ристикамн материала и конструкцией МОП-конденсатора, в частности концентрацией легирующей примеси и толщиной слоя оксида.

Уточним механизм накопления заряда в ячейке МОП-конденсатора с учетом изменения потенциала С/, во времени. Процесс образования потенциальной ямы начинается после подачи на металлический электрод МОП-конденсатора положительного потенциала. Накопление заряда в потенциальной яме происходит и прн отсутствии освещения за счет тепловой генерации неосновных носителей. В зависимости от температуры и свойств материалов МОП-конденсатора максимальный заряд в ячейке под действием тепловых процессов может образоваться за время от сотых долей до единиц секунд. Если ограничить максимальное значение заряда, возникающего под действием тепловой генерации (уровень логического нуля), то можно определить максимальное время накопления за- Рис. 4,22, Характеристк ряда в ячейке, т, е, определить МОП конденсатора

нижний предел рабочих частот

накопительной ячейки. В реальных приборах прн комнатной температуре обычно его устанавливают равным единицам - десяткам килогерц.

Рассмотрим принципы формирования ППЗ-линеек и ППЗ-мат-риц, а также механизм считывания накопленных зарядов, реализованный в этил приборах.

На рнс. 4.23 показана линейка из МОП-конденсаторов, выполненных на общей подложке. Расстояние между электродами настолько мало, что обедненные области прн подаче на электрод положительного потенциала простираются практически до соседних электродов. На рис. 4.23 это показано условно штриховой линией - значение поверхностного потенциала на соответствующем yiacTKe структуры для различных моментов времени.

Рассматриваемая линейка представляет собой трехфазную структуру, электроды которой соединены между собой через два. Как видно из рис. 4.23, д. потенциалы электродов изменяются с циклической последовательностью. Зарядовый пакет (на рис. 4.23 показан штриховкой), который за время накопления формируется под электродом Э\, после подачи на соседний электрод Э2 положительного потенциала (рис. 4,23, б. в) перемещается под электрод Э. Если потенциал электрода Э\ уменьшается до исходного (близкого нулевому) значения, то зарядовый панет полностью переместится под электрод Э2 (рис. 4 23, г). Аналогично зарядовый пакет может быть смещен под электрод Эг и т, д. Цикличность изменения потен-

циалов электродов обеспечивает процесс перемешения зарядовых пакетов в направлении, указанном на рис. 4.23, й стрелкой. В рассматриваемом случае предполагается, что во время переноса зарядовых пакетов вдоль структуры освещение (накопление заряда) снимается.

Рассмотренная структура может быть использована для формирования сигнала изображе-3, З2 3j 3 Jj ния одной строки. Элементу

изображения, как нетрудно видеть, соответствует ячейка из трех МОП-конденсаторов. Соседние пакеты зарядов, сформированные в процессе накопления (например, путем импульсной проекции изображения), изолированы друг от друга потенциальными барьерами электродов, находящихся под низким напряжением. Канал переноса зарядов ограничивается областями стоп-диффузии.

Быстродействие ППЗ-структур ограничивается временем переноса заряда из одной накопительной ячейки в другую, которое достигает единиц наносекунд. Поэтому максимальные тактовые частоты для ППЗ-структур составляют десятки или сотни мегагерц. Таким образом, указанные диапазоны работы ППЗ-структур обеспечивают успешное их применение в ТВС с параметрами вещательного стандарта.

В отличие от идеализированных механизмов передачи зарядовых пакетов вдоль структуры в реальных условиях заряд пакета по мере передачи его вдоль структуры не остается неизменным. Одна из основных причин этого явления состоит в захвате носителей заряда поверхностными энергетическими уровнями. Для количественной оценки эффективности переноса зарядовых пакетов используют показатель эффективности передачи заряца - неэффективность переноса K„=(Q - --Q;+iJ/Q(, где Q" - полезный заряд (общий заряд за вычетом

Рис 4,23. Лнкейка из МОП-конденсаторов (о): диаграммы напряжения для различных моментов времени (б-г) и временные диаграммы (d)

заряда логического нуля) в i-й и i+ 1 ячейках структуры. Для ППЗ-структур KnlQ-*lO-. Частотная зависимость неэффективности переноса приведена на рис. 4.24.

Одним из эффективных способов уменьшения потерь в процессе переноса заряда явчяется создание структур с объемным каналом. В таких устройствах на границе полупроводник - оксид создается эпитакснальный или ионно-легированный приповерхностный слой кремния, тип проводимости которого противоположен типу проводимости подложки. Это приводит к тому, что максимум потенциа-

Рнс. 4.24. Частотная ; коэффициента ие эффект к ни ост и переноса

ла в потенциальной яме находится не на поверхности полупроводника, а иа некоторой глубине (см. рис. 4.21, в). В результате носители заряда движутся не вблизи поверхности, а на некоторой глубине, что приводит к существенному снижению потерь на захват носителей. На рис. 4.21, в показана энергетическая диаграмма при подаче напряжения смещения.

Направленный перенос зарядовых пакетов можно создать не только в трехфазной ППЗ-цепочке, но и в двухфазной. Для этого необходимо обеспечить условия формирования асимметричной в направлении продвижения зарядовых пакетов потенциальной ямы. Существует несколько способов формирования асимметричных потенциальных ям, один из них поясняется рис, 4,25 [13J, Здесь толщина диэлектрика между полупроводником и электродом неодинакова в направлении перемещения зарядовых пакетов. Это приводит к различию поверхностных потенциалов под толстым и тонким слоями диэлектрика. Это видно из диаграммы распределения поверхностного потенциала для Ui>u2, где накопленный заряд концентрируется под правой частью электрода / (сплошная линия показывает примерную картину распределения поверхностного потенциала перед накоплением). После переключения напряжения на электродах u2>Ui (штриховая линия) накопленный заряд смещается на один шаг вправо. Переключая периодически потенциалы 1 и Uj, можно обеспечить направленное перемещение зарядовых пакетов.