ЭЛЕКТРОДНАЯ СТРУКТУРА ПРИЕМНИКА ИЗОБРАЖЕНИЯ Советский патент 1994 года по МПК H01L27/148 

Изобретение относится к устройствам преобразования изображения в видеосигнал, в частности к электродным структурам приемников изображения на приборах с зарядовой связью (ПЗС).

Известны электродные структуры матричных приемников изображения на ПЗС с секцией запоминания. Электроды в этих структурах выполнены из нескольких проводящих слоев, изолированных друг от друга, и служат как для накопления, так и для переноса заряда. Электроды в определенном периодическом порядке присоединены к тактовым шинам.

Основным недостатком указанных электродных структур является возможность их применения лишь в схемах приемников с секцией запоминания, которая требует дополнительной площади на кристалле и удвоения числа элементов.

Наиболее близким техническим решением является электродная структура приемника изображения на приборах с зарядовой связью с межстрочным переносом, выполненная на основе нескольких проводящих слоев, изолированных друг от друга, содержащая электроды накопления столбцов чувствительных элементов, расположенные между ними электроды переноса регистров сдвига, присоединенные к тактовым шинам, и разделительные затворы, объединенные затворными шинами.

Недостатками известной электродной структуры приемника с межстрочным переносом являются низкая плотность упаковки и вызывающая ее усложненность строения ячейки. Действительно, в каждой ячейке электродной структуры имеется часть электрода накопления, часть затвора, отделяющего электрод накопления от регистра сдвига, и в случае трехтактового питания, например, три электрода переноса, итого 5 элементов, не считая тактовых шин. При заданных минимальных размерах элемента, например 4 мкм, и неточности совмещения, например 2 мкм, определяемых возможностями технологии изготовления, размер ячейки не может быть сделан меньше некоторого, с учетом шин в нашем случае 45-50 мкм. Отсюда максимальная обеспечиваемая данной конструкцией прибора плотность упаковки около 4^.10⁴ см^-2.

Целью изобретения является увеличение плотности упаковки.

Цель достигается тем, что в электродной структуре изображения на приборах с зарядовой связью с межстрочным переносом, выполненной на основе нескольких проводящих слоев, изолированных друг от друга, содержащей электроды накопления столбцов чувствительных элементов, расположенные между ними электроды переноса регистров сдвига, присоединенные к тактовым шинам, и разделительные затворы, объединенные затворными шинами, электроды накопления выполнены общими для каждой пары смежных столбцов из одного слоя и соединены между собой через один, затворные шины и разделительные затворы нечетных электродов накопления и электроды переноса и тактовые шины одного такта выполнены из второго слоя, а четных и другого такта - из третьего, при этом затворные и тактовые шины расположены над электродами накопления.

На фиг. 1 схематично показана электродная структура; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.

Электродная структура содержит электроды накопления. Нечетные электроды 1₁ накопления соединены с шиной Ф₁, а четные 1₂ - с шиной Ф₂, каждый из которых расположен над двумя смежными столбцами чувствительных элементов 2, разделенных с помощью бокового ограничения (элементы) 3. Электроды 1 выполнены из первого проводящего слоя, например из поликристаллического кремния толщиной 0,2-0,7 мкм с поверхностным сопротивлением 10-50 Ом/□ . Боковое ограничение 3 может быть стоп-диффузией, т. е. участками поверхности дополнительно легированными основной примесью. Затворы 4₁, примыкающие к электродам 1₁, вместе с соединяющими их шинами G₁ выполнены из второго проводящего слоя, который также может быть поликристаллическим кремнием с такими же параметрами, как и первый слой, а диэлектрик, разделяющий эти слои, может быть окислом кремния толщиной 0,15-0,4 мкм. Шины G₁ расположены над затворами 4₁. Из второго же проводящего слоя выполнены электроды 5 переноса одного из тактов, например второго, вместе с соединяющими их шинами ϕ₂, причем шины ϕ₂ расположены над затворами 4₄. Затворы 4₂, примыкающие к электродам 1₂ вместе с соединяющими их шинами G₂, а также электроды 6 переноса другого такта, например первого, вместе с их шинами ϕ₁выполнены из третьего проводящего слоя с параметрами, что и у первых двух. Шины G₂ расположены над электродами 1₂, а шины ϕ₁ - над электродами 1₁. В случае использования трехтактового питания оставшиеся электроды 7 переноса третьего такта присоединены к соответствующей шине G₃ тем или иным путем, например, с помощью шин из четвертого проводящего слоя, например из металла, необходимого также для формирования контактов к p-n-переходам и развариваемых выводов.

Работает электродная структура следующим образом. На шины ϕ₁, ϕ₂ и ϕ₃ все время подаются импульсы трехтактового питания, обеспечивающие сдвиг в вертикальном направлении зарядовых сигнальных пакетов, находящихся под электродами 5, 6 или 7 и составляющих в совокупности видеосигнал от одного из полукадров, допустим в определенный момент полукадра Б. При этом на электроды накопления 1₁ и 1₂ через шины Ф₁ и Ф₂ подано напряжение, обеспечивающее накопление зарядовых пакетов следующих двух полукадров. Когда зарядовый сигнал от полукадра Б считывается, т. е. все электроды переноса 5, 6 и 7 освобождаются от подвижного заряда под ними, завершается накопление фотогенерированного заряда под электродами 1₁. Тогда и затворам 4₁ через шины прикладывается импульс напряжения, разрешающего перенос заряда из-под электродов 1₁ под электроды 7. Затем напряжение на шинах Ф₁, а значит, и на электродах 1₁ уменьшится по абсолютной величине, и накопленный заряд из-под электродов 1₁ перетекает под электроды 7. При этом заряд левого столбца элементов 3 поступает в один регистр сдвига, а правого - в другой, соседний регистр. После считывания полукадра А за счет действия трехтактового питания аналогичным путем происходит перетекание заряда, представляющего полукадр Б в те же регистры сдвига. Только при этом импульс, разрешающий перенос заряда, подается на шины G₂, а напряжение накопления снимается с шин Ф₂.

Таким образом, предложенная электродная структура позволяет обеспечить работу приемника изображения с межстрочным переносом. При этом эффективное число элементов в ячейке электродной структуры сокращается на 40% , размеры ячеек могут быть сделаны при приведенных технологическим ограничениях 30 х 30 мкм, а плотность упаковки повышается до 10⁵ см^-2 или в 2,5 раза. (56) Носов Ю. Р. , Шили В. А. Полупроводниковые приборы с зарядовой связью. М. : Энергия, 1976, с. 118.

Секен К. , Томпсет М. , Приборы с переносом заряда. М. : Мир, с. 178.

ЭЛЕКТРОДНАЯ СТРУКТУРА ПРИЕМНИКА ИЗОБРАЖЕНИЯ на пpибоpах с заpядовой связью с межстpочным пеpеносом, выполненная на основе нескольких пpоводящих слоев, изолиpованных дpуг от дpуга, содеpжащая электpоды накопления столбцов чувствительных элементов, pасположенные между ними электpоды пеpеноса pегистpов сдвига, пpисоединенные к тактовым шинам и pазделительные затвоpы, объединенные затвоpными шипами, отличающаяся тем, что, с целью повышения плотности упаковки, электpоды накопления выполнены общими для каждой паpы смежных столбцов из одного слоя и соединены между собой чеpез один, затвоpные шины и pазделительные затвоpы нечетных электpодов накопления и электpоды пеpеноса и тактовые шины одного такта выполнены из втоpого слоя, а четных и дpугого такта - из тpетьего, пpи этом затвоpные и тактовые шины pасположены над электpодами накопления.