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奥林巴斯显微镜金属氧化物半导体(MOS)电容器

2014-12-01  发布者:admin 

在所有的电荷耦合器件(CCD)的心脏是一个光敏感的金属氧化物半导体(MOS)电容器,其中有三个组成部分由金属电极(或栅极)的,二氧化硅的绝缘膜,以及硅衬底。

MOS电容被分成两类设备,具有一个表面沟道结构,而另一个具有一个埋沟的设计。 它是用于在现代的CCD的制造中,由于掩埋沟道结构的几个优点,后者的设备。 MOS电容器阵列被制造在一个p型硅衬底,其中,主电荷载体是带正电荷的电子“空穴”(图1中示出)。 在此之前的多步光刻驱动的CCD的制造过程中,抛光的硅晶片用硼离子轰击来创建本地化单个像素栅极组(图1中未示出)的范围内积分的电荷沟道停止。 用硼离子的晶片浸渍后,二氧化硅一万埃层生长在沟道停止。

在制造过程中的下一步骤是通过注入磷离子在最终将被覆盖的多晶硅栅电极的区域以创建掩埋通道。 由磷形成的n型半导体中含有带负电荷的电子作为主要的电荷载体,并形成一个pn结型二极管结构,后者处理硅/二氧化硅接口深下方的势阱本地化。 以及图1所示的中央部的电位是二极管结构的示意图。

掩埋信道的主要功能是集成电子远离硅/二氧化硅接口,在这里他们可以成为电荷转移期间捕获的本地化。 由深p型硅基板内定位的电荷,电荷的转移发生更有效地以最小的残留在栅极残余电荷。

后掩埋通道在硅衬底内形成,一层二氧化硅热生长在硅晶片表面上,以提供用于栅电极的绝缘基底。 接着,多晶硅(多晶硅)约5000埃厚的磷掺杂层上生长的氧化物层的顶部上。 此多晶硅层包括栅电极(参见图1),并是对可见光透明,使其成为在CCD一起使用的理想物质。 虽然,一个完整的CCD的制造需要额外的步骤时,MOS电容器组件的基本知识已经完成在这一点上。

当电容器是无偏(没有施加电压),驻留在装置的n区中的电子平衡到最低势能

势能= -|q| × Ψ

其中q是电荷密度上的电子的幅度和Ψ是对静电电位。 从这个等式中,它遵循电子将定位在哪里的静电势是最大的。 对于n区域A势能图示于图2,它示出了电子合奏在电容器内聚集(氧化物层下方约1微米)。

后的电荷的量已经集成由相互作用的光子和一个电压施加到与保持在地电位的硅衬底的栅电极,所述静电势曲线在图2中绘制将趋向于展平在峰值。 作为栅极电压增加时,电子捕获在掩埋沟道的电位上升以线性方式。

还示出在图1中是相邻的门(用-V符号),该被偏压以形成障碍,由中央门以及所创建的电势。 奥林巴斯显微镜MOS电容器具有通过选择性地改变在彼此相对的三个门的偏置(或电压)移动至积分的电荷(由入射光子产生的)的能力。 这个集合与电子的转移由电容器是基础的CCD图像传感器。