Прибор с зарядовой связью Советский патент 1983 года по МПК H01L31/04 H01L27/10 

Изобретение относится к. полупро водниковой технике, в частности к приборам с зарядовой связью (ПЗС) и предназначено для приема и форми рования изображения, в особенности цветного,а также анализа спектра и точника. Изйестны устройства для приема формирования изображения, в которы для формирования изображения приме няются ПЗС. Известны также ПЗС для приема и формирования изображения, содерж щие фоточувствительную полупроводниковую пластину с нанесенными на нее слоем диэлектрика и электродам переноса заряда. В процессе экспонирования на электроды подается постоянное напряжение, а сигнальный заряд неосновных носителей скапливается на границе раздела полупроводник - диэлектрик.Сигнальный поток света падает в светочувствительную полупроводниковую пластину через полупрозрачные электроды и слой диэлектрика. Из-за разной глубины поглощения света с различной длиной волны длинноволйовая гра ница области фоточувствительности такого ПЗС слабо зависит от напряже ния на электродах. Для отрезания об ласти спектра, не подлежащей регист рации, перед описываемым устройством необходимо помещать светофильтр Целью изобретения является обеспечивание возможности электронного регулирования коротковолновой грани цы фоточувствительности. Цель достигается тем, что в приборе с зарядовой связью для приема .и, формирования изображения, содержа щем фоточувствительную полупроводниковую пластину с нанесенным на не слоем диэлектрика и электродами переноса заряда, фоточувствительная полупроводниковая пластина выполнена из варизонного материала, ширина запрещенной зоны которого уменьшается в направлении к диэлектрическому слою, с градиентом uEtf удовлетворяющим условию: КТ/дХо Р (.,) где к - постоянная Больцмана; Т - абсолютная .температура прибора/ L - диффузионная длина неосновных носителей в однородном материале; - -толщина слоя, в котором на 70% поглощается свет в варизонной структуре с градиентом ширины запректщеннёй зоны, равным -г- ) при падении света с широкозонной стороны |3 - безразмерный коэффициент, характеризующий форму.края спектра фундаментального поглощения в материале фоточувствительной полупроводниковой пластины/ W - максимальная толщина области пространственного заряда. Выполнение фоточувствительной пластины из варизонного материала с градиентом, удовлетворяющемувышенаписанному условию, позволяет регулировать коротковолнов5то границу фоточувствительности ПЗС с помощью изменения напряжения на электродах, причем величина изменения этой границы такова , что ПЗС может разрешать не менее двух спектральных составляющих в пределах области фоточувствительности. На фиг.1 представлено предложенное устройство} на фиг.2 - зонная диаграмма полупроводниковой пластины и расположение областей пространственного заряда (ОПЗ) и нейтральной области (но), на фиг. 3 - спектральные характеристики предлагаемого ПЗС при различных напряжениях на электродах, а на фиг.4 - спектральные характеристики разностных сигналов. Прибор с зарядовой связью для приема и формирования изображения содержит фоточувствительную полупроводниковую пластину 1 из варизонного материала, ширина запрещенной зоны которого уменьшается в направении к слою диэлектрика 2, нанесенного, на полупроводниковую пластину 1. На диэлектрике расположены электроды 3 переноса. Спектральная область фо1;очувтвительности ЫеСЕмин.Емо,мУ ) Ь94 E.lW4 Ue ), - ширина запрещенной зоны на границе со слоем диэлектрика 2; - E()- ширина запрещенной зоны .на расстоянии WtLeif от грани-цы со слоем диэлектрика 2/ W - толщина ОЦЗ/ - эффективная толщина гесметрической границы фоточувствительной области. , Эта последняя также зависит от , физических характеристик варйзонного материала фоточувствительной полупроводниковой пластины 1: 1.(4,) -диффузионная длина в одно родном полупроводнико- г вом материале; -подвижность неосновных но сителей i -заряд электрона/ Л%- толщина слоя, в котором свет, падающий с широкозонной стороны фоточувст витальной полупроводниковой пластины 1, поглощает ся на 70%. -/ и - безразмерный коэффициент характеризующий форму края спектра фундаментал ного поглощения в варизо ном материале. Учитываются три механизма размы |тия геометрической границы области фоточувствительности: диффузия сиг нальных носителей, их дрейф во встроенном поле и нелокальный характер поглощения света с определенной энергией кванта. .Спектральное разрешение предложенного ПЗС (п.6 энергии кванта) равно bE-Letf-jEg. Максимальное число paspemaeNWX по Релею спектральных компонент равно .д.МдуьсЕллин 5Wleif Е ии При фиксированном значении yj чис ло М достигает максимума при значении градиента ширины запрещенной .,4H4v-Tl) : Для обеспечения числа.различаемы спектральных компонент, превышающего 2, М г 2, необходимо, чтобы гра диент ширины запрещаемой зоны удов летворял условию: kT(uXo((. KTlWi, W2 ) TliTl На фоточувствительную полупроводниковую пластину 1 со стороны, противоположной электродам 3, направляют световой сигнальный поток, на электроды подают обедняющий потенциал, от величины которого зависит размер области пространственного заряда (ОПЗ): W W(U), Для приема и формирования сигналов цветного изображения сигналы изображения снимают при нескольких значениях напряжения на электродах и далее путем вычитания сигналов при соседних значениях напряжения на электродах получают электрический сигнал, пропорциональный интенсивности соответствующей составляющей светового сигнала. Для исследования спектра источника измеряют разностный сигнал в зависимости от U,/значение iU подбирают таким образом, чтобы обеспечить заданное значение ДЕ - передача разрешения- во всей измеряемой области спектра. При применении предложенного ПЗС для порогового приема сигнала оптимизация спек тральной области фоточувствительности ПЗС производится путем изменения напряжения на электродах 3 вплоть до достижения максимума отношения сигнал/шум 1 При использовании фоточувствительной полупроводниковой- пластины из Pb.ij р-типа с концентрацией акцепторов Йдео 0 можно получить изменение ширины запрещенной зоны изменением состава соединения: вблизи диэлектрического слоя у 0,32,Е«им Eg (О)3,04 эВ, на расстоянии 50 мкм от него у О, Е. Е дддщ. 0,2 эВ. При изменении напряжения на электроде от 3 до 35 В коротковолновая граница области фоточувствительности изменяется от Л мин 17,6 мкм до Я лин 6,5 мкм, при этом во всех случаях А менее 32 мкм. Число разрешаемых по Релею спектральных составляющих в диапазоне (32-6,5 мкм) равно М 5. Таким образом, такой подбор, может служить эффективным средством различения сигналов сложного сдектрального состава и формирования высококачественного многоспектрального изображения.

ПРИБОР С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ для приема и формирования иэобр.ажения, содержащий фоточувствительную полупроводниковую пластину с нане- сенными на нее слоем диэлектрика и электродами переноса Наряда, о т л .и ч а ю ГЦ и. и с я тем, что, с целью обеспечения возможности электронного регулирования коротковолновой границы фоточувствительности, фоточувствительная полупроводниковая пластина выполнена из варизонного материала, ширина эапреценной зоны которого уменьшается в направлений к диэлектрическому слою с градиентом v Eg удовлетворяющим, условию: KTUXo P| N Л цШ « лт) lu ) /2 где К - постоянная Вольцмана-, Т - абсолютная температура прибора L - диффузионная длина неосновных носителей в однородном материале; Хр - толщина слоя, в котором .на 70% поглощается свет в варизонном материале с градиентсм ширины запрещенной -зоны, равным КТ/ь при падении света с широкозрнной стороны/ S - б.езразмерный коэффициент, характеризующий форму (Л спектра фундаментального поглощения в материале фоточувствительной полупроводниковой пластины; максимальная толщина области пространственного за ряда.