Области применения полевых транзисторов

Значительная часть производимых в настоящий момент полевых транзисторов входит в состав КМОП-структур, которые строятся из полевых транзисторов с каналами разного (p- и n-) типа проводимости и широко используются в цифровых и аналоговых интегральных схемах.

За счёт того, что полевые транзисторы управляются полем (величиной напряжения приложенного к затвору), а не током, протекающим через базу (как в биполярных транзисторах), полевые транзисторы потребляют значительно меньше энергии, что особенно актуально в схемах ждущих и следящих устройств, а также в схемах малого потребления и энергосбережения (реализация спящих режимов).

Выдающиеся примеры устройств, построенных на полевых транзисторах, наручные кварцевые часы и пульт дистанционного управления для телевизора. За счёт применения КМОП-структур эти устройства могут работать до нескольких лет, потому что практически не потребляют энергии.

История КМОП-матриц.

Точная дата рождения КМОП-матрицы неизвестна. В конце 1960-х гг. многие исследователи отмечали, что структуры КМОП (CMOS) обладают чувствительностью к свету. Однако приборы с зарядовой связью обеспечивали настолько более высокую светочувствительность и качество изображения, что матрицы на КМОП технологии не получили сколько-нибудь заметного развития.

В начале 90-х характеристики КМОП-матриц, а также технология производства были значительно улучшены. Прогресс в субмикронной фотолитографии позволил применять в КМОП-сенсорах более тонкие соединения. Это привело к увеличению светочувствительности за счет большего процента облучаемой площади матрицы.

Переворот в технологии КМОП-сенсоров произошел, когда в лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory — JPL) NASA успешно реализовали Active Pixel Sensors (APS). Теоретические исследования были выполнены еще несколько десятков лет тому назад, но практическое использование активного сенсора отодвинулось до 1993 года. APS добавляет к каждому пикселю транзисторный усилитель для считывания, что даёт возможность преобразовывать заряд в напряжение прямо в пикселе. Это обеспечило также произвольный доступ к фотодетекторам наподобие реализованного в микросхемах ОЗУ.

В результате к 2008 году КМОП стали практически альтернативой ПЗС.

Подавляющее большинство современных логических микросхем, в том числе, процессоров, используют схемотехнику КМОП.

• Live-MOS-МАТРИЦА.

Выполнена на основе МОП технологии, однако содержит меньшее число соединений для одного пикселя и питается меньшим напряжением. За счёт этого и за счёт упрощённой передачи регистров и управляющих сигналов имеется возможность получать «живое» изображение при отсутствии традиционного для такого режима работы перегрева и повышения уровня шумов.

Live-MOS сенсор фотокамеры Olympus

Технологические решения.

• Уменьшено расстояние от каждого фотодиода до соответствующей микролинзы. Позволяет получить высокую чувствительность и качество изображения, даже при высоких углах падения света.
• Упрощена передача регистров и других сигналов с большей поверхности фотодиода, для увеличения уровня чувствительности и отклика. Позволяет увеличить скорость обработки данных.
• Уменьшение количества управляющих сигналов с 3 в стандартных CMOS сенсорах до 2 (как в CCD-матрицах) увеличило результирующую фоточувствительную область пикселя. Это минимизировало неиспользуемую поверхность датчика.
• Разработан новый низкошумящий усилитель уровня сигнала фотодиода.
• Фоточувствительная область составляет 30 % поверхности элемента датчика (сопоставимо с CCD-матрицами). Используется более тонкая структура слоя датчиков типа NMOS.
• Для уменьшения шумовых характеристик данная технология разрабатывалась для 5 В (по спецификации проекта 2.9 В) низковольтных систем. Фотодиодные датчики размещены на кремниевой подложке, чтобы изолировать фотодиодные датчики от вызывающих шум элементов, расположенных на поверхности чипа. Уменьшение напряжения питания помогает избежать перегрева матрицы. В результате изображения получаются более яркими, менее зернистыми и с низким уровнем белого шума, даже при фотографировании в условиях недостаточной освещенности.

Достоинства Live-MOS-сенсоров

Элементы сенсора с большей фоточувствительной площадью поверхности

Усовершенствованный способ создания изображений

Впервые предложила новый сенсор компания Panasonic, он был применен в фотокамерах Olympus E-330 и Panasonic L-1. Сейчас данную технологию используют ведущие производители фотокамер: CANON, NIKON, Fujifilm и другие.