Приборы с зарядовой связью. С развитием функциональной электроники были созданы приборы с зарядовой связью (ПЗС) и появилась возможность создавать дискретные фильтры более компактные

С развитием функциональной электроники были созданы приборы с зарядовой связью (ПЗС) и появилась возможность создавать дискретные фильтры более компактные, дешевые и надежные. Для того, чтобы анализировать возможности фильтров на ПЗС необходимо выявить их ограничения по высшей и низшей частотам, тактовой частоте, количеству входящих в них элементов и полосы пропускания.

В основе конструкции ПЗС лежит МДП конденсатор. Он состоит из полупроводника (кремний п -типа), оксидного слоя диэлектрика (SiO₂), напыленного металлического электрода и проводников, присоединенных к подложке и металлическому электроду.

Если напряжение не приложено, то в области полупроводника равномерно заселены электроны. При подаче на металлический электрод (+), электроны притягиваются к изолированному слою, образуя на обкладках конденсатора заряд. Емкость конденсатора определяется оксидным слоем SiO₂. Если приложить (-), то электроны будут ____________

образуется динамическая неоднородность в виде области в полупроводнике, обедненной носителями, диэлектриком для конденсатора в этом случае служит не только SiO₂, но и область полупроводника, обедненная носителями и емкость конденсатора будет меньше. Следовательно, МДП конденсатор отличается от обычного, у которого емкость не зависит от напряжения. Кроме того из-за дефектов кристаллическая решетка и наличие примесей состояние МДП конденсатора меняется во времени. В обедненной области происходит генерирование положительных и отрицательных зарядов (дырок и электронов). Электроны вытесняются из обедненной области, а дырки концентрируются у поверхности изоляционного слоя.

При этом емкость конденсатора изменяется, а обедненная области превращается в полупроводник р -типа.

Для приборов с зарядовой связью (ПЗС) важно время, в течение которого динамическая неоднородность в виде обедненного слоя сохраняет свои свойства, так как рабочим режимом ПЗС является режим образования обедненной области. В ПЗС имеется связь через заряды. Иногда их называются приборами с переносом зарядов. Для реализации переноса зарядов нужно расположить рядом друг с другом большое количество МДП конденсаторов.

На первый конденсатор подано отрицательное напряжение U₁₁. При этом напряжении начинает формироваться обедненная область. Эта область не содержит зарядов и никакой пользы не приносит. Предположим, что в эту область будет введен заряд (дырки). Эти дырки, находятся в обедненной области и будет сохранятся там какое-то время. 11 – цикл 1. предположим, что на соседний электрод 21 подано напряжение U₂₁. При этом обязуется обедненная область. А с электрода 11 напряжение снимается. Если конденсаторы расположены близко друг к другу, то напряжение на электроде 21 притянет к себе дырки от электрода 11 – цикл 2. Если то же проделать с электродом 31, то произойдет то же самое (цикл 3). Предполагается, что напряжение на электроде 12 отсутствует.

Ввод информации на фильтр на ПЗС.

Рассмотрим область, которая сильно обогащена носителями. Для этого в схему включается диод.

На вход диода подается напряжение в дискретные моменты времени. Кроме того, между диодом и основными электродами имеется дополнительный электрод – называется затвор (U₃). Под диодом находится область, перенасыщенная носителями (дырками). Эта область частично заходит по первый электрод – затвор (З). Этот электрод расположен на слое окисла и образует МДП конденсатор.

t_вб – длительность такта, Dt – длительность импульса.

Рассмотрим принцип работы фильтра.

Входное напряжение U_вх через интервал времени t_вб с длительностью Dt подается на входной диод. Если на диод поступает короткий импульс необходимой полярности, то дырки начнут инжектироваться через p-n переход. Они будут проходить через ту часть перехода, которая находится под затвором (З). Если напряжение на первом переходе по модулю больше, чем U₃, то основная часть дырок пройдет мимо области затвора и окажется под первым электродом. Значение этого заряда зависит от Dt и напряжение подаваемого на диод. Так как длительность импульсов, подаваемых на затвор одинакова, то заряд инжектируемый на затвор и под электрод 1 будет пропорционален напряжению, поданному на него, то есть значение зарядов будет отображать напряжение, подаваемое на вход фильтра. Для обеспечения концентрации зарядов в виде дырок только под электродом 1 необходимо, чтобы в этот интервал времени на электродах 2 и 3 было нулевое напряжение, так как длительность импульса много меньше длительности такта, то пока на затворе и электроде 1 действует отрицательное напряжение, подача положительного напряжения на диод и протекание через него тока прекращается. Входной диод оказывается закрыт, а дырки прошедшие за время действия напряжения на диоде сосредотачиваются в потенциальной яме электрода 1. При этом напряжении с затвора снимается и область р+ оказывается разъединенной с область под электродом 1. Следующий цикл напряжения с электрода 1 снимается и одновременно подается напряжение на электрод 2. Заряды, скопившиеся под первым электродом не могут двигаться обратно к диоду, так как напряжение на затворе равно нулю. Они могут перейти в электрод 2. Затем напряжение на затворе электродов 1 и 2 устанавливается равным нулю. На электроде 3 заряд появляется тогда, когда он переходит на электрод 3. Таким образом, для реализации перехода заряда нужно расположить радом друг с другом большое количество МДП конденсаторов. Если конденсаторы расположить секциями по три, то можно передвигать различные по величине заряды независимо друг от друга.

Дата добавления: 2014-01-06