4.1.5. Детекторы динамических неоднородностей
Детекторы динамических неоднородностей в полупроводниковых приборах функциональной электроники предназначены для считывания информации. При этом информационный сигнал может быть либо аналоговым, либо цифровым, В основе работы детекторов лежат различные процессы взаимодействия динамических неоднородностей с веществом или полями. Это могут быть различные электрические явления наведения тока или образования заряда, появление потенциала или наведение электрического или магнитного импульсного поля, возбуждение атомов или молекул. Электрически нейтральные динамические неоднородности могут быть зарегистрированы по вторичным заряженным частицам или продуктам взаимодействия, возникающим в результате взаимодействия с веществом.
Все детекторы динамических неоднородностей, как правило, являются элементами двоичной логики и выделяют логические нуль и единицу. Детекторы многозначной логики используются в более сложных комбинациях физических процессов и явлений. Рассмотрим некоторые примеры детекторов динамических неоднородностей полупроводниковой природы. Простейшим является плавающий обратносмещенный р-п-переход (рис. 4.10).
С этой целью на выходе ПЗС-структуры создается плавающая диффузионная область (ПДО). Зарядку диффузионной области до плавающего потенциала производят путем подачи обратного смещения Е на последнюю диффузионную область.
Соединение осуществляется за счет создания индуцированного канала в транзисторе сброса Т. С этой целью на его затвор Зт, подается импульс смещения, в течение которого плавающая диффузионная область заряжается от источника Е (рис. 4.10, б).
Транзистор сброса запирается и ПДО остается заряженной и изолированной (рис. 4.10, в).
Приход зарядового пакета из-под затвора З вызовет изменение потенциала ПДО на величину U, способную открыть выходной транзистор Твых (рис. 4.10, г). Это приведет к возникновению в выходной цепи токового импульса. После процесса считывания ПДО очищается от уже продетектированного зарядового пакета путем подачи импульса на затвор и стока всего заряда.
Существуют и более сложные детекторы зарядовых пакетов, определяющих в системах многозначного информационного сигнала величину и знак заряда.
Детектирование динамических неоднородностей в виде волн пространственного заряда осуществляется с помощью металлического электрода, нанесенного на поверхность пленочных структур. Электрод располагается вблизи стока, на который подается напряжение смещения, вызывающее дрейф электронов от истока к стоку (от катода к аноду). Детектирующий электрод образует с полупроводниковой пленкой контакт типа барьера Шоттки. Такой емкостной зонд изолирован от пленки по постоянному току обедненной областью и способен детектировать, в том числе, высокочастотные сигналы.
Рис. 4.10. Конструкция детектора зарядовых пакетов
на основе ПДО (а), процесс перезарядки ПДО до плавающего потенциала (б), ждущий режим ПДО (в), детектирование
зарядового пакета и возникновение импульса тока (г)