Способ записи информации на приборах с зарядовой связью

 

СПОСОБ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ , НА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ, основанный на воздействии на входной ТЕНИЯ i Hg-irsffnit-r..-, « VitvlHtS - - . -..,::;- -Ь4 диод и входной затвор сигнала ввода, а на затвор накопления-сигнал хранения , и воздействии на затвор переносов сигнала разрешения записи, о тличающийся тем, что, с целью повьшения надежности способа записи за счет линеаризации зависимости величины заряда под затвором накопления от величины сигнального заряда, одновременно с подачей сигнала хранения на затвор накопления на изолирующий затвор подают сигнал вывода заряда в течение времени, соответствующего коэффициенту отношения величины заряда под затвором накопления к величине сигнального зг(ряда, большему 0,9.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 G 11 С 11/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ВсД(,„ . )„ jb1 . е. °,К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-«t

2Ф диод и входной затвор сигнала ввода, а на затвор накопления-сигнал хранения, и воздействии на затвор переносов сигнала разрешения записи, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности способа записи sa счет линеаризации зависимости величины заряда под затвором накопления от величины сигнального заряда, одновременно с подачей сигнала хранения на затвор накопления на изолирующий затвор подают сигнал вывода заряда в течение времени, соответствующего коэффициенту отношения величины заряда под затвором накопления к величине сигнального заряда, большему 0,9.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР .

1 (21) 2986872/18 -24 (22) 26. 09. 80

1 (46) 15. 12. 89. Бюл. и 46 (71) Институт физики полупроводников

СО АН СССР (72) Х.И. Кляус,-И.И. Ли и Е.И. Черепов (53) 681.237.6(088.8) (56) Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда. — М., Мир, 1978, с. 62-65.

Секен К., Томпсет M. Приборы с переносом заряда. — М., Мир, 1978, с. 66. (54)(57) СПОСОБ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ.

НА ПРИБОРАХ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ, основанный на воздействии на входной

Изобретение относится к интегральной микроэлектронике и может быть использовано в системах обработки оптической информации.

Известен способ записи информации на приборах с зарядовой связью, обладающий высокой линейностью и малым уровнем шума, заключающийся в том, что сначала под электрод накопления вводят с избытком заряд через допол.— нительный электрод, затем избыточный заряд выводят через этот же электрод, так что величина сигнального заряда, оставшегося под электродом накопления, определяется условием равенства поверхностного потенциала под этими электродами. Способ реализуется следующим образом. Потенциальная яма под электродом накопления MW, в которой формируется зарядовый пакет, при по„„Я0„„1О40947 А1 мощи импульсного смещения входного диода до низкого и обратно до высокого потенциала сначала переполняет ся, а затем опустошается до уровня, определяемого поверхностным потенциа- 4h лом под электродом NG. Во время этой ( операции входной затвор IG в канал, Я,",) переноса закрыт, а к электроду.MG . ф приложено опорное напряжение Ч Ref

Затем стоковый затвор .DG закрывается, а входной затвор IG открывается. Поскольку при этом электрод MG подключается K более высокому потенциалу

Ч ;, некоторое количество заряда перетекает из потенциальной ямы под электродом MW в потенциальную яму под первым электродом переноса Р,. Количество перетекшего сигнального заря-. да определяется разностью потенциалов

Чз;ч- Ч пер и емкостью электрода MMФ

1040947 но не зависит от величины порогового напряжения под затвором MG, что особенно важно для многовходовых устройств ввода, где разброс пороговых напряжений, приводит к появлению геок 5 метрического шума".

Этот способ применим только в устройствах с непрямой инжекцией (потенциальный ввод). Это ограничивает применение некоторых типов фотодатчиков, например фотодиодов, фотосопротивлений.

Известны способ записи информации на приборах с зарядовой связью с пря- 15 мой инжекцией и устройство для его реализации.

Способ записи информации на. приборах с зарядовой связью основан на воздействии на входной диод и вход20 ной затвор сигнала ввода, а на затвор накопления-сигнала хранения. и воздействия на затвор переноса сигнала разрешения записи.

Известно устройство реализации та- 25 кого способа, содержащее полупроводниковую подложку определенного типа проводимостти., на которой расположены линейка входных устройств и регистр считывания на приборах с зарядовой связью. Ячейка входного устройства содержит входную диффузионную область, входной затвор, затвор накопления и затвор переноса, причем входная диффузионная область через входной затвор, затвор накопления и затвор переноса зарядов связана с регистром сдвига.

Фотодатчик, например фотодиод, подключают к выходной диффузионной области, а его подложку — к источнику напряжения, смещающего его в запорном направлении. Входной затвор G „ затвор накопления G -подсоединяются к источникам напряжения Uz и U д 45

1 2 соответственно, причем U U

При этом часть тока, текущего через фотодатчик, ответвляется через входной затвор G „, под затвор накопления

С, накапливается там в течение времени и далее, при открывании затвора переноса ф, вводится в ПЗС-регистр считывания.

Недостатком такого способа записи информации является зависимость коэффициента ввода тока q (который

1 1 определяется как отношение тока I» вводимого под затвор накопления, к току I>, текущему через фотодатчик) от времени накопления t „, от емкости

I входного узла фотоприемного устройства и тока Iz- Это приводит к появлению так называемого "геометрического шума", связанного с разбросом емкостей входного узла, к нелинейности в зависимости заряда, накопленного на время t> под затвором накопления, от тока I что сужает динамический диапазон такого устройства ввода.

Целью изобретения является повышение надежности способа записи за счет линеаризации зависимости величины заряда под затвором накопления от величины сигнального заряда.

Поставленная цель достигается тем, что при записи информации на приборах с зарядовой связью способом, основанным на воздействии на входной диод и входной затвор сигнала ввода, а на затвор накопления - сигнала хранения и воздействии на затвор переноса сигнала разрешения записи, одновременно с подачей сигнала хранения на затвор накопления, на изолирующий затвор подают сигнал вывода заряда в течение времени, соответствующего коэффициенту отношения величины за- ряда под затвором накопления к величине сигнального заряда, большему 0,9.

Способ записи информации поясняется с помощью фиг. 1-3, где на фиг.1

Хз — ток, текущий через фотодатчик;

I — ток, ответвляющийся под затвор накопления, С вЂ” емкость входного узла, состоящая из емкости фотодатчика, емкости входной диффузионной области, емкости межсоединений, емкости входного затвора, R — сопротивление утечки входного узла, g — крутиз7. на канала входного затвора.

Из анализа эквивалентной схемы, приведенной на фиг. 1, и учета, что крутизна канала входного устройства при малых уровнях тока определяется выражением g = — 1:, где q - заряд ч электрона, К - постоянная Больцмана, Т температура, можно получить зависимость коэффициента ввода тока от времени, тока Х, текущего через фотодатчик, емкости входного узла, которые приведены на фиг.2 для температуры Т = 80 К, где

10409 где 1 расчетные кривые при I

10. А, С вЂ” 6 пФ то же,при Iz = 10 À, С-2пФ тоже при Т = 10 А, С-4пФ то же при ? = 10 Э А, С-6пФ то же при Т .= 10 "А, С вЂ” 6 пФ

Как видно из этих кривых, в начальный период накопления ток Iä близок к нулю, начиная с некоторого времени он начинает резко возрастать, прибли- 15 жаясь к единице. Величина вводимогосигнального заряда определяется инин тегрированием выражения $ Х,dt. При этом основная часть Йелинейных искажений определяется начальным периодом накопления до времени to когда коэффициент ввода тока достигает. значения, близкого к единице.

Если сигнальный заряд, накопленный в начальный период накопления, выводят из устройства, причем длительность этого периода выбирают из условия, что q „ достигает значения, близкого к единице, например- (0,9-0,999), в ПЗС регистр считывания будет вводиться заряд, пропорцнональный только величине тока Тз, текущего через фотодатчик, и времени (й „-t) Это. позволит устранить "геометрический шум", связанный с разбросом емкости 35 входного узла С, и повысить динамический диапазон устройства ввода с прямой инжекцией.

Пример реализации способа записи информации с выводом заряда, накоп- 40 ленного в начальный период накопления, приведен на фиг. 3, где 1 — входная диффузионная облаеть, 2 —, входной затвор, 3 — затвор накопле-. ния, 4 - затвор переноса, 5 — изоли- 45 рующий затвор, 6 - стоковая диффузион- ная область, ц,,, р — электроды

ПЗС регистра считывания, 7 — фотодат чике

Вывод заряда, накопленного в начальный период накопления, осущест- . !

47 6 впяется следующим образом. На выходной затвор и затвор накопления подаются напряжения Uq и U> аоответственно, На стоковую область 6 подается напряжение смещения Uz, причем выполняется условие U U ) О,, напр ер, 06=15 В, Цэ-10 В, ц,=

= 5 В. Фотодиод 7 подсоединяется к входной диффузионной области, а на площадку подается напряжение, смещающее его в запорном направлении.

В начальный период накопления до времени и на изолирующий затвор 5 подается открывающий импульс, так что ток, текущий под затвор накопления, вытягивается в стоковую область 6.

С окончанием открывающего импульса начинается накопление заряда под затвором накопления 3. Далее заряд из-под затвора 3, накопленный за время (tÄ ), через затвор 4 переда- . ется в ПЗС регистр считывания. Время

t выбирается из условия,,что коэффициент ввода тока достигает значения, близкого к единице, для всех допустимых значений тока I и емкостей входного узла фотоприемного устройства.

Это время определяется из- расчетных кривых и зависит от интервала изменения тока I и емкости входного узла фотоприемного устройства, температу-, ры работы. Например, если накопление информационного заряда начинается со времени, когда,= 0,9, а время накопления (t„-t ) = to это обеспечивает подавление "геометрического шума" до уровня, меньшего 1%. Приве-. денные на фиг. 2 зависимости показывают, что если интервал изменения тока ограничен величинами (10 -10 4) А, а емкость входного узла не превышает

6 пФ, при Т = 80 К, то при t, равном

3 мкс, в худшем случае (кривая 5 фиг. 2) достигает значения 0,99. Тем самым линеаризуется зависимость накоп ленного заряда от протекающего через фотодатчик тока и таким образом в предложенном способе линейный участок расширяется в 10-100 pas по сравнению с базовым объектом.

1040947!

Техред Л.Сердюкова Корректор М. Кучерявая

Редактор Л. Письман

Заказ 8256 Тираж 558 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101