Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Speichern und Übertragen einer Information mit einem Halbleiterkörper, auf welchem mehrere Gruppen von Elektroden angeordnet sind, wobei jede dieser Gruppen eine Mehrzahl von Elektroden aufweist, an die abwechslungsweise Spannungen zum Bilden von aufeinanderfolgenden Potentialmulden im Haibleiterkör per angelegt werden können, in welchen Potentialmulden eine von der Information abhängige Menge von Ladungsträgern gespeichert und innerhalb des Halbleiterkörpers in einer Richtung verschoben werden können.
Bekannte Einrichtungen dieser Art sind im Aufsatz Charge Coupled Semiconductor Devices von W. S. Boyle und G. E. Smith in der Zeitschrift B.S.T.S., Vol. 49, Nr. 4 April 1970 beschrieben. Bei diesen Einrichtungen wird die Information durch Ladungsträgermengen dargestellt, die sich in Potentialmulden befinden, die in geeigneten Speichermedien, wie beispielsweise Halbleitern, halbisolierenden Halbleitern und Isolatoren erzeugt werden. In dem genannten Aufsatz ist ein Schieberegister beschrieben, bei dem Information in Form von Ladungsträgermengen von einer Potentialmulde zur nächsten transportiert wird.
Bei einer anderen bekannten Einrichtung zum Speichern und Übertragen von Information werden Ladungsträgermenten von einer Zone zur anderen längs der Oberfläche eines halbleitenden Körpers transportiert, der aus halbleitendem Material vom einen Leitfähigkeitstyp und einer Anzahl von getrennt angeordneten Zonen aus Material eines anderen Leitfähigkeitstyps besteht. Bei dieser Einrichtung wird in jeder Zone eine Potentialmulde erzeugt. deren Grenze durchden pn Übergang definiert ist, der die Zone vom übrigen Teil des halbleitenden Körpers elektrisch trennt. Diese Einrichtung wird als Eimerkettenspeicher bezeichnet.
Ein Problem bei Ladungstransporteinrichtungen dieser Art besteht darin. dass eine Anzahl Ladungsträger jeder Ladungs trägermenge jedesmal dann zurückgelassen wird, wenn eine Ladungsträgermenge von einer Potentialmulde zur anderen transportiert wird. Da dieser Ladungsträgerverlust zu einer Signaldämpfung führt, muss eine gesteuerte Ladungsregeneration und oder -verstärkung vorgesehen werden, wenn sehr lange Informationen gespeichert und verarbeitet werden sollen.
Es ist oftmals auch wünschenswert, andere Betriebsarten vorzusehen, wie beispielsweise die Durchführung von logischen Funktionen. Die am häufigsten vorkommenden grundlegenden digitalen logischen Funktionen sind die Zustandsumkehr (Signalkomplementbildung) und die Bit-Regeneration.
Wenn diese beiden grundlegenden Funktionen gegeben sind, können alle anderen logischen Funktionen, wie beispielsweise UND. ODER, NAND, NOR von diesen abgeleitet werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung zum Speichern und Übertragen einer Information mit gesteuerter Bit-Regeneration.
Diese Aufgabe der Erfindung wird durch eine Einrichtung der eingangs genannten Art gelöst, die gekennzeichnet ist durch erste Mittel mit schwebendem Potential zum Ermitteln der an einer bestimmten Stelle des Halbleiterkörpers gespeicherten Menge von Ladungsträgern, zweite Mittel zum Abführen von Ladungsträgern von der genannten Stelle, dritte Mittel zum Injizieren einer bestimmten Menge von Ladungsträgern an einer anderen Stelle des Halbleiterkörpers und durch mit den ersten Mitteln passiv, d. h. ohne Verstärkung elektrisch verbundene vierte Mittel zum Steuern der Menge der durch die dritten Mittel an der anderen Stelle injizierten Ladungsträger in Abhängigkeit der durch die ersten Mittel ermittelten Menge von Ladungsträgern an der bestimmten Stelle.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Schnittdarstellung des grundsätzeichen Aufbaus einer Einheit einer für den dreiphasigen Betrieb ausgebildeten erfindungsgemässen Einrichtung,
Fig. 2A-2C eine schematische Schnittdarstellung einer aus mehreren hintereinander geschalteten Einheiten der in Fig. 1 dargestellten Art aufgebauten erfindungsgemässen Einrichtung,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemässen Einrichtung, die für zweiphasigen Betrieb ausgebildet ist,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemässen Einrichtung mit Mitteln zum steuerbaren Einführen einer Ladungsmenge in den Informationskanal der Einrichtung,
Fig. 5 und 6 isometrische Schnittdarstellungen erfindungsge mässer Einrichtungen mit Mitteln zur Bit-Regeneration,
Fig.
7-14 schematische Draufsichten auf erfindungsgemässe Einrichtungen in Form logischer Schaltungen mit Mitteln zur Bit-Regeneration,
Fig. 15 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemässen Einrichtung in Form eines Eimerkettenspeichers mit Mitteln zur Bit-Regeneration,
Fig. 16 eine Schnittansicht einer erfindungsgemässen Einrichtung für Zweiphasenbetrieb,
Fig. 17 eine schematische Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 16,
Fig. 18 eine schematische Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemässe Einrichtung mit Mitteln zur Bit-Regeneration
Fig. 19 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 18,
Fig. 20 eine Draufsicht auf eine Abwandlung der Einrichtung nach Fig. 18 zur Erzielung eines grösseren Ausgangssignals,
Fig. 21 eine schematische Draufsicht auf eine weitere erfindungsgemässe Einrichtung mit Mitteln zur Bit-Regeneration und
Fig.
22 eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 in Fig. 21.
Zum Zwecke einer vereinfachten und klaren Erläuterung der Figuren wurden diese nicht im richtigen Masstab dargestellt. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Elemente.
Bei den erfindungsgemässen Einrichtungen wird digitale Information durch das Vorhandensein oder die Abwesenheit einer Menge von Ladungsträgern dargestellt, die sich in Potentialmulden befinden und elektrostatisch mit diesen gekoppelt sind, wobei sie sich oft dicht an der Oberfläche eines geeigneten Speichermediums befinden. Die Potentialmulden werden durch das Anlegen von Potentialen an Steuerelektroden auf die gleiche Weise gebildet und gesteuert, wie dies bei Metall Isolator-Halbleitervorrichtungen (MIS) üblich ist. Da die MIS Technologie bekannt ist, ist es nicht notwendig, Herstellungsverfahren für die nachstehend angegebenen Einrichtungen zu erläutern.
Fig. 1 zeigt eine isometrische Schnittdarstellung des grundlegenden Aufbaus einer Einrichtung 20, die zum Speichern und Übertragen einer Information für Dreiphasenbetrieb geeignet ist. Die Einrichtung 20 besteht aus einem grösseren Teil 21 aus n-leitendem Halbleitermaterial, über dem eine relativ dünne Isolationsschicht 22 liegt. Über der Isolationsschicht 22 befinden sich eine Anzahl von dicht benachbarten, in einer Reihe angeordneten Elektroden 24-26, die über höherliegende Anschlussleiter mit Potentialquellen mit den Potentialen -V1, -V2 und -V3 verbunden sind. Dem Absolutwert nach ist V3 grösser als V2, das seinerseits grösser als V, ist. V ist ferner grösser als VT, wobei VT das Schwellenpotential für die Erzeugung einer Inversion der halbleitenden Oberfläche unter statischen Bedingungen ist.
Die gestrichelte Linie 27 stellt schematisch das Oberflächenpotential (Tiefe der Potentialmulde) dicht an der Oberfläche dar und folgt den Grenzen der Verarmungsbereiche, die von den Potentialen gebildet werden, die an den Elektroden liegen,
Ladungsträger, in diesem Falle Löcher, sind schematisch durch Pluszeichen dargestellt, die in die Potentialmulden eingezeichnet sind. Da die Löcher zu den Punkten des grössten negativen Potential streben, ist zu erkennen, dass die Löcher die unter der Elektrode 25 in Fig. 1 gespeichert sind, in die Potentialmulde unter der Elektrode 26 wandern, bis sich alle Löcher unter der Elektrode 25 befinden oder bis sich so viele Löcher unter der Elektrode 25 befinden, dass die Oberflächenpotentiale unter den Elektroden 25 und 26 gleich geworden sind.
Beim Betrieb sollen im Idealfall alle Löcher transportiert werden, um einen Verlust von Signalinformation zu vermeiden, dies wird jedoch normalerweise nicht erreicht.
Die Fig. 2A-2C zeigen schematisch einen Querschnitt einer linearen Anordnung von mehreren Einrichtungen der in Fig. 1 dargestellten Art. Jede dritte Elektrode ist mit je einer von drei Taktleitungen 41-43 verbunden. Da die Elektroden in Dreiergruppen zusammenwirken, sind die entsprechenden Bezugszeichen 24-26 mit nachgestellten Buchstaben, A, B, C usw. versehen.
Die Fig. 2A stellt eine Anfangsbedingung dar, in der an die mit 24 bezeichneten Elektroden das Potential -V2 angelegt ist.
Das Potential -Vl liegt an den anderen Elektroden 25 und 26.
In dieser und den anderen im folgenden beschriebenen Figuren wird angenommen, dass der Halbleiterteil auf Null-Potential gehalten wird. Bei der nachstehenden Erläuterung ist ferner vorausgesetzt, dass etwa gleiche Beträge von positiver Ladung (Löcher) sich unter den Elektroden 24A und 24C befinden, keine jedoch unter der Elektrode 24B. Der Zustand Ladung wird als logische Eins angesehen, die unter der Elektrode 24A und der Elektrode 24C gespeichert ist und der Zustand keine Ladung als logische Null , die unter der Elektrode 24B gespeichert ist.
Fig. 2B zeigt den Zustand der Anordnung von Fig. 2A, nachdem das Potential auf der Taktleitung 42 auf -V3 geändert wurde. Da V3 > V2 > Vl ist die Ladung (oder das Fehlen von Ladung) die sich vorher unter den Elektroden 24A, 24B und 24C befand, nun nach rechts in die tieferen Potentialmulden gewandert, die sich nun unter den Elektroden 25A, 25B und 25C befinden. Die Fig. 2C zeigt die gleiche Anordnung wieder in einem Ruhe- oder Haltezustand, d. h. mit dem Potential V1 an den Taktleitungen 41 und 43 und dem Potential -V2 an der Taktleitung 42, wobei die logischen Zustände unter den Elektroden 25A, 25B und 25C aufrecht erhalten werden.
Der Zyklus ist damit beendet und die Anordnung befindet sich in dem in Fig. 2A dargestellten Zustand jedoch mit dem Unterschied, dass die logischen Zustände um je eine Stelle verschoben sind. Der Zyklus kann dann wiederholt werden, um die logischen Zustände unter die Elektroden 26A, 26B, 26C usw.
zu schieben.
Bei Einrichtungen der in den Fig. 1 und 2A-2C dargestellten Art, bei denen die Elektroden überall den gleichen Abstand von einer praktisch gleichförmig dotierten Halbleiteroberfläche besitzen, besteht die Tendenz zur Bildung symmetrischer Potentialmulden unter den Elektroden. Zur Unterdrückung dieser Tendenz werden die Elektroden in Dreiergruppen dreiphasig gesteuert, so dass eine Asymmetrie der Potentialmulde erzeugt und ein Ladungstransport in nur einer Richtung sichergestellt ist.
Bei Einrichtungen der in Fig. 3 dargestellten Art, bei der die Elektrode 53 und 54 auf einer Isolationsschicht 52 ungleicher Dicke angeordnet sind, die auf einem Halbleiterteil 51 gebildet ist, ist keine dreiphasige Steuerung notwendig, In Fig. 3 ist jede zweite Elektrode mit je einer von zwei Taktleitungen 55 und 56 verbunden, die ihrerseits mit einem zweiphasigen
Taktgenerator verbunden sind, der abwechselnd die Potentiale -Vl und -V2 an die Taktleitungen anlegt. Es ist erwähnenswert, dass die Potentialmulden in Fig. 3 inhärent asymmetrisch sind und dass jedesmal, wenn die Taktleitungspotentiale sich ändern, die gespeicherten logischen Zustände um einen Schritt (eine Elektrode) nach rechts in Fig. 3 weitergeschoben werden.
Ohne Rücksicht darauf, ob eine Einrichtung für zweiphasigen, dreiphasigen oder vierphasigen Betrieb geeignet ist, bleibt das Problem bestehen, dass normalerweise ein geringer Anteil der zu transportierenden Ladung jedesmal zurückgelassen wird, wenn Ladung von einer Potentialmulde zur nächsten transportiert wird. Zur Kompensation und um kombinatorische logische Funktionen zu ermöglichen, ist es vorteilhaft eine gesteuerte Ladungsregeneration vorzusehen. Diesem Zweck dienst das in Fig. 4 dargestellte Mittel für die Einführung einer steuerbaren Ladungsmenge in den Informationskanal einer erfindungsgemässen Einrichtung.
In Fig. 4 sind die in einer Reihe angeordneten Elektroden 24A-26B von der Oberfläche eines n-leitenden Halbleiterteils 61 durch eine Isolationsschicht 62 getrennt. Der Halbleiter 61 besitzt eine p-leitende Zone 63, an die ein Sperrpotential -Vs über eine Elektrode 64 angelegt ist. Die gestrichelte Linie 65 stellt schematisch die Tiefe der Potentialmulden unter den Elektroden 24A-26B dar, wobei das Oberflächenpotential unter den Elektroden 24A und 24B negativer ist als unter den übrigen Elektroden. Wenn -Vs negativer als das Oberflächenpotential unter der Elektrode 24A ist, wandern keine Löcher von der Zone 63 in den benachbarten Informationskanal.
Wenn -Vs weniger negativ ist als das Oberflächenpotential unter der Elektrode 25A, wandern die Löcher in den Kanal und füllen die Potentialmulden auf, bis das Oberflächenpotential längs des gesamten Kanals auf etwa -Vs angestiegen ist.
Wenn jedoch -Vs negativer ist als das Oberflächenpotential unter der Elektrode 25A, aber weniger negativ als das Oberflächenpotential unter der Elektrode 24A, dann wandern die Löcher von der Zone 63 in den Informationskanal und füllen die Potentialmulde unter der Elektrode 24A nur teilweise.
Wenn sich einmal genügend Löcher in der Potentialmulde unter der Elektrode 24A angesammelt haben, so dass das Oberflächenpotential hier etwa gleich -Vs ist, dann hören die Löcher auf, weiter in den Kanal zu fliessen.
Daher kann durch Einstellung von Vs bezüglich der Potentiale -V1 und -V2, die an den Elektroden liegen, eine gesteuerte Ladungsmenge selektiv injiziert oder nicht injiziert werden, um einen digitalen Bitstrom zu erzeugen, der nach rechts in einen neuen Informationskanal fliesst. Die Zone 63 arbeitet in gleicher Weise wie die Quellenzone in einem Feldeffekttransistor mit isolierter Steuerelektrode.
Wenn nun ein Bitgenerator, wie beispielsweise der in Fig. 4 dargestellte,mit einem Detektor kombiniert wird, der die Bits abfühlt, die in einem Kanal übertragen werden, dann kann der Bitgenerator dazu benutzt werden, die Information, die in dem gedämpften Kanal übertragen wird, in Abhängigkeit von den Signalen des Detektors in einem neuen Kanal zu erzeugen. Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei Ausführungsbeispiele eines derartigen Bitgenerators in isometrischer Schnittdarstellung.
Die in Fig. 5 dargestellte Einrichtung besteht aus einem grösseren n-leitenden Halbleiterteil 71 und einer darüberliegenden Isolationsschicht 72. In einer Reihe angeordnete Steuerelektroden 26Y, 24Z, 25Z und 26Z stellen das Ende eines Informationskanals dar, dessen Bitstrom regeneriert werden soll. Die in einer Reihe angeordneten Steuerelektroden 34A, 35A und 36A stellen den Anfang eines neuen Informationskanals dar, der zur Aufnahme des regenerierten Bitstroms dient. Wie in den Fig. 1 und 2A-2C, ist jede dritte Steuerelektrode mit je einer von drei Taktleitungen 73-75 verbunden.
Ein Paar von p-leitenden Zonen 76 und 77 liegt dicht an der Oberfläche des Halbleiters 71 und ist über die Elektroden 78 und 79 jeweils mit Quellen negativen Potentials -VD und -Vs verbunden. Die p-leitende Zone 76 liegt dicht an der letzten Elektrode 26Z im gedämpften Kanal. Das Potential -VD ist in vorteilhafter Weise so gewählt. dass es die p-leitende Zone 76 negativer als das negativste Oberflächenpotential hält, das unter der Steuerelektrode 26Z induziert ist, so dass jedes Bit, das unter die Elektrode 26Z transportiert wird, gesammelt und zur Erde abgeleitet wird. Die Zone 76 arbeitet in der gleichen Weise wie die Abflusszone in einem Feldeffekttansistor mit isolierter Steuerelektrode.
Die p-leitende Zone 77 ist so ausgebildet dass sie als ein Bitgenerator arbeiten kann. Das an die Zone 77 angelegte Potential Vs ist so gewählt. dass es die Zone 77 so negativ hält. dass nur so viel Löcher von ihr abgezogen werden, um die Potentialmulde unter der Elektrode 34A teilweise aufzufüllen, ohne dass die Löcher in den neuen Informationskanal fliessen.
Unter der Steuerelektrode 25Z befindet sich eine elektrisch schwebende Abfühlelektrode 80 für die Ermittlung der unter der Elektrode 25Z gespeicherten Ladungsmenge, die durch Teile der Isolationsschicht 72 getrennt ist. Die Abfühlelektrode ist mit einem über ihr befindlichen Kontakt 81 mit einer Torschaltungselektrode 82 verbunden, die zwischen dem Bitgenerator 77 und der ersten Steuerelektrode 34A liegt.
Die Kapazität zwischen den Elektroden 25Z und 80 ist mit C: bezeichnet. während die Kapazität zwischen der Elektrode 80 und dem Halbleiter 71 mit C angegeben ist. Die Kapazität des N'erarmungsbereichs. der sich zwischen den Elektroden 25Z und 80 bildet.
ist sehr klein verglichen mit C1 und CI, so dass das an der Elektrode 80 auftretende Potential etwa gleich dem an der Elektrode angelegten Taktimpulspotential 4)l ist, wenn die darunter befindliche Potentialmulde leer ist (logische Null). Wenn dagegen die Potentialmulde nahezu voll ist (logische Eins). dann ist das an der Elektrode 80 auftretende Potential etwa °1 multipliziert mit dem Verhältnis Ci (C: TCc(. Da °1 ein negatives Potential und Ci und C positiv sind. wird mehr negatives Potential an der Elektrode 80 auftreten. wenn sich eine Null unter der Elektrode 25Z befindet. als wenn dort eine Eins wäre.
Diese an der Elektrode 80 auftretenden Spannungen werden direkt der Torschaltungselektrode 82 zugeführt, die sich zwischen dem Bitgenerator 77 und der Steuerelektrode 34A befindet. Es ist zu beachten. dass die erste Steuerelektrode 34A mit der gleichen Taktleitung verbunden ist, wie die Elektrode 25Z. unter der die Bits abgefühlt werden. Auf Grund dieser Tatsache wird eine Menge von Löchern (logische Eins) von dem Bitgenerator 77 zu der Potentialmulde unter der Elektrode 34A transportiert. wenn sich zu dieser Zeit unter der Elektrode 25Z eine Null befindet. Umgekehrt werden keine Löcher (logische Null) vom Bitgenerator 77 übertragen.
wenn sich unter der Elektrode 25Z eine Eins befindet, da das Kapazitätsverhältnis C, (Cl +C2) und der Abstand der Elektrode 82 von der Halbleiteroberfläche so gewählt sind, dass wenn sich eine Eins unter der Elektrode 25Z befindet, das Oberflächenpotential unter der Elektrode 82 weniger negativ als -Vs ist.
Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein, ein Vorspannungspotential an die Torschaltungselektrode 82 anzulegen. Dieses ist durch eine zusätzliche Verbindung der Torschaltungselektrode 82 über eine hohe Impedanz (nicht dargestellt) mit einer Gleichspannungsquelle möglich. In diesem Falle ist die Zeitkonstante der hohen Impedanz beträchtlich grösser als die reziproke Bit-Transportgeschwindigkeit durch den Informationskanal, so dass die Impulsspannungen, die an der Fühlerelektrode 80 auftreten, auch zur Torschaltungselektrode 82 gelangen. ohne Störung durch das Vorspannungspotential. Die Elektroden 80 und 82 sind also bezüglich der NN echselspannung und der Impulssignale elektrisch schwebende Elektroden.
Fig. 6 zeigt einen ähnlichen Zustandsinverter und Bitgenerator wie Fig. 5 mit der Ausnahme, dass das Abfühlen der Ladungsmenge durch eine elektrisch schwebende p-leitende Zone 90 erfolgt. die in der Nähe der Halbleiteroberfläche unter der Elektrode 25Z liegt. Der einzige Unterschied zwischen den Anordnungen der Fig. 5 und 6 besteht darin, dass die elektrisch schwebende Abfühlelektrode 80 der Fig. 5 in der Fig. 6 durch eine elektrisch schwebende Zone 90 ersetzt ist.
Wegen der Analogie sind in Fig. 6 sonst die gleichen Hinweiszahlen verwendet wie in der Fig. 5.
In ähnlicher Weise, wie es im Zusammenhang mit Fig. 5 bereits beschrieben wurde, treten an der Abfühlzone 90 in Fig. 6 Potentiale auf, die direkt an die Torschaltungselektrode 82 gelegt werden, die den Transport einer Ladungsmenge vom Bitgenerator 77 sperrt oder erlaubt. Das Potential an der Zone 90 ist zu einem beliebigen Augenblick etwa gleich dem angelegten Oberflächenpotential. Dieses Oberflächenpotential ist etwa gleich °" wenn eine Null unter der Elektrode 25Z vorliegt, da (P, an der Elektrode 25Z liegt und etwas weniger negativ ist als °,, wenn sich eine Eins (Ladungsmenge aus Löchern) unter der Elektrode 25Z befindet.
Wenn beim Anlegen von 4), an die Elektrode 25Z eine solche Anzahl von Löchern unter die Elektrode 25Z fliesst, dass die Potentialmulde gefüllt wird, steigt das Oberflächenpotential auf einen Maximalwert von etwas weniger als Null. Bei typischen Einrichtungen dieser Art kann das an der Zone 90 auftretende Potential, wenn eine Eins vorliegt, ein Drittel weniger negativ gemacht werden, als das bei einer Null auftretende Potential. Diese Differenz ist ausreichend. um die gewünschte Durchschaltung mittels der Elektrode 82 zu bewirken.
Es ist zu bemerken, dass wie bei der Einrichtung gemäss Fig. 5 bei der Einrichtung gemäss Fig. 6 eine Eins vom Bitgenerator 77 weitergegeben wird. wenn sich eine Null unter der Elektrode 25Z befindet, und eine Null , wenn sich eine Eins unter der Elektrode 25Z befindet.
Nachdem der Aufbau und die Wirkungsweise der grundlegenden Einrichtungen gemäss der Erfindung beschrieben wurden, wird nun anhand der Fig. 7-l4 eine Anzahl vorteilhafter Modifizierungen und Anwendungen für derartige Einrichtungen gemäss der Erfindung erläutert. Die Fig. 7-14 zeigen in schematischer Darstellung die Einrichtungen gemäss Fig. 1-6.
In den Fig. 7-14 stellen die ausgezogenen Quadrate die Steuerelektroden dar, die sich über einer Isolationsschicht befinden. Die gestrichelten Quadrate zeigen entweder Elektroden. die innerhalb des Isolators angeordnet sind (wie beispielsweise Elektrode 80 in Fig. 5) oder Zonen im Halbleiter (wie beispielsweise die Zonen 76, 77 und 90 in den Fig. 5 und 6.)
Speziell die Fig. 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Einrichtung, die der in den Fig. 5 und 6 dargestellten ähnlich ist. In Fig. 7 sind l24Y bis 126Z Steuerelektroden am Ende eines Informationskanals, dessen Information invertiert und regeneriert werden soll. 134A bis 136A sind Steuerelektroden am Anfang eines neuen Informationskanals, der den regenerierten Bitstrom aufnimmt.
Die Elektroden 124Y bis 126Z und 134A bis 136A entsprechen den Elektroden 26Y bis 26Z und 34A bis 36A in den Fig. 5 und 6. Wie in den früher beschriebenen Figuren 1. 2A-'C. 5 und 6, ist jede dritte Steuerelektrode mit je einer von drei Taktleitungen 173175 verbunden, an die die Taktpotentiale 4 > 1- 4 > 3 angelegt werden.
In Fig. 7 stellt das gestrichelt dargestellte Rechteck 100 die unter der Elektrode 124Z liegende Abfühlelektrode dar, die entweder der Elektrode 80 in Fig. 5 oder der Zone 90 in Fig. 6 entspricht. Wie in den Fig. 5 und 6 ist die Abfühlelektrode 100 nicht mit den Taktleitungen sondern über eine Leitung 181 mit einer Torschaltungselektrode 182 verbunden, die genau so arbeitet, wie die Torschaltungselektrode 82 in den Fig. 5 und 6.
Mit 176 ist eine gestrichelt gezeichnete p-leitende Zone bezeichnet, an der ein negatives Potential -VD liegt und die als Abflusselektrode arbeitet, in Analogie zu der Zone 76 in den Fig. 5 und 6. Mit 177 ist eine gestrichelt dargestellte p-leitende Zone bezeichnet, an der ein negatives Spannungspotential -Vs liegt und die als Bitgenerator arbeitet, in Analogie zu der Zone 77 in den Fig. 5 und 6.
Anders als in der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Einrichtung ist das Abfühlelement 100 in Fig. 7 unter der Steuerelektrode 124Z angeordnet und von der Abflusselektrode durch ein Paar von Steuerelektroden 125Z und 126Z, anstelle von nur einer, getrennt. Diese Trennung in zwei Elektroden anstelle von einer ist für die Wirkungsweise nicht notwendig, aber vorteilhaft, da hierdurch das Abfühlelement 100 von der Abflusselektrode 176 wirksamer entkoppelt wird.
Bei den Einrichtungen nach den Fig. 1 und 2A-2C liegen die Ladungsmengen, die die Information darstellen, nur unter denjenigen Elektroden, an die das am meisten negative Taktpotential -V3 angelegt wird. Die anderen beiden Elektroden jeder Dreiergruppe dienen dazu, jede Ladungsmenge von der benachbarten Ladungsmenge zu trennen. Daher ist es in Fig. 7 wünschenwert, eine Ladungsmenge vom Bitgenerator 177 nur dann weiterzuleiten, wenn das Potential -V3 an die Elektrode 1732 (oberhalb der Abfühlelektrode 100) angelegt ist, da nur dann sich dort eine Ladungsmenge (oder keine) befindet, die die unter der Elektrode 124Z abzufühlende Information darstellt.
Allgemein gilt, dass die Steuerelektrode (124Z in Fig. 7), die über der Abfühlelektrode (100 in Fig. 7) liegt, immer mit der gleichen Taktleitung (173 in Fig. 7) verbunden wird, wie die erste Steuerelektrode (134A in Fig. 7), die auf die Torschaltungselektrode (182 in Fig. 7) folgt, so dass Information gleichzeitig abgefühlt, invertiert, regeneriert und zu der ersten Steuerelektrode (134A in Fig. 7) des neuen Informationskanals übertragen wird. Es ergibt sich ferner aus dem Obengesagten, dass Vs grösser sein sollte als Vl und V2, aber kleiner als V3, SO dass die Torschaltungselektrode 182 nur dann den Abtransport einer Ladungsmenge vom Bitgenerator 177 gestattet, wenn gleichzeitig das Potential -V3 an der Elektrode 124Z liegt und sich eine Null unter der Elektrode 124Z befindet.
Fig. 8 zeigt nun eine schematische Draufischt auf eine Ein richtung, die der in den Fig. 5 und 6 dargestellten ähnlich ist.
Die Einrichtung gemäss Fig. 8 ist jedoch für Zweiphasenbe trieb geeignet. Die Steuerelektroden 153Y bis 154Z stellen das Ende eines Informationskanals dar, dessen Information invertiert und regeneriert werden soll. Die Steuerelektroden 253A und 254A stellen den Anfang eines neuen Informations kanals dar, der den regenerierten Bitstrom aufnimmt. Um den
Ladungstransport in einer Richtung sicherzustellen, sind diese
Steuerelektroden so ausgebildet, dass sie asymmetrische
Potentialmulden erzeugen, wie sie bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert wurden.
In Fig. 8 ist jede zweite Steuerelektrode mit je einer von zwei Taktleitungen 155 und 156 verbunden. mit 176 ist eine Abflusselektrode und mit 177 ein Bitgenerator bezeichnet, die mit Potentialquellen mit den Potentialen -Vn bzw. -Vs verbunden sind. Eine Abfühlelektrode 100 wie die Elektrode 80 in Fig. 5 oder die Elektrode 90 in Fig. 6 liegt unter der Steuerelektrode 153Z und ist über einen Leiter 181 mit einer Torschaltungselektrode 182 verbunden. Wenn wie hier, Steuerelektroden in der in Fig. 3 dargestellten Art verwendet werden, befindet sich die Abfühlelektrode 100 in vorteilhafter Weise nur unter demjenigen Teil der entsprechenden Steuerelektrode (153Z in Fig. 8), der über dem dünneren Dielektrikum liegt, weil sich dort die Ladungsmenge befindet, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
Auf diese Weise werden ein Maximum an induzierter Spannung und ein Minimum an parasitären Kapazitäten erhalten. Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 8 geht aus dem bereits Gesagten hervor.
Fig. 9 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine andere Einrichtung, die für zweiphasigen Betrieb geeignet ist. Die in Fig. 9 dargestellte Einrichtung unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 8 nur darin, dass der Bitgenerator 177 mit der Taktleitung 136 verbunden und von dieser gesteuert wird und dass die Abfühlelektrode 100 von der Abflusselektrode 176 durch zwei Steuerelektroden 154Z und 154ZZ anstelle durch nur eine Steuerelektrode getrennt ist.
Wie bei den zuvor erläuterten dreiphasigen Ausführungsbeispielen muss die Steuerelektrode (153Z in Fig. 9) unter der sich die Abfühlelektrode 100 befindet, mit der gleichen Taktleitung (155 in Fig. 9) verbunden werden, wie die erste Steuerelektrode (253A in Fig. 9), die auf die Torschaltungselektrode (182) folgt. Wenn, wie in Fig. 9, der Bitgenerator von der Taktleitung gesteuert werden soll, um die Zahl der erforderlichen Leitungen zu verringern, muss der Bitgenerator (177) mit einer anderen Taktleitung (156 in Fig. 9) verbunden werden, als die Elektroden 153Z und 253A, damit die entsprechenden Potentialbeziehungen erzeugt werden. Dies wird anhand eines vollständigen Arbeitszyklusses der Einrichtung nach Fig. 9 beschrieben.
Zuerst sei ein erster Halbzyklus angenommen, in dem das Potential 4 > 1 = -Vl an die Taktleitung 155 und das Potential 4 > 2 = -V2 an die Taktleitung 156 angelegt wird, wobei V2 > VI ist Während dieses Halbzyklus wird das zu investierende und regenerierende Bit unter der Elektrode 154Y gespeichert. Ein anderes Bit, das invertiert und regeneriert wurde, wird doppelt gespeichert, und zwar das gedämpfte Bit unter der Elektrode 154Z und das invertierte und regenerierte Bit unter Elektrode 254A. Bei diesem Zustand der Einrichtung kann keine positive Ladungsmenge vom Bitgenerator 177 zur Steuerelektrode 253A übertragen werden, und zwar gleichgültig welches Potential an der Torschaltungselektrode 182 liegt, da am Bitgenerator das Potential -V2 liegt und dieser daher negativer ist als die Elektrode 253A.
Nun sei angenommen, dass der Taktgeber im zweiten Halbzyklus ein Potential 4 > 1 = -V2 und ein Potential 4 > 2 = -Vl liefert.
Da beim Übergang vom ersten in den zweiten Halbzyklus die Potentiale geändert werden, bewegt sich jede Ladungsmenge einen Schritt (eine Elektrode) weiter nach unten in Fig. 9, wie es in Fig. 9 durch die Pfeile 157 und 257 angegeben ist. Das gedämpfte Bit unter der Elektrode 154Z wird zur Elektrode 154ZZ übertragen und von dort weiter zur Abflusselektrode 176, da das an dieser Elektrode liegende Potential -VD negativer ist als das an der Elektrode 154ZZ liegende Potential -V2.
Das dem gedämpften Bit entsprechende regenerierte Bit wird über die Elektrode 254A zur nächsten Elektrode (nicht gezeigt) im neuen Informationskanal übertragen. Es ist zu bemerken, dass die Elektrode 253A, da an ihr das Potential -V2 liegt, nun negativer ist als der Bitgenerator 177, an dem das Potential -V1 liegt, so dass eine positive Ladungsmenge zu der Elektrode 253A transportiert wird, wenn dies die Torschaltungselektrode 182 gestattet.
Beim Übergang vom ersten in den zweiten Halbzyklus, bewegt sich das Bit von der Elektrode 154Y zur Elektrode 153Z, wo es von der unter dieser Elektrode liegenden Abfühlelektrode 100 festgestellt wird. Wie im Zusammenhang.mit den Fig. 5 und 6 bereits erläutert wurde, sind die Abfühlelektrode 100 und die Torschaltungselektrode 182 aneinander so angepasst, dass eine Ladungsmenge Eins vom Bitgenerator 177 zur Elektrode 253A übertragen wird, wenn das Fehlen einer Ladungsmenge Null unter der Elektrode 153Z von der Abfühlelektrode 100 festgestellt wird und keine Ladung Null zur Elektrode 253A übertragen wird, wenn von der Abfühlelektrode 100 unter der Elektrode 153Z eine Eins festgestellt wird.
Bei der Einrichtung nach der Fig. 9 wird während des ersten Halbzyklus wegen der Potentialbeziehung zwischen dem Bitge- nerator 177 und der Elektrode 253A kein Bit zur Elektrode 253A übertragen. Während des zweiten Halbzyklus ist die Potentialbeziehung zwischen dem Generator 177 und der Elektrode 253A umgekehrt, so dass die Übertragung einer Eins vom Generator 177 zur Elektrode 253A nur dann verhindert wird, wenn von der Abfühlelektrode eine Null festgestellt wird.
Die Einrichtung nach Fig. 8 könnte auch mit einem Bitgenerator 177 arbeiten. der von der Taktleitung 156 gesteuert wird.
Die für den Dreiphasenbetrieb bestimmte Einrichtung nach Fig. 7 könnte auch mit einem Bitgenerator 177 arbeiten, der von der Taktleitung 175 gesteuert wird, vorausgesetzt, dass der Taktimpuls eine geeignete Form hat, beispielsweise Sinusform, so dass die entsprechenden Potentialbeziehungen zwischen dem Bitgenerator 177, der Torschaltungselektrode 182 und der Steuerelektrode 134A vorhanden sind.
Fig. 10 zeigt nun eine schematische Draufsicht auf eine weitere Einrichtung der Erfindung, die für einen zweiphasigen Betrieb vorgesehen ist. Diese Einrichtung ist mit Ausnahme der Mittel für die Bitregenerierung der in Fig. 8 dargestellten ähnlich, so dass bei der Fig. 10 lediglich diese Mittel beschrieben werden. Wie die Einrichtung nach Fig. 8, besitzt die Einrichtung nach Fig. 10 eine p-leitende Abflusselektrode 176, die an eine geeignete Potentialquelle mit dem Potential -VD angeschaltet ist und eine p-leitende Zone 177 als Quelle für positive Ladungsträger. Anders als in Fig. 8 ist jedoch die Zone 177 in Fig. 10 mit Erde verbunden und von der Torschaltungselektrode 182 durch eine Steuerelektrode 105 und eine elektrisch schwebende p-leitende Zone 178 getrennt.
Im Betrieb bewirken negative Potentiale, die an die Steuerelektrode 253A und an die Torschaltungselektrode 182 gelegt werden. einen Ladungstransport von der Zone 178 zur Steuerelektrode 253A, die ihrerseits bewirkt, dass ein negatives Potential in der Zone 178 induziert wird. Bei einer negativen Zone 178 und einer auf Erdpotential liegenden Zone 177 und nach Abschaltung der Torschaltungselektrode 182 bewirkt ein negativer Impuls, der während einer bestimmten Zeitspanne auf die Elektrode 105 gegeben wird, einen Transport einer bestimmten Ladungsmenge von der Zone 177 zu der Zone 178.
Dadurch wird in der Zone 178 eine Ladungsmenge von genauer Grösse gespeichert, die als eine Eins zur Elektrode 153A transportiert werden kann. Diese Verfügbarkeit einer Ladungsmenge von genauer Grösse ist deshalb wünschenswert, weil der Störpegel u. a. von dem Mass der Gleichheit der Eins -Bits und der Null -Bits abhängt.
In den nun zu erläuternden Fig. 11-13 sind eine Anzahl von Ausführungsbeispielen der Einrichtung nach der Erfindung dargestellt mit Mitteln zum Invertieren und Regenerieren von Bits von der oben beschriebenen Art, we#lche für die Durchführung logischer Funktionen geeignet sind.
Fig. 11 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Einrichtung zur Durchführung der logischen Operation NOR, deren Wahrheitstabelle folgendermassen aussieht:
NOR
ABC
001
010
100
110
Der obere Teil der Fig. 11 stellt zwei Informationskanäle A und B dar, die an zwei Taktleitungen 155 und 156 angeschlossen sind und Information in Richtung nach unten übertragen, wie es durch die Pfeile 157A und 157B angedeutet ist. Die Elektroden 154AY, 153AZ, 154AZ, 15ABY, 153BZ und 154BZ sind Steuerelektroden in den beiden Kanälen und entsprechen den Elektroden 154Y, 153Z und 154Z in den Fig. 8-10. Der untere Teil der Fig. 11 mit den Steuerelektroden 253CA und 253CB stellt den Anfang eines neuen Infor mationskanals dar, der mit C bezeichnet ist und die regenerierten Bits, die von der NOR-Operation stammen, aufnimmt.
Mit 276 ist eine gestrichelt dargestellte p-leitende Zone bezeichnet, die mit einer Potentialquelle mit dem Potential -VD verbunden ist und als Abflusselektrode arbeitet, analog wie die Zonen 76 und 176 in den früher beschriebenen Figuren. Mit 277 ist eine gestrichelt dargestellte p-leitende Zone bezeichnet, die als Bitgenerator auf die bereits im Zusammenhang mit der Zone 177 in Fig. 9 erläuterten Weise arbeitet und mit der Taktleitung 156 verbunden ist.
Unter der Elektrode 153AZ des Kanals A befindet sich ein Abfühlelement 100A und unter der Elektrode 153BZ des Kanals B ein Abfühlelement 100B. Jedes dieser Abfühlelemente ist über eine Leitung 181A bzw. 181B mit einer Torschaltungselektrode 182A bzw. 182B verbunden, deren Funktion bereits im Zusammenhang mit den früheren Figuren erläutert wurde. Für ein NOR-Element sind, wie die Fig. 11 zeigt, die Torschaltungselektroden bezüglich des Bitgenerators 277 und der ersten Elektrode 253CA des Kanals C in Reihe geschaltet.
Beim Betrieb werden getrennte Bitströme von Information gleichzeitig längs der Kanäle A und B in Abhängigkeit von den an die Taktleitungen 155 und 156 angelegten Taktsignalen übertragen. Die Bitströme sind so synchronisiert, dass die Bits gleichzeitig unter den Elektroden 153AZ und 153BZ hindurchlaufen. Wenn entweder das Abfühlelement 100A oder das Abfühlelement 100B eine Eins feststellt, dann wird an derjenigen Torschaltungselektrode, mit der dieses Abfühlelement verbunden ist, eine ausreichend hohe Spannung induziert, die die Übertragung der Ladung unter ihr verhindert. Es wird somit wie in der Wahrheitstabelle in Fig. 11 angegeben, eine Eins vom Bitgenerator 277 zur Steuerelektrode 253CA nur übertragen, wenn von beiden Abfühlelementen 100A und 100B eine Null festgestellt wird.
An dieser Stelle sollte erwähnt werden, dass innerhalb des in Fig. 11 dargestellten NOR-Elements die Torschaltungselektroden 182A und 182B eine logische UND-Funktion ausführen, d. h. nur wenn eine Potentialmulde unter beiden induziert wird,kann eine Ladungsmenge vom Bitgenerator 277 zur Steuerelektrode 253C übertragen werden. Daraus ergibt sich, dass, wo immer eine UND-Funktion in Einrichtungen der beschriebenen Art gewünscht wird, diese z. T. dadurch verwirklicht werden kann, indem eine Anzahl von Torschaltungselektroden hintereinander angeordnet wird.
Fig. 12 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Einrichtung, die für die Ausführung der logischen NAND-Operation geeignet ist, deren Wahrheitstabelle folgendes Aussehen hat:
NAND ABC
001
011
101
110
Die Einrichtung nach Fig. 12 unterscheidet sich von der in Fig. 11 dargestellten nur darin, dass die Torschaltungselektro den 182A und 182B bezüglich des Bitgenerators 277 und der Elektrode 253CA parallel angeordnet sind. Bei dieser Ausführung der Torschaltungen wird der Ladungstransport von derr Bitgenerator 277 weg nur dann verhindert, wenn eine Eins an beiden Abfühlelementen 100A und 100B festgestelt wird.
Dies stimmt mit der Wahrheitstabelle der NAND-Einrichtung in Fig. 12 überein.
An dieser Stelle sollte darauf hingewiesen werden, dass innerhalb des NAND-Elementes, das in Fig. 12 dargestellt ist, die Torschaltungselektroden 182A und 182B eine logische ODER-Funktion ausführen, d. h. wenn eine Potentialmulde unter beiden induziert wird, dann kann eine Ladungsmenge vom Bitgenerator 277 zu derSteuerelektrode 253CA transportiert werden. Daraus ergibt sich, dass, wo immer eine ODER Funktion in Einrichtungen der beschriebenen Art gewünscht wird, dies teilweise dadurch verwirklicht werden kann, dass mehrere Torschaltungselektroden parallel zueinander angeordnet werden.
Fig. 13 zeigt eine schematische Draufsichtdarstellung einer Einrichtung, die für die Durchführung einer logischen FAN OUT -Operation geeignet ist, deren Wahrheitstabelle in Fig. 13 unten dargestellt ist. Der obere Teil dieser Figur stellt einen Informationskanal dar, der mit A bezeichnet ist und an zwei Taktleitungen 153 und 156 angeschlossen ist und eine Abwärtsinformationsübertragung vornimmt, wie es durch den Pfeil 157A angedeutet ist. Die Elektroden 154AY, 153AZ, 154AZ sind Steuerelektroden des Kanals A, analog den Elektroden 154Y, 153Z und 154Z in den Fig. 8 bis 10. Der untere Teil der Figur, d. h. die Steuerelektroden 253BA, 254BB, 253CA und 254CB bilden den Anfang zweier Kanäle, die mil B und C bezeichnet sind und für die Aufnahme der regenerierten Bits vorgesehen ist, die von der FAN-OUT -Operation stammen.
Die gestrichelt dargestellten Streifen 276 und 277 stellen eine Abflusselektrode und einen Bitgenerator dar, die gemäss der Beschreibung der Fig. 11 und 12 arbeiten. Die Wahrheitstabelle für die FAN-OUT -Funktion hat folgendes Aussehen:
FAN-OUT
ABC
011
100
Ein Abfühlelement 100A liegt unter der Elektrode 153AZ und ist mittels der Leiter 181B und 181C mit zwei Torschaltungselektroden 182 und 182C versehen. Wenn das Abfühlelement 100A eine Null feststellt, wird eine Eins durch die Elektrode 182B vom Bitgenerator 277 in den Kanal B und eine andere Eins durch die Elektrode 182C in den Kanal C durchgeschaltet. Andererseits, wenn eine Eins am Abfühlelement 100A vorliegt, dann werden Nullen in die Kanäle B und C durchgeschaltet.
Die FAN-OUT -Funktion kann auch auf andere Weise als auf die in der Fig. 13 dargestellte, verwirklicht werden. Bei vielen Anwendungen kann es z. B. vorteilhaft sein, das Abfühlelement mit einer einzigen Torschaltungselektrode zu verbinden und die Steuerelektroden 253BA und 253CA (Fig. 13) in eine grössere Elektrode übergehen zu lassen, so dass die parasitäre kapazitive Belastung des Abfühlelements minimal wird.
Die in den Fig. 11 und 12 dargestellten Einrichtungen sind nicht auf das Abfühlen zweier ankommender Kanäle beschränkt, sondern sie können auch eine grössere Anzahl von ankommenden Kanälen abfühlen, vorausgesetzt, dass sich in jedem Kanal ein Abfühlelement befindet und dieses mit hintereinander oder parallel angeordneten Torschaltungselektroden verbunden ist, je nach Art der gewünschten logischen Operation. Auch die FAN-OUT -Funktion, die in Fig. 13 dargestellt ist, ist nicht auf zwei Ausgangskanäle beschränkt, sondern sie kann auch auf eine grössere Anzahl von Kanälen ausgedehnt werden.
Es können auch zwei invertierende Regeneratoren, wie sie hier beschrieben wurden, hintereinander geschaltet werden, so dass der regenerierte Impuls zweimal invertiert und daher der ursprüngliche Impuls wiederhergestellt wird.
Ein Anwendungsbeispiel für eine derartige Einrichtung ist schematisch in Fig. 14 dargestellt. In dieser Figur sind mit 300 und 301 Informationskanäle bezeichnet, in denen der Informationsfluss in Richtung der angegebenen Pfeile erfolgt. Im Kanal 300 stellt ein Abfühlelement 302 (eines beliebigen Typs der in den Fig. 5 und 6 beschriebenen Art) ankommende gedämpfte oder geschwächte Signale fest und induziert eine entsprechende Spannung an der Torschaltungselektrode 303.
Nachdem die ankommenden Signale abgefühlt wurden, werden sie in der bereits beschriebenen Art von einer Abflusselek- trode, wie beispielsweise 76 in Fig. 5 und 6, gesammelt. In Fig. 14 ist diese Elektrode mit 304 bezeichnet. Mit 305 ist eine Quelle oder ein Bitgenerator bezeichnet, der dem Bitgenerator 77 in den Fig. 5 und 6 entspricht. Die Kombination der Elemente 302, 303, 304 und 305 bilden zusammen einen invertierenden Regenerator.
Die Bits von der Quelle 305 werden von der Elektrode 303 zu einer anderen Elektrode 306 durchgeschaltet. Mit der Elektrode 308, die am Anfang des Kanals 301 liegt, ist ein Abfühlelement 307 verbunden. Nachdem die Bits von der Quelle 305 vom Abfühlement 307 festgestellt wurden, werden sie von einer zweiten Abflusselektrode 309 gesammelt, eine zweite Quelle 310 dient als Bitgenerator, dessen Bits von der Elektrode 308 in den Kanal 301 durchgeschaltet werden.
Da die NAND- und NOR-Funktion unabhängige logische Funktionen sind, können alle anderen logischen Funktionen aus diesen beiden logischen Funktionen abgeleitet werden.
Die vorstehend beschriebenen invertierenden Regeneratoren können auch in Einrichtungen zum Speichern und Übertragen von Information vom Eimer-Ketten -Typ verwendet werden, die eingangs erwähnt wurden. Eine grundlegende Form einer derartigen erfindungsgemässen Einrichtung zeigt die Fig. 15 in einer schematischen Querschnittsdarstellung.
Mit 400 ist eine Ladungstransporteinrichtung vom Eimer Ketten -Typ bezeichnet, die einen invertierenden Regenerator verwendet. Die Einrichtung 400 besitzt einen n-leitenden Halbleiterkörper 401, mit einer Anzahl von p-leitenden Oberflächenzonen. Eine dielektrische Schicht 402 befindet sich auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 401. Über der dielektrischen Schicht 402 befinden sich eine Anzahl von in einer Reihe angeordneten Steuerelektroden 401X, 402X, 402Y, 401Y, 402Y, 401Z und 402Z, die zusammen mit einer entsprechenden Anzahl von asymmetrisch angeordneten, darunterliegenden p-leitenden Zonen 403X, 404X, 403Y, 404Y, 303Z und 76 das Ende eines Eimer-Ketten -Kanals darstellen, dessen Bitstrom invertiert und regeneriert wird.
In gleicher Weise bilden die in einer Reihe angeordneten Steuerelektroden 411A, 412A und 411B in Kombination mit einer entsprechenden Anzahl von asymmetrisch angeordneten, darunter liegenden p-leitenden lokalisierten Zonen 413A, 414A und 413B den Anfang eines frischen Eimer-Ketten -Kanals für die Aufnahme des invertierten und regenerierten Bitstroms.
Wie die Figur 15 zeigt, ist jede zweite der erwähnten Elektroden mit je einer von zwei Taktleitungen 455 und 456 verbunden.
Die Vorzugsrichtung der Informationsübertragung wird durch die Asymmetrie erhalten, mit der jedes Paar p-leitender Zonen von den Steuerelektroden überlappt wird. Fig. 15 zeigt insbesondere, dass jede der erwähnten Elektroden je einen Teil von zwei darunter liegenden Zonen überlappt und dass in dem ankommenden Kanal, dessen Bitstrom zu regenerieren ist. und in dem abgehenden Kanal, der den invertierten und regenerierten Bitstrom aufnimmt. die grössere Überlappung auf der rechten Seite ist. Diese Asymmetrie in der Überlappung bewirkt die Vorzugsrichtung der Informationsübertragung, wegen der dadurch auftretenden Asymmetrie der kapazitiven Kopplung zwischen den Steuerelektroden und den unter diesen liegenden Zonen.
In der Fig. 15 sind Elemente. die denen in den Fig. 5 und 6 entsprechen, auch mit den gleichen Bezugszeichen wie diese bezeichnet. Somit ist in Fig. 15 die p-leitende Zone 76 wie in den Fig. 5 und 6 eine Abflusszone für die Aufnahme von gedämpften Bits nach deren Feststellung. Ebenso stellt die pleitende Zone 77 eine unabhängige Quellzone, d. h. einen Bitgenerator dar. von dem selektiv bewegliche Ladungsträger injiziert werden, um den regenerierten Bitstrom zu erzeugen.
Wie in Fig. 6 sind die Abfluss- und Quellenzonen 76 und 77 über die Elelatroden 78 bzw. 79 jeweils leitend mit Potentialquellen mit den Potentialen -VD und -Vs verbunden. Wie bei den Einrichtungen gemäss den Fig. 5 und 6 wird das Potential -VD vorteilhafterweise so gewählt. dass die p-leitende Zone negativer gehalten wird als das negativste Oberflächenpotential, das in der benachbarten Zone 403Z induziert wird, so dass gedämpfte oder geschwächte Bits stets von der Zon#e 103Z zur Abflusszone 76 wandern können, dort gesammel und zur Erde abgeleitet werden können. Auch wird das Potential -Vs wieder so gewählt, dass die Bitgeneratorzone 77 so negativ gehalten wird, dass nur so viele Ladungsträger, d. h.
Löcher. selektiv von ihr abgezogen werden können, dass die Potentialmulden, die in der Zone 408 gebildet werden, nur teilweise ausgefüllt werden und keine Ladungsträger in den neuen Kanal fliessen.
Beim Betrieb der Einrichtung arbeitet die Zone 404Y als Abfühlzone. Die in dieser Zone induzierten Spannungen werden direkt über die Elektrode 405 und den Leiter 406 zu einer Torschaltungselektrode 407 übertragen, die zwischen dem Bitgenerator 77 und der Zone 408 liegt. In ähnlicher Weise, wie es bereits im Zusammenhang mit Fig. 6 erläutert wurde, ist das Potential der Zone 404Y in jedem Augenblick etwa gleich dem induzierten Oberflächenpotential.
Dieses Oberflächenpo- tential ist etwa gleich dem Potential 4 > i auf der Taktleitung, wenn eine Null in die Abfühlzone 404Y transportiert wird und an die Elektrode 402Y das Potential 4 > 1 angelegt worden ist. und etwas weniger negativ als das Potential 4 > i, wenn eine Eins (Löchermenge) transportiert wird. Der Taktimpulsgenerator 425 ist mit den Leitungen 455 und 456 verbunden
Wenn das Potential 4 > angelegt wird, fliesst eine solche Anzahl von Löchern in die Potentialmulde, dass diese teilweise gefüllt wird. wodurch das Oberflächenpotential der Zone 404Y auf einen Maximalwert ansteigt, der etwas unterhalb Null liegt.
Wie bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 5 und 6 ist, wenn eine Eins vorliegt, das in der Abfühlzone 404Y induzierte negative Potential kleiner als ein Drittel des beim Vorliegen einer Null auftretenden negativen Potentials. Dieser Potentialunterschied ist ausreichend um die gewünschte Torschaltungswirkung der Elektrode 407 zu erreiche. Daher kann analog zu den Beispielen der Fig. 5 und 6 die parasitäre Kapazität und der Abstand der Elektrode 407 von der Oberfläche des Halbleiters 401 so eingestellt werden, dass eine Eins durch die Elektrode 407 von der Quelle 77 zu der Zone 408 durchgeschaltet wird, wenn sich eine Null in der Abfühlzone 404Y befindet. Eine Null wird durch die Elektrode 407 von der Quelle 77 zu der Zone 408 durchgeschaltet, wenn sich eine Eins in der Abfühlzone 104Y befindet.
Es wurde schon im Zusammenhang mit den Figuren 5 und 6 erwähnt, dass es zur Erzielung eines optimalen Betriebs wünschenswert sein kann, ein Vorspannungspotential an die Torschaltungselektrode (407 in Fig. 15) und, oder an das Abfühlelement (404Y in Fig. 15) anzulegen. Dies kann durch Anlegen des Leiters 406 über eine hohe Impedanz an eine Gleichspannungsquelle erreicht werden. Dies ist in Fig. 15 schematisch durch den gestrichelt gezeichnete n Widerstand 409 dargestellt, der zwischen den Leiter 406 und einer Vorspannungsquelle mit dem Potential -VB geschaltet ist.
Wie bei den Einrichtungen nach den Fig. 5 und 6 ist die der hohen Impedanz zugeordnete Zeitkonstante beträchtlich grösser als der Kehrwert der Bit-Transportgeschwindigkeit durch den Eimer-Ketten -Kanal, so dass die Impulsspannungen die Torschaltungselektrode 407 trotz der an dieser liegenden Vorspannung steuern können.
Es sei ferner erwähnt, dass das Eimer-Ketten -Schieberegister mit invertierendem Regenerator nach Fig. 15 für viele verschiedene Anwendungszwecke, wie sie zum Beispiel an Hand der Fig. 7-14 beschrieben wurden, modifiziert werden kann.
Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht des grundsätzlichen Aufbaues einer für zweiphasigen Betrieb geeigneten Anordnung, von dem mehrere zum Aufbau von erfindungsgemässen Einrichtungen verwendet werden können. Die Anordnung 510 weist einen n-leitenden Halbleiterteil 511 auf. auf welchem eine Isolierschicht 512 ungleichförmiger Dicke angeordnet ist.
Auf der Schicht 512 befinden sich eine Mehrzahl dicht beieinander liegender Elektroden 513A, 514A. 513B, 514B und 513C. Wie dargestellt, besitzt jede Elektrode einen ersten Teil.
der oberhalb eines relativ dicken Bereichs der Isolierschicht gelegen ist und einen zweiten Teil. der oberhalb eines relativ dünnen Bereichs der Isolierschicht gelegen ist. Die Elektroden liegen abwechselnd an je einem gemeinsamen Leiter 515 bzw.
516, denen Treibimpulse (Taktimpulse) 4 > und 4 > 2 zugeführt werden.
Im einzelnen stellt Fig. 16 den Betriebszustand dar, in welchem 4 > i gleich dem Potential -V, und 4 > 2 gleich dem Potential -V2 ist, wobei absolut genommen V2 grösser ist als Vl. Ausserdem ist V, grösser als VT wenn VT die Schwellenwertspannung zum Erzeugen einer Inversion der Halbleiteroberfläche im stationären Zustand ist.
Die gestrichelte Linie 515 stellt schematisch das Oberflächenpotential, d. h. die Tiefe der Potentialmulden im Halbleiterkörper 511 beim oben angegebenen Betriebszustand dar.
Wenn, wie vorliegend, das Arbeitsmedium 511 ein Halbleiter ist, kann die Linie 515 auch als die schematische Begrenzung der Verarmungszonen aufgefasst werden, die durch das den Elektroden zugeführte Potential entstehen. Die Ladungsträger, im vorliegenden Fall Löcher, sind schematisch durch Pluszeichen dargestellt, die in die Potentialmulden eingesetzt sind. Da Löcher dazu neigen, die Stellen des tiefsten, negativen Potentials einzunehmen, ist es leicht einzusehen, dass in diesem Betriebszustand freie Löcher nach rechts unter die Elektrode 514A in den tiefsten Teil der Potentialmulde unterhalb der Elektrode 514A transportiert werden, bis entweder alle Löcher übertragen sind oder bis so viele Löcher übertragen sind, dass das Oberflächenpotential unter dem rechten Teil der Elektrode 514A gleich dem Oberflächenpotential unter dem linken Teil dieser Elektrode geworden ist.
Wenn nun, nachdem sich der oben beschriebene Zustand eingestellt hat, die Taktimpulse derart umgekehrt werden, dass das Potential -V1 dem Taktleiter 516 und das Potential -V2 dem Taktleiter 515 zugeführt wird,dann werden die Potentialmulden unter den Elektroden 513A- 513C tiefer und die Potentialmulden unter den Elektroden 514A und 514B weniger tief.
Wenn dieser Zustand auftritt, wird die Ladung unter den Elektroden 514A und 514B nach rechts unter die Elektroden 513B bzw. 513C transportiert. Die Ladungen laufen nach rechts und nicht nach links wegen der durch die ungleichförmige Dicke der Isolierschicht 512 bewirkten Unsymmetrie der Potentialmulden. In ähnlicher Weise werden bei jeder Umkehrung der zugeführten Taktpotentiale die Ladungsmengen (oder deren Fehlen), die die Information darstellen, um einen Schritt nach rechts transportiert.
Fig. 17 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 16 In Fig. 17 bedeuten, wie in Fig. 16 513A-514B die Steuerelektroden und 515 und 516 wieder die Taktleitungen.
Eine schematische Draufsicht auf eine aus mehreren Anordnungen der in Fig. 17 dargestellten Art aufgebaute erfindungsgemässe Einrichtung ist in Fig. 18 dargestellt. Bei dieser Einrichtung bilden eine Vielzahl hintereinander angeordneter Elektroden 523au 524A, 523B, 524B und 523C das Ende eines Informationskanals, dessen Bitstrom zu invertieren und zu regenerieren ist. Die hintereinander angeordneten Elektroden 533A, 534A, 533B, 534B und 533C stellen den Beginn eines neuen Kanals dar, der den invertierten und regenerierten Bitstrom empfängt. Wie dargestellt, ist jede zweite der oben erwähnten Elektroden je an einen Leiter eines Taktleiterpaares 525 und 526 angeschlossen.
Die genannten Elektroden sind derart asymmetrisch ausgebildet, dass im oberen Kanal ein Informationstransport nach rechts (wie dies schematisch durch den Pfeil 522 angedeutet ist) und im unteren Kanal ein Informationsfluss nach links (wie dies schematisch durch den Pfeil 535 dargestellt ist) bewirkt wird.
In Fig. 18 sind mit 541, 542 und 543 gestrichelt dargestellte p-leitende Halbleiterzonen bezeichnet, die unterhalb der Oberfläche der Isolierschicht gelegen sind. Mit 524 und 532 sind voll ausgezogen dargestellte Steuerelektroden auf der Isolierschicht bezeichnet. Die Zonen 541 bis 543 stellen in Verbindung mit den Steuerelektroden 524 und 532 den invertierenden Regenerator dar. Wie nachstehend noch erläutert wird, dient die Zone 541 zur Abführung der gedämpften Information am Ende des ersten Kanals und ist demgemäss benachbart der letzten Elektrode (523) des ersten Kanals angeordnet.
Die Zone 542 befindet sich im Abstand von der Zone 541 und der Abstand zwischen den beiden Zonen ist von der Steuerelektrode 524 überbrückt, so dass die Zonen 542 und 541 durch Anlegen eines Potentials von solcher Höhe an die Elektrode 524, dass eine Invertion der Oberflächen zwischen den Zonen 542 und 541 bewirkt wird, miteinander gekoppelt werden können.
Im Betrieb wird die Zone 542 auf einem festen negativen Potential -VR gehalten, wie dieses in der Fig. 18 dargestellt ist.
Die Zone 541 fühlt die Ladungsmengen ab, die aufeinanderfolgend unter die Elektrode 523C transportiert werden. Das von den ankommenden Ladungsmengen in der Zone 541 induzierte Potential wird über eine metallische Verbindung direkt an die Steuerelektrode 532 gelegt.
Die Zone 543 stellt eine Quelle von Ladungsträgern dar, die unter die Elektrode 533A transportiert oder nicht transportiert werden, je nach der Grösse des an der Steuerelektrode 532 liegenden Potentials.
Die Steuerelektrode 532 liegt, wie dargestellt, zwischen der Quelle 543 und der Elektrode 533A (der ersten Elektrode im zweiten Kanal für die regenerierte Information), so dass die Zone 543 an die Potentialmulde unter der Elektrode 533A angekoppelt werden kann, wenn ein Potential an die Steuerelektrode 532 angelegt wird, welches zur Inversion der darunter liegenden Halbleiteroberfläche ausreicht. Wie dargestellt, sind die Ladungsträgerquelle 543 und die Steuerelektrode 524 miteinander und mit einem Taktleiter 526 verbunden, d. h. mit einem anderen Taktleiter als die Elektroden 523C und 533A.
Vorteilhaft wird das Potential -VR noch negativer gewählt als das am negativsten Potential -V2 der beiden Potentiale -V und -V2, die den Taktleitungen abwechselnd zugeführt werden. Im Falle, dass das Potential -V2 der Taktleitung 526 und das Potential -Vl der Taktleitung 523 zugeführt wird, sind Ladungsmengen in den Kanälen der Einrichtung unter den Elektroden 524A, 524B, 534A und 534B angeordnet. Da die Steuerelektrode 524 mit der Taktleitung 526 verbunden ist, und da das Potential -VR SO negativ ist wie das Potential -V2, wird in der schwimmenden Abfühlzone 541 angenähert das Potential (-V2 + VT) induziert. Dieses Potential wird auch an die Steuerelektrode 532 angelegt.
Das Potential (-V2+VT) wird in der Zone 541 deshalb induziert, weil positive Ladungsträger (Löcher) von der Zone 541 durch die invertierte Zone unter der Elektrode 524 in die negativere Zone 542 gezogen werden. Man sieht, dass die Zone 542 in ähnlicher Weise wirkt, wie die Saugelektrode eines Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode (eines sog. IGFET). Im beschriebenen Fall wird eine Inversionszone unter der Steuerelektrode 532 gebildet, aber es werden keine positiven Ladungsträger von der Quelle 543 zur Elektrode 533A transportiert, weil die Quelle 543 negativer ist als die Elektrode 533A.
In der nächsten Hälfte des Taktzyklus, in welcher 4 > 1 = - V2 und 4)2 = -Vl ist, wird die Abfühlzone 541 von der Saugelek- trode 542 entkoppelt, weil der Kopplungselektrode 524 weniger negative Spannung zugeführt wird. Ebenso ist nun die Quelle 543 weniger negativ als die Elektrode 533A, so dass positive Ladungsträger zur Elektrode 533A transportiert werden können, wenn an der Steuerelektrode 532 ein entsprechendes Potential liegt.
Wenn die Taktpotentiale die zuletzt beschriebenen Grössen annehmen, werden die Ladungsmengen unter den Elektroden 524 und 534 unter die Elektroden 523 bzw. 533 transportiert.
Wenn eine logische 1 (eine Ladungsmenge) von der Elektrode 524B zur Elektrode 523C transportiert wird, wird das meiste#dieser Ladung in die Zone 541 gezogen und dient zur Entladung des hier gespeicherten negativen Potentials. Die Potentiale und der Abstand der Steuerelektrode 532 von der Halbleiterfläche sind so eingestellt, dass nachdem eine 1 in die Abfühlzone 541 gezogen worden ist, das auf der Steuerelektrode 532 verbleibende Potential nicht mehr ausreichend negativ ist, um einen Ladungstransport von der Quelle 543 zur Elektrode 533A zu bewirken. Daher erscheint eine 0 unter der Elektrode 533A wenn eine 1 unter die Elektrode 523C transportiert wird.
Umgekehrt wird, wenn eine 0 (das Fehlen einer Ladungsmenge) unter die Elektrode 523C transportiert wird, das Potential in der Abtastzone 541 nicht entladen, und das Potential an der Steuerelektrode 532 bleibt ausreichend negativ, so dass eine Ladungsmenge von der Quelle 543 zur Elektrode 533A transportiert werden kann. Wenn also eine 0 unter die Elektrode 523C transportiert wird, erscheint eine 1 unter der Elektrode 533A.
Bei der nächsten Umkehrung der Taktpotentiale, wenn also 4 > =-VI und 4)2 =-V ist, wird jegliche überschüssige positive Ladung von der Abfühlzone 541 zur Saugelektrode 542 gezogen. Auf diese Weise wird das Potential in der Abfühlzone 541 auf einen vorgegebenen Wert eingestellt, bevor jedes ankommende gedämpfte Bit empfangen wird. Wegen dieser Einstellung, die bewirkt, dass die Löcher der Abtastzone immer vom selben Potential aus starten, wenn ein ankommendes Bit empfangen wird, besitzt der invertierende Regenerator eine erhöhte Empfindlichkeit und besseres Signal-Rauschverhältnis.
Zum besseren Verständnis der Einrichtung nach Fig. 18 ist in Fig. 19 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 der Fig. 18 dargestellt. Wie Fig. 19 zeigt ist die p-leitende Abfühlzone 541 durch eine niederohmige Elektrode 528 kontaktiert, die in Fig. 18 nicht dargestellt ist. Die Steuerelektrode 524 liegt nur auf dem dünneren Teil der dielektrischen Schicht 512, d. h. die Steuerelektrode 524 braucht nicht wie die Elektroden 594B und 524C asymmetrisch ausgebildet zu sein. Auch die Steuerelektrode 532 braucht nicht asymmetrisch zu sein, befindet sich aber vorzugsweise auf dem dünneren Teil der dielektrischen Schicht 512 zwischen der Zone 543 und der Elektrode 533A.
Obgleich ein weiter Bereich von Betriebsspannungswerten verwendet werden kann, ergab sich ein wirksamer Betrieb mit den gegen Erde gemessenen Spannungen V1=6 Volt, V2=10 Volt und VR =12 Volt, wobei bei der Einrichtung nach der Fig. 19 der dünnere Teil der dielektrischen Schicht etwa 1000 Ä Dicke hatte. Ublicherweise ist es nicht vorteilhaft, V, unter etwa 6 Volt zu verringern, es kann aber in einigen Fällen der Betrieb durch Erhöhen von V bis auf 30 Volt oder dar über verbessert werden, wobei dann aber auch VR etwas grösser als V gewählt werden müsste.
Die Geschwindigkeit des Ladungstransportes von der Zone 543 zur Elektrode 533A zur Darstellung 1 ist von dem an der Steuerelektrode 532 liegenden Potential abhängig. Das Potential an der Steuerelektrode 532 kann wegen parasitärer Effekte und weil jede gedämpfte 0 , die von der Abfühlzone 541 festgestellt wird, etwas positive Ladung enthält, die teilweise eine Entladung des Potentials verursacht, weniger negativ sein als VR. Der Gesamteffekt ist der, dass der Transport einer 1 mit einer geringeren Ladungsmenge als gewünscht in die Potentialmulde unter der Elektrode 533A erfolgt.
Die Geschwindigkeit eines zur Darstellung einer 1 dienenden Ladungstransportes von der Zone 543 zur Elektrode 533A ist auch durch die momentane Differenz zwischen dem Potential in der Zone 543 (der Quelle) und dem Oberflächenpotential unter der Elektrode 533A begrenzt. Leider nimmt diese Potentialdifferenz monoton ab wenn die Ladung in die Potentialmulde unter der Elektrode 533A übergeht. Wegen dieser Abnahme der Potentialdifferenz nimmt auch die Geschwindigkeit der transportierten Ladung ab. Der Gesamteffekt ist der. dass ein Transport einer 1 mit einer kleineren Ladungsmenge als erwünscht in die Potentialmulde unter der Elektrode 533A erfolgt.
Soweit diese Effekte auf Potentialbeschränkungen und nicht auf Beschränkungen der Grösse der für einen Transport verfügbaren Ladungsmenge zurückzuführen sind, können sie vermieden werden, indem man die erste Elektrode der Einrichtung, die der Steuerelektrode folgt, grösser macht als die übrigen Elektroden der Einrichtung. Da der Ladungstransport der beschriebenen Einrichtung im wesentlichen ein kapazitiv gekoppelter Ladungstransport ist, nimmt das Oberflächenpotential unter der grösseren Elektrode (höhere Kapazität) weniger schnell ab, als unter einer kleineren Elektrode (niedrigere Kapazität).
Dadurch kann die Grösse dieser ersten Elektrode gegenüber den übrigen Elektroden der Einrichtung so eingestellt werden, dass die vorstehend erwähnten Potentialbegrenzungen kompensiert werden und die gewünschte Ladungsmenge unter die erste und weitere Elektroden zur Darstellung einer ¯ < 1 transportiert werden kann.
In Fig. 20 ist eine Einrichtung dieser Art dargestellt, die die gleiche Einrichtung wie Fig. 18 zeigt, ausser dass die Elektrode 533A eine doppelt so grosse Ausdehnung wie die übrigen Elektroden besitzt.
Der vorstehend beschriebene invertierende Regenerator kann auch für Einrichtungen des Eimer-Ketten -Typs verwendet werden. Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Einrichtung wird nachfolgend an Hand der Fig. 20 und 21 beschrieben.
Fig. 21 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teil 550 einer Einrichtung von Eimer-Ketten -Typ mit einem invertierenden Regenerator. Die Einrichtung nach Fig. 21 besitzt eine Vielzahl hintereinander angeordneter Steuerelektroden 551A, 552A, 551B, 552B und 551C und eine Vielzahl unter diesen Elektroden liegenden, asymmetrisch angeordneten p-leitenden Zonen 553A, 554A, 553B und 554B, die gestrichelt dargestellt sind. Diese Anordnung stellt das Ende eines Eimer-Ketten -Kanals dar, dessen Bitstrom zu invertieren und zu regenerieren ist.
In ähnlicher Weise stellen die hintereinander angeordneten Steuerelektroden 561A, 562A, 561B, 562B und 561C und die asymmetrisch angeordneten, unter diesen Elektroden liegenden, gestrichelt dargestellten pleitenden Zonen 565A, 566A, 565B, 566B und 566C den Anfang eines neuen Eimer-Ketten -Kanals dar, der zur Aufnahme des invertierten und regenerierten Bitstroms vorgesehen ist. Wie dargestellt, ist jede zweite der vorstehend erwähnten Elektroden jeweils an eine von zwei Taktleitungen 567 und 568 angeschlossen, welche ihrerseits mit einem Taktimpulsgenerator 580 verbunden sind.
Wie schematisch durch die Pfeile 569 und 570 angedeutet, ist die Einrichtung nach Fig. 21 dafür vorgesehen, dass Information nach rechts in den Eingangskanal, den gedämpften Kanal, transportiert wird, und nach links in den Ausgangskanal, den regenerierten Kanal. Die bevorzugte Richtung des Informationsflusses ist durch die Asymmetrie bestimmt, mit der die Zonen von den darüberliegenden Elektroden überlappt werden. In Fig. 21 überlappt jede der vorstehend erwähnten Elektroden einen Teil zweier getrennter darunterliegender Zonen, wobei im oberen Kanal sich die grössere Überlappung auf der rechten Seite jeder Elektrode und im unteren Kanal die grössere Überlappung sich auf der linken Seite jeder Elektrode befindet.
Diese Überlappungsasymmetrie bewirkt einen Informationsfluss in nur einer Richtung wegen der resul tierenden Asymmetrie der kapazitiven Kopplung zwischen den Steuerelektroden und den darunter liegenden Zonen.
In Fig. 21 ist wie in Fig. 18 541 die Abfühlzone. 542 die Bezugszone, an welche die Abfühlzone zur Rückstellung durch
Anlegen einer geeigneten Spannung an eine überbrückende
Steuerelektrode 524 angekoppelt ist, 543 die unabhängige
Quelle für Ladungsträger, die in den unteren Kanal durch an der Steuerelektrode 532 induzierten Spannungen injiziert werden. Die Einrichtung nach Fig. 21 weist ferner eine zusätzliche p-leitende Zone 563 zur Uberbrückung des Spaltes zwischen der Steuerelektrode 532 und der Elektrode 561A auf.
Beim Betrieb der Einrichtung nach Fig. 21 wird wie bei der Einrichtung nach Fig. 18 die Zone 542 auf einem festen, negativen Potential -VR gehalten. Die Zone 541 fühlt Ladungsmen- gen ab, welche unter die letzte Eimer-Ketten -Elektrode 551C transportiert werden und das dadurch in der Zone 541 von den ankommenden Ladungsmengen induzierte Potential wird über die Leiter 544A und 544B direkt an die Steuerelektrode 532 angekoppelt, welche Leiter durch den gestrichelt gezeichneten Leiter 544C, beispielsweise in Form einer metal lischen Belegung, miteinander verbunden sind. Wie dargestellt, sind die Quelle 543 und die Steuerelektrode 524 miteinander und mit einer Taktleitung 568 verbunden, d. h. mit der anderen Taktleitung als diejenige, an welche die Elektroden 551C und 561A angeschlossen sind.
Die Quelle 543 muss nicht mit einer Taktleitung verbunden sein, sondern kann auch von einem unabhängigen Impulsgene rator gesteuert werden, der mit den Taktleitungsimpulsen synchronisiert ist, wodurch eine grössere Flexibilität in der Ansteuerung der Quelle 543 erhalten wird, jedoch der Aufwand etwas höher wird. Diese Möglichkeit ist schematisch in Fig. 21 dargestellt. Wenn die gestrichelt gezeichnete Leitung
544C vorhanden ist, sind die Elektrode 524 und die Quelle
543 miteinander und mit einer gemeinsamen Taktleitung 568 verbunden. Wenn die andere Alternative gewählt wird, fehlt die Verbindung zwischen 544A und 544B, stattdessen ist der Leiter 544B mit dem unabhängigen Impulsgenerator 570 verbunden.
Wenn statt einer zweiphasigen eine drei- oder vierphasige Einrichtung benutzt wird. braucht die Quelle 543 nicht gepulst zu werden, sondern kann an eine Gleichspannung angeschlossen werden. In diesem Fall wird die selektive Einführung von Bits in den regenerierten Kanal durch Steuerelektroden bewerkstelligt.
Vorteilhaft wird das Potential -VR SO gewählt, dass es negati ver ist als das negativere Potential -V2 der beiden abwechselnd den Taktleitungen zugeführten Potentiale. Wenn das Potential -V der Taktleitung 567 und das Potential -V2 der Taktleitung 568 zugeführt wird, werden Bits (Ladungsmengen oder keine Ladungsmengen) in den Zonen 554A, 554B bzw. 566A, 566B unter den Elektroden 552A, 552B bzw. 562A, 562B der beiden Eimer-Kettenkanäle angeordnet. Da die Steuerelektrode 524 an die Taktleitung 568 angeschlossen ist und da das Potential -VR zumindest so negativ ist wie das Potential -V2, wird in der elektrisch schwimmenden Abfühlzone 541 das Potential (-V2)+VT induziert.
Dieses Potential wird in der Zone 541 deswegen induziert, weil positive Ladungsträger (Löcher) von der Zone 541 durch die invertierte Zone unter der Elektrode 524 in die negativere Zone 542 gezogen werden Die Zone 542 wirkt somit in ähnlicher Weise wie die Saugelektrode eines Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode.
Wegen der leitenden Verbindung 544 zwischen der Zone 541 und der Steuerelektrode 532 erscheint das Potential der Zone 541 auch auf der Steuerelektrode 532. Dadurch wird eine invertierte Zone unter der Steuerelektrode 532 erzeugt, aber keine positiven Ladungsträger von der Quelle 543 zur Zone 563 unter der Elektrode 532 transportiert, weil die Quelle 543 negativer ist als die Zone 563.
Dass die Quelle 543 während dieser Hälfte des Taktzyklus negativer als die Zone 563 ist, ergibt sich ohne weiteres aus nachstehender Überlegung. Während dieser Hälfte des Taktzyklus wird das negativere Potential -V2 der Quelle 543 zugeführt und das weniger negative Potential -Vl der Elektrode 561A. Wegen der Kapazität der Überlappung zwischen der Elektrode 561A und der Zone 565A und weil die Elektrode 561A als überbrückende Steuerelektrode wirkt, die die Zonen 563 und 565A durch eine invertierte Zone während der vorausgegangenen Hälfte des Taktzyklus miteinander koppelte, wird das Potential sowohl der Zone 563 als auch der Zone 565 beim Übergang auf diese Hälfte des Taktzyklus auf praktisch das Potential -V1 getrieben.
Daher hat die Quelle 543 während dieses Halbzyklus das negativere Potential -V2 als die Zone 563, die etwa das Potential -Vl hat.
Aus den vorstehenden Ausführungen sieht man, dass die Zonen 563 und 565A nicht getrennte Zonen (wie in Fig. 21 dargestellt) zu sein brauchen, sondern auch zu einer gemeinsamen Zone vereinigt sein können. Diese Vereinigung kann allerdings ein Problem für gewisse Anwendungsfälle sein und zwar wegen der sich daraus ergebenden Erhöhung der parasitären Kapazität der grösseren Zone.
Während der nächsten Hälfte des Taktzyklus, wenn also (a1 = -V2 und 4 > 2 -V1 ist, wird die Abfühlzone 541 von der Saugelektrode 542 wegen des weniger negativen Potentials an der Kopplungselektrode 524 entkoppelt. Von Wichtigkeit ist auch der Umstand, dass die Quelle 543 nun weniger negativ ist als die Zonen 563 und 565A, so dass positive Ladungsträger zur Zone 565A transportiert werden können, wenn sie nicht durch die Wirkung der Steuerelektrode 532 daran gehindert werden. Wenn die Taktpotentiale die vorstehend angegebenen Werte annehmen, werden die Ladungsmengen, die die Information darstellen, von den Zonen 554 und 566 zu den Zonen 553, bzw. 565 transportiert.
Wenn eine logische 1 (eine Ladungsmenge) von der Zone 554b in die Zone 541 transportiert wird, dann bewirkt diese Ladung die Entladung des dort gespeicherten negativen Potentials. Die Potentiale und der Abstand der Steuerelektrode 532 von der Halbleiteroberfläche sind so eingestellt, dass, nachdem eine Ladungsmenge in die Abfühlzone 541 transportiert worden ist, die an der Steuerelektrode 532 verbleibende Spannung nicht mehr ausreichend negativ ist, um einenLadungstransport von der Quelle 543 zur Zone 565A zu ermöglichen. Wenn also eine 1 in die Abfühlzone transportiert worden ist, erscheint eine 0 in der Zone 565A.
Umgekehrt wird, wenn eine 0 (Fehlen einer Ladungsmenge) in die Abfühlzone 541 transportiert wird, das Potential an der Abtastzone 541 nicht entladen und das Potential an der Steuerelektrode 532 bleibt ausreichend negativ, so dass eine Ladungsmenge von der Quelle 543 zur Zone 563 und weiter in die Zone 565A transportiert werden kann. Demnach erscheint, wenn eine 0 in die Zone 541 transportiert wird, eine 1 in der Zone 565A.
Beim nächsten Wechsel der Taktpotentiale, wenn also 4 > i = -V, und 4 > 2 = -V2 ist, wird jegliche überschüssige positive Ladung von der Abfühlzone 541 in die Saugelektrode 542 gezogen. Auf diese Weise wird das Potential an der Abfühlzone 541 vor der Aufnahme eines jeden ankommenden gedämpften Bits auf einen vorbestimmten Potentialwert zurückgestellt. Wegen dieser Rückstellung, die die Abfühlzone veranlasst, immer beim selben Potential bei der Aufnahme eines ankommenden Bits zu beginnen, besitzt der invertierende Regenerator eine höhere Empfindlichkeit und ein besseres Signal-Rauschverhältnis.
Für ein vertieftes Verständnis der in Fig. 21 schematisch dargestellten Einrichtung ist in Fig. 22 eine Schnifitansicht dargestellt, die längs der Linie 7-7 in Fig. 21 genommen ist.
Man sieht aus Fig. 22, dass die p-leitende Abfühlzone 541 von einer niederohmigen Elektrode 527 (nicht dargest llt in Fig.
21) elektrisch kontaktiert ist, während die Saugz e 542 durch eine ähnliche niederohmige Elektrode 528 (gleichfalls nicht in Fig. 21 dargestellt) kontaktiert ist. Die übrigen Einzelheiten ergeben sich aus einem Vergleich der beiden Figuren.
Für die vorstehend beschriebene Einrichtung kann ein breiter Betriebsspannungsbereich gewählt werden. Beispielsweise konnte die Anordnung mit auf Erde bezogenen Spannungen Vl =6 Volt, V2= 10 Volt und VR= 12 Voolt betrieben werden, wobei der dielektrische Teil etwa 1000 A dick war. Es ist nicht von Vorteil, den Wert von Vl auf unterhalb etwa 6 Volt zu verringern, der Betrieb kann aber in einigen Fällen durch Erhöhen der Spannung V2 auf bis zu 30 Volt oder darüber verbessert werden. In diesem Fall muss dann auch VR entsprechend erhöht werden, um etwas grösser als V2 ZU sein.
Es können auch geeignete injizierende Schottky-Sperrschicht-Dioden und/oder gleichrichtende Sperrschichtelemente anstelle jeder beliebigen oder aller genannten Zonen in den zuvor beschriebenen Einrichtungen verwendet werden.