Реферат: Принципы построения и действия ПЗС - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Принципы построения и действия ПЗС

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 78 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Кафедра ЭТТ РЕФЕРАТ На тему: «Принципы построения и действия ПЗС» МИНСК, 2008 Приборы с зарядовой связью (ПЗС), как и транзисторы, облада ют свойством универсальности, позволяющим использовать их в самых разн ообразных устройствах. Они применяются в цифровых ЗУ большой информаци онной емкости. В оптоэлектронных приемниках изображений на основе ПЗС с оздают формирователи видеосигналов. В радиотехнических системах обраб отки информации ПЗС использую т при разработке линий за держки , фи льтров различных типов, устройств спектрального анализа и обработки ра диолокационных сигналов. В данном случ ае рассматривается устройство, принцип действия и параметры элементов ПЗС, а также разновидности их конструкций. Устройство, принцип действия. Основными элементами ПЗС являются однотипные МДП – конденсаторы, сформированн ые на общей монокристаллической полупроводниковой подложке 1 p – типа (рис.1).Расположенные на слое диэлектрика 2 полоски затворов 3 образуют регулярную линейную си стему или плоскую матрицу. Для большинства приборов подложку изготавливают из высокоомного кремния, диэлектриком служит диоксид к ремния. Затворы с помощью алюм иниевых или поликремниевых пленочных проводников присоединяют к управ ляющим шинам, на которые относ ительно заземленного электрода подложки подают импульсные управляющи е напряжения. В рассматриваемо м приборе три управляющих шины Ф1,Ф2,Ф3, поэтому он называется трехтактным. Для приборов с подложкой p -типа управляющие напряжения как правило имеют поло жительную полярность,а с подложкой n -типа – отрицательную. При подаче напряжения высоког о уровня, например,на шину Ф1 в приповерхностных областях пол упроводниковой подложки под затворами, соединенны ми с этой шиной (первым, четвертым и т.д.),возникают потенциальные ямы для электронов. Электрический сигнал в ПЗС п редставлен не током или напряжением, как в микросхемах транзисторах на транзисто рах, а зарядом – зарядовым пак етом. Принцип действия ПЗС основан н а накоплении и хранении зарядовых пакетов в потенциальных ямах под затв орами и на зарядовых пакетов в потенциальных ямах под затворами и на пер емещении зарядовых пакетов ме жду соседними элементами при изменении управляющих напряжений – такт овых импульсов. Взаимодействие соседних элементов осуществляется с помощью переноса зарядо вых пакетов в полупроводниковой подложке в направ лении, показанном стрелкой на рис.1,а. Это взаимодействие называют зарядовой связью, что отражено в названии прибора. Д ля того чтобы между соседними элементами обеспечивалась эффективная з арядовая связь, расстояния меж ду затворами должны быть достаточно малыми по сравнению с толщиной обед ненных слоев под затворами. Благодаря непосредственной зарядовой связи между соседними элементами в ПЗС не нужны сигнальные про водники, необходимые в интегральных микросхемах со держащих транзисторы. На повер хности большей части кристалла распологаются только управляющие шины, а сигнальнальные проводники используются лишь на входах и выходах ПЗС. У поверхности подложки сформи рованы области 4 p +- типа, границы которых на рис.1,а пока заны штриховыми линиями. Области p +-типа ограничивают часть подложки, расположенную под затвором, в которой перемещаются з арядовые пакеты. Поэтому ее называют каналом переноса. Рассмотрим физические процес сы в МДП – структуре, подробно описанные в [3],применительно к ПЗС, которые в отличие от МДП транзисторов работают только в импул ьсном режиме. Пусть при t =0 напряжение на затворе измен яется скачком от U з =0 до U з > U пор, где U пор- пороговое напряжение. В полупр оводнике под затвором образуется потенциальная яма для электронов и в т ечение очень короткого отрезка времени (порядка времени диэлектрическ ой релаксации) формируется слой с высоким удельным сопротивлением, в кот ором под действием поля удалены основные носители – дырки , а электроны еще не успели накопиться. Глубина потенциальной ямы максимальна на гран ице полупроводника с диэлектриком , здесь начинает накапливаться заряд овый пакет электронов Qn . Он появляется вследствие контролируемого переноса зарядов из соседней МДП-структу ры и неконтролируемых процессов : тепловой генерации электронов в обедненном слое и ли на поверхности полупроводника, диффузии электронов из подложки. Распределения поверхностног о потенциала в МДП-структуры и неконтролируемых процессов : тепловой ген ерации электронов в обедненном слое или на поверхности полупроводника, диффузии электронов из подложки. Распределение поверхностного по тенциала в МДП-структуре в направлении, перпендикулярном затвору, для ра зличных моментов времени приведены на рис.2.Координата x отсчитывается от границы полу проводник (П) – диэлектрик (Д). Штриховой линией показана граница диэлект рик – металл (М). По мере накопления зарядового пакета за счет тепловой ге нерации носителей заряда толщина обедненного слоя L об и поверхностный потенциал по лупроводника фпов уменьшаются, а разность потенциалов на диэлектрике у величивается. В установившемся режиме ( t ) поверхностный потенциал уменьшается до значения фпор=2фт ln ( Na / ni ), где Na – концентрация акцепторов в подложке; ni – концентрация собственных но сителей. При этом у поверхности образуется инверсный слой n -типа, максимальный заряд электр онов в котором Qn макс = C д( U з- U пор), Где C д= S з E 0 E д/ d – емкость диэлектрика; S з – площадь затвора. Для работы ПЗС существенна зависимость поверхностного потенциала от в еличины зарядового пакета при заданном напряжении затвора (рис. 3). Эта зав исимость приблизительно линейная: фпов= - Qn / C д. При постоянном значении Qn поверхностный потенциал возрастает при увеличении напряжен ии затвора также приблизительно по линейному закону. Приведенные зависимости позволяют наглядно проиллюстрировать работу ПЗС с помощью гидродинамической модели (рис.4, а-в). В этой модели потенциал ьная яма отождествляется с сосудом, зарядовый пакет Qn - с жидкостью, заполняющей этот с осуд, поверхностный потенциал, т.е. глубина потенциальной ямы,- с расстоян ием h от поверхности жи дкости, заполняющий этот сосуд, др верхнего края сосуда . В такой модели ме жду объемом жидкости в сосуде и глубиной h ( Qn ) его незаполненной части существует линейная зависимость вида, а глубин а пустого сосуда h (0) уве личивается пропорционально напряжению затвора. Эта модель используетс я для пояснения процесса переноса зарядного пакета. Рассмотрим процесс переноса з арядного процесса в ПЗС с трехактной схемой управления. Временные диагр аммы управляющих импульсов для этого случая приведены на рис.5. Пусть в мо мент времени t 1 на затво рах, присоединенных к ширине Ф2 , напряжение высокого уровня U ’ 3> U пор и под вторым и пятым затворами накоплены зарядо вые пакеты Qn 2 и Qn 5 (рис.6), а на затворах, присоеди ненных к шинам Ф1 и Ф3 – напряжение низкого уровня и под соответствующими затворами нет потенциальных ям и зарядовых пакетов. В момент времени t 2 на затворы,соединенн ые с шиной Ф3 поступает напряжение высокого уровня и под ними практическ и мгновенно формируются пустые потенциальные ямы. На затворах шины Ф1 со храняется напряжение низкого уровня. Для нормальной работы ПЗС расстояние между соседними затворами должно быть достаточно малым, чтобы потенциальные ямы соседних элементов, на за творы которых подано напряжение U ’ 3, сливались в единую потенциальную яму без барьера посер едине,. для момента времени t 3 > t > t 2. Рис .4 Перенос зарядочных пакетов ст ановится возможным благодаря краевому эффекту. Он состоит в том, что раз меры потенциальной ямы в плоскости пластины ( в направлении переноса зар ядных пакетов) превышают размеры затвора, т.е. потенциальная яма образуе тся не только под затвором, но и некотором расстоянии от его краев. Размер ы областей за границами затвора, в которых формируется потенциальная ям а, увеличиваются с ростом напряжения на затворе. Только при достаточно б ольших напряжениях на соседних затворах и малых расстояниях между ними потенциальные ямы под соседними затворами перекрываются, образуя един ую потенциальную яму. Поскольку при t = t 2 ( см. рис.6) в третьем элементе электронов нет, а во втор ом накоплен зарядовый пакет Qn 2, то согласно зависимостям, показанным на рис.3., при одинаковых напряжениях на затворах U 32 = U 33 = U ’ 3 поверхностный потенциал под затвором 3 будет значительно выше, чем под затвором 2. В результате вли яния зарядового пакета Qn 2 при одинаковых напряжениях на затворах 2 и 3 в общей потенциаль ной яме возникает продольное электрическое поле, ускоряющее электроны в сторону третьего элемента. В гидродинамической модели ПЗ С процессу переноса зарядового пакета соответствует перетекание жидк ости в пределах общего сосуда. После повышения напряжения в затворе 3 фор мируется общий сосуд, расположенный под двумя затворами и в промежутке м ежду ними. Жидкость в этом сосуде при t > t 2 рас пределена неравномерно и начинает перетекать под затвор 3. По мере вырав нивания уровней жидкости под затворами 2 и 3 скорость его течения уменьша ется. Чтобы ускорить перекачку жидкости, напряжение на затворе 2 при t > t 3 постепенно понижают до значени я U 3 мин. Дно сосуда под э тим затвором поднимается, и жидкость перемещается в сосуд, расположенны й под затвором 3. При t = t 4 перенос зарядового пакета из второго элемента в тр етий заканчивается, при этом зарядовый пакет Qn 2. В тот же период времени осущест вляется аналогичный перенос зарядового пакета из пятого элемента в шес той. Направленность переноса зарядового пакетов Qn 2 и Q n 5 обеспечивается тем, что во время переноса на затворах 1 и 4 (шина Ф1) поддержи вается низкое напряжение и под ними потенциальная яма не формируется. Дл я направленного переноса в рассмотренном случае используют трехтактны е управляющие напряжения ( см. рис. 5). Для хранения и переноса одного зарядн ого пакета необходимо три элемента. В момент времени t = t 5 на шину Ф1 подается напряжение высокого уровня ( см. р ис.5) и начинается перенос зарядовых пакетов Qn 3 и Qn 6 в следующие элементы. Таким образом интервал врем ени t пер = t 4- t 2 соответствуют времени, отводимому для переноса зар ядовых пакетов, а интервал t xp = t 5– t 4 – времени хранения. Устройства ввода и вывода зар ядовых пакетов являются обязательными структурными элементами ПЗС. Он и позволяют преобразовать выходные сигналы ( уровни напряжения) в сигнал ьные зарядовые пакеты, а на выходе осуществлять обратное преобразовани е. Рассмотрим устройство ввода э лектрического сигнала ( рис.7,а). Оно состоит из области 1 n + - типа, которая образует с подлож кой n +- p переход ( входной диод), входного омического контакта 2 к области 1 и входного затвора Ф вх. При простом спос обе ввода на вход подается сигнал отрицательной полярности, смещающий в ходной диод в прямом направлении, а к Ф вх прикладывается управляющее по ложительное направление. Наибольшее прямое смещение инжектирующего n +- p перехода обеспечивается в прип оверхностной области, оно увеличивается с ростом разности напряжений н а входе и на входном затворе. Зарядовый пакет инжектируется вначале из п од n +- области под входн ой затвор ( рис.7, б), а затем переносится под первый затвор Ф1. Величина инжек тируемого зарядового пакета увеличивается с ростом амплитуды входного сигнала по линейному ( приблизительно экспоненциальному ) закону. Кроме того, она зависит от времени инжекции, т.е. от тактовой частоты управляющи х импульсов ( см. рис.5). Достоинство данного способа ввода электрического сигнала – высокое быстродействие ( время инжекции составляет нескольк о наносекунд). В ряде случаев требуется обес печить близкую к линейной зависимость величины инжектируемого зарядов ого пакета от входного напряжения. Она может быть получена в том же устро йстве ввода (см. рис.7, а), если использовать иной режим его работы, называемы й режимом инжекции – экстракции ( рис.7, в). Информационный сигнал положительной полярности п одают на Ф вх, а входной диод вначале смещают в прямом направлении. На этап е I обеспечивается мак симальное заполнение электронами потенциальных ям под входным затворо м и первым затвором Ф1, подают напряжение U ’ 3 > U пор. На этапе II входной диод смещают в обратном направлении и экстрагируют э лектроны из-под затворов Ф вх и Ф1 в n +- область. При этом из-под входного затвора заряд экстрагир уется полностью, а из-под первого он экстрагируется до уровня, соответст вующего поверхностному потенциалу под входным затвором. Поскольку пот енциальная яма входного затвора оказывается пустой, то поверхностный п отенциал под этим затвором, как отмечалось выше, пропорционален напряже нию на этом затворе, т.е. напряжению входного сигнала. Следовательно, вели чина зарядового пакета под первым затвором Ф1, пропорциональная поверхн остному потенциалу под входным затвором, будет изменяться приблизител ьно линейно при изменении амплитуды входного сигнала. Для вывода зарядового пакета на выходе используют устройство ( рис. 8, а), содержащее область 1 n + - типа проводимости, омический к онтакт 2 к этой области и выходной затвор Фвых . Область 1 образует с подлож кой выходной диод, который смещают в обратном направлении. Для этого на в ыходной контакт через резистор подают постоянное положительное напряж ение, превышающее максимальное напряжение на Фвых. В некоторый момент вр емени на выходной затвор подают импульс положительной полярности, разр ешающий вывод зарядового пакета. Если в последнем элементе Ф3 к этому мом енту времени был накоплен зарядовый пакет, то он переместиться в потенци альную яму, расположенную под выходным затвором ( рис.8,б) , а затем в более г лубокую потенциальную яму области n +- типа и, наконец, в выходную цепь - резистор, присоединенный к n + - области. К выходном у выводу подключают чувствительный усилитель на МДП - транзисторах, кото рые создаются на этой же подложке. В ряде случаев необходимо осу ществлять неразрушение считывание зарядового пакета. Для этого в качес тве датчика поверхностного потенциала и связанной с ним величины заряд ового пакета используют МПД - транзистор. ЛИТЕРАТУРА 1. Рычина Т.А. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы., Мн: Радио, 2005г. 2. Ефимов А.В, Микроэлектроника, Мн: ВШ , 2004г. 3. Свитенко В.И. Электрорадиоэлемент ы, Мн: Радио, 2006г.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Бесит, когда ты волшебная розовая фея, а все вокруг называют тебя Константин Андреевич.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по радиоэлектронике "Принципы построения и действия ПЗС", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru