Схема зчитування інформації з багатоелементних інфрачервоних фотодіодів

Корисна модель відноситься до технології створення великих інтегральних схем і може бути використаний на підприємствах мікроелектронного приладобудування при виготовленні інтегральних схем, що містять вхідні кола стикування з інфрачервоними фотодіодами, схеми обробки та підсилення сигналів від фотодіодів, мультиплексування та попередньої організації сигналів. Схема може використовуватися при виробництві фотоприймальних пристроїв тепловізорів. Відомо, що для забезпечення зчитування та попередньої обробки інформації з інфрачервоних фотодіодів необхідно з'єднання інфрачервоних фотодіодів з кремнієвою схемою зчитування. Схема зчитування забезпечує узгодження вхідних імпендансів фотодіодів та вхідних кіл, накопичення фототоку на накопичувальній ємності, попередню обробку вхідного сигналу, тимчасову затримку та накопичення інформації, мультиплексування, підсилення та формування вихідних відео сигналів. [J.L. Vampola, "Readout Electronics for Infrared Sensor" in Electro-Optical Components, edited by W.D. Rogatto, SPIE Opt. Eng. Press, 1993, Сh.5]. Для узгодження вхідних імпендансів відомо декілька типів вхідних кіл поєднання схем зчитування з інфрачервоними (ІЧ) фотодіодами. Найбільш поширена серед них є схема з прямою інжекцією [L.J Kozlowski, and W.F. Kosonocky, "Infrared Detector Arrays," in Handbook of Optics, edited by M, Ross, W. Van Stryland, D.R. Williams and W.L. Wolfe, McGraw-Hill, New York, 1995, див. Фіг.2]. В схемі з прямою інжекцією використовується МОН транзистор, який працює у підпороговому режимі. При цьому його динамічний опір забезпечує узгодження з динамічним опором ІЧ фотодіоду. Накопичення інформаційного заряду від фотодіоду відбувається на ємності, яку підключено до стоку МОН транзистора. Перевагою цієї схеми є її простота та забезпечення узгодженої передачі струму, але при збільшенні струму більш деякого фіксованого значення виникає переповнення накопичувальної ємності та розтікання сигнального заряду, що може приводити до перехресного зв'язку між сусідніми фотодіодами. Покращенні характеристики має схема зчитування у вхідному колі якої застосовується схема з буферізованою прямою інжекцією [Photosensitive device ensuring an anti-blooming effect. USA Patent N4 758 741 (1988), див. Фіг.3]. У цій схемі за рахунок наявності кола зворотного зв'язку, до якого введено підсилювач, забезпечується краще узгодження опору фотодіода при різних значеннях потоків випромінювання, з опором транзистора прямої інжекції. Але і ця схема при значних потоках випромінювання чи малих опорах фотодіодів не дозволяє запобігти переповнення накопичуваної ємності та розтікання сигнального заряду, що може приводити до перехресного зв'язку між сусідніми фотодіодами. Найбільш близьким до технічного рішення, що заявляється, та прийнятому за прототип, є схема зчитування, у вхідному колі якої застосовується додатковий транзистором, який забезпечує витік надлишкового заряду (так звана схема з антіблюмінгом) [V.V. Vasilyev, A.G. Klimenko, І.V. Marchishin, V.N. Ovsvuk, N.Ch. Talrpov, T.I. Zahar'yash, A.G. Golenkov, Yu.P. Derkach, V.P. Reva, F.F. Si zo v, V.V. Zabudsky. MCT heteroepitaxial 4х288 FPA, Infrared Phys. and Technology, 44, p. 13-23 (2004), див. Фіг.4.]. В цій схемі транзистор Т2 є транзистором прямої інжекції, котрий забезпечує поєднання схеми зчитування з фотодіодом. Накопичування заряду відбувається в ємностях С1 та С2, які поєднанні між собою затвором FPS, за допомогою якого можливо забезпечення режиму ділення заряду. Транзистор Т1 використовується для тестування схеми без підключення фотодіодів. На затвор «анти блюмінгового» транзистора Т3 подається напруга, яка на незначну величину (близько 0.5В) перевищує порогову напругу транзистора. На затвори накопичувальних конденсаторів С1 та С2 подається більша напруга, яка перевищує порогову не менш ніж на 3В. Коли заряд в накопичувальних ємностях змінює поверхневий потенціал до напруги близько 0.5В додатковий (надлишковий) заряд буде виводитися через «анти блюмінговий» транзистор Т3 до його стоку, який під'єднаний до шини живлення. Недоліком схеми-прототипу є те, що при наявності дефектного фотодіоду (з малим опором порівняно до робочих фотодіодів) у такій схемі струм збільшується у багато разів і додатковий заряд не може бути ви ведено за допомогою антиблюмінгового транзистора внаслідок кінцевого опору, який обмежений розмірами транзистора та напругою на його затворі. При цьому знову виникає розтікання струму і виникає можливість перехресного зв'язку між сусідніми діодами. Задачею корисної моделі є забезпечення відключення дефектних елементів та забезпечення можливості тестування схеми зчитування без підключення ІЧ фо тодіодів. Ця задача вирішується тим, що схема зчитування інформації з багатоелементних інфрачервоних (ІЧ) фотодіодів, яка включає пристрій сполучення із ІЧ фотодіодами, схеми попередньої обробки інформації, регістри затримки та накопичення, стовпчикові підсилювачі, перетворювачі заряд-напруга, мультиплексори, вихідні підсилювачі, згідно корисної моделі, у кожну вхідну комірку схеми зчитування інформації введено додатковий елемент - тригер-клямка, додаткова шина і два додаткових МОН (метал-окис-напівпровідник) транзистора, затвори яких під'єднано до виходів тригера-клямки, стіки з'єднано разом і підключено до пристрою сполучення, виток першого МОН транзистора підключено до контактної площадки для під'єднання із ІЧ фотодіодом, а виток другого МОН транзистора підключено до додаткової шини. Позитивний ефект від реалізації запропонованої схеми пояснюється тим, що у випадку наявності бракованого фотодіода, тригер-клямка встановлюється у стан, в якому відключається транзистор, що поєднує фотодіод з вхідною схемою. У цьому випадку напруга на фотодіод не подається, струм через коло з фотодіодом не протікає і внаслідок цього не виникає розтікання струму в схемі. При цьому вхідна комірка під'єднується до додаткової шини. Ця шина може бути під'єднана до зовнішнього опору. Величина цього опору задає необхідний струм, що забезпечує середній рівень шуму робочого фотодіода. При такому підключенні схема також може бути використана для тестування всіх елементів схеми зчитування, на які буде задано цей емітуючий струм. У випадку, якщо фотодіод має робочі характеристики, схема забезпечує підключення фотодіода до вхідного кола схеми зчитування. Схема зчитування інформації з багатоелементних інфрачервоних фотодіодів відноситься до технології створення великих інтегральних схем і може бути використаний на підприємствах мікроелектронного приладобудування при виготовленні інтегральних схем, що містять вхідні кола стикування з інфрачервоними фотодіодами, схеми обробки та підсилення сигналів від фотодіодів, мультиплексування та попередньої організації сигналів.