Конструирование ПЗС-структур с повышенной фоточувствительностью на основе объемного моделирования распределений потенциала и заряда

• Автор: Пугачев, Андрей Алексеевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 183 с. : ил

Оглавление
Введение

Постановка задачи

Научная новизна работы.

Положения, выносимые на защиту.

Практическая ценность работы

ГЛАВА 1. Анализ современных структур фоточувстви

тельных ПЗС

1.1 Конструкции современных ФПЗСячеек.

1.2 Средства автоматизированного проектирования ФПЗС . . Выводы по главе 1

ГЛАВА 2. Принцип работы и конструкции ПЗС с управлением

через обедненный слой
2.1 Принцип модуляции потенциала в канале ПЗС через обедненный слой
2.2 ПЗСструктура с управлением через боковые области
рп переходов.
2.3 ПЗСструктура с управлением через донные области
рп перехода
2.4 ПЗСструктура с управлением по периметру
канала переноса.
Выводы по главе 2
ГЛАВА 3. Математические и программные средства
объемного моделирования ПЗС.
3.1 Методы двумерного моделирования .
3.2 Программные средства двумерного моделирования .
3.3 Квазитрехмерное моделирование ПЗС.
3.3.1 Квазитрехмерная физическая и
математическая модели ПЗС
3.4 Программное обеспечение для квазитрехмерного
расчета
3.5 Графическое отображение результатов моделирования. 0 Выводы по главе 3
ГЛАВА 4. Использование системы моделирования для
разработки СБИС на ПЗС.
4.1 Строчнокадровый ФПЗС А и линейный
ФПЗС А
4.2 Перспективные ПЗС ВЗН Матрица 1.4.
4.3 ПЗС ВЗН со встроенными потенциальными
барьерами.
4.4 ПЗС для звездного датчика
4.5 Гибридный модуль на ПЗС .
4.6 ФПЗС с вирутальной фазой микросхем 1зооА,
Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


Боковая” фотоприемная поверхность структуры не содержит поликремния и металла. Электрическое поле затворов прикладывается перпендикулярно к направлению движения заряда, а соседние области накопления расположены на противоположных сторонах канала, поэтому заряд ’’лавирует” в канале с одной стороны на другую. В одном из вариантов конструкции в качестве затворов используются р-п - переходы. Обладая прекрасной спектральной характеристикой, данная конструкция требует очень прецизионного технологического процесса и имеет низкую эффективность переноса (менее 0,). Фирмой Texas instruments предложена новая фотоприемная структура для телевидения высокой четкости [1, названная ’’прибором с объемной модуляцией заряда” - Bulk Charge Modulated Device. KOH-струцкция обладает высокой фоточувствительностью за счет применения в качестве фотоприемника МОП-транзистора со скрытым каналом p-типа и потенциальной ямой n-типа, имплантированной под канал. Несмотря на ряд преимуществ, данная шестиугольная конструкция, совместимая с базисной КМОП-технологией, не имеет участков, свободных от поликремниевых покрытий, что снижает её спектральную чувствительность в коротковолновой области спектра. Фирмой philips также предложен новый класс ФПЗС, использующий для передачи информации одновременно электронные и дырочные зарядовые пакеты 4]. Прибор состоит из столбцов р- и п- канальных ПЗС, которые формируют два раздельно управляемых р и п изображения. При этом n-канал служит изолятором для p-канала и наоборот. Перспективная ПЗС-структура с прямой засветкой с усилением фоточувствительости за счет лавинного умножения носителей заряда в областях межфазных промежутков предложена в 5]. В такой структуре прогнозируется -кратное увеличение величины зарядового пакета В других случаях улучшение фоточувствительности достигается в основном за счет каких-либо усовершенствований и оптимизации традиционных конструкций ФПЗС с прямой засветкой. Так, фирма ыес сумела довести площадь апертуры фотодиода ПЗС-элемента строчно-кадровой матрицы до % от общей площади пиксела (). В тоже время фирме зоиу удалось сократить площадь пиксела на %, которая составляет 4,x5, мкм2 (1. При этом сохранения чувствительности и электрических характеристик прибора достигнуто за счет усовершенствования массива поверхностных микролинз, увеличения тянущих полей за счет уменьшения длин электродов и межэлект-родных зазоров, а также за счет оптимизации профиля примеси элемента в области горизонтального регистра. В (] и, аналогичным образом, в [] фирмой икс в традиционной структуре с фотодиодным накопителем предложен новый механизм считывания сигнального заряда из фотодиода - считывание в режиме "прокола”. Это позволило увеличить фоточувствительность и достичь размера пиксела 4,8мкмх5,6мкм с площадью фотодиода % от общей площади элемента. Фотодиодные накопители также оптимизированы в [-]. Фирмой hitachi [] фоточувствительность ПЗС с фотодиодным накопителем повышена за счет использования глубокого p-кармана в области фотодиода, однако площадь пиксела в такой структуре возросла за счет необходимости использования бокового затворного антиблуминга и составила 9,9мкмх9,5мкм. Этой же фирмой для уменьшения шума смаза произведена модификация профиля примеси р-кармана канала переноса без каих-либо принципиальных конструкционных изменений пиксела []. Разработка и проектирование структур, действие которых основано на объемных физических эффектах, проводится с обязательным использованием средств математического моделирования (-, -]. Опти мальное соотношение параметров профиля примеси для области фотодиода [] получено только благодоря использованию комплекса средств двумерного моделирования профилей примеси и электрического потенциала. В основе математической модели расчета элетри-ческого потенциала лежит решение фундаментальной системы уравнений полупроводника (ФСУ), позволяющее получить оптимальную траекторию пертекания сигнального заряда из области фотодиода в вертикальный регистр. Simulation Sysytem) фирМЫ MATSUSHITA.