DE2151898A1 - Ladungstransporteinrichtung - Google Patents

Description

Ladungstr ansporteinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Ladungstransporteinrichtung eines Typs, der für die Speicherung und den seriellen Transport von Ladungsträgern geeignet ist, die in induzierten potentiellen Energieminima längs eines Teils eines geeigneten Speichermediums gelegen sind, indem mehrere unterschiedliche Potentiale an aufeinanderfolgende Bereiche der Oberfläche des Mediums mittels mehrerer Elektroden angelegt sind, wobei auch in der Einrichtung verteilt angeordnete Anordnungen zur Erkennung der Größe der an einer vorgegebenen Stelle gespeicherten Ladung vorgesehen sind.

Eine Ausführungsform von Ladungstransportvorrichtungen, die mit "ladungs gekoppelte Einrichtungen" bezeichnet wurde, wurde in dem Aufsatz "Charge Coupled Semiconductor Devices" von W. S. Boyle und G.E. Smith in der Zeitschrift B.S_e T.S. , Vol. 49, Nr. 4, April 1970 beschrieben. Bei diesen Einrichtungen wird die Information durch elektronische Signale in der Form von Ladungsträgerpäckchen dargestellt, die durch induzierte potentielle Energieminima in die geeigneten

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Speichermedien, wie beispielsweise Halbleitern, halbisolierenden Halbleitern und Isolatoren vorkommen. In dem genannten Aufsatz ist primär eine grundlegende schieberegisterartige Operation beschrieben, bei der Information in dem Material übertragen wird, indem die Ladungspäckchen sequentiell von jeder Potentialquelle oder -mulde, wie sie auch genannt wird, zu der nächst benachbarten transportiert werden. Andere Anwendungen betreffen eine Abbildungsvorrichtung, eine Anzeigevorrichtung und eine Vorrichtung zur Durchführung logischer Funktionen,»

Bei einer anderen vorgeschlagenen Form von Ladungstransporteinrichtungen werden Ladungsträgerpäckchen sequentiell von einer Zone zur anderen längs der Oberfläche eines halbleitenden Körpers weitergeschaltet, der aus einem größeren Teil halbleitendem Material des einen Leitfähigkeitstyps und einer Anzahl von getrennt angeordneten Zonen von Material des anderen Leitfähigkeitstyps besteht. Bei diesen Einrichtungen wird jede Zone als Potentialmulde betrieben, deren Grenze durch den pn-übergang definiert ist, der die Zone definiert. Dieser Typ von Ladungstransporteinrichtung wird gegenwärtig von den Fachleuten als "Eimer-Brigade" ("bucket-brigade") be-

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zeichriet. Diese Bezeichnung wird auch im folgenden Text verwendet»

Ein Problem, das schon früh im Zusammenhang mit Ladungstransporteinrichtungen erkannt worden ist, besteht darin, daß ein kleiner Ladungsbruchteil jedes Päckchens jedesmal dann zurückgelassen wird, wenn ein Päckchen von einer Potentialmulde zur anderen transportiert wird. Insofern, als dieser Ladungsverlust zu einer Signaldämpfung führt, muß eine bestimmte Form von gesteuerter Ladungsregeneration und/ ©der -verstärkung vorgesehen werden, wenn sehr lange Informationsketten auf diese Weise gespeichert und verarbeitet werden sollen.

Es ist oftmals auch wünschenswert, andere Operations arten vorzusehen, wie beispielsweise vollständige Sätze von kombinatorischen logischen Funktionen. Die vieleicht am häufigsten vorkommenden grundlegenden digitalen logischen Funktionen sind die Zustandsumkehr ,{Signalkomplementbildung) und die Bit- Re gene ration. Wenn diese beiden grundlegenden Funktionen gegeben sind, dann ist es bekannt, alle anderen kombinatorisch-logischen Funktionen, wie beispielsweise UND, ODER, NAND, NOR von diesen abzuleiten«,

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Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, eine Einrichtung für die gesteuerte Ladungsregeneration in Ladungstransportvorrichtungen anzugeben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, Einrichtungen für die Durchführung digitaler logischer Punktionen in,Ladungstransporteinrichtungen anzugeben.

Für eine Ladungstransporteinrichtung eines Typs, der für die Speicherung und den seriellen Transport von Ladungsträgern geeignet ist, die in induzierten potentiellen Energieminima eines Teils eines geeigneten Speichermediums gelegen sind, indem mehrere unterschiedliche Potentiale an aufeinanderfolgende Bereiche der Oberfläche des Mediums mittels mehrerer Elektroden angelegt sind, wobei auch in der Einrich- w tung verteilt angeordnete Anordnungen zur Erkennung der Größe der

an einer vorgegebenen Stelle gespeicherten Ladung vorgesehen sind, besteht die Erfindung darin, daß vorgesehen sind:

Anordnungen zum Bereitstellen der Ladungsträger an der vorgegebenen Stelle, nachdem sie erkannt wurde;

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Anordnungen für die Injektion fInjektor en} einer gesteuerteis Zahl von Ladungsträger an einer anderen Stelle läng» der Oberfläche, und

Torschaltungen, die über leitende Verbindungen mit den Detektoren verbunden und. neben den Injektoren für die Steuerung des Transportes der neu injizierten Träger von den Injektoren fort, in Abhängigkeit von der Erkennung an der vorgegebenen Stele, angeordnet sind.

Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes der Erfindung sind den Uhteransprttchen zu entnehmen.

Mit Hilfe der gegebenen Kombination von Anordnungen kann eine Ladungsregeneration und daher eine Signalregeneration vorgenommen werden. Die Zustandsumkehr wird gemäß einem anderen Merknlal der Erfindung dadurch bewirkt, daß Torschaltungen mit einer Schwellwerbedingung so angepaßt werden, daß der Befrag - der transportierten Ladung in Richtung von der Erzeugungsstelle fort, umgekehrt mit der Größe der erkannten Ladungen veränderbar ist.

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Bei einem Äusführungsbeispiel sind ein Paar von elektrisch gleitenden MIS-Elektroden leitend miteinander verbunden, wobei eine der beiden Abfühlfanktionen und die andere die Durehsehaltfunktion wahrnimmt»

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine elektrisch gleitende* lokalisierte, halbleitende Zone innerhalb einer Ladungstransporteinrichtung gelegen, die die Abfühlfunktion ausführt. Die induzierte Spannung in dieser gleitenden Zone ist mit einer zugeordneten MIS-Elektrode gekoppelt, die die Durchschaltefunktion übernimmt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind ein halbleitendes Speichermedium, drei lokalisierte halbleitende Zonen und zwei Plattenelektroden für lokalisierte Felder vorgesehen, die zur Abtastung der in einer Ladungstransporteinrichtung gespeicherten Ladung und zur Steuerung der Bewegung einer fixierten Ladungsmenge von einer unabhängigen Quelle weg zusammen arbeiten. Es sei banerkt, daß der Hauptunterschied zwischen den vorangegangenen Aus führungs formen und dieser Ausführungsform

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darin Hegt, daß dort das Abtastelement immer von einer .Feld-Plattenelektrode bedeckt ist, so daß sein Potential stärker und hauptsächlich vom Potential an dieser Elektrode beeinflußt ist, während bei der vorliegenden Ausführungsform das Abtastelement nie von einer Feld-Plattenelektrode bedeckt ist, so daß sein Potential vor dem Empfang eines Ladungspakets immer auf ein fixiertes Potential vor der Abtaetoperation voreingestellt ist.

Im einzelnen ist entsprechend dieser Ausführungsform der Erfindung eine erste der drei halbleitenden Zonen zum Abtasten der zu regenerierenden Bits geeignet und als solche im Informationskanal einer Ladungstransportvorrichtung angeordnet. Diese erste Zone, die Sensorzone, ist leitend an eine erste Plattenelektrode für ein lokalisiertes Feld angekoppelt, die ihrerseits dafür vorgesehen ist, den Ladungstransport von der unabhängigen Quelle weg zu steuern« Die Spannung der Sensorzone wird periodisch auf einen Ausgangsvorspannungswert vor jeder Abtastoperation zurückgesetzt, und zwar durch Ankoppeln an eine zweite Zone, die mit einer Spannungsquelle verbunden ist. Diese Kopplung wird durch Überbrücken der ersten und zweiten Zonen mit einer zweiten Lokalfeld-Elektrode bewerkstelligt.

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welche mit einer der Taktleitungen der Ladungstransportvorrichtung verbunden ist. Die dritte halbleitende Zone ist mit derselben Taktleitung verbunden oder wahlweise mit einem hiermit synchronisierten unabhängigen Impulsgenerator und dient als die unabhängige Quelle neuer Ladungsträger.

Bei diesen Ausführungsbeispielen kann eine in Rückwärts richtung vorgespannte, gleichrichtende Sperrschicht als Kollektor verwendet werden, um über die Ladungsträger, nach ihrer Erkennung, zu verfügen. Die frische Zufuhr von Ladung kann auf verschiedene Weise erfolgen. Ein geeigneter Weg kann darin bestehen, sie von einer lokalisierten halbleitenden Zone des entsprechenden Leitfähigkeitstyps oder von einem geeigneten Injektionskontakt abzuziehen.

Bei einem anderen beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die logische Funktion "FAN-OUT" ausgeführt werden, indem eine Abftihlanordnung mit jeder von mehreren Torschaltungen verbunden wird, die den Ladungstransport von einer oder mehreren Erzeugersteilen fortsteuern.

Die logische NOR-Funktion ist dadurch ausführbar, daß eine

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separate Abfühlanordnung in jeder von mehreren separaten Ladungstransportvorrichtungs-Informationskanllen angeordnet ist, wobei diese Abfühlanordnungen separat mit einer entsprechenden Anzahl von Torschaltungen verbunden sind, die seriell bezüglich der Injektoren angeordnet sind. Die Torschaltungen sind so angeordnet, daß es der Ladung nur möglich ist, von den Injektoren wegzufließen, wenn weniger als ein vorgegebener Ladungsbetrag gleichzeitig an den abgefühlten Stellen längs einer Anzahl von Kanälen vorliegt.

Die logische NAND-Punktion wird dadurch gebildet, daß getrennte Abfühlanordnungen in jeder von mehreren getrennten Ladungsübertragungseinriehtungs-Ihformationskanäle vorliegen, wobei die Abfühlanordnungen getrennt mit einer entsprechenden Anzahl von Torschaltungen verbunden sind, die parallel bezüglich der Injektoren angeordnet sind. Die Torschaltungen sind so ausgebildet, daß der Abfluß der Ladung von den Injektoren nur dann verhindert wird, wenn gleichzeitig ein vorgegebener Ladungsbetrag an jeder der abgefüllten Stellen längs einer Anzahl von Kanälen vorliegt.

Andere logische Funktionen werden im folgenden nicht ausführlich

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besehrieben. Es ist dem Fachmann jedoch möglich, diese gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung aufzubauen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von durch Zeichnungen erläuterten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Querschnittsdarstellung der

Struktur einer grundsätzlichen ladungs gekoppelten Einrichtung, die primär für eine dreiphasige Operation geeignet ist;

Fig« 2A-2C eine schematische Querschnittsdarstellung einer linearen Anordnung von Einrichtungen der der in Fig. 1 dargestellten Art;

Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung einer grundsätzlichen ladungs gekoppelten Einrichtung, die für zweiphasigen Betrieb vorgesehen ist;

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung einer Einrichtung für

die Einfügung eines gesteuerten Ladungsbetrages in den Kanal einer ladungsgekoppelten Einrichtung;

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Fig. 5 u. 6 isometrische Querschnittsdarstellungen grundlegender Inversionsregenerationselemente gemäß der Erfindung;

Fig« 7-10 schematische Aufsichtsdarstellungen von ladungsgekoppelten logischen Einrichtungen, die in Inversionsregenerationselemente gemäß der Erfindung verwenden;

Fig, 11-14 schematische Draufsichten auf ladungsgekoppelte Logikanordnungen, in denen Inversions-Regenerationselemente verwendet werden;

Fig. 15 eine schematische Querschnitts darstellung einer "Eimer-Brigade^II-Einrichtung, die ein grundlegendes Inversionsregenrationselement gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet;

Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht einer grundsätzlichen ladungs gekoppelten Vorrichtung für einen Zweiphasenbetrieb;

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Fig. 17 eine schematische Draufsicht auf die Anordnung nach Fig. 16;

Fig. 18 eine schematische Draufsicht auf eine ladungsgekoppelte Vorrichtung mit einem grundsätzlichen Inversions regenerationselement entsprechend der Erfindung;

Fig. 19 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 18;

Fig. 20 eine Fraufsieht auf eine Anordnung nach Fig. 18, jedoch dahingehend modifiziert, daß das Ausgangssignal des In ve rs ions regenerations elemente s erhöht wird;

Fig. 21 eine schematische Draufsicht auf eine weitere Ladungstransportvorrichtung mit einem grundsätzlichen Inversionsregenerationselement entsprechend einer weiteren Ausführung der Erfindung,
und .

Fig. 22 eine Schnittansicht längs der Linie 7-7 in Fig. 21.

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Zum. Zwecke einer vereinfachten und klaren Erläuterung der Figuren wurden diese; nicht im richtigen Maßstab dargestellt» Bezugszeichen, die sieh von Figur zu Figur wiederholen» geben gleichbleibende Elemente an.

Bei ladungsgekoppelten Einrichtungen |CCD^fs) wird digitale Information durch das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Päckchens von Ladungsträgern dargestellt, die sich in künstlich induzierten potentiellen Energieminima., beispielsweise Potentialquellen, befinden und elektrostatisch mit diesen gekoppelt sind, wobei sie sich oft dicht an der Oberfläche eines geeigneten Speichermediums befinden« Jn vorteilhafter Weise werden die Potentialquellen gebildet und gesteuert durch das Anlegen von Spannungen an Feld-Plattenelektroden derart, die üblicherweise bei Metall-Isolator- HalbleitertechnologienpMIS) verwendet wird. Da die MIS-Technologie bekannt ist, ist es nicht notwendig, Herstellungsverfahren für die nachstehend angegebenen Strukturen anzugeben,

Fig. 1 zeigt eine isometrische Querschnittsdarstellung einer grundlegenden Struktur einer ladungsgekoppelten Einrichtung

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20, die primär für Dreiphasenbetrieb geeignet ist. Die Einrichtung 20 besteht aus einem größeren Teil 21 aus η-leitendem Halbleitermaterial, über dem eine relativ dünne Isolationsschicht 22 liegt. Über der Isolationsschicht 22 befinden sich eine Anzahl von dicht benachbarten, reihenweise angeordneten Elektroden 24 - 26, die mit darüberliegenden Kontakten jeweils mit den Potentialquellen (-V₁), J-V ), und (-V₀) verbunden sind. Die Werte von V. werden als positive Zahlen angenommen, wobei V größer als V ist, das seinerseits größer als V ist. V ist ferner größer als V , wobei V die Schwellenspannung für die Erzeugung einer Inversion der halbleitenden Oberfläche unter statischen Bedingungen ist.

Die gestrichelte Linie 27 stellt schematisch das Oberflächenpotential (Tiefe der Potentialquelle) dicht an der Oberfläche dar. Wo, wie hier, das Betriebsmedium halbleitend ist, kann die gestrichelte Linie auch so betrachtet werden, als stelle sie schematisch die Grenzen der Erschöpfungsbereiche dar, die von den Spannungen gebildet werden, die an die Elektroden angelegt werden.

Ladungsträger, Löcher in diesem Falle, werden schematisch

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durch Pias zeichen dargestellt, die in die Potentialquellen eingefügt sind· Da die Löcher zu den Punkten des größten negativen Potentials streben, ist zu erkennen, daß die Löcher, die unter der Elektrode 25 in Fig, 1 gespeichert sind, in die Potentialquelle unter der Elektrode 26 wandern, bis alle Löcher transportiert wurden oder bis so viele Löcher transportiert wurden, bis die Oberflächenpotentiale unter den Elektroden 25 und 26 gleich geworden sind, je nach dem, was zuerst eintritt· Beim Betrieb jedoch würden im Idealfall alle Löcher transportiert, um einen Verlust von Signalinformation zu vermeiden, aber dieses wird normalerweise nicht erreicht.

Die Fig, 2A - 2C zeigen schematisch einen Querschnitt einer linearen Anordnung von Einrichtungen der in Fig. 1 dargestellten Art, Jede dritte Elektrode ist mit einer Gemeinsamen von drei Taktleitungen 41 - 43 verbunden. Da die Elektroden in Dreiergruppen zusammenwirken, sind ihnen allen die Bezugszeichen 24 - 26 mit nachgestellten Buchstaben A, B, C usw. gegeben worden.

Die Fig. 2A stellt eine Anfangsbedingung dar, in der jf-V-,

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an die mit 24 bezeichneten Elektroden angelegt isiv,{-V ) liegt an den anderen Elektroden 25 und 26. In dieser und den anderen im folgenden beschriebenen Figuren wird angenommen, daß der Halbleiterteil auf Null-Potential gehalten wird. Bei der nachstehenden Erläuterung ist ferner vorausgesetzt, daß etwa gleiche Beträge von positiver Ladung j(Löcher) sich unter den Elektroden 24A und 24C befinden, keine jedoch unter der Elektrode 24B. Dieser Zustand wird als logische "Eins" angesehen, die unter den Elektroden 24A und 24C gespeichert ist und als logische "Null", die unter der Elektrode 24B gespeichert ist.

Fig. 2B zeigt den Zustand der Struktur von Fig. 2A, nachdem die Spannung auf der Taktleitung 42 auf f-V ) geändert wurde.

Da V„> V₀^ V₁ ist die Ladung '{oder das Fehlen von Ladung), die sich vorher unter den Elektroden 24A, 24B und 24C befand, nun nach rechts in die tieferen Potentialquellen gewandert, die sich nun unter den Elektroden 25A, 25B und 25C befinden. Die Fig, 2C zeigt die gleiche Struktur wieder in einem Ruhe- oder Haltezustand, d.h. mit '(-V ), angelegt an die Taktleitungen 41 und 43 und f-V ), angelegt an die Taktleitung 42, einer Bedingung, die geeignet ist, die logischen Zustände unter den Elektroden

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25A, 25B und 25C aufrechtzuerhalten. Der Zyklus befindet sich dann in dem in Pig· 2A dargestellten Zustand un d^er ist bereit, wiederholt zu werden, um die logischen Zustände unter die Elektroden 26A, 26B, 26C usw. zu schieben.

Bei CCD-Strukturen, der in den Fig. 1 und 2A-2C dargestellten Art, bei denen sich die Elektroden an allen Punkten gleichen Abstands von einer relativ gleichförmig dotierten Halbleiteroberfläche, tendieren symmetrische Potentialquellen dazu, sich unter jeder Elektrode zu bilden. Aufgrund dieser Tatsache wird eine dreiphasige Operation der Elektroden in Dreiergruppen in vorteilhafter Weise benützt, um eine Asymmetrie der Potentialquellen zu erzeugen und so einen Ladungstransport in nur einer Richtung sicherzustellen.

Dieses ist nicht der Fall bei CCD-Strukturen der in Fig. 3 dargestellten Art, bei der jede Elektrode 53 und 54 über einen Isolator 52 ungleicher Dicke über einem Halbleiterteil 51 gebildet wird. In Fig. 3 ist jede zweite Elektrode mit einer Gemeinsamen von zwei Taktleitungen 55 und 56 verbunden, die ihrerseits von einem zweiphasigen Taktgenerator betrieben werden,

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der abwechselnd (-V₁) und (-V) an die Taktleitungen anlegt. Es ist erwähnenswert, daß die Potentialquellen in Fig. 3 inherent asymmetrisch sind und daß jedesmal, wenn die Taktleitungsspannungen sich ändern, die gespeicherten logischen Zustände um einen Schritt ){eine Elektrode) nach rechts in Fig. weitergeschaltet werden.

Ohne Rücksicht darauf, ob die CCD-Struktur für zweiphasigen, dreiphasigen oder vierphasigen Betrieb geeignet ist, bleibt das Problem bestehen, daß normalerweise ein· geringer Anteil der zu transportierenden Ladung jedesmal zurückgelassen wird, wenn ein Päckchen von einer Potentialquelle zur nächsten transportiert wird. Zur Kompensation und um kombinatorische logische Funktionen in CCD-Strukturen zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, eine Form der gesteuerten Ladungsregeneration vorzusehen. Als Teil dieser Lösung ist in Fig. 4 ein geeignetes Mittel für die Einfügung eines gesteuerten Ladungsbetrages in den Informationskanal einer CCD-Struktur gezeigt.

In Fig. 4 stellen die Elektroden 24A - 26B eine lineare Anordnung von CCD-Elektroden dar, die von der Oberfläche eines n-leitenden

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Halbleiterteils 61 durch eine Isolationsschicht 22 getrennt sind. Der Halbleiter 61 besitzt eine p-leitende lokalisierte Zone 63, an die eine Sperrspannung .f-V₀) über eine Elektrode 64 angelegt ist. Die gestrichelte Linie 25 stellt schematisch die Tiefe der Potentialquelle unter den Elektroden 24A-26B dar, wobei das Oberflächenpotential unter den Elektroden 24A und 24B negativer ist als unter den übrigen Elektroden. Wenn ;{-V_o) negativer als das Öberflächenpotential unter der Elektrode 24A ist, wandern keine Löcher von der Zone 63 in den CCD-Kanal. Wenn Jf-V₀) weniger negativ ist als das Oberflächenpotential unter der Elektrode 25A, fluten Löcher in den Kanal und füllen die Potentialquellen auf, bis das Oberflächenpotential längs des gesamten Kanals auf etwa ;{-V_o) angestiegen ist.

Wenn jedoch f-V_o) negativer ist als das Oberflächenpotential unter der Elektrode 25A, aber weniger negativ als das Oberflächenpotential unter der Elektrode 24A, dann wandern die Löcher von der Zone 63 in den CCD-Kanal und füllen die Potentialquellen unter der Elektrode 24A nur teilweise. Wenn sich einmal genügend Löcher in der Potentialquelle unter der Elektrode 24A angesammelt

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haben, so daß das Oberflächenpotential hier etwa gleich (-V_Q) ist, dann hören die Löcher auf, weiter in den CCD-Kanal zu fließen.

Daher kann durch Einstellung von V bezüglich der V.'s, die

S i

an die CCD-Elektroden angelegt werden, ein gesteuerter Ladungsbetrag selektiv injiziert oder auch nicht injiziert werden, um einen digitalen Bitstrom zu erzeugen, der in einem neuen CCD-Kanal nach rechts in Fig* 4 fließt. Es wird nun angenommen, daß die Zone 63 geeignet ist, in gleicher Weise wie die Quelle in einem isolierten Tor-Feldeffekttransistor $IGFET) zu arbeiten.

Wenn nun ein Bitgenerator, wie beispielsweise der in Fig. 4 dargestellte, mit einem Detektor kombiniert und mit diesem verbunden wird, der die Bits abfühlt, die in einem CCD-Kanal übertragen werden, dann kann der Bitgenerator dazu benutzt werden, die Information, die in dem gedämpften Kanal in Abhängigkeit von den Signalen des Detektors übertragen werden, in einen neuen Kanal zu regenerieren« Die Fig. 5 und 6

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zeigen zwei Ausführungsbeispiele eines derartigen Bit-Regenerators in isometrischer Querschnittsdarstellung.

Die in Fig. 5 dargestellte Struktur besteht aus einem größeren η-leitenden Halbleiterteil 71 und einer darüberliegenden Isolationsschicht 72. Reihenweise verteilte Feldplattenelektroden 26Y, 24Z, 25Z und 26Z stellen das Ende eines CCD-Kanals dar, dessen Bitstrom regeneriert werden soll. Die reihenweise angeordneten Feldplattenelektroden 34A, 35A und 36A stellen den Anfang eines frischen CCD-Kanals dar, der zur Aufnahme des regenerierten Bitstroms dient. Wie in den Fig. 1 und 2A-2C, ist jede dritte CCD-Elektrode mit einer Gemeinsamen von drei Taktleitungen 73-75 verbunden.

Ein Paar von ρ-leitenden lokalisierten Zonen 76 und 77 liegt dicht ander Oberfläche des Halbleiters 71 und ist über die Elektroden 78 und 79 jeweils mit Quellen negativen Potential (-VrJ und ,(-V₀) verbunden. Die p-leitende Zone 76 liegt dicht

JJ b

an der letzten Elektrode 26Z im gedämpften Kanal. Das Potential .(-V_n) ist in vorteilhafter Weise so gewählt, daß

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es die p-leitende Zone 76 negativer als das negativste Oberflächenpotential hält, das unter CCD-Elektrode 26Z induziert ist, sodaß, wenn jedes Bit unter die Elektrode 26Z transportiert wird, dieses gesammelt und zerstört wird, d«h. zur Erde abgeleitet wird. Es wird nun angenommen, daß die Zone 76 daher geeignet ist, in der gleichen Weise zu arbeiten wie die Drain-Elektrode in einem IGFET.

Die p-leitende Zone 77 ist so angepaßt, daß sie als ein Bit-Generator arbeiten kann. Daher wird das in vorteilhafter Weise angelegte Potential ,'(-V,.,) so gewählt, daß es die Zone 77 genügend negativ halten kann, daß nur genügend Löcher selektiv von ihr abgezogen werden, um die Potentialquellen unter der Elektrode 34A teilweise aufzufüllen, ohne daß sie in den neuen CCD-Kanal fließen.

Unter der CCD-Elektrode 25Z befindet sich eine Sensorelektrode 80 für den Fluß, die von der Elektrode 25Z und dem Halbleiter 71 durch Teile der Isolationsschicht 72 getrennt ist. Die Sensorelektrode ist mit einem über ihr befindliehen Kontakt 81 mit einer

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Torschaltungselektrode 82 verbunden, die zwischen dem Bit-Generator 77 und der ersten CCD-Elektrode 34A liegt.

Die Kapazität zwischen den Elektroden 25Z und 80 ist mit C bezeichnet, während die Kapazität zwischen der Elektrode und dem Halbleiter 71 mit C angegeben ist. Die Kapazität des Erschöpfungsbereichs, der sich unter den Elektroden 25Z und bildet, ist sehr klein bezüglich C₁ und C . Mit diesen Definitionen ist dann die an der Elektrode 80 induzierte Spannung etwa die angelegte Taktimpuls spannung ,{φ ), wenn die darunter befindliche Potentialquelle leer ist ,(logische Null). Wenn dagegen die Potentialquelle nahezu vollgeladen ist (logische Eins), dann ist die an der Elektrode 80 induzierte Spannung etwa φ , multipliziert mit dem Verhältnis C /,(C₁ + C). Da φ eine negative

1 χ Λ Χ

Spannung und C₁ und C positive Zahlen sind, wird mehr negative Spannung an der Elektrode 80 induziert, wenn sich eine "Null" unter der Elektrode 25Z befindet, als wenn dort eine "Eins" wäre.

Diese an der Elektrode 80 induzierten Spannungen werden direkt angekoppelt und erscheinen an der Torschaltungselektrode 82,

die sich zwischen dem. Bit-Generator 11 und der CCD-Elektrode 34A befindet« Es ist zu beachten, die erste.CCD-Elektrode 34A mit der gleichen Taktleitung verbunden ist, wie die Elektrode 25Z, unter der die Bits abgefühlt werden« Aufgrund dieser Tatsache wird ein Päckchen von Löchern ^logische Eins) von dem Bit-Generator ΤΊ zu der Potentialquelle unter der Elektrode 34A transportiert, wenn sich zu dieser Zeit unter der Elektrode 25Z eine ⁿNull^lT befindet. Umgekehrt ist das Kapazitätsverhältnis C /fC + C) und der Abstand der Elektrode 82 von der Halbleiteroberfläche so gewählt, daß keine Löcher flogisehe Null) vom Bit-Generator 77 übertragen werden, wenn sieh zu dieser Zeit unter der Elektrode 25Z eine "Eins" befindet. Dieses wird durch die Einstellung des Kapazitäts Verhältnisses und den Abstand der Elektrode 82: bewirkt» derart, daß wenn eine "Eins" sich unter der Elektrode 25Z befindet, das Oberfläehenpotential unter der Elektrode 82 weniger negativ als _r{-¥ ) ist.

Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert sein,, eine Gleichs ρ annungs vor schaltung an die Torschaltungselektrode 82 für einen optimalen Betrieb anzulegen» Dieses ist durch eine zusätzliche

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Verbindung der Torschaltungselektrode 82 über eine hohe Impedanz ,(nicht dargestellt) mit einer Gleichspannungsquelle möglich. In diesem Falle ist die der hohen Impedanz zugeordnete Zeitkonstante in vorteilhafter Weise beträchtlich größer als die reziproke Bit-Transportgeschwindigkeit durch den CCD-Kanal, so daß die Impuls spannungen , die an der Sensorelektrode 80 induziert werden, die Torschaltungselektrode 82 veranlassen können, sich in Abhängigkeit hiervon zu verändern, ohne einer Rückwirkung von der Gleichspannungs-Vorspannung zu unterliegen. Es wird daher angenommen, daß die Elektroden 80 und 82 bezüglich der Wechselspannung und der Impulssignale "elektrisch gleiten".

Fig. 6 zeigt einen anderen Zu stands inverter und Bit-Generator wie Fig, 5, mit der Ausnahme, daß die Abfühlfunktion von einer elektrisch gleitenden p-leitenden lokalisierten Zone 90 durchgeführt wird, die in der Nähe der Halbleiteroberfläche unter der CCD-Elektrode 25Z liegt. Der einzige Unterschied zwischen den Anordnungen der Fig. 5 und 6 besteht darin, daß die elektrisch gleitende Sensor-

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elektrode 80 entfernt wurde und durch eine elktrisch gleitende Lokalisierte Zone 90 in Fig. 6 ersetzt wurde. Wegen der starken Ähnlichkeiten wurden in Fig. 6 die gleichen Nummerierungen verwendet.

In ähnlicher Weise, wie es im Zusammenhang mit Fig. 5 bereits beschrieben wurde, werden an der Sensorzone 90 in Fig. 6 Spannungen induziert und direkt auf die Torschaltungselektrode 82 gekoppelt, die den Transport einer Ladungsmenge vom Bit-Generator 77 sperrt oder erlaubt. Die Spannung an der Uone 90 ist zu einem beliebigen Augenblick etwa gleich der angelegten Oberflächenspannung. Dieses Oberflächenpotential ist etwa gleich φ₁, wenn eine "Null" unter der Elektrode 25Z vorliegt, da φ hier angelegt wird und etwas weniger negativ als φ.., wenn eine "Eins" (Päckchen von Löchern) einläuft. Wenn bei dem Anlegen von φ ^eine genügende Anzahl von Löchern hereinfließt, um die Potentialquelle zu füllen, steigt das Oberflächenpotential auf einen Maximalwert von etwas weniger als null. Bei typischen Strukturen kann die an der Zone 90 induzierte Spannung, wenn eine "Eins" vorliegt, ein Drittel

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weniger negativ gemacht werden, als die induzierte Spannung, wenn eine ^MNuIl^tl vorliegt. Diese Differenz ist ausreichend» um zu bewirken, daß die gewünschte Durchschaltung an der Elektrode 82 erfolgt. Es ist zu bemerken, daß bei einer Struktur gemäß Fig. 5 eine "Eins¹¹ vom Bit-Generator 77 in Fig., 6 weg durchgeschaltet wird, wenn eine "Null" sich unter der Elektrode 25Z befindet.. Eine ¹¹NuIl" wird in dieser Richtung übertragen, wenn eine "Eins" sich unter der Elektrode 25Z befindet.

Nachdem die Struktur und Operation der grundlegenden Inversionsregenerations elemente gemäß der Erfindung beschrieben wurden, wird nun anhand der Fig. 7 - 14 eine Anzahl vorteilhafter Modifizierungen und Anwendungen für derartige Elemente gemäß der Erfindung erläutert. Ohne Anspruch auf Vollständigkeit, zeigen die Fig. 7 - 14 in einer ArtJüfsieht-Darstellung die CCD-Strukturen g&m&ß Fig. 1 - 6. Ih den Fig· 7-14 stellen ausgezogene Leitungsmttster die Feldplattenelektroden dar, die sich über einer Isolationsschicht befinden. Die gestrichelten Leitungsmuster zeigen entweder Elektroden'^ die innerhalb des Isolators; angeordnet sind {wie beispielsweise Elektrode 80 in Fig. 5): oder lokalisierte

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Zonen im Halbleiter (wie beispielsweise die Zonen 76, 77 u. 90 in den Fig. 5 u« 6). Diese Art der Darstellung ist primär aus Gründen der Vereinfachung und Ökonomie der Darstellung gewählt worden.

Speziell die Fig. 7 zeigt eine sehematische Auf sichts darstellung auf ein Inversionsregenerationselement, das den in den Fig. 5 und 6 dargestellten ähnlich ist. In Fig. 7 stellen die Merkmale 124Y bis 126Z Feldplattenelektroden am Ende eines CCD-Kanals dar, dessen Information invertiert und regeneriert werden soll. Die Merkmale 134A bis 136A zeigen Feldplattenelektroden am Anfang eines frischen CCD-Kanals, um den neu regenerierten Bitstrom aufzunehmen. Es wird angenommen, daß die Elektroden 124Y bis 126Z und 134A bis 136A zu den Elektroden 26Y bis 26Z und 34A bis 36A in den Fig. 5 u. 6 analog sind. Wie in den früher beschriebenen Fig. 1, 2A - 2C, 5 und 6, ist jede dritte CCD-Elektrode mit einer Gemeinsamen von drei Taktleitungen 173 - 175 verbunden, an die die Taktspannungen φ - φ

J- O

(alternativ ,{-V ), .(-V) und ,'(-V-) ) angelegt werden.

In Fig. 7 stellt das gestrichelt dargestellte Merkmal 100, das

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unter der CCD-Elektrode 124Z liegt, eine Sensorelektrode dar, die entweder der Elektrode 80 in Fig. 5 oder der Elektrode 90 in Fig, 6 ähnlich ist. Wie in den Fig. 5 und 6 ist die Sensorelektrode 100 nicht mit den Taktleitungen sondern über eine Leitung 181 mit einer Torschaltungselektrode 182 verbunden, die genauso arbeitet wie die Torschaltungselektrode 82 in den Fig.- 5 und 6.

Das gestrichelt dargestellte Markmal 176 stellt eine pleitende lokalisierte Zone dar, die mit einer negativen Spannungsquelle (-V) verbunden ist und als Drain-Elektrode arbeitet, in Analogie zu der Zone 76 in den Fig. 5 und @. Das gestrichelt dargestellte Merkmal 177 stellt eine pleitende lokalisierte Zone dar, die mit einer negativen Spannungsquelle i{-V ) verbunden ist und als Bit-Generator arbeitet, in Analogie zu der Zone 77 in den Fig. 5 und 6.

Anders als in der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Einrichtung ist das Sensorelement 100 in Fig. 7 unter den Feldplattenelektroden 124Z angeordnet und von der Drain-Elektrode durch

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ein Paar von Feldplattenelektroden 125Z und 126Z, anstelle von nur einer, getrennt. Diese Trennung mit zwei Elektroden anstelle von einer ist für die Operation nicht notwendig, sondern nur vorteilhaft, da hierdurch, das Sensorelement 100 von den Wirkungen der Drain-Elektrode 176 effektiver entkoppelt wird.

Bei einer Rückbetrachtung auf die Fig. 1 und 2A - 2C ist zu bemerken, daß die Ladungspäckchen, die die Information darstellen, nur unter denjenigen Elektroden liegen, an die J-V), die am meisten negative Taktspannung, · angelegt wird. Die anderen beiden Elektroden jeder Dreiergruppe dient dazu, jedes Ladungspäckchen von den benachbarten Päckchen zu trennen. Daher ist es in Fig. 7 wünschenswert, ein Ladungspäckchen von dem Bit-Generator 177 weg zu übertragen, nur wenn X-V) an die Elektrode 124Z (oberhalb der Sensorelektrode 100) angelegt wird, da nur dann sich dort ein Ladungspäckchen £oder dessen Fehlen) befindet, das die unter der Elektrode 124Z abzufühlende Information darstellt. Hieraus wird das allgemeine Prinzip gewonnen, daß die Feldplattenelektrode (124Z in Fig, 7), die über der Sensor-

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3ί

elektrode 1100 in Fig. 7) liegt, immer mit der gleichen Taktleitung ,(173 in Fig. 7) verbunden wird, da sie die er ate Feldplattenelektrode |134A in Fig.. 7) ist, die der Torschaltungselektrode fl82 in Fig. 7) folgt, so daß Information gleichzeitig abgefühlt, invertiert, regeneriert und zu der ersten Feldplattenelektrode .(134A in Fig. 7) des neuen CCD-Kanals übertragen wird. Es ergibt sich ferner aus dem Obengesagten, daß V₀ größer sein sollte als V und V , aber kleiner als

ο 1 Δ '

Y , so daß die Tors chaltungs elektrode 182 gestattet, daß die · Ladung von dem Bit-Generator 177 weg nur dann transportiert wird, wenn gleichzeitig (-V) an die Elektrode 124 Z gelegt wird und eine^MNull" sich unter der Elektrode 124Z befindet.

Fig. 8 zeigt nun eine schematisehe Aufsichtsdarstellung auf ein Inversionsregenerationselement, das den in den Fig. 5 u. dargestellten ähnlich ist. Die Einrichtung gemäß Fig. 8 ist jedoch für Zweiphasenbetrieb geeignet. Hierzu stellen die Feldplattenelektroden 153Y bis 154Z das Ende eines CCD-Kanals dar, dessen Information invertiert und regeneriert werden soll. Die Feldplattenelektroden 253A - 254A stellen den Anfang

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eines neuen CCD-Kanals dar, um den neu generierten Bitetrom aufzunehmen. Um den Ladungstransport in einer Richtung sicher zustellen, bestehen diese Feldplattenelektroden vorteilhafterweise aus einer Art, die geeignet ist, asymmetrische Potentialquellen zu erzeugen, wie sie bereits im Zusammenhang k mit Fig. 3 erläutert wurden.

In Fig. 8 ist jede zweite Feldplattenelektrode mit einer Gemeinsamen von zwei Taktleitungen 155 und 156 verbunden. Die Merkmale 176 und 177 stellen jeweils eine Drain-Elektrode und einen Bit-Generator dar, da sie jeweils mit geeigneten Spannungsquellen f-V } und ,f-V_o) verbunden sind. Ein Abfühlement 100,

JJ O

wie entweder die Elektrode 80 in Fig. 5 oder die Elektrode 90 in Fig. 6,liegt unter der Feldplatte 153 Z und ist über einen Leiter 181 mit einer Torschaltungselektrode 182 verbunden. Wo, wie hier, Feldplattenelektroden der in Fig. 3 dargestellten Art verwendet werden, befindet sich die Abfühlelektrode 100 in vorteilhafter Weise nur unter demjenigen Teil der entsprechenden Feldplattenelektrode ,(153Z in Fig. 8), der über dem dünneren Dielektrikum liegt, weil dort das Ladungspäckchen liegt,

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wie in Fig. 3 dargestellt ist. Auf diese Weise werden ein Maximum an induzierter Spannung und ein minimaler Betrag von parasitären Kapazitäten erreicht. Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 8 geht aus dem bereits Gesagten hervor.

Fig. 9 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung auf ein anderes Inversions regenerationselement, das für zweiphasigen Betrieb geeignet ist. Die in Fig. 9 dargestellte Einrichtung unterscheidet sich von derjenigen in Fig. 8 nur darin, daß der Bit-Generator 177 mit der Taktleitung 136 verbunden und von dieser betrieben wird, und daß die Sensorelektrode 100 von der Drain-Elektrode 176 durch ein F.eldplattenelektrodenpaar 154Z und 154ZZ anstelle durch eine solche Elektrode getrennt ist.

Wie bei den zuvor erläuterten dreiphasigen Ausführungsbeispielen, muß die Feldplattenelektrode |153 Z in Fig. 9), unter der sich die Sensorelektrode 100 befindet, mit der gleichen Taktleitung ,{155 in Fig. 9) verbunden werden, wie die erste Feldplattenelektrode (253A in Fig. 9), die der Torschaltungselektrode (182) folgt. Wenn, wie in Fig. 9, der Bit-Generator

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von der Taktleitung betrieben werden soll, um die Zahl der erforderlichen Leiter zu verringern, dann muß der Bit-Generator |177) mit einer anderen Taktleitung ,(156 in Fig. 9) verbunden werden, wie die Elektroden 153Z und 253A, damit die entsprechenden Spannungsbeziehungen hergestellt werden. Diese Vorgänge werden im folgenden an einem ausführlich beschriebenen, vollständigen Operationszyklus der Einrichtung nach Fig. 9 deutlich gemacht.

Zuerst sei ein Halbzyklus angenommen, in dem φ = .(-V₁) an die Taktleitung 155 und φ = (-V) an die Taktleitung 156 angelegt wird, wobei V₀ > V ist. Während dieses Halb zyklus

et \

wird das zu invertierende und regenerierende Bit unter der Elektrode 154Y gespeichert. Ein anderes Bit, das invertiert und regeneriert wurde, wird doppelt gespeichert, und zwar das gedämpfte Bit unter der Elektrode 154 Z und das invertierte und regenerierte Bit unter Elektrode 254A. Bei dieser Bedingung kann kein Päckchen positiver Ladung vom Bit-Generator 177 zur Feldplattenelektrode 253A übertragen werden, ohne Rücksicht auf die Spannung an der Torschaltungselektrode 182, da der Bit-

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Generator negativer J-V₉) ist als die Elektrode 253A,

Nun sei angenommen, daß der Takt seine Polarität in die andere Zyklushälfte umschaltet, in der $ =· J-V₀) und φ_ο =

A. Cl Cl

J-V₁) wird. Da die Spannungen geändert werden, belegt sich jedes Ladungspäckchen einen Schritt {eine Elektrode) nach unten in Fig. 9, wie es durch die Pfeile 157 und 257 in derselben Art angegeben ist, wie es bereits im Zusammenhang mit der Fig. 3 erläutert wurde. Das gedämpfte Bit unter der Elektrode 154Z wird zu der Elektrode 154ZZ übertragen und in die Drain-Elektrode 176 durch J-V) eingegeben, das negativer ist als (-V). Die invertierte Darstellung dieses Bits wird von der

Elektrode 254A zu der nächsten Elektrode Jnicht gezeigt) im regenerierten Kanal übertragen. Es ist zu bemerken, daß die Elektrode 253A nun negativer J-V₉) ist, als der Bit-Generator 177 J-V₁), so daß ein Päckchen positiver Ladung zu der Elektrode 253A transportiert wird, wenn dieses die Torschaltungselektrode 182 gestattet.

Da sich die Taktspannungen auf diese zweite Bedingung verändern, bewegt sich das ankommende Bit von der Elektrode 154Y

zu der Elektrode 153 Z, wo es von der Äbfühlelektrode IQO erkannt wird» Wie im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 bereits erläutert wurde, sind die Äbfühlelektrode 100 und die Torschaltungselektrode 182 so angepaßt,' daß ein Ladungspäckchen jf'Eins") vom Bit-Generator 177 zu der Elektrode 253A übertragen wird, wenn das Fehlen eines Ladungspäckchens £"Null") von der Äbfühlelektrode 100 erkannt wird. Keine Ladung ^¹¹NuIl") wird Übertragen, wenn eine^HEin's^w von der Äbfühlelektrode 100 erkannt wird.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß keinem Bit die Übertragung zu der Elektrode 253 A während des ersten Halbzyklus gestattet wird, wegen der Spannungsbeziehung zwischen dem Bit-Generator 177 und der Elektrode 253A. Während des anderen Halbzyklus ist die Spannungsbeziehung zwischen dem Generator 177 und der Elektrode 253A umgekehrt, so daß eine "Eins" von der Übertragung zwischen diesen beiden Punkten nur dann verhindert wird, wenn eine "Null¹¹ an der Äbfühlelektrode festgestellt wird.

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Die Einrichtung nach Fig. 8 könnte ebenso auch mit einem Bit-Generator 177 arbeiten, der von der Taktleitung 156 betrieben wird. Die Dreiphaseneinrichtung nach Fig. 7 könnte auch mit einem Bit-Generator 177 betätigt werden, der von der Taktleitung 175 betrieben wird, vorausgesetzt ist aber, daß der Taktimpuls eine geeignete Form hat, beispielsweise . ■ Sinusform, so daß die entsprechenden Spannungsbeziehungen zwischen dem Bit-Generator 177, der Torschaltungselektrode 182 und der Feldplattenelektrode 134A aufrechterhalten bleiben.

Fig. 10 zeigt nun eine schematische Aufsichtsdarstellung auf einen weiteren Invertergenerator gemäß der Erfindung, der für einen zweiphasigen Betrieb vorgesehen ist. Diese Einrichtung ist der in Fig. 8 dargestellten ähnlich, mit Ausnahme der Anordnung für die Bit-Erzeugung. Die Beschreibung der Fig, wird daher abgekürzt und primär auf die unterschiedlichen Merkmale gerichtet. Wie in Fig. 8, besitzt die Einrichtung eine p-leitende lokalisierte Drain-Elektrode 176, die an eine geeignete negative Spannungsquelle ,(-V_n) angeschaltet ist und eine p-leitende lokalisierte Zone 177 als Quelle für positive

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Ladungsträger. Anders als in Fig. 8 jedoch ist die Quelle 177 in Fig. 10 mit der elektrischen Erde verbunden und von/der Torschaltungselektrode 182 durch eine Feldplattenelektrode 105 und eine elektrisch gleitende p-leitende lokalisierte Zone 178 getrennt.

Im Betrieb bewirken negative Spannungen, die an die Feldplattenelektrode 253A und negative Spannungen, die an der Torschaltungselektrode 182 induziert werden, einen Ladungstransport von der Zone 178 weg zu der Feldplattenelektrode 253A, die ihrerseits bewirkt, daß ein negatives Potential in die Zone 178 induziert wird. Dann bei einer negativen Zone 178 und einer auf Erdpotential liegenden Zone 177 und nach Abschaltung der Torschaltungselektrode 182, erlaubt ein negativer "Zündimpuls", der auf die Elektrode 105 gegeben wird, für eine gegebene Zeitspanne einen relativ präzise bestimmbaren Betrag eines Ladungstransportes von der Zone 177 zu der Zone 178.

Dieses wird als "Zündung" bezeichnet, da es die vorläufige Speicherung eines relativ genauen Ladungsbetrages in der Zone

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-Γ

2151890

178 gestattet, der dann als ein ^tlIonⁿ zu der Elektrode 153A durchgeschaltet werden kann. Diese Verfügbarkeit eines genau vorhersagbaren Ladungsbetrages ist deshalb wünschenswert, weil der Störsignalumfang eines Systems, u. a,, von dem. Maß abhängt, durch das jedes "Eins"-Bit gleich den anderen ¹¹EUiS¹¹-Bits ist und jedes ^J!NulI^ri-Bit gleich den übrigen "Nul^-Bits ist.

In den nun zu erläuternden Fig. 11-13 sind eine Anzahl von Ausführungsbeispielen dargestellt, die Invertierungsregeneratoren eines Typs verwenden, der hier bereits beschrieben wurde und für die Durchführung logischer Funktionen geeignet ist.

Fig. 11 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Einrichtung zur Durchführung der logischen Operation NOR, deren Wahrheitstab eile folgendermaßen aussieht:

NOR
ABC

001
010
100
110

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Der obere Teil der Figur stellt zwei CCD-Kanäle A und B dar, die an ein gemeinsames Paar von Taktleitungen 155 und 156 angeschlossen sindtmd eine Informationsübertragungsrichtung nach unten besitzen, wie es durch die Pfeile 157A und 157B angedeutet ist. Die Elektroden 154AY, 153AZ, 154AZ, 154BY, 153BZ und 154BZ sind Feldplattenelektroden in den entsprechenden Kanälen, analog zu den Elektroden 154Y, 153Z und 154Z in den Fig. 8 - 10. Der untere Teil der Figur, d.h. die Feldplattenelektroden 253CA und 253CB stellen den Anfang eines neuen CCD^Kanals, der mit C bezeichnet ist und die regenerierten Bits, die von der NOR-Operation stammen, aufnimmt. Das gestrichelt dargestellte Merkmal 276 stellt eine p-leitende lokalisierte Zone dar, die mit einer negativen Spannungsquelle J-V_) verbunden ist und als Drain-Elektrode arbeitet, analog zu den Zonen 76 und 176 in den vorangegangen Figuren. Das gestrichelt dargestellte Merkmal 277 stellt eine p-leitende lokalisierte Zone dar, die als Bit-Generator in einer Weise arbeitet, die bereits im Zusammenhang mit der Zone 177 in Fig. 9 erläutert wurde und mit einer der Taktleitungen 156 verbunden ist.

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Ein Paar von getrennten Abfühlelementen lOOA und lOOB befindet sich unter den Elektroden 153AZ und 153BZ in den Kanälen A und B. Jeder dieser Sensoren ist in einer Weise mittels der Leitungen 18IA und 18IB mit einem getrennten Paar von Torschaltungselektroden 182A und 182B verbunden, die bereits im Zusammenhang mit den früheren Figuren erläutert wurde. Für NOR-Element sind die Torschaltungselektroden bezüglich des Bit-Generators 277 und der ersten CCD-Elektrode 253CA des Kanals 10 reihenweise angeordnet.

Beim Betrieb werden getrennte Bitströme von Information gleichzeitig längs der Kanäle A und B in Abhängigkeit von den an die Taktleitungen 155 und 156 angelegten Taktsignalen übertragen. Die Bitströme sind so synchronisiert, daß die Bits gleichzeitig unter den Elektroden 153AZ und 153BZ hindurchlaufen. Wenn entweder der Sensor lOOA oder der Sensor lOOB eine "Eins" erkennt, dann wird an derjenigen Torschaltungselektrode, mit der dieser Sensor verbunden ist, eine ausreichend hohe Spannung induziert, die die Übertragung der Ladung unter ihr verhindert. Auf diese Weise ist zu sehen, daß gemäß der

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Wahrheitstabelle in Fig. 11 eine'^!Eins" vom Bit-Generator 277 zu der Feldplattenelektrode 253CA nur übertragen wird, wenn eine "Null" an beiden Sensoren 10OA und lOOB festgestellt wird.

An dieser Stelle sollte erwähnt werden, daß innerhalb des in Fig. 11 dargestellten NOR-Elements die To rs chaltungs elektroden 182A und 182B eine logische UND-Funktion ausführen, d.h. nur wenn eine Potentialquelle unter beiden induziert wird, kann ein Ladungspäckchen vom Bit-Generator 277 zu der Feldplattenelektrode 253CA übertragen werden. Dieses führt zu einer generellen Lehre, daß, woimmer eine UND-Funktion in einem CCD-System gewünscht wird, diese z.T. dadurch verwirklicht werden kann, indem eine Anzahl von Torschaltungselektroden reihenweise angeordnet wird.

Fig. 12 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung, auf eine Einrichtung, die für die Ausführung der logischen NAND-Operation geeignet ist, deren Wahrheitstabelle folgendes Aussehen hat:

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NAND	1
AB ι—'«ι	1
O O	O
O 1	O
1 O
1 1

Die Einrichtung nach Fig. 12 unterscheidet sich von der in Fig. 11 dargestellten nur darin, daß die Torschaltungselektroden 182A und 182B bezüglich des Bit-Generators 277 und der CCD-Elektrode 253CA parallel angeordnet sind. Bei dieser Ausführung der Torschaltungen wird der Ladungstransport von dem Bit-Generator 277 weg nur dann verhindert, wenn eine "Eins" an beiden Sensoren lOOA und lOOB festgestellt wird. Dieses stimmt mit der Wahrheitstabelle der NAND-Einrichtung in Fig. 12 überein.

An dieser Stelle sollte darauf hingewiesen werden, daß innerhalb des NAND-Elementes, das in Fig. 12 dargestellt ist, die Torschaltungselektroden 182A und 182B eine logische ODER-Funktion ausführen, d. h. wenn eine Potentialquelle unter beiden induziert wird, dann kann ein Ladungspäckchen vom Bit-

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Generator 277 zu der Feldplattenelektrode 253CA transportiert werden. Dieses führt zu der allgemeinen Lehre., daß, woimmer eine ODER-Funktion in einem CGD- System gewünscht wird, dieses teilweise dadurch verwirklicht werden kann, daß eine Anzahl von Torschaltungselektrodenparallel angeordnet wird.

Fig. 13 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung einer Einrichtung, die für die Durchführung einer logischen "FAN-OUT"-Operation geeignet ist, deren Wahrheitstäbelle in Fig. 13 unten dargestellt ist. Der obere Teil dieser Figur stellt einen CCD-Kanal dar, der mit A bezeichnet ist und an ein Paar von Taktleitungen 155 und 156 angeschlossen ist und eine Abwärtsinformationsübertragung vornimmt, wie es durch den Pfeil 157A angedeutet ist. Die Elektroden 154AY, 153AZ, 154AZ sind Feldplattenelektroden des Kanals A, analog zu den Elektroden 154Y, 153Z und 154Z in den Fig. 8 bis 10. Der untere Teil der Figur, d.h. die Feldplattenelektroden 253BA, 254BB, 253CA und 254CB stellen den Anfang eines.CCD-Kanalpaares dar, die mit B und G bezeichnet sind und für die Aufnahme der regenerierten Bits vorgesehen ist, die von der "FAN-OUT"-

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Operation stammen. Die gestrichelt dargestellten Merkmale 276 und 277 stellen eine Drain-Elektrode und einen Bit-Generator dar, die gemäß der Beschreibung der Fig. 11 und 12 arbeiten. Die Wahrheitstabelle für die "FAN-OUT"-Funktion hat folgendes Aussehen:

FAN-OUT	B C
A	1 1
O	O O
i

Ein Sensor lOOA liegt unter der Elektrode 153AZ und ist mittels der Leiter 18IB und 18IC mit einem Paar von Torschaltungselektroden 182 und 182C verbunden. Aus der vorstehenden Beschreibung ist bekannt, daß, wenn immer eine "Null" an dem Sensor lOOA vorliegt, eine "Eins" durch die Elektrode 182B vom Bit-Generator 277 in den Kanal B und eine andere "Eins" in den Kanal C durchgeschaltet wird. Andererseits, wenn eine "Eins" am Sensor lOOA vorliegt, dann werden "Nullen" in die Kanäle B und C durchgeschaltet.

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Die 'J¹AN-OUT "-Funktion kann auch in einer Reihe von anderen Wegen, neben dem in Fig. 13 dargestellten, verwirklicht werden. Bei vielen Anwendungen kann es z. B. vorteilhaft sein, den Sensor mit einer einzigen Torschaltungselektrode zu verbinden und die Feldplattenelektroden 253BA und 253CA£Fig. 13) in eine größere Elektrode übergehen zu lassen, so daß die parasitäre kapazitive Belastung des Sensors minimal wird.

Obwohl die Erfindung teilweise dadurch beschrieben wurde, indem ausführlich Bezug auf bestimmte spezielle Ausführungen genommen wurde, so versteht es sich doch, daß die Detaildarstellung zur Erläuterung und nicht zur Beschränkung gegeben wurde. Aufgrund dieser Erläuterungen ist es dem Fachmann möglich, eine Vielzahl von Variationen in der Struktur und der Betriebsart vorzunehmen, ohne von der Lehre der Erfindung abzuweichen.

Beispielsweise können in der gesamten Beschreibung die Leitfähigkeitstypen der Halbleiter umgekehrt gewählt werden,

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vorausgesetzt, daß auch die entsprechenden Spannungspolaritäten umgekehrt werden.

Darüberhinaus ist die Einrichtung, die in den Pig. Il und 12 dargestellt ist, nicht darauf beschränkt, nur ein Paar von ankommenden Kanälen abzufühlen, sondern sie kann auch eine größere Anzahl von ankommenden Kanälen bedienen, vorausgesetzt, daß sich ein Sensor in jedem Kanal befindet und jeder Sensor mit getrennten reihanweise oder parallel angeordneten Torschaltungselektroden verbunden ist, je nach Art der gewünschten logischen Operation. Auch die "PAN-OUT¹¹-Funktion, die in Fig. 13 dargestellt ist, ist nicht auf zwei Ausgangskanäle beschränkt, sondern sie kann auch auf eine größere Anzahl von Kanälen ausgedehnt werden.

Es soll weiter zum Ausdruck gebracht werden, daß ein Paar von Inverterregeneratoren, wie sie hier beschrieben wurden, in einer Tandemverbindung zusammengeschaltet werden können, so daß der regenerierte Impuls zweimal invertiert wird und daher auf eine regenerierte Kopie zurückgespeichert wird.

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Ein Anwendungsbeispiel für eine derartige Einrichtung ist schematisch in Fig. 14 dargestellt. In dieser Figur stellen die Merkmale 300 und 301 serpentinenartige CCD-Kanäle dar, in denen der Informationsfluß in Richtung der angegebenen-Pfeile erfolgt. Im Kanal 300 erkennt ein Sensor ^ 302 (eines beliebigen Typs der in den Fig. 5.u. 6 beschriebenen

Art) ankommende gedämpfte oder geschwächte Signale und induziert eine entsprechende Spannung an der Torschaltungselektrode 303» Nachdem die ankommenden Signale abgefühlt wurden, werden sie in der bereits beschriebenen Art von einer Drain-Elektrode, wie beispielsweise 76, in Fig. 5-6 gesammelt. In Fig. 14 ist diese Elektrode als gestricheltes Merkmal 304 dargestellt. Ein anderes gestrichelt dargestelltes Merkmal 305 stellt eine Quelle oder einen Bit-Generator dar, wie beispielsweise das Merkmal 77 in den Fig. 5-6. Daher stellt die Kombination der Merkmale 302, 303, 304 und 305 ein Inversionsregenerationselement dar.

Die Bits von der Quelle 305 werden von der Elektrode 303 zu einer anderen Feldplattenelektrode 306 durchgeschaltet.

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Ein anderer Sensor 307 ist mit der Feldelektrode 308 verbunden, die am Anfang des Kanals 301 liegt. Nachdem die Bits von der Quelle 305 von dem Sensor 807 erkannt wurden, werden sie von einer zweiten Drain-Elektrode 309 gesammelt. Eine zweite Quelle, die als gestrichelt dargestelltes Merkmal 310 angegeben ist, dient als Bit-Generator, dessen Bits von der Elektrode 308 in den Kanal 301 durchgeschaltet werden. Obwohl diese doppelte Inversion selten, wenn überhaupt, nötig ist, so kann sie wünschenswert sein, bei relativ kurzen serpentinenförmigen Datenmustern, wenn der Systementwickler lieber eine doppelte Inversion durchführt als eine Mnfachzustandsumkehr.

Weiterhin ist es verständlich, daß, da die NAND- und NOR-Funktion jeweils logisch unabhängige Funktionen sind, alle anderen logischen Funktionen gemäß dem bekannten logischen Prinzip aus beiden abgeleitet werden können.

Es ist weiter festzustellen, daß Bit-Generatoren, Sensoren und Inversions regenerations elemente gemäß der Lehre der Erfindung leicht in zahlreicher Weise kombiniert werden können,

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um andere logische Funktionen zu bilden, die nicht ausdrücklich hier erläutert wurden.

Weiterhin ist es möglich, daß die vorstehend beschriebenen Inversionsregenerationselemente und deren verschiedene Ausführungsformen leicht für eine Verwendung in Ladungstransporteinrichtungen angepaßt werden können, in Ladungstransporteinrichtungen des "Eimer-Brigade"-Typs, die eingangs erwähnt wurde. Eine grundlegende Form einer derartigen Adaption zeigt die Fig. 15 in einer schematischen Querschnittsdarstellung.

Der Teil 400 stellt eine Ladungstransporteinrichtung nach dem. "Eimer-Brigade"-Typ dar, die ein grundlegendes Inversionsregenerationselement gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet. Das Element 400 besteht aus einem halbleitenden Körper 401, der als n-leitender Typ dargestellt ist, und einer Anzahl von p-leitenden Oberflächenzonen. Eine dielektrische Schicht 402 befindet sich über der Oberfläche des Halbleiters 401. Über der dielektrischen Schicht 402 befinden sich

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eine Anzahl von reihenweise angeordneten Feldplattenelektroden401X, 402X, 401Y, 402Y, 401Z und 402Z, die in Kombination mit einer entsprechenden Anzahl von asymmetrisch angeordneten, darunterliegenden, p-leitenden, lokalisierten Zonen 403X, 404X, 403Y, 404Y, 403Z und 76das Ende eines "Eimer-Brigade"-Kanals darstellen, dessen Bitstrom invertiert und regeneriert wird. In gleicher Weise stellen die reihenweise angeordneten Feldplattenelektroden 411A, 412Aund 411B in Kombination mit einer entsprechenden Anzahl von asymmetrisch angeordneten, darunterliegenden, p-leitenden, lokalisierten Zonen 413A, 414A und 413B den Anfang eines frischen "Eimer-Brigade "-Kanals für die Aufnahme des invertierten und regenerierten Bitstroms dar. Wie die Figur zeigt, ist jede zweite der erwähnten Feldplattenelektroden mit einem gemeinsamen Paar von Taktleitungen 455 und 456 verbunden.

Es ist zu sehen, daß die bevorzugte Informationsübertragungsrichtung von der Asymmetrie bestimmt wird, mit der jedes Paar der darunterliegenden Zonen von den Feldplattenelektroden überlappt ist. Fig. 15 zeigt insbesondere, daß jede der erwähnten.

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Elektroden einen Teil von zwei darunterliegenden Zonen überlappt und daß in dem ankommenden Kanal j, dessen Bitstrom zu regenerieren ist, und in dem abgehenden Kanal» dtr den invertierten und regenerierten Bitstromaufnimmt_f die größere Überlappung auf der rechten Seite ist, Diese Asymmetrie in der Überlappung bewirkt die Vorzugsrichtung der Informationsübertragung, wegen der resultierenden Asymmetrie der kapazitiven Kopplung zwischen den Feldplattenelektroden und den unter diesen liegenden Zonen,

Die in den Fig. 5 und 6 verwendeten Bezugs zeichen für die Merkmale, die sich in dem Inversionsregenerationselement befinden, wurden auch, wo es möglich war, in Fig» 15 benutzt. Daher stellt in Fig. 15 die p-leitende Zone T6 eine Drain-Zone dar für die Bereitstellung von gedämpften Bits nach der Erkennung, Ebenso stellt die p-leitende Zone 77 eine unabhängige QuellenzQne, d»h. einen Bit-Generator dar, von dem injizierte mobile Ladungsträger selektiv durchgesehaltet werden, um den regenerierten Bitstrom zu erzeugen. Es ist festzustellen, daß, wie in Fig. 6_# die Drain- und Quellenzonen 76 und 77 über die Elektroden 78

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und 79 jeweils leitend mit den negativen Potentialquellen (-V) und (-V) verbunden sind. Wie in der Einrichtung gemäß den Fig. 5 u. 6, wird (-V) vorteilhafterweise so gewählt, um die p-leitende Zone negativer zu halten als das negativste Oberflächenpotential, das in der benachbarten Zone 403Z induziert wird, so daß gedämpfte oder geschwächte Bits stets von der Zone 403Z zur Drain-Zone 76 wandern können und sie so gesammelt werden können und zerstört, d.h. zur Erde abgeleitet werden können. Auch wie in der vorstehenden Beschreibung wird ,{-V_) so gewählt, daß die Bitgeneratorzone

77 genügend negativ gehalten wird, so daß nur ausreichend Löcher selektiv von ihr abgezogen werden können, um die Potentialquellen teilweise aufzufüllen, die in der Zone 408 gebildet werden, ohne in den neuen Kanal zu fließen.

Beim Betrieb arbeitet die Zone 404Y als Sensorzone. Die hier induzierten Spannungen werden direkt über die Elektrode 405 und den Leiter 406 zu einer Torschaltungselektrode 407 übertragen, die zwischen dem Bit-Generator 77 und der Zone 408 liegt. In ähnlicher Weise, wie es bereits im Zusammenhang

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rait Fig. 6 erläutert wurde, ist die Apnnung an der Zone 404Y in jedem Augenblick etwa gleich dem induzierten Oberflächenpotential. Dieses Oberflächenpotential ist etwa gleich der Spannung fφ } auf der Taktleitung, wenn eine "Null" in die Sensorzone 404Y transportiert wird, wenn ;(φ ) an die Elektrode 402Y angelegt worden ist. Sie ist etwas weniger negativ als (^₁)* wenn eine "Eins" (Löcherpäckchen) transportiert wird. Der Taktimpuls generator 425 ist mit den Leitungen oder Leitern 455 und 456 verbunden.

Wenn, da ΙΦ-,λ angelegt wird, eine genügende Anzahl von Löchern zur teilweisen Füllung der Potentialquelle fließt, wird das Oberflächenpotential der Zone 404Y auf einen Maximalwert ansteigen, der etwas unterhalb null liegt. Wie bei den CCD-Ausführungsbeispielen der Fig. 5 u. 6, kann die induzierte Spannung an der Sensorzone 404Y, wenn eine "Eins" vorliegt, um ein Drittel negativer gemacht werden als die induzierte Spannung, wenn eine "Null" vorliegt. Dieser Unterschied ist ausreichend, um die gewünschte Torschaltungswirkung der Elektrode 407 zu erreichen. Daher kann analog zu dem Beispiel der Fig. 5 und 6

209821/0876 "*^4κ!*

die parasitäre Kapazität und der Abstand der Elektrode 407 von der Oberfläche des Halbleiters 401 so eingestellt werden, daß eine "Eins" durch die Elektrode 407 von der Quelle 77 zu der Zone 408 durehgesqhaltet werden, wenn eine "NfeH^lr sich in der Sensorzone 4Q4Y befindet. Eine "Null" wird durch die Elektrode 407 von der Quelle 77 zu der Zone 408 durchgeschaltetj, wenn eine "Eins" sieh in der Sensorzone 4Q4Y befindet.

Es wurde vorstehend schon im Zusammenhang mit den Fig« 5 u, 6 erwähnt, daß es in einigen Fällen wünschenswert sein kann, eine Gleiehspannungs-Vorspannung an die Torschaltungselektrode f4Q7 in Fig« 15) und/oder an den Sensor f404Y i& Fig, IS) für eine optimale Operation anzulegen« Dieses wird dadurch erreicht, daß der Leiter 406 über eine hohe Impedanz am eine Gleichspannungsquelle angelegt wird. Dieses ist in Fig« 15 schematiseh durch einen Phantomwiderstand 409 dargestellt, der zwischen dem Leiter 406 und einer Gleichspannungsquelle !(-Vg) eingeschaltet ist« Wie bei der CGD^ Einrichtung, ist die der hohen Impedanz !(409) zugeordnete Zeitkonstante

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in vorteilhafter Weise beträchtlich größer als der Kehrwert der Bit-Transportgeschwindigkeit durch den "Eimer-Brigade¹¹-Kanal, so daß die Impuls spannungen die Torschaltungselektrode 407 ohne Rückwirkung von der Gleichspannungsquelle steuern können.

Es sei ferner erwähnt, daß das "Eimer-Brigade-'Schieberegister und -Inve rs ions regeierations element, das in Fig. 15 dargestellt und mit dieser erläutert wurde, leicht ßür viele verschiedene Anwendungen, die beispielsweise im Rahmen der Fig. 7-14 under CCD-Ausführungsbeispiele, die vorstehend ausführlich erläutert wurden, modifiziert werden kann.

Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht eines grundsätzlichen ladungsgekoppelten Vorrichtungsaufbaues 510, der für Zweiphasenbetrieb geeignet ist. Die Vorrichtung 510 weist einen η-leitenden Halbleiterteil 511 auf, auf welchem eine Isolierschicht 512 ungleichförmiger Dicke angeordnet ist. Auf der Schicht 512 befinden sich eine Mehrzahl dicht be einander liegender Elektroden 513A, 514A, 513B, 514B und 513C. Wie dargestellt, umfaßt dieselbe Elektrode einen ersten Teil, der oberhalb eines relativ dicken Bereichs

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der Isolierschicht 512 gelegen ist, und einen zweiten Teil, der oberhalb eines relativ dünnen Bereichs der Isolierschicht gelegen ist. Jede zweite Elektrode liegt an einem gemeinsamen Leiter 515 bzw. Ö16, denen Treibimpulse )fTaktimpulse) φ und φ zugeführt werden.

Im einzelnen stellt Pig, 16 den Betriebszustand dar, in welchem φ gleich,[-V) und φ gleich (-V₀) ist. Die V.-Werte werden

J- Xu et X

als positive Zahlen genommen und V ist größer als V .

et . J.

Außerdem ist V₁ größer als V₁₇₁, wenn V die Schwellenwertspannung zum Erzeugen einer Inversion der Halbleiteroberfläche unterDauerstrich-Bedingungen ist.

Die gestrichelte Linie 515 stellt schematisch das Oberflächenpotential {die Tiefe der Potentialquellen oder -mulden, wie sie auch genannt werden) der Oberfläche im oben beschrieben betriebszustand dar. Wenn, wie vorliegend, das Arbeitsmedium 511 ein Halbleiter ist, kann die Linie 515 auch als die schematische Begrenzung der Verarmungszonen aufgefaßt werden, die durch die den Elektroden zugeführte Spannung entstehen. Die Ladungs-

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träger, im vorliegenden Fall Löcher, sind schematisch durch Pluszeichen dargestellt, die in die Potentialmulden eingesetzt sind. Insoweit Löcher dazu neigen, die Stellen des tiefsten, negativen Potentials einzunehmen, ist leicht einzusehen, daß in diesem Betriebszustand jegliche freien Löcher unter entweder der Elektrode 513A oder 514A nach rechts in den tiefsten Teil der Potentialquelle oder -mulde unterhalb der Elektrode 514A transportiert wird, bis alle diese Löcher übertragen wurden oder bis ausreichend Löcher transportiert worden sind, so daß das Qberflächenpotential unter dem rechten Teil der Elektrode 514A gleich dem Oberflächenpotential unter dem linken Teil dieser Elektrode geworden ist, je nach dem welcher Fall zuerst auftritt. . - ....

Wenn nun, nachdem sich der oben beschriebene Zustand eingestellt hat, die Taktimpulse umgekehrt werden derart, daß ,(-V₁) dem Taktleiter 516 und ,(-V) dem Taktleiter 515 zügeführt werden, dann werden die Potentialmulden unter den Elektroden 513A - 513C zu den tieferen und die Potentialmulden unter den Elektroden 514A und 514B zu den flacheren geleitet.

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Wenn diese Transformation auftritt, wird die Ladung unter den Elektroden 514A und 514B nach rechts unter die Elektroden 513B bzw. 513C transportiert. Die Ladungen laufen nach rechts und nicht nach links wegen der in die Potentialmulden als Folge der ungleichförmigen Dicke der Isolierschicht 512 eingebauten Unsymmetrie. In ähnlicher Weise werden bei jedesmaliger Umkehrung der zugeführten Taktspannungen die Ladungspakete ,{oder deren Fehlen), die die Information darstellen, um einen Schritt nach rechts transportiert.

Fig. 17 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine Vorrichtung der in Fig. 16 dargestellten Art. In Fig. 17 bedeuten die mit ausgezogenen Linien gezeichneten Muster 513A - 514B die Feldplattenelektroden einer ladungsgekoppelten Vorrichtung, die durch dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 16 identifiziert sind. Die Taktleitungen 515 und 516 sind gleichermaßen entsprechend definiert.

Unter Berücksichtigung der vorstehenden Hintergrundinformation sei nun eine ladungs gekoppelte Vorrichtung beschrieben,

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in der ein grundsätzliches Inve^sionsregenerationselernent entsprechend der Erfindung verwendet wird« Eine schematische Draufsicht der Anordnung ist in Fig. 18 dargestellt. Dort bilden eine Vielzahl hintereinander angeordneter Feldplattenelektroden 523A, 524A, 523B, 524B und 523C das Ende eines Kanals einer

" ladungs gekoppelten Vorrichtung, dessen Bitstrom zu invertieren

und zu regenerieren ist. Die hintereinander angeordneten Feld-Plattenelektroden 533A, 534A, 533B, 5 4B und 533C stellen den Beginn eines frischen Kanals der ladungs ge koppelten Vorrichtung dar, um den invertierten und regenerierten Bitstrom zu empfangen. Wie dargestellt, ist jede zweite der oben erwähnten Elektroden je an einen gemeinsamen Leiter eines Taktleiterpaares 525 und 526 angeschlossen. Weiter sei angenommen, daß diese Elektroden der ladungs gekoppelten Vorrichtung asymmetrisch in einer solchen Richtung ausgebildet sind, um einen Informationstransport nach rechts in den Eingang des Kanals ^wie dieses schematisch durch den Pfeil 522 angedeutet ist) zu veranlassen, ebenso einen Informationsfluß nach links im Ausgangskanal oder unteren Kanal (wie dieses schematisch durch den Pfeil 535 dargestellt ist)_e

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In Fig. 18 stehen die gestrichelt gezeichneten Muster 541, 542 und 543 für lokalisierte p-leitende Halbleite rzonen, die unterhalb der Oberfläche der Isolierschicht gelegen sind. Die mit durchgezogenen Linien gezeichneten Muster 524 und 532 stellen Feld-Plattenelektroden auf der Isolierschicht dar. Die lokalisierten .. Zonen 541 bis 543 stellen in Verbindung mit den Feldplattensteuerelektroden 524 und 532 das Inversionsregenerationselement entsprechend der Erfindung dar. Wie nachstehend noch erläutert wird, dient die Zone 541 zur Abtastung der Information im entarteten Kanal und ist demgemäß benachbart der letzten Elektrode (523C) am Ende des entarteten Kanals angeordnet. Die Zone 542 befindet sich im Abstand von der Zone 541, und der Abstand hierzwischen ist von der Feldplattensteuerelektrode 524 überbrückt, so daß die Zonen 542 und 541 effektiv miteinander gekoppelt werden können durch zuführen einer Spannung an die Elektrode 524 in ausreichender Höhe, um die Oberfläche zwischen den Zonen 542 und 541 zu invertieren.

Beim Betrieb wird die Zone 542 auf einem fixierten negativen Potential gehalten, wie dieses in der Zeichnung durch (-V₁-,)

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dargestellt ist. Die Zone 541 ist dahingehend wirksam, die Ladungspakete abzutasten, welche aufeinanderfolgend unter die Elektrode 523C transportiert werden. Die von den ankommenden Ladungspaketen in der Zone 541 induzierte Spannung wird ohmisch direkt an die Feldplattenelektrode 522 durch eine metallische Belegung 544 gekoppelt.

Die Zone 543 stellt eine unabhängige Quelle für Ladungsträger dar, die unter die Elktrode 533A gezielt transportiert oder an diesem Transport gehindert werden, je nach der an der Feld-Plattenelektrode 532 induzierten Spannung. '

Demgemäß liegt, wie dargestellt, die Feldplattensteuerelektrode 532 zwischen der Quelle 543 und der Elektrode 533C (der ersten Elektrode der ladungs gekoppelten Vorrichtung im regenerierten Kanal), so daß die Zone 543 effektiv angekoppelt werden kann an die Potentialmulde unter der Elektrode 53 3C durch Zuführen einer Spannung an die Steuerelektrode 532, welche zur Invertierung der darunter liegenden Halbleiteroberfläche ausreicht. Wie dargestellt, sind die Quelle 543 und die Feldplattenelektrode 524

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miteinander und mit einem ÜEaktleiter 526 verbunden, d.h. mit einem anderen Taktleiter als die Taktleiter der Elektroden 523C und 533A der ladungs gekoppelten Vorrichtung.

Vorteilhaft wird .(-V) noch negativer gewählt als die am negativste Spannung ,(-V₀) der beiden Spannungen , die den Taktleitungen alternierend zugeführt werden. In diesem Falle sind, wenn -(-V) der Taktleitung 526 und {-V ) der Taktleitung

Li X

525 zugeführt wird, Ladungspakete in den Kanälen der ladungsgekoppelten Vorrichtung unter den Elektroden 524A, 524B, 534A und 534B angeordnet. Da die Feldplattenelektrode mit der Taktleitung 526 verbunden ist, und da {-V ) zumindest so negativ ist wie (-V), wird ein ungefähres Potential von f-V ) + V—

Λ et X

an der "schwimmenden" Abtasterzone 541 induziert. Selbstverständlich wird diese selbe Spannung auch an die Steuerelektrode 532 angekoppelt und erscheint dort.

Physikalisch wird diese Spannung an der Zone 541 deswegen induziert, weil positive Ladungsträger (Löcher) von der Zone 541 durch die invertierte Zone unter der Elektrode 524 in die

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negativere Zone 542 gezogen werden. Man sieht also, daß die Zone 542 dahingehend wirksam ist, inähnlicher Weise wie die Saugelektrode eines Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode '{eines sog. IGFET) zu arbeiten. Unter dieser Bedingung wird eine stark invertierte Zone unter der Steuerelektrode 532 gebildet, aber es werden keine positive Ladungsträger von der Quelle 543 zur Elektrode 533A transportiert, weil die Quelle 543 negativer ist als die Elektrode 533A.

In der nächsten Hälfte des Taktzyklus, in welcher Φι ⁼ £-V_o) und φ = '(-V₁) ist, wird die Abtastaone 541 von der Saugelektrode 542 entkoppelt, weil der Kopplungselektrode 524 eine weniger negative Spannung zugeführt ist. Ebenso ist der Umstand von Wichtigkeit, daß die Quelle 543 nun weniger negativ ist als die Elektrode 533A, so daß positive Ladungsträger zur Elektrode 533A transportiert werden können, wenn sie nicht durch die Wirkung der Steuerelektrode 532 daran gehindert sind.

Wenn die Taktspannungen in diesen zuletzt beschriebenen Zustand geschaltet werden, werden die informationsdarstellenden

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Ladungspakete von den Elektroden 524 und 534 unter die Elektroden 523 bzw. 533 transportiert. Wenn eine logische ¹¹I" (ein Ladungspaket) von der Elektrode 524B zur Elektrode 523C transportiert wird, wird das meiste dieser Ladung in die Zone 541 gezogen und dient zur Entladung des hier gespeicherten negativen Potentials. Die Potentiale und der Abstand der Steuerelektrode 532 von der Halbleiterfläche sind so eingestellt, daß, nachdem eine ¹¹I" (ein Ladungspaket) in die Abtastzone 541 gezogen worden ist, die auf der Steuerelektrode 532 verbleibende Spannung nicht mehr ausreichend negativ ist, um einen Ladungstransport von der Quelle 543 zur Elektrode 533A zu erlauben. Daher erscheint eine "θ" unter der Elektrode 533A der ladungsgekoppelten Vorrichtung, wenn eine "l" unter die Elektrode 523C transportiert wird.

Umgekehrt wird, wenn eine "θ" (das Fehlen eines Ladungspaketes) unter die Elektrode 523C transportiert wird, die Spannung an der Abtastzone 541 nicht entladen, und die Spannung an der Steuerelektrode 532 wird ausreichend negativ bleiben, um es einem Ladungspaket zu erlauben, von der Quelle 543 zur Elektrode 533A transportiert zu werden.

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Wenn also eine "0" unter die Elektrode 523C transportiert wird, erscheint eine ¹¹I" unter der Elektrode 533A.

Bei der nächsten Umkehrung der Taktspannungen, wenn also $, = Jf-V-) und φ .= (-V ) ist, wird jegliche überschüssige

" positive Ladung von der Abtastzone 541 zur Saugelektrode

gezogen. Auf diese Weise wird die Spannung an der Abtastzone 541 auf eineivorgegebenen Vorspannungswert rückgesetzt, bevor jedes ankommende entartete Bit empfangen wird. Wegen dieser Rückstellung, die die Abtastzonen-Löcher veranlaßt, vom selben Potential aus zu beginnen, wenn ein ankommendes Bit empfangen wird, bietet das Inversionsregenerationselement entsprechend der Erfindung eine erhöhte Empfindlichkeit und besseres Verhalten gegenüber Rauschen.

Für ein vertiefstes Verständnis der Anordnung nach Fig.

ist in Fig. 19 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 der Fig. 18 dargestellt. Soweit erforderlich, sind die entsprechenden Bezugszeichen gleichfalls angeschrieben. In Fig. 19 ist die p-leitende lokalisierte Abtastzone 541 als durch eine niederohmige

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Elektrode 528 kontaktiert dargestellt % die Elektrode 528 ist in Fig. 18 nicht dargestellt). Die weiteren Merkmale sind anhand eines Vergleichs der beiden Figuren ersichtlich. Es sollte beachtet werden, daß die Steuerelektrode 524 nur oberhalb des dünneren Teils der dielektrischen Schicht 512 gelegen ist, d.h. die Steuerelektrode 524 braucht nicht asymmetrisch wie die Elektroden 524B und 524C ausgebildet zu sein. In ähnlicher Weise braucht auch die Steuerelektrode 532 nicht asymmetrisch zu sein, befindet sich aber vorzugsweise oberhalb des dünneren Teils der dielektrischen Schicht 512 zwischen der Zone 543 und der Elektrode 533A der ladungs ge koppelten Vorrichtung.

Obgleich ein weiter Bereich von Betriebsspannungswerten verwendet werden kann, ergab sich ein wirksamer Betrieb für die Anordnung mit ^V₁) = 6 Volt, |V_) = 10 Volt und JV₁₃) = 12 Volt, wobei bei der Anordnung der dünnere Teil der dielektrischen Schicht etwa 1000 A Dicke hatte. Es wird üblicherweise nicht vorteilhaft sein, !(V₁) unter etwa 6 Volt zu verringern, es kann aber in einigen Fällen der Betrieb verbessert werden durch Erhöhen von j(V ) bis auf 30 Volt oder darüber, wobei dann aber

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auch fV ) entsprechend so zu erhöhen wäre, daß es etwas R

größer als jfV ) ist.

Die Geschwindigkeit des Ladungstransportes von der Zone zur Elektrode 533A, um so eine ¹¹I" darzustellen, ist von der an der Steuerelektrode 532 zu diesem Zeitpunkt anstehenden Spannung abhängig. Die Spannung an der Steuerelektrode 532 kann weniger negativ, sein als |V_n) wegen parasitärer Effekte

Ii

und weil jede entartete "θ", die von der Abtastzone 541 abgetastet wird, etwas positive Ladung enthält, die teilweise eine Entladung der Spannung hieran verursacht. Der Gesamteffekt ist der, daß der Transport einer ¹¹I¹' mit einem geringeren Ladungspaket als möglicherweise gewünscht in die Potentialmulde unter der Elektrode 533A vonstatten geht.

Die Geschwindigkeit des Ladungstransportes von der Zone zur Elektrode 533A , was zur Darstellung einer "l" vorgesehen ist, ist auch durch die momentane Digerenz zwischen dem Potential an der Zone 543 5(der Quelle) und dem Oberflächenpotential unter der Elektrode 533A begrenzt. Leider nimmt diese

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Potentialdifferenz monoton ab, wenn die Ladung in die Potentialmulde unter der Elektrode 533A übergeht. Wegen dieser Abnahme der Potentialdifferenz, nimmt die Ladungstransportgeschwindigkeit gleichfalls ab, wenn Ladung transportiert wird. Der Gesamteffekt dieser Beschränkung ist auch der, den Transport einer "l" mit einem kleineren Ladungspaket als möglicherweise erwünscht in die Potentialnaulde unter der Elektrode 533A vonstatten geheen zu lassen.

Insoweit wie diese Beschränkungen Spannungsbeschränkungen und nicht Beschränkungen bezüglich der Größe der für einen Transport verfügbaren Ladung sind, können sie vermieden werden, indem nan die erste Elektrode der ladungs gekoppelten Vorrichtung, die der Steuerelektrode folgt, größer macht als die übrigen Elektroden der ladungs gekoppelten Vorrichtung. Da der Betrieb einer ladungsgekoppelten Vorrichtung im wesentlichen ein kapazitiv gekoppelter Ladungstransport ist, nimmt das Oberflächenpotential unter der größeren Elektrode (höhere Kapazität) weniger schnell ab, als dieses das Oberflächenpotential unter einer kleineren Elektrode ^niedrigere Kapazität)

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tun würde. Entsprechend diesem Prinzip kann die Größe dieser ersten Elektrode gegenüber den übrigen Elektroden der ladungsgekoppelten Vorrichtung so eingestellt werden, daß die vorstehend erwähnten, voraussagbaren Spannungsbegrenzungen kompensiert werden können, und die gewünschte P Ladungsmenge unter die erste und weitere Elektroden zur

Darstellung einer "l" transportiert werdem kann.

Dieses ist in Fig. 20 schematisch dargestellt, die die gleiche Anordnung wie Fig. 18 zeigt, außer daß die Elektrode 533A in doppelt so großer Ausdehnung wie die übrigen Elektroden der ladungsgekoppelten Vorrichtung ausgebildet ist. Offensichtlich ist das angewandte Prinzip zur Erhalt der in Fig. dargestellten Verbesserung nicht auf Inversionsregenerationselemente beschränkt, sondern kann generell bei ladungs gekoppelten Vorrichtungen entsprechend kapazitiver Unterteilungsmethode angewandt werden, wie diese allgemein bekannt ist.

Obgleich die vorstehende Beschreibung hauptsächlich auf ein Inversions regenerationselement in ladungs gekoppelten Vorrichtungen für Zweiphasenbetrieb gerichtet ist, kann auch

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eine Inversionsregenerationsvorrichtung entsprechend der Erfindung leicht zur Verwendung bei dreiphasigen und vierphasigen ladungsgekoppelten Vorrichtungen entsprechend jenen Prinzipien verwendet werden, welche anhand der zweiphasigen Ausführungsform geschildert worden sind.

Des weiteren kann offensichtlich das vorstehend beschriebene Inversionsregenerationselement leicht für eine Anwendung bei Ladungstransportvorrichtungen des "EimeryBrigade¹¹-Typus ausgelegt werden, wie dieser in der oben erwähnten Patentanmeldung Berglund und BoIl beschrieben ist. Eine Ausführungsform einer solchen Anpassung ist in den Fig. 20 und 21 beschrieben.

Fig. 21 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Teil 550 einer Ladungstransporteinrichtung vom"Eimer-Brigade-Typ, bei der ein grundsätzliches Inversionsregenerationselement entsprechend einer anderen Ausführungsform der Erfindung benutzt ist,

Fig. 21 zeigt eine Vielzahl hintereinander angeordneter FeId-

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Plattenelektroden 551A, 552A, 551B, 552B und 551C in Verbindung mit einer Vielzahl asymmetrisch angeordneter, darunter liegender lokalisierter p-leitender Zonen, die durch die gestrichelten Linienmuster 553A, 554A, 553B und 554B dargestellt sind. Diese Anordnung stellt das Ende eines "Eimer-Brigade"-Kanals dar, dessen Bitstrom, zu invertieren und zu regenerieren ist. In ähnlicher Weise stellen hintereinander angeordnete Feldplattenelektroden 56IA, 56 2A, 56IB, 562B und 561C in Verbindung mit einer Vielzahl asymmetrisch angeordneter, darunter liegender lokalisierter p-Zonen, die durch die gestrichelten Linienmuster 565A, 566A, 565B, 566B und 566C angedeutet sind, den Beginn eines frischen "Eimer-Brigade "-Kanals dar, der zur Aufnahme des invertierten und regenerierten Bitstroms vorgesehen ist. Wie dargestellt, ist jede zweite der vorstehend erwähnten Feldplattenelektroden jeweils an einen von zwei Taktleitungen 567 und 568 angeschlossen, welche ihrerseits mit einem Taktimpulsgenerator 580 verbunden sind.

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Wie schematisch durch die Pfeile 569 und 570 angedeutet, ist die Vorrichtung dafür vorgesehen, daß Information nach rechts in den Eingangs kanal, den entarteten Kanal, transportiert wird, und nach links in den Aus gangs kanal, den regenerierten Kanal. Die bevorzugte Richtung des Informationsvorschubes ist durch die Asymmetrie bestimmt, mit der die darunterliegenden Zonen von den Feldplattenelektroden überlappt werden. Im einzelnen sollte beachtet werden, daß in Fig. 21 jede der vorstehend erwähnten Elektroden einen Teil zweier gesonderter darunterliegender Zonen überlappt, und daß im oberen Kanal die größere Überlappung auf der rechten Seite gelegen ist, während im unteren Kanal die größere Überlappung sich links befindet. Diese Überlappungsasymmetrie verursacht einen bevorzugten Informationsvorschub in einer Richtung wegen der resultierenden Asymmetrie in der kapazitiven Kopplung zwischen den Feldplattenelektroden und den darunterliegenden Zonen.

Die Bezugszeichen, die in Fig. 18 für die Bezeichnung der einzelnen Bestandteile des Inversionsregenerationselements benutzt worden sind, sind auch in Fig. 21 angegeben. Demgemäß

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bedeuten in Fig. 21 die Bezugszahlen 541 die Abtastzone, 542 die Bezugszone, an welche die Abtastzone zur Rückstellung durch Anlegen einer geeigneten Spannung an eine überbrückende Feldplattenelektrode 524 angekoppelt ist, 543 die unabhängige Quelle flir Ladungsträger, die in den unteren Kanal durch " an der Feldplattenelektrode 532 induzierten Spannungen eingeschleust werden. Beachte jedoch die Aufnahme einer zusätzlichen lokalisierten p-Zone 563 zur Überbrückung des Spaltes zwischen der Steuerelektrode 532 und der Elektrode 561A.

Beim Betrieb wird analog dem in Zusammenhang mit Fig, 18 beschriebenen Betrieb die Zone 542 auf fixiertem, negativem Potential t-V^) gehalten. Die Zone 541 tastet Ladungspakete ψ ab, welche unter die letzte "Eimer-Brigade"-Elektrode 551-C

transportiert werden, und die dadurch an den Zonen 541 von den ankommenden Ladungspaketen induzierte Spannung wird ohmisch direkt an die Steuerelektrode 532 über die Leiter 544iA und 544B angekoppelt, die durch den gestrichelt gezeichneten Leiter 544C, beispielsweise eine metallische Belegung, miteinander verknüpft sind. Wie dargestellt, sind die Quelle 543

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und die Feldplattenelektrode 524 miteinander und mit einer Taktleitung 568 verbunden, d.h. mit der anderen Taktleitung als diejenige, an welche die Eöctroden 551C und 56IA angeschlossen sind.

Andererseits kann die Quelle 543 auch nicht mit einer Taktleitung sondern von einem unabhängigen Impulsgenerator betrieben werden, der mit den Taktleitungsimpulsen synchronisiert ist, um eine größere Flexibilität in der Ansteuerung der Quelle zu haben, wobei dann aber der Aufwand etwas höher wird. Dieser Weg ist schematisch in Fig. 21 dargestellt. Hiernach gibt die gestrichelte Linie 544C an, daß die Elektrode 524 und die Quelle 543 miteinander und mit einer gemeinsamen Taktleitung 568 verbunden sind. Wenn die andere Alternative gewählt würde, so würde eine Verbindung zwischen 544A und 544B nicht hergestellt werden, stattdessen würde der Leiter 544B mit dem unabhängigen Impulsgenerator 570 zu verbinden sein.

Man sieht, daß dieser Weg auch mit der oben beschriebenen ladungsgekoppelten Vorrichtung verwendet werden kann.

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Ferner leuchtet ein, daß, wenn statt einer zweiphasigen Anordnung eine Drei- oder Vierphasenanordnung benutzt wird, die Quelle 543 nicht gepulst zu werden braucht, sondern stattdessen an eine Gleichspannung angeschlossen werden kann. In diesem Fall wird die selektive Einführung von Bits in den P regenerierten Kanal bewerkstelligt durch Feldplattenelektroden

ohne die Notwendigkeit einer gepulsten Quelle.

Vorteilhaft wird (-V_n) so gewählt, daß es negativer ist als die am meiäten negative Spannung (-V ) der beiden alternierend den Taktleitungen zugeführten Spannungen. Wenn (-V ) der Taktleitung 567 und '(-V) der Taktleitung 568 zugeführt wird, werden Bits fLadungspakete oder deren Fehlen) in den'Eimej? Brigade"-Kanälen in den Zonen 554A, 554B, 566Aund 566B unter den Elektroden 552A, 552B, 562A bzw. 562B angeordnet. Da die Feldplattenelektroden 524 an die Taktleitung 568 angeschlossen ist, und da .{-V ) zumindest so negativ ist wie ;(- V A wird das ungefähre Potential (-V) + V an der schwimmenden Abtastzone 541 induziert. Physikalisch wird diese Spannung an der Zone 541 deswegen induziert, weil

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positive Ladungsträger (Löcher) von der Zone 541 durch die invertierte Zone unter der Elektrode 524 in die negativere 542 gezogen werden. Man sieht also, daß die Zone 542 in ähnlicher Weise wie die Saugelektrode eines Feldeffekttransistors mit isolierten Steuerelektroden (eines sog. IGFET) wirkt.

Wegen der leitenden Kopplung 544 zwischen der Zone 541 und der Steuerelektrode 532 erscheint das Potential der Zone 541 auch auf der Steuerelektrode 532. In diesem Zustand wird eine stark invertierte Zone unter der Steuerelektrode 532 erzeugt, es werden aber keine positive Ladungsträger von der Quelle 543 zur Zone 563 unter der Elektrode 532 transportiert, weil die Quelle 543 negativer als die Zone 563 ist.

Daß die Quelle 543 negativer als die Zone 563 während dieser Hälfte des Taktzyklus ist, ergibt sich ohne weiteres aus nachstehender Überlegung. In dieser Hälfte des Taktzyklus wird das negativere Potential (-V) der Quelle 543 zugeführt, und das

es weniger negative Potential (-V) der Elektrode 561A;!werden

wegen der kapazitiven Überlappung zwischen der Elektrode 561A

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und der Zone 565A und weil die Elektrode 56IA als eine überbrückende Feldplattenelektrode wirkt, die die Zonen 563 und 565A veranlaßt, durch eine stark invertierte Zone in der vorausgegangenen Hälfte des Taktzyklus aneinander gekoppelt zu sein, das Potential sowohl der Zone 563 als * auch der Zone 565 auf ein Potential getrieben, das nahezu

gleich (-V) ist, wenn der Takt auf diesen Halbzyklus übergeht. Daher ist die Quelle 543 negativer (-V) als die Zone 563

Ct

(etwa -V₁)) während dieses Halbzyklus.

Aus der vorstehenden Untersuchung der Beziehung zwischen den Zonen 563 und 565A sieht man, daß sie nicht getrennte Zonen (wie in Fig. 21 dargestellt) zu sein brauchen, sondern ψ auch zu einer gemeinsamen Zone vereinigt sein können.

Diese Vereinigung kann allerdings ein Problem für gewisse Anwendungsfälle sein, und zwar wegen der resultierenden Erhöhung der parasitären Kapazität, die von der einzigen größeren Zone ausgeht.

Während der nächsten Hälfte des Taktzyklus, wenn also

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φ.. = ί-V ) und A = ΐ-V ) ist, wird die Abtastzone 541

X Ci £J -L

von der Saugelektrode 542 wegen der weniger negativen Spannung an der Kopplungselektrode 524 entkoppelt. Von Wichtigkeit ist auch der Umstand, daß die Quelle 543 nun weniger negativ ist als die Zone 563 und 56 5A, so daß positive Ladungsträger zur Zone 565A transportiert werden können, wenn sie nicht durch die Wirkung der Steuerelektrode 532 daran gehindert sind. Wenn die Taktspannungen in diesen zuletzt beschriebenen Zustand umschalten, werden die Ladungspakete,, die die Information repräsentieren, von den Zonen 554 und 566 zu den Zonen 553 bzw. 565 transportiert. Wenn eine logische "l" (ein Ladungspaket) von der Zone 554B in die Zone 541 transportiert wird, dann dient diese Ladung zur Entladung des dort gespeicherten negativen Potentials. Die Potentiale und der Abstand der Steuerelektrode 532 von der Halbleiteroberfläche sind so eingestellt, daß, nachdem ein Ladungspaket in die Abtastzone 541 transportiert worden ist, die an der Steuerelektrode 532 verbleibende Spannung nicht mehr ausreichend negativ ist, um einen Ladungstransport von der Quelle 543 zur

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Zone 565 A zu erlauben. Wenn also eine *^!l" in die Abtastzone 541 transportiert worden ist, erscheint eine "θ" in der Zone 565A.

Umgekehrt wird, wenn eine "θ" (Fehlen eines Ladungspaketes) in die Abtastungszone 541 transportiert wird, die Spannung an der Abtastzone 541 nicht entladen und die Spannung an der Steuerelektrode 532 wird ausreichend negativ bleiben, umjes einem Ladungspaket zu erlauben, von der Quelle 543 zur Zone 563 und weiter in die Zone 565A transportiert zu werden. Sonach erscheint, wenn eine "θ" in die Zone 541 transportiert wird, eine "l" in der Zone 565A.

Bei der nächsten Umkehr der Taktspannungen, wenn also φ. = i-V ) und$ = f-V ) ist, wird jegliche überschüssige positive Ladung von der Abtastzone 541 in die Saugelektrode 542 gezogen. Auf diese Weise wird die Spannung an der Abtastzone 541 auf einen vorbestimmten Spannungswert vor der Adhahme eines jeden ankommenden entarteten Bits rückgestellt. Wegen dieser Rückstellung, die die Abtastzone veranlaßt, immer beim selben Potential bei der Aufnahme

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eines ankommenden Bits zu beginnen, bietet das Inversionsregenerations element entsprechend der Erfindung eine höhere Empfindlichkeit und ein besseres Rauschverhalten»

Für ein vertieftes Verständnis der in Fig. 21 schematisch dagestellten Anordnung ist in Fig. 22 eine Schnittansicht dargestellt, die längs der Linie 7-7 in Fig. 21 genommen ist. Man sieht aus Fig. 22, daß die p-leitende lokalisierte Abtastzone 541 von einer niederohmigen Elektrode 527 (nicht dargestellt in Fig. 21) elektrisch kontaktiert ist, während die Saugzone 542 durch eine ähnlich niedrigohmige Elektrode (gleichfalls nicht in Fig. 21 dargestellt) kontaktiert ist. Die übrigen Einzelheiten ergeben sich aus einem Vergleich der beiden Figuren.

Wie bei der ladungsgekoppelten Ausführungsform sieht man, daß für die vorstehend beschriebene Apparatur ein breiter Betriebsspannungsbereich gewählt werden kann. Beispielsweise konflfce die Anordnung mit (V ) = 6 Volt, (V ) = 10 Volt und (V_.) = 12 Volt betrieben werden, wobei der dielektrische

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Teil 512 etwa 1000 Ä dick war. Wahrscheinlich wird es nicht von Vorteil sein, den Wert von (V } unterhalb etwa 6VoIt zu reduzieren, der Betrieb kann aber in einigen Fällen verbessert werden durch Erhöhen der Spannung fV ) auf bis zu 30 Volt

Li

oder darüber. In diesen Fällen muß dann auch fV ) entsprechend erhöht werden, um etwas größer fV_o) ^zu sein.

Es können auch geeignete indizierende Schottky-Sperrschicht-Dioden und/oder andere gleichrichtende Sperrschichtelemente für jede beliebige oder alle dergenannten Zonen in den zuvor beschriebenen Einrichtungen als alternatives Element verwendet werden, um die Sammel- und Injektionsfunktionen , die für die Wirkungsweise erforderlich sind, auszuüben.

Die Inversionsregenerationselemente gemäß der Erfindung können auch leicht für eine Verwendung' in Ladungstransportvorrichtungen, in denen das Speichermedium kein Halbleiter ist, modifiziert werden. Bei einer solchen Einrichtung kann das Speichermedium beispielsweise ein Isolator sein, der nicht durch einen besonderen Leitfähigkeitstyp charakterisiert

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ist« Bei bestimmten dieser Isolatoren können Zonen gebildet werden, die für die Injektion und Sammlung von Trägern geeignet sind. Bei anderen können geeignete Zonen leicht hergestellt werden. Im letzteren Falle kann die erforderliche Injektion und Kollektion der Träger gemäß der Erfindung dadurch erreicht werden, daß als Ersatz indizierenden Kontakte verwendet werden. Diese Kontakte, die mit der Oberfläche des Speichermediums gebildet werden, können gegen die Zonen in den Inversionsregenerationselemehten gemäß bekannter Prinzipien ausgetauscht werden.

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Claims (30)

PATENTANSPRÜCHE

1./ Ladungstransporteinrichtung eines Typs, der für die Speicherung und den seriellen Transport von Ladungsträgern geeignet ist, die in induzierten potentiellen Energieminima längs eines Teils eines geeigneten Speichermediums liegen, in dem mehrere unterschiedliche Potentiale an aufeinanderfolgende Bereiche der Oberfläche des Mediums mittels mehrerer Elektroden angelegt sind, wobei auch in der Einrichtung verteilt angeordnete Anordnungen zur Erkennung {Detektoren) der Größe der an einer vorgegebenen Stelle gespeicherten Ladung vorgesehen sind,

gekennzeichnet durch Anordnungen j(76, 176) zum Bereitstellen der Ladungsträger an der vorgegebenen Stelle, nachdem sie erkannt wurden, durch Anordnungen %Ί7, 177) für die Injektion (Injektoren) einer gesteuerten Zahl von Ladungsträgern an einer anderen Stelle längs der Oberfläche und durch Torschaltungen (82, 182), die über leitende Verbindungen |81, 181) mit den Detektoren verbunden und neben den Injektoren für die Steuerung des Transports der

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neu injizierten Träger von den Injektoren fort, in Abhängigkeit von der Erkennung an der vorgegebenen Stelle angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium ein Halbleiter !(71) eines ersten Leitfähigkeitstyps ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren aus einer gleitenden, leitenden Elektrode (80; Fig. 5) bestehen, die über einer relativ dünnen Isolationsschicht (72) liegen, die ihrerseits über der Oberfläche des halbleitenden Körpers liegt.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren aus einer ersten Zone (90) eines zweiten Leitfähigkeitstyps bestehen, und innerhalb des Körpers benachbart zu einer {26Z) Elektrode für die Abfühlung der Zahl der Ladungsträger, die sich unter dieser Elektrode befinden, liegt.

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5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Injektoren aus einer zweiten Zone {77) des zweiten Leitfähigkeitstyps bestehen und innerhalb des Halbleiterkörpers mit einem Abstand zu einer anderen (34A) der genannten Elektroden liegt und daß die Torschaltungen ψ aus einer Steuerelektrode i(82) bestehen, die über der

Oberfläche des halbleitenden Materials liegen und einen Abstand zwischen der zweiten Zone !(77) und der genannten anderen Elektrode |34A) aufweisen und leitend (81) mit der ersten Zone ;{90) für die Steuerung des Ladungstransportes von der zweiten Zone weg in Abhängigkeit von der Erkennung an der ersten Zone verbunden sind.

6. Einrichtung nacn Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Anordnung |79) für die Anlegung einer Vorspannung an die zweite Zone,

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung eine Gleichspannung ist.

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8. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Kanälen j[Fig. 8),längs derer Ladungsträger gespeichert und seriell transportiert werden, wobei jeder der Kanäle definiert ist durch eine reihenweise angeordnete Anzahl von Elektroden |15 3 Y, 154Y, 153Z, 154Z, 253A, 254A) und durch Mittel, die ein Leiterpaar 3(155, 156) bilden, wobei jede zweite Elektrode in jedem Kanal mit einem gemeinsamen einen Teil des Paares und die anderen Elektroden in den Kanälen mit dem anderen Teil des Paares verbunden sind.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die Elektrode fl53Z), die der ersten Zone JlOO) benachbart ist, in einem der genannten Kanäle liegt, und daß eine andere Elektrode(-153A), zu der die genannte Tor steuerelektrode fl82) benachbart ist, in einem anderen der genannten Kanäle Hegt.

10. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Elektrode ;(153Z), der die erste Zone benachbart ist,

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mit dem gleichen Leiter (155; Fig. 9) verbunden ist, wie es auch die andere Elektrode |153A) ist, der die genannte Torsteuerelektrode (182) benachbart ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ™ Anzahl von Kanälen JA. B; Fig. 11), längs denen Ladungs

träger gespeichert und seriell transportiert werden, wobei jeder der Kanäle durch eine reihenweise angeordnete Anzahl von Elektroden definiert ist, durch Detektoren, die aus einer Anzahl getrennter Detektoren (lOOA, lOOB) bestehen, wobei die getrennten Detektoren in Bezug auf jeden der Kanäle für die Erkennung von Ladungsträgern an einer vorgegebenen Stelle in jedem Kanal verteilt sind, und durch Torschaltungen, die aus einer Anzahl von Anordnungen :(182A, 182B) bestehen, die reihenweise be-■ züglich der Injektoren (277) verteilt sind, so daß den Trägern der Transport von den Injektoren weg nur gestattet wird, wenn weniger als eine vorgegebene Anzahl von Trägern an jeder der vorgegebenen Erkennungsstellen längs des

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Kanals vorliegt, so daß auf diese Weise eine logische NOR-Punktion ausgeführt wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Kanälen (A, B; Fig. 12), längs denen Ladungsträger gespeichert und seriell transportiert werden, wobei jeder der genannten Kanäle definiert ist durch eine reihenweise angeordnete Anzahl von Elektroden, durch Detektoren, die aus einer Anzahl von getrennten Detektoren .(100A, lOOB) bestehen, von denen die getrennten in Bezug auf jeden der genannten Kanäle für die Erkennung von Ladungsträgern an einer vorgegebenen Stelle in jedem Kanal verteilt sind und durch Torschaltungen, die aus einer Anzahl von Anordnungen ,{18 2A, 182B) bestehen, die parallel bezüglich der Injektoren (277) angeordnet sind, so daß den Trägern der Transport von den Injektoren weg nur dann verwehrt wird, wenn eine größere als die vorgegebene Anzahl von Trägern an jeder der vorgegebenen Erkennungsstellen längs jedes Kanals vorliegen, so daß auf diese Weise eine logische NAND-Funktion ausgeführt wird.

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13. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden Feldplattenelektroden sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Anzahl von mit Abstand angeordneten Zonen |403, 404, X, Y,

P Z; Fig. 15) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die benachbart

zur Oberfläche des Körpers )(401) und symmetrisch bezüglich der Feldplattenelektroden ;(40 IX, 2X, IY, 2Y) angeordnet sind, derart, daß jede Feldplattenelektrode sich über den Abstand zwischen einem Paar der genannten Zonen erstreckt, und über eine der Zonen des genannten Paares mehr als über die andere Zone dieses Paares.

15. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor eine elektrisch gleitende Anordnung

;(80, 90) ist für die Erkennung der Zahl von Ladungsträgern, die an einer vorgegebenen Stelle längs der Oberfläche zu einer vorgegebenen Zeit vorliegen.

16. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anordnungen ;(524, 528) für die Vorspannung der

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Detektoren ;(541) auf einen festen Referenzpegel vor jeder Erkennungsoperation, um so die Empfindlichkeit zu verbessern. .

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium ein Halbleiter £511) eines ersten Leitfähigkeitstyps ist, daß die Detektoren aus einer ersten Zone ^551) eines zweiten Leitfähigkeitstyps bestehen, der Innerhalb des Körpers und benachbart zu einer ,(523C) der Feldplattenelektroden für die Abfühlung der Zahl von Ladungsträgern, die unter der einen genannten Feldplattenelektrode vorhanden sind, angeordnet ist, daß die "Vorspannungsanordnung aus einer zweiten Zone £528) des zweiten Leitfähigkeitstyps besteht, die innerhalb des Körpers mit Abstand von der ersten Zone angeordäet ist, und ferner aus einer ersten Feldplattensteuerelektrode (524) besteht, die über und isoliert von dem halbleitenden Material angeordnet ist, welches den Abstand zwischen der ersten und zweiten Zone bildet, daß ferner die Injektoren aus einer dritten Zone des zweiten Leitfähigkeitstyps

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bestehen, die innerhalb des Körpers und mit Abstand * von einer anderen (533A) der genannten Feldplattenelektroden angeordnet sind, und daß schließlich die Torschaltungen aus einer zweiten Feldplattensteuerelektrode {532) bestehen, die über und isoliert von der Oberfläche des halbleitenden Materials angeordnet ist, das den Abstand zwischen den Injektoren und der genannten anderen Feldplattenelektrode bildet, wobei sie leitend mit der ersten Zone für die Steuerung des Ladungstransportes von der dritten Zone (543) weg in Abhängigkeit von dem festgestellten logischen Zustand an der ersten Zone verbunden .ist.

ψ

18. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

daß die Elektroden Feldplattenelektroden sind und das Speichermedium ein Halbleiter ist, wobei die Abfühlanordnung aus einer elektrisch gleitenden ersten Zon_e ;(541) eines zweiten Leitfähigkeitstyps besteht, der innerhalb des Körpers und benachbart zu einer (523C) der Feldplattenelektroden ar Abfühlung der Zahl der Ladungsträger

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die unter der genannten Feldplattenelektrode vorliegen, angeordnet ist, daß eine zweite Zone ;{542) des zweiten . Leitfähigkeitstyps innerhalb des Körpers und mit Abstand von der e.rsten Zone angeordnet ist, daß ferner eine erste Feldplattensteuerelektrode ;(524) über und isoliert von dem halbleitenden Material angeordnet ist, das den Abstand zwischen den ersten und zweiten Zonen bildet, daß weiter eine zweite Feldplattensteuerelektrode $532) über der Oberfläche und benachbart zu einer anderen der genannten Feldplattenelektroden ;(533A) angeordnet und leitend mit der ersten Zone verbunden ist, und daß schließlich eine dritte Zone ,f543) des zweiten Halbleiter typ s innerhalb des Körpers und benachbart zur zweiten Feldplattensteuerelektrode ;[532) angeordnet ist.

19. Einrichtung nachiAnspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zone !(543) leitend mit der ersten Feldplattensteuerelektrode |524) verbunden ist,

20. . Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

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daß die dritte Zone mit einem getrennten Impulsgenerator verbunden:(544B) ist.

21. Einrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine

Anordnung ;(528) für die Aufrechterhaltung einer Vorspannung

(-V) an der zweiten Zone (542).

22. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorspannung eine Gleichspannung (-V) ist.

Il

23. Einrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch Anordnungen ,(525, 526) für das sequentielle Anlegen einer Anzahl von unterschiedlichen Spannungen an die erste Feldplattensteuer elektrode (524).

24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die an die erste Peldplattensteuerelektrode ,(524) angelegten Spannungen eine andere Phasenlage besitzen, wie die Spannungen, die an die Feldplattenelektrode j(523C), die der ersten Zone benachbar ist, angelegt werden.

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25. Einrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch sequentielle Anordnungen, die ein Leiterpaar bilden J525j 526), wobei jede zweite Feldplattenelektrode mit einem gemeinsamen Teil des Paares und die anderen Feldplattenelektroden mit dem anderen Teil des Paares verbunden sind, und die erste Feldplattensteuerelektrode (524) mit dem anderen Teil verbunden ist, als die Feldplattenelektrode :{523C), die der ersten Zone benachbart ist.

26. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfeldplattenelektrode 1(533A) von der dritten Zone f543) mit Abstand angeordnet ist, so daß der Abstand von der zweiten Feldplattensteuerelektrode {252) überbrückt wird.

27. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfeldplattenelektrode !(533A) leitend mit der Feldplattenelektrode (523C) verbunden ist, die der ersten Zone benachbart ist.

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28. Einrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfeldplattenelektrode {533A) größer als die anderen Feldplattenelektroden ausgebildet ist.

29. Einrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Anzahl von mit Abstand angeordneten Zonen {554A, 533B, 544B, 541; Fig. 21) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die zur Oberfläche des Körpers benachbart und symmetrisch bezüglich der Feldplattenelektrode derart angeordnet sind, daß jede Feldplattenelektrode sich über den Abstand zwischen einem Paar der genannten Zonen erstreckt, wobei sie sich über den einen Teil des Zonenpaares mehr erstreckt, als über den anderen Teil. ■

30. Einrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine zusätzliche Zone (563) des zweiten Leitfähigkeits typs, die zwischen der dritten Zone 5(544B) und der genannten anderen f 56 IA) der Feldplattenelektroden liegt.

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