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MOS電容器工作原理分享|必看-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2020-11-20 

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MOS電容器工作原理分享|必看-KIA MOS管


MOS電容器工作原理:電荷的收集

MOS電容器是所有MOS(金屬-氧化物-半導體)結構中最簡單的,它是CCD的構成基礎;弄清楚這種結構的原理對理解CCD的工作原理是非常有用的。


MOS電容器有二種類型:表面溝道和埋溝。這二種類型MOS電容器的制造只有些微地不同;然而,由于埋溝電容結構具有很多顯著的優點,因此這種結構成了CCD制造工藝的首選。事實上今天制造的所有CCD幾乎都利用埋溝結構。


MOS電容器工作原理-電荷的收集

埋溝電容是在一個p-型襯底上建造的;在p-型襯底表面上形成一個n-型區(~1μm厚);然后,生長出一層薄的二氧化硅(~0.1μm厚);再在二氧化硅層上用金屬或高摻雜的多晶硅制作電極或柵極;至此完成了MOS電容的制作。


MOS電容器工作原理


無偏置時,n-型層內含有多余的電子向p-型層擴散,p-型層內含有多余的空穴并向n-型層擴散;這個結構與二極管結的結構完全相同。上述的擴散產生了內部電場,在n-型層內電勢達到最大。


MOS電容器工作原理


CCD曝光時,每個像元有一個電極處于高電位。硅片中這個電極下的電勢將增大,成為光電子收集的地方,為勢阱。其附近的電極處于低電位,形成了勢壘,并確定了這個像元的邊界。像元水平方向上的邊界由溝阻確定 。


MOS電容器工作原理


CCD曝光時,產生光生電荷,光生電荷在勢阱里收集。隨著電荷的增加,電勢將逐漸變低,勢阱被逐漸填滿,不再能收集電荷,達到飽和。勢阱能容納的最多電荷稱為滿阱電荷數。


MOS電容器工作原理


MOS電容器工作原理:實際的埋溝結構

埋溝結構的兩邊各有-一個比較厚(~0.5-1.5μm)的場氧化物區。該區與高摻雜的p-型硅一起形成形成溝阻,該區的靜電勢對柵極的電壓和電壓變化不敏感,始終保持形成勢壘。


MOS電容器工作原理


埋溝結構的MOS電容的主要特點是:

能在單一電極之下的一個局部區域內產生勢阱;


能調整或控制柵極下面的勢能;


儲存電荷的位置(勢能最小處)離Si-Si02交界面有定的距離;


低的暗電流使其能夠長時間的儲存信號電荷(取決于工作條件可以從數十秒到數小時);


所收集的電荷可以通過光照、電注入等產生;


能快速地將電荷從-一個電極之下的一一個位置轉移到下一個鄰近的電極下面,而且損失非常低


小結

CCD的基本結構非常簡單,就是MOS電容。了解MOS電容器工作原理就了解了收集電荷的勢阱,了解了隔離電荷包的勢壘,了解了供電荷轉移的溝道。


CCD的輸出結構對CCD性能的影響至關重要。通過對輸出結構的學習,重點了解CCD輸出信號的特殊性和復位噪聲的概念。CMOS圖像傳感器發展很快,學習本章內容對CMOS的應用也是有用的。




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