CH623960A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Spaltelektrodenla-dungsübertragungsvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Es gibt allgeméin zwei Grundarten von Halbleiter-Ladungs-übertragungsvorrichtungen: ladungsgekoppelte Vorrichtungen (CCD: charged coupled devices) und EimerkettenvorrichDabei ist rç das effektive Abgriffsgewicht des Spaltelektrodenpaares der i-ten Stufe, und Qj ist das Ladungspaket in der i-ten 55 Stufe während des gegebenen Zeitschlitzes.

Damit ein Transversalverteiler richtig arbeitet, ist es wichtig, dass eine im wesentlichen lineare Beziehung zwischen dem Eingangssignal und dem entsprechenden Ausgangssignal besteht Bei einer als Transversalfilter arbeitenden Halbleiter-60 Ladungsübertragungsvorrichtung ist es somit wichtig, eine lineare Beziehung nicht nur zwischen Ladungspaket und entsprechendem Eingangssignal, sondern auch zwischen Ladungspaket und entsprechendem Ausgangssignal zu haben. Die Spannung an einer Fühlerelektrode an einer Ladungsübertra-65 gungsvorrichtung hat jedoch eine wichtigen Einfluss auf die Breite der Verarmungsschicht in dem unter der Elektrode liegenden Halbleiter; folglich hat die Spannung an einer Fühlerelektrode einen wichtigen Einfluss auf die «Abbild»- oder Spie

gel»-Ladung, die in der Fühlerelektrode durch ein darunterliegendes Ladungspaket im Halbleiter induziert wird, und zwar aufgrund der Neigung eines jeden Ladungspaketes, einen Teil seiner Ladung über die Verarmungsschicht in das Halbleitersubstrat (anstatt in die Fühlerelektrode) abzubilden, und zwar in Abhängigkeit von der örtlichen Verarmungsschichtbreite (und folglich von der Verarmungsschichtkapazität). Da die Spannung an einer gegebenen Fühlerelektrode in einer Fühlerelektrodengruppe von der Ladung abhängt, die durch die verschiedenen Ladungspakete, die unter allen anderen Elektroden dieser Gruppe liegen, induziert wird, beeinflussen die unter allen diesen anderen Elektroden liegenden Ladungspakete unerwünschterweise die «Abbildungs»-Ladung, die durch irgendein unter der gegebenen Elektrode liegendes Ladungspaket induziert ist. Somit ist die Beziehung zwischen dem Ladungspaket in einer gegebenen Stufe auf die in der darüber-liegenden Elektrode induzierte «Abbildungs»-Ladung gegenüber dem Idealwert verzerrt, das heisst das Ausgangssignal ist nicht der gewünschte Wert, da das Ausgangssignal nicht proportional zur Darstellung der Gleichung (1) ist. Diese unerwünschte Erscheinung wird «Übersprechen» genannt und verursacht eine Verzerrung des Ausgangssignals.

Ein Mass für die durch die Auswirkungen des «Übersprechens» verursachte Gesamtverzerrung im Ausgangssignal zu einem gegebenen Zeitpunkt ist die Geamtsumme aller Ladungen, die momentan in allen Ladungspaketen in der Transversalfiltervorrichtung vorhanden sind. Diese Gesamtsumme aller Ladungen spiegelt sich im Gemeinschaftsmodussignal (Si + S2) auf den beiden Elektrodengruppen:

EQi(l + r;)/2 + EQi(l - r)!2 = ZQi (2)

Dieses Gemeinschaftsmodussignal ist gewöhnlich gross im Vergleich zum gewünschten Differenzmodussignal. Daher ist das Feststellen schwierig, da das relativ kleine Differenzsignal (Gleichung 1) beim Vorhandensein eines relativ grossen Gemeinschaftsmodussignal (Gleichung 2) festgestellt werden muss. R.D. Baertsch et al. haben in dem Aufsatz «The Design and Operation of Practical Charge-Transfer Transversal Filters», veröffentlicht in IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. ED-23, Nr. 2, Seiten 133-141, Februar 1976, Detektorschaltungen für ein CCD-Transversalfilter beschrieben. Bei allen diesen Schaltungen muss das Differenzmodussignal jedoch durch einen Verstärker festgestellt werden, der auch das Gemeinschaftsmodussignal verarbeiten muss. Dadurch werden kostspielige und unbequeme Schaltungselemente und Schaltungsaufbauten notwendig.

Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung, die durch das Gemeinschaftsmodussignal verursachte Verzerrung in einer Halbleiter-Transversalfiltervorrichtung durch eine weniger kostspielige Vorrichtung als beim Stand der Technik zu unterdrücken.

Dieses Problem ist überwunden mit der erfindungsgemäs-sen Ladungsübertragungsvorrichtung, die durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gekennzeichnet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Schaltung zum Abfühlen des Ausgangs einer Halbleiter-Ladungs-übertragungsvorrichtung gemäss einer speziellen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein schematisches elektrisches Schaltbild einer Schaltung zum Abfühlen des Ausgangs einer Halbleiter-Ladungs-übertragungsvorrichtung gemäss einer anderen speziellen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ein teils schematisches, teils bildhaftes elektrisches Diagramm einer Halbleiter-Ladungsübertragungsvorrichtung zusammen mit einer Schaltung zum Abfühlen des Ausgangs der

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Vorrichtung gemäss einer weiteren speziellen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild eines Verstärkers, der sich bei den in Fig. 2 und 3 gezeigten Schaltungen verwenden lässt; und

Fig. 5 ein Diagramm, das den Zeitplan verschiedener angelegter Spannungen zeigt, die zum Betreiben der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Schaltungen nützlich sind.

Fig. 1 zeigt eine Schaltung 100 zum Abfühlen der Ausgangssignale einer ladungsgekoppelten Halbleitervorrichtung (CCD) 20. Diese Ausgangssignale haben die Form elektronischer Spannungen an Ausgangsklemmen 21.1 und 22.1, von denen jede mit einer anderen Gruppe von Fühl- (oder «Detektor»-) Elektroden verbunden ist, wobei jede Detektorelektrode typischerweise die bekannte CCD-Spaltelektrodenkonfiguration aufweist. Diese Klemmen 21.1 und 22.1 sind mit Sammelleitungen 21 bzw. 22 verbunden. Die Differenz der Abbildungs- oder Spiegelladungen auf den Leitungen 21 und 22 zu Zeiten, während welcher die Ladungspakete im CCD 20 unterhalb der CCD-Spaltelektroden (das heisst der Fühlelektroden, im Gegensatz zu anderen CCD-Übertragungselektroden) vorhanden sind, ist das gewünschte Ausgangssignal.

Das Gemeinschaftsmodussignal auf den Leitungen 21 und 22 wird mit Hilfe einer Verstärkereinrichtung 30 unterdrückt, von deren Eingängen einer (ein positiv summierender Anschluss) mit einer festen (Gleichstrom-)Spannungsquelle Vi und der andere (ein negativ summierender Anschluss) mit einer Leitung 22 verbunden ist. Der Ausgang dieses Verstärkers 30 ist über Rückkopplungskondensatoren 31 und 32 zu den Leitungen 21 bzw. 22 rückverbunden. Um möglichst viel vom Gemeinschaftsmodussignal zu eliminieren, ist es wichtig, dass die Kapazitäten dieser Rückkopplungskondensatoren 31 und 32 möglichst gleich sind, für eine Gemeinschaftsmodusunterdrückung von etwa 60 dB typischerweise innerhalb etwa 0,1 % gleich sind; das heisst obwohl der absolute Wert ihrer Kapazitätswerte nicht kritisch ist, ist es wichtig, dass das Verhältnis ihrer Kapazitäten innerhalb der Toleranz für die oben genannten Gemeinschaftsmodusunterdrückung im gewünschten Ausgangssignal liegt, das heisst nicht mehr als ± 0,1 % von Eins abweicht. Zudem sollten diese Kapazitätswerte so gewählt werden, dass das Maximalsignal am Ausgangsanschluss des Verstärkers 30 (das beim Auftreten des Maximalsignals des CCD erzeugt wird) an die Signalverarbeitungskapazität des Verstärkers 30 angepasst ist.

Andererseits ist zur Feststellung des Differenzmodussignals eine Differenzverstärkereinrichtung 40 vorgesehen, von deren Eingangsanschlüssen einer (der positiv summierende Anschluss des Verstärkers 40) mit der Leitung 22 und der andere (ein negativ summierender Anschluss des Verstärkers 40) mit der Leitung 21 verbunden ist. Überdies dient ein Rückkopplungskondensator 41, der den Ausgangsanschluss des Differenz Verstärkers 40 mit der Ausgangsleitung 21 verbindet, als integrierender Kondensator für das Differenzsignal, das vom Differenzverstärker 40 festgestellt worden ist; ein Kondensator 42 verbindet die Ausgangsleitung 22 mit einer Festspannungquelle V2. Die Kondensatoren 41 und 42 sind so gewählt, dass der Verstärker 40 das grösste erwartete Differenzsignal verkraften kann. Somit sind die Kondensatoren 41 und 42 gewöhnlich klein im Vergleich zu den Kondensatoren 31 und 32. Der Ausgang des Verstärkers 40 ist mit einer Verbrauchereinrichtung 70 zum Ermitteln und Benutzen des Ausgangssignals dieses Verstärkers verbunden.

Während des Betriebes der in Fig. 1 gezeigten Schaltung wird das relativ grosse Gemeinschaftsmodussignal der Fühlelektroden durch den Verstärker 30, der über die Rückkopplungskondensatoren 31 und 32 wirksam wird, unterdrückt. Dadurch wird der Spannungspegel aller an die Leitung 22 angeschlossener Fühlerelektroden auf den festen Wert von Vi

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gebracht. Die Spannung auf der Leitung 21 dagegen wird auf die Spannung der Leitung 22 gebracht, und zwar aufgrund der Rückkopplungssignale des über den Rückkopplungskondensator 41 wirkenden Differenzverstärkers 40. Somit wird die Spannung auf der Leitung 21 ebenfalls auf den festen Wert von Vi gebracht; folglich geschieht der Vorgang des Ermitteins der Ladungspakete im CCD bei einem festgelegten Arbeitspunkt der Detektorschaltung. Das Differenzsignal wird effektiv vom Kondensator 41 integriert und ist zur Ausnutzung am Ausgang des Differenzverstärkers 40 verfügbar. Selbstverständlich kann in die Verbrauchereinrichtung 70 eine Abtast- und Haltevorrichtung eingefügt werden, die das Ausgangssignal während derjenigen Zeitschlitzen abtastet, welche zum Ermitteln von Ladung unter den Fühlelektroden des CCD geeignet sind, und die diesen Wert des Ausgangssignals hält, bis der nächste Abtastwert genommen ist, wodurch ein geglättetes Ausgangssignal geliefert wird.

Andererseits sei in Verbindung mit der Schaltung 100 der Fig. 1 bemerkt, dass sich aufgrund thermischen oder anderen Rauschens im CCD-System über eine Zeitdauer im Grössenbe-reich einer Stunde oder der gleichen beträchtliche, jedoch unbeabsichtigte, falsche Ladungsdifferenzen in den (schwebenden) CCD-Detektorelektroden aufbauen können. Um das entsprechende falsche Ausgangssignal zu unterdrücken, sollten geeignete Massnahmen getroffen werden, wie periodisches Kurzschliessen der Leitung 21 mit der Leitung 22. Solche Massnahmen werden in der in Fig. 2 gezeigten Fühlschaltung 200 automatisch durchgeführt.

Wie Fig. 2 zeigt, enthält die Fühlschaltung 200 viele Elemente, die mit solchen, die zuvor bei der Erläuterung der Fig. 1 beschrieben worden sind, im wesentlichen identisch sind, und demzufolge sind diese Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Fühlschaltung 200 umfasst eine Verstärkereinrichtung 60 mit drei Eingängen, so dass das Ausgangssignal dieses Verstärkers proportional zu Vi - Vi (V22 + V21) ist, wobei V21 und V22 die Potentiale der Leitungen 21 bzw. 22 sind. Folglich kommt die Verstärkereinrichtung 60 einem idealen Gemeinschaftsmodusunterdrücker viel näher, da sie dazu neigt, die Fühlelektroden so zurückzustellen, dass das arithmetische Mittel ihrer Potentiale auf den festen Wert Vi gebracht wird. Eine typische Schaltung für eine solche Verstärkereinrichtung ist in Fig. 4 gezeigt, die nachfolgend in grösseren Einzelheiten beschrieben ist. Eine Steuerschaltung 90 liefert Betriebsspannungen (wie Taktimpulse) für das CCD 20, und zwar über elektrische Leitungen 71, und steuert elektrische Schalterelemente (typischerweise IGFETs) 34,35,76,77 und 52 über elektrische Leitungen 72,73 und 74 (die durch gestrichelte Linien dargestellt sind). Die Schalterelemente 34 und 35 werden periodisch während «Rücksetz»-Intervallen geschlossen, um die Streuladungen zu neutralisieren. Kondensatoren 43 und 44 dienen einer korrelierten Doppelabtastung, die nachstehend vollständiger beschrieben ist, um «Rücksetz»-Rauschen zu unterdrücken, das durch das Schalten der Schalterelemente 34 und 35 verursacht wird, das heisst das bekannte kTC-Rauschen (k = BoItzmann-Konstante;T = absolute Temperatur; C = Kapazität, hauptsächlich der Spaltelektroden). Die Kondensatoren 43 und 44 sollten genügend gross sein, um die Eingangsspannung des Differenzverstärkers 40 selbst beim Vorhandensein von Schaltübergängen («Spikes») konstant zu halten, die durch kapazitives Leiten der Schalterelemente 76 und 77 verursacht werden. Typische Werte für die Kondensatoren 43 und 44 liegen im Bereich von 3 Pikofarad, und diese Kondensatoren sind innerhalb weniger Prozent gleich. Als Teil des nachfolgenden ausführlicher beschriebenen korrelierten Doppelabtastvorgangs klemmt das Schalterelement 76 die Spannung (sowohl während des Rücksetzvorgangs der Schalterelemente 34 und 35 als auch während einer kurzen Zeitdauer danach) am Knoten 45 auf Vo. Gleichermassen bildet das Schaltelement 77, wenn es geschlossen ist, eine Rückkopplungsschleife um den Differenzverstärker 40, und es ermöglicht damit die Einstellung derSpannung am Knoten 46 auf Vo. Das Schaltelelement 52 ermöglicht periodisch die Weitergabe des Ausgangssignals an einen Ausgangsverstärker 50, um das gewünschte Ausgangssignal an die Verbrauchereinrichtung 70 zu liefern. Ein Kondensator 51 dient zur Glättung des Ausgangssignals des Verstärkers 40 in einer herkömmlichen «Abtast- und Halte»-Konfiguration.

Fig. 3 zeigt eine Fühlschaltung 300 zum Ermitteln der Ausgabe eines CCD, das in einigen Einzelheiten gezeigt ist. Aus Gründen der Klarheit sind ledigleich die über der isolierenden Schicht liegenden Elektroden zusammen mit schattierten Bereichen gezeigt, die darunterliegenden diffundierte Halbleiterzonen andeuten. Bei einem n-Kanal-CCD weisen diese schattierten Zonen n+-(stark n)Leitfähigkeit im Halbleiter auf, und zwar aufgrund eines Überschusses von Donatorstörstellen im ansonsten p-leitenden Halbleiter, typischerweise eines Überschusses an Phosphorstörstellen in Silicium. Es sei bemerkt, dass das CCD und die Fühlschaltung 300 vorteilhafterweise auf einem einzigen einkristallinen Siliciumsubstrat integriert sind. Viele Elemente der Fig. 2 und 3 sind im wesentlichen identisch und deshalb sind diese Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Genauer ausgedrückt umfasst das CCD der Fig. 3 mehrere aufliegende Elektroden: eine Eingangselektrode 302; eine gespaltene Abschirmelektrode mit einem Paar Segmente, die durch einen leitenden Draht oder eine Elektrode 303.1 miteinander verbunden sind; Abschirmelektroden 307,311 und 315; von einer ersten Taktphase (Pi) getriebenen Elektroden 305, 309 und 313; von einer zweiten Taktphase (P2) getriebene Elektroden 306,310 und 314; und eine Messelektrode 304, die von der festen (Gleichstrom-)Spannungsquelle Vi gesteuert wird. Die Abschirmelektroden 303,307,311 und 315 werden auf einem festen Potential VSg gehalten. Wie es auf diesem technischen Gebiet bekannt ist, ist jede Elektrode von einer Hauptoberfläche eines darunterliegenden Halbleitermediums (das lediglich zum Zweck der Klarheit der Zeichnung nicht dargestellt ist) durch eine Oxidschicht, typischerweise aus Silicium-dioxid, von dem einkristallinen Siliciumsubstrat getrennt. Das CCD umfasst ausserdem mehrere mit Störstellen (durch Diffusion oder Implantation) dotierte Zonen: eine Eingangsdiodenzone 301 ; einen Abschirmgatezone 303.5, die zwischen den getrennten Segmenten der gespaltenen Abschirmelektrode 303 angeordnet ist; und eine Ladungspaketsenken-zone 316. Zusätzlich kann wahlweise, angrenzend an eines oder beide Segmente der gespaltenen Abschirmgateelektrode 303, eine n+-Störstellenzone 303.2, die mit einer hohen positiven Spannung VDD beaufschlagt ist, dazu dienen (genau nach der Übertragung von Ladung in die unter der Elektrode 303 liegende Halbleiterzone), irgendwelche möglicherweise vorhandene Überschussladungen abzuleiten, die sich ansonsten unter der Abschirmgateelektrode 303 sammeln könnten. Die schattierten Bereiche, die diffundierten Halbleiterzonen zwischen Spaltelektroden 308.1,308.2 und 312.1,312.2 darstellen, sind aufgrund des Mangels irgendeiner Maske gegen deren Bildung während der «selbstausrichtenden» Einführung von Dotierstoffen zur Bildung der anderen n+-Zonen vorhanden; diese n+-Zonen zwischen den Spaltelektrodensegmenten im Körper des CCD beeinflussen die Arbeitsweise jedoch nicht wesentlich. Der Verstärker 60 ist mit einem zweiten Ausgang 62 versehen, der ein gleichspannungsverschobenes Ausgangssignal erzeugt, das in Fig. 3 symbolisch durch eine Gleichspannungsquelle 66 dargestellt ist. Diese Quelle ist zwischen den Ausgang 61 und die Schalterelemente 34 und 35 zu dem Zweck eingefügt, den Arbeitspunkt des Verstärkerausgangs 61 auf einen weniger positiven Wert zu setzen, um für diesen Verstärker 60 in Abhängigkeit von negativ gerichteten Signalen auf den Lei-

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tungen 21 und 22 eine grösseren linearen dynamischen Bereich zu erhalten.

Während des Betriebes steuert eine Signalquelle 320 das Potential der Eingangsdiode 301. Die Spannung an der Ein-gangsgateelektrode 302 erlaubt periodisch einer Ladung gemäss diesem Signal von der Eingangsdiodenzone durch die Abschirmgatezone 303.5 zur Halbleiterzone unterhalb der Messelektrode 304 zu fliessen. Im speziellen Fall kann diese Fliessen während der positiv gerichteten Impulsphasen des Eingangsgatters IG (Fig. 5) auftreten. Die Ladung ist dann unter der Messelektrode eingefangen, sobald der IG-Impuls aufhört, und es ist diese Ladung, die von der Messelektrode 304 für die Übertragung zum Rest des CCD ausgemessen wird, und zwar gemäss dem, solchermassen abgetasteten Signal. Sobald danach der positiv gerichtete Impuls von Pi an die Elektrode 305 geliefert wird, wird das auf diese Weise gemessene Ladungspaket zu der unter der Elektrode 305 liegenden Halbleiterzone übertragen. Wenn danach der nâçhste positiv gerichtete Impuls durch P2 an die Elektrode 306 geliefert wird, wird dieses Ladungspaket zu der unter diesen Elektrode 306 liegenden Halbleiterzone übertragen. Wenn danach der positive Impuls bei P2 aufhört, wird das Ladungspaket durch die unter der Abschirmgateelektrode 307 liegenden Halbleiterzone zu der unter dem Spaltelektrodenpaar 308.1 und 308.2 liegenden Halbleiterzone übertragen; zu diesem Zeitpunkt beginnt die Übertragung des gewünschten Ausgangssignals vom Ladungspaket, mittels einer elektrischen Abbildungs- oder Spiegelladung auf den Spaltelektroden, auf die einzelnen Leitungen 21 und 22. Zu diesem Zeitpunkt wird der Schalter 52 geschlossen (Fig. 5), um diese Ausgangssignale abzutasten. Dieser Schalter 52 wird geöffnet, bevor der nächste positiv gerichtete Pi-Impuls die unter den Spaltelektroden 308.1 und 308.2 liegenden Ladungspäkete zu der Halbleiterzone überträgt, die unter der (durch Pi gesteuerten) Elektrode 309 liegt. Während der Schalter 52 geschlossen bleibt, sind die Leitungen 21 und 22 natürlich auch empfindlich gegenüber anderen Ladungspaketen (falls vorhanden), die dann unter den anderen Spaltelektroden liegen, wobei diese anderen Ladungspakete zuvor durch frühere Eingangssignale erzeugt worden sind.

Typische Spannungen (gegenüber dem Substrat) der verschiedenen Spannungsquellen sind, lediglich beispielsweise, etwa folgende:

Vo = 0 bis 8 Volt Vi = 11 Volt V2 = 0 Volt (Erde)

V3 = 17 Volt Vdd = 17 Volt Vsg = 8 Volt

VIG = 5 Volt passive, 13 Volt aktive Phase Pi = 5 Volt passive, 13 Volt aktive Phase P2 = 5 Volt passive, 17 Volt aktive Phase S = 9Volt(±2Volt Signal).

Wie ferner in Fig. 5 gezeigt wird, werden die Schalterelemente 34 und 35 periodisch während geeigneter «Rücksetz»-Intervalle geschlossen gehalten, um die Spaltelektroden auf dem gewünschten Potential zu halten. Die Schalterelemente 76 und 77 werden ebenfalls während dieser «Rücksetz»-Intervalle und zusätzlich für ein kurzes Zeitintervall danach während der aktiven Phase von P2 geschlossen, um das Rücksetzrauschen (aufgrund von kTC) auszuschalten, das auf den Leitungen 21 und 22 resultiert, wenn die Schalterelemente 34

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und 35 am Ende eines jeden «Rücksetz»-Intervalls plötzlich geöffnet werden. Zu diesem Zeitpunkt sind die Schalterelemente 76 und 77 noch geschlossen, so dass der Ausgang des Differenzverstärkers 40 auf dem gewünschten Potential Vo gehalten wird. Selbst nachdem die Schalterelemente 76 und 77 geöffnet worden sind, bleiben die jeweiligen Rücksetzrausch-spannungen in den Kondensatoren 43 und 44 gespeichert, und der Ausgang des Verstärkers 40 befindet sich noch auf Vo. Anschliessend erscheinen die Ausgangssignale des CCD auf den Leitungen 21 und 22, wodurch entsprechende Signale an die Eingänge des Verstärkers 40 angelegt werden, die von den früheren kTC-Rauschspannungen unabhängig sind.

Es sei angemerkt, dass jeder der Kondensatoren 41 und 42 vorteilhafterweise in Form einer mäander- oder fingerförmigen Elektrode hergestellt sein sollte, die vom Halbleitersubstrat durch die gleiche Art von Oxidschicht wie die Spaltelektroden getrennt ist. Zudem werden diese Elektroden für diese Kondensatoren vorteilhafterweise gleichzeitig mit den und aus der gleichen Art Elektrodenmaterial wie die Spaltelektroden und mit der gleichen Elektrodenbreite hergestellt, so dass diese beiden Kondensatorelektroden näherungsweise den gleichen Fehlausrichtungen sowie dem gleichen Über- und Untersätzen (und folglich den gleichen entsprechenden Kapazitätsänderungen) wie die Spaltelektroden ausgesetzt sind. Auf diese Weise erhält man eine bessere Kontrolle über die Gesamtfilterverstärkung (die von den Kapazitätsverhältnissen der Kondensatoren 41 und 42 zu den Spaltelektrodensystemen des CCD abhängt).

Fig. 4 zeigt ein typisches Schaltbild für den Verstärker 60. Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate IGFETs) 402,405 und 406 bilden zusammen mit Last-IGFETs 403 und 404 und einer Stromquelle 401 eine différentielle Vorverstärkerstufe, die ein Paar herkömmlicher Operationsverstärker 407 und 408 in Kaskadenschaltung speist. Die Leitungen 21 und 22 des CCD liefern ein Signal an die Gateelektroden der Transistoren 405 und 406, während die feste Gleichspannungsquelle Vi an die Gateelektrode des Transistors 402 angeschlossen ist. Auf diese Weise ist das an den Knoten 61 gelieferte negative rückkoppelnde Signal proportional zu Vi - + V22), wie es für den Verstärker 60 gewünscht ist. Aufgrund dieser negativen Rückkopplung wird das Potential an den selben Elektroden wiederhergestellt, das heisst: (V21 + Vn)l2 = Vi. Dadurch wird das Gemeinschaftsmodussignal (V21 + V22) eliminiert.

Obwohl die Erfindung ausführlich anhand spezieller Ausführungsformen beschrieben worden ist, können im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann anstelle der CCD-Eingangskonfiguration der Elektroden 302 und 303 die Eingangsordnung für das CCD die Form der Anti-Alias-Effekt-Eingangsschaltung annehmen, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 27 40142 beschrieben ist. Natürlich können die verschiedenen Verstärker, Kondensatoren und Transistoren in der Fühlschaltung 300 vorteilhafterwiese alle auf demselben Halbleitersubstrat wie das CCD selbst integriert werden. Um im CCD der Fig. 3 Linea-rität zwischen Ausgangssignal und Eingangssignal zu erhalten, ist es wichtig, dass die Elektrode 304 und das unter ihr liegende Oxid geometrisch im wesentlichen identisch zu jeder der Spaltelektroden ist (wobei die Zwischenräume zwischen jedem Elek-trodensegmentpaar an die Zone 303.5 angepasst sind, um nichtlineare Verzerrungen minimal zu machen). Schliesslich versteht es sich, dass anstelle des CCD 20 eine Halbleiter-Eimer-kettenvorrichtung verwendet werden kann.

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2 Blatt Zeichnungen

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   PATENTANSPRÜCHE

   1.Halbleiter-Spaltelektroden-Ladungsübertragungsvor-richtung mit einer ersten und einer zweiten Gruppe von Detektorelektrodensegmenten, von denen Hie der ersten Gruppe je mit einer ersten Ausgangsklemme (21.1) und die der zweiten Gruppe je mit einer zweiten Ausgangsklemme (22.1) verbunden sind, wobei die erste und die zweite Ausgangsklemme mit einem ersten bzw. einem zweiten Eingang eines Differenzverstärkers (40) gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die zweite Ausgangsklemme (22.1) mit einem ersten Eingang eines gesonderten Verstärkers (60) verbunden ist, der einen zweiten Eingang entgegengesetzter Polarität für den Anschluss an eine Quelle (Vi) festen Potentials besitzt und einen Verstärkerausgang (61) aufweist, der über einen ersten und einen zweiten Kondensator (31 und 32) mit im wesentlichen gleicher Kapazität mit der ersten bzw. der zweiten Ausgangsklemme (21.1 bzw. 22.1) gekoppelt ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgang des Differenzverstärkers (40) über eine dritte elektrische Kopplungseinrichtung (41) mit der ersten Ausgangsklemme (21.1) gekoppelt ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass je zweite Ausgangsklemme (22.1) über eine vierte elektrische Kopplungseinrichtung (42) mit einem zweiten Bezugsan-schluss zur Verbindung mit einem zweiten Bezugspotential (V2) gekoppelt ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und die vierte Kopplungseinrichtung im wesentlichen durch einen dritten bzw. einen vierten Kondensator gebildet sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitäten vom ersten und zweiten Kondensator (31 und 32) innerhalb einer Toleranz von etwa 0,1 % gleich sind und im Grössenbereich der halben Summe der Kapazitäten der ersten plus zweiten Elektrodengruppen liegen.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kapazitäten vom ersten und zweiten Kondensator (31 und 32) innerhalb einer Toleranz von etwa 0,1 % gleich sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingänge des Differenzverstärkers (40) mit der ersten und der zweiten Ausgangsklemme (21.1 bzw. 22.1) durch einen fünften und einen sechsten Kondensator (43,44) verbunden und dass eine Schaltungsvorrichtung (77) vorgesehen ist, mit der der erste Eingang des Differenzverstärkers periodisch mit dessen Ausgang verbindbar ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine elektrische Schaltervorrichtung (34,35), mit der die erste Ausgangsklemme (21.1) periodisch mit der zweiten Ausgangsklemme (22.1) verbindbar ist.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gesonderte Verstärker (60) wenigstens drei Eingänge aufweist, von denen der dritte mit der ersten Ausgangsklemme (21.1) verbunden ist und die gleiche Summierungspolarität wie der erste Eingang dieses gesonderten Verstärkers aufweist, und dass die Quelle (Vi) festen Potentials mit einer Elektrode (304) zur Ladungsübertragung in eine Eingangsstufe der Ladungs-übertragungsvorrichtung verbunden ist.

   tungen (BBD: bücket brigade devices). Beide Arten können zur Übertragung von Ladungspaketen verwendet und in Form einer Transversalfiltervorrichtung aufgebaut werden, das heisst in Form einer mit Abgriffen versehenen Verzögerungs-5 leitungsanordnung mit geeignet gewichteten Ausgängen. Eine solche Filtervorrichtung enthält viele Stufen, typischerweise im Bereich von 10 oder mehr. Jede Stufe besitzt eine hier Spaltelektrode genannte aufgetrennte Elektrode mit zwei Elektrodensegmenten zum Abfüllen des Ladungspakets in dieser Stufe. 10 Typischerweise sind die Längen (h und h) der beiden Segmente eines solchen Spaltelektrodenpaares in einer gegebenen Stufe gekennzeichnet durch ein Verhältnis r = I1/I2, und zwar in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Parameter für diese Stufe, der als «Abgriffsgewicht» bekannt ist; dagegen ist die 15 Summe der Längen (h + I2) der beiden Segmente eines Spaltelektrodenpaares für alle solche Spaltelektrodenpaare gleich und entspricht der Breite des Ladungsübertragungskanals. Das effektive Abgriffsgewicht n diese Stufe ist dann gegeben durch: n = (li - h)/(li + I2). Ein Elektrodensegment (Ii) einer 20 jeden Spaltelektrode ist ohmisch mit einer ersten gemeinsamen Ausgangsklemme der Ladungsübertragungsvorrichtung verbunden, und das andere Elektrodensegment (I2) einer jeden Spaltelektrode ist ohmisch an eine zweite gemeinsame Ausgangsklemme der Ladungsübertragungsvorrrichtung ange-25 schlössen. Zur einfacheren Beschreibung werden alle Elektrodensegmente, die mit der ersten gemeinsamen Ausgangsklemme verbunden sind, als eine «erste Gruppe» von Führungselektroden bildend bezeichnet und alle Elektrodensegmente, die mit der zweiten gemeinsamen Ausgangsklemme verbunden 30 sind, werden als eine «zweite Gruppe» von Fühlerelektroden bildend bezeichnet.

   Während des Betriebes einer solchen Ladungsübertragungsvorrichtung des Spaltelektrodentyps existiert eine Folge periodischer Zeitintervalle (oder Zeitschlitze), während welcher 35 jedes dieser Spaltelektrodensegmente aufgeladen wird gegenüber dem entsprechenden darunterliegenden Ladungspaket im Halbleiter, und zwar aufgrund induzierter elektrischer Spiegelladungen, so dass an den Ausgangsklemmen von erster und zweiter Elektrodengruppe periodisch Signale (Si bzw. S2) 40 entstehen. Jedes dieser Signale ist proportional zur Summe der verschiedenen Ladungspakete, die unter allen verschiedenen Elektroden dieser Gruppe liegen, wobei jedes dieser Pakete durch das entsprechende Abgriffsgewicht multipliziert ist. Das gewünschte Ausgangssignal der Vorrichtung ist dann die Folge 45 momentaner Differenzen zwischen den Signalen, die periodisch während der genannten Zeitschlitze an den beiden Ausgangsklemmen entwickelt werden; das heisst das gewünschte (Differenzmodus-)Ausgangssignal (S1-S2) für einen gegebenen Zeitschlitz ist proportional zu

   ZQi(l + r;)/2 - ZQi(l - rj)/2 = ZQ^

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