Интегральный фотоэлектрический преобразователь

Интегральный фотоэлектрический преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в полупроводниковых ИС высокой степени интеграции в качестве преобразователя оптической информации в системах обработки оптической информации . Сущность изобретения: интегральный фотоэлектрический преобразователь содержит: основной и дополнительный нормально-закрытые полевые транзисторы с управляющим р-п-переходом (1,2), 2 шины, соединяющие выходы инверторов инжекционного типа с затворами полевых транзисторов (3.4), первый и второй инверторы (5,6), 2 шины, соединяющие прямой и инверсный выходы генератора прямоугольных импульсов с входами первого и второго инверторов (7,8), 1 генератор прямоугольных импульсов (9), 2 шины, соединяющие стоки полевых транзисторов со входами сумматора по модулю два (10,11), 1 сумматор по модулю два (12), выход сумматора по модулю два (13). 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 03 К 19/0175

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4847390/21 (22) 05.07.90 (46) 15.02.93. Бюл. М 6 (71) Московский институт электронной техники (72) Г.К.Меликов, В.Я.Кремлев и А.В.Асташкин (56) ЗИ С. Физика полупроводниковых приборов, т,2, M.; Мир, 1985. с. 384-386.

Патент CLUA N 4427990, кл, 357-22. 1984, (54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕ, СКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Использование: в полупроводниковых

ИС высокой степени интеграции в качестве преобразователя оптической информации в системах обработки оптической информа!

Ж„„1795541 А1 ции. Сущность изобретения; интегральный фотоэлектрический преобразователь содержит: основной и дополнительный нормально-закрытые полевые транзисторы с управляющим р-и-переходом (1,2), 2 шины, соединяющие выходы инверторов инжекционного типа с затворами полевых транзисторов (3.4), первый и второй инверторы (5,6), 2 шины, соединяющие прямой и инверсный выходы генератора прямоугольных импульсов с входами первого и второго инверторов (7,8), 1 генератор прямоугольных импульсов (9), 2 шины, соединяющие стоки полевых транзисторов со входами сумматора по модулю два (10,11), 1 сумматор по модулю два (12), выход сумматора по модулюю два (13). 4 ил.

1795541

Изобретение относится к фотоэлектрическим преобразователям, э более конкретно интегральным фотоэлектрическим преобразователям на основе нормально-закрытого полевого транзистора с управляющим р-п-переходом, и может быть использовано в полупроводниковых ИС высокой степени интеграции в качестве преобразователя оптической информации в системах обработки оптической информации, Известны интегральные фотоэлектрические преобразователи представляющие собой составные фототранзисторы, которые содержат два интегрально совмещенные биполярных транзистора, один иэ которых является фототранзистором и отличается.от обычного транзистора тем, что р-п-переход база-коллектор, выполняющий в нем роль ,фоточувствительного элемента, имеет большую площадь. Такой фотоэлектрический преобразователь имеет высокий коэффициент усйления, но низкое быстродействие вследствие большой емкости перехода база-коллектор. Кроме того, при увеличении коэффициента усиления из-за эффекта обратной связи быстродействие такого фотоэлектрического преобразователя .снижается;

Наиболее близким к предложенному по технической сущности является интегральный фотоэлектрический преобразователь, построенный на нормально-закрытом полевом транзисторе с управляющим р-и-переходом, который и выбран в качестве прототипа, Фоточувствйтельным элементом в прототипе является р-и-переход затвор-исток нормально-закрытого полевого транзистора с управляющим р-и-переходом, нэ котором под действием света наводится фотоЭДС, обуславливающее отпирайие полевого транзистора и, таким образом, его переключение из закрытого состояния в открытое. Присутствие оптического сигнала соответствует открытому состоянию полевого транзистора, а его отсутствие-закрытому состоянию полевого транзистора.

Недостатком прототипа является то, что такой фотоэлектрический преобразователь обладает низким быстродействием вследствие значительного времени запирания р-иперехода затвор-исток нормально-закрытого полевого транзистора с управляющим р-п-переходом, обусловленного тем, что затвор полевого транзистора находится в "оборванном" состоянии и, соответственно, велико время рекомбинации избыточных фотосгенерированных носителеи в его затворной области.

Этот недостаток предлагается устранять путем закорачивания затвора полевого транзистора через сопротивление на "землю", тем самым выводить избыточные носители из затворной области, Однако, такое решение является нежелательным, т.к, это снижает фоточувствительность нормально-закрытого полевого транзистора с управляющим р-п-переходом, поскольку избыточные носители выводятся из затворной области независимо от наличия или отсутствия оптического сигнала, Целью изобретения является повышение быстродействия фотоэлектрического

"5 преобразователя на основе нормально-закрытого полевого транзистора с управляющим р-п-переходом., Поставленная цель достигается тем, что интегральный фотоэлектрический преобразователь, содержащий основной нормально-закрытый полевой транзистор с управля1ощим р-п-переходом, включенный по схеме с общим истоком, р-и-переход которого является фоточувствительным, за2 твор подключен к оптическому входу

>г фотоэлектрического преобразователя, дополнительно содержит дополнительный нормально-закрытый полевой транзистор с уп равляющим р-п-переходом, включенный

ЗО по схеме с общим истоком, р-и-переход которого является фоточувствительным, два инвертора инжекционного типа, генератор прямоугольных импульсов, сумматор по модулю два, при этом, затворы основного и

З5 дополнительного нормально-закрытых полевых транзисторов с управляющим р-и-переходом подключены к выходам первого и второго инверторов инжекционного типа, ко входам которого подключены прямой и

40 инверсный выходы генератора прямоугольных импульсов, стоки основного и дополнительного нормально-закрытых полевых транзисторов с управляющим р-и-переходом подсоединены к первому и второму входам сумматора по модулю два, выход которого является выходом фотоэлектрического преобразователя.

На фиг,1 представлена эквивалентная схема фотоэлектрического преобразовате5О ля, где 1 — основной нормально-закрытый полевой транзистор с управляющим р-и-переходом, 2 — дополнительный нормальнозакрытый полевой транзистор с управляющим р-п-переходом, 3, 4.— шины, соединяющие выходы инверторов инжекционного типа с затворами полевых транзисторов, 5, 6 — первый и второй инверторы, 7, 8 — шины, содержащие прямой и инверсный выходы генератора прямоугольных импульсов со входами первого и второго инверто-.

1795541 ров, 9 — генератор прямоугольных импульсов, 10, 11 — шины, соединяющие стоки основного и дополнительного нормально-закрытого полевого транзистора с управляющим р и-переходом с первым и вторым входом сумматора па модулю два, 12 — сумматор по модулю два, 13 — выход сумматора по модулю два, который является выходом фотоэлектрического преобразователя; на фиг.2 — принципиальная электрическая схема фотоэлектрического преобразователя без генератора прямоугольных импульсов; на фиг.3 — временные диаграммы, поясняющие работу предлагаемого фотоэлектрического преобразователя; на фиг.4 — функционально-топологическая схема фотоэлектрического преобразователя без генератора прямоугольных импульсов, где 14 — подложка п-типа, на которой сформирован фотоэлектрический преобразователь.

Рассмотрим работу устройства. При отсутствии оптического сигнала нормальноэакрытые полевые транзисторы с управляющим р-и-переходом 1 и 2 будут закрыты, т.к. на их затворах низкий потенциал ввиду отсутствия цепи питания, а потенциалов на выходах соответствующих им инвертаров 5, 6, с затворами соответствующих нормально-закрытых полевых транзисторов с управляющим р-п-переходом шинами 3, 4, недостаточно для их переключения в открытое состояние, поэтому на стоках нормально-закрытых полевых транзисторов, которые соединены со входами сумматора по модулю два 12 шинами

10, 11, сигналы одинаковы, что означает наличие уровня логического "0" на его выходе

13 и, соответственно, йа выходе фотоэлектрического преобразователя (фиг.1, 3). При появлении оптического сигнала нормальнозакрытые полевые транзисторы с управляющим р-и-переходом 1 и 2 поочередно открываются и закрываются, управляемые импульсами, поступающими, соответствен..но, через инверторы 5. 6 с прямого и инверсного выходов генератора прямоугольных импульсов 9 по шинам 7, 8, т.к. наведенного фатопотенцйала достаточно для их нормальной работы, поэтому на стоках и, соответственно, на первом и втором входах

Формула изобретения

Интегральный фотоэлектрический преобразователь, содержащий основной нормальноэакрытый полевой транзистор с управляющим р-п-переходом, включенный по схеме с общим истоком, р-и-переход косумматора 12 появятся импульсы в противофазе, что будет соответствовать. появлению уровня логической "1" на выходе фотоэлектрического преобразователя 13. Таким об5 разом, уровень логической "1" на выходе фотоэлектрического преобразователя соответствует наличию оптического сигнала, а уровень логического "0" — ега отсутствию.

При этом, времена запирания р-и-перехо10 дов затвор-исток полевых транзисторов 1 и .

2 будут значительно меньше, чем в прототипе, поскольку время переключения фоточув. ствительных полевых транзисторов 1 и 2 из открытого состояния в закрытое при выклю15 чении оптического сигнала будет определяться шириной импульса генератора прямоугольных импульсов 9, т.к. затворы полевых транзисторов 1 и 2 соединены с выходами соответствующих инверторав 5, 6

20 (фиг.2) которые периодически замыкают их на "землю" через каналы соответствующих им переключательных полевых транзисторов, составляющих эти инверторы.

Предлагаемый фотоэлектрический пре25 абразователь может быть реализован в рамках стандартного безэпитаксиального технологического процесса на подложке итипа (КЭФ-4, 5) со сформированными на ней элементами: нормально-закрытые поле30 вые транзисторы с управляющим р-и-переходом 1 и 2,-инверторами инжекционного типа 5, 6. а также сумматора по модулю два

12. 8 качестве генератора прямоугольных импульсов может быть использован кольце35 вой генератор, сформированный на этом же кристалле в том же технологическом цикле, или тактовая последовательность импульсов с раэвязывающим инвертором. если таковая имеется в схеме устройства, 40 сформированного на этом же кристалле вместе с фотоэлектрическим преобразователем. Функционально-технологическая схема фотоэлектрического преобразователя без генератора прямоугольных импуль45 сов (фиг.4) одна из возможных реализаций размещения фотоэлектрического преобразователя на кристалле.

Минимальное время переключения предлагаемого фотоэлектрического преоб50 разователя составляет, по крайней мере, 10 с, торого является фоточувствительным, затвор подключен к оптическому входу фотоэлектрического преобразователя, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он дополнительно содержит дополнительный нормально-закрытый

1795541 полевой транзистор с.управляющим р-и-йереходом, включенный по схеме с общим истоком, p=n-переход которого является фоточувствительным, два инвертора инжекционного типа, генератор прямоугольных импульсов, сумматор по модулю два, при этом затворы основного и дополнительного нормально-закрытых полевых транзисторов с управляющим р-и-переходом подключены к выходам первого и второго инверторов инжекционного типа, к входам которых подключены прямой и инверсный выходы генератора прямоугольных . импульсов, стоки основного и дополнительного нормальнозакрытых полевых транзисторов с управляющим р-и-переходом подсоединены соответственно к первому и второму входам сумматора по модулю два, выход которого является выходом фотоэлектрического преобразователя.

Составитель А.Асташкин

Техред М.Моргентал Корректор H.Король

Редактор В,Трубценко

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

3аказ 435 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР . 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5