MOS電容器工作原理分享|必看-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2020-11-20
MOS電容器是所有MOS(金屬-氧化物-半導體)結構中最簡(jiǎn)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(lèi)型:表面溝道和埋溝。這二種類(lèi)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(zhù)的優(yōu)點(diǎn)，因此這種結構成了CCD制造工藝的首選。事實(shí)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(gè)p-型襯底上建造的;在p-型襯底表面上形成一個(gè)n-型區(~1μm厚);然后，生長(cháng)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。
無(wú)偏置時(shí)，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(gè)結構與二極管結的結構完全相同。上述的擴散產(chǎn)生了內部電場(chǎng)，在n-型層內電勢達到最大。
CCD曝光時(shí)，每個(gè)像元有一個(gè)電極處于高電位。硅片中這個(gè)電極下的電勢將增大，成為光電子收集的地方，稱(chēng)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(gè)像元的邊界。像元水平方向上的邊界由溝阻確定 。
CCD曝光時(shí)，產(chǎn)生光生電荷，光生電荷在勢阱里收集。隨著(zhù)電荷的增加，電勢將逐漸變低，勢阱被逐漸填滿(mǎn)，不再能收集電荷，達到飽和。勢阱能容納的最多電荷稱(chēng)為滿(mǎn)阱電荷數。
MOS電容器工作原理：實(shí)際的埋溝結構
埋溝結構的兩邊各有-一個(gè)比較厚(~0.5-1.5μm)的場(chǎng)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。
能在單一電極之下的一個(gè)局部區域內產(chǎn)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(cháng)時(shí)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(shí));
所收集的電荷可以通過(guò)光照、電注入等產(chǎn)生;
能快速地將電荷從-一個(gè)電極之下的一一個(gè)位置轉移到下一個(gè)鄰近的電極下面，而且損失非常低。
CCD的基本結構非常簡(jiǎn)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(guān)重要。通過(guò)對輸出結構的學(xué)習，重點(diǎn)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(fā)展很快，學(xué)習本章內容對CMOS的應用也是有用的。
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