Фоточувствительный прибор с зарядовой связью Советский патент 1993 года по МПК H01L27/148 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, а именно к устройствам для преобразования оптических изображений в электрические сигналы. Оно может быть использовано в телевизионной технике в системах обнаружения, передачи и анализа изображений.

Цель изобретения - повышение точности фотоэлектрического преобразования путем ограничения притока зарядов с периферии схемы.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема предлагаемого прибора. В качестве примера взят двухрегистровый линейный фоточувствительный прибор с зарядовой связью. Это может быть и любой другой линейный или матричный прибор с зарядовой связью. Прибор содержит ряд фоточувствительных элементов 1, секцию 2 переноса зарядов с четных фоточувствительных элементов 8, секцию 3 переноса зарядов с нечетных фоточувствительных элементов, считывающие регистры 4, входные устройства 5 считывающих регистров, выходное устройство 6 считывающих регистров, охранную зону 7, стопорную диффузионную шину 8. На фиг. 1 положение охранной зоны 7 показано для примера. Подобные зоны могут быть размещены на любых местах прибора с зарядовой связ.ью, свободных от его функциональных элементов. Стопорная диффузионная шина 8 (пунктир) показана частично. Такие шины помещают во всех местах, где нужно устранить паразитные зарядовые связи, в частности ими ограждают с внешней стороны указанные функциональные секции прибора с 1 по 6.

Структурная схема охранной зоны 7 показаны на фиг. 2, где стопорная диффузионная шина 8, полупроводниковая подложка 9, слой диэлектрика 10, диффузионная область 11, противоположная подложке 9 по типу проводимости и образующая р-п-пере- ход, шинка 12, закорачивающая р-п-пере- ход на подложку 9. Световое изображение

(Л

С

00

о

СП

ел

СА)

проецируют на ряд фоточувствительных элементов 1 например фотодиодов. Излучение, проникающее в фотодиоды 1, генерирует электронно-дырочные пары, которые разделяются на переходе фотодиодов. Неосновные носители заряда, например дырки, уходят из фотодиодов 1 в потенциальные ямы секций переноса зарядов 2 и 3. После завершения процесса накопления заряда считывают, для чего их переводят в считывающие регистра 4. Затем эти заряды последовательно сдвигают вдоль регистров 4 до их выходного устройства 6, вырабатывающего импульсы выходного напряжения соответственно величине поступающих зарядов. Выходные устройства 5 служат для ввода фоновых зарядов, повышающих эффективность переноса информационных зарядов по регистрам 4.

Участок 7 или любой подобный положенный в другом месте, функционирует как фотодиод в режиме короткого замыкания. Электронно-дырочные пары, генерируемые в полупроводниковой подложке 9 на участке 7 и в диффузионной области 11, определяющей участок 7, разделяются на p-n-переходе и создают ЭДС между полупроводниковой подложкой 9 и диффузионной областью 11. Ток этой ЭДС замыкается шинкой 12, выполненной, например, из алюминия. Дырки и электроны комбинируют на контактной площадке шинки 12 с полупроводниковой подложкой 9 или с диффузионной областью 11. Тем самым участок 7, захватывая электронно-дырочные пары, ограждает функциональные элементы прибора с зарядовой связью от поступления к ним таких электронно-дырочных пар, которые генерируются за пределами функциональных элементов. Тем самым повышается точность фотоэлектрического преобразования, осуществляемого прибором с зарядовой связью.

Так как охранная зона должна перехватывать возможно больший поток паразитив- ных зарядов, то ее следует помещать вплотную к той стопорной шине, которая ограждает прибор с зарядовой связью с внешней стороны: Это не будет нарушать работу прибора, так как стопорная шина создает надежный потенциальный барьер для перехода зарядов между функциональными элементами прибора и р-п-переходом охранной зоны.

В противоположную от стопорной шины сторону охранная зона может, в принципе, простираться до тех пор, пока она не будет ограничена другими конструктивны- ми элементами. Минимальная ширина охранной зоны должна соответствовать диффузионной длине L электронно-дырочных пар, так как неравновесная концентрация этих пар убывает с расстоянием х от

источника их генерации в подложке по закону exp (-X/L). Для кремния, применяемого для изготовления фоточувствительных приборов с зарядовой связью L 30 мкм.

Место закоротки должно быть внутри

контура p-n-перехода, в районе геометрического центра охранной зоны. При этом, во- первых, схема получается компактной, а во-вторых ее инерционность становится минимальной, так как минимальной становится траектория захваченного диффузионной областью 11 заряда до места контакта с закорачивающей шинкой 12. Шинка 12 кроме закорачивания p-n-перехода экранирует полупроводниковую подложку от проникновения в нее света, поэтому расширение ее поверх слоя 10 диэлектрика улучшает функционирование прибора. Размер шинки 12 при этом ограничивается только возможностью закоротки с другими шинками прибора.

Форма охранной зоны, т.е. р-п-перехо- да с закорачивающей шинки может быть, в принципе,любой. Предложенные структуры могут быть помещены в любом свободном

месте интегральной схемы устройства, так как к ним не требуется подводки, например, так, как показано на фиг. 1, т. е. в окружении функциональных элементов.

Формула изобретения

Фоточувствительный прибор с зарядовой связью, выполненный на полупроводниковой подложке и изолированный стопорной шиной, отличающийся тем, что, с целью повышения точности фотоэлектрического преобразования путем ограничения притока зарядов с периферии схемы, на участках, свободных от функциональных элементов схемы, создают охранные зоны в виде закороченных p-n-переходов, которые

примыкают к стопорной диффузионной шине, причем линейные размеры охранной зоны выполнены не меньшими диффузионной длины носителей заряда в полупроводниковой подложке, а место закоротки выполнено

внутри контура р-п-перехода.

/

и

Использование: фоточувствительный прибор с зарядовой связью может быть использован в устройствах для передачи,анализа и обработки изображений. Сущность изобретения: фоточувствительный прибор с зарядовой связью выполнен на полупроводниковой подложке и огражден на ней стопорной диффузионной шиной. На участках, свободных от функциональных элементов схемы, создают охранные зоны в виде закороченных p-n-переходов, которые примыкают к стопорной диффузионной шине, причем размеры охранной зоны должны быть не менее диффузионной длины для носителей заряда в полупроводниковой подложке, а место закоротки должно быть внутри р-п-перехода. 2 ил.

Фиг. 2