文档介绍：第七章其它光电探测器件
光电探测器的发展方向:
---现代光学仪器和测控仪器
→多元探测
①二元阵列探测器
②光学机械扫描
像空间阵列的
物空间单元的
§7-D-charge coupled device)
优点:结构精细,体积小,坚实可靠,低电压下工作
应用:①电子计算机和其他数字系统:信息存储和信息处理
②摄像装置
两个基本功能:电荷存储和电荷传输
D电荷存储
D:(Charge Coupled Device)
是由金属-氧化物-半导体→ MOS 构成的密排器件
Metal Oxide Semiconductor
MOS结构:MOS电容
存储电荷的结构:
D
D
第七章其它光电探测器件
设EC是半导体器件的导带底,EV为价带顶
EF :费米能级:半导体中电子的平均自由能
热平衡状态下,整个系统具有同一的EF
Ei :本征半导体的费米能级
第七章其它光电探测器件
几种情况的讨论:
情况1:MOS上未加偏压时,VG=0。半导体内载流子均匀,内部能级水平均匀,设:
半导体的表面电势=金属的费米能级
情况2:VG=负
半导体内能级向上弯曲,
表面势为,形成积累层。
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情况3:VG=正:半导体内能级下弯
表面势为,形成耗尽层。
当VG进一步提高时,将P型半导体中
的电子吸收到耗尽层内,形成反型层。
讨论:
①对于反型层刚建立起时的电压叫做
阈值电压。
②此时表面电子浓度
耗尽层宽度
③反型层中的电子来自耗尽区内热激发的电子空穴对。
激发时间:10-1~10S 此时间叫热弛豫时间。
④反型层建立了SiO2和P型半导体之间的导电沟导。
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D是在VG>阈值电压下工作,∴一定有反型层存在。
几种情况的讨论:
情况1:VG加压,t=0瞬间
①耗尽层形成
②由于弛豫时间来不及形成反型层→深耗尽态
深耗尽层的宽度大于反型层的宽度。
情况2: VG加压,t=0+时
①耗尽层宽度最大,势阱最深( 最大),MOS电容存储电
荷的能力最强;
②当电子出现时,耗尽区缩小,表面电势,势阱变浅,
存储电荷能力减小。
③当t>热弛豫时间时→热平衡→没有收集电子的能力
第七章其它光电探测器件
④外加栅压表面势
在VG一定的条件下,电荷密度增大,表面势变小。
结论:
①CCD是一种非平衡态器件。平衡状态下不存在有用的势阱。
②CCD要存储有用信号,都要求信号电荷的存储时间小于热
激发电子的存储时间,否则达到热平衡将不能存储任何有用
电荷。
③应用时,有用电荷要马上移出。
D的信号传输
(或传输)
⑴结构上的要求:
,相邻MOS电容的势阱相互沟
通,电荷能相互耦合,电极间隙小于3μm。
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,除转移沟道外,还要有沟阻
⑵基本原理:在信号电荷已经存储后,为了转移,在MOS电
容上加不同的电压,信号电荷由势阱浅流向势阱深处。
定向转移:转移电压要严格满足相位要求
结构上要有沟阻
⑶几个概念
位:n个相邻的MOS电容形成的单位
相:每一位中相应位置上的电容栅极分别连到各自的共同
电极上→相线。
一般:二相相差
三相相差
四相相差
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⑷举例:
D结构
输入二极管 ID
输入栅 IG
输出栅 OG
输出二极管 OD
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D时钟信号图
图7-7
t=t3开始
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