Устройство аналого-цифрового преобразования фототока в цифровой код

Авторы патента:

H01L21/00 - Способы и устройства для изготовления или обработки полупроводниковых приборов или приборов на твердом теле или их частей (способы и устройства, специально предназначенные для изготовления и обработки приборов, относящихся к группам H01L 31/00- H01L 49/00, или их частей, см. эти группы; одноступенчатые способы изготовления, содержащиеся в других подклассах, см. соответствующие подклассы, например C23C,C30B; фотомеханическое изготовление текстурированных поверхностей или поверхностей с рисунком, материалы или оригиналы для этой цели; устройства, специально предназначенные для этой цели вообще G03F)[2]

Владельцы патента RU 2787954:

Акционерное общество "НПО "Орион" (RU)

Устройство для аналого-цифрового преобразования фототока в цифровой код относится к области интегральной микроэлектроники и предназначено для систем обработки оптической информации, в частности, при преобразовании сигнала в ячейках считывания фоточувствительных матриц. Задачей заявляемого изобретения является достижение постоянства времени срабатывания компаратора относительно силы фототока, более высокой частоты осцилляций, улучшения линейности. Решение задачи обеспечивается тем, что в отличие от прототипа сток входного транзистора соединен с одним из входов аналогового ключа К1, выход которого соединен с обкладкой емкости C_int, вторая обкладка которой соединена с шиной земли, обкладка которой соединена с выходом ключа К2, вход которого подключен в шине V_INJ, выход которого соединен с выходом ключа RES, вход которого соединен с шиной земли, выход которого соединен с одним из входов операционного усилителя, второй вход которого соединен с шиной V_REF, выход которого соединен со вторым входом ключа K1, выход которого соединен с входом n битного двоичного счетчика, выход которого соединен с шиной OUT. 5 ил.

За ближайшее к заявляемому техническому решению принято известное устройство для аналого-цифрового преобразования фототока в цифровой код, описанное в US 5461425 A (фиг. 1), выполненное на полупроводниковой подложке, содержащее входной транзистор, исток которого соединен с выходом фотодетектора, затвор соединен с шиной V_B, сток соединен с обкладкой емкости C_int, вторая обкладка которой соединена с шиной земли, сток входного транзистора соединен с выходом аналогового ключа RES, который управляется выходом операционного усилителя, вход которого соединен с шиной земли, выход которого соединен с одним из входов операционного усилителя, второй вход которого соединен с шиной V_REF, выход которого соединен во входом n-битного двоичного счетчика, выход которого соединен с шиной OUT.

В приведенном ближайшем аналоге недостатком является зависимость значений цифрового кода на выходе от задержки срабатывания компаратора - для разных значений входного сигнала компаратор срабатывает через разные промежутки времени, что приводит к нелинейности зависимости фототок/частота импульсов на выходе компаратора.

Проблема разного времени срабатывания компаратора в прототипе, которая является причиной нелинейности зависимости цифрового кода на выходе от фототока на входе, поясняется фиг. 2. Она заключается в непостоянстве времени срабатывания компаратора из-за зависимости от скорости заряда емкости интегрирования (C_int), напряжение на которой пропорционально силе фототока.

Задачей заявляемого изобретения является достижение постоянства времени срабатывания компаратора относительно силы фототока, более высокой частоты осцилляций, улучшения линейности.

Решение задачи обеспечивается тем, что устройство (фиг. 5), выполнено на полупроводниковой подложке, содержащей входной транзистор, исток которого соединен с выходом фотодетектора, затвор соединен с шиной V_B, сток соединен с обкладкой емкости C_int, вторая обкладка которой соединена с шиной земли, сток входного транзистора соединен с одним из входов аналогового ключа К1, выход которого соединен с обкладкой емкости C_int, вторая обкладка которой соединена с шиной земли, обкладка которой соединена с выходом ключа К2, вход которого подключен в шине V_INJ, выход которого соединен с выходом ключа RES, вход которого соединен с шиной земли, выход которого соединен с одним из входов операционного усилителя, второй вход которого соединен с шиной V_REF, выход которого соединен с вторым входом ключа K1, выход которого соединен с входом n-битного двоичного счетчика, выход которого соединен с шиной OUT.

Техническим результатом является более высокая частота осцилляций, улучшение линейности преобразования, постоянство времени срабатывания компаратора относительно силы фототока.

Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.

Фиг. 3 иллюстрирует работу предложенного устройства, где вверху показано изменение напряжения на емкости накопления (C_{int big}) но фоне постоянного напряжения опорного уровня компаратора (V_REF), а внизу, импульсы на выходе компаратора, которые затем считаются цифровым счетчиком (COUNTER). Накопление фотозаряда происходит на двух конденсаторах: большой (C_{int big}) и малой (C_int) емкости. При достижении опорного уровня компаратора (V_REF) большой конденсатор размыкается ключом K1 от входа компаратора, в это же время этот вход вместе со вторым конденсатором с малой емкостью подключается ко второму опорному уровню V_INJ, который меньше напряжения V_REF. Это приводит к быстрому переключению компаратора в исходное состояние, при этом малая емкость вычитает заряд с большой. Сигналом RES, который управляет одноименным ключом, задается время интегрирования - T_INT (фиг. 4). Когда ключ RES замкнут, то емкость накопления сидит обеими обкладками на земле, следовательно, интегрирование фототока на ней не происходит.

На Фиг. 5 представлена схема предложенного аналого-цифрового преобразователя фототока в цифровой код, где V_B - шина управления смещения фотодиода, V_INJ - шина опорного уровня, V_REF - шина опорного уровня компаратора, B_UPR, RES, K1, K2 - аналоговые ключи, OUT - шина выхода.

Недостатком прототипа является зависимость значений цифрового кода от задержки срабатывания компаратора, это ведет к нелинейности зависимости цифрового кода от фототока приемника.

В предложенной схеме независимость цифрового кода от задержки срабатывания компаратора можно объяснить тем, что с большой емкости (C_{int big}) происходит вычитание нормированных квантов заряда в течение всего процесса аналого-цифрового преобразования. Таким образом, система из двух конденсаторов работает как вычитатель нормированной порции заряда.

Высокая частота осцилляций вытекает из принципа работы устройства, так как отличие от прототипа емкость накопления сбрасывается не на землю, хотя регулировка через шину V_INJ допускает такую возможность.

Пример реализации: разработанная ячейка считывания преимущественно подходит для ФЧЭ, которые генерируют относительно высокие токи - десятки наноампер. Потенциальная область применения - малоформатные матрицы с большим шагом порядка 40 мкм с малым временем кадра - от 20 мкс и кадровой частотой от 20 кГц, в которых требуется высокая помехозащищенность. Разрядность АЦП от 8 до 15 бит. Рекомендуемое соотношение между большой и малой емкостями в ячейке 10 к 1 соответственно.

По линейности в результате эксперимента получены соотношения: при увеличении тока в 16 в случае прототипа значения цифрового кода вырастает в 12 раз, а в предложенной ячейке увеличение тока с 16 раз увеличивает значение цифрового кода в те же 16 раз, что говорит о высокой линейности.

Устройство аналого-цифрового преобразования фототока в цифровой код, выполненное на полупроводниковой подложке, содержащей входной транзистор, исток которого соединен с выходом фотодетектора, затвор соединен с шиной V_B сток соединен с обкладкой емкости C_{int big}, вторая обкладка которой соединена с шиной земли, отличающееся тем, что сток входного транзистора соединен с одним из входов аналогового ключа К1, выход которого соединен с обкладкой емкости C_int, вторая обкладка которой соединена с шиной земли, обкладка которой соединена с выходом ключа К2, вход которого подключен в шине V_INJ, выход которого соединен с выходом ключа RES, вход которого соединен с шиной земли, выход которого соединен с одним из входов операционного усилителя, второй вход которого соединен с шиной V_REF, выход которого соединен со вторым входом ключа K1, выход которого соединен с входом n битного двоичного счетчика, выход которого соединен с шиной OUT.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления оксинитрида кремния, устойчивого к дефектообразованию и воздействию горячих носителей. Способ изготовления полевых транзисторов включает формирование азотированного оксидного слоя, активных областей полевого транзистора и электродов к ним, согласно изобретению формируют азотированный оксидный слой - оксинитрид кремния путем создания слоя пористого кремния толщиной 280-300 нм, пористостью 74% анодным окислением в электрохимической ячейке с 5 вес.

Способ формирования силицида // 2786689

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов. Способ формирования силицида включает электронно-лучевое нанесение палладия толщиной 50 нм в вакууме на кремниевую подложку и отжиг, при этом согласно изобретению нанесение осуществляют испарением, которое проводят в вакууме при давлении 1·10-5 Па с последующим воздействием пучка ионов Ar энергией 200 кэВ под углом 7° дозой 3·1016 см-2 и плотностью тока ионного пучка 1,5 мкА/см2 при температуре 50°С со скоростью роста 0,3 нм/с, а отжиг осуществляют при температуре 200°С в вакууме 1·10-3 Па в течение 10 мин.

Способ обработки перед напылением титан-германий (ti-ge) // 2786369

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых транзисторов, в частности к способам обработки обратной стороны перед напылением. Способ обработки поверхности пластин перед напылением титан-германий (Ti-Ge) включает обработку поверхности кремниевых пластин перед напылением на обратную сторону пластины, проводят обработку травлением, при этом в качестве травителя используют раствор, в состав которого входят: азотная кислота - HNO3, фтористоводородная кислота - HF, деионизованная вода - Н2О следующих соотношениях: HNO3:HF:H2O - 1:10:35, а время обработки поверхности кремниевых пластин при комнатной температуре не более 25±5 с.

Способ изготовления радиационно-стойкого полупроводникового прибора // 2785122

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов. Способ состоит в следующем: на кремниевых пластинах после создания тонкого затворного оксида по стандартной технологии поверх нее над канальной областью формируют слой нитрида кремния Si3N4 толщиной 40-80 нм при расходе газовой смеси SiH4-N2 35-40 см3/мин в реакторе, давлении газовой смеси 0,4 мм рт.ст., ВЧ-мощности 100 Вт, концентрации силана в смеси 1 мол.%, температуре подложки 400°С и скорости осаждения нитрида кремния Si3N4 0,3 нм/с.

Способ изготовления полупроводникового прибора // 2785083

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов. Согласно изобретению предложен способ формирования полупроводниковых приборов, включающий формирование на кремниевой пластине тонкого затворного оксида толщиной 13 нм термическим окислением при 1000°С в течение 40 мин в сухом О2 с добавкой 3% HCl, отжиг в аргоне 15 мин, нанесение поверх слоя оксида кремния над канальной областью слоя поликремния толщиной 300 нм пиролитическим разложением силана SiH4 при температуре 670°С в аргоне, после чего поликремний легируют ионами бора с дозой 1013 см-2 энергией 90 кэВ и полученную полупроводниковую структуру отжигают под действием сканирующего аргонного лазера мощностью 10-15 Вт.

Способ изготовления микрогироскопа // 2784820

Изобретение относится к области приборостроения и может применяться при изготовлении микрогироскопов. Способ изготовления микрогироскопа включает изготовление структурных элементов - крышки с откачной трубкой и газопоглощающим элементом, основания корпуса, и чувствительного элемента, установку чувствительного элемента на основание корпуса.

Способ изготовления гибридной интегральной схемы свч диапазона // 2783368

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к способам изготовления гибридных интегральных схем, например, генераторного модуля СВЧ-диапазона. Техническим результатом изобретения является повышение технологичности, улучшение электрических и массогабаритных характеристик гибридной интегральной схемы.

Получение триалкилиндиевых соединений в присутствии карбоксилатов // 2782752

Изобретение относится к способу получения триалкилиндия. Согласно предложенному способу триалкилиндий получают в реакционной смеси, которая содержит по меньшей мере один галогенид алкилиндия, триалкилалюминий, карбоксилат и растворитель, состоящий из углеводородов, при этом алкильные остатки независимо друг от друга выбраны из С1-С4алкила.

Способ формирования на поверхности кремниевых полупроводниковых структур слоя золота, электрохимически осажденного из электролитов с ph=6-7 // 2778998

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых полупроводниковых приборов и интегральных схем, в частности к области технологий получения контактов золото-кремний с помощью электрохимических методов осаждения металла. Предлагается способ электрохимического осаждения золота на кремниевые полупроводниковые структуры, включающий химическую обработку кремниевой полупроводниковой пластины в растворах и последующее электрохимическое осаждение золота из электролитов золочения с рН=6÷7, при этом перед электрохимическим осаждением золота проводят химическую обработку в растворе смеси, состоящей из алифатического спирта и плавиковой кислоты в соотношении от 1:0 до 1:8.

Способ получения монослойного силицена // 2777453

Изобретение относится к способу получения эпитаксиальных тонкопленочных материалов в вакууме и может быть использовано для производства кремнийсодержащих логических компонентов приборов наноэлектроники, композитных материалов для реального сектора экономики. Способ получения монослойного силицена состоит из трех этапов.