DE2107022C3 - - Google Patents

Info

Publication number
DE2107022C3
DE2107022C3 DE2107022A DE2107022A DE2107022C3 DE 2107022 C3 DE2107022 C3 DE 2107022C3 DE 2107022 A DE2107022 A DE 2107022A DE 2107022 A DE2107022 A DE 2107022A DE 2107022 C3 DE2107022 C3 DE 2107022C3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electrodes
charge
electrode
insulating layer
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE2107022A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2107022B2 (de
DE2107022A1 (de
Inventor
W S Boyle
D Kahng
G E Smith
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AT&T Corp
Original Assignee
Western Electric Co Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Western Electric Co Inc filed Critical Western Electric Co Inc
Publication of DE2107022A1 publication Critical patent/DE2107022A1/de
Publication of DE2107022B2 publication Critical patent/DE2107022B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2107022C3 publication Critical patent/DE2107022C3/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/762—Charge transfer devices
    • H01L29/765—Charge-coupled devices
    • H01L29/768—Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/76866—Surface Channel CCD
    • H01L29/76883—Three-Phase CCD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/10—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration
    • H01L27/105—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including field-effect components
    • H01L27/1057—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a repetitive configuration including field-effect components comprising charge coupled devices [CCD] or charge injection devices [CID]
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/28—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/28—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
    • G11C19/282—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements with charge storage in a depletion layer, i.e. charge coupled devices [CCD]
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
    • G11C19/28—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
    • G11C19/287—Organisation of a multiplicity of shift registers
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C27/00—Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
    • G11C27/04—Shift registers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
    • H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
    • H01L21/82—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components
    • H01L21/822—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices to produce devices, e.g. integrated circuits, each consisting of a plurality of components the substrate being a semiconductor, using silicon technology
    • H01L21/8232—Field-effect technology
    • H01L21/8234—MIS technology, i.e. integration processes of field effect transistors of the conductor-insulator-semiconductor type
    • H01L21/823406—Combination of charge coupled devices, i.e. CCD, or BBD
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/148—Charge coupled imagers
    • H01L27/14831—Area CCD imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1062—Channel region of field-effect devices of charge coupled devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/107—Substrate region of field-effect devices
    • H01L29/1091—Substrate region of field-effect devices of charge coupled devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42396—Gate electrodes for field effect devices for charge coupled devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/762—Charge transfer devices
    • H01L29/765—Charge-coupled devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/762—Charge transfer devices
    • H01L29/765—Charge-coupled devices
    • H01L29/768—Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/76825—Structures for regeneration, refreshing, leakage compensation or the like

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Devices For Checking Fares Or Tickets At Control Points (AREA)
  • Photoreceptors In Electrophotography (AREA)
  • Static Random-Access Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsübertragungsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeichneten Art.
Es sind Halbleitervorrichtungen bekannt (NL-OS 6 805 706), die aus einer Kette von bipolaren Transistoren oder Feldeffekttransistoren aufgebaut sind, wobei die Drainclcktrode jedes Transistors mit der Sourceelektrode des nächstfolgenden Transistors verbunden ist und zwischen der Drain- und Gateelektrode jedes Transistors ein Kondensator angeordnet ist. Die Gatcclektroden jedes zweiten Transistors der Kette sind parallel geschaltet, wodurch zwei Steuereingänpc der Halbleitervorrichtung gebildet werden,
4" die über jeweils eine Taktlcitung mit gegenphasigen Taklsignalen bzw. Taktspannungen beaufschlagt werden. Wird der Halbleitervorrichtung ein Eingangsbzw. Informationssignal in Form von Ladungen zugeführt, so werden diese Ladungen bei jedem Takt
von Kondensator zu Kondensator weitergeschoben und dabei kurzzeitig gespeichert. Infolge, dieser Funktionsweise werden die erwähnten Halbleitervorrichtungen als »Eimerkettenschaltungen« bezeichnet.
Obwohl es grundsätzlich möglich ist, Eimcrkettenschaltungen aus diskreten Elementen aufzubauen, haben diese eine praktische Bedeutung nur in Form von integrierten Schaltkreisen erlangt. Hierzu wird in die Oberfläche eines Halbleitersubstrates eine Vielzahl von Source- und Drainzonen eindiffundiert und die dazwischenliegenden, undiffundierten Oberflächenbereiche (Gatezonen) des Substrates mit Anschlußelektroden verschen. Zur Schaffung der Kondensatoren werden die Gateelektroden zu jeweils einer diffundierten Zone hin verlängert, so daß die
So Überlappungskapazität zwischen jeder diffundierten
Zone und dem darüberl legenden Teil der betreffenden
Gateelektrode den gewünschten Kondensator bildet.
Die bekannten Eimcrkettcnschaltungen besitzen
jedoch neben einem vergleichsweise großen Her-
stcllungsaufwand auf Grund des erforderlichen Diffusionsschrittes eine für viele Anwendungen unbefriedigende Übertragungsgeschwindigkeit.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine
Halbleitervorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche eine erheblich größere Übertragungsgeschwindigkeit bei gleichzeitiger einfacherer Herstellungsweise besitzt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Ladungsübertragungsvorrichtung nach Patentanspruch 1 sind in den Patentansprüchen 2 bis 15 gekennzeichnet.
Die vorliegende Erfindung beruht allgemein auf der Erkenntnis, daß elektrische Ladungen in einem räumlich definierten Potentialminimum innerhalb eines Halbleitermediums gespeichert werden können, wobei jeder Speicherplatz innerhalb des Halbleitermediums gewählt und in zwei Dimensionen bewegt •verden kann. Auf diese Weise können Informationen darstellende elektrische Ladungen erzrugt, übertragen und ausgelesen werden.
Bei den verwendeten Speicherplätzen handelt es sich um Verarmungsbereiche, welche in der Lage sind, Minoritätsladungsträger einzuschließen und zu speichern. In der nachstehenden Beschreibung werden diese Speicherplätze als »Potentialmulden« bezeichnet. Eine Potentialmulde kann an einer gewünschten Stelle in dem Halbleitermedium durch örtliche Vorspannung dieser Stelle erzeugt werden. Dies kann beispielsweise dadurch erleichtert werden, daß eine elektrische Feldverteilung über der Halbleiteroberfläche erzeugt wird. Die Übertragung erfolgt in der Weise, daß die Potcntialmulden längs des gewünschten Übertragungsweges schrittweise bewegt werden. Hierbei wird die in jeder Potentialmulde angesammelte Ladung bewegt.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 A bis ID Längsschnitte durch eine erfindungsgemäße Ladungsübertragungsvorrichtung,
F i g. 2 einen Längsschnitt durch ein Schieberegister mit einer erfindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtung,
Fi g. 3 ein Impulsdiagramm für das Schieberegister nach F i g. 2,
Fi g. 4 ein Ausfühiungsbeispiel für ein bevorzugtes. Verfahren der Ladungsübertragung,
Fig. 5 A bis 5C verschiedene Ausführungsformen von Endstufen für erfindungsgemäße Ladungsübertragungsvorrichtungen,
Fig. 6A, 6B Allsführungsbeispiele für bevorzugte Verfahren zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Ladungsübertragung,
F i g. 7 eine Draufsicht auf ein Ausf iihrungsbeispiel eines Vierkanal-Schieberegisters nach F i g. 2,
Fig. 8 eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem Überkreuzungen der Taktleitungen vermieden sind,
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtung zur Veranschaulichung der Elektrodenanordnung,
Fig. 10 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Ladungsübertragungsvorrichtung zur Veranschaulichung einer anderen Ausführungsform für die Elektrodenanordnung,
Fig. 11 einen Schnitt durch eine als Bildanzeigeeinrichtung verwendete Ladungsübertragungsvorrichtung,
Die Fig. IA bis ID veranschaulichen den Ladungsübertragungs%'organg. Gemäß F i g. 1 A ist ein Halbleitersubstrat 10 mit einer dünnen Isolierschicht Il bedeckt, auf der wiederum eine Reihe von Metallelektroden 12, 13 angeordnet ist. Gemäß Fig. IA ist die Elektrode 12 vorgespannt und die Elektrode 13 nicht vorgespannt, so daß sich unter der Elektrode 12 ein Verarmungsbereich bzw. eine Potentialmulde 14 ausbildet. In F i g. 1 B sind Minorkätsladungsträger 15 veranschaulicht, weiche beispielsweise durch ίο Photonenabsorption erzeugt werden und zu dem Verarmungsbereich 14 wandern, wo sie gespeichert werden. Wenn die Elektrode 13 gleichzeitig mit der Elektrode 12 vorgespannt wird, erstreckt sich der Verarmungsbereich stetig unter beiden Elektroden, wie sich aus Fig. IC ergibt. Die Ladung verteilt sich wiederum quer zu dem Halbleitersubstrat 10. Wenn die Vorspannung an der Elektrode 12 gemäß Fig. ID beseitigt wird, so bricht der Teil des Verarmungsbereiches unter der Elektrode 12 zusammen, wobei die gesamte Ladung zu der Potentialmulde 14' verschoben wird, die nunmehr der Elektrode 13 zugeordnet ist. Die Weiierschiebung der gespeicherten Ladung zu der nächstfolgenden Potentialmulde erfolgt in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben.
Auf diese Weise kann die eine Information darstellende Ladung schrittweise über die Oberfläche des Halbleitersubstrates 10 übertragen werden. Das Halbleitersubstrat 10 kann abweichend von dem in Fig. IA und 1B dargestellten Beispielsfall auch p-leitend sein, wobei das Vorzeichen der dargestellten Ladungen umgekehrt werden muß.
Die vorstehend beschriebene Ladungsübertragungsvorrichtung wird, wie in F i g. 2 veranschaulicht ist, in bevorzugter Weise als Schieberegister verwendet, da Schieberegister in zahlreichen Arten von Logikbauelcmentcn und Speichern enthalten sind. Bei dem Schieberegister nach Fig. 2 ist ähnlich wie in Fig. 1 ein Halbleitersubstrat 20 mit einer Isolierschicht 21 bedeckt, auf welcher eine Reihe von hintereinander angeordneten Elektroden 22 bis 24 in Dreiergruppen angeordnet ist, die mit den Zusatzbezeichnungen a, b ... η versehen sind. Jede dritte Elektrode ist mit einer zugeordneten Taktleitung 22', 23' bzw. 24' verbunden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht die Eingangsstufe 25 aus einem Metall-Iso-Iator-Halbleiter-(MIS)-Bauelement, das Lawinendurchbruchscharakteristik besitzt. Die in der Eingangsslufe 25 erzeugte Ladung wandert in der gezeigten Weise zu einer Potentialmulde 27a. Dabei wird, wie aus den Symbolen am Eingang und Ausgang erkennbar ist, eine aufeinanderfolgende Kette von Rechteckimpulsen übertragen.
Das Schieberegister kann im Kreisbetrieb arbeiten, um entweder die Speicherdauer zu verlängern oder das Informationssignal zu regenerieren und damit Störungen oder Übertragungsverluste auszugleichen. Hierzu braucht lediglich das Ausgangssignal zu der Eingangsstufe über eine geeignete Regenerierschaltung 33 rückgeführt zu werden.
Ein wichtiger Anwendungsfall umfaßt den Betrieb der Ausführungsform nach Fig. 2 als Verzögerungsleitung. Durch aufeinanderfolgende Vorspannung der T-iktlcilungen 23', 24', 22' wird die Ladung in eine Potentialmulde 27Λ und von dort in aufeinanderfolgende Potentialmulden bis zur Potentialmulde 27« übertragen. Von dort wird die Ladung in einen Verarmungsbereich 28 ausgespeichert, welcher einem pn-übergang 29 der Ausgangsstufe zugeordnet ist.
5 6
Der pn-Übcrgang 29 wird über eine Elektrode 32 von eine lange Lebensdauer der das Informationssignal einer Spannungsquelle 31 vorgespannt, so daß an darstellenden Minoritatsladungsträger, was besoncinem Verbraucher 30 ein impulsförmigcs Ausgangs- ders bei viclstuligcn Vorrichtungen von wesentlicher signal in der gezeigten Weise ansteht. Bedeutung ist.
Die vorliegend veranschaulichte Ausgangsstufe 5 Die vorstehend beschriebene Ausführungsform ist enthüll, wie schon erwähnt, einen pn-übergang zur in F i g. 4 veranschaulicht, wo ein Mitlelabschnitt Entnahme bzw. zum Auslesen der unterhalb der letz- des Schieberegisters nach F i g. 2 dargestellt ist. Das ten Elektrode 24η gesammelten Ladungen. An Stelle Halbleitersubstrat 40. welches wiederum n-leitend eines pn-Überganges kann auch eine Schottky-Sperr- ist, die Isolierschicht 41 sowie die Metallelektroden schicht vorgesehen werden, wie sie beispielsweise in io 42«, 43«, 44«, 42 b, 43b, 44b und die zugeordder Zeitschrift .,The Bell System Technical Journal«. neten Leitungen 42'. 43' und 44' sind identisch mit Band XLIV, Nr.7, September 1965, S. 1525 bis 1528 entsprechenden Teilen der Vorrichtung nach Fig. 2. beschrieben ist. Der wesentliche Unterschied besteht in der bereits
Ein Beispiel für eine Taktimpulsfolge für das erwähnten konstanten Vorspannung V an allen Schieberegister nach F i g. 2 ist in F t g. 3 veransehau- 15 Taktleitungcn, um einen konstanten Verarmungslicht. Die dort dargestellten Diagramme zeigen die bereich 45 über das gesamte Halbleitersubstrat zu Übertragung des Binärkodes LLOL. Obgleich sich erzeugen. Unter den Elektroden 42a, 42b werden dies aus der vorliegenden Darstellung nicht ergibt, Potentialmulden 46 infolge einer Taktimpulsspanläßt sich aus Fig. 2 entnehmen, daß jede Elektrode nung Vn gebildet, welche der Vorspannung V über- 22α bis 22η gleichzeitig über die Taktleitung 22' 20 lagert ist.
mit einem Taktimpuls beaufschlagt wird, was in glei- Das Schieberegister nach F i g. 2 weist eine Ein-
cher Weise auch für die Taktleitungen 23' und 24' richtung mit Lawincndurchbruchscharakteristik zur zutrifft. Die Taktimpulse an jeder Elektrode sind zeit- Erzeugung von Ladungen an der Eingangsstufe 25 lieh so aufeinander abgestimmt, daß die Zeitperiode auf. An Stelle dessen können die Minoritatsladungs- At zwischen den Vorderflanken von aufeinander- 25 träger auch andersartig erzeugt werden. Wenn beifolgenden Taktirnpulsen geringer ist als die dreifache spiclsweise die Eingangsstufe einen pn-übergang umImpulsbreite t„. Dies stellt sicher, daß der Takt- faßt, können in das Halbleitersubstrat Minoritätsimpuls an jeder aufeinanderfolgenden Elektrode so- ladungsträger durch Anlegen von Spannungsimpulsen wohl die vorangehende als auch die nachfolgende in Durchlaßrichtung injiziert werden, welche dem Elektrode überlappt. Andernfalls könnte eine Poten- 3° gewünschten Eingangssignal entsprechen. Ferner tialmulde zusammenbrechen, bevor die nächst- können Ladungsträger auch durch ein Metall-Isofolgende Potentialmulde für deren Ladung auf- lator-Halbleiter-Bauelement mit Oberflächenlawinennahmebereit ist. In F i g. 3 stellt das obere Diagramm charakteristik injiziert werden, wie dies beispielsweise die Vorspannung am Ausgang, das nächstfolgende in der Zeitschrift »Journal of Applied Physics«, Diagramm das Ausgangssignal, die sechs anschlie- 35 Band 9, Nr. 12, S. 444, beschrieben ist. Schließlich ßenden Diagramme die Taktimpulse und das letzte kommt auch eine Hybridstruktur mit einem Metall-Diagramm das Eingangssignal dar. oxid-Oberflächenkontakt an einem pn-übergang in
Gemäß Fig. 1C ist die Ladungsübertragungsdauer Betracht. Eine andere wahlweise Ausbildungsform für den unter der Elektrode 12 liegenden Teil der besteht in der Erzeugung von Lochelektronenpaaren Ladung gleich der Abklingdauer eines Taktimpulses 40 durch Photonenabsorption oder durch Absorption nach Fig. 3. Versuchsergebnisse zeigten, daß die anderer ionisierender Strahlung. Die Minoritäts-Übertragungsdauer unter den angegebenen Bedingun- ladungsträger zerstreuen sich dabei auf einen benachgen sehr kurz ist. Wenn jedoch die Taktimpulsfolge harten Verarmungsbereich, welcher im Falle des nach F i g. 3 vergleichsweise hochfrequent ist, so Schieberegisters nach F i g. 2 die erste Potentialmulde kann es günstig sein, eine Taktimpulsform mit einer 45 27a ist. Fig. 2 zeigt eine hierfür geeignete Einrichlängeren Abklingdauer zu verwenden, beispielsweise tung 35 in Form einer Lichtquelle, beispielsweise eine Sinusform. einer Elektrolumineszenzdiode. Diese Art der Er-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfin- zeugung von Minoritätsladungsträgern kann vorteildungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtung ist haft bei Bildverarbeitungseinrichtungen verwendet eine konstante Vorspannung für alle Taktleitungen 50 werden, wie später noch im einzelnen erläutert wervorgesehen, um zumindest einen flachen Verarmungs- den soll.
bereich über die gesamte Fläche des Halbleitersub- Die Ausgangsstufe kann ebenfalls verschiedenartig
strates aufrechtzuerhalten. Die genannte Vorspan- ausgebildet sein. Fig. 5 A bis 5C zeigen einige wahlnung sollte zumindest gleich der Schwellspannung weise Ausführungsformen, wobei außer der Auszur Erzeugung einer Inversionsschicht im deich- 55 gangsstufe auch die letzte Elektrode 24n veranschaugewichtszustand sein. Auf diese Weise können die licht ist. In F i g. 5 A ist die Ausgangsstufe ein Metallbei Halbleiter-Isolator-Zwischenflächen unvermeid- Isolator-Halbleiter-Bauelement, wobei es besonders liehen Oberflächenstörstellen, welche Ursache von zweckmäßig ist, wenn der Übertragungsabschnitt mit unerwünschten Ladungsträgerrekombinationen sind, den Potentialmulden ebenfalls eine Metall-Isolatorverhältnismäßig frei von Majoritätsladungsträgern 60 Halbleiterstruktur aufweist. Wenn das Halbleitersubgehalten werden. Durch Isolierung der Majoritäts- strat an Minoritätsträgern verarmt ist, so zeigt die ladungsträger des Halbleitersubstrates gegenüber der der Anzeigeelektrode 50 zugeordnete Kapazität das genannten Zwischenfläche mittels einer Raum- Vorliegen oder das Nichtvoriiegen einer von außen ladungsschicht können die Ladungsträger in den in den Verarmungsbereich 51 eingebrachten Ladung Oberflächenstörstellen nach erfolgter Rekombination 65 an. Die Kapazität wird durch eine Kapazitätsbrücke mit Minoritätsladungsträgern nicht mehr ersetzt wer- in der dargestellten Weise gemessen, wobei der Meßden. Dieses Verfahren, welches lediglich eine Vor- wert auf einem Anzeigegerät 52 dargestellt wird. Eine spannung an jeder Elektrode erfordert, gewährleistet Vorspannungsquelle 53 ist über einen Schalter 54
mit der Endstufe der Ladungsübertragungsvoi richtung verbunden, um den Halbleiterabschnitt unter der Elektrode 50 intcrvallweise vorzuspannen. Dies dient einmal zum Aufbau drs Verarmungsbereiches 51 (um die übertragenen Ladungsträger in diesen Verarmungsbereich einzuspeichern) und ferner zum Löschen des Verarmungsbereiches 51 durch Rekombination der dort gespeicherten Ladungsträger.
Bei der Anzeigevorrichtung der Ausgangsstufe nach Fig. 5B liegt eine Wechselstromquclle 55 zwisehen zwei benachbarten Elektroden 56 und 57, von denen die Elektrode 57 wiederum mit dem Halbleitersubstrat 20 sowie der Isolierschicht 21 ein Metall-Isolator-Halblciter-Bauelemcnt bildet. Eine VoiSpannungsquelle 58 hält einen Vcrarmungsbereich 59 unter den beiden Elektroden 56, 57 aufrecht. Ist unter der letzten Übertragungselektrode 24/1 eine Ladung gespeichert, so wird diese in die Potentialmulde unter der Elektrode 56 während deren Beaufschlagung mit einer negativen Halbwelle durch die Quelle 55 übertragen, woran sich eine Übertragung in die Potentialmulde unter der Elektrode 57 bei deren Beaufschlagung mit einer negativen Halbwelle durch die Quelle 55 anschließt. Diese Ladungsübertragung in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung unter den Elektroden 56, 57 ändert die Wechselspannungsimpedanz der mit den Elektroden 56, 57 verbundenen Schaltung gegenüber dem Impedanzwert ohne Änderung der Verarmungsschicht. Das Vorliegen oder Nichtvorliegen von Ladungen kann somit über die Impedanz 60 durch das Anzeigegerät 61 angezeigt werden. Ähnlich wie der Schalter 54 in F i g. 5 A dient ein Schalter 62 zur Löschung der gespeicherten Ladung. Die Löschgeschwindigkeit kann dadurch gesteigert werden, daß an Stelle einer bloßen Abschaltung der Vorspannung ein Schalternetzwerk zur Umkehrung der Vorspannung der Quelle 58 vorgesehen wird.
Die Wirkungsweise der Anzeigevorrichtung der Ausgangsstufe nach Fig. 5C beruht auf einer direkten Spannungsmessung zur Anzeige einer zwischen dem Halbleitersubstrat 20 und der Isolierschicht 21 gespeicherten Flächenladung Q1. Die Elektrode 63 ist über eine Stromquelle 64 negativ vorgespannt, die in Reihe mit einem Kondensator 65 liegt. An Stelle eines Kondensators 65 kann als Kapazität auch eine Diode vorgesehen werden. Eine Änderung der Flächenladung Qi führt zu einer Änderung der entsprechenden Kapazität des Metall-Isolator-Halbleiter-Bauelementes. Hierdurch wird das kapazitive Teilerverhältnis zwischen dem Metall-Isolator-Halbleiter-Bauelement und dem Kondensator 65 beeinflußt, was eine Änderung der Spannung V0 ergibt. Die Spannung VD kann auf verschiedene Weise gemessen werden, beispielsweise an der Gateelektrode eines Feldeffekttransistors. Fig. 5C zeigt einen Feldeffekttransistor, der in das Halbleitersubstrat 20 integriert ist. Ein p-leitender Bereich 20 Λ isoliert in bekannter Weise den Feldeffekttransistor gegenüber den übrigen Teilen des Schieberegisters. Die gemessene Spannung V0 liegt an der Gateelektrode 66 an, die auf einem Ansatz der Isolierschicht 21 angebracht ist. Die Source- und Drainzonen 67 bzw. 68 des Feldeffekttransistors werden durch öffnungen in der Isolierschicht hindurch eindiffundiert und sind Ober einen Verbraucher 71 mit einer Vorspannungsquelle 72 verbunden. Ein Anzeigegerät 73 zeigt den leitenden Zustand des Feldeffekttransistors an, was dem Vorliegen oder dem Nichtvorliegen einer Flächenladung Q1 entspricht.
Ein von der Quelle 64 erzeugter positiver Impuls rekombiniert jegliche Restladung Q1 und tastet die Ladungsübertragungsvorrichtung auf Anzeige des übertragenen Informationssignals. Dagegen Gewirkt ein negativer Impuls eine positive Aufladung der Elektrode 63 und eine Verarmung des Bereichs unter dieser Elektrode an dort gesammelten und von der Potentialmulde unterhalb der Elektrode 24η übertragenen Löchern. Die Gateelektrode 66 wird auf das gleiche Potential vorgespannt, wobei der Feldeffekttransistor in einem »Einschalt«-Zustand belassen wird. Wenn die Flächenladung Q1 in den Bereich unterhalb der Elektrode 63 gelangt» so verringert sich das negative Potential an dieser Elektrode. Die entsprechende Potentialverringerung an der Gateelektrode 66 bringt den Feldeffekttransistor in seinen »Abschalt«-Zustand. Wenn keine Flächenladung Qi vorliegt, so bleibt der Feldeffekttransistor im »Einschalt >-Zustand.
An Stelle der in Fig. 5C dargestellten teilweisen Integration der Endstufe kann der Feldeffekttransistor auch gesondert angeordnet oder noch weitergehend integriert werden, derart, daß beispielsweise die Teile 65, 71 sowie die elektrischen Verbindungen in integrierter Schaltkreistechnik ausgebildet sind.
Die Wirkungsweise der in F i g. 1 dargestellten Ladungsübertragungsvorrichtung beruht auf der thermischen Diffusion von Ladungsträgern von einer Potentialmulde, z. B. 14, zu der nächstfolgenden Potentialmulde, z. B. 14'. Obgleich dieser Transportmechanismus zu befriedigenden Ergebnissen führt, kann die Ansprechdauer derartiger Vorrichtungen dadurch erheblich verringert werden, daß ein elektrisches Feld zum Weiterschieben der Ladungen verwendet wird. In vielen Fällen verbessert die Verwendung eines derartigen Treiberfeldes auch den Wirkungsgrad des Speichervorganges. Hierzu kann beispielsweise der Potentialmulde eine solche Form verliehen werden, daß zwischen benachbarten Potentialmulden ein Feldgradient entsteht. Dieses Prinzip der sogenannten »Feldanreicherung« wird an Hand der Ausführungsbeispiele nach Fig. 6A und 6B näher erläutert.
F i g. 6 A zeigt zwei Leitungen 72, 73 auf einer Isolierschicht 74, welche wiederum ein Halbleitersubstrat 75 überdeckt. Bei Vorspannung der Leitungen 72,73 weisen die darunterliegenden Verarmungsbereiche die mit gestrichelten Linien 76, 77 veranschaulichte Form auf. Die Linien 76, 77 stellen den Rand des Verarmungsbereiches des Halbleitersubstrates dar und sind von dem Feldpotential an der Halbleiter-Isolator-Zwischenfläche abhängig. Die Linien 76, 77 können daher als Feldprofile über den Speicherbereich des Halbleitersubstrates betrachtet werden. Wenn die Dicke der Elektroden gleich oder kleiner als die Dicke der Isolierschicht gewählt wird, so erreicht das Feld einen Zustand, wo es von einem Punkt und nicht, wie im Falle des Ausfuhrungsbeispiels nach F i g. 1, von einer Elektrode auszugehen scheint Dabei wird längs des Halbleitersubstrates ein stetiger Feldgradient erzeugt. Dieser Feldgradient führt zur Ausbildung einer Potentialmulde, wobei in der Mitte der Potentialmulde die Ladung begrenzt wird. Wenn die dargestellten Potentialmulden so ausgebildet werden, daß sie sich überlappen (beispielsweise bei Verwendung der Taktimpulsfolge
nach Fig. 3), so ergibt sich ein zusammengesetztes das Von jeder Taktleitung erzeugte Feld das zur Feldprofil gemäß der gestrichelten Linie 78 (Fig. übertragung gewünschte Feldprofil innerhalb des 6A). Wie ohne weiteres ersichtlich ist, erfolgt durch Halbleitersubstrates. Zur Beseitigung derartiger Stödicse Formgebung ein Ladungstransport von dem rungen kann eine Isolierschicht mit doppelter Dicke Verarmungsbereich unter der Elektrode 72 zu dem 5 auf dem Halbleitersubstrat aufgebracht werden Verarmungsbereich unter der Elektrode 73. Sobald (p i g. 9). Das Halbleitersubstrat 110 wird dabei zuder durch die Linie 76 veranschaulichte Verarmungs- niichst mit einer dünnen Isolierschicht 111 beschichbereich zusammenbricht, werden die Ladungen zu tet. Als nächstes wird eine dicke Schicht eines andedem Bereich der Potentialmulde 77 mit dem hoch- ren lsoliermaterials auf der Schicht 111 ausgebildet sten Potential, d. h. unmittelbar unter die Elektrode i° und zur Bildung eines Gitters 112 mit Ausnehmun-73 weitergeschoben. gen für Elektroden 113 geätzt. Die Elektroden kön-Die »Feldanreicherung« kann durch Verwendung nen über Zwischen verbindungen 114 unter Verwenvon Taktimpulsen mit bestimmter Form, beispiels- dung eines einzigen photolithographischen Verfahweise von Sägezahnimpulsen verbessert werden. Wird rensschrittes niedergeschlagen werden. Die Verbmein derartiger Sägezahnimpuls zum Zeitpunkt /, wäh- 15 du igen 114 der Elektroden 113 sind gegenüber dem rend der Periode der Impulsüberlappung (d. h. der Halbleitersubstrat durch die dicke isolierschicht 112 Ladungsübertragungsperiode) den Elektroden 72, 73 isoliert. Die eine doppelte Dicke aufweisende Isolierzugeführt, so wird die Elektrode 72 auf eine nied- schicht wird zweckmäßigerweise dadurch hergestellt, rigere Spannung als die Elektrode 73 vorgespannt. daß zwei verschiedene Isolierstoffe ausgewählt wer-Dies ergibt sich andeutungsweise durch die Pfeile 2° den, beispielsweise SiO, und Si.,N3, welche eine neben den entsprechenden Impulsformen. Die zum unterschiedliche Atzbarkeit besitzen. Wenn daher Zeitpunkt x, getrennten Feldprofüe sind durch ge- die zweite Isolierschicht zwecks Ausbildung der Ausstrichelte Linbn 79 bzw. 80 wiedergegeben, wobei nehmungen für die Elektroden geätzt wird, so kann das zusammengesetzte Profil durch die gestrichelte hierfür ein Ätzmittel gewählt werden, das die erste Linie 89 veranschaulicht ist. Der Feldgradient in der 25 Isolierschicht nicht angreift. Ein anderes, an sich begewünschten Übertragungsrichtung verläuft dabei zu kanntes Verfahren zur^ßildung einer Schicht doppeldem Verarmungsbereich unterhalb der Elektrode 73. ter Dicke sieht folgende Schritte vor: Niederschlagen Das vorstehend beschriebene Prinzip stellt nur eine einer gleichmäßigen ersten Isolierschicht, Atzen der von vielen Möglichkeiten zur Erzeugung eines Feld- Ausnehmungen und Niederschlagen einer zweiten gradienten bzw. Treiberfeldes für die vorhandene 30 gleichmäßigen Isolierschicht.
oder nicht vorhandene Ladung an dem anfänglichen Ein besonders zweckmäßiges Herstellungsverfah-
Speicherplatzdar. ren ergibt sich aus Fig. 10. Das Halbleitersubstrat
Das eindimensionale Schieberegister gemäß Fig. 2 120 ist wiederum mit einer geeigneten dünnen Iso-
kann in vorteilhafter Weise in einem Vielkanal- Herschicht 121 bedeckt, auf der eine gleichmäßige
register gemäß Fig. 7 verwendet werden. Die lineare 35 Metallschicht niedergeschlagen ist. Durch Ätzen der
Anordnung nach Fig. 2 erfordert ganz offensicht- Metallschicht werden gesonderte Metallelektroden
Hch zumindest η Überkreuzungen der Taktleitungen 122 bis 124 gebildet. Anschließend wird eine gleich-
(Fig. 7 zeigt zwar 3n-3 Überkreuzungen, jedoch mäßige Isolierschicht 125 über den Elektroden 122
kann diese Anzahl auf π verringert werden). Die bis 124 aufgebracht und Ausnehmungen 127 in die
notwendigen Überkreuzungen werden durch Ver- 40 Schicht 125 bis zu den darunterliegenden Elektroden
wendung jeweils einer Überkreuzung für eine große geätzt. Anschließend wird auf das Ganze ein Band-
Anzahl von Kanälen möglichst wirtschaftlich aus- leiter 128 niedergeschlagen, wodurch die Elektroden
genutzt. Fig. 7 zeigt vier Kanäle, doch kann, wie 122 bis 124 kontaktiert werden. Dieses Verfahren
ohne weiteres ersichtlich ist, diese Anzahl ohne zu- erfordert in vorteilhafter Weise keinerlei kritische
sätzliche Überkreuzungen beliebig vergrößert wer- 45 Ausrichtungsmaßnahmen.
den. Die Anordnung der Taktleitungen 81', 82', 83' Die bereits erwähnte Möglichkeit der Erzeugung entspricht derjenigen nach F i g. 2, wobei z. B. die Von Minoritätsladungsträgern in dem Halbleitersub-Taktleitung 81'mit den Elektroden 81a bis 81n auf strat durch Photonenabsorption führt zu Anweneiner Halbleiterplatte 86 verbunden ist. Die Ein- dungsformen der erfindungsgemäßen Ladungsübergangsstufen 84 und die Ausgangsstufen 85 bedürfen 50 tragungsvorrichtung als Bestandteil von Bildaufkeiner erneuten Erläuterung, zeichnungs- und Bildwiedergabeeinrichtungen. Die Ein anderes Ausführungsbeispiel mit einer verrin- Anwendungsform als Bildaufzeichnungseinrichtung gerten Anzahl von Überkreuzungen ist in Fig. 8 jn einer Fernsehkamera ist schematisch in Fig. 11 dargestellt- Diese Darstellung gibt eine Draufsicht dargestellt. Die wesentliche Eigenschaft dieser Anauf einen Teil einer Vorrichtung nach Fig. 4 wieder. 55 wendungsformen besteht im parallelen Einlesen von Die Taktleitungen sind so angeordnet, daß keine Informationen. Bei dem dargestellten Ausführungsüberkreuzungen erforderlich sind. In Fig. 8 sind beispiel fällt Licht in Form des aufzuzeichnenden gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie in optischen Bildes auf die den Elektroden abgewandte Fig. 4, jedoch unter Voranstellung jeweils der Zif- Oberfläche des Halbleitersubstrates 130. Die gezeigte fer »l« versehen. Die drei Taktleitungen 142' 143', 6° Anordnung enthält drei Speicherplätze mit drei Elek- 144' sind unmittelbar auf einem erhabenen Teil der troden 132 a bis 134 a, 132 & bis 1346, 132c bis Isolierschicht 140 aufgebracht und verbinden die i34Cj die mit Taktleitungen 132', 133' bzw. 134' in Elektroden 142 a, 142 b, 143 a, 143 b, 144 a bzw. ähnlicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel 144 b. Der Übertragungsweg der schrittweise weiter- - nacn Fig. 2 verbunden sind. Mit Ausnahme des geschobenea Ladung ist durch die gestrichelte Linie 65 Merkmals des parallelen Einlesens entsprechen die 145 veranschaulicht Ladungsübertragung und der Auslesevorgang den In Fällen, in denen sich die Taktleitungen in direk- vorstehenden Ausführungen. Die lineare Anordnung ter Berührung mit der Isolierschicht befinden, stört gemäß Fig. 11 kann eine Rasterzeile eines Fernseh-
systems darstellen. Die Ladung wird in den Plätzen unterhalb der Elektroden 132« bis J 32 r während der optischen Integrationsperiode gespeichert. Eine Auslosung erfolgt seriell durch Übertragung der Ladung zu der Ausgangsstufe (Fig. 2), wobei sich durch aufeinanderfolgendes Auslesen jeder Rasterzeile das Fernsehbild ergibt.
Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtung erforderlichen Werkstoffe sind dem Fachmann bekannt. Beispielsweise können für das Halbleitersubstrat Silizium und iür die Isolierschich· Siliziumdioxid oder Verbindungen von Siliziumdioxid wie SiO2—SiN, SiO2—Al2O3 usw. verwende! werden. Als Elektrodenwerkstoffe stehen Gold, Aluminium oder dotiertes Silizium zur Verfügung.
Bei einer hergestellten Ladungsübertragungsvorrichtung entsprechend dem Schieberegister nach F i g. 2 wurde n-lcitendes Silizium mit einer Leitfähigkeit von 10 Ohm ■ cm als Halbleitersubstrat 20 und thermisch gewachsenes Siliziumdioxid in einer Dicke von 1000 bis 2000 A als Isolierschicht 21 verwendet. Die besten Ergebnisse zeigte ein trockenes Oxid von 1200 A Dicke, das in Sauerstoff bei 1100" C über 1 Stunde gezüchtet und in einer Stickstoffatmosphäre über 1 Stunde bei 400° C getempert wurde. Das Flachbandpotential dieses Üxids beträgt üblicherweise —5 V, während die Dichte der Oberfiachenstörstellen in der Größenordnung von 1010 Störstelien/cm2 liegt. Die Elektroden 22 bis 24 können aus Gold mit beliebiger Dicke bestehen, beispielsweise 0,1 bis einige um. Als geeignete Eingangssiufe erwies sich ein p-leitender Bereich mit einer Borkonzentration von 1013 Atomen/cm3, der bei einigen Volt angelegter Spannung einen Lawinendurchbruch zeigte. Die Ausgangsstufe kann ein ähnlicher pn-übergang sein.
Die Abmessungen der Ladungsübertragungsvorrichtung können sich in weiten Grenzen ändern. Die Abstände zwischen den Elektroden hängen von dem Ausmaß des zulässigen Raumladungsbereiches ab. Wenn beispielsweise das Halbleitersubstrat aus Silizium mit einer Leitfähigkeit von 10 Ohm · cm besteht und eine Spannung von 10 V angelegt wird, so erstreckt sich der Verarmungsbereich auf etwa 5 μΐη. Dies würde einen Elektrodenabstand in der Größenordnung von einigen μΐη für die notwendige Überlappung erfordern.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentanspruch:
1. Ladungsübertragungsvorrichtung mit einein halbleitenden Ladungsspeichennedium, das einen Bereich zum Einbringen einer steuerbaren Menge von Ladungsträgern eines vorgegebenen Leitungstyps in das Ladungsspeichermedium, einen Bereich zum Abtasten der Ladungsträger und einen Bereich zum zeitweiligen Speichern und zum schrittweisen durch Taktsignale gesteuerten Verschieben der eingebrachten Ladungsträger aufweist, wobei auf dem Ladungsspeichermedium eine Isolierschicht und auf dieser eine Anzahl von Elektroden angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt des Ladungsspdchermediums (10; 20; 40; 75; 110; 120; 130) unterhalb der Elektroden (12, 13; 22 a bis 22«, 23 a bis 23 n, 24 a bis 24 η; 42 α bis 42 η, 43 α bis 43«, 44 α bis 44«; 72, 73; 113; 122 bis 124; 132 β bis 132 η, 133 α bis 133«, 134 α bis 134«) einen einzigen Leitungstyp aufweist, und daß die an die Elektroden angelegten Spannungen derart gewählt sind, daß sich örtliche Verarmungsbereiche innerhalb des Speichermediums unterhalb aufeinanderfolgender Elektroden überlappen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch drei voneinander getrennte Leiter (22', 23' und 24'), welche zur Zuführung der sequentiellen Spannung jeweils mit einer verschiedenen Elektrode aus einer Folge von jeweils drei Elektroden verbunden sind, wodurch örtliche Verarmungsbereiche an den Speicherplätzen innerhalb des Mediums gebildet werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbleitermaterial Silizium und als Isoliersclvcht Siliziumoxid vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (33) zur Wiedereingabe des von einem Speicherplatz abgetasteten Informationssignals in den ersten Speicherplatz.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (35) zur Einspeisung der Minoritätsträger.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (35) zur Einspeisung der Minoritätsladungsträger eine Einrichtung zur Erzeugung einer auf den Halbleiterkörper gerichteten Strahlung enthält.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einspeisung der Minorilätsladungsträgcr einen pn-übergang aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einspeisung der Minoritätsladungsträger eine Metall-Isolator-Halbleitervorrichtung (25) enthält.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung eine kapazitive BriickcnschalUiii;'. (52) zur Messung von Ladungen der Halblcilcrkapazität unterhalb der jeweiligen Elektroden aufweist.
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansnriichc 1 bis 4, dadurch eekennzeichnct, daß die Abtasteinrichtung zwei benachbarte Elektroden (56, 57), eine Einrichtung zur Verbindung der Elektroden mit einem VVechselslrom (55) sowie eine Einrichtung zur Ermittlung der übertragenen Ladung enthält
11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in einem Abstand von annähernd 3 ism angeordnet sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenlänge in Übertragungsrichtung gleich der oder kleiner als die Dicke der Isolierschicht ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 2 zur Verwendung als Vielkanal-Schieberegister, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Metallelektrodengruppen auf der Oberfläche der Isolierschicht vorgesehen ist, wobei jede Elektrodengruppe einen Kanal des Schieberegisters bildet (Fig. 7).
DE2107022A 1970-02-16 1971-02-15 Ladungsübertragungsvorrichtung Granted DE2107022B2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US1154170A 1970-02-16 1970-02-16
US4720570A 1970-06-18 1970-06-18

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2107022A1 DE2107022A1 (de) 1971-11-18
DE2107022B2 DE2107022B2 (de) 1975-02-06
DE2107022C3 true DE2107022C3 (de) 1979-02-08

Family

ID=26682511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2107022A Granted DE2107022B2 (de) 1970-02-16 1971-02-15 Ladungsübertragungsvorrichtung

Country Status (13)

Country Link
US (1) US3700932A (de)
JP (1) JPS5221334B1 (de)
KR (1) KR780000480B1 (de)
BE (1) BE762945A (de)
CA (1) CA952231A (de)
CH (1) CH541206A (de)
DE (1) DE2107022B2 (de)
ES (1) ES388719A1 (de)
FR (1) FR2080529B1 (de)
GB (1) GB1340619A (de)
IE (1) IE35104B1 (de)
NL (1) NL167804C (de)
SE (1) SE377507B (de)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3896484A (en) * 1970-10-06 1975-07-22 Nishizawa Junichi Intrinsic semiconductor charge transfer device using alternate transfer of electrons and holes
US4347656A (en) * 1970-10-29 1982-09-07 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method of fabricating polysilicon electrodes
BE793094A (fr) * 1971-12-23 1973-04-16 Western Electric Co Dispositif de formation d'images a transfert de charge
US3869572A (en) * 1971-12-30 1975-03-04 Texas Instruments Inc Charge coupled imager
JPS4938613A (de) * 1972-08-11 1974-04-10
GB1457253A (en) * 1972-12-01 1976-12-01 Mullard Ltd Semiconductor charge transfer devices
US3774167A (en) * 1972-12-29 1973-11-20 Gen Electric Control logic circuit for analog charge-transfer memory systems
US3991277A (en) * 1973-02-15 1976-11-09 Yoshimutsu Hirata Frequency division multiplex system using comb filters
NL179426C (nl) * 1973-09-17 1986-09-01 Hitachi Ltd Ladingoverdrachtinrichting.
GB1442841A (en) * 1973-11-13 1976-07-14 Secr Defence Charge coupled devices
US4038565A (en) * 1974-10-03 1977-07-26 Ramasesha Bharat Frequency divider using a charged coupled device
US3985449A (en) * 1975-02-07 1976-10-12 International Business Machines Corporation Semiconductor color detector
US4156818A (en) * 1975-12-23 1979-05-29 International Business Machines Corporation Operating circuitry for semiconductor charge coupled devices
CA1101993A (en) * 1976-04-15 1981-05-26 Kunihiro Tanikawa Charge coupled device
US4103347A (en) * 1976-10-29 1978-07-25 Texas Instruments Incorporated Zig-zag sps ccd memory
DE2743245A1 (de) * 1977-09-26 1979-04-05 Siemens Ag Ladungsgekoppeltes bauelement
US4692993A (en) * 1978-12-05 1987-09-15 Clark Marion D Schottky barrier charge coupled device (CCD) manufacture
US4285000A (en) * 1979-03-12 1981-08-18 Rockwell International Corporation Buried channel charge coupled device with semi-insulating substrate
US4535349A (en) * 1981-12-31 1985-08-13 International Business Machines Corporation Non-volatile memory cell using a crystalline storage element with capacitively coupled sensing
US4688067A (en) * 1984-02-24 1987-08-18 The United States Of America As Represented By The Department Of Energy Carrier transport and collection in fully depleted semiconductors by a combined action of the space charge field and the field due to electrode voltages
US4746622A (en) * 1986-10-07 1988-05-24 Eastman Kodak Company Process for preparing a charge coupled device with charge transfer direction biasing implants
US5516716A (en) * 1994-12-02 1996-05-14 Eastman Kodak Company Method of making a charge coupled device with edge aligned implants and electrodes
US5556801A (en) * 1995-01-23 1996-09-17 Eastman Kodak Company Method of making a planar charge coupled device with edge aligned implants and interconnected electrodes
US5719075A (en) * 1995-07-31 1998-02-17 Eastman Kodak Company Method of making a planar charge coupled device with edge aligned implants and electrodes connected with overlying metal

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL241706A (de) * 1958-08-04
US3473032A (en) * 1968-02-08 1969-10-14 Inventors & Investors Inc Photoelectric surface induced p-n junction device
NL174503C (nl) * 1968-04-23 1984-06-18 Philips Nv Inrichting voor het overhevelen van lading.
NL155155B (nl) * 1968-04-23 1977-11-15 Philips Nv Inrichting voor het omzetten van een fysisch patroon in een elektrisch signaal als functie van de tijd, daarmede uitgevoerde televisiecamera, alsmede halfgeleiderinrichting voor toepassing daarin.

Also Published As

Publication number Publication date
FR2080529B1 (de) 1976-04-16
IE35104B1 (en) 1975-11-12
GB1340619A (en) 1973-12-12
KR780000480B1 (en) 1978-10-24
NL167804C (nl) 1982-01-18
US3700932A (en) 1972-10-24
JPS5221334B1 (de) 1977-06-09
NL7101992A (de) 1971-08-18
ES388719A1 (es) 1973-05-16
CH541206A (de) 1973-08-31
DE2107022B2 (de) 1975-02-06
NL167804B (nl) 1981-08-17
BE762945A (fr) 1971-07-16
IE35104L (en) 1971-08-16
DE2107022A1 (de) 1971-11-18
CA952231A (en) 1974-07-30
FR2080529A1 (de) 1971-11-19
SE377507B (de) 1975-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2107022C3 (de)
DE2107037C3 (de)
DE2551795C2 (de) Ladungsübertragungseinrichtung zur Verwendung in einem Bildaufnahmegerät
DE2439799C2 (de) Ladungsgekoppelte Anordnung, insbesondere Bildsensor
DE2705503C3 (de) Halbleiterspeicheranordnung
DE2919522A1 (de) Ladungsuebertragungs-bauelement
DE2359720C2 (de)
DE2412699A1 (de) Halbleiteranordnung
DE2842346A1 (de) Bildabtaster in festkoerpertechnik
DE2252148C3 (de) Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrem Betrieb
DE2722538A1 (de) Ladungsgekoppelte halbleitervorrichtung
DE3938302C2 (de)
DE2216060C3 (de) Ladungsgekoppeltes Bauelement mit einem planaren Ladungsspeichermedium
DE2543615A1 (de) Regenerierstufe fuer ladungsverschiebeanordnungen
DE2039955A1 (de) Ladungsspeicheranordnung
DE69030227T2 (de) Ladungsverschiebeanordnung mit mäanderförmigem Kanal
DE2657511A1 (de) Monolithisch integrierbare speicherzelle
DE2500909A1 (de) Verfahren zum betrieb einer ladungsverschiebeanordnung nach dem charge-coupled-device-prinzip (bccd)
DE2151898B2 (de) Ladungstransporteinrichtung
DE2107110A1 (de) Informations-Speicherbaueinheit
DE2638942C2 (de) Ladungsgekoppelte Anordnung
DE2223341C3 (de) Speicherelement und daraus aufgebaute dynamische Randomspeicher
DE2624409C2 (de) Schottky-Transistor-Logik-Anordnung
DE2158605C3 (de) Ladungsgekoppelter Halbleiter-Datenspeicher
DE2430947A1 (de) Halbleiter-speicher- beziehungsweise logikeinheit

Legal Events

Date Code Title Description
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)