ПЗС с межстрочным переносом

Функции накопления заряда и его переноса разделены. Заряд из элементов накопления (как правило, фотодиоды – они тоже обладают ёмкостью и способны накапливать заряд) передаётся в закрытые от света ПЗС-регистры переноса, т.е. секция переноса как бы вставлена в секцию накопления.

Перенос зарядового рельефа всего кадра происходит за один такт, и «смаз», связанный с переносом, не возникает. К матрице с межстрочным переносом добавляется ещё одна секция памяти с соответствующим числом элементов. Смаз в такой матрице пренебрежимо мал. Фактор заполнения в матрицах с межстрочным переносом примерно вдвое меньше, так как около половины площади фоточувствительной поверхности закрыто от света. Чтобы повысить эффективность сбора фотонов, используется микрорастр - массив небольших линзочек. На поверхность пластины с уже формированными структурами матрицы наносится слой оптической легкоплавкой пластмассы, из которого методом фотолитографии вырезаются изолированные квадратики, лежащие над каждым элементом. Зазор между отдельными квадратиками невелик. Затем пластина нагревается, пластмасса подплавляется и поверхность отдельных квадратиков приобретает близкую к сферической форму, фокусируя приходящий на её поверхность свет точно на фоточувствительный элемент матрицы.

При небольшом числе переносов увеличиваются рекомбинац. потери, происходит неполная передача зарядового пакета от одного электрода к соседнему и усиливаются обусловленные этим искажением информации. Чтобы избежать искажений накопленного видеосигнала из-за продолжающегося во время переноса освещения, на кристалле ФПЗС создают пространственно разделённые области восприятия - накопления и хранения - считывания, причём в первых обеспечивают макс. фоточувствительность, а вторые, наоборот, экранируют от света. В линейном ФПЗС (рис. 3, а) заряды, накопленные в строке 1 за один цикл, передаются в регистр 2 (из чётных элементов) и в регистр 3 (из нечётных). В то время, как по этим регистрам информацияпередаётся через выход 4 в схему объединения сигналов 5, в строке 1 накапливается новый видеокадр. В ФПЗС с кадровым переносом (рис. 3, б)информация, воспринятая матрицей накопления 7, быстро "сбрасывается" в матрицу хранения 2, из к-рой последовательно считывается ПЗС-регистром 3; в это же время матрица 1 накапливает новый кадр.

Осн. параметры ПЗС: амплитуды управляющих импульсов 5-20 В), относит. потери заряда при одном переносе макс. тактовая частота ( = 10-100 МГц), макс. и мин. плотности зарядового пакета ( 50

ди-намич. диапазон (D = 20 lg 60-80 дБ), плотность темнового тока Для характеристики ФПЗС кроме перечисленных выше параметров указываются спектральный диапазон (Dl = 0,4-1,1 мкм), фоточувствительность ( = 0,1-0,5 А/Вт), макс. и мин. экспозиции

разрешающая способность (r = 10-50 линий/мм). Кроме ПЗС простейшей структуры (рис. 1) получили распространение и др. их разновидности, в частности приборы с поликремниевыми перекрывающимися электродами (рис. 4, а), в к-рых обеспечиваются активное фотовоздействие на всю поверхностьполупроводника и малый зазор между электродами, и приборы с асимметрией приповерхностных свойств (напр., слоем диэлектрика перем. толщины - рис. 4, б), работающие в двухтакто-вом режиме. Принципиально отлична структура ПЗС с объёмным каналом (рис. 4, в), образованным диффузией примесей. Накопление, хранение, перенос заряда происходят в объёме полупроводника, где меньше, чем на поверхности, рекомбинац. центров и выше подвижность носителей. Следствием этого является увеличение на порядок значения и уменьшение e по сравнению со всеми разновидностями ПЗС с поверхностным каналом.

Для восприятия цветных изображений используют один из двух способов: разделение оптич. потока с помощью призмы на красный, зелёный, синий, восприятие каждого из них специальным ФПЗС - кристаллом, смешение импульсов от всех трёх кристаллов в единый видеосигнал; создание на поверхности ФПЗС плёночного штрихового или мозаичного кодирующего светофильтра, образующего растр из разноцветных триад.

Для восприятия изображений в ИК-области спектра развиваются три направления: легирование кремния примесями (In, Ga, Те и др.) и использование примесного фотоэффекта; разработка ФПЗС на узкозонных полупроводниковых соединениях (напр., на In, Sb для диапазона Dl = 3-5 мкм); создание гибридных структур, сочетающих фоточувствит. мишень, напр. на кристалле HgCdTe, и кремниевые ПЗС-регистры, обеспечивающие считывание информации, накапливаемой в мишени.

Осн. отличит, особенностью ПЗС как изделия микроэлектроники является возможность вводить в кристалл и хранить без искажения большие массивы цифровой (в т. ч. многоуровневой) или аналоговой информации, использовать электрич. и оптич. способы для ввода информации, осуществлять направленное распространение (в т. ч. циркуляцию) информации в кристалле и неразрушающий доступ к ней, проводить как последовательный, так и параллельный принцип обработки информации. От вакуумных приёмников изображений (видиконов)ФПЗС, кроме того, отличается жёстким геом. растром, позволяющим фиксировать координаты элементов разложения и исключить дисторсию и др. искажения растра, долговечностью, меньшей потребляемой мощностью, отсутствием микрофонного эффекта и выгорания под действием сильной засветки, нечувствительностью к магн. и электрич. полям.

Направленная передача накопленных зарядов в ПЗС от одного МОП-конденсатора к близко расположенному соседнему производится продольным электрическим полем между затворами при подаче на второй затвор более высокого напряжения. Под этим электродом об­разуется более глубокая потенциальная яма, в которую пере­текает зарядовый пакет. Штриховкой показана степень заполнения потен­циальной ямы неосновными носителями, т.е. величина заряда под электродом.

В ПЗС процессы накопления зарядов и их считывание разде­лены во времени. Развертка производится в промежуток време­ни, соответствующий обратному ходу. При этом одновременное перемещение зарядов вдоль линейки происходит от первой ячей­ки слева направо, а сигнал изображения на выходе получается в обратном порядке, начиная с последней ячейки строки. Таким образом, осуществляется самосканирование - передача инфор­мации за счет зарядовой связи путем изменения глубины потен­циальных ям под электродами МОП-конденсаторов.

Рассматриваемая развертка в направлении строки в скане­рах сочетается с механическим перемещением оригинала в пер­пендикулярном направлении (в направлении кадра). Разрабо­таны линейки, имеющие 8000 ячеек в строке, размер ячейки - 20 мкм. Существуют матричные структуры на ПЗС, создающие сигнал изображения.

Дата добавления: 2014-12-25