DE2144352C2

DE2144352C2 - Ladungsgekoppelte Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE2144352C2
Application number: DE2144352A
Authority: DE
Inventors: William Ernest Scotia N.Y. Engeler; Jerome Johnson Schenectady N.Y. Tiemann
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1970-09-04
Filing date: 1971-09-04
Publication date: 1982-05-27
Also published as: GB1343173A; FR2105252B1; IE35581L; DE2144352A1; IE35581B1; FR2105252A1

Description

Die Erfindung betrifft eine ladungsgekoppelte Halbleitervorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Mit bekannten Halbleitervorrichtungen dieser Art (Beil Lab. Record, Juni/Juli 1970, S. 188-189) können Ladungen nicht nur mittels in oberflächennahen Bereichen des Halbleiterkörper gebildeten Verarmungszonen gespeichert, sondern auch mittels besonderer Überfagungsleitungen von einem Speicherplatz zu einem anderen Speicherplatz transportiert werden. Nicht möglich ist dagegen ein Transport ausgewählter Ladungen durch die Halbleitervorrichtung ohne gleichzeitige Beeinflussung anderer gespeicherter Ladungen. Aus diesem Grund ist die bekannte Halbleitervorrichtung für viele digitale und analoge Anwendiingszwecke ungeeignet.

Der Erfindung liegt di? Aufgabe zugrunde, die bekannte Halbleitervorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß nur ausgewählte elektrische Ladungen übertragen werden, alle anderen elektrischen Ladungen dagegen weiter gespeichert bleiben.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Aufgrund der besonderen Ausbildung und Anordnung der Zellen, der Leiter, der Übertragungskanäle und der Übertragungsleitungen können im Halbleiterkörper der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung Verarmungszonen unterschiedlicher Tiefe ausgebildet und die tieferen Verarmungszonen zur Speicherung, die weniger tiefen Verarmungszonen dagegen zum Transport elektrischer Ladungen benutzt werden. Hierdurch ergibt sich der besondere Vorteil, daß die in den tieferen Verarmungszonen gehalienen Ladungen durch die zum Transport ausgewählter Ladungen benötigten Spannungen bzw. Potentiale nicht wesentlich beeinflußt werden und daher eine selektive Übertragung von Ladungen

ohne Loschung der nicht ausgewählten Ladungen möglich ist. Entsprechend störungsfrei kann auch die Übertragung der ausgewählten Ladungen von den Zellen in die Übertragungskanäle bzw. umgekehrt verlaufen.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigt

Fig. 1 eine teilweise Draufsicht einer ladungsgekoppelten LeiterTsolator-Halbleitervorrichumg mit reihenweise angeordneten Speichereinrichtungen und Übertragungsleitungen zur Übertragung ausgewählter elektrischer Ladungen von einer Stelle zu einer anderen,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Vorrichtung nach F i g. 1 längs der Linie 2-2,

Fi g. 3 einen Teilschnitt der Vorrichtung nach Fi g. 1 längs der Linie 3-3 und

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines adressierbaren elektrooptischen Festkörperwandlers gemäß einer weiteren Ausfiihrungsform der Erfindung.

Jn Fig. 1 ist als Ausführungsform ein Teil einer zweidimensionalen adressierbaren Speicher- und Übertragungsfestkörpervorricr.tung dargestellt, die nach Art einer Leiter-Isolator-Halbleiter-(CIS)-Anordnung aufgebaut ist. Diese Anordnung enthält einen Halbleiterkörper 12 aus einem Halbleiterwerkstoff von im wesentlichen einem elektrischen Leitfähigkeitstyp, beispielsweise aus n-Ieitendem Silicium, über dem sich eine Isolierschicht 13 befindet. Die Isolierschicht kann beispielsweise aus Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid, ferner aus Kombinationen dieser Stoffe oder aus irgendeinem anderen zweckmäßigen isolierwerkstoff bestehen. Die Isolierschicht 13 enthält mehrere Zellen, beispielsweise die Zellen 14 bis 18, die in einer Reihe angeordnet sind, der ähnliche Reihen aus Zellen benachbart sind, [ede Zelle ist in der Isolierschicht 13 als ein Bereich ausgebildet, in dem der Isolierwerkstoff dünner als in den die Zelle umgebenden Wänden ist. Die Zellen können beispielsweise dadurch gebildet wercien, daß der Isolierwerkstoff nach bekannten Verfahren selektiv maskiert und geätzt wird, jede Reihe der Zellen ist von der direkt daneben liegenden Reihe von Zellen durch einen Übenragungskanal getrennt, der in der Isolierschicht 13 gebildet ist. In F i g. 1 sind derartige Übertragungskanäle mit den Bezugszeichen 20 und 21 versehen. In Fig. i sind auch Verbindungsöffnungen 14a bis 18a an der einen Seitenwand jeder der Zellen 14 bis 18 dargestellt, die diese Zellen mit dem Übenragungskanal 20 vei binden. Die Zellen der nächsten benachbarten Reihe haben ähnliche Verbindungsöffnungen, die diese Zellen mit dem Übenragungskanal 21 verbinden. Die Übertragungskanäle 20 und 21 sowie die Verbindungsöffnungen in der einen Seitenwand jeder der Zellen können beispielsweise zur gleichen Zeit Vvie die Ze'lcn gebildet werden. Die Übertragungskanäle und die Verbindungsöffnungen zwischen den Zellen und den Übertragungskanälen haben zweckmäßigerweise die gleiche Tiefe in der Isolierschicht 13, so daß die Zellen, die Übertragungskanäle und die Verbindungsöffnungen alle gleichzeitig gebildet werden können.

Bei der vereinfachten Ausführungsform nach F i g. 1 wird die CIS-Anordnung durch einen über den Zellen der ersten Reihe angeordneten Leiter 22 vervollständigt, der als Ladungs-»Halteleitung« dient. Ähnliche Leiter 23 und 24 sind über den Zellen der zweiten und dritten Reihe angeordnet. Die Leiter 22, 23 und 24 können beispielsweise dadurch gebildet werden, daß auf die Isolierschicht 13 fine durchgehende Schicht aus leitendem Werkstoff aufgebracht wird und daß aus dieser Schicht dann durch entsprechendes Maskieren und Ätzen die Leiter 22, 23 und 24 gebildet werden. Zweckmäßigerweise werden dabei leitende Werkstoffe wie Molybdän, Wolfram, Tantal, Aluminium, Gold, Silber. Platin, Silicium. Germanium und andere von zahlreichen, nicht reagierenden, leitenden und halbleitenden Werkstoffen verwendet.

,ο Die Speicherung von elektrischen Ladungen in der CIS-Anordnung. die in Fig. 1 dargestellt ist, wird aus der folgenden Beschreibung deutlich. Beispielsweise wird ein Halbleiterwerkstoff aus η-leitendem Silicium mit einer Isolierschicht aus pyrolytisch gewachsenem

ig Siliciumdioxid bedeckt, welches eine Dicke von etwa 10 000 Angström aufweist. Die ZtHcnbereiche werden in das Siliciumdioxid bis zu einer Tiefe von etwa 9000 Angström eingeätzt, so daß das Siliciumdioxid über dem Silicium in den Zellenbereichen und den

Jn Kanalbereichen eine Dicke von etwa 1000 Angström aufweist. In den Teilen des Halbleiterkörpers unter den Zellen werden Verarmungsbereiche gebildet, während an anderen Stellen keine Verarmungsbereiche gebildet werden können, da die Spannungen, durch die die

?! VeiarmungsbeTiche gebildet werden, wahlweise an bestimmte Leiter 22, 23 und 24 gelegt werden. Beispielsweise werden bei den oben erwähnten Stärken der Isolierschicht 13 bei einer Sapnnung von 10 Volt zwischen dem Leiter 22 und dem Halbleiterkörper 12

ω Verarmungszonen nur in den Bereichen des Halbleiterkörpers gebildet, die unter den Zellen 14 bis 18 liegen. Dabei kann die wirksame Tiefe der Verarmungszone durch Veränderung der Größe der die Verarmungszone bildenden Spannung oder durch die Dicke der

i". Isolierschicht 13 verändert werden. Ferner kann durch geeignete Wahl des Halbleiterwerkstofles Il die Zahl der durch Tunnelwirkung und Lawinenmultiplikation an der Oberfläche des Halbleiterkörpers ankommenden Minoritätsträger für die vorgesehene Speicherzeit

4ü vernachlässigbar gemacht werden. Da die Verarmungsbereiche auch Minoritätsträger einfangen, die in dem Halbleiterkörper durch thermische Erzeugungs-Rekombinations-Vorgänge vorhanden sind, wird die Speicherzoit in dem Verarmungsbereich so ausgewählt,

4") daß die Minoritätsträger, die an der Oberfläche des Halbleiterkörpers durch thermische I'.rzeugung auftreten, vernachlässigbare Wirkungen hervorrufen. Für Silicium können beispielsweise bei Zimmertemperatur Speicherzeitintervalle der Größenordnung von Millise-

ϊ,) künden oder länger erreicht werden, bevor bei den Tiefen der hier verwendeten Verarmungsbereiche ein Gleichgewicht durch thermische Erzeugung erreicht wird. Wenn.man also sicherstellt, daß keine andere Quelle für Minoritätsträger vorhanden ist, nachdem die

t3 Verarmungsbereichc gebildet worden sind, und wenn man das den Leitern 22, 23 und 24 zugeführte elektrische Potential mit Hilfe einer elektromagnetischen Strahlung, die beispielsweise durch die Pfeile 19 dargestellt ist, steuerbar erzeugt werden. Alternativ

W) können Minoritätsträger durch einen PN-Übergang oder einen Punktkontakt in den Halbleiter injiziert werden.

Wenn ein elektromagnetisches Feld in Form von Strahlung oder eines Bildes auf dem Halbleiterkörper 12

b^r, ajftrifft, dann werden in diesem Minoritätsträger proportional zur Strahlungsdichte erzeugt. Diese Minoritätsträger werden entsprechend dem den Verarmungsbereich bildenden Feld an die Oberfläche des

Halbleiterkörpers übertragen und werden in den Verarmungsbereichen unter den Zellen 14 bis 18 gespeichert. Während Zeitabschnitten, die kürzer sind als die Oberflächengleichgewichizeit, ist die Ladtings menge, die in jedem der Verarmungsberciche gespeichert wird, ein direktes MaB des integrierten örtlichen Strahlungsflusses in der Nachbarschaft des Verarinungsbereichs.

Die Verarmungsbereiche, die unter den Zellen als Folge der an die Halteleitungen angelegten Potentiale entstehen, werden im folgenden »Potentialtöpfe« genannt, da sie Verarmungsbereiche an der Oberfläche des Halbleiterkörpers bilden, die die Fähigkeit aufweisen, Minoritätsträger zu speichern. Der Ausdruck »Potentialtopf« wird auch dazu verwendet, Verarmungsbereiche, die elektrische Ladungen für wählbar veränderliche Zeiten speichern, von solchen Verarmungsbereichen zu unterscheiden, die dazu verwendet werden, elektrische Ladungen zu übertragen und nur zeitweise zu speichern.

Die elektrischen Ladungen, die mit Hilfe elektromagentischer Strahlung, eines PN-Übergangs, eines Punktkontakls oder einer anderen Anregungs-Aufnahme-Vorrichtung in die Potentialtöpfe eingeführt werden. können aus den entsprechenden Potentialtöpfen in einen Übertragungskanal und von dort in eine Ausgangsvorrichtung übertragen werden, während die anderen elektrischen Ladungen weiterhin gehalten oder gespeichert werden. Gemäß der Erfindung wird die Übertragung von allen Ladungen durch eine einzige Gruppe von stetigen Taktübertragungssignalen erreicht, die jedoch nur die ausgewählten elektrischen Ladungen übertragen können und im wesentlichen keine Wirkung auf die elektrischen Ladungen ausüben, die sich in nicht ausgewählten Potentialtöpfen befinden.

Nach Fig. 1 sind mehrere Übertragungsleitungen 25 bis 29 und 31 bis 35 isoliert über den Zellen und Überiragungskanälen angeordnet. Diese Übertragungsleitungen sind im wesentlichen orthogonal zu den Leitern 22, 23 und 24 ausgerichtet und überlappt angeordnet. Die Überlappung der Übertragungsleitungen ist deutlich in Fig. 2 dargestellt, die einen Schnitt längs der Linie 2-2 in F i g. 1 zeigt. Gemäß F i g. 2 enthält eine erste Gruppe von Übertragungiieitungen die Leitungen 25 bis 29 und eine zweite Gruppe von Übertragungsleitungen die Leitungen 31 bis 35. Jede Leitung der ersten Gruppe ist isoliert über den Zellen, den Übertragungskanälen und den dazwischen liegenden Verbindungsöffnungen einer einzigen Zellenreihe angeordnet. Die Leitungen 31 bis 35 überlappen jeweils isoliert die danebenliegenden Leitungen der ersten Gruppe.

In F i g. 3. die einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in F i g. 1 darstellt, ist ein Teil des Übertragungskanals 21 mit den sich überlappenden Übertragungsleitungen dargestellt In Fig.3 ist ferner ein PN-Übergang 40 dargestellt der in dem Halbleiterkörper 12 gebildet ist Der PN-Übergang 40 kann beispielsweise durch Diffusion durch eine Öffnung in der Isolierschicht 13 hergestellt werden, wobei diese Öffnung anschließend dazu verwendet werden kann, einen Kontakt mit dem diffundierten Bereich herzustellen, wie es auch durch den Kontakt 41 angedeutet ist. Der PN-Übergang 40 kann als eine in zwei Richtungen wirkende Abgabe-Aufnahme-Vorrichtung verwendet werden, um elektrische Ladungen in den Halbleiterkörper einzuführen oder Ladungen aus dem Halbleiterkörper zu entfernen.

Die Wirkungsweise der Speicher- und Übertragungs-Vorrichtung gemäß Fig. t bis 3 ist wie folgt: Es sei beispielsweise angenommen, daß ein optisches Bild in der Form von Lichtstrahlen 19 auf dem Halbleiterkörper 12 fokussiert wird. In Abhängigkeit von der Ί Intensität der Lichtsignale, die auf dem Halbleiterkörper auftreffen, wird eine proportionale Zahl von Minoritätsträgern erzeugt. Wenn dann beispielsweise die die Verarmungsbereiche bildenden Spannungen Vi, V₂ und V₃ an die Leiterteile 22, 23 und 24 gelegt sind,

κι werden die Minoritätsträger, die durch die auftreffenden Lichtsignale erzeugt werden, in den Potentialtöpfen unter den Zellen nahe der Oberfläche des Halbleiterkörpers gesammelt. Da die Lichtsignale weiterhin auf den Halbleiterkörper auftreffen, nehmen die Potentialtöpfe

i^ri weiterhin Minoritätsträger auf und integrieren die Lichisignalc. Nach einer bestimmten Zeit können die elektrischen Ladungen, die in den Potentialtöpfen gespeichert sind, wahlweise aus diesen Bereichen entfernt werden und beispielsweise über den PN-Über-

2u gang 40 zu einer äußeren Schaltung übertragen werden.

Die Übertragung von elektrischen Ladungen wird

dadurch erreicht, daß den Übertragungsleitungen 25 bis 29 und 31 bis 35 Takt- oder Übertragungssignale zugeführt werden und daß die Verarmungsbereiche

r> bildende Spannung von einer der Halteleitungen 22, 23 oder 24 entfernt wird. Die Übertragungssignale können beispielsweise zwei Signale von im wesentlichen gleicher Frequenz und Kurvenform aufweisen, die jedoch zeitlich um eine halbe Periode verschoben sind

JO und zwischen zwei verschiedenen Spannungswerten umgeschaltet werden. Wenn das erste dieser Spannungssignale mit Φ\ und das zweite dieser Spannungssignale mit Φι bezeichnet ist. können die Oberflächenladungen beim Anlegen dieser Spannungssignale an die

is Übertragungsleitungen im Sinne der F i g. 1 und 3 von einer Stelle des Halbleiterkörpers zu einer anderen übertragen werden. Die Größe der Spannungssignale <f'i und Φ2 ist so ausgewählt, daß die Verarmungsbereiche nur in den Übertragungskanälen 20 und 21 und in den Verbindungsöffnungen zwischen diesen und den Zellen, nicht jedoch in den Bereichen gebildet werden, in denen die Isolierschicht 13 erheblich dicker als in den Überirarungskanälen ist.

Ferner wird die Tiefe der Potentialtopf-Verarmungsbereiche, die unter jeder Zelle gebildet werden, so eingestellt, daß, wenn eine maximale elektrische Ladung darin gespeichert ist, keine erhebliche Änderung auftritt, wenn die Übertragungssignale den dariiberltegenden Übertragungsleitungen zugeführt werden. Mit anderen

so Worten halten und speichern also die die Verarmungsbereiche bildenden Spannungen, wenn sie an den Leitern 22. 23 und 24 anliegen, die elektrischen Ladungen in genügend tiefen Potentialtöpfen, so daß sie durch das Vorhandensein von flacheren Verarmungsbereichen unter den Übertragungsleitungen nicht wesentlich beeinflußt werden. Wenn jedoch eine einen Verarmungsbereich bildende Spannung von einer Halteleitung entfernt wird, dann sind die tiefen Potentialgefäße nicht länger vorhanden, so daß die unter der Halteleitung gespeicherten elektrischen Ladungen nun durch das elektrische Feld der Ubertragungsleitungen beeinflußt und zu dem der Reihe zugeordneten Übertragungskanal und von dort zu einem Empfänger, beispielsweise einem PN-Übergang, übertragen werden.

Die Abgabe oder das» Auslesen« von elektrischen Ladungen von ausgewählten Stellen auf dem Halbleiterkörper wird aus dem folgenden Beispiel verständlich. Es

sei angenommen, daß das Auslesen der elektrischen Ladungen, die in der ersten Reihe gespeichert sind, erwünscht ist. Es wird daher die die Verarmungsbereiche bildende Spannung V\ des Leiters 22 vermindert oder abgeschaltet, während gleichzeitig die Spannungen V2 und V₁ an den Leitern 23 und 24 aufrechterhalten weiden. Dadurch sind die elektrischen Ladungen, die in den Potentialtöpfen unter dem Leiter 22 gespeichert sind, nicht langer unter Einfluß des elektrischen Felds der Halteleitung, sondern jetzt unter dem Einfluß der elektrischen Felder der Übertragungsleitungcn. Wenn daher beispielsweise das Entfernen der Spannung vom Leiter 22 mit dem Anlegen der Übertragungssignale an die Übertragungsleitungen 25, 27 und 29 synchronisiert wird, dann fließen die freigegebenen Ladungen über die Yerbindungsöffnungen 14a bis 18s in den zugeordneten Übertragungskanal 20 und dann längs der Halbleiteroberfläche unter dem Übertragungskanal 20 zum PN-Übergang 40. Die Übertragung der elektrischen Ladungen längs des Übertragungskanals 20 wird durch die Übertragungssignale Φ\ und Φ2 vorgenommen, die beim Umschalten vom einen Spannungswert zum anderen die elektrischen Felder und folglich die elektrischen Ladungen längs des Übertragungskanals aufeinanderfolgend weiterbewegen.

Während des Zeitabschnitts, während dessen die elektrischen Ladungen von der ersten Reihe längs des Übertragungskanals übertragen werden, bleiben die elektrischen Ladungen in den anderen Reihen gehalten bzw. gespeichert. Wenn diese elektrischen Ladungen durch Erzeugung von Minoritätsträgern infolge des Auftreffens einer elektromagnetischen Strahlung gebildet werden, dann wird die auftreffende Strahlung in den anderen Reihen auch weiterhin gespeichert und integriert. Nach dem Auslesen der in der ersten Reihe enthaltenen Informationen kann die die Verarmungsbereiche bildende Spannung wieder an den Leiter 22 angelegt und beispielsweise vom Leiter 23 entfernt werden. Dadurch werden nun elektrische Ladungen, die unter diesem Leiter 23 liegen, dem zugehörigen Übertragungskanal 21 zugeführt und dann mittels ähnlicher Übertragungssignale und in gleicher Weise, wie es im Zusammenhang mit der ersten Reihe beschrieben wurde, längs dieses Übertragungskanals bewegt. Das Auslesen wird so lange fortgesetzt, bis alle Reihen abgefragt worden sind und die Folge von neuem beginnen kann.

Durch das reihenweise Auslesen der gespeicherten elektrischen Ladungen wird ein Spannungssignal erzeugt, welches charakteristisch für die gespeicherten elektrischen Ladungen ist. Wennn die Ladungen durch elektromagnetische Strahlung erzeugt werden, die auf den Halbleiterkörper trifft, dann ist das Spannungssignal im wesentlichen ähnlich einem Viedeosignal, welches von einem Bildwandler erzeugt wird. Durch geeignete Synchronisation des Auslesevorgangs für die gespeicherten elektrischen Ladungen, beispielsweise mit der Darstellung auf einer geeigneten Katodenstrahlröhre, können die gespeicherten elektrischen Ladungen sichtbar gemacht werden. Die beschriebene Speicherund Übertragungsvorrichtung benötigt zur Abtastung keinen Elektronenstrahl und ist daher wirtschaftlich sehr bedeutsam.

In F i g. 4 ist eine besonders geeignete Ausführungsform dargestellt bei der ein zweidhnensionaler optischer Bildwandler 50 eine integrierte Anordnung aus CIS-Speicherelementen 51 enthält die in einem X-Y -Muster auf einem Halbleiterkörper angeordnet sind.

Die Speicherelemente und die Übertragungskanäle entsprechen im wesentlichen denen, die oben beschrieben wurden und arbeiten auch im wesentlichen wie diese. Der optische Bildwandler 50 enthält ferner einen Reihenwählgenerator 52, der beispielsweise auf dem Halbleiterkörper als integrierte Schaltung ausgebildet ist, die notwendigen Schaltungen zum Abfragen jeder Reihe enthält und beim Einlesen die die Verarmungsbereiche bildenden Spannungen an die entsprechenden Leiter anlegt bzw. diese Spannungen beim Auslesen wahlweise entfernt. Der optische Bildwandler 50 enthält ferner einen Übertragungssteuergenerator 53, der beispielsweise eine Zweiphasen- oder Dreiphasen-Taktanordnung aufweisen kann, um die Übertragung der elektrischen Ladungen durch die Übertragungskanäle zu steuern. Geeignete Schaltungen zur Durchführung dieser Wirkungsweise sind bekannt und können als integrierte Schaltung vorgesehen werden. Die elektrischen Ausgangssignale der Speicherelemente 51 werden durch eine Ausgangsschaltung 54 abgegeben, die beispielsweise eine Mehrzahl von mit jeweils einem Übertragungskanal verbundenen PN-Übergängen oder einen einzigen PN-Übergang aufweist, der alle Übertragungskanäle verbindet.

Alternativ können verschiedene Kombinationen von PN-Übergängen oder andere geeignete Vorrichtungen zum Herauslesen der Ladungen aus den Speicherelementen 51 verwendet werden. Das Ausgangssignal, welches von der Ausgangsschaltung 54 abgegeben wird, ist in F i g. 4 wie das Ausgangssignal als Videoausganpssignal bezeichnet.

Die Wirkungsweise der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform ist wie folgt: Ein Arbeitszyklus wird beispielsweise in eine Einlesevorgang und einen Auslesevorgang geteilt. Während der Einlesezeit werden die die Verarmungsbereiche bildenden Spannungen allen Halteleitungen zugeführt. Während dieser Zeit erzeugt eine auf dem Halbleiterkörper auftreffende elektromagnetische Strahlung Minoritätsträger, die in den Potentialtöpfen gespeichert und integriert werden. Während der Auslesezeit werden die elektrischen Ladungen Reihe für Reihe mit Hilfe von Übertragungssignalen, beispielsweise entsprechend Φι und Φ2. die den Übertragungsleitungen zugeführt werden, ausgelesen. Anschließend werden die die Verarmungsbereiche bildenden Spannungen der Reihe nach von den Halteleitungen entfernt, so daß die elektrischen Ladungen jeder Reihe aufeinanderfolgend der Ausgangsschaltung 54 zugeführt werden. Die reihenweise Freigabe der ausgewählten elektrischen Ladungen wird vorzugsweise durch Anlegen eines Übertragungssignals an eine Übertragungsleitung synchronisiert die über der Zelle und der Verbindungsöffnung zwischen der Zelle und dem Übertragungskanal liegt

Das Auslesen der elektrischen Ladungen von der ersten Reihe wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 zweckmäßigerweise durch das Entfernen der die Verarmungsbereiche bildenden Spannung Vi von der Halteleitung 22 und das gleichzeitige Anlegen der Spannungen Φ₂ an die Übertragungsleitungen 25,27,29 eingeleitet Auf diese Weise sind die gespeicherten elektrischen Leitungen immer unter Einfluß eines elektrischen Felds -und können folglich nicht in das Innere des Halbleiterkörpers zurückkehren. Das Auslesen aus den anderen Reihen wird in der gleichen Weise synchronisiert Dieses Arbeitsverfahren vermindert den Verlust von elektrischen Ladungen an den Halbleiterkörper wesentlich und verstärkt folglich die Ubertra-

gung der elektrischen Ladungen längs der Oberfläche des Halbleiterkörpers. Neben einer nützlichen Anwendung als Bildwandler läßt sich die Speicher- und Übertragungs-Vorrichtung gemäß der Erfindung auch zur Speicherung und Übertragung von digitalen Informationen verwenden.

Digitale Informationen können beispielsweise über den PN-Übergang 40 in die Speicher- und Übertragungs-Vorrichtung eingegeben werden, während die die Verarmungsbereiche bildende Spannung nicht an dem Leiter 22 anliegt. Während die elektrischen Ladungen längs des Übertragungskanals weiterwandern, wird zu einem bestimmten Zeitpunkt die die Verarmungsbereiche bildende Spannung an den Leiter 22 gelegt. Dadurch werden die elektrischen Ladungen rasch aus dem Übertragungskanal in die Verarmungsbereich-Potentialtöpfe überführt, die unter den Zellen liegen, da diese

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Verarmungsbereiche viel tiefer als die im Übertragungskanal 21 liegen. Sind die elektrischen Ladungen erst einmal in den Potentialtöpfen gespeichert, dann können sie für einen bestimmten Zeitabschnitt dort gehalten und dann im Bedarfsfall an andere Stellen oder an eine Ausgangsschaltung überführt werden, um bestimmte logische Funktionen durchzuführen. Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht daher einerseits darin, elektrische Ladungen, die Informationen darstellen, für wählbar veränderbare Zeitabschnitte zu speichern und ausgewählte elektrische Ladungen dadurch freizugeben, daß lediglich eine Verarmungsbereiche bildende Spannung von einer Halteleitung entfernt wird. Andererseits können Ladungen in den oberflächennahen Teilen des Halbleiterkörpers dadurch gespeichert werden, daß lediglich eine Verarmungsbei-eiche bildende Spannung angelegt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Ladungsgekoppelie Halbleitervorrichtung mil einem Halbleiterkörper, einer auf dessen einer Hauptfläche ausgebildeten Isolierschicht und einer Anzahl von auf der Isolierschicht ausgebildeten Leitern zur Speicherung und Übertragung von Ladungen in oberflächennahen Abschnitten des Halbleiterkörpers, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von unterhalb der Leiter (22 bis 24) angeordneten, in der Isolierschicht (13) ausgebildeten Zellen (14 bis 18) zur Festlegung von unterhalb derselben in oberflächennahen Abschnitten des Halbleiterkörpers (12) gelegenen Speicherplätzen für die Ladungen, wobei die Zellen (14 bis 18) jeweils mit einem ebenfalls in der Isolierschicht (13) ausgebildeten Übertragungskanal (20, 21) verbunden sind, und durch eine Vielzahl von senkrecht zu den Leitern (22 bis 24) und längs sowie oberhalb des Übertragungskanals (20, 21) angeordneten Übertragungsleitungen (25 bis 35) zur Übertragung ausgewählter Ladungen zwischen den Speicherplätzen und oberflächennahen, unterhalb des Übertragungskanals (20, 21) gelegenen Abschnitten des Halbleiterkörpers (12) bei gleichzeitiger weiterer Spei- 2^r> cherung der übrigen Ladungen und zur taktweisen Übertragung der Ladungen längs oberflächennaher, unterhalb des Übertragungskanals (20, 21) liegender Abschnitte des Halbleiterkörpers (12) durch taklweises Anlegen und Weiterschallen von Verarmungszo- Jo nen bildenden Potentialen an benachbarte Übertragungsleilungen (25 bis 35).

2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, da- · durch gekennzeichnet, daß dem Übertragungskanal (20,21) ein PN-Übergang(40) zugeordnet ist. S5

3. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ladungen durch den Transport von Minoritätsträgern zu den cberflächennahen, unterhalb der Zellen (14 bis 18) gelegenen Abschnitten des Halbleiterkörpers (12) erzeugbar sind und daß zur Erzeugung der Minoritätsträger eine auf den Halbleiterkörper^) gerichtete elektromagnetische Strahlung vorgesehen ist.

4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprü- ίγ> ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an die Leiter (22 bis 24) zur Festlegung der Speicherplätze Spannungen anlegbar sind, mittels deren in den oberflächennahen Abschnitten des Halbleiterkör- · pers (12) und unterhalb der Zellen (14 bis 18) Potentialtöpfe gebildet werden.

5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsleitungen (25 bis 35) aus einer Vielzahl von Leitern bestehen, die isoliert über dem Übcrtragungskanal w (20,21) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Übertragungsleitungen (25 bis 35) gegenseitig überlappen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, so dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Überlragungsleitungen über einer Zelle (14 bis 18), einem Übertraglingskanal (20, 21) und zwischen diesen vorgesehenen Verbindungsöffnungen (14,? bis 18cijangeordnet sind. ^fil>

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen (14 bis 18) in Reihen angeordnet sind, mit jeder Reihe ein Übertragungskanal (20, 21) verbunden ist, daß über jeder Reihe der Zellen (14 bis 18) ein Leiter (22 bis 24) angeordnet ist, und daß die Überlragungsleitungen (25 bis 35) so angeordnet sind, d2ß jeweils die unterhalb der Zellen (14 bis 18) einer Reihe gespeicherten Ladungen bei gleichzeitiger weiterer Speicherung der Ladungen unterhalb der Zellen (14 bis 18) der übrigen Reihen in die oberflächennahen Abschnitte des zugehörigen Übertragungskanals (20,21) überführbar sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in die oberflächennahen Abschnitte des Übertragungskanals (20,21) überführten Signale mittels des PN-Übergangs (40) auslesbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Übertragungskanal ein PN-Übergang (40) zugeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht zur Übertragung ausgewählten elektrischen Ladungen in den oberflächennahen Abschnitten des Halbleiterkörper (12) bei einem so niedrigen Potential gespeichert sind, daß sie durch die zur Übertragung der ausgewählten Ladungen an die Übertragungsleitungen (25 bis 35) angelegten Spannungen nicht beeinflußt werden.