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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines ladungsgekoppelten Halbleiterelementes (charge coupled device, CCD), vorzugsweise mit einem versenkten Kanal (burried channel), wobei das ladungsgekoppelte Halbleiterelement von der Art ist, bei der die Kennlinie der Eingangspoten- tialgrube, welche die Anzahl der erzeugten Ladungsträger als Funktion der Eingangssignal- spannung wiedergibt, die in einem ersten Eingangssignalbereich zwischen einem ersten und zweiten Signalpegel nichtlinear ist, und in einem zweiten Eingangssignalbereich zwischen dem zweiten Signalpegel und einem dritten Signalpegel im wesentlichen linear ist, wobei der dritte
Pegel höher als der zweite und dieser höher als der erste Pegel ist, wobei in die Eingangspo- tentialgrube eine Anzahl von Ladungsträgern eingebracht wird, deren Zahl dem Eingangssignal proportional ist, und bei dem eine Ladung,
die in der Eingangspotentialgrube aufgenommen wurde, abgeschöpft und in die Potentialgruben des weiterführenden Kanals des CCD-Halbleiter- elementes in Längsrichtung transportiert wird.
Eine ladungsgekoppelte Anordnung bekannten Typs besteht aus einem Substrat und einzel- nen Elektroden, die gegenüber dem Substrat isoliert sind. Durch Anlegen mehrphasiger Spannun- gen an die Elektroden werden sogenannte"Potentialgruben"im Substrat gebildet, um Signale in Form von Ladungen zu speichern und längs dem aus ladungsgekoppelten Elementen bestehenden
Kanal weiterzugeben. Die ladungsgekoppelte Anordnung enthält ferner eine Ladungsträgerquelle (Quellenelektrode) im Substrat. Zwischen der Quellenelektrode und dem CCD-Kanal befindet sich eine gegenüber dem Substrat isolierte Elektrodenanordnung, die auf ein Eingangssignal anspricht, um das Einbringen von Ladungen von der Quellenelektrode in den CCD-Kanal zu steuern.
Durch die US-PS Nr. 3, 986, 198 wurde ein Verfahren der eingangs erwähnten Art bekannt.
Bei diesem wird die Ladung der Eingangspotentialgrube durch Anheben des Potentials dieser Grube in deren einem Endbereich derselben und gleichzeitiges Absenken des das andere Ende der Eingangspotentialgrube begrenzenden"Potentialberges"auf ein unter dem Potential der Eingangspotentialgrube liegendes Potential abgezogen. Dabei treten Ungenauigkeiten auf, da die
Ladungen im Bereich jenes Endes der Eingangspotentialgrube, dessen Potential angehoben wird, nach beiden Seiten abfliessen können, wodurch die Genauigkeit der Ladungsübertragung leidet.
Weiters wird durch diese US-PS auch ein "fill and spill"-Verfahren vorgeschlagen, nach dem die Eingangspotentialgrube in drei Zonen unterteilt wird, wobei die mittlere das höchste Potential aufweist. Nach dem Einbringen von Ladungen in diese Eingangspotentialgrube wird das Potential jenes Bereiches der Eingangspotentialgrube, das vom Kanal abgekehrt ist, abgesenkt, so dass in dem dem Kanal benachbarten Bereich der Eingangspotentialgrube eine durch das Potential des mittleren Bereiches der Eingangspotentialgrube begrenzte Ladung verbleibt. Diese wird durch Absenken des die Eingangspotentialgrube zum Kanal hin begrenzenden"Potentialber- ges" auf eine unter dem Potential der Eingangspotentialgrube liegendes Potential zur Gänze abgezogen.
Dabei ergibt sich aber der Nachteil, dass es dabei zu Abweichungen von der Linearität der Übertragung der Ladungen kommt, die zu Verfälschungen der übertragenen Signale führt.
Dies ist auch bei Bauformen von ladungsgekoppelten Halbleiterelementen der Fall, bei denen die sogenannte Übertragungskennlinie (Ladungsübertragungsfunktion) der Eingangs-Potentialgrube, d. h. die Funktion der Anzahl eingeführter Ladungsträger abhängig von der Signalspannung, im Bereich niedriger Eingangssignalpegel eine relativ ausgeprägte Nichtlinearität aufweist, während die bei höheren Eingangssignalpegeln verhältnismässig linear ist. Dies ist nachteilig, insbesondere wenn das ladungsgekoppelte Halbleiterbauelement analoge Signale übertragen soll, denn die Nichtlinearität im unteren Teil der Kennlinie führt zu merklicher Verzerrung des Analogsignals bei niedrigen Signalpegeln.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, bei dem diese Nachteile vermieden werden und das eine lineare Übertragung der als Ladungen vorliegenden Signale ermöglicht.
Erfindungsgemäss werden bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art folgende Schritte vorgeschlagen :
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besitzt, die vom Substrat isoliert und zwischen der Quellenelektrode und dem CCD-Kanal angeord- net sind und auf ein Eingangssignal ansprechen, um das Einleiten der Ladung von der Quellenelek- trode in den CCD-Kanal zu steuern, wobei die Elektrodenanordnung eine Speicherelektrode enthält, um eine Eingangspotentialgrube in dem Substrat in Abhängigkeit von einer angelegten Spannung auszubilden, wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, dass diese Eingangs- potentialgrube eine Kapazität besitzt, die wesentlich grösser als die Kapazität der Potentialgru- ben im CCD-Kanal ist, und dass die Elektrodenanordnung eine Steuereleketorde aufweist,
an die das Eingangssignal und eine feste Vorspannung angelegt wird und in die Eingangspotential- grube eine Ladung einleitet, die einen Vorspannungsanteil mit einem Pegel aufweist, der dem nichtlinearen Bereich der Übertragungskennlinie entspricht, und einen Signalanteil aufweist ; sowie eine Elektrode aufweist, die von der Eingangspotentialgrube unterhalb der Speicherelek- trode den Signalanteil der darin gespeicherten Ladung durch Ändern der daran angelegten Span- nung abschöpft und die so abgeschöpfte Ladung zum CCD-Kanal überträgt, während der Vor- spannungsanteil der Ladung in der Eingangspotentialgrube unterhalb der Speicherelektrode zurück- bleibt. Damit ergibt sich ein sehr einfacher Aufbau der es ermöglicht in der Eingangspotential- grube stets eine dem Vorspannungsanteil entsprechende Anzahl von Ladungen aufrecht zu erhal- ten.
Weiters kann bei einer solchen Einrichtung, bei der die Steuerelektrode zwischen der Spei- cherelektrode und der Quellenelektrode angeordnet ist und während eines ersten Zeitintervalls die Eingangspotentialgrube unter der Speicherelektrode mit Ladung gefüllt wird, vorgesehen sein, dass zu einem späteren zweiten Zeitintervall die Spannung an der Steuerelektrode mit einem
Wert angelegt wird, der der Summe aus der festen Vorspannung und der Signalspannung ent- spricht, so dass ein Teil der Ladung wieder abfliesst, so dass in der besagten Eingangspotentialgrube diejenige Ladung verbleibt, die die Signalkomponente und die Vorspannungskomponente enthält. Damit wird eine Übertragung der Signale mit besonders hoher Wiedergabetreue möglich.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die feste Spannung, die an der Speicherelektrode liegt, ausreicht, der Eingangspotentialgrube eine Speicherkapazität zu geben, die zumindest doppelt so gross wie die Kapazität der Potentialgrube im CCD-Kanal ist. Dadurch lässt sich die volle Kapazität der zur Weiterübetragung im CCD-Kanal gebildeten Potentialgruben ausnutzen, wodurch ein relativ hoher Dynamikbereich für das Nutzsignal erhalten wird.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Eingangsstufe für die erfindungsgemässe ladungsgekoppelte Vorrichtung vorzuschlagen, die für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendet werden kann. Bei einer Eingangsstufe mit einem Halbleitersubstrat, mit einer Quellenelektrode in dem Substrat ;
mit einem vorzugsweise versenkten Kanal im Substrat, der einen ersten Bereich neben der Quellenelektrode, einen dritten Kanalbereich, der die Fortsetzung des Kanals der ladungsgekoppelten Vorrichtung enthält, und einen zweiten Kanalbereich besitzt, der den ersten und dritten Kanalbereich verbindet, wobei die Eingangsstufe eine erste, zweite und dritte Elektrode aufweist, die über dem ersten Kanalbereich liegen, und vom Substrat isoliert sind, wobei die zweite Elektrode als Speicherelektrode ausgebildet ist und die erste Elektrode zwischen der Speicherelektrode und der Quellenelektrode angeordnet ist und die dritte Elektrode zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Bereich des CCD-Kanals angeordnet ist ; mit einer Spannungsquelle, die eine Spannung an die zweite Elektrode legt und die Eingangspotentialgrube im Substrat ausbildet ;
mit einer Signalquelle, die ein Eingangssignal an die erste Elektrode legt ; mit einer Spannungsquelle, die eine Potentialdifferenz zwischen der Quellenelektrode und der ersten Elektrode mit einem Wert anlegt, der die Potentialgrube mit Ladung füllt, und dann mit einem solchen Wert anlegt, dass ein Teil der Ladung zurück in die Quellenelektrode abgeschöpft wird und eine Ladung in der Eingangssignalgrube zurückbleibt ;
mit einer variablen Spannungsquelle, die die dritte Elektrode auf einem Potential hält, und im Substrat eine Sperre zumindest während jenes Zeitintervalls ausbildet, während dem die Eingangspotentialgrube gefüllt wird, mit Elektroden, die über dem zweiten und dritten Kanalbereich liegen und an die mehrphasige Spannungen anlegbar sind und Potentialgruben im Substrat ausbilden und eine Ladung weiterleiten, die über die verminderte Potentialsperre zum dritten Bereich des Kanals
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sich die Kapazität des versenkten Kanals als Funktion des Ladungsniveaus bei niedrigen Ladungs- werten mehr ändert als bei höheren Ladungswerten. Daneben gibt es noch komplexere Effekte, die das Mass der Nichtlinearität beeinflussen.
In bestimmten Anwendungsfällen, z. B. wenn CCD-Verzögerungsleitungen eingesetzt werden, um analoge Signale wie etwa Fernsehbildsignale zu verzögern, ist der vorstehend beschriebene
Betrieb natürlich höchst nachteilig. Es ist erwünscht, dass die CCD-Verzögerungsleitung das analoge Signal möglichst wenig verzerrt, und zu diesem Zweck sollte die Eingangsschaltung der CCD-Anordnung linear arbeiten.
Es ist ausserdem wichtig, dass eine CCD-Verzögerungsleitung der vorstehend beschriebenen
Art nicht zu viel Platz auf dem Halbleitersubstrat beansprucht. In der CCD-Anordnung werden die Breite des Kanals und die Flächengrösse der Elektroden so bemessen, dass die durch die
Mehrphasenspannungen gebildeten Potentialgruben gerade nur so viel Ladung speichern können wie durch die grösste zu erwartende Amplitude des Eingangssignals erzeugt werden kann [voraus- gesetzt die Mehrphasenspannung hat irgendeinen brauchbaren Wert (z. B. 10 bis 12 V)]. Eine Vergrösserung der Flächen der CCD-Elektroden würde bedeuten, dass jede CCD-Verzögerungsleitung grösser wird und dass man somit weniger CCD-Verzögerungsleitungen auf einem einzigen Halbleiterplättchen von vorgegebener Grösse unterbringen kann.
Dies erhöht die Kosten für jede einzelne Verzögerungsleitung. Ausserdem haben grossflächigere Verzögerungsleitungen stärkeres kapazitives Verhalten, wodurch ihr Betrieb mit hohen Frequenzen (hochfrequente Mehrphasenspannungen) erschwert wird und eine grössere Verlustleistung in den Ansteuerschaltungen für die CCD-Anordnung erforderlich ist.
Die Fig. 2 und 3 zeigen eine erfindungsgemässe Anordnung und Schaltung, welche die vorstehend genannten Probleme löst. Die dargestellte CCD-Anordnung enthält ein P-leitendes Siliziumsubstrat --10-- und eine an der Substratoberfläche gebildete Quellenelektrode --S--. Diese Quellenelektrode besteht aus einer N-leitenden Diffusionszone im P-leitenden Substrat. Die Schicht - ist ein dünner Film aus N-leitendem Silizium an der Substratoberfläche und bildet mit dem Substrat einen PN-Übergang --12--. Die Schicht --B-- ist wie üblich weniger hoch dotiert als die Quellen-Diffusionszone --S--. Die CCD-Eingangselektroden bestehen aus drei Torelektroden - G., G und G 3 -- (in dieser Reihenfolge), denen weitere Elektroden --14, 16, 18, 20-- usw. folgen. Diese Elektroden können z.
B. alle aus polykristallinem Silizium bestehen und sich in einer zweischichtigen Anordnung überlappen. Natürlich sind auch andere Materialien und andere Konstruktionsformen möglich, die von der Erfindung gleichfalls umfasst werden. Der CCD-Kanal, der durch besondere Diffusionsgebiete (nicht dargestellt) am Rand begrenzt sein kann, ist unterhalb der Eingangselektroden-G,, G und G -, die sich im ersten Kanalbereich --60-- befin- den, relativ breit und verjüngt sich dann auf eine geringere Breite im Hauptteil der CCD-Anordnung, der den dritten Kanalbereich --50-- bildet, wie es mit den strichlierten Linien in Fig. 2 angedeutet ist.
Dieser (nicht weiter dargestellte) Hauptteil der CCD-Anordnung kann einige hundert CCD-Stufen umfassen (in einer praktischen Ausführungsform sind es mehr als fünfhundert Stufen mit jeweils vier Elektroden pro Stufe). Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der breitere Bereich --60-- des CCD-Kanals doppelt so breit wie der Hauptteil bzw. Bereich --50-- des CCD-Kanals, wie es mit den Breiten-Massen 2w und w in Fig. 2 angedeutet ist. Der zweite, zwischen den Kanalbereichen --60 und 50-- liegende Kanalbereich-70-- verjüngt sich vom Kanalbereich --60-- zum Kanalbereich --50--.
Die Arbeitsweise der CCD-Anordnung ist in den Fig. 4 und 5 veranschaulicht. Zum Zwecke der Erläuterung sei angenommen, dass zum Zeitpunkt t 0 in der Eingangspotentialgrube --26--
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vorhanden ist. Die flache Grube entsteht, weil das Potential der Elektrode --16-- um einen Gleichspannungsbetrag gegenüber dem Potential der Elektrode --14-- in positive Richtung versetzt gehalten wird. Dies ist schematisch durch die Batterie --15-- angedeutet. V 3 ist im hier betrachteten Zeitpunkt auf einem relativ niedrigen Wert, so dass unter der Elektrode --G 3 -- eine Potentialbarriere --24-- vorhanden ist. V wird ständig auf einem relativ hohen Gleichspannungs-
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wert gehalten, so dass sich unter der Speicherelektrode --G 2 -- eine Eingangspotentialgrube - -26-- befindet.
V 1 ist ebenfalls ein Gleichspannungswert, der jedoch weniger positiv als V 2 ist und als Vorspannung dient. Diese Spannung und die Signalspannung Vin werden der Elek- trode --G 1 -- angelegt. Somit ist ständig unter der Elektrode --Gl -- eine Potentialbarriere, deren Höhe eine Funktion des Gleichspannungswertes V plus dem Signalpegel Vin ist. Die Spannung Vs ist zum Zeitpunkt t 0 verhältnismässig positiv, so dass die Diffusionszone S als Senke für Ladungsträger wirkt.
Zum Zeitpunkt tl (vgl. Fig. 5 und Bild 4b) ist die Spannung Vs relativ negativ, so dass die Diffusionszone S als Quelle für Ladungsträger arbeitet. Diese Ladungsträger (Elektronen) füllen nun die Eingangspotentialgrube --26-- auf das Niveau --30--.
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4c)grube --26-- vorhandenen Ladung zurück über die Barriere --28-- in die Diffusionszone S.
Die in der Eingangspotentialgrube --26-- verbleibende Ladung enthält eine Komponente, die dem Signal proportional ist, und eine weitere Komponente, die proportional der Differenz zwischen den Gleichspannungswerten V 1 und V ist. In den Zeichnungen ist die in der Eingangspotential- grube --26-- enthaltene Ladung auf zwei verschiedene Arten schraffiert dargestellt.
Der eine
Teil --32-- dieser Ladung bleibt ständig in dieser Grube und ist mit "Vorspannung" bezeichnet.
Der andere, mit "Signal" bezeichnete Teil --34-- der Ladung wird aus dieser Grube --26-- "abgeschöpft" und entlang dem CCD-Kanal weitergegeben, wie es noch erläutert werden wird.
Zum Zeitpunkt t 3 ist V, relativ positiv, so dass die Höhe der Barriere --24-- wesentlich niedriger als zum Zeitpunkt t 2 ist. Die an die Speicherelektrode --G 2 -- gelegte Spannung V2 bleibt dieselbe, wie bereits erwähnt. Zum Zeitpunkt t, ist auch die zur Phase-l-gehörende Spannung'1\ hoch, so dass unter den ei-Elektroden--14 und 16-- jeweils eine Potentialgrube --36 bzw. 38-- entsteht. Da die Elektrode --16-- positiv vorgespannt ist als die Elektrode - -14--, ist die Grube --38-- unter der Elektrode --16-- tiefer als die Grube --36-- unter der Elektrode --14--.
(Im vorliegenden Fall ist eine Einrichtung --15-- dargestellt, die eine Offsetspannung zwischen den beiden Elektroden erzeugt, um eine asymmetrische Potentialgrube zu bilden. Es sind jedoch auch andere Strukturen möglich. Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, an Stelle der beiden Elektroden --14 und 16-- eine einzige Elektrode zu verwenden und unter einem Teil derselben ein geeignetes Ionenimplantat vorzusehen.) Die Spannung ei hat zum Zeitpunkt t3 eine wesentlich höhere Amplitude als die Spannung V,, so dass das Potential der Grube --20-- höher ist als das Potential der Grube-24-, d. h. das Potential --20-- erscheint als Grube gegenüber dem Potential --24--.
Bei diesen Bedingungen wird ein Teil der in der Eingangspotentialgrube --26-- befindlichen Ladung aus dieser Gruppe abgeschöpft und in die Grube --38-- weitergeleitet. Der übrige Teil der Ladung, d. h. die Vorspannungsladung --32--, bleibt weiter in der Eingangspotentialgrube --26--. Der Teil --34-- der Ladung, der vorher in der Grube --26-- war und nun in der Grube --38-- ist, wird anschliessend mittels der beiden Phasenspannungen < )'i, in herkömmlicher Weise entlang dem CCD-Register weitergeleitet.
Die obige Beschreibung erläutert den Betrieb eines ladungsgekoppelten Halbleiterelementes nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Der Abschnitt der Beschreibung der die zu den Zeitpunkten t 1 und t erfolgenden Schritte betrifft, sieht die Einbringung von Ladungen in die Eingangspotentialgrube unter der Torelektrode --G 2 -- vor, wobei nach diesen Schritten die Ladung in der Eingangspotentialgrube --26-- einen Vorspannungsanteil --32-und einen Signalanteil --34-- enthält (Fig. 4b und c). Diese Schritte entsprechen der "fill-and- -spill" Technik nach der oben genannten US-PS Nr. 3, 986, 198. Diese Technik des Einbringens der Ladung wird bevorzugt, da die Einbringung der Ladung in der Eingangspotentialgrube relativ rauscharm erfolgt. Diese Technik ist aber nicht unbedingt erforderlich.
Im Sinne der Erfindung genügt es beim Einbringen der Ladung in der Eingangspotentialgrube eine Vorspannungskomponente--32--, die dem höheren Pegel des nichtlinearen Bereiches entspricht, und eine Signalkomponente --34--, die eine Anzahl von Ladungsträgern umfasst, die im wesentlichen linear proportional der Amplitude des Eingangssignal Vin ist, einzubringen.
Die Bedeutung der vorstehend beschriebenen Betriebsweise wird besser erkennbar, wenn
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man die Fig. 6a betrachtet. Das dort gezeigte Schaubild ist in kleinerem Massstab als die Fig. 1 gezeichnet (die strichlierte Linie 13, die in beiden Figuren das gleiche Ladungsniveau bedeuten könnte, ist in Fig. 1 etwa doppelt so weit vom Nullniveau der Ladung entfernt wie im Falle der Fig. 6a), jedoch sind gleiche Teile des Schaubildes mit jeweils denselben Bezugszahlen bezeichnet. Die Eingangspotentialgrube-26- (Fig. 4) behält ständig eine Vorspannungsladung (-32-in Fig. 4), die mit der strichlierten Linie 15 in Fig. 6a dargestellt ist. Diese strichlierte Linie definiert den Anfang des relativ linearen Bereiches der Übertragungskennlinie.
Jede Ladung, die dieser Potentialgrube abhängig von einem Eingangssignal Vin hinzugefügt wird (die Ladung --34-- in Fig. 4) ist eine im wesentlichen lineare Funktion dieses Eingangssignals, weil hier im linearen Bereich der Kennlinie gearbeitet wird. Ausserdem ist die Struktur so getroffen, dass ein voller Dynamikbereich erhalten wird.
Anders ausgedrückt : weil die Eingangs-Potentialgrube (die Potentialgrube unter der Elektrode --G 2 --) in einer Region liegt, wo der Kanal breit ist, ist ihr Fassungsvermögen relativ gross - ungefähr doppelt so gross wie das Fassungsvermögen der Übertragungs-Potentialgrube im Hauptteil der CCD-Anordnung (die Eingangs-Potentialgrube unter der Elektrode --G 2 -- hat ungefähr das doppelte Fassungsvermögen einer Grube
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tentialgrube --26-- unter der Speicherelektrode --G 2 -- nur eine Menge an Signalladung aufnehmen kann, die lediglich einen Teil ihrer Kapazität ausmacht (bei maximalem Wert des Eingangs- signals belegt die Signalladung nur etwa die Hälfte dieser Grube, während die andere Hälfte von der Vorspannungsladung ausgefüllt wird),
kann das aus dieser Eingangspotentialgrube - abgeschöpfte Ladungssignal im Falle des maximalen Eingangssignalpegels immer noch die Grube unter der Elektrode --42-- bis auf praktisch ihr volles Fassungsvermögen füllen.
Somit arbeitet die beschriebene CCD-Anordnung linear über praktisch die volle Kapazität der Übertragungs-Potentialgrube im Kanalbereich --50-- der CCD-Anordnung, so dass diese Anordnung einen grösseren nutzbaren Dynamikbereich hat.
Die Übertragungsfunktion einer typischen Übertragungs-Potentialgrube (z. B. einer unter der Elektrode --42-- in den Fig. 2 und 3 liegenden Grube) abhängig von dem an die Elektrode - gelegten Eingangssignal Vin ist in Fig. 6b dargestellt. Die strichlierte Linie 13 gibt das volle Fassungsvermögen der Übertragungsgrube an. Man erkennt, dass der Betrieb über nahezu die gesamte Kennlinie ziemlich linear ist (in der Praxis hat sich gezeigt, dass bei extrem niedrigen Werten des Eingangssignals Vin eine gewisse kleine Nichtlinearität auftritt, wie sie bei --17-- angedeutet ist, deren Ursache jedoch noch nicht völlig geklärt ist.)
Der vorstehend beschriebene im wesentlichen lineare Betrieb wird erreicht, ohne übermässige Substratfläche zu benötigen.
Bei einer praktischen Ausführungsform besteht der Hauptteil der CCD-Anordnung aus mehr als fünfhundert Stufen (mehr als zweitausend Elektroden), und die Kanalbreite, die Elektrodenflächen sowie die Substratflächen aller Stufen, mit Ausnahme der ersten, bleiben unverändert. Die Elektroden-14, 16, 18 und 20-dieser ersten Stufe, die im Kanalbereich --70-- liegen, haben vergrösserte Flächen, ferner ist eine zusätzliche Torelektrode --G 3 -- vorhanden, und die Quellenelektrode sowie die beiden ersten Torelektroden haben vergrösserte Flächen. Insgesamt gesehen ist der erforderliche Grössenzuwachs der CCD-Anordnung unbedeutend, er beträgt nur einen Bruchteil eines Prozents.
Während vorstehend zu Erläuterungszwecken ein zweiphasiger Betrieb unterstellt wurde, kann die Erfindung natürlich gleichermassen gut bei Betriebsarten mit drei, vier noch noch mehr Phasen angewendet werden. Auch ist die Erfindung für CCD-Anordnungen geeignet, die statt des gezeigten P-leitenden Substrats ein N-leitendes Substrat enthalten, wobei die Oberflächenschicht sowie das Quellengebiet P-leitend sind. Natürlich müssen in diesem Fall die Betriebsspannungen entsprechend geändert werden.
Schliesslich können auch die Wellenformen anders aussehen als im gezeigten typischen Fall. Zum Beispiel hat im dargestellten Fall die Spannung V3 dieselbe Form wie die Welle e,. Ein zufriedenstellender Betrieb lässt sich aber auch mit einer Wellenform für V3 erreichen, die eine andere Gestalt als die Wellenform (P, hat. V3 sollte niedrig sein, wenn Vs niedrig ist, jedoch kann V, hoch gehen, bevor el hoch wird.
Obwohl nicht eigens dargestellt, können beim hier beschriebenen System die in der DE-OS 2733675 oder die in der DE-OS2733674 geoffenbarten Massnahmen getroffen werden, um sicherzustel-
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len, dass die Quellenelektrode während des"Einfüll-und Abgiessvorganges"auf den richtigen Potentialen arbeitet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Betrieb eines ladungsgekoppelten Halbleiterelementes (charge coupled device, CCD) (Fig. 2, 3), vorzugsweise mit einem versenkten Kanal (buried channel), wobei das ladungsgekoppelte Halbleiterelement von der Art ist, bei der die Kennlinie der Eingangspotentialgrube, welche die Anzahl der erzeugten Ladungsträger als Funktion der Eingangssignalspannung (Vin) wiedergibt (Fig.
1), die in einem ersten Eingangssignalbereich zwischen einem ersten (Vz) und zweiten Signalpegel (V x) nichtlinear ist, und in einem zweiten Eingangssignalbereich zwischen dem zweiten Signalpegel (V x) und einem dritten Signalpegel (Vy) im wesentlichen linear ist, wobei der dritte Pegel (Vy) höher als der zweite (V x) und dieser höher als der erste Pegel (V) ist, wobei in die Eingangspotentialgrube (26) eine Anzahl von Ladungsträgern (in Fig. 4 mit 34 bezeichnet) eingebracht wird, deren Zahl dem Eingangssignal (Vin) proportional ist, und bei dem eine Ladung, die in der Eingangspotentialgrube aufgenommen wurde, abgeschöpft und in die Potentialgruben (z.
B. unter 42) des weiterführenden Kanals ("CCD-Kanal") des CCD-Halbleiterelementes in Längsrichtung transportiert wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte : a) Einbringen einer Vorspannungsladung (32, Fig. 4) in die Eingangspotentialgrube (26) mit einem Pegel, der der Anzahl von Ladungsträgern entspricht, die in Abhängigkeit von einem Eingangssignal erzeugt wurden, das im wesentlichen auf dem zweiten Signalpegel (V x) liegt ; b) Addieren zur Vorspannungsladung in der Eingangspotentialgrube (26) jene Anzahl von Ladungsträgern (34), die linear proportional dem eine Signalladung enthaltenden Eingangs-
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Vorspannungsladung (32) überschreitet ;
und d) Übertragung der so abgeschöpften Ladung zu den Potentialgruben längs des ladungsgekoppelten Halbleiterelementes, indem diese in Potentialgruben weitergereicht werden, deren Kapazität wesentlich kleiner als die Kapazität der Eingangspotentialgrube ist, wobei die Kapazität jedoch ausreicht, um eine Ladung zu speichern, die der maximalen Eingangssignalamplitude (V -V) entspricht.