115
Сильно легированная область
п
-типа является источником
электронов и находится под потенциалом
U
Э
. На входной элек-
трод (затвор) подается потенциал. Потенциал на первом
электроде
U
Ф1
больше потенциала на входном электроде
U
вх
.
Происходит экстракция или ток носителей заряда из высоколе-
гированной области перетекает под электроды в другой области
полупроводника. Ток течет только во время действия импульса
на эмитирующем электроде. Это время выбирается таким, что-
бы успела заполниться потенциальная яма под электродом
U
Ф1
.
Такой процесс называют еще
режимом залива заряда че-
рез барьер
. Он характерен тем, что в исходном состоянии эле-
мента весь заряд находится в эмитирующей области.
Между
этой областью и первой ячейкой существует потенциальный
барьер, формируемый импульсом напряжения. Заполнение
ячейки осуществляется как бы подъемом дна и заливкой через
канал, образованный под входным затвором (рис. 4.2,
в
).
Величина накопленного заряда определяется как:
Q
зн
= SС
д
(
U
Ф
- U
0
)
,
(4.5)
где
С
д
- удельная емкость МОП-конденсатора,
S -
площадь
затвора,
U
Ф
- фазовый потенциал на затворе,
U
0
- пороговое на-
пряжение, необходимое, для создания канала в полупроводни-
ке.
Когда зарядовый пакетполностью сформирован, дно опус-
кается и часть заряда, превышающая емкость зарядового паке-
та, снова стекает в эмиттерную область. Это
наступает, когда
потенциалы входной и первой ячейки сравниваются (рис. 4.2,
г
).
Генерацию зарядовых пакетов можно осуществить и оп-
тическим путем. Различают четыре основных способа генера-
ции оптической информации:
- непосредственный оптический ввод со стороны подлож-
ки;
- оптический ввод со стороны оптических электродов;
116
- ввод с использованием фоточувствительного слоя;
- ввод путем фотоэлектронного
преобразования оптиче-
ской информации.
С этой целью используются внешний и внутренний фото-
эффекты. Основным физическим механизмом генерации заря-
довых пакетов является внутренний фотоэффект, возникающий
при поглощении фотонов и генерации носителей заряда. Разли-
чают собственный внутренний фотоэффект, заключающийся в
образовании одновременно электронов в зоне проводимости и
дырок в валентной зоне. Этот эффект реализуется в случае, ко-
гда энергия фотона больше ширины запрещенной зоны(
hv>E
g
)
.
Примесный внутренний
фотоэффект возникает в случае,
когда энергия фотона меньше ширины запрещенной зоны, но
больше энергии возбуждения примеси. В этом случае при по-
глощении фотона возбуждаются доноры и акцепторы в приме-
сях, и образуется один носитель: электрон в зоне проводимости
или дырка в валентной зоне.
На рис. 4.3 приведены конструкции фотогенераторов за-
рядовых пакетов. Фотогенерированные в полупроводниковой
среде носители собираются в элементе накопления или в фото-
диоде и являются по существу генераторами динамических не-
однородностей в устройствах подобного типа (рис. 4.3,
а, б
).
Модель накопителя можно рассматривать как модель фотодио-
да с
глубиной
р-п
-перехода, равной нулю. Генерируемые в
обедненной области носители в ней не рекомбинируют и попа-
дают в потенциальную яму. Если носители генерируются в ква-
зинейтральной области, то они диффундируют к границе обед-
ненной области. Под действием электрического поля они пада-
ют в потенциальную яму, частично рекомбинируя. Общий фо-
тоток определяется суммой тока в обедненной области
I
об
и
диффузионного тока
I
диф
и может быть записан в виде:
117
Рис. 4.3. Схема генерации оптических зарядовых пакетов
на основе МОП-накопителя (
а
), фотодиода (
б
) и фотогенератора
ПЗС-структуры (
в
): 1 - затвор; 2 - диоксид кремния;
3 - обедненная область;4
-
квазинейтральная
п
-область;
5 - контакт; 6 - инверсный слой;
7 - квазинейтральная
р
-область фотодиода
I
Ф
= I
об
+
I
диф
.
(4.6)
Зарядовый пакет формируется
интеграцией тока за про-
межуток времени освещения и определяется пропусканием
электродной системы
Т
, падающим потоком излучения
Ф
0
, час-
тотой , коэффициентом поглощения , толщиной обедненной
области
d
об
, диффузионной длиной неосновных носителей
L
н
. В
итоге будет сформирован зарядовый пакет величиной:
.
(4.7)
118
Для значений
d
об
= 10 мкм,
L
н
= 100 мкм и для видимого
светового диапазона выражение в квадратной скобке будет
близко к единице.
Тогда имеем
.
(4.8)
Квантовый выход
ф
определяется
отношением фототока
к поглощенному потоку излучения:
Ф
=
об
+
диф
(4.9)
Чувствительность определяется произведением коэффи-
циента пропускания
Т
на общий квантовый выход
Ф
.
Фотодиодная ячейка также может служить генератором
зарядовых пакетов и ее использование предпочтительнее в ко-
ротковолновой части спектра (0,4 - 0,45 нм).
Генератор типа ПЗС-структуры (рис. 4.3,
в
) представляет
собой фотодиод и три МОП-затвора.
Первый разделительный затвор З
1
служит для формирова-
ния потенциального барьера и зарядового пакета в процессе
Do'stlaringiz bilan baham: 
