DE2107037C3

DE2107037C3 -

Info

Publication number: DE2107037C3
Application number: DE2107037A
Authority: DE
Inventors: Dawon Bridgewater Township Kahng; Edward Haig Murray Hill Nicollian
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1970-02-16
Filing date: 1971-02-15
Publication date: 1978-11-30
Also published as: IE35096L; ES388720A1; IE35096B1; CA1073551A; FR2080528B1; CH535474A; FR2080528A1; GB1340620A; DE2107037B2; JPS4938071B1; SE378928B; BE762946A; NL154874B; US3651349A; JPS461220A; DE2107037A1; NL7101993A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsübertragungsvorriehtung der im Oberbegriff des Anspruchs I näher bezeichneten Art.

»5 Es sind Halbleitervorrichtungen bekannt (niederländische Offenlegungssehrift ft S05 705), die aus einer Kette von bipolaren Transistoren oder Feldeffekttransistoren aufgebaut sind, wobei die Drainelektrode jedes Transistors mit der Sourceelektrode des nächstfolgenden Transistors verbunden ist und zwischen der Drain- und Gateelektrode jedes Transistors ein Kondensator angeordnet ist. Die Gateelektroden jedes zweiten Transistors der Kette sind parallel geschaltet, wodurch zwei Steuereingänge der Halbleitervorrichlung gebildet werden, die über jeweils eine 'Taktleitung mit gegenphasigen 'Taktsignalen bzw. Taklspai:- nungen beaufschlagt werden. Wird der I lalbleitervorrichtung ein Eingangssignal in Form von Ladungen zugeführt, so werden diese Ladungen bei jedem Takt von Kondensator zu Kondensator weiter geschoben und dabei kurzzeitig gespeichert. Infolge dieser Funktionsweise v.erden die erwähnten Halbleitervorrichtungen als »Eimerkettenschaltungen« bezeichnet.
Obwohl es grundsätzlich möglich ist, Eimerkettenschaltungen aus diskreten Elementen aulzubauen, haben diese eine praktisehe 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, undilfundierten Oberflächenbereiche ((iatezonen) des Substrates mit Anschlußelektroden versehen. Zur Schaffung der Kondensatoren werden die Gateelektroden /u jeweils einer diffundierten Zone hin verlängert, so daß die Überlappungskapazität zwischen jeder diffundierten Zone und dem darüberliegenden Teil der betreffenden Gateelektrode den gewünschten Kondensator bildet. Neben den Eimerkettenschaltungen gibt es integrierte Halbleitervorrichtungen (prioritätsgleiche deutsche Offenlegungssehrift 2 107 022), bei denen ein Eingangssignal in Form von beweglichen Raumladungen in Potentialminima (»Potcntiahnulden«) des Oberflächenpotentials jines Halbleitersubstrates gespeichert und durch Verschieben der Potentialmulden längs der Substratoberfläche übertragen wird. Zur Lrzeugung der Potentialmulden ist die Substratoberfläehe mit einer Vielzahl von hintereinanderliegenden Elektroden versehen, von denen jede dritte Elektrode

parallel geschaltet ist, so daß drei verschiedene Steuereingange der Halbleitervorrichtung gebildet werden, die über jeweils eine Taktleitung mit einer Phasenspannung einer 3phasigen Taktspannui g beaufschlagt werden. Eine 3phasige Taktspannung ist erforderlich, um eine definierte Übertragungsrichtung für das Eingangssignal zu schaffen. Halbleitervorrichtungen des letztgenannten Typs werden als »ladungsgekoppelte Schaltungen« bezeichnet, die mit den Eimcrkcttenschriltungen unter dem Oberbegriff der »Ladungsübertragungsvorrichtungen« zusammengefaßt werden.

Im Vergleich mit den Eimerkettenschaltungcn besitzt die ladungsgekoppelte Schaltung des vorstehend erläuterten Typs zwar den Vorteil einer einfacheren Herstellung, da eine Diffusion von Drain- und Sourcezonen entfällt, doch sind an Stelle von zwei Takticitungen drei verschiedene Taktleitungen erforderlich, was wiederum einen erhöhten Her: '.ellungsaufwand erforderlich macht und in vielen Anwendungsfüllen unerwünscht ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine ladungsgekoppelte Schaltung zu schaffen, welche nur zwei verschiedene Taktleitungen benötigt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs I angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Ladungsübcrtragungsvorrichtung nach Anspruch I sind in den Ansprüchen 2 bis K gekennzeichnet.

Durch die Ausbildung von asymmetrischen Potentialmulden besitzen die erfindungsgemüLien Ladungsüberlragungsvorrichtungen eine durch die Asymmetrie bestimmte Übertragungsrichtung, so daß in gleicher Weise wie bei den Eimerkcltcnschallungen gegenphasige Taktspannungen an Stelle von 3phasigen Taktspannungen verwendet werden können. Gegenüber den Eimcrkettenschaltungcn /eidinet sich die erfindungsgemüße Ladungsübertragung vorrichtung durch geringere Übertraglingsverluste und höhere Betriehsfrequeuzen aus.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Hs zeigt

Hg. I einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ladungsübcrtragungsvorrichtung,

Hg. 2 einen Längsschnitt durch die Ladungsübertragungsvorrichtung nach Fig. I, wobei der Verlauf des Oberfläehenpotentials angedeutet ist,

Fig. 3 den zeitlichen Verlauf von gegenphasigen Tüktspannungen für die Ladungsübcrtragungsvorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Ladungsübertragungsvorrichtung,

Fig. 5 und (t Längsschnitte durch die Ladungsübertragungsvorrichtung nach F i g. 4 mit dem Verlauf des Oberfläehenpotentials zu verschiedenen Taktzeitpunkten, und

Fig. 7 ein Blockschaltbild für eine zweidimensionale Zusammenschaltung von erfindungsgemäßen Lad u ngsu he rtragungs vor richtungen.

I ig. 1 zeigt die einfachste Form einer eründungsgcmaUcu Laduiigsübcriragungsvorrichtung des Typs der ladungsgekoppelten Schallungen mit /wci verschiedenen Taktleitungen. Die Vorrichtung 10 ist in integrierter Schaltkreistechnik aufgebaut und umfaßt einen Halbleiterkörper 11 eines erstren Leiiungstyps (im vorliegenden Beispielsfalle mit N-Leitung), auf dessen Oberfläche eine Isolierschicht 12 mit ungleichförmiger Dicke aufgebracht ist. Auf der Isolierschicht 12 liegt eine Vielzahl von Elektroden 13« bis 13», 14a bis 14/i, wobei jede dieser Elektroden einen in bestimmter Weise abgestuften Oberflächenbereich der Isolierschicht 12 überdeckt. Wie aus Fig. 1 deutlich ersichtlich ist, weist jeder dieser abgestuften Bereiche der Isolierschicht 12 drei verschiedene Dicken auf. Die Elektroden 13« bis 13/i sind mit einer ersten Taktleitung 13' und die Elektroden 14« bis 14/i mit einer zweiten Taktleitung 14' verbunden, wobei die Taktleitungen 13'und 14'über jeweils einen Anschluß

»5 13" bzw. 14" mit einem Taktgenerator 31 (Fig. 2) verbunden sind, der die Taktleitungen 13'und 14'mit gegenphasigen Taktspannungen <f\ bzw. φ-, (Fig. 2, 3) speist.

Die Vorrichtung nach Fig. i umfaßt ferner einen Eingangsteil mit einer Elektrode 15, die mit einem Eingangsanschluß 16 verbunden ist und einen verhältnismäßig dünnen Abschnitt der Isolierschicht 12 überdeckt. Über die Elektrode 15 werden Minoritätsladungsträger im Überschuß in den darunter liegen-

^a5 den Bereich des Halbleiterkörpers 11 injiziert. Diese injizierten Ladungsträger stellen das von der Vorrichtung 10 zu übertragende Inl'ormationssignal dar, wobei der Übertragungsmechanisinus durch die eingangs bereits erwähnten Potentialmulden gekennzeichnet

wird, die bei Beginn der Übertragung unter der Elektrode 13« induzier! werden. Dieser Übertragungsmechanismuswirdan Hand von Fig. 2 noch näher erläutert.

An dem der Elektrode 15 entgegengesetzten Lude der Ladungsübertragungsvorrichtung 10 weist diese einen Ausgangsteil auf, welcher eine in dem N-Ieilenden Hulbleiterköprer 11 eingebettete P-Ieitende Zone 17, eine mit der Zone 17 kontaktierte Elektrode 16 und eine Serienschaltung aus einer Batterie 18 und einem an Masse führenden Widerstand 19 aufweist. Ein Ausgangsanschluß 20 zwischen der Batterie 18 und dem Widerstand 19 dient zur Anzeige von überschüssigen Minoritätsladungsträgern, die in einer Potentialmulde unter der Elektrode 14// vorliegen könneu.

Die der Isolierschicht 12 entgegengesetzte Oberfläche des Halbleiterkörpers 11 ist mit einer auf Erdpotcntial liegenden Metallelektrode 21 versehen. An Stelle von Erdpotential könnte der Halbleiterkörper auch auf einem anderen festen Bezugspotential liegen, sofern die Mittellage der Taklspannungen auf dieses Bezugspotential justiert wird. Es ist lerner möglich, den Halbleiterkörper 11 auf unbestimmten (»schwimmendem«) Potential zu halten.

Fig. 2 dient zur Erläuterung der Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten Ladungsubertragungsvorrichtung, deren Taktleitungen 13' und 14' mit Taktspannungen φ_] bzw. φ-, gemäß Fig. 3 angesteuert werden. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist als Bezugspotential der inipulsförmigen Taktspannungen eine negative Vorspannung \'_H gewähilt, um sämtliche Elektroden 13« bis 13//, 14« bis 14/i negativ vorzuspannen. Hierdurch wird eine Hache Verarmungsschicht in der gesamten Ladimgsübertragungsvorrichtung 10

Sj in jedem Zeitpunkt gebildet, wodurch die Rekombination /wischen den übertragenen Ladungsträgern und Haftstcllcn an der Berührungsfläche zwi'.chen dem Halbleiterkörper 11 und der Isolierschicht 12

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verringert und dadurch der (Jhertragungswirkuiigs- siigi und nach links erschwert wird,

grad erhöht wird. Diese Rekomhinationsgefahr an eier Nach Ahlaul von /i-l'erioden der Taktspamuingcn

lierührungsfliiche /wischendem I lalbleiterkörper Il befinden sich die Minoritatsladungsirager in dei Po-

iinil iler Isolierschicht 12 besteht insbesondere bei dci tentiahmildc unterhalb der lel/lcn Elektmdc 1 -l/r. Da

Verwendung von Sili/iiim als 1 lallilcitei'material fur 5 die Batterie IH übet die Elekliode Hi den I'N-lbei-

den Halbleiterkörper 11 und Sili/iumdio.xid als Iso- gang/wischen der/one 17 und dem umgebenden Bc

licrmatcrial fur die Isolierschicht 12. Selhslversiiind- reich des I lalbleiterkorpers 11 in Sperrichlung vor-

lich kann bei Verwendung von llalbleitci und Iso- spannt, bildet sich unterhalb der /one 17 cm

lierwerkstolfen. die eine weniger große Rekombina- Verarniung'-hcrcich 37 aus. welcher ilen \ eraiimmgs-

tionsgefahi mit sich bringen, auf die negative io bereich 34/; unterhalb der Elektrode 14/; teilweise

Vorspannung \'_li verzichtet und di'.· Mittellage der überlappt Dadurch gelangen die Minoritätsladungs-

Taktspannungen auf 0 Volt eingestellt werden. Hager wahrend der anschließenden Periode der I akl-

In I-ig. 2 sind mit gestrichelter Linie die (Iren/en spannungen von dem Vcrarmungshereich 34/i in ilen

33« bis 33/.', 34;: bis 34.'! der Verarmiingslu-reichr Verai mungsbeicich 37 und sammeln sich an dem

!ingedeutet, die indem Halbleiterkörper 11 ausgebil- >5 PN-I Miergang /wischen der /one !7 und dem HaIh-

ilet sind, wenn die Taktspannung φ_ί ihren negativen leiteikorper 11. Diese l.adungsträgeransammlung

Scheitelwert \\ und die Takispannung φ-, ihre Aus- entspricht tier Ansammlung von Ladungsträgern an

gangslage I „ erreicht haben. Die Tiefe der Verar- dem Kollektor-Basisuhergang eines üblichen Transi-

mungsbcreiche unterhalb der Berührungsfläche /wi- stors.

sehendem Halbleiterkörper 11 und der Isolierschicht 20 Infolge der erwähnten l.adungsträgcransammlung

12 hängt von dein Betrag der jeweils an die darüber- Hießt ein Strom über die Mattel ie und den Widerstand

liegende Elektrode angelegten Taktspannung sowie 19 auf Masse, was sich durch eine entsprechende

von der Dicke der Isolierschicht 12 unterhalb der be- Spannungsanderimg an dem Ausgangsanschluß 20

treffenden Elektrode ah. Und zwar stimmt der Poten- äußert. Diese Spannungsänderung stellt das Aus-

tialverlauf unterhalb jeder Elektrode in etwa mit dem 25 gangssignal tier l.aduiigsubcrtragungsvorrichuing 10

abgestuften Verlauf der betreff jnden Elektrode über- dar.

ein, da die Kapazität und damit das Oherflächenpo- Aus dem Vorsichemlen ergibt sich, daß die eil inte η t i a I von dem Abstand zwischen den Elektroden diingsgemäße l.adungsühertragungsvorrichtung als 13« bis 13//, 14« bis 14/i und 21 abhängt. Wie aus Schiebeiegisler verwendet werden kann. Das Heispiel I-ig. 2 deutlieh ersichtlich ist. ist der Verlauf des Ver- 30 eines Schieberegisters wurde gewählt, da aus diesem armungshereichs unterhalb jeder Elektrode asymme- viele Arten von logischen Bauelementen. Speichertrisch. wodurch ein Potentialgefälle in tJnertragungs- bauelementen und Verzögerungsleitungen hergestellt richtung festgelegt wird. werden können. Hs ist beispielsweise möglich, an ir-

Es sei angenommen, daß dem Eingangsaiischluß 16 gendeincr Elektrode. /. B. 14/ in das Schieberegister ein Informationsimpuls zugeführt wird, durch welchen 35 einzugreifen und eine Einkopplung oder Auskoppin dem Halbleiterbereich unterhalb der Elektrode 15 lung von Inlorinationssignalcn durchzuführen, ferner eine Anzahl von Minoritätsladungsträgern (Löcher; kann zur Vergrößerung der Speicherdauer bzw. Verin Fig. 2 mit » + « angedeutet) injiziert wird. Da der /ögerungsdauer oder zur Signalregenerierung das Verarmungsbereieh 35 unterhalb der Elektrode 15 Ausgangssignal der erfindungsgemäßen Ladungsden Verarmurigshereich bzw. die Potentialmulde 33« %o uhertragungsvorrichtunii mit dem Eingangsteil über unterhalb der Elektrode 13« überlappt, werden die eine geeignete Regenerierschaltung verbunden werinji/.if.Tten Minoritätsladungsträgcr zu der tiefsten den. wodurch ein Rückzirkulationshetrieb möglich ist. Stelle der Potentialmulde 33«, d. h. die Stelle mit dem Die in lig. 1 und 2 dargestellte Abstufung der Isonegativsten Potential unterhalb des mittleren Ab- lierschicht unterhalb jeder Elektrode in drei Stufen schnittestier Elektrode 13«gezogen und dort so lange 45 ist nicht unbedingt erforderlich; vielmehr kann auch gespeichert, bis die Taktspannungen ihren Betrag an- eine zweistufige Gestaltung vorgesehen werden. In dem. diesem EaIIe wird auf den am weitesten rechts liegen-

Wenn in der darauf folgenden Taktspannungspe- den Abschnitt jeder Elektrode verzichtet. Die Funk-

riode die Elektroden 14« bis 14/; auf das Potential tionsweise einer derartigen Ladungsübertragungsvor-

l\ und die Elektroden 13« bis 13// auf das weniger 50 richtung wurde dem vorstehend erläuterten Betrieh

negative Potential V₁₁ gelegt werden, bewegen sich der Ladungsübertragungsvorrichtung mit einer drei-

die Minoritätsladungsträgcr von der sich verkleinern- stufigen Isolierschicht entsprechen,

den Potentialmulde unterhalb der Elektroden 13a in Die Wahl einer zweistufigen oder dreistufigen Iso-

dic nunmehr tiefere Potentialmulde unterhalb der lierschicht ergibt sich aus den nachstehenden Krite-

Elektrode 14«, und zwar dort in den Halbleiterbereich 55 rien. Die Bewegung von Ladungsträgern in einem

unterhalb des Mittellabschnittes der Elektrode 14«. Halbleiterkörper ertolgt auf zwei verschiedene Arten

Damit ist das Informationssignal um einen Schritt in- nämlich durch Drift oder durch Diffusion. Eine La-

ncrhalbder Ladungsübertragungsvorrichtung 10 wei- dungsträgerdrift wird durch ein äußeres elektrische;

!ergeschoben worden. Dieser Vorgang wiederholt sich Feld verursacht, während eine Ladungsträgerdiffusior

bei jeder Periode der Taktspannungen. 60 eine zufällige Bewegung von Stellen größerer La·

Wie schon en, ahnt, wird durch die asymmetrische dungsdichte zu Stellen geringerer Ladungsdichte dar

Form der Potentialmulden eine eindeutige Übertra- stellt. Bei einer zweistufigen Isolierschicht kann untei

gungsrichtung (im gezeigten Beispielsfallc eine Über- bestimmten extremen Bedingungen die Diffusions·

tragung nach rechts) geschaffen. Wie aus Fig. 2 dcut- komponente nach links die Driftkomponente nacr

lieh entnehmbar ist. ist das Potential im rechten Teil 65 rechts übersteigen. Die Wahrscheinlichkeit für da:

jedes Verarmungsbereichs stets negativer als das Po- Auftreten dieser Erscheinung ist im Falle einer drei

lenlial im linken Teil des Verarmungsbereichs, so daß stufigen Isolierschicht wesentlich geringer, da dei

eine I aduugstragcriibertragung nach rechts begun- rechte Abschnitt jedct Potentialmulde unterhalb de

am weitesten rechts gelegenen Teils jeder Elektrode ein bevorzugtes Diffusionsleck nach rechts, d. it. n\ der gewünschten Übertragungsrichtung hervorruft.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausfuhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtung, bei dem sich benachbarte, auf einer ungleichförmig dicken Isolierschicht angeordnete Elektroden teilweise überlappen. Diese Ausführungsform ist für eine Reihe von Anwendungsfällen besonders vorteilhaft, da die Überlappung ^Jo benachbarter Elektroden zum einen die Schwierigkeiten bei der Herstellung eng benachbarter Elektroden auf einer ebenen Oberfläche verringert und zum anderen die Kopplung benachbarter Potentialmulden erleichtert, was die Übertragung von Ladungsträger- *5 paketen von einer Potcntialmulde zu der nachfolgend benachbarten Potentialmulde in der gewünschten Übertragungsrichtung verbessert.

Die Ladungsübertragungsvorrichtung 40 nach Fig. 4 umfaßt wiederum einen Halbleiterkörper 41 ^ϊ0 eines ersten Leitungstyps (im dargestellten Bcispielsfalle N-Leitung), der von einer gleichförmig dicken Isolierschicht 42 überdeckt ist. Auf der Isolierschicht 42 sind eine Vielzahl von Elektroden 43a bis 43«, 44« bis 44h angeordnet, wobei, wie erwähnt, sich be- ^a5 nachbarte Elektroden teilweise überlappen. Zur Ausbildung einer Abstufung der Isolierschicht unterhalb der Elektrode sind auf der Isolierschicht 42 zusätzliche Isolierahschnitte 45a bis 45«, 46a bis 46« vorgesehen, die sich zwischen den sich überlappenden Elek- 3» Irodenabschnitten befinden, wodurch die sich überlappenden Abschnitte voneinander isoliert sind. Die Ladungsübjrtragungsvorrichtungnach Fig. 4 enthält ferner in gleicher Weise wie die Ladungsübertragungsvorrichlung nach Fig. 2 einen Eingangsteil mit einer an eine Eingangselektrode 48 angeschlossenen fiingangselektrodc sowie einen Ausgangsteil mit einer P-Ieitenden Zone 49, einer Batterie 50, einem auf Masse liegenden Serienwiderstand 51 und einem Ausgangsanschluß 52. Weiterhin ist jeweils jede 4» /weite Elektrode mit einer der Taktleitungen 43' bzw. 44' verbunden, an deren Anschlüsse 43" bzw. 44" die in Fig. 3 dargestellten Taktspannungen ^, bzw. φ₂ durch einen Taktgenerator 31 (Fig. 5 und 6) angelegt werden.

Die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels nach I- ig. 4 wird an Hand von Fig. 5 und 6 erläutert. Ähnlich wie in Fig. 2 sind auch in Fig. 5 die Grenzen der Verarmungsbereiche innerhalb des Halbleiterkörpers 41 mit gestrichelten Linien 63a bis (sin, 64« bis 64 π für eine Taktspannungslage eingezeichnet, bei der die Taktspannung /, ihren negativen Scheitelwert V_n und die Taktspannung φ₂ ihre Ausgangslage V_B erreicht haben. Die Gründe für die unterschiedliche Tiefe der Verarmungsbereiche sind die gleichen wie bei dem Ausfiihrungsbeispiei nach Fig. 1 und 2.

Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform sind die Ausgangslage V₈ der Taktspannungen und die unterschiedlichen Dicken der Isolierschicht unterhalb der Elektroden so aufeinander abgestimmt, daß *o die negative Taktspannung V_B nicht ausreicht, um unterhalb dem linken, auf einer dickeren Isolierschicht liegenden Abschnitt jeder Elektrode einen Verarmungsbereich zu bilden. Hierdurch entstehen zwischen den benachbarten Verarmungsbereichen 63a und 64a, 63b und 64fr usw. potentialfreie Zwischenräume, die eine Ladungsträgerdiffusion nach links vollständig verhindern.

Wie aus Fig. fi ferner hervorgeht, werden die unuihalbderEingangselcktrode 47 injizierten positiven Ludungen bzw. Minoritätsladungsträger unmittelbar in den ersten Verarmungsbereich 63« geschoben und dort gespeichert, solange die Taktspannung ^₁ auf ihrem negativen Schcitelwert V_n lieg).

Fig. 6 zeigt den Verlauf der Verarmungsbereiche 63a bis 63«, 64a bis 64/i während eines Wechsels der Taktspannungen, d. h.. zu dem Zeitpunkt, wenn die Taktspannung /, von dem Wert V_n auf den Wert V₁₁ und die Taktspannung φ₂ von dem Wert V₈ auf den Wert V_n wechseln. In diesem Zeitpunkt werden die vorstehend erwähnten potentialfreien Zwischenräume zwischen den Verarmungsbereichen 63a und 64a, 636 und 64b usw. überbrückt, während zwischen den Verarmungsbereichen 64a und 63i>, 64b und 63c, ... 64w — 1 und 63« potentialfreie Zwischenräume gebildet werden. Diese abwechselnde Entkopplung und Kopplung von Verarmungsbereichen infolge Bildung oder Rückbildung von potentialfreien Zwischenräumen begünstigt die Ladungsträgerübertragung nach rechts und erschwert eine Ladungsübertragung nach links. Hierdurch wird der Effekt der asymmetrischen Ausbildung der Potentialmulden, eine Vorzugsübertragungsrichtung zu schaffen, weiterhin verstärkt.

Die Darstellung der in Form von Minoritätsladungsträgern übertragenen Informationssignale am AusgangsanschluU 52 durch den Ausgangsteil 49, 50, 51 erfolgt in gleicher Weise wie bei der Ladungsübertragungsvorrichtung nach Fig. 2 und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.

Fig. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer zweidimensionalen Anordnung von erfindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtungen. Insbesondere stellt jede aus mehreren Blöcken 106 bestehende Zeile eine Folge von Elektroden dar, wie sie bei den Ladungsübertragungsvorrichtungen nach Fig. 1, 2, 4 bis 6 vorgesehen sind. Die Blöcke 106 repräsentieren somit jeweils eine Elektrode 13a bis 13«, 14a bis 14« bzw. 43a bis 43«, 44a bis 44« und sind in gleicher Weise wie diese alternierend mit den Taktleitungen 101 und

102 verbunden. Durch Beaufschlagung beispielsweise der obersten Zeile mit den gegenphasigen Taktspannungen eines Taktgenerators 31 wird der Zeileninhalt herausgeschoben und sequentiell durch einen Detektor 107 in Form eines geeigneten Ausgangssignals angezeigt. Diese Verschiebung des Inhaltes der obersten Zeile beeinflußt nicht den Inhalt der in den anderen Zeilen gespeicherten Informationssignale, da die Zeilen nur über eine gemeinsame Taktleitung, nämlich die Taktleitung 102 verbunden sind. Nachdem der In halt der obersten Zeile vollständig herausgeschoben und angezeigt ist, wird der Taktgenerator 31 in nicht dargestellter Weise mit den Taktleitungen 102 und

103 verbunden und auf diese Weise der Inhalt der zweiten Reihe herausgeschoben und angezeigt. Zur Umschaltung des Taktgenerators 31 auf die verschiedenen Taktleitungen können eine Vielzahl von geeigneten Schaltungsvorrichtungen verwendet werden.

Die in Fig. 7 dargestellte zweidimensionale Schaltungsanordnung kann bevorzugt als Aufnahmeröhre in einer Fernsehkamera verwendet werden. Bei dieser Anwendungsform stellt jede aus einer Vielzahl von Blöcken 106 bestehende Zeile eine Rasterzeile des Fernsehsystems dar. Jede Rasterzeile wird elektronisch durch serielle Übertragung der auf photoelektrischem Wege erzeugten Ladungsträgerpakete zu ei-

nem geeigneten Detektor am Ende der Zeile ausgelesen. Das gewünschte Fernsehbild kann dann durch sequentielle Auslesung jeder Rasterzeile zusammengesetzt werden. Ebenso kann die in Fig. 7 dargestellte Anordnung auch als Bildwiedergabevorrichtung verwendet werden.

Zur Herstellung der ertindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtungen können die aus der integrierten Schaltkreistechnik bekannten Verfahren und Werkstoffe verwendet werden. Beispielsweise kann als Material für den Halbleiterkörper Silizium und als Material für die Isolierschicht Siliziumdioxid, Mischungen aus Siliziumdioxid und Siliziumnitrid oder aus Siliziumdioxid und Aluminiumoxid u. dgl. vorgesehen werden. Als Material für die Elektroden kommen Gold, Aluminium, Platin, Molybdän, Titan oder Legierungen aus den genannten Werkstoffen in Frage.

Bei einer ausgeführten Ladungsübertragungsvorrichtung wurde ein Halbleiterkörper aus N-Ieitendem Silizium mit einer Leitfähigkeit von 10 Ohm x cm verwendet. Die aus Siliziumdioxid bestehende Isolierschicht besaß eine Dicke von etwa 1000 bis 2(K)O A für die dünneren Abschnitte und 5000 bis 10000 A für die dickeren Abschnitte. Für die Elektroden wurde Gold oder eine Gold-Platin-Titanlegierung in einer Dicke von 0,1 bis zu einigen Micrometer vorgesehen.

Die Abmessungen der erfindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtungeii sind in weiten Grenzen variabel. Die Abstände zwischen den einzelnen Elektroden sind von der seitlichen Ausdehnung der Verarmungsbeieiche und den gewünschten Betriebsbedingungen abhängig. Bei der ausgeführten (adungsübertnigungsvorrichtung aus N-Ieitendem

»° Silizium mit einer Leitfähigkeit von K) Ohm X cm erzeugte eine Spannung von 15 Volt an einer Siliziumoxidschicht von KKK)A Dicke einen verarmungsbereich von 5/μπι Länge. Der Abstand zwischen den einzelnen Elektroden darf dann nicht mehr als einige

Micrometer betragen. Diese Abstände sind bei den Ausführungsformen nach Fig. 4 bis (> wesentlich weniger kritisch als bei den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 2.

Es versteht sich, daß die erfindungsgemäßen La-

»o dungsübertragungsvorrichtungen von der Wahl bestimmter Halbleiter- und Isolierwerkstoffe und der zugeordneten Technologien nicht abhängig sind und daß die vorstehend beschriebene Verwendung von Silizium lediglich zum besseren Verständnis der Erfin-

•5 dung dient.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ladungsübertragungsvorriehtung mit einem halbleitenden oder isolierenden Ladungsspeichermedium, das einen Bereich zum Einbringen einer steuerbaren Menge von Ladungsträgern eines vorgegebenen Leitungstyps in das Ladungsspeichermedium sowie einen Bereich zum Abtasten der Ladungsträger aufweist, wobei auf dem Ladungsspeichermedium eine Isolierschicht und auf dieser eine Anzahl von Elektroden angebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt des Ladungsspeichermediums (11) unterhalb der Elektroden (13«, 14«) einen einzigen Leitungstyp aufweist und daß die Anordnung und Ausbildung der Elektroden sowie der Isolierschicht (12) derart bezüglich des Ladungsspeichermediums gewählt ist, daß wahrend eines Speicherintervalls der Ladungsübertragungsvorriehtung eine asymmetrische Potentialmulde unter jeder Elektrode gebildet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (12) eine sich ändernde Dicke aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Elektroden (13«, 14« usw.) so gewählt ist, daß sich benachbarte Potentialmulden bei einer bestimmten angelegten Spannung überlappen, welche kleiner ist als die zur Erzeugung eines l.awinendurchbruchs in dem halbleitenden Ladungsspeichermedium (11) erforderliche Spannung, wobei durch eine Überlappung benachbarter Potentialmulden die Übertragung der gespeicherten Ladungsträger von einer Potentialmulde zu der nächsten Potentialmulde in der gewünschten Richtung erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Elektroden (43«, 44«, usw.) sich teilweise ohne gegenseitige Berührung überlappen, wobei ein Teil (45«, 46«, usw.) der Isolierschicht (42) zwischen den Elektroden an den Überlappungsstellcn angeordnet ist (Fig. 4 bis ft).

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode zumindest zwei physikalisch und elektrisch verbundene Abschnitte umfaßt, von denen der erste, der Übertragungsrichtung entgegengerichtetc Abschnitt einen verhältnismäßig dicken Teil der Isolierschicht überdeckt und dabei den anderen Teil der vorangehend benachbarten Elektrode überlappt, während der zweite Abschnitt einen verhältnismäßig dünnen Teil der Isolierschicht überdeckt und dabei unter dem ersten Abschnitt der nachfolgenden benachbarten Elektrode liegt.

ft. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode einen Teil der eine ungleichförmige Dicke aufweisenden Isolierschicht überdeckt, so daß bei Anlegen einer Spannung entsprechender Polung und ausreichender Amplitude an eine beliebige Elektrode in dem hulblciicndcn Ladiüigsspeichermedium (!!) ein asymmetrischer Verarmungsbereich unterhalb der betreffenden Elektrode gebildet wird, wobei die Asymmetrie des Verarmungsbereichs so ausgelegt ist. daß die Übertragung von überschüssigen Minoritätsladungsträgern in der betreffenden Potentialmulde zu einer benachbarten Potentialmulde in der gewünschten Richtung verstärkt und in der entgegengesetzten Richtung verhindert wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch ft, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen benachbarten Elektroden so gewählt ist, daß sich die darunter gebildeten Verarmungshereiche bei einer bestimmten angelegten Spannung schneiden, welche kleiner ist als die zur Erzeugung eines Lawinendurchbruchs in dem halbleitenden Ladungsspeichermedium erforderliehe Spannung.

S. Vorrichtung nach Anspruch ft, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Injektion von überschüssigen Minoritätsladungstrugern in zumindest einem Verarmungsbereich.