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奧林巴斯顯微鏡金屬氧化物半導體(MOS)電容器

2014-12-01  發布者:admin 

在所有的電荷耦合器件(CCD)的心髒是一個光敏感的金屬氧化物半導體(MOS)電容器,其中有三個組成部分由金屬電極(或柵極)的,二氧化矽的絕緣膜,以及矽襯底。

MOS電容被分成兩類設備,具有一個表麵溝道結構,而另一個具有一個埋溝的設計。 它是用於在現代的CCD的製造中,由於掩埋溝道結構的幾個優點,後者的設備。 MOS電容器陣列被製造在一個p型矽襯底,其中,主電荷載體是帶正電荷的電子“空穴”(圖1中示出)。 在此之前的多步光刻驅動的CCD的製造過程中,拋光的矽晶片用硼離子轟擊來創建本地化單個像素柵極組(圖1中未示出)的範圍內積分的電荷溝道停止。 用硼離子的晶片浸漬後,二氧化矽一萬埃層生長在溝道停止。

在製造過程中的下一步驟是通過注入磷離子在最終將被覆蓋的多晶矽柵電極的區域以創建掩埋通道。 由磷形成的n型半導體中含有帶負電荷的電子作為主要的電荷載體,並形成一個pn結型二極管結構,後者處理矽/二氧化矽接口深下方的勢阱本地化。 以及圖1所示的中央部的電位是二極管結構的示意圖。

掩埋信道的主要功能是集成電子遠離矽/二氧化矽接口,在這裏他們可以成為電荷轉移期間捕獲的本地化。 由深p型矽基板內定位的電荷,電荷的轉移發生更有效地以最小的殘留在柵極殘餘電荷。

後掩埋通道在矽襯底內形成,一層二氧化矽熱生長在矽晶片表麵上,以提供用於柵電極的絕緣基底。 接著,多晶矽(多晶矽)約5000埃厚的磷摻雜層上生長的氧化物層的頂部上。 此多晶矽層包括柵電極(參見圖1),並是對可見光透明,使其成為在CCD一起使用的理想物質。 雖然,一個完整的CCD的製造需要額外的步驟時,MOS電容器組件的基本知識已經完成在這一點上。

當電容器是無偏(沒有施加電壓),駐留在裝置的n區中的電子平衡到最低勢能

勢能= -|q| × Ψ

其中q是電荷密度上的電子的幅度和Ψ是對靜電電位。 從這個等式中,它遵循電子將定位在哪裏的靜電勢是最大的。 對於n區域A勢能圖示於圖2,它示出了電子合奏在電容器內聚集(氧化物層下方約1微米)。

後的電荷的量已經集成由相互作用的光子和一個電壓施加到與保持在地電位的矽襯底的柵電極,所述靜電勢曲線在圖2中繪製將趨向於展平在峰值。 作為柵極電壓增加時,電子捕獲在掩埋溝道的電位上升以線性方式。

還示出在圖1中是相鄰的門(用-V符號),該被偏壓以形成障礙,由中央門以及所創建的電勢。 奧林巴斯顯微鏡MOS電容器具有通過選擇性地改變在彼此相對的三個門的偏置(或電壓)移動至積分的電荷(由入射光子產生的)的能力。 這個集合與電子的轉移由電容器是基礎的CCD圖像傳感器。




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