Speciális mérési eljárások alkalmazása az optikai érzékelők gyártásának I. ciklusszelet technológia ellenőrzésére

Speciális mérési eljárások alkalmazása az optikai érzékelők gyártásának I. ciklusszelet technológia ellenőrzésére B . K O R N E F F E L - D . M O R A W S K I - H . J. M U N T E V E B Werk für Fernsehelektronik, Berlin

ÖSSZEFOGLALÁS A folyamat ellenőrző méréstechnika bevezetésével a szelettechnológia egyes részlépései során felismerhetők a hibák. E z lehetővé teszi az egyes technológiai lépések közvetlen vezérlését és a selejtes szeletek idejekorán történő kiiktatását. ( A )

ugyan, de nem képezik a g y á r t á s közben vagy végén előírt mérések t á r g y á t , az egyes technológiai lépések u t á n jelentkező (elsődleges és másodlagos) h i b á k azonosítása. 2. Mérési eljárások és meghatározandó paraméterek

1. Az igény indokolása

A korszerű integrált á r a m k ö r ö k k ü l ö n ö s k é p p e n , M u n k á n k b a n nagyszámú, különböző jellegű eljárást az L S I optikai érzékelők — g y á r t á s a során egyre alkalmaztunk; ezek közül n é h á n y á t — a teljesség komplexebb technológiák kerülnek alkalriiazásra (1). igénye nélkül ±- 1. ábránkon mutatunk be. Amíg például diszkrét, vagy alacsony integrált­ ., A z alkalmazott eljárások m i n d e g y i k é t megvizsgál­ sági fokú építőelérnek g y á r t á s á n á l a szükséges tech­ t u k , alkalmas-e folyamatszabályozásra, majd benológiai alaplépések száma 50 alatt maradt, addig a g y á r t á s b a n ez idő szerint alkalmazott technológiái \:illesztettük g y á r t á s i r e n d s z e r ü n k b e , amellyel Silépések s z á m a 100 és 180 k ö z ö t t van. Ez é r t h e t ő is, alapú öptöelektronikai érzékelőket állítunk elő. hiszen ezeket az á r a m k ö r ö k e t a; követkéz'ők 'jellem­ zik 3. A komplex ellenőrző és tesztelő rendszer — poli-Si-rétegek alkalmazása 2—3 síkban, — A1-, illetvé Al(Si)Cü vezetők alkalmazása 1-^2- A komplex ellenőrzés, vezérlés és elemzés eszközei síkban, . az a l á b b i a k : ellenőrző szeletek- {KTSzeletekV-teszb— szilícium-dioxidból és -nitridból CVD-eljárással • szeletek (T-szeletek), m é r ő l a p k á k (M-szeletek), va­ g y á r t o t t szigetelőrétegek alkalmazása 1—2 sík­ lamint a technológiai műveleteknek a l á v e t e t t sze­ ban, leteken k i a l a k í t o t t tésztmézők. — az áttérés 3—5 fotolitografált síkról 8—10 síkra Komplex gyártó-ellenőrző rendszerünk b e m u t a t á ­ (önpozicionáló síkok alkalmazása mellett), sánál (lásd 2. ábra) a legfontosabb részműveletekre — 3 fjum körüli s t r u k t ú r á k létrehozása a l a p k á k o n . szorítkoztunk. Minden K-szeletre vonatkozólag külön megállapí­ Fentiek m i a t t — a selejtmentesség biztosítása érdekében — elengedhetetlenül szükséges, hogy a t o t t maximum- ( i l l . minimum-) értékek m é r v a d ó k . komplex g y á r t á s i folyamatot átfogó ellenőrzés ú t j á n Ezeknek túllépése esetén a p a r t i t értékkorrekciót állandóan kézben tarthassuk és optimális i r á n y b a szolgáló technológiai utócikluson futtatják á t . Ha befolyásolhassuk. í g y t e h á t a folyamatellenőrzés ez nem lehetséges, a p a r t i selejtnek minősül. feladatai az a l á b b i a k : A m a r á s i idők pontos m e g h a t á r o z á s á t a T-jelű szeletek felhasználásával végzik, ezért ezeket a t ö b b i — Az egyes technológiai lépésekre jellemző para­ méterek m e g h a t á r o z á s a , p l . az elsődleges ada­ technológiai műveleteknek is alávetik. tok (az adalékolás mértékének, a vezető és Ezzel elleniében az M — 1 - , i l l . M—2-lapkákat passziváló rétegek v a s t a g s á g á n a k ) mérése, mindössze a technológiai részműveleteknek k b . egy— az egyes technológiai részfolyamatok egymás­ egy h a r m a d á n a k vetik alá. ra gyakorolt (zavaró) h a t á s á n a k (pl. az adaléKülönleges litográfiái megmunkálással m é r ő s t r u k ­ kolási profilok eltolódásának, a határfelületeket, t ú r á k a t a l a k í t a n a k k i rajtuk, amelyek lehetővé te­ i l l . a térfogatot meghatározó p a r a m é t e r e k meg­ szik egyes p a r a m é t e r e k (pl. flatband-feszültség, k i ­ növekedésének vagy csökkenésének) k i n i u t a t á - sebbségi töltés hordozók é l e t t a r t a m a , gate-oxidrétesa, gek vastagsága, poli-Si-fétegek ellenállása és poli— azon fizikai mennyiségek meghatározása, ame­ Si-Si0 szigetelőképessége) m e g h a t á r o z á s á t . lyek az építőelemek tulajdonságait megszabják Mindezeket a p a r a m é t e r e k e t a technológiai lépé­ 2

* A cikk előadás formájában elhangzott a „Mikro­ elektronika '82" siófoki konferencián. Magyarrá for^ d í t o t t a és közlésre előkészítette dr. Haiman O t t ó . Híradástechnika

XXXV,

éttfolgam Í984. l* $zám

sek közül t ö b b is befolyásolja, ezért ellenőrző ( K ) szeletek erre a célra nem a l k a l m a z h a t ó k . Az M — 1 és M—2 szeletek kiértékeléséig minden egyes p a r t i to­ v á b b i kezelését felfüggesztik és csak akkor folytat-

27

Mért

Mérési eljárás

mennyiség

Jelentőség, értelmezés

fajlagos ellenállás g [ücm] rétegellenállás R [a/a] m a r a d é k bázisellenállás Rs [O/a] kontaktus ellenállás R [ücm ] csúcs — érintkező átütési feszültsége

1. Négytűs módszer

s

alap-adalékolás N D - N A

az N felületi koncentráció meghatározása is­ mert xj behatolási mélység mellett áramerősítés meghatározása közbülső rétegek k i m u t a t á s a fém és Si között

2

k

2. Átütési módszer

„Szétterjedési ellenállás" eljárás G-V-mérések — pn átmeneteknél — Schottky diódáknál 5. M O S - C V - m é r é s — Hg-érintkezőnél — Al-érintkezŐnél

fajlagos ellenállás g [ficm] kapacitás C = f(Us) kapacitás C = f(U,)

N D - NA adalékos meghatározása erősen ada­ lékolt szubsztrátumokra ránövesztett epitaxiás rétegeknél; adalékolási inhomogenitások epitaxiás rétegek adalékolása; adalékolási profilok; adalékolási inhomogenitások eredő adalékolás, adalékolási profil, tértöl­ tészóna változási t a r t o m á n y a Qss ízigfetelőtöltés az U F B flatband-feszültségből Nsz gyors állapotok sűrűsége, Til| kisebbségi töltéshordozók élettartama a téftöltészónában, ionkoncentráció a szige­ telőben (z: 1.10" ion/cm ) felületi rekombinációs sebesség So, szigetelő töltése, adalékolás és annak pro­ filjai, potenciálmeghatározások Si-ra r á v i t t passziváló rétegek szerkezetének minőségvizsgálata, rétegek sztöchiometriája epitaxiás rétegek, GVD-rétegek és poli-Sirétegek vastagsága. 2

6. Áram —feszültség-mérés gate-ekkel szabályozott pn átmeneteken

záró, i l l . nyitó á r a m I , Ip = f(Uo) (Un.-UF = const)

7. Ellipszometria

d szigetelővastagság e dielektr. állandó visszaverődés és elnyelés a A függvényében

8. Infravörös

spektroszkópia

ill.

R

1. ábra. A szelettechnológiában alkalmazott fizikai mérési eljárások áttekintése

Technológiai alapfolyamat

Folyarnatellenőrzés eszközei T-szélet

K-szelet

Tisztítás

X mérés

Passziválás

X mérés

M-szelet

Szerkezetek kialakítása 5—10-szer megismételve

Fotolitográfia maratási idő meghatározása

Maratás Adalékolás

M1/M2 mérés

X mérés

Rétegleválasztás

X mérés

2. ábra. A folyamatellenőrzési rendszer ábrázolása

j á k , ha minden p a r a m é t e r értéke a tűrésmezőbe esik. A szelettechnológia végén sor kerül a fizikai (köz­ bülső) értékmérésre, külön e célra k i a l a k í t o t t teszt­ m e z ő s t r u k t ú r á k segítségével. 3. ábránkon l á t h a t ó a technológiai alaplépések kapcsolata a mindenkori t e s z t s t r u k t ú r á k o n v é g z e t t mérésekkel. A tesztmező-mérések jelentősége az alábbi k é t pontban foglalható össze: 1. A tesztmező-mérések összessége alapján a sze­ lettechnológia szinte teljes részletességgel k i ­ elemezhető. Ennek hasznát főleg olyan l a p k á k esetében látjuk, amelyek selejtesek lettek, vagy kis kihozatalt adtak, vagy pedig amelyeken az

28

építőelemek p a r a m é t e r - é r t é k e i az alsó (minő­ ségi) h a t á r közelébe estek. 2. A tesztmező-mérések eredményeinek állandó összevetése egyrészt az építőelemek p a r a m é t e ­ reivel, másrészt a K-szeletek adataival módot ad arra, hogy az egyes technológiai lépések u t á n kialakult értékszórást csökkentsük. A technoló­ gia gyenge pontjai gyorsan felismerhetők, így azonnali rendszabályok foganatosíthatók a h i ­ b á s n a k vélt lépés j a v í t á s á r a . 4. Példák A leírt méréstechnika a l k a l m a z á s á t k é t példán mu­ t a t j u k be: Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 1. szám

Rövidítés jelentés

Mért adatok

MOSFET tranzisztor kapacitás mezőoxidon, ül. Silox I-en rétegellenállás

barrierek és temetett csatorna adalékolása ; mezőoxid és Silox í vastagsága ' poli-Si 1 + I I rétegellenállása a vezetékek közötti szigetelés ellenőrzése

ISOLA

poli-Si I -f I I szerkezetek egymástói kis távolságban különböző rétegek kombinációja

KOTAKE

érintkezőláncok

KOSTU

érintkezőfokozatok

T 6 S

RÖvkfítés

e V e

Paraméter-tesztmező MOSFET FELD RS Kihozatali tesztmező SPALT

+

3. ábra. Magyarázatok a teszt-mezők ellenaíias réteg

n-szilícium

elektronsugár

(tesztstruktúrák) jelöléseihez

s ö t é t á r a m á n a k k é t részét felületi, i l l . térfogati effek­ tusok okozzák (5. ábra). A m i n t az összefüggésekből l á t h a t ó , k é t mennyiség, nevezetesen

n-réteg

oxid

poli—Si 1+ I I rétegek közötti szigetelés ellen­ őrzése A l n t a r t o m á n y o k o n és p o l i - S i — 1 + I I tar­ t o m á n y o k o n ; érintkezés ellenőrzése külön­ böző lyukak esetében Al-mezőoxidfokozatok + Silox I érintkezések vizsgálata.

— a felületi rekombinációs sebesség: S ( c m - s ) és — a kisebbségi töltéshordozók é l e t t a r t a m a : T -1

0

eH

Ir-Cjet - k'imenet

itfr

kiürített zpna

0

4. ábra 4.1. Si-dióda

target poli-Si

szigetekkel

Ezzel a targettel, amelyet speciális alkalmazású, E n d i k o n - t í p u s ú képfelvevő-csövekbe é p í t ü n k be, a 220 m m - n y i lapkafelületen elhelyezkedő k b . 1,6 X 1 0 diódájával m á r m e g t e t t ü k az első lépést az L S I szi­ lárdtest-képfelvétel i r á n y á b a . B á r előállításának technológiája viszonylag egyszerű, ennél az elemnél különlegesen magasak a technológiával szemben t á ­ masztott igények, főleg a tisztaság (a d i ó d á k n a k legfeljebb 0,03%-a lehet hibás) és a s ö t é t á r a m (leg­ feljebb 1 , 2 X 1 0 - [ A ] d i ó d á n k é n t ) t e k i n t e t é b e n . A s ö t é t á r a m a legfontosabb p a r a m é t e r e k egyike, hiszen mind nagysága, mind pedig értékének az élet­ t a r t a m alatti állandósága d ö n t ő e n befolyásolja a képcső d i n a m i k á j á t . A 4. á b r á n bemutatott eszköz 2

gyakorol d ö n t ő befolyást. S m e g h a t á r o z á s a ú n . gate-gyűrűs d i ó d á k k a l t ö r ­ t é n h e t , ahogyan azt a 6. ábra mutatja. A m i n t a 6/a ábra mutatja, ezek pn á t m e n e t e k , felettük — szigetelten — k ü l ö n gate-gyűrűkkel. M i ­ vel — s t r u k t ú r á i n a k különleges volta m i a t t ezen építőelem nem helyezhető el a technológiai m ű v e l e t ­ sorozatban előállítandó építőelemen, k ü l ö n m é r ő ­ széletet kellett csatolni az éles szeletekhez.

8

ellenallcjsreteg S1O2

/

p +

'

n

-felületi Összetevő

, ~ l sötét r^

r a m

n -félvezető n reteg +

5. ábra. A sötétáram felületi és térfogati

[H 367-51 összetevője

hn felületi összetevő ni lati = F D ( U B ) -jr- qoSo Á

Jvoi térfogati összetevő ni 1 • / V O I = V ( U R ) — qo — ^ est ahol: +n

ó y

jterfogati ossetevo

14

— =
t q r t o m

ahol: t

Teff

Az egyes betűk jelentése: V ( U R ) a tértöltészóna aktív térfogata a kisebbségi töltéshordozók effektív élettar­ tama szabad töltéshordozók a p t a r t o m á n y o k kö­ zötti S i 0 / S i határfelületen +

2

Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 1. szám

S = jrkTNsToV 0

+n

So

felületi rekombinációs sebesség

ra qo NST Nt

intrinsic-sűrűség 20 °G-on elemi töltés felületi állapotok sűrűsége rekombinációs centrumok sűrűsége

29

gate

E.

pA-rpero

T -!0bzw15V

1 x,y - i r o

in;....... UA 6. ábra. Elvi rajz

pA-mer5

Megfelelően beállított hidrogénes hőkezelés és k ü ­ lönleges getter-technológia alkalmazásával, valamint a diódákon poli-Si-szigetek elhelyezésével sikerült elérni (lásd 7. ábra), hogy a s ö t é t á r a m csökkent, sőt értékének növekedése az eszköz é l e t t a r t a m a alatt minimális lett. . A szóban forgó F 2,5 M 5, i l l . F 2,5 M 51 típusjelű csöveket 1978 ó t a gyártja a V E B W F B ( N D K ) . 4.2.

1 /cm 1H867-6Q v

]H867-6] 6/a ábra. I — U karakterisztika

Jnrel

CCD-érzékelők

A legkorszerűbb integrált o p t i k a i érzékelőknek je­ lenleg azokat tekintik, amelyek csatolt MOS-köndenz á t o r o k k a l megvalósított t ö l t é s t o v á b b í t á s elvén m ű ­ k ö d n e k . A CCD szenzorok felépítésére jellemző: — vonal m e n t é n , vagy felületen elosztva elhelyez­ k e d ő érzékelők, " — egy léptető regiszter, amely az érzékelőkben , fény által keltett t ö l t é s t t o v á b b í t j a , . — egy töltésdetektor, amely feszültségértékekké alakítja á t - a töltésértékeket. A CCD-szenzorokat jellemző paraméterek egyike a kimeneti telítési feszültség. Ennek nagyságát lénye­ gében megszabja — a fent e m l í t e t t töltésdetektoron, valamint az alkalmasint u t á n a kapcsolt, többfokoza­ t ú MOSFET-erősítőn kívül — az a legnagyobb töltés, amely a léptető rendszerén á t t r a n s z p o r t á l h a t ó . A mondattak k ö n n y e b b b e l á t t a t á s a érdekében tér­ j ü n k k i röviden az ilyen építőelemek elvi felépítésére. A m i n t a 8. ábrán l á t h a t ó , p-típusú anyagban (mind az optikai érzékelő, mind pedig a léptető regiszter helyén) n-adalékolt t a r t o m á n y t létesítenek, amelyet „ e l t e m e t e t t c s a t o r n á n a k " szoktak nevezni. Az egyes érzékelők elválasztása végett, t o v á b b á idegen töltésh o r d o z ó k n a k ebbe a térfogatba való beáramlása ellen ezt az n - t a r t o m á n y t magasan adalékolt p - t a r t o m á n y nyal, az ú n . „channel stop"-pal veszik k ö r ü l . A z „ e l t e m e t e t t csatorna" fölé a gate-oxid kerül, amelyet az adott esetben nitridréteggel k e t t ő s szigetelővé egészítenek k i . Ezen a szigetelőn a z u t á n létrehozzák (poli-Si-ból) a t o v á b b í t ó e l e k t r ó d á k a t . Mivel az üzem­ m ó d kétfázisú, ezek k é t , egymástól szigetelt síkban helyezkednek el. A második sík t o v á b b í t ó elektródái alatt keskeny p - t a r t o m á n y o k a t (ún. barriereket) létesítenek; ezeknek m a g a s s á g á t megszabja a töltés­ adagok nagyságára vonatkozó k i k ö t é s . Az ilyen l é p t e t ő regiszterben (9. ábra) transzpor­ t á l h a t ó Q töltés maximális é r t é k e az elektródok mér­ t a n i adatain kívül lényegében függ:

3fr

100200 30040Ö5CX5600 7bo800900 l'oOO t./pra r :

|H867-7|

N

7. ábra. A sötétáram tipikus változása az élettartam során

utemjel-feszúlfsegek bemeneti. csatolóeiekíróda i

o- -—t

/ *

kimeneti csatoloeiekiróda r-o ki menet "i dióda

bemeneti dióda©, I

H867-8[

8: ábra. Kétfázisú töltéstranszportot megvalósító elem felépítése

PoTy-5Tt FJoly-Si I I ^Sr N/4 3

° , ^— n - í m p l a t a c i o S

i

2

i /elásott csatorna/ P-Si

ímpíatáció

/barrier/

H867-9

9. ábra. A léptető regiszter felépítése Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 1. szám

— a barriér optimális magasságától, — az optimális töltés-hatásfok elérése érdekében optimalizált adagolási és potenciál-profil meg­ közelítésétől, — a (töltés) transzportveszteségek minimalizálá­ sától. A második követelmény részletes szemléltetésére a 10. ábra szolgál. Az „ e l t e m e t e t t c s a t o r n á b a n " levő töltés m a x i m á ­ lis érték esetében sem k e r ü l h e t a Si-határfelülettermek közelébe; ez megszabja az (implantációval meg­ valósított) adalékolás alsó k o r l á t j á t . A felső korlátot a töltésdetektor üzemfeszültsége (15 V ) szabja meg. Mindezekből következik, hogy nemcsak az ada­ lékolás mértékének, hanem az adalékolási profilnak is csak igen szűk h a t á r o k k ö z ö t t szabad ingadoznia. Mivel m a g á n az á r a m k ö r ö n végzett mérések nem szol­ g á l t a t n a k erre vonatkozó információt, külön MOSk o n d e n z á t o r t , valamint megfelelő méréstechnikát kell kidolgoznunk (11. ábra).

szigetelő

p

>

s

z

u

b

u

m

NA

NA

i ö

- dts 0 Rp xi - — Gauss - közelítés - — valóságos elosztás -téglalap -közelítés

H867-1G

10. ábra. Adalékolási profil

Ezt a MOS-kondenzátort az alább felsorolt rétegek képezik: — — — —

Al . , ' ,' poli-Si gate-szigetelő adalékolt t a r t o m á n y

..

A CV-mődszérrél nyert mérési értékeket kiíróval ellátott számítógéppel ábrázolva, a 12. ábrán bemu­ t a t o t t görbéket kapjuk. A megvalósított implantációs dózisokat a területek planimetrálásával h a t á r o z z u k meg, illetve Gausseloszlás feltételezésével számítjuk k i . Az adalékolási profilból és a csatornapotenciálnak a gafe-feszültségtől való (méréssel m e g h a t á r o z o t t ) függéséből kiszá­ m í t h a t ó a maximálisan t r a n s z p o r t á l h a t ó toltésmenynyiség. A gyártástechnológiai műveletek során kiala­ k í t o t t s t r u k t ú r á n ugyancsak meg lehet h a t á r o z n i ezt a töltésmennyiséget. A k é t érték összehasonlítása útján k ö v e t k e z t e t n i lehet a technológiai s t r u k t ú r á b a n megvalósított potenciáleloszlásra. Míg a nagy felületű teszt-áramkörben a potenciál gyakorlatilag egydi­ menziósán m e g h a t á r o z o t t mennyiség, addig a gateelemek nélküli technológiai s t r u k t ú r á t kétdimenziós effektusok módosítják (12. ábra). A fentiekben leírt vizsgálatokat a töltéscsatolt L110 C típusjelű szenzorsor fejlesztési m u n k á l a t a i keretében végeztük. Ezen á r a m k ö r jellegzetes para­ méterei : telítési kimeneti feszültség átlagos sötét-jel dinamika. érzékenység

t/ = 200mV ADS = 10- U SAT 500 V S = 0,4 — — 5

XXXV.

11. ábra. MOSG teszt-struktúra

At

^

Wlnnj} IH867-12I

12. ábra. Adalékolási profilok

S A T

!

Fényérzékelőinek száma 256, mérete egyenként 13 [ x m X l 7 jjim. 18 pólusú d u á l t o k b a szerelik a chipet. A szenzorsor csatlakozó áramköreivel e g y ü t t egy új építőelem-család első t a g j á n a k t e k i n t h e t ő . 1981 ó t a g y á r t j a — Q minőségű árujellel k i t ü n t e t e t t t e r m é k k é n t — a V E B Fernsehelektronik (Berlin). Híradástechnika

H 867-11

évfolyam 1984. 1. szám

5. Végkövetkeztetések Az eddigi m u n k á n k során nyert tapasztalatok szerint megállapítható, hogy folyamatellenőrző méréstech­ nika bevezetésének és következetes alkalmazásának eredményeképpen a m e g m u n k á l á s fogyatékosságai m á r az I . ciklus-szelet technológia lépéseiben felis­ m e r h e t ő k . Ez lehetővé teszi egyrészt az egyes techno­ lógiai lépések közvetlen vezérlését, másrészt — a fo­ lyamatból való, idejekorán t ö r t é n t kiiktatással — annak elkerülését, hogy t o v á b b i , felesleges megmun­ kálással g y á r t á s i k a p a c i t á s t pazaroljunk. Mindez

31

szükségképen kihozatali hatásfokcsökkentésre vezet, de növeli a m ű k ö d ő k é p e s t e r m é k e k a r á n y á t . A technológiai, illetve az á r a m k ö r ö k r e specifikus h i b á k különválasztásával egyben lehetővé válik a hibaelemzés lényeges finomítása.

terbe. Ez a folyamat a léptető regiszter kapcsolás szünet-üzemében zajlik le. A fényintegráció k ö v e t k e z ő fázisa az átviteli impulzusok H l — L O lefutó felével egyidőben kezdődik.

I R O D A L OM

Az egyenként 130 elemből álló, kétfázisú analóg lép­ t e t ő regiszterek á fényérzékelősor k é t oldalán t a l á l ­ h a t ó k . R e n d e l t e t é s ü k az, hogy a keletkezett töltés­ k é p e t elemenként beadagolják a töltésdetektorba. A k é t léptető regiszter utolsó elemeinek elhelyezése biztosítja a töltés beadagolásának v á l t a k o z á s á t olyanképpen, hogy visszakapjuk a töltésképek helyes sorrendjét. •

[1] D. S. Perloff: Solid State Technology, 2/80. (A cikk szerzőinek kérésére az alábbiakban közöljük az L 110 C előzetes ismertetőjének n é h á n y részletét.) L 110 C töltéstovábbítású érzékelősor (fejlesztés alatt) Az L 110 C töltéstovábbítású érzékelősor monoli­ tikus önkiolvasó fényérzékelő, amely 256 elemet tar­ talmaz. Alkalmazási területéi: az optikai jelfelismerés, a nagy érzékenységű és nagy sebességű képolvasás, p l . szövegoldal-olvasó berendezésekben, gépvezérlő be­ rendezésekben, a spektroszkópiában, a szél- ( h a t á r ­ vonal) letapogatásban, a térképészetben, valamint a t u d o m á n y , a technika és a termelés sok m á s területén. Az egy sort a l k o t ó 256 elem felfogja és elektromos töltéssé alakítja a fotonokat. Az érzékelősoron felül az L 110 C-lapka még tar­ talmaz k é t töltésátviteli gate-et, 2 kétfázisú analóg­ léptetőregisztert, egy töltésdetektáló fokozatot és egy kompenzáló fokozatot.

Töltéstranszportáió

léptető regiszterek

Töltésdetektor A töltéskép megfelelő részeinek (a k é t léptető regisz­ ter által megvalósított) beadagolására a töltésdetek­ tor előfeszített diódája potenciálváltozásokkal reagál. A töltésképpel arányos ezen potenciálváltozások egy MOS-kimeneti tranzisztor gate-elektródáját vezérlik és ezzel videojelet keltenek az OS ponton. A vissza­ állító tranzisztor, amelyet egy U visszaállító óra­ jelimpulzus vezérei, a töltésdetektáló dióda u t á n ­ töltésével biztosítja ennek megfelelő előfeszültségét, mielőtt újabb töltéskép érkezne. 0 R

Kompenzációs

fokozat

Egy második töltésdetektor, amelyet csak az U visszaállító órajel vezérel, a CS és CW kimeneten olyan jelet kelt, amelynek alakja hasonló a video­ jelben meglevő visszaállító órajel-impulzusokéhoz. Ezt a jelet arra lehet felhasználni, hogy külső diffe­ renciálerősítőben elnyomja a videojel visszaállító órajel-impulzusait. Q R

A működés leírása Fényérzékeny

rész

Az egy sorban elrendezett 256 fényérzékeny elemet meanderes, bediffundáltatott elválasztócsatorna k ü ­ löníti el egymástól. Az átlátszó polikristályos szilí­ cium gate-eken á t h a t o l t fotonok a Si-egykristályban elnyelődve, l y u k - e l e k t r o n p á r o k a t keltenek. A fotonok által k i v á l t o t t elektronok az elemekben gyűlnek össze. A felgyülemlett töltés lineárisan függ a megvilágítástól és az integrációs időtől. Átviteli gate-ek

elvei

Az L 110 C-vel végzett minden letapogatási eljárás alapelve: a k é p felbontása sorokra. A tárgy k é p é t a CCD-sor előtt el kell vezetni, vagy más úton relatív elmozdulást létrehozni. Műszaki adatok (kivonatosan)

A fényérzékelősor k é t oldalán egy-egy átviteli 'gate t a l á l h a t ó . A fényérzékeny elemekbén felhalmozódott t ö l t é s k é p e t az; átviteli gate-ek a t r a n s z p o r t á l ó lép­ t e t ő regiszterekbe viszik á t , mégpedig a p á r a t l a n számozású elemekből az A-léptető regiszterbe, a t ö b b , páros számozású elemekből pedig a B-léptető„ regisz­

Telítési kimeneti feszültség Átlagos sötét-jel Világos-jel-differencia Dinamika D R = ^"'"^ NEE Sötét-jel-differencia Érzékenység (A-típusú normál-fényforrás: 1 lx = 4,65 (iiJ/cm ) Telítési besugárzás (tint = l,94 ms esetén) 2

32

Alkalmazás

, Fényérzékelő elemek e g y e n k é n t i mérete 13 [xmX 17 fjun Fényérzékelő elemek közepeinek távolsága egy­ mástól 13 urn Specifikációs

adatok (^ = 25 °C í =l min 100

ADS PRNU

-6

tipikus 200 0,1 ±4

DR

330

500

—

DSNU

—

1,0

2,0

S

0,2

0,4

H , sat e

MHz)

aR

' Híradástechnika

0,5 XXXV.

max —

mV

1% 6%

(EM (ü at) S

%

V }iJ/cm 1,5

2

(jiJ/cm

2

évfolyam 1984. 1. szám

Egyéb adatok Tipikus értékek Zajekvivalens besugárzás (<mt=l,94 ms; A normál-fényforrás) E N E E = 0,11

lx

Zajfeszültség (csúcstól csúcsig) Közepes jel-offset-változás Érzékenység hullámhossztartománya (max: 0,65 nm-nél) Visszaállító órajel amplitúdója Kompenzációs órajel amplitúdója Léptető regiszter órajelének max. frekvenciája "Visszaállító órajel max. frekv. Kimeneti impedancia Üzemelési hőmérs. t a r t o m á n y Tárolási hőmérs. t a r t o m á n y

Híradástechnika

XXXV.

évfolyam 1984. 1. szám

NEE U RSO

í.io- 3 300 0,2

SR Uos Ucs

0,45--1,05 550

f G 1A/1B f G 2A/2B

5

ÍGB

10 1000 - 2 5 . ..55 °C - 2 5 . ..100 °G

N

z #a

#stg

í^J/cm

2

mV/ms jxm mV (egyenáramú kom­ ponens k b . 5 V ) MHz MHz n

33