ПРИБОР С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ Советский патент 1995 года по МПК H01L27/148 

Изобретение относится к полупроводниковым электронным приборам, действующим по принципу зарядовой связи, и может быть использовано в фотоэлектрических преобразователях, линиях задержки, фильтрах, ревербераторах, мультиплексорах и в других устройствах обработки сигналов.

Целью изобретения является обеспечение регулирования коэффициента преобразования величины считываемого сигнала в выходное напряжение.

На фиг. 1 приведена электрическая схема предлагаемого ПЗС, в котором дополнительный электрод присоединен непосредственно к выходному электроду; на фиг. 2 такая же схема, но дополнительный электрод присоединен через МДП-транзистор; на фиг. 3 структурная схема участка ПЗС, содержащего дополнительные элементы.

ПЗС содержит электроды переноса 1-3, барьерный электрод 4, выходной электрод 5, экранирующий электрод 6, затвор стока 7, сток 8, дополнительный электрод 9, диффузионную область 10, объемный канал переноса зарядов 11, диэлектрический слой 12, полупроводниковую подложку 13, дополнительный МДП-транзистор Т_к, выходной транзистор Тв, транзистор сброса Т_с. Вместо электрода 5, расположенного на диэлектрическом слое 12, может быть использован диффузионный электрод, расположенный в подложке 13; в этом случае транзистор сброса Т_с не требуется.

Предлагаемый ПЗС работает следующим образом. Под действием разных напряжений, подаваемых на шины 1-3, несущие информацию заряды последовательно перемещаются под электродами переноса и попадают в потенциальную яму выходного электрода 5. На электроды 4 и 6 подают постоянное напряжение, они экранируют выходной электрод 5 от наводок. Индуцированное зарядом на электроде 5 напряжение передается на затвор выходного транзистора Т_в, работающего в режиме истокового повторителя. Транзистор сброса Т_с отпирается раз в строку или раз в кадр, а затем запирается. При этом выходной электрод получает установленное напряжение с истока транзистора Т_с, а затем остается под плавающим потенциалом. После считывания заряда на затвор 7 подают отпирающее напряжение, считываемый заряд уходит в сток 8, на который подают постоянное напряжение.

Выходное напряжение U_в Q/C, где Q считываемый заряд; C результирующая емкость, создаваемая выходным электродом 5 и присоединенными к нему структурными элементами. В ПЗС, в котором выходной электрод диффузный, C C_в + C_ш + C_з + +C_д, где C_в емкость выходного электрода 5; C_ш емкость соединительной шинки; C_з емкость затвора выходного транзистора; Cд дополнительная емкость, образованная электродом 9 и диффузионной областью 10. В ПЗС, в котором выходной электрод 5 расположен на диэлектрическом слое, значение C представляется той нагрузочной емкостью, которая присоединена к выходному электроду 5, т.е. в этом случае C ≈ C_ш + C_з+ + C_д.

Коэффициент преобразования величины заряда в соответствующее напряжение k 1/C; значит, изменяя C_д, можно регулировать величину k. Емкость C зависит от разности напряжений между электродом 9 и диффузионной областью 10. При постоянстве установочного напряжения на выходном электроде 5 регулировать C_д можно напряжением на диффузионной области 10. Диффузионная область 10 может быть изготовлена в едином технологическом процессе с объемным каналом 11, который создают под электродами в полупроводниковой подложке 13 для улучшения переноса зарядов. При этом глубина и концентрация легирующей примеси в диффузионной области 10 и в объемном канале 11 идентичны.

Максимальное значение C_д достигается при обогащении диффузионной области 10 основными для нее носителями тока. Это происходит при подаче на диффузионную область 10 того же напряжения, которое имеет подложка 13. В этом состоянии емкость C_д определяет диэлектрический слой 12.

Минимальное значение C_д достигается при полном обеднении диффузионной области 10 от основных для нее носителей тока. Это происходит при подаче на диффузионную область 10 достаточно высокого напряжения в запорном направлении для p-n-перехода. В этом состоянии емкость C_д определяет не только диэлектрический слой 12, но и диффузионная область 10, проявляющая себя в этом состоянии как диэлектрик.

В промежуточных состояниях емкость C_д имеет промежуточное значение, определяемое напряжением, подаваемым на диффузионный слой 10. Для того чтобы переход между этими состояниями происходил на всем дополнительном электроде 9, он должен располагаться внутри контура диффузионной области 10.

При помощи ключевого транзистора Т_к можно подключать и отключать дополнительную емкость C_д, что увеличивает диапазон изменения полной емкости C. Численная оценка показывает, что в предложенном ПЗС коэффициент преобразования k 1/C можно изменять в 2 3 раза, если транзистор Т_к отсутствует, и в 2 4 раза при наличии транзистора T_к. Таким образом, изобретение дает возможность адаптировать ПЗС к уровню считываемого заряда, что расширяет функциональные возможности ПЗС.

Использование: в фотоэлектрических преобразователях, линиях задержки, фильтрах, ревербераторах, мультиплексорах и других устройствах, действующих по принципу зарядовой связи. Сущность изобретения: плавное регулирование коэффициента преобразования считываемых зарядов в выходное напряжение. Прибор содержит полупроводниковую подложку с объемным каналом переноса зарядов, слой диэлектрика и выходной электрод. К выходному электроду присоединен непосредственно или через ключевой транзистор дополнительный электрод, расположенный на том же слое диэлектрика. В полупроводниковую подложку под дополнительным электродом введена имеющая отдельный вывод диффузионная область с противоположным подложке типом проводимости при толщине и концентрации легирующей примеси, что и в объемном канале переноса зарядов, при этом дополнительный электрод расположен внутри контура диффузионной области. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ПРИБОР С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ, содержащий полупроводниковую подложку с объемным каналом переноса, слой диэлектрика и последовательно расположенные на нем электроды переноса, барьерный и выходной электроды, а также транзисторы выходной и сброса и область стока, причем между выходным электродом и стоком расположен затворный электрод, отличающийся тем, что, с целью обеспечения регулирования коэффициента преобразования величины считываемого сигнала в выходное напряжение, на диэлектрике сформирован дополнительный электрод, соединенный с выходным электродом, при этом в подложку под дополнительным электродом введена диффузионная область, глубина и концентрация носителей в которой идентичны глубине и концентрации носителей в канале переноса заряда, а диффузионная область охватывает по периметру дополнительный электрод. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что дополнительный электрод соединен с выходным электродом через дополнительно введенный ключевой транзистор, сток которого соединен с выходным электродом, исток с дополнительным электродом, а затвор имеет отдельный вывод.