Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1983/B19830922Elc012.shtml

Фотодатчик для считывания широкоформатных документов

Быстродействующие факсимильные аппараты скоро, возможно, начнут уменьшаться в габаритах, особенно по высоте, благодаря созданию линейных матриц фотодатчиков из аморфного кремния, которые охватывают передаваемый документ по всей его ширине. В нынешних факсимильных аппаратах документы нужно располагать по крайней мере на расстоянии 30 см от считывающей головки, для того чтобы можно было при помощи оптической системы получить их изображение, уменьшенное до размеров светочувствительной монолитной ПЗС-решетки или другого подобного кремниевого датчика. Однако это расстояние можно уменьшить до 2 или 3 см, если использовать в факсимильном аппарате контактный фотодатчик (такое название закрепилось за чувствительной матрицей, которая имеет длину, соответствующую ширине документа).

Опытный образец такого датчика, описанный представителем центральной исследовательской лаборатории фирмы Hitachi на конференции по полупроводниковым приборам и материалам, состоявшейся 30 августа — 1 сентября 1983г. в Токио, является одним из наиболее перспективных среди всех датчиков из аморфного кремния, которые разрабатываются почти 20 фирмами главным образом в Японии.

Например, в матрице датчиков фирмы NEC Corp. используются тонкопленочные резисторы, которые в настоящее время на обладают достаточным быстродействием, а кроме того, они сложны в изготовлении и для возбуждения. Датчик, разработанный фирмой Toshiba Ltd., требует использования многих дополнительных интегральных схем и проволочных соединений, что увеличивает стоимость. Другие фирмы сталкиваются с иными проблемами — либо они не могут изготовить матрицу шириной 210 мм с достаточно однородными элементами, либо для этого требуется 1728 внешних соединений.

Датчик фирмы Hitachi имеет восемь фотодиодов на один миллиметр. Он предназначен для считывания документов шириной 216 мм со скоростью не хуже одна строка за 5 мс, что отвечает требованиям Международного факсимильного стандарта G-III по разрешению и быстродействию.

Некоторое разнесение. Хотя этот тип датчика называется контактным, он обычно отстоит от документа на 2—3 см. Часть этого пространства занимает световод, состоящий из матрицы параллельных оптических волокон. Вокруг световода расположены светодиоды, которые служат для освещения участка документа, находящегося под световодом.

В матрице фотодатчика быстродействующих факсимильных аппаратов для формирования каждого элемента изображения используется один фотодиод из аморфного к
В матрице фотодатчика быстродействующих факсимильных аппаратов для формирования каждого элемента изображения используется один фотодиод из аморфного кремния, соединенный последовательно с одним блокирующим диодом.

Для повышения быстродействия и упрощения схемы новый датчик фирмы Hitachi воспринимает каждый элемент изображения при помощи одного фотодиода из аморфного кремния, включенного последовательно с одним блокирующим диодом из этого же материала. Блокирующий диод обеспечивает хорошую изоляцию фотодиодов, обладает необходимым высоким быстродействием и может быть изготовлен одновременно с фотодиодами, для того чтобы свести к минимуму этапы производственного процесса.

Коммерческие варианты датчика будут, так же как и опытный образец, иметь двухуровневую схему переключения, состоящую из 20 групп, которые предназначены для восприятия каждой строки документа. Внешние переключатели управляют сканированием аналогично тому, как это происходит при искании линии в телефонном коммутаторе.

Всего 20 переключателей. Один вывод блокирующего диода — тот, который не соединяется с фотодиодом, — в каждой группе из 20 диодных пар соединяется с другими такими же выводами. Тогда 20 переключателей достаточно для выбора одной группы из 20 диодных пар, а других 20 переключателей достаточно для выбора одной диодной пары внутри группы.

Таким образом, для опытного образца датчика иа 400 элементов изображения потребовалось всего 40 внешних соединений и 40 переключателей. Использование такой схемы позволит сделать устройство на 1728 элементов изображения всего лишь с 90 или около этого внешними соединениями, причем возбуждение этих элементов будет осуществляться таким же числом переключателей, т.е. весьма умеренным числом.

Для облегчения работы фотодиоды и блокирующие диоды соединены по схеме противовключения. Считывание и восстановление каждого фотодиода происходит последовательно путем подключения источника напряжения, который дает прямое смещение на блокирующий диод. Этот же источник напряжения дает обратное смещение на фотодиод и заряжает его емкость.

Схема переключается таким образом, что на блокировочном диоде получается обратное смещение. Блокировочный диод изолирует фотодиод от других фотодиодов, а генерированный светом ток разряжает фотодиод. Величина заряда, протекающего на фотодиод за время следующей операции восстановления, становится мерой светового потока, поступившего на фотодиод от одной сканируемой строки.

Технология изготовления датчика достаточно проста. Прежде всего на стеклянной подложке формируются полосковые электроды из хрома толщиной 0,2 мкм. Затем в высокочастотной камере с тлеющим разрядом при использовании газообразного силана (SiH4), разбавленного водородом, напыляется трехслойная пленка аморфного кремния общей толщиной 0,6 мкм.

В порядке очередности напыления эти слои представляют собой 0,03-мкм слой n-типа, 0,55-мкм слой с собственной проводимостью и 0,02-мкм слой p-типа. Для формирования рисунка фотодиодов и блокирующих диодов размером 100*150 мкм используется фотолитография.

После напыления решетки диодов производится напыление 2-мкм пленки двуокиси кремния, которая предотвращает закорачивание на кромках диодов и служит изолятором для второго слоя межсоединений. В этой пленке проде-лываются контактные отверстия размером 70*100 мкм, в которые затем напыляется пленка окиси индия — олова, образующая прозрачные контакты фотодиодов.

За этой пленкой следует пленка алюминия, которая образует контакты блокирующих диодов и общие межсоединения групп и удлинения фотодиодных контактов. Алюминиевая пленка, кроме того, экранирует блокирующие диоды, закрывая их от воздействия освещения.

В этом датчике блокирующие диоды имеют коэффициент выпрямления более 1010 и напряжение пробоя около 25 В. Максимум характеристики фотодиодов приходится на зеленую область спектра (длина волны 550 нм), где их квантовый выход составляет примерно 0,7.

На этой же конференции фирма NEC Corp. представила доклад об аналогичном датчике с линейной решеткой, в котором фотодиоды изолированы при помощи тонкопленочных транзисторов. Но для изготовления этой решетки требуется больше технологических этапов, а задержка распространения в транзисторах уменьшает быстродействие по отдельным элементам изображения в несколько раз по сравнению с решеткой фирмы Hitachi. Вместе с тем, по мнению некоторых исследователей, в ближайшем будущем можно будет изготавливать более быстродействующие тонкопленочные транзисторы [pp. 85,86,88].

Чарлз Коэн

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 56, No.19 (675), 1983г - пер. с англ. М.: Мир, 1983, стр.14

Electronics Vol.56 No.19 September 22, 1983 A McGraw-Hill Publication

Раздел: ЭЛЕКТРОНИКА ЗА РУБЕЖОМ

Тема:     Япония





Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:55 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1983/B19830922Elc012.shtml