Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра ЕТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Принципи побудови та дії ПЗЗ»
МІНСЬК, 2008
Прилади з зарядовим зв'язком (ПЗЗ), як і транзистори, володіють властивістю універсальності, що дозволяє використовувати їх у найрізноманітніших пристроях. Вони застосовуються в цифрових ЗУ великої інформаційної місткості. У оптоелектронних приймачах зображень на основі ПЗЗ створюють формувачі відеосигналів. У радіотехнічних системах обробки інформації ПЗЗ використовують при розробці ліній затримки, фільтрів різних типів, пристроїв спектрального аналізу й обробки радіолокаційних сигналів.
У даному випадку розглядається пристрій, принцип дії та параметри елементів ПЗС, а також різновиди їх конструкцій.
Пристрій, принцип дії.
Основними елементами ПЗЗ є однотипні МДП - конденсатори, сформовані на загальній монокристаллической напівпровідникової підкладці 1 p - типу (рис.1). Розташовані на шарі діелектрика 2 смужки затворів 3 утворюють регулярну лінійну систему або плоску матрицю. Для більшості приладів підкладку виготовляють з високоомного кремнію, діелектриком служить діоксид кремнію. Затвори з допомогою алюмінієвих або полікремнієвих плівкових провідників приєднують до керуючих шин, на які відносно заземленого електрода підкладки подають імпульсні керуючі напруги. У розглянутому приладі три керуючих шини Ф1, Ф2, Ф3, тому він називається трехтактним. Для приладів з підкладкою p-типу управляючі напруги як правило мають позитивну полярність, а з підкладкою n-типу - негативну.
При подачі напруги високого рівня, наприклад, на шину Ф1 в приповерхневих областях напівпровідникової підкладки під затворами, з'єднаними з цією шиною (першим, четвертим і т.д.), виникають потенційні ями для електронів. Електричний сигнал в ПЗС представлений не струмом чи напругою, як в мікросхемах транзисторах на транзисторах, а зарядом - зарядовим пакетом.
Принцип дії ПЗЗ заснований на накопиченні та зберіганні зарядових пакетів у потенційних ямах під затворами і на зарядових пакетів у потенційних ямах під затворами і на переміщенні зарядових пакетів між сусідніми елементами при зміні керуючих напруг - тактових імпульсів. Взаємодія сусідніх елементів здійснюється за допомогою перенесення зарядових пакетів в напівпровідниковій підкладці в напрямку, показаному стрілкою на рис.1, а.
Ця взаємодія називають зарядовим зв'язком, що відображено в назві приладу. Для того щоб між сусідніми елементами забезпечувалася ефективна зарядова зв'язок, відстані між затворами повинні бути досить малими в порівнянні з товщиною збіднених шарів під затворами.
Завдяки безпосередній зарядовим зв'язку між сусідніми елементами в ПЗЗ не потрібні сигнальні провідники, необхідні в інтегральних мікросхемах містять транзистори. На поверхні більшої частини кристала распологаются тільки керуючі шини, а сігнальнальние провідники використовуються лише на входах і виходах ПЗЗ.
У поверхні підкладки сформовані області 4 p +-типу, межі яких на рис.1, а показані штриховими лініями. Області p +-типу обмежують частина підкладки, розташовану під затвором, в якій переміщуються зарядові пакети. Тому її називають каналом переносу.
Розглянемо фізичні процеси в МДН - структурі, докладно описані в [3], стосовно ПЗЗ, які на відміну від МДП транзисторів працюють тільки в імпульсному режимі. Нехай при t = 0 напруга на затворі змінюється стрибком від Uз = 0 до Uз> Uпор, де Uпор-порогове напруга. У напівпровіднику під затвором утворюється потенційна яма для електронів і протягом дуже короткого відрізка часу (близько часу діелектричної релаксації) формується шар з високою питомою опором, в якому під дією поля видалені основні носії - дірки, а електрони ще не встигли накопичитися. Глибина потенційної ями максимальна на кордоні напівпровідника з діелектриком, тут починає накопичуватися зарядовий пакет електронів Qn. Він з'являється внаслідок контрольованого перенесення зарядів із сусідньої МДП-структури і неконтрольованих процесів: теплової генерації електронів в обедненном шарі або на поверхні напівпровідника, дифузії електронів з підкладки.
Розподілу поверхневого потенціалу в МДН-структури і неконтрольованих процесів: тепловій генерації електронів в обедненном шарі або на поверхні напівпровідника, дифузії електронів з підкладки.
Розподіл поверхневого потенціалу в МДН-структурі в напрямку, перпендикулярному затвору, для різних моментів часу наведені на ріс.2.Коордіната x відраховується від кордону напівпровідник (П) - діелектрик (Д). Штриховий лінією показана межа діелектрик - метал (М). У міру накопичення зарядового пакета за рахунок теплової генерації носіїв заряду товщина збідненого шару Lоб і поверхневий потенціал напівпровідника фпов зменшуються, а різниця потенціалів на діелектрику збільшується. У сталому режимі (t) поверхневий потенціал зменшується до значення фпор = 2фтln (Na / ni), де Na - концентрація акцепторів в підкладці; ni - концентрація власних носіїв. При цьому у поверхні утворюється інверсний шар n-типу, максимальний заряд електронів в якому
Qn макс = Cд (Uз-Uпор),
Де Cд = Sз E 0 E д / d - ємність діелектрика; Sз - площа затвора.
Для роботи ПЗЗ істотна залежність поверхневого потенціалу від величини зарядового пакету при заданій напрузі затвора (мал. 3). Ця залежність приблизно лінійна:
фпов = -Qn/Cд.
При постійному значенні Qn поверхневий потенціал зростає при збільшенні напрузі затвора також приблизно по лінійному закону.
Наведені залежності дозволяють наочно проілюструвати роботу ПЗЗ з допомогою гідродинамічної моделі (рис.4, а-в). У цій моделі потенційна яма ототожнюється з посудиною, зарядовий пакет Qn-з рідиною, що заповнює цю посудину, поверхневий потенціал, тобто глибина потенційної ями, - з відстанню h від поверхні рідини, що заповнює цю посудину, ін верхнього краю посудини. У такій моделі між обсягом рідини в посудині і глибиною h (Qn) його незаповненою частини існує лінійна залежність виду, а глибина порожнього судини h (0) збільшується пропорційно напрузі затвора. Ця модель використовується для пояснення процесу перенесення зарядного пакета.
Розглянемо процес перенесення зарядного процесу в ПЗС з трьохактної схемою управління. Тимчасові діаграми керуючих імпульсів для цього випадку наведені на рис.5. Нехай в момент часу t1 на затворах, приєднаних до ширини Ф2, напруга високого рівня U'3> Uпор і під другим і п'ятим затворами накопичені зарядові пакети Qn2 і Qn5 (рис.6), а на затворах, приєднаних до шин Ф1 і Ф3 - напруга низького рівня і під відповідними затворами немає потенційних ям і зарядових пакетів. У момент часу t2 на затвори, з'єднані з шиною Ф3 надходить напруга високого рівня і під ними практично миттєво формуються порожні потенційні ями. На затворах шини Ф1 зберігається напруга низького рівня.
Для нормальної роботи ПЗЗ відстань між сусідніми затворами повинно бути досить малим, щоб потенційні ями сусідніх елементів, на затвори яких подано напругу U'3, зливалися в єдину потенційну яму без бар'єру посередині,. для моменту часу t3> t> t2.
Рис.4
Перенесення зарядочних пакетів стає можливим завдяки крайовій ефекту. Він полягає в тому, що розміри потенційної ями в площині пластини (у напрямку перенесення зарядних пакетів) перевищують розміри затвора, тобто потенційна яма утворюється не тільки під затвором, а й деякій відстані від його країв. Розміри областей за межами затвора, в яких формується потенційна яма, збільшуються із зростанням напруги на затворі. Тільки при досить великих напругах на сусідніх затворах і малих відстанях між ними потенційні ями під сусідніми затворами перекриваються, утворюючи єдину потенційну яму.
Оскільки при t = t2 (див. мал.6) у третьому елементі електронів немає, а в другому накопичений зарядовий пакет Qn2, то згідно залежностям, показаним на рис.3., При однакових напругах на затворах U32 = U 33 = U'3 поверхневий потенціал під затвором 3 буде значно вище, ніж під затвором 2. У результаті впливу зарядового пакету Qn2 при однакових напругах на затворах 2 і 3 в загальній потенційній ямі виникає поздовжнє електричне поле, що прискорює електрони в бік третього елемента.
У гідродинамічної моделі ПЗЗ процесу перенесення зарядового пакету відповідає перетікання рідини в межах загального судини. Після підвищення напруги в затворі 3 формується загальний судина, розташована під двома затворами і в проміжку між ними. Рідина в цьому посуді при t> t2 розподілена нерівномірно і починає перетікати під затвор 3. У міру вирівнювання рівнів рідини під затворами 2 і 3 швидкість його течії зменшується. Щоб прискорити перекачування рідини, напруга на затворі 2 при t> t3 поступово знижують до значення U3 хв. Дно посудини під цим затвором піднімається, і рідина переміщається в посудину, розташований під затвором 3.
При t = t4 перенесення зарядового пакету з другого елементу в третій закінчується, при цьому зарядовий пакет Qn2. У той же період часу здійснюється аналогічний перенесення зарядового пакету з п'ятого елемента в шостій. Спрямованість перенесення зарядового пакетів Qn2 і Q n5 забезпечується тим, що під час перенесення на затворах 1 і 4 (шина Ф1) підтримується низька напруга і під ними потенційна яма не формується. Для направленого перенесення в розглянутому випадку використовують трехтактние управляючі напруги (див. рис. 5). Для зберігання і перенесення одного зарядного пакета необхідно три елементи.
У момент часу t = t5 на шину Ф1 подається напруга високого рівня (див. рис.5) і починається перенесення зарядових пакетів Qn3 і Qn6 в наступні елементи. Таким чином інтервал часу tпер = t 4-t2 відповідають часу, відведеного для перенесення зарядових пакетів, а інтервал t xp = t 5 - t 4 - часу зберігання.
Пристрої введення і виведення зарядових пакетів є обов'язковими структурними елементами ПЗЗ. Вони дозволяють перетворити вихідні сигнали (рівні напруги) в сигнальні зарядові пакети, а на виході здійснювати зворотне перетворення.
Розглянемо пристрій введення електричного сигналу (рис.7, а). Воно складається з області 1 n + - типу, яка утворює з підкладкою n +-p перехід (вхідний діод), вхідного омічного контакту 2 до області 1 і вхідного затвора Ф вх. При простому способі введення на вхід подається сигнал негативної полярності, смещающий вхідний діод в прямому напрямі, а до Ф вх прикладається управляє позитивний напрямок. Найбільше пряме зміщення інжектується n +-p переходу забезпечується в приповерхневій області, воно збільшується із зростанням різниці напруг на вході і на вхідному затворі. Зарядовий пакет інжектується спочатку з під n + - області під вхідною затвор (рис.7, б), а потім переноситься під перший затвор Ф1. Величина інжектіруемого зарядового пакету збільшується із зростанням амплітуди вхідного сигналу за лінійним (приблизно експоненціальним) закону. Крім того, вона залежить від часу інжекції, тобто від тактової частоти керуючих імпульсів (див. рис.5). Гідність даного способу введення електричного сигналу - висока швидкодія (час інжекції становить кілька наносекунд).
У ряді випадків потрібно забезпечити близьку до лінійної залежність величини інжектіруемого зарядового пакету від вхідної напруги. Вона може бути отримана в тому ж пристрої введення (див. рис.7, а), якщо використовувати інший режим його роботи, званий режимом інжекції - екстракції (рис.7, в).
Інформаційний сигнал позитивної полярності подають на Ф вх, а вхідний діод спочатку зміщують в прямому напрямку. На етапі I забезпечується максимальне заповнення електронами потенційних ям під вхідним затвором і першим затвором Ф1, подають напругу U'3> U пір. На етапі II вхідний діод зміщують у зворотному напрямку і екстрагують електрони з-під затворів Ф вх і Ф1 в n + - область. При цьому з-під вхідного затвора заряд екстрагується повністю, а з-під першого він екстрагується до рівня, відповідного поверхневому потенціалу під вхідним затвором. Оскільки потенційна яма вхідного затвора виявляється порожньою, то поверхневий потенціал під цим затвором, як зазначалося вище, пропорційний напрузі на цьому затворі, тобто напрузі вхідного сигналу. Отже, величина зарядового пакету під першим затвором Ф1, пропорційна поверхневому потенціалу під вхідним затвором, буде змінюватися приблизно лінійно при зміні амплітуди вхідного сигналу.
Для виведення зарядового пакету на виході використовують пристрій (рис. 8, а), що містить область 1 n + - типу провідності, омічний контакт 2 до цієї галузі і вихідний затвор Фвих. Область 1 утворює з підкладкою вихідний діод, який зміщують у зворотному напрямку. Для цього на вихідний контакт через резистор подають постійне позитивне напруга, що перевищує максимальну напругу на Фвих. У деякий момент часу на вихідний затвор подають імпульс позитивної полярності, що дозволяє висновок зарядового пакета. Якщо в останньому елементі Ф3 до цього моменту часу був накопичений зарядовий пакет, то він переміститися в потенційну яму, розташовану під вихідним затвором (рис.8, б), а потім у більш глибоку потенційну яму області n + - типу і, нарешті, у вихідну ланцюг - резистор, приєднаний до n + - області. До вихідного висновку підключають чутливий підсилювач на МДП - транзисторах, які створюються на цій же підкладці.
У ряді випадків необхідно здійснювати незруйнована зчитування зарядового пакета. Для цього в якості датчика поверхневого потенціалу та пов'язаної з ним величини зарядового пакету використовують ППД - транзистор.
ЛІТЕРАТУРА
1. Ричіна Т.А. Пристрої функціональної електроніки та електрорадіоелементи., Мн: Радіо, 2005р.
2. Єфімов А.В, Мікроелектроніка, Мн: ВШ, 2004р.
3. Світенко В.І. Електрорадіоелементи, Мн: Радіо, 2006р.
Кафедра ЕТТ
РЕФЕРАТ
На тему:
«Принципи побудови та дії ПЗЗ»
МІНСЬК, 2008
Прилади з зарядовим зв'язком (ПЗЗ), як і транзистори, володіють властивістю універсальності, що дозволяє використовувати їх у найрізноманітніших пристроях. Вони застосовуються в цифрових ЗУ великої інформаційної місткості. У оптоелектронних приймачах зображень на основі ПЗЗ створюють формувачі відеосигналів. У радіотехнічних системах обробки інформації ПЗЗ використовують при розробці ліній затримки, фільтрів різних типів, пристроїв спектрального аналізу й обробки радіолокаційних сигналів.
У даному випадку розглядається пристрій, принцип дії та параметри елементів ПЗС, а також різновиди їх конструкцій.
Пристрій, принцип дії.
Основними елементами ПЗЗ є однотипні МДП - конденсатори, сформовані на загальній монокристаллической напівпровідникової підкладці 1 p - типу (рис.1). Розташовані на шарі діелектрика 2 смужки затворів 3 утворюють регулярну лінійну систему або плоску матрицю. Для більшості приладів підкладку виготовляють з високоомного кремнію, діелектриком служить діоксид кремнію. Затвори з допомогою алюмінієвих або полікремнієвих плівкових провідників приєднують до керуючих шин, на які відносно заземленого електрода підкладки подають імпульсні керуючі напруги. У розглянутому приладі три керуючих шини Ф1, Ф2, Ф3, тому він називається трехтактним. Для приладів з підкладкою p-типу управляючі напруги як правило мають позитивну полярність, а з підкладкою n-типу - негативну.
При подачі напруги високого рівня, наприклад, на шину Ф1 в приповерхневих областях напівпровідникової підкладки під затворами, з'єднаними з цією шиною (першим, четвертим і т.д.), виникають потенційні ями для електронів. Електричний сигнал в ПЗС представлений не струмом чи напругою, як в мікросхемах транзисторах на транзисторах, а зарядом - зарядовим пакетом.
Принцип дії ПЗЗ заснований на накопиченні та зберіганні зарядових пакетів у потенційних ямах під затворами і на зарядових пакетів у потенційних ямах під затворами і на переміщенні зарядових пакетів між сусідніми елементами при зміні керуючих напруг - тактових імпульсів. Взаємодія сусідніх елементів здійснюється за допомогою перенесення зарядових пакетів в напівпровідниковій підкладці в напрямку, показаному стрілкою на рис.1, а.
Ця взаємодія називають зарядовим зв'язком, що відображено в назві приладу. Для того щоб між сусідніми елементами забезпечувалася ефективна зарядова зв'язок, відстані між затворами повинні бути досить малими в порівнянні з товщиною збіднених шарів під затворами.
Завдяки безпосередній зарядовим зв'язку між сусідніми елементами в ПЗЗ не потрібні сигнальні провідники, необхідні в інтегральних мікросхемах містять транзистори. На поверхні більшої частини кристала распологаются тільки керуючі шини, а сігнальнальние провідники використовуються лише на входах і виходах ПЗЗ.
У поверхні підкладки сформовані області 4 p +-типу, межі яких на рис.1, а показані штриховими лініями. Області p +-типу обмежують частина підкладки, розташовану під затвором, в якій переміщуються зарядові пакети. Тому її називають каналом переносу.
Розглянемо фізичні процеси в МДН - структурі, докладно описані в [3], стосовно ПЗЗ, які на відміну від МДП транзисторів працюють тільки в імпульсному режимі. Нехай при t = 0 напруга на затворі змінюється стрибком від Uз = 0 до Uз> Uпор, де Uпор-порогове напруга. У напівпровіднику під затвором утворюється потенційна яма для електронів і протягом дуже короткого відрізка часу (близько часу діелектричної релаксації) формується шар з високою питомою опором, в якому під дією поля видалені основні носії - дірки, а електрони ще не встигли накопичитися. Глибина потенційної ями максимальна на кордоні напівпровідника з діелектриком, тут починає накопичуватися зарядовий пакет електронів Qn. Він з'являється внаслідок контрольованого перенесення зарядів із сусідньої МДП-структури і неконтрольованих процесів: теплової генерації електронів в обедненном шарі або на поверхні напівпровідника, дифузії електронів з підкладки.
Розподілу поверхневого потенціалу в МДН-структури і неконтрольованих процесів: тепловій генерації електронів в обедненном шарі або на поверхні напівпровідника, дифузії електронів з підкладки.
Qn макс = Cд (Uз-Uпор),
Де Cд = Sз E 0 E д / d - ємність діелектрика; Sз - площа затвора.
Для роботи ПЗЗ істотна залежність поверхневого потенціалу від величини зарядового пакету при заданій напрузі затвора (мал. 3). Ця залежність приблизно лінійна:
При постійному значенні Qn поверхневий потенціал зростає при збільшенні напрузі затвора також приблизно по лінійному закону.
Наведені залежності дозволяють наочно проілюструвати роботу ПЗЗ з допомогою гідродинамічної моделі (рис.4, а-в). У цій моделі потенційна яма ототожнюється з посудиною, зарядовий пакет Qn-з рідиною, що заповнює цю посудину, поверхневий потенціал, тобто глибина потенційної ями, - з відстанню h від поверхні рідини, що заповнює цю посудину, ін верхнього краю посудини. У такій моделі між обсягом рідини в посудині і глибиною h (Qn) його незаповненою частини існує лінійна залежність виду, а глибина порожнього судини h (0) збільшується пропорційно напрузі затвора. Ця модель використовується для пояснення процесу перенесення зарядного пакета.
Розглянемо процес перенесення зарядного процесу в ПЗС з трьохактної схемою управління. Тимчасові діаграми керуючих імпульсів для цього випадку наведені на рис.5. Нехай в момент часу t1 на затворах, приєднаних до ширини Ф2, напруга високого рівня U'3> Uпор і під другим і п'ятим затворами накопичені зарядові пакети Qn2 і Qn5 (рис.6), а на затворах, приєднаних до шин Ф1 і Ф3 - напруга низького рівня і під відповідними затворами немає потенційних ям і зарядових пакетів. У момент часу t2 на затвори, з'єднані з шиною Ф3 надходить напруга високого рівня і під ними практично миттєво формуються порожні потенційні ями. На затворах шини Ф1 зберігається напруга низького рівня.
Для нормальної роботи ПЗЗ відстань між сусідніми затворами повинно бути досить малим, щоб потенційні ями сусідніх елементів, на затвори яких подано напругу U'3, зливалися в єдину потенційну яму без бар'єру посередині,. для моменту часу t3> t> t2.
Рис.4
Перенесення зарядочних пакетів стає можливим завдяки крайовій ефекту. Він полягає в тому, що розміри потенційної ями в площині пластини (у напрямку перенесення зарядних пакетів) перевищують розміри затвора, тобто потенційна яма утворюється не тільки під затвором, а й деякій відстані від його країв. Розміри областей за межами затвора, в яких формується потенційна яма, збільшуються із зростанням напруги на затворі. Тільки при досить великих напругах на сусідніх затворах і малих відстанях між ними потенційні ями під сусідніми затворами перекриваються, утворюючи єдину потенційну яму.
Оскільки при t = t2 (див. мал.6) у третьому елементі електронів немає, а в другому накопичений зарядовий пакет Qn2, то згідно залежностям, показаним на рис.3., При однакових напругах на затворах U32 = U 33 = U'3 поверхневий потенціал під затвором 3 буде значно вище, ніж під затвором 2. У результаті впливу зарядового пакету Qn2 при однакових напругах на затворах 2 і 3 в загальній потенційній ямі виникає поздовжнє електричне поле, що прискорює електрони в бік третього елемента.
У гідродинамічної моделі ПЗЗ процесу перенесення зарядового пакету відповідає перетікання рідини в межах загального судини. Після підвищення напруги в затворі 3 формується загальний судина, розташована під двома затворами і в проміжку між ними. Рідина в цьому посуді при t> t2 розподілена нерівномірно і починає перетікати під затвор 3. У міру вирівнювання рівнів рідини під затворами 2 і 3 швидкість його течії зменшується. Щоб прискорити перекачування рідини, напруга на затворі 2 при t> t3 поступово знижують до значення U3 хв. Дно посудини під цим затвором піднімається, і рідина переміщається в посудину, розташований під затвором 3.
При t = t4 перенесення зарядового пакету з другого елементу в третій закінчується, при цьому зарядовий пакет Qn2. У той же період часу здійснюється аналогічний перенесення зарядового пакету з п'ятого елемента в шостій. Спрямованість перенесення зарядового пакетів Qn2 і Q n5 забезпечується тим, що під час перенесення на затворах 1 і 4 (шина Ф1) підтримується низька напруга і під ними потенційна яма не формується. Для направленого перенесення в розглянутому випадку використовують трехтактние управляючі напруги (див. рис. 5). Для зберігання і перенесення одного зарядного пакета необхідно три елементи.
У момент часу t = t5 на шину Ф1 подається напруга високого рівня (див. рис.5) і починається перенесення зарядових пакетів Qn3 і Qn6 в наступні елементи. Таким чином інтервал часу tпер = t 4-t2 відповідають часу, відведеного для перенесення зарядових пакетів, а інтервал t xp = t 5 - t 4 - часу зберігання.
Пристрої введення і виведення зарядових пакетів є обов'язковими структурними елементами ПЗЗ. Вони дозволяють перетворити вихідні сигнали (рівні напруги) в сигнальні зарядові пакети, а на виході здійснювати зворотне перетворення.
Розглянемо пристрій введення електричного сигналу (рис.7, а). Воно складається з області 1 n + - типу, яка утворює з підкладкою n +-p перехід (вхідний діод), вхідного омічного контакту 2 до області 1 і вхідного затвора Ф вх. При простому способі введення на вхід подається сигнал негативної полярності, смещающий вхідний діод в прямому напрямі, а до Ф вх прикладається управляє позитивний напрямок. Найбільше пряме зміщення інжектується n +-p переходу забезпечується в приповерхневій області, воно збільшується із зростанням різниці напруг на вході і на вхідному затворі. Зарядовий пакет інжектується спочатку з під n + - області під вхідною затвор (рис.7, б), а потім переноситься під перший затвор Ф1. Величина інжектіруемого зарядового пакету збільшується із зростанням амплітуди вхідного сигналу за лінійним (приблизно експоненціальним) закону. Крім того, вона залежить від часу інжекції, тобто від тактової частоти керуючих імпульсів (див. рис.5). Гідність даного способу введення електричного сигналу - висока швидкодія (час інжекції становить кілька наносекунд).
У ряді випадків потрібно забезпечити близьку до лінійної залежність величини інжектіруемого зарядового пакету від вхідної напруги. Вона може бути отримана в тому ж пристрої введення (див. рис.7, а), якщо використовувати інший режим його роботи, званий режимом інжекції - екстракції (рис.7, в).
Інформаційний сигнал позитивної полярності подають на Ф вх, а вхідний діод спочатку зміщують в прямому напрямку. На етапі I забезпечується максимальне заповнення електронами потенційних ям під вхідним затвором і першим затвором Ф1, подають напругу U'3> U пір. На етапі II вхідний діод зміщують у зворотному напрямку і екстрагують електрони з-під затворів Ф вх і Ф1 в n + - область. При цьому з-під вхідного затвора заряд екстрагується повністю, а з-під першого він екстрагується до рівня, відповідного поверхневому потенціалу під вхідним затвором. Оскільки потенційна яма вхідного затвора виявляється порожньою, то поверхневий потенціал під цим затвором, як зазначалося вище, пропорційний напрузі на цьому затворі, тобто напрузі вхідного сигналу. Отже, величина зарядового пакету під першим затвором Ф1, пропорційна поверхневому потенціалу під вхідним затвором, буде змінюватися приблизно лінійно при зміні амплітуди вхідного сигналу.
Для виведення зарядового пакету на виході використовують пристрій (рис. 8, а), що містить область 1 n + - типу провідності, омічний контакт 2 до цієї галузі і вихідний затвор Фвих. Область 1 утворює з підкладкою вихідний діод, який зміщують у зворотному напрямку. Для цього на вихідний контакт через резистор подають постійне позитивне напруга, що перевищує максимальну напругу на Фвих. У деякий момент часу на вихідний затвор подають імпульс позитивної полярності, що дозволяє висновок зарядового пакета. Якщо в останньому елементі Ф3 до цього моменту часу був накопичений зарядовий пакет, то він переміститися в потенційну яму, розташовану під вихідним затвором (рис.8, б), а потім у більш глибоку потенційну яму області n + - типу і, нарешті, у вихідну ланцюг - резистор, приєднаний до n + - області. До вихідного висновку підключають чутливий підсилювач на МДП - транзисторах, які створюються на цій же підкладці.
У ряді випадків необхідно здійснювати незруйнована зчитування зарядового пакета. Для цього в якості датчика поверхневого потенціалу та пов'язаної з ним величини зарядового пакету використовують ППД - транзистор.
ЛІТЕРАТУРА
1. Ричіна Т.А. Пристрої функціональної електроніки та електрорадіоелементи., Мн: Радіо, 2005р.
2. Єфімов А.В, Мікроелектроніка, Мн: ВШ, 2004р.
3. Світенко В.І. Електрорадіоелементи, Мн: Радіо, 2006р.