Устройство временной задержки электрического сигнала

Устройство временной задержки электрического сигнала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ВРЕМЕННОЙ ЗАДЕРЖКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА, содержащее полупроводниковую подложку с расположенными на ней слоем диэлектрика и проводящим электродом, перекрывающими области истока и стока, выполненные в полупроводниковой подложке,о тличающееся тем, что, с целью расширения временного диапазона функционирования, в подложке мeждv истоком и стоком по всей ширине проводящего электрода в направлении, перпендикулярном движению носителей заряда, создан, по крайней мере, один потенциальный барьер.

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) з(5)) Н 01 Ь 27/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Уиалпыа

Усп ака

7, 6

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2610564/18-25 (22) 03.05.78 (46) 23.12.84 Бюл.647 (72) Х.И.Кляус, В.В.Ольшанецкая и Е.И.Черепов (71) Институт физики полупроводников СО АН СССР (53) 621.382(088.8) (56) 1. Патент США У 3644804, кл. Н 01 L 11/14, опублик. 22.02.72.

2. Хотянов Б.М, Шилин В.А. Запо минающие устройства на основе ПЗС.

Зарубежная электронная техника, У 23, 1.976, с. 3 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ВРЕМЕННОЙ ЗАДЕРЖКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СИГНАЛА, содержащее полупроводниковую подложку с расположенными на ней слоем диэлектрика и проводящим электродом, перекрывающими области истока и стока, выполненные в полупроводниковой псдложке,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения временного диапазона функционирования, -в подложке между истоком и стоком по всей ширине проводящего электрода в направлении, перпендикулярном движению носителей заряда, создан, по крайней мере, один потенциальный барьер.

Раслределеиое nolep eoeniкого аотеицуада

71041 7

Предлагаемое изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано как устройство временной задержки электрического сигнала с управляемым изменением временной задержки.

Известен МДП-транзистор с временной задержкой, содержащий области истока и стока, представляющие собой обычные $-n-ïåðåõîäû, выполнен- 10 ные диффузией примеси в проводниковую подложку, металлический электрод, изолированный от подложки слоем диэлектрика, при этом поверхностная часть подложки, заключенная между 15 истоком и стоком, является рабочей областью транзистора (1) . Принцип работы транзистора основан на миграции ионов, всегда присутствующих на поверхности непокрытого электродом 20 окисла (например гидроксильные ионы).

После подачи напряжения на металлический электрод, одноименно заряженные ионы мигрируют от электрода .во всех направлениях, изменяя проводи- 25 мость непокрытой электродом области транзистора. Это приводит к образованию проводящего канала между истоком и стоком по всей рабочей области транзистора, величина протекающего З0 при этом тока достигает насыщения.

Недостаток заключается в том, что время задержки сигнала на выходе, определяемое от момента подачи напряжения на металлический электрод до момента появления тока насыщения, зависит от параметров процесса миграции ионов, т.е. от параметров окружающей среды (например температуры, влажности и т.д.), что приводит к неста- 0 бильности работы прибора.

Известно также устройство временной задержки электрического сигнала, содержащее полупроводниковую.подложку с расположенными на ней слоем диэлектрика и проводящим электродом, перекрывающим выполненные в полупроводниковой подложке области истока и стока(2) ..

Данное устройство является ближайшим к изобретению по технической сущности и достигаемому результату.

* Его недостаток заключается в трм, что время задержки определяется час-, тотой следования тактовых импульсов N

1 „, которая ограничена снизу длительностью хранения заряда в МДП-эле,ментах gp,ò. е. величиной паразитного термогенерируемого в потенциальных ямах элемента заряда.

Цель изобретения — расширение временного диапазона функционирования.

Цель достигается тем, что в подложке между истоком и стоком по всей ширине проводящего электрода в направлении, перпендикулярном движению носителей заряда, создан по крайней мере, один потенциальный барьер.

Потенциальный барьер может быть выполнен либо в виде ступенчатого диэлектрика, либо в виде диффузионной области такого же типа проводимости как и подложка.

На фиг.1 показан один из вариантов устройства временной задержки электрического сигнала; на фиг.2— экспериментальная зависимость времени задержки от напряжения на проводящем электроде.

Устройство содержит подложку 1, диэлектрик 2, проводящий электрод 3, исток 4, сток 5, потенциальные барьер 6 и яма 7, диффузионные области 8 или ступеньки диэлектрика, обеспечивающие потенциальный барьер.

Металлический электрод 3 изолирован от полупроводниковой подложки 1 слоем диэлектрика 2. Для определенности приведена кремниевая подложка п -типа проводимости и диэлект рик Gi0 . Истоком 4 и стоком 5 транзистора могут служить любые устройства, обеспечивающие ввод заряда носителей в потенциальную яму под электродом, образующуюся после подачи на электрод напряжения, и регистрацию заряда на выходе (например, Р-п -переход, диод Шоттки, плавающий затвор и т.д.). Для определенности на фиг.1 в качестве истока и стока. приведены обычные Р- п -переходы, выполненные диффузией бора в подложку. Причем p-n -переход стока обратно смещен, р-и -переход истока находится под потенциалом земли.

В подложке между истоком и стоком созданы туннельно непрозрачные потенциальные барьеры, которые могут быть выполнены по-разному. Например, в аиде диффузионной примеси 8 того же типа проводимости, что и подложка, но концентрацией значительно большей, чем концентрация примеси в подложке, или в виде ступенчатого диэлектрика под проводящим электродом.

710417

50 менной задержки.

Пороговое напряжение МДП-структуры зависит от ряда параметров: толщины диэлектрика, концентрации примеси в подложке под электродом и т.д.

Чем больше толщина диэлектрика, чем выше концентрация примеси в подложке, тем -больше по абсолютному значению пороговое напряжение ИДП-структуры.

Поэтому после подачи на электрод 3 напряжения, превышающего по абсолютной величине пороговое напряжение

ИДП-структуры, в подложке создается рельеф распределения поверхностного потенциала, как показано пунктиром на фиг. 1. 15

Принцип действия устройства временной задержки электрического сигнала заклю;ается в следующем. На металлический электрод 3 подается отрицательное напряжение. В подложке вблизи поверхности под электродом создаются потенциальным. ямы. Так как поверхностный потенциал вблизи истока более отрицательный, чем потенциал истока, носители заряда (дырки) ин — 25 жектируются в первую от истока глубокую потенциальную яму (см.фиг.1).

По мере заполнения носителями глубокой потенциальной ямы, ее поверхностный потенциал по абсолютной величине становится меньше, чем поверхностный потенциал расположенного рядом потенциального барьера, и после заполнения первой потенциальной ямы, носители заряда инжектируются через

35 барьер в следующую глубокую потенциальную яму и т.д., пока не достигнут области стока, где регистрируются.

Время заполнения глубокой потенциаль- ной ямы зависит от ее геометричес 40 ких размеров, напряжения на электроде и проводимости потенциального барьера.

Для снятия экспериментальной зависимости используется МДП-транзистор, расстояние. между истоком и стоком которого 1,5 мм, а ширина канала в направлении, перпендикулярном направлению движения носителей заряда 50 мкм. Ширина потенциальных барьеров и потенциальных ям постоянна и равна ширине канала транзистора. Кривая фиг.2 показывает зависимость t = j (I,„) для случая, когда потенциальные ямы длиной 20 мкм чередуются потенциальными барьерами длиной 10 мкм.

Полное время задержки устройства равно суммарному времени заполнения всех потенциальных ям, находящихся между истоком и стоком, и может плав- но регулироваться изменением напряжения на электроде. Максимальное время задержки ограничено временем накопления паразитного заряда в потенциальной яме под электродом, т.е. временем релаксации ямы. На современном уровне технологии времена релаксации ямы составляют 10 с.

В целях увеличения времени задержки и устранения ограничения паразитным сигналом на кристалле можно реализовать устройство, представляющее собой матрицу из рассмотренного устройства временной задержки. В отличие от ЛЗ ПЗС это не приводит к усложнению схемы управления устройством.

Предлагаемое устройство временной задержки в сравнении с известными устройствами временной задержки имеет следующие преимущества.

Устраняется зависимость времени задержки от параметров окружающей среды, так как вся рабочая область устройства временной задержки между истоком и стоком перекрыта проводящим электродом и, следовательно, поверхность диэлектрика, расположен ного между электродом и подложкой, защищена от воздействия окружающей среды.

Упрощается схема управления, так как для запуска устройства необходим только низковольтный источник постоянного напряжения..

Технология изготовления устройства временной задержки электрического сигнала хорошо освоена и не требует формирования ни узких зазоров между электродами, ни перекрывающихся электродов, как в ЛЗ ПЗС, в результате обеспечивается высокий процент выхода годных структур и снижается стоимость устройства вре7104)7

Техред А.Ач

Корректор В.Бутяга

Редактор Л.Письман

Тираж 682 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

i13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 9224/3

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4