени компонент фотосигналов индивидуально для каждого канала, имеет следующие преимущества. Из блока обработки сигнала исключается ОЗУ и ЦАП, так как коррекция величины барьера осуществляется не аналоговым, а двоичным сигналом, а информация о неинформационных компонентах сигнала хранится непосредственно на каждом канале устройства на емкости затвора 16 записи и диффузионной области 15. Это позволяет снизить потребляемую мощность, улучшить весогабаритные показатели ФПУ с системой считывания сигнала. В устройстве отсутствует КТС-шум коррекции потенциала записи.

В прототипе погрешность установления потенциала затвора 6 записи появляется в результате зарядки емкости до потенциала шины записи через сопротивление открытого транзистора 18, сопровождающейся КТС-шумом.

В предлагаемом устройстве затвор 6 записи электрически не соединяется с внешним источником и поэтому точность задания напряжения на нем не ограничивается КТС-шумом, а задается потерями заряда, которые могут быть сделаны сколь угодно малыми.

Изобретение относится к области интегральной микроэлектроники и может быть использовано при реализации фотоприемных устройств различных спектральных диапазонов. Цель изобретения повышение чувствительности путем повышения точности подавления неинформационных компонент сигнала. Многоканальное устройство считывания на ПЗС содержит в каждом канале дополнительную диффузионную область противоположного подложке типа проводимости и затвор, причем дополнительная диффузионная область электрически соединена с затвором записи, а дополнительный затвор зарядно связан с дополнительной диффузионной областью и электрически со стоком МДП-транзистора. 2 ил.

МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СЧИТЫВАНИЯ НА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ, выполненное на полупроводниковой подложке и содержащее многовыходной коммутатор, общую шину считывания, шину записи и блок предпроцессорной обработки с сигнальным входом и компенсирующим выходом, в каждом канале цепочку зарядно связанных элементов, состоящую из входной диффузионной области противоположного подложке типа проводимости, первого, второго затворов, затвора записи, затвора накопления, затвора переноса, расположенных на слое диэлектрика, изолирующего затвора и стоковой диффузионной области, МДП-транзистора, причем затвор переноса электрически соединен с соответствующим выходом коммутатора, стоковая диффузионная область через изолирующий затвор зарядно связана с вторым входом затвора, исток МДП-транзистора электрически соединен с шиной записи, а затвор с соответствующим выходом коммутатора, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введены дополнительно диффузионная область противоположного подложке типа проводимости и затвор, причем дополнительная диффузионная область электрически соединена с затвором записи, а дополнительный затвор имеет зарядовую связь с дополнительной диффузионной областью и гальваническую со стоком МДП-транзистора.