DE2151898B2 - Ladungstransporteinrichtung - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

ίο Einrichtung verfügbar zu machen, mit der in Ladungstransporteinrichtungen eine gesteuerte Ladungsregeneration durchgeführt werden kann, wobei diese Ein-

Die Erfindung betrifft eine Ladungstransportein- richtung für die Durchführung digitaler logischer richtung mit einem Speichermedium für die Speiche- Funktionen in Ladungstransporteinrichtungen geeigrung und den seriellen Transport von in induzierten 15 net sein soll.

Potentialmulden längs einer Übertragungsstrecke des Diese Aufgabe wird bei der eingangs definierten

Speichermediums befindlichen Ladungsträgerpaketen, Ladungstransporteinrichtung gelöst durch ein elekwobei der Transport erfolgt durch sequentielles An- trisch schwebendes Abtastglied, das genügend dicht legen mehrerer verschiedener, die Potentialmulden an einer ersten der Elektroden angeordnet ist, um die induzierender Potentiale an aufeinanderfolgende Teile ao zu einer bestimmten Zeit unter dieser transportierte der Übertragungsstrecke mit Hilfe einer Vielzahl Ladungsmenge abzutasten; eine Ladungsträgersenke entsprechend angeordneter Elektroden. zum Absaugen der Ladungsträger nach deren Ab-

Eine Ausführungsform von Ladungstransportvor- tasten; eine Ladungsträgerquelle zum Injizieren einer richtungen, die als »ladungsgekoppelte Einrichtungen« gesteuerten Anzahl von Ladungsträgern an einer bezeichnet wird, wurde in dem Aufsatz »Charge 35 anderen Stelle längs der Übertragungsstrecke und ein Coupled Semiconductor Devices« von W. S. BoyIe Gate-Glied, das über eine passive Verbindung mit und G. E. Smith in der Zeitschrift B. Sl. T. S., dem Abtastglied verbunden und zwischen der La-VoI. 49, Nr. 4, April 1970, beschrieben. Bei diesen dungsträgerquelle und einer zweiten der Elektroden Einrichtungen wird die Information durch elektroni- angeordnet ist, um den Transport der neu injizierten sehe Signale in Form von Ladungsträgerpaketen dar- 30 Ladungsträger von der Ladungsträgerquelle aus in gestellt, die durch induzierte Potentialmulden in die Abhängigkeit von der am Abtastglied vorgenommegeeigneten Speichermedien, wie beispielsweise Halb- nen Abtastung zu steuern.

leiter, halbisolierende Halbleiter und Isolatoren ge- Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen des

bracht werden. In dem genannten Aufsatz ist eine Gegenstandes der Erfindung sind den Unteransprügrundlegende schieberregisterartige Operation be- 35 chen zu entnehmen.

schrieben, mittels der die Information in dem Mate- Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann eine

rial übertragen wird wobei die Ladungspakete Ladungsregeneration und daher eine Signalregenerasequentiell von jeder Potentialmulde zu der benach- tion vorgenommen werden. Die Zustandsumkehr wird harten transportiert werden. Andere Anwendungen gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch betreffen eine Abbildungsvornchtung, eine Anzeige- 40 bewirkt, daß Gate-GliedeF unter Berücksichtigung vorrichtung und eine Vorrichtung zur Durchfuhrung einer Schwellwertbedingung so angepaßt werden, daß logischer Funktionen. der Betrag der transportierten Ladung in Richtung

Bei einer anderen vorgeschlagenen Form von von der Erzeugungsstelle weg umgekehrt mit dei Ladungstransporteinrichtungen werden Ladungstra- Größe der erkannten Ladungen veränderbar ist.
gerpakete sequentiell von einer Zone zur anderen <₅ Bei einem Ausführungsbeispiel sind ein Paar MIS-lang, der Oberflache eines halble.tenden Korpers>wei- Elektroden leitend miteinander verbunden, wobei tergeschaltet, der aus e.nem größeren Teil aus halb- eine der beiden die Abtastung und d"e andere das leitendem Material des einen Leitfahigke.tstyps und Durchschalten der Ladungsträger übernimmt.

richtungen wird jfde>ßLals Potentialmulde betrie-

^Sporteinrichtungen wird als »Eimer-Kette« be- KodeZSZu* ™
zeichet Diese Bezeichnung wird auch im folgenden ₅₅ überSnt. ^PP ^

das schon frühzeitig im Zusammen- άπίτ£?άηη7^™ bevorzugten Ausführungsfonr

hang mit Ladungsträgereinrichtungen erkannt wurde, ^^^ί^ί^ύί^Κί^Βαάα$Ρ?^±Β^!Ζ

besteht darin, daß ein kleiner Anteil jedes Ladung^ elektrodenSS* ^ I^ ^U"^{d 2}T* I- Z trägerpaketes jedesmal dann zurückgelassen wird, 60 AbSS £ SΐηΓ? ?** ^νοτ^™> ■^d*Z

wenn ein Paket von einer Potentialmulde zur anderen gesrScherten τ Z Ladungstransportemnchtunj

transportiert wird. Da dieser Ladungsverlust zu ein« £5Seffeierte^⁸ Γ* ** ^SteUerUDg ?* ** h

Signaldämpfung führt, muß eine gesteuerte Ladungs- hänrigen öS?1 ^Laäaoff^aea&P ^{von emer} ™£

regeneration und/oder Verstärkt vorgesehen wir SS^ dß _d^^e„^we8 ^^narbeiten. Es ^sei *

gpg g g hänrigen ö

regeneration und/oder Verstärkt vorgesehen wir- SS^ daß _d^„ ^

d sehr lange Informationkttt f di ^^i^^^f^ "*??

g g SSdaß _d^ ^

den, wenn sehr lange Informationsketttn auf diese 6₅ ^^i^A^^f^ "*?? Z

Weise gespeichert und verarbeitet werden sollen. führung™ .^"^grfonnen und dieser Aus

Es ist oftmals auch wünschenswert, andere Opera- iZÄTS ^da"ⁿ ^: ^{daß d}°« das Abtasteten

tionsarten vorzusehen, wie beispielsweise vollständige Ss^SSlSSSSSSiSS^i

7 8

tential an dieser Elektrode beeinflußt ist, während bei jedoch möglich, diese gemäß der Lehre der vorliegender vorliegenden Ausführungsform das Abtastelement den Erfindung aufzubauen.

nie von einer Feld-Plattenelektrode bedeckt ist, so Im folgenden wird die Erfindung an Hand von

daß sein Potential vor dem Empfang eines Ladungs- durch Zeichnungen erläuterten Ausfuhrungsbeispielen

pakets immer auf ein fixiertes Potential vor der Ab- 5 näher beschrieben. Es zeigt „.·„,„_„,„„,

tastoneration voreineestellt ist Fig·^{1 eine} isometrische Querschnittsdarstellung

^SÄenTÄShSid «H«« Ausführung der Struktur einer grundsätzlichen ladungsgekoppel-

form du Erfindung eine erste der drei halbleitenden ten Einrichtung, die primär fur eine dreiphasige Ope-

Zonen zum Abtasten der zu regenerierenden Bits ge- ration geeignet ist,

eigne?unTaU soTcne im Informationskanal einer La- ,. Fig 2A bis 2C eine schemaüsche Querschmtts-

dungstransportvorrichtung angeordnet. Diese erste darstellung einer ^h™™£™J«ⁿ™f ^{Von Einnch}"

Zone die Abtastzone ist leitend an eine erste Platten- tungen der m F ι g. 1 dargestellten Art,

elektrode für ein lSkalisiertes Feld angekoppelt, die F i g. 3 eine Querschnittsdarste lung einer grund-

ärerset dSür ^ΪΪΚΐΙ den Ladln/transport sätzlichen ladungsgekoppelten> «richtung, die fur

von der unabhänßieen Quelle weg zu steuern. Die 15 zweiphasigen Betrieb vorgesehen ist,

WnuL der Ab?äs?zone wird periodisch auf einen F i g. 4 eine Querschnittsdarstellung einer Einnch-

ASuvonofna^ert vor jeder Abtastoperation tung für die Einfügung eines gesteuerten Ladungebe-

zuS^T^r^TdS Ankoppln an eine träges in den Kanal einer ladungsgekoppelten Einnch-

zweite Zone, die mit einer «^«ggl^Si » 'Tig. 5 und 6 isometrische Querschnittsdarstellun-

den ,st. Djese Kupplung wud ^^J^*«™* _ge„ grundlegender Inversionsregenerationselemente,

ersten und zweiten Zonen mit eme zweiten ^Ktroae g g _{8 sche}matische Aufsichtsdarstellungen

bewerkstelligt, welche mit einer deJa™^eitunf ⁿ der _la ^B _dungsgeko_PPelten logischen Einrichtungen, die

^äaSS^S^^TS^TS^Si ^Ursio^egeTerations^ementen verwendet wer-

verbundenoderwahlweise mit einem hiernriksynchr^ »5 den _schematische Draufsichten auf

ninerter.unabhängiger» Impulsge^^ ™f *"' ^alS _la(f_un^_sgekoppelte Logikanordnungen, in denen In-

d.e unabhängige Quelle ^ηε^^Γ.^^^ηδ⁸^^Γ· . versionsregenerationselemente verwendet werden,

Bei d.csen Ausruh rungsbe.spielen kann e.oe m ₈ schematische Querschnittsdarstellung

Ruc.wartsnchtung ,S^mendefwtden um 30 einer »Eimer-Kette«, die ein grundlegendes Inver-

Sperrsch.cht als Kollektor.^^"LJS^«™ sionsregenerationselement gemäß einem anderen

über d.e Ladungsträger,,nach «^ Erkennung zu ve r _Ausfülf_rangsbeisp}_d der Erfindung verwendet,

fugen^ D.e frische Zu uhr von Ladung kann aut ver _{β v} Schnittansicht einer grundsätz-

t^^-S^^SS^^ ^^{kl Vorrichtung für einen}

UClI ^UIlC UCS CIIlSUIcuiciiuwi ΐΛΐ"—-ο ->r ,

-: : I. T-i^tf^ncVntitaVt ahzuziehen.

Bei einem anderen beschriebenen-Aujffl™*«; ~^g ₁₈ eine tcnematische Draufsicht auf eine

spiel kann,die logische Funktion_f f ^0^^ ladungsgekoppelte Vorrichtung mit einem gnud-

fuhrt werden, indem ein Abtastglied mit jedenι von & * Inversionsregenerationselement,

j mehreren Gate-Gliedern ^^^^^± ⁴ Fig 19 eine Schnitfansicht längs der Linie 19-19

j dungstransport von einer oder mehreren erzeuger ^ ^b ^

j stellen fortsteuern. „„cführ- F i g. 20 eine Draufsicht auf eine Anordnung nach

Die logische NOR-Funktion ist dadurch aus™* Fig. 18, jedoch dahingehend modifiziert, daß das

j bar, daß ein separates Abtastglied in J?™^r "™ ™JJ ., _Ausg_angssignal des Inversionsregenerationselementes

reren separaten Ladungstransportvorrichtungs-Infoi- 45 ™&™ξ?*

mationskanälen angeordnet ist, wobei diese ADtasi- 21 eine schematische Draufsicht auf eine wei-

glieder separat mit einer entsprechenden Anzaji von ^ Ladungstransportvorrichtung mit einem grund-

! Gate-Gliedern verbunden sind, die seriell ™*^u&£ sätzlichen Inversionsregenerationselement entspre-

der Ladungsträgerquellen angeordnet sind.U e uaie- weiteren Ausführung der Erfindung und

Glieder sind so angeordnet, daß es der Ladung nur Schnittansicht längs der Linie 22-22

möglich ist, von den Quellen wegzufließen, wenn we- B- ^

niger als ein vorgegebener Ladungsbetrag gieicnzeiug _^ _{Zwecke eifler} vereinfachten und klaren Er-

an den abgefühlten Stellen längs einer Anzaw vou _{Iäuterung de}r Figuren wurden diese nicht im richti-

! Kanälen vorliegt. . . ... ., _gen Maßstab dargestellt Bezugszeichen, die sich von

! Die logische NAND-Funktion wird d^adur^cn ^r" | _R ^gderholen, geben gleichbleibende

j det, daß getrennte Abtastglieder in jeder von mehre- rgu^ J

ren getrennten Ladungsübertragungseinnctttungs^u ^ j_adungsgekoppelten Einrichtungen (CCD's) formationskanälen vorliegen, wobei die A^Dtas*gucu ^^ digitale Information durch das Vorhandensein getrennt mit einer entsprechenden Anzahl ™:\~_den 6o oder die Abwesenheit eines Ladungsträgerpakets dax-Gliedern verbunden sind, die parallel ο^Β"^c° gestellt, die sich in induzierten Potentialmulden be-LadungsträgerqueUen angeordnet ^and· >i^ie. "^ ß_nden und elektrostatisch mit diesen gekoppelt sind, Glieder sind so ausgebildet, daß der Abfluß "⁵M^ _{wobei sie sicQ o}ft dicht an der Oberfläche eines gedung von den Quellen nur dann verhmaen vru , _{ei ten} speichermedioms befinden. In vorteilhafter wenn gleichzeitig ein vorgegebener Ladungs°^?B _{6j Weise} werden die Potentialmulden gebildet and gejeder der abgeführten Stellen längs einer Anzani steuert durch das Anlegen von Spannungen an Feld-Kanälen vorliegt . t-,^^»* Plattenelektroden derart, die üblicherweise bei Me-Andere logische Funktionen werden im «"»=" tall-Isolator-Halbleitertechnologiea (MIS) verwendet nicht ausführlich beschrieben. Es ist dem Fachmann 409585/ΪΪ4

werden. 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 20, die primär für Dreiphasenbetrieb geeignet ist. Die Einrichtung 20 besteht aus einem größeren Teil 21 aus n-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 bis 26, die mit darüberliegenden Kontakten jeweils auf den Potentialen (-V₁), (-V₂) und (-V_a) liegen. Die Werte von V₁ werden als positive Zahlen angenommen, wobei V₃ größer als V_t ist, das seinerseits größer als V_x ist. V₁ ist ferner größer als V_T, wobei V₇ die Schwellenspannung für die Erzeugung einer Inversion der halbleitenden Oberfläche unter statischen Bedingungen ist.

Die gestrichelte Linie 27 stellt schematisch das Oberflächenpotential (Tiefe der Potentialmulde) 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 Verarmungsbereiche dar, die von den Spannungen gebildet werden, die an die Elektroden angelegt werden.

Ladungsträger, Löcher in diesem Falle, werden schematisch durch Pluszeichen dargestellt, die in die Potentialmulden 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 Potentialmulde unter der Elektrode 26 wandern, bis alle Löcher transportiert wurden oder bis so viele Löcher transportiert wurden, daß die Oberflächenpotentialc unter den Elektroden 25 und 26 gleich geworden sind, je nachdem, 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 bis 2C zeigen schematisch einen Querschnitt einer linearen Anordnung von Einrichtungen der in F i g. 1 dargestellten Art. Jede dritte Elektrode ist mit einer Gemeinsamen von drei Taktleitungen 41 bis 43 verbunden. Da die Elektroden in Dreiergruppen zusammenwirken, sind ihnen allen die Bezugszeichen 24 bis 26 mit nachgestellten Buchstaben A, B, C usw. gegeben worden.

Die Fig. 2A stellt eine Anfangsbedingung dar, in der (-V₂) an die mit 24 bezeichneten Elektroden angelegt ist. (-V₁) 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 (Löcher) sich unter den Elektroden 24 Λ und 24 C befinden, keine jedoch unter der Elektrode 24 B. Dieser Zustand wird als logische »Ems« angesehen, die unter den Elektroden 24 Λ und 24 C gespeichert ist und als logische »Null«, die unter der Elektrode 24 B gespeichert ist

Fig. 2B zeigt den Zustand der Struktur von Fig. 2A, nachdem die Spannung auf der Taktleitung 42 auf (-F₃) geändert wurde. Da V_S>V₂>V_V

ist die Ladung (oder das Fehlen von Ladung), die sich vorher unter den Elektroden 24 A, 24 B und 24 C befand, nun nach rechts in die tieferen Potentialmulden gewandert, die sich nun unter den Elek* troden ISA, 2SB und 25C befinden. Die Fig. 2C zeigt die gleiche Struktur wieder in einem Ruheoder Haltezustand, d. h. mit (-V₁), angelegt an die Taktleitungen 41 und 43 und (-V₂), angelegt an die Taktleitung 42, einer Bedingung, die geeignet ist,

ίο die logischen Zustände unter den Elektroden 2SA, 2SB und 25 C aufrechtzuerhalten. Der Zyklus befindet sich dann in dem in Fig. 2A dargestellten Zustand, und er ist bereit, wiederholt zu werden, um die logischen Zustände unter die Elektroden 26 A, 26B, 26C usw. zuschieben.

Bei CCD-Strukturen der in den Fig. 1 und 2A bis 2 C dargestellten Art, bei denen die Elektroden an allen Punkten gleichen Abstand von einer relativ gleichförmig dotierten Halbleiteroberfläche aufwei-

ao sen, tendieren symmetrische Potentialmulden dazu, sich unter jeder Elektrode zu bilden. Auf Grund dieser Tatsache wird eine dreiphasige Operation der Elektroden in Dreiergruppen in vorteilhafter Weise benutzt, um eine Asymmetrie der Potentialmulden 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 F i g. 3 ist jede zweite Elektrode mit einer Gemeinsamen von zwei Taktleitungen 55 und 56 verbunden, die ihrerseits von einem zweiphasigen Taktgenerator betrieben werden, der abwechselnd (-K₁) und (-F₂) an

die Taktleitungen anlegt. Es ist erwähnenswert, daß die Potentialmulden in Fig. 3 inherent asymmetrisch sind und daß jedesmal, wenn die Taktleitungsspannungen sich ändern, die gespeicherten logischen Zustande um einen Schritt (eine Elektrode) nach rechts

in F i g. 3 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 transportieren-

den Ladung jedesmal zurückgelassen wird, wenn ein Ladungspaket von einer Potentialmulde zur nächsten transportiert wird. Zur Kompensation und um kombinatorische logische Funktionen in CCD-Strukturen zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, eine Form der ge-

steuerten Ladungsregeneration vorzusehen. Als TeU

dieser Lösung ist in Fig. 4 ein geeignetes Mittel für

die Einfügung eines gesteuerten Ladungsbetrages in

den Informationskanal einer CCD-Struktur gezeigt

in Fi g. 4 stellen die Elektroden 24/i bis 26 B eine

lineare Anordnung von CCD-Elektroden dar, die von der Oberfläche eines η-leitenden Halbleiterteils 61 durch eine Isolationsschicht 62 getrennt sind. Der Halbleiter 61 besitzt eine p-leitende lokalisierte Zone

« ra'Jܹ,,™⁶ Sperrspannung (~V_S) über eine

Elektrode 64 angelegt ist Die gestrichelte Linie 65 stellt schematisch die Tiefe der Potentialmulde unter den Elektroden UA bis 26B dar, wobei das Oberflachenpotential unter den Elektroden 24.4 und 24S negativer ist als unter den übrigen Elektroden. Wenn

y Ji! ^neß^ativer als das Oberflächenpotential unter der Elektrode 24 A ist, wandern keine Löcher von der Zone 63 m den CCD-Kanal. Wenn (- V_s) weniger negativ ist als das Oberflächenpotential unter der

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Elektrode 2SA, fluten Löcher in den Kanal und fül- Elektrode 34/4 teilweise aufzufüllen, ohne daß sie in

len die Potentialmulden, bis das Oberflächenpotential den neuen CCD-Kanal fließen,

längs des gesamten Kanals auf etwa ( — V_s) angestie- Unter der CCD-Elektrode 25 Z befindet sich ein

gen ist. Abtastglied 80 für den Fluß, da; von der Elektrode

Wenn jedoch (—V_s) negativer ist als das Ober- 5 25Z und dem Halbleiter 71 durch Teile der Isolaflächenpotential unter der Elektrode 2SA, aber weni- tionsschicht 72 getrennt ist. Das Abtastglied ist mit ger negativ als das Oberflächenpotential unter der einem über ihm befindlichen Kontakt 81 ifit einem Elektrode 24 A, dann wandern die Löcher von der Gate-Glied 82 verbunden, das zwischen dem Bit-Zone 63 in den CCD-Kanal und füllen die Potential- Generator 77 und der ersten CCD-Elektrode 34 A mulde unter der Elektrode IAA nur teilweise. Wenn io liegt.

sich einmal genügend Löcher in der Potentialmulde Die Kapazität zwischen den Elektroden 25 Z und

unter der Elektrode 24 A angesammelt haben, so daß 80 ist mit C, bezeichnet, während die Kapazität zwi-

das Oberflächenpotential hier etwa gleich (— V_s) ?st, sehen der Elektrode 80 und dem Halbleiter 71 mit

dann hören die Löcher auf, weiter in den CCD- C₂ angegeben ist. Die Kapazität des Verarmungs-Kanal zu fließen. 15 bereichs, der sich unter den Elektroden 25Z und 80

Daher kann durch Einstellung von V₅ bezüglich bildet, ist sehr klein bezüglich C₁ und C₂. Mit diesen der K,'s, die an die CCD-Elektroden angelegt wer- Definitionen ist dann die an der Elektrode 80 induden, ein gesteuerter Ladungsbetrag selektiv injiziert zierte Spannung etwa die angelegte Taktimpulsspanoder auch nicht injiziert werden, um einen digitalen nung (Φ,), wenn die darunter befindliche Potential-Bitstrom zu erzeugen, der in einem neuen CCD- ao mulde leer ist (logische Null). Wenn dagegen die Kanal nach rechts in Fig. 4 fließt. Es wird nun an- Potentialmulde nahezu vollgeladen ist (logischeEins), genommen, daß die Zone 63 geeignet ist, in gleicher dann ist die an der Elektrode 80 induzierte Spannung Weise wie die Quelle in einem isolierten Gate-Feld- etwa Φ_ν multipliziert mit dem Verhältnis C₁Z(C₁ + C₈). effekttransistor (IGFET) zu arbeiten. Da Φ_ι eine negative Spannung und C₁ und C_a posi-

Wenn nun ein Bitgenerator, wie beispielsweise der »5 tive Zahlen sind, wird mehr negative Spannung an

in Fig. 4 dargestellte, mit einem Abtastglied kombi- der Elektrode 80 induziert, wenn sich eine »Null«

niert und mit diesem verbunden wird, der die Bits unter der Elektrode 25Z befindet, als wenn dort eine

abtastet, die in einem CCD-Kanal übertragen wer- »Eins« wäre.

den, dann kann der Bitgenerator dazu benutzt wer- Diese an der Elektrode 80 induzierten Spannunden, die Information, die in dem gedämpften Kanal 30 gen werden direkt angekoppelt und erscheinen an in Abhängigkeit von den Signalen des Abtastglieds dem Gate-Glied 82, das sich zwischen dem Bit-Geneübertragen werden, in einen neuen Kanal zu regene- rator 77 und der CCD-Elektrode 34 A befindet. Es rieren. Die Fig. 5 und 6 zeigen zwei Ausführungs- ist zu beachten, daß die erste CCD-Elektrode34A beispiele eines derartigen Bit-Regenerators in iso- mit der gleichen Taktleitung verbunden ist wie die metrischer Querschnittsdarstellung. 35 Elektrode 25Z, unter der die Bits abgefühlt werden.

Die in F i g. 5 dargestellte Struktur besteht aus Auf Grund dieser Tatsache wird ein Löcherpaket einem größeren η-leitenden Halbleiterteil 71 und (logische Eins) von dem Bit-Generator 77 zu der einer darüberliegenden Isolationsschicht 72. Reihen- Potentialmulde unter der Elektrode 34/4 transporweise verteilte Feldplattenelektroden 267, 24Z, 25 Z tiert, wenn sich zu dieser Zeit unter der Elektrode und 26Z stellen das Ende eines CCD-Kanals dar, 40 25Z eine »Null« befindet. Umgekehrt ist das Kapadessen Bitstrom regeneriert werden soll. Die reihen- zitätsverhältnis C₁I(C₁ + C₂) und df Abstand der weise angeordneten Feldplattenelektroden 34A, 35 A Elektrode 82 von der Halbleiteroberfläche so ge- und 36/4 stellen den Anfang eines frischen CCD- wählt, daß keine Löcher (logische Null) vom Bit-Kanals dar, der zur Aufnahme des regenerierten Bit- Generator 77 übertragen werden, wenn sich zu diestroms dient. Wie in den Fig. 1 und 2A bis 2C, ist 45 ser Zeit unter der Elektrode25Z eine »Eins« befinjede dritte CCD-Elektrode mit einer Gemeinsamen det. Dieses wird durch die Einstellung des Kanazivon drei Taktleitungen 73 bis 75 verbunden. tätsverhältnisses und den Abstand der Elektrode 82

Ein Paar von p-leitenden lokalisierten Zonen 76 bewirkt, derart, daß, wenn eine »Eins« sich unter der und 77 liegt dicht an der Oberfläche des Halbleiters Elektrode 25 Z befindet, das Oberflächenpotential 71 und liegt über die Elektroden 78 und 79 jeweils 50 unter der Elektrode 82 weniger negativ als (—V_s) ist an negativen Potentialen (-V₀) und (—V_s). Die Bei einigen Anwendungen kann es wünschenswert p-leitende Zone 76 liegt dicht an der letzten Elek- sein, eine Gleich-Vorspannung an das Gate-Glied 82 trode 26 Z im gedämpften Kanal. Das Potential für einen optimalen Betrieb anzulegen. Dieses ist (— V_D) ist in vorteilhafter Weise so gewählt, daß es durch eine zusätzliche Verbindung des Gate-Glieds die p-leitende Zone 76 negativer als das negativste 55 82 über eine hohe Impedanz (nicht dargestellt) mit Oberflächenpotential hält, das unter CCD-Elektrode einer Gleichspannungsquelle möglich. In diesem 26 Z induziert ist, so daß, wenn jedes Bit unter die Falle ist die der hohen Impedanz zugeordnete Zeh-Elektrode 26 Z transportiert wird, dieses gesammelt konstante in vorteilhafter Weise beträchtlich größer und zerstört wird, d. h. zur Erde abgeleitet wird. Es als die reziproke Bit-Transportgeschwindigkeit durch wird nun angenommen, daß die Zone 76 daher ge- 60 den CCD-Kanal, so daß die Impulsspannungen, die eignet ist, in der gleichen Weise zu arbeiten wie die an dem Abtastglied 80 induziert werden, das Gate-Drain-Elektrode in einem IGFET. Glied 82 veranlassen können, sich in Abhängigkeit

Die p-leitende Zone 77 ist so angepaßt, daß sie als hiervon zu verändern, ohne einer Rückwirkung von ein Bit-Generator arbeiten kann. Daher wird das an- der Gleichspannungs-Vorspannung zu unterliegen. Es gelegte Potential (—V_s) in vorteilhafter Weise so ge- 65 wird daher angenommen, daß die Elektroden 80 und wählt, daß es die Zone 77 genügend negativ halten 82 bezüglich der Wechselspannung und der Impulskann, daß nur genügend Löcher selektiv von ihr ab- signale »elektrisch schweben«.
Bezogen werden, um die Potentialmulden unter der F i g. 5 zeigt einen anderen Zustandsinverter und

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Bit-Generator wie Fig.5, mit der Ausnahme, daß 36/1 in den Fig.5 und 6 analog sind. Wie in den die Abtastfunktion von einer elektrisch gleitenden früher beschriebenen Fig. 1, 2A bis 2C, 5 und 6, p-leitenden lokalisierten Zone 90 durchgeführt wird, ist jede dritte CCD-Elektrode mit einer Gemeindie in der Nähe der Halbleiteroberfläche unter der samen von drei Taktleitungen 173 bis 175 verbun-CCD-Elektrode 25 Z liegt. Der einzige Unterschied 5 den, an die die Taktspannungen Φ_χ bis Φ₃ [alternativ zwischen den Anordnungen der Fig. 5 und 6 be- (-V₁), (-V₃) und (-Vj) angelegt werden,
steht darin, daß das elektrisch schwebende Abtast- In Fig. 7 liegt die gestrichelt daigestellte Abtastglied 80 entfernt und durch eine elektrisch schwe- elektrode 100 unter der CCD-Elektrode 124 Z und bende lokalisierte Zone90 in Fig.6 ersetzt wurde. ist entweder der Elektrode 80 in Fig. 5 oder der Wegen der starken Ähnlichkeiten wurden in Fig. 6 io Elektrode90 in Fig. 6 ähnlich. Wie in den Fig. 5 die gleichen Numerierungen verwendet und 6 ist die Abtastelektrode 100 nicht mit den Taktin ähnlicher Weise, wie es im Zusammenhang mit leitungen, sondern über eine Leitung 181 mit einer F i g. 5 bereits beschrieben wurde, werden an dem Gate-Elektrode 182 verbunden, die genauso arbeitet Abtastglied 90 in F i g. 6 Spannungen induziert und wie die Gate-Elektrode 82 in den F i g. 5 und 6.
direkt auf das Gate-Glied 82 gekoppelt, das den 15 Eine p-leitende lokalisierte Zone 196 ist mit einer Transport einer Ladungsmenge vom Bit-Generator negativen Spannungsquelle (-V₀) verbunden und 77 sperrt oder erlaubt. Die Spannung an der Zone arbeitet als Drain-Elektrode in Analogie zu der Zone 90 ist zu einem beliebigen Augenblick etwa gleich 76 in den F i g. 5 und 6. Eine p-leitende lokalisierte der angelegten Oberflächenspannung. Dieses Ober- Zone 199 ist mit einer negativen Spannungsquelle flächenpotential ist etwa gleich Φ_ν wenn eine »Null« ao (-V₃) verbunden und arbeitet als Bit-Generator in unter der Elektrode 25 Z vorliegt, da Φ_ί hier ange- Analogie zu der Zone 77 in den F i g. 5 und 6.
legt wird und etwas weniger negativ als Φ,, wenn Anders als in der in den F i g. 5 und 6 dargestellten eine »Eins« (Löcherpaket) einläuft. Wenn bei dem Einrichtung ist das Gate-Glied 100 in F i g. 7 unter Anlegen von Φ₁ eine genügende Anzahl von Löchern den Feldplattenelektroden 124 Z angeordnet und von hereinfließt, um die Potentialmulde zu füllen, steigt aj der Drain-Elekfode durch ein Paar von Feldplattendas Oberflächenpotential auf einen Maximalwert von elektroden 125Z und 126Z, an Stelle von nur einer, etwas weniger als Null. Bei typischen Strukturen getrennt. Diese Trennung mit zwei Elektroden an kann die an der Zone 90 induzierte Spannung, wenn Stelle von einer ist für die Operation nicht notweneine »Eins« vorliegt, ein Drittel weniger negativ ge- dig, sondern nur vorteilhaft, da hierdurch das Abmacht werden als die induzierte Spannung, wenn eine 30 tast-Glied 100 von den Wirkungen der Drain-Elek- »Null« vorliegt. Diese Differenz ist ausreichend, um trode 176 effektiver entkoppelt wird,
zu bewirken, daß die gewünschte Durchschaltung an Bei einer Rückbetrachtung auf die F i g. 1 und der Elektrode 82 erfolgt. Es ist zu bemerken, daß bei 2 A bis 2 C ist zu bemerken, daß die Ladungspakete, einer Struktur gemäß F i g. 5 eine »Eins« vom Bit- die die Information darstellen, nur unter denjenigen Generator 77 in Fig. 6 weg durchgeschaltet wird, 35 Elektroden liegen, an die (-V₃), die am meisten wenn eine »Null« sich unter der Elektrode 25 Z be- negative Taktspannung, angelegt wird. Die anderen findet. Eine »Null« wird in dieser Richtung übertra- beiden Elektroden jeder Dreiergruppe dienen dazu, gen, wenn eine »Eins« sich unter der Elektrode 25 Z jedes Ladungspaket von den benachbarten Paketen befindet. zu trennen. Daher ist es in F i g. 7 wünschenswert, ein Nachdem die Struktur und Operation der grund- 40 Ladungspaket von dem Bit-Generator 177 weg zu legenden Inversionsregenerationselemente beschrie- übertragen, nur wenn (~V₃) an die Elektrode 124Z ben wurden, wird nun an Hand der Fig. 7 b^;s 14 (oberhalb der Abtastelektrode 100) angelegt wird, da eine Anzahl vorteilhafter Modifizierungen unJ An- nur dann dort ein Ladungspaket vorhanden ist oder Wendungen für derartige Elemente erläutert. Ohne fehlt, das die unter der Elektrode 124 Z abzufühlende Anspruch auf Vollständigkeit zeigen die Fig.7bis 14 45 Information darstellt. Hieraus wird das allgemeine in einer Art Aufsicht-Darstellung die CCD-Struk- Prinzip gewonnen, daß die Feldplattenelektrode türen gemäß F i g. 1 bis 6. In den F i g. 7 bis 14 stel- (124 Z in F i g. 7), die über der Abtastelektrode (100 len ausgezogene Leitungsmuster die Feldplattenelek- in Fig. 7) liegt, immer mit der gleichen Taktleitung troden dar, die sich über einer Isolationsschicht be- (173 in Fig. 7) verbunden wird, da sie die erste finden. Die gestrichelten Leitungsmuster zeigen ent- 50 Feldplattenelektrode (1344 in Fig. 7) ist, die der weder Elektroden, die innerhalb des Isolators ange- Gate-Elektrode (182 in Fig. 7) folgt, so daß Inforordnet sind (wie beispielsweise Elektrode 80 in mation gleichzeitig abgetastet, invertiert, regeneriert Fig. 5) oder lokalisierte Zonen im Halbleiter (wie und zu der ersten Feldplattenelektrode (1344 in beispielsweise die Zonen 76, 77 und 90 in den Fig. 5 Fig. 7) des neuen CCD-Kanals übertragen wird. Es und 6). Diese Art der Darstellung ist primär aus 55 ergibt sich ferner aus dem Obengesagten, daß V_s Gründen der Vereinfachung und Ökonomie der Dar- größer sein sollte als V₁ und K₈, aber kleiner als V₃₁ stellung gewählt worden. so daß die Gate-Elektrode 182 gestattet, daß die La-Speziell die Fig. 7 zeigt eine schematische Auf- dung von dem Bit-Generator 177 weg nur dann trans· Sichtsdarstellung auf ein Inversionsregenerationsele- portiert wird, wenn gleichzeitig (-K₁) an die Elekment, das den in den Fig. 5 und 6 dargestellten ahn- 60 trode 124Z gelegt wird und eine >Null« sich untei Hch ist. In F i g. 7 sind 124 Y bis 126Z Feldplatten- der Elektrode 124Z befindet,
elektroden am Ende eines CCD-Kanals, dessen In- F i g. 8 zeigt nun eine schematische Aufsichtsdar· formation invertiert und regeneriert werden soll. Die stellung auf ein Inversionsregenerationselement, da: Feldplattenelektroden 1344 bis 1364 liegen am An- den in den F i g. 5 und 6 dargestellten ähnlich ist. Dh fang eines frischen CCD-Kanals, um den neu regene- 65 Einrichtung gemäß F i g. 8 ist jedoch für Zweiphasen rierten Bitstrom aufzunehmen. Es wird angenommen, betrieb geeignet. Hierzu stellen die Feldplattenelek daß die Elektroden 124 V bis 126Z und 1344 bis troden 1S3Y bis 154 Z das Ende eines CCD-Kanal 1364 zu den Elektroden 26 Y bis 26 Z und 344 bis dar, dessen Information invertiert und regenerier

15 16

werden soll. Die Feldplattenelektroden 253 Λ und da der Bit-Generator negativer (-P₈) ist als die

254 A stellen den Anfang eines neuen CCD-Kanals Elektrode 253 A,

dar, um den neu generierten Bitstrom aufzunehmen. Nun sei angenommen, daß der Takt seine Polari-Um den Ladungstransport in einer Richtung sicher- tat in die andere Zyklushälfte umschaltet, in der zustellen, bestehen diese Feldplattenelektroden vor- S Φ, = (—V₂) und Φ₂ = (— K₁) wird. Da die Spanteilhafterweise aus einer Art, die geeignet ist, asym- nungen geändert werden, bewegt sich jedes Ladungsmetrische Potentialmulden zu erzeugen, wie sie be- paket einen Schritt (eine Elektrode) nach unten in reits im Zusammenhang mit Fi g. 3 erläutert wurden. F i g. 9, wie es durch die Pfeile 157 und 257 in der-

In F i g. 8 ist jede zweite Feldplattenelektrode mit selben Art angegeben ist, wie es bereits im Zusameiner Gemeinsamen von zwei Taktleitungen 155 und i° menhang mit der F i g. 3 erläutert wurde. Das ge-156 verbunden. Die Elektroden 176 und 177 stellen dämpfte Bit unter der Elektrode 154 Z wird zu der jeweils eine Drain-Elektrode und einen Bit-Generator Elektrode 154ZZ übertragen und in die Drain-Elekdar, da sie jeweils mit geeigneten Spannungsquellen trode 176 durch (— K₀) eingegeben, das negativer (-V₀) und (-K₅) verbunden sind. Ein Abfühl- ist als (-K₂). Die invertierte Darstellung dieses Bits element 100, wie entweder die Elektrode 80 in Fig. 5 15 wird von der Elektrode 254 A zu der nächsten Elek- oder die Elektrode 90 in F i g. 6, hegt unter der Feld- trode (nicht gezeigt) im regenerierten Kanal überplatte 153 Z und ist über einen Leiter 181 mit einer tragen. Es ist zu bemerken, daß die Elektrode 253/1 Gate-Elektrode 182 verbunden. Wo, wie hier, Feld- nun negativer (— F₂) ist als der Bit-Generator 177 plattenelektroden der in F i g. 3 dargestellten Art ver- (-K₁), so daß ein positives Ladungspaket zu der wendet werden, befindet sich die Abtastelektrode 100 20 Elektrode 253Λ transportiert wird, wenn dieses die in vorteilhafter Weise nur unter demjenigen Teil der Gate-Elektrode 182 gestattet.

entsprechenden Feldplattenelektrode (153 Z in Da sich die Taktspannungen auf diese zweite Be-

Fig. 8), der über dem dünneren Dielektrikum liegt, dingung verändern, bewegt sich das ankommende

weil dort das Ladungspaket liegt, wie in Fig. 3 dar- Bit von der Elektrode 154Y zu der Elektrode 153Z,

gestellt ist. Auf diese Weise werden ein Maximum an 25 wo es von der Abtastelektrode 100 erkannt wird,

induzierter Spannung und ein minimaler Betrag von Wie im Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 bereits

parasitären Kapazitäten erreicht. Die Wirkungsweise erläutert wurde, sind die Abtastelektrode 190 und die

der Einrichtung nach F i g. 8 geht aus dem bereits Gate-Elektrode 182 so angepaßt, daß ein Ladungs-

Gesagten hervor. paket (»Eins«) vom Bit-Generator 177 zu der Elek-

F ig. 9 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung 30 trode 253 A übertragen wird, wenn das Fehlen eines

auf ein anderes Inversionsregenerationselement, das Ladungspakets (»Null«) von der Abtastelektrode 100

für zweiphasigen Betrieb geeignet ist. Die in F i g. 9 erkannt wird. Keine Ladung (»Null«) wird übertra-

dargestellte Einrichtung unterscheidet sich von der- gen, wenn eine »Eins« von der Abtastelektrode 100

jenigen in F i g. 8 nur darin, daß der Bit-Generator erkannt wird.

177 mit der Taktleitung 136 verbunden und von 35 Zusammenfassend kann gesagt werden, daß kei-

dieser betriehen wird und daß die Abtastelektrode nem Bit die Übertragung zu der Elektrode 253A

100 von der Drain-Elektrode 176 durch ein Feld- während des ersten Halbzyklus gestattet wird, wegen

plattenelektrodenpaar 154 Z und 154ZZ an Stelle der Spannungsbeziehung zwischen dem Bit-Genera-

durch eine solche Elektrode getrennt ist. tor 177 und der Elektrode 253 A. Während des ande-

Wie bei den zuvor erläuterten dreiphasigen Aus- 40 ren Halbzyklus ist die Spannungsbeziehung zwischen

führungsbeispielen, muß die Feldplattenelektrode dem Generator 177 und der Elektrode 253Λ um-

(153Z in Fi/;. 9), unter der sich die Abtastelektrode gekehrt, so daß eine »Eins« von der Übertragung

100 befindet, mit der gleichen Taktleitung (155 in zwischen diesen beiden Punkten nur dann verhindert

F i g. 9) verbunden werden wie die erste Feldplatten- wird, wenn eine »Null« an der Abtastelektrode fest-

elektrode (253 A in Fig. 9), die der Gate-Elektrode 45 gestellt wird.

(182) folgt. V/enn, wie in Fig. 9, der Bit-Generator Die Einrichtung nach Fig. 8 könnte ebenso auch von der Taktleitung betrieben werden soll, um die mit einem Bit-Generator 177 arbeiten, der von der Zahl der erforderlichen Leiter zu verringern, dann Taktleiturg 156 betrieben wird. Die Dreiphaseneinmuß der Bit-Generator 177 mit einer anderen Takt- richtung nach F i g. 7 könnte auch mit einem Bitleitung (156 in Fig. 9) verbunden werden, wie die 5° Generator 177 betätigt werden, der von der Takt-Elektroden 153Z und 252A, damit die entsprechen- leitung 175 betrieben wird, vorausgesetzt ist aber, den Spannungsbeziehungen hergestellt werden. Diese daß der Taktimpuls eine geeignete Form hat, beiVorgänge werden im folgenden an einem ausführlich spielsweise Sinusform, so daß die entsprechenden beschriebenen, vollständigen Operationszyklus der Spannungsbeziehugen zwischen dem Bit-Generator Einrichtung nach Fig. 9 deutlich gemacht. 55 177, der Gate-Elektrode 182 und der Feldplatten-

Zuerst sein ein Halbzyklus angenommen, in dem elektrode 134/1 aufrechterhalten bleiben.
Φ₁ — (-K₁) an die Taktleitung 155 und Φ₂ = (-K₂) Fig. 10 zeigt nun eine schematische Aufsichtsan die Taktleitung 156 angelegt wird, wobei K₂ > K₁ darstellung auf einen weiteren Invertergenerator geist. Während dieses Halbzyklus wird das zu invertie- maß der Erfindung, der für einen zweiphasigen Berende und regenerierende Bit unter der Elektrode 60 trieb vorgesehen ist. Diese Einrichtung ist der in 154 Y gespeichert. Ein anderes Bit, das invertiert und Fi g. 8 dargestellten ähnlich, mit Ausnahme der Anregeneriert wurde, wird doppelt gespeichert, und zwar Ordnung für die Bit-Erzeugung. Die Beschreibung der das gedämpfte Bit unter der Elektrode 154Z und Fi^. 10 wird daher abgekürzt und primär auf die das invertierte und regenerierte Bit unter Elektrode unterschiedlichen Merkmale gerichtet. Wie in Fig. 8, 254A. ßei dieser Bedingung kann kein positives 65 besitzt die Einrichtung eine p-leitende lokalisierte Ladungspaket vom Bit-Generator 177 zur Fcldplat- Drain-Elektrode 176, die an eine geeignete negative tenelektrode 253/1 übertragen werde«, ohne Rück- Spannungsquelle (-Vp) angeschaltet ist und eine sieht auf die Spannung an der Gate-Elektrode 182, p-leitende lokalisierte Zone 177 als Quelle für posi-

¹^ . . . . _t pi» 9 erläutert wurde, und ist mit einer der Takt-

tive Ladungsträger. Anders als in Fi g. 8 jedoch ist F' *_ _iSt verbunden.

die Quelle 177 in Fig. 10 mit Erde verbunden und te^l£"^B _{p von} getrennten Abtastgliedern 10(M und

von der Gate-Elektrode 182 durch eine Feldplatten- «« _{befindet sich unter} den Elektroden IS3AZ

elektrode 105 und eine elektrisch gleitende p-leitenae *» ₁₅3BZ in den Kanälen A und B. Jedes dieser

lokalisierte Zone 178 getrennt. ⁵ Abtastglieder ist in einer Weise mittels der Leitungen

Im Betrieb bewirken negative Spannungen, die an « &·^ _lglB ^ _{einem getrennten Paar VOJJ}

die Feldplattenelektrode 253Λ und negative Span- «» _e_Gij_edera 182/i und 182B verbunden, die be-

nungen, die an der Gate-Elektrode 182 induziert wer- «» Zusammenhang mit den früheren Figuren

den, einen Ladungstransport von der Zone 178 weg « wurde. Für NOR-Element sind die Gate-

zu der Feldplattenelektrode 253 Λ, die ihrerseits be- »> p.*;_kmjden bezüglich des Bit-Generators 277 und der

wirkt, daß ein negatives Potential in die Zone 178 ^i CCD-Elektrode 253 CA des Kanals 10 reihen·

induziert wird. Bei einer negativen Zone 178 und ersi ^

einer auf Erdpotential liegenden Zone 177 und nacn " B_etri_eb werden getrennte Bitströme von InAbschaltung dsr Gate-Elektrcde 182 erlaubt dann » gleichzeitig längs der Kanäle A und B in ein negativer »Zündimpuls«, der auf die Elektrode 15 ^r°^^_ridc§|_{t von} den an die Taktleitungen 155 und 105 b id fü i b Zitspanne einen ^T^L l üb Di

ein negativer »Zündimpuls«, der auf ^^_ridc§|_{t von} den an die Taktleitungen 155 und 105 gegeben wird, für eine gegebene Zeitspanne einen i^T^Lrten Taktsignalen übertragen. Die Bitrelativ präzise bestimmbaren Betrag eines Ladungs- "» 5 β _sq synchronisiert, daß die Bits gleichtransportes von der Zone 177 zu der Zone 178. «ru ^^ ^ Elektroden 153 AZ und 153BZ hin-

Dieses wird als »Zündung« bezeichnet, da es die _durchlaufen. Wenn entweder das Abtastglied 100/1 vorläufige Speicherung eines relativ genauen La- *° _das Abtastglied 100B eine »Eins« erkennt, dann dungsbetrages ist deshalb wünschenswert, weil der ° derjenigen Gate-Elektrode, mit der dieses der Elektrode 153/1 durchgeschaltet werden kann. T_btastelied verbunden ist, eine ausreichend hohe Diese Verfügbarkeit eines genau vorhersagbaren La- „ JL induziert, die die Übertragung der Ladung dungsbetrages ist deshalb wünschenswert, weil der *v e verhindert Auf diese Weise ist zu sehen, Störsignalumfang eines Systems unter anderem von as "" _{der W}ahrheitstabelle in Fig. 11 eine dem Maß abhängt, durch das jedes »Eins«-Bit gleich " β _{vom Bit}._Generator 277 zu der Feldplattenden anderen »Eins«-Bits ist und jedes »Null«-Bit ,g_ktrode 253 CA nur übertragen wird, wenn eine gleich den übrigen »Nulk-Bits ist. ,, _{bdden A}btastgliedern 100/1 und IQOB

In den nur zu erläuternden Fig. 11 bis 13 sind _f^_t-_estdlt ^d

eine Anzahl von Ausführungsbeispielen dargestellt, 30 s _{Stdle solke erwähnt wer}den, daß innerdie Invertierungsregenentoren »ines Typs verwenden, £ des in F i ß Π dargestellten NOR-Elements die der hier bereits beschrieben wurde und für die Durch- halt) «a rar^. ^b ^ _mß ^ ^.^

führung logischer Funktionen gu-ignet ist. UND-Funküon ausführen, d. h., nur wenn eine Poten-

Fig. 11 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstel- ^^" _{indu2iert wird> kann ein La}_

lung einer E.nnchtung zur Durchfuhrung der log - 35 JJJ^JJJ ™_vom ßit-Generator 277 zu der FeId-

schen Operation NOR, deren Wahrheitstabelle fol- SEUde 253C/1 übertragen werden. Dieses

gendermaßen aussieht: PJ^ ^ _{einer genere}„_{en Leh}rc daß, wo immer eine

UND-Funktion in einem CCD-Systen: gewünscht

^WUK Til ddh iklht d

O	O	1
O	1	O
1 1	O 1	O O

₄₀ wird, diese zum Teil dadurch verwirklicht werden

ABC kann, daß eine Anzahl von Gate-Elektroden reihen-

weise angeordnet wird.

Fig. 12 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstellung auf eine Einrichtung, die für die Ausführung 45 der logischen NAND-Operation mit der folgenden Wahrheitstabelle geeignet ist:

Der obere Teil der Figur stellt zwei CCD-Kanäle A und B dar, die an ein gemeinsames Paar von Taktleitungen 155 und 156 angeschlossen sind 5° und eine Informationsübertragungsrichtung nach unten besitzen, wie es durch die Pfeile 157/4 und 157 B angedeutet ist. Die Elektroden 154/1Y, 153 AZ, ISAAZ, ISABY, 153BZ und 154BZ sind Feldplattenelektroden in den entsprechenden Kanälen, 55

analog zu den Elektroden 154F, 153Z und 154Z in Die Einrichtung nach Fig. 12 unterscheidet sich

den Fig. 8 bis 10. Der untere Teil der Figur, d. h. von der in Fig. 11 dargestellten nur darin, daß die die Feldplattenelektroden 253 C/l und 253CB, stellt Gate-Elektroden 182/1 und 182 B bezüglich des Bitden Anfang eines neuen CCD-Kanals dar, der mit C Generators 277 und der CCD-Elektrode 253 CA parbezeichnet ist und die regenerierten Bits, die von der 6o allel angeordnet sind. Bei dieser Ausführung der NOR-Operation stammen, aufnimmt. Die gestrichelt Gate-Glieder wird der Ladungstransport von dem dargestellte p-leitende lokalisierte Zone 276 ist mit Bit-Generator 277 weg nur dann verhindert, wenn einer negativen Spannungsquelle {—V_D) verbunden eine »Eins« an beiden Sensoren 100/1 und 100E und arbeitet als Drain-Elektrode analog zu den festgestellt wird. Dieses stimmt mit der Wahrheits-Zonen 7iS und 176 in den vorangegangenen Figuren. 65 tabelle der NAND-Einrichtung in F ig. 12 überein. Die gestrichelt dargestellte p-leitende lokalisierte An dieser Stelle sollte darauf hingewiesen werden.

Zone 277 arbeitet als Bit-Generator in einer Weise, daß innerhalb des NAND-Elementes, das in Fig. die bereits im Zusammenhang mit der Zone 177 in dargestellt ist, die Gate-Elektroden 182/1 und 182£

19 20

eine logische ODER-Funktion ausführen, d, h., wenn bung die Leitfähigkeitstypen der Halbleiter umge·

eine Potentialmulde unter beiden induziert wird, dann kehrt gewählt werden, vorausgesetzt, daü auch du

kann ein Ladungspaket vom Bit-Generator 277 zu entsprechenden Spannungspolaritäten umgekehr

der Feldplattenelektrode 2S3CA transportiert wer- werden,

den. Dieses führt zu der allgemeinen Lehre, daß, wo 5 Darüber hinaus ist die Einrichtung, die in der immer eine ODER-Funktion in einem CCD-System Fig, 11 und 12 dargestellt ist, nicht darauf be gewünscht wird, dieses teilweise dadurch verwirk- schränkt, nur ein Paar von ankommenden Kanäler licht werden kann, daß eine Anzahl von Gate-Glie- abzufühlen, sondern sie kann auch eine größere Andern parallel angeordnet wird. zahl von ankommenden Kanälen bedienen, voraus-

Fig. 13 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstel- io gesetzt, daß sich ein Abtastglied in jedem Kanal belung einer Einrichtung, die für die Durchführung einer findet und jedes Abtastglied mit getrennten reihenlogischen »FAN-OUT«-Operation geeignet ist, deren weise oder parallel angeordneten Gate-Gliedern ver-Wahrheitstabelle in Fig. 13 unten dargestellt ist. Der bunden ist, je nach Art der gewünschten logischen obere Teil dieser Figur stellt einen CCD-Kanal dar, Operation. Auch die »FAN-OUTe-Funktion, die ir der mit A bezeichnet ist und an ein Paar von Takt- 15 Fig. 13 dargestellt ist, ist nicht auf zwei Ausgangsleitungen 155 und 156 angeschlossen ist und eine kanäle beschränkt, sondern sie kann auch auf eine Abwärtsinformationsübertragung vornimmt, wie es größere Anzahl von Kanälen ausgedehnt werden,
durch den Pfeil 157/1 angedeutet ist. Die Elektroden Es soll weiter zum Ausdruck gebracht werden. 154/1Y, 153 AZ, 154 AZ sind Feldplattenelektroden daß ein Paar von Inverterregeneratoren, wie sie hiei des Kanals A, analog zu den Elektroden 154 Y, 153 Z ao beschrieben wurden, in eiv^r Tandemverbindung zu- und 154Z in den Fig. 8 bis 10. Der untere Teil der sammengeschaltet werden können, so daß der regene-Figur, d.h. die Feldplattenelektroden 2S3BA, rierte Impuls zweimal invertiert wird und daher auf 254BB, ISiCA und 254CB, stellt den Anfang eines eine regenerierte Kopie zurückgespeichert wird.
CCD-Kanalpaares dar, das mit B und C bezeichnet Ein Anwendungsbeispiel für eine derartige Einrichist und für die Aufnahme der regenerierten Bits vor- as tung ist schematisch in Fig. 14 dargestellt. In dieser gesehen ist, die von der »FAN-OUT«-Operation Figur stellen die Merkmale 300 und 301 serpentinenstammen. Eine Drain-Elektrode 276 und ein Bit- artige CCD-Kanäle dar, in denen der Informations-Generator 287 sind gestrichelt dargestellt und arbei- fluß in Richtung der angegebenen Pfeile erfolgt. Im ten gemäß der Beschreibung der Fig. 11 und 12. Die Kanal 300 erkennt ein Abtastg'ied 302 (eines beliebi-Wahrheitstabelle für die »FAN-OUT«-Funktion 30 gen Typs der in den F i g. 5 und 6 beschriebenen Art) lautet: ankommende gedämpfte oder geschwächte Signale

und induziert eine entsprechende Spannung an der

FAN-OUT Gate-Elektrode 303. Nachdem die ankommenden

Λ B C Signale abgetastet wurden, werden sie in der bereits

35 beschriebenen Art von einer Drain-Elektrode, wie

0 1 1 beispielsweise 76, in F i g. 5 und 6 gesammelt. In

10 0 F i g. 14 ist diese Elektrode 304 gestrichelt dargestellt.

Ein anderes gestrichelt dargestelltes Element 305

Ein Abtastglied 100A liegt unter der Elektrode stellt eine Quelle oder einen Bit-Generator dar, wie 153AZ und ist mittels der Leiter 181B und 181C 4° beispielsweise das Element 77 in den Fig. 5 und 6. mit einem Paar von Gate-Elektrcden 182 und 182 C Daher stellt die Kombination der Elemente 302, 303, verbunden. Aus der vorstehenden Beschreibung ist 304 und 305 ein Inversionsre^enerationselement dar. bekannt, daß, wenn immer eine »Null« an dem Ab- Die Bits von der Quelle 305 werden von der Elektastglied 100/1 vorliegt, eine »Eins« durch die Elek- trode 303 zu einer anderen Feldplattenelektrode 306 trode 1822? vom Bit-Generator 277 in den Kanal B 45 durchgeschaltet. Ein anderes Abtastglied 307 ist mit und eine andere »Eins« in den Kanal C durchge- der Feldelektrode 308 verbunden, die am Anfang des schaltet wird. Andererseits, wenn eine »Eins« am Ab- Kanals 301 liegt. Nachdem die Bits aus der Quelle tastglied 100/1 voiiiegt, dann werden »Nullen« in die 305 von dem Abtastglied 307 erkannt wurden, v/erKanäle B und C durchgeschaltet. den sie von einer zweiten Drain-Elektrode 309 ge-

Dit »FAN-OUT«-Funktion kann auch in einer so sammelt. Eine zweite gestrichelt dargestellte Quelle

Reihe von anderen Wegen, neben dem in F i g. 13 310 dient als Bit-Generator, dessen Bits von der Elek-

dargestellten, verwirklicht werden. Bei vielen Anwen- trode 3OS in den Kanal 301 durchgeschaltet werden,

düngen kann es z. B. vorteilhaft sein, das Abtastglied Obwohl diese doppelte Inversion selten, wp.nn über-

mit einer einzigen Gate-Elektrode zu verbinden und haupt, nötig ist, so kann sie wünschenswert sein bei

Feldplattenelektroden 253BA und 258CA (Fig. 13) 55 relativ kurzen serpentinenförmigen Datenmustern,

in eine größere Elektrode übergehen zu lassen, so wenn lieber eine doppelte Inversion an Steile einer

daß die parasitäre Belastung des Abtastgliedes mini- einfachen Zustandsumkehr durchgeführt wird.

mal wird. Weiterhin ist es verständlich, daß, da die NAND-

Obwohl die Erfindung teilweise dadurch beschrie- und NOR-Funktion jeweils logisch unabhängige

ben wurde, daß ausführlich Bezug auf bestimmte fio Funktionen sind, alle anderen logischen Funktionen

spezielle Ausführungen genommen wurde, so versteht gemäß dem bekannten logischen Prinzip aus beiden

es sich doch, daß die Detaildarstellung zur Erläute- abgeleitet werden können.

rung und nicht zur Beschränkung gegeben wurde. Es ist weiter festzustellen, daß Bit-Generatoren,

Auf Grund dieser Erläuterungen ist es dem Fach- Abtastglieder und Inversionsrcgenerationselemente

mann möglich, eine Vielzahl von Variationen in der 65 gemäß der Lehre der Erfindung leicht in zahlreicher

Struktur und der Betriebsart vorzunehmen, ohne von Weise kombiniert werden können, um andere logische

der Lehre der Erfindung abzuweichen. Funktionen zu bilden, die nicht ausdrücklich hier er-

Beispielsweise können in der gesamten Beschrei- läutert wurden.

Weiterhin ist es verständlich, daß, da die NAND-schriebenen Inversionsregenerationselemente und deren verschiedene Ausführungsformen leicht für eine Verwendung in Ladungstransporteinrichtungen angepaßt werden können, in Ladungstransporteinrichtungen des »Eimer-Kette«-Typs, die eingangs erwähnt wurde. Eine grundlegende Form einer derartigen Adaption zeigt die Fig. 15 in einer schematischen Querschnittsdarstellung.

negativer zu halten als das negativste Oberfiächenpotential, das in der benachbarten Zone 403Z induziert wird, so daß gedämpfte oder geschwächte Bits stets von der Zone 403 Z zur Drain-Zone 76 wandern S können und sie so gesammelt werden können und zerstört, d. h. zur Erde abgeleitet werden können. Auch wie in der vorstehenden Beschreibung wird ( — V_s) so gewählt, daß die Bitgeneratorzone 77 genügend negativ gehalten wird, so daß nur ausreichend Löcher

wenn eine »Eins« (Löcherpaket) transportiert wird. Der Taktimpulsgenerator 425 ist mit den Leitungen 455 und 456 verbunden.

Wenn, da (Φ,) angelegt wird, eine genügende Anzahl von Löchern zur teilweisen Füllung der Potentialmulde fließt, wird das Oberflächenpotential der Zone 404 Y auf einen Maximalwert ansteigen, der etwas unterhalb Null liegt. Wie bei den CCD-Aus-

Der Teil 400 stellt eine Ladungstransporteinrich- io selektiv von ihr abgezogen werden können, um die tung nach dem »Eimer-Kette«-Typ dar, die ein grund- Potentialmulden teilweise aufzufüllen, die in der Zone legendes Inversionsregenerationselement gemäß einem 408 gebildet werden, ohne in den neuen Kanal zu anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung verwen- fließen.

det. Das Element 400 besteht aus einem halbleiten- Beim Betrieb arbeitet die Zone 404 Y als Abtast-

den Körper 401, der als η-leitender Typ dargestellt >s glied Die hier induzierten Spannungen werden direkt ist, und einer Anzahl von p-leitenden Oberflächen- über die Elektrode 405 und den Leiter 406 zu einer zonen. Eine dielektrische Schicht 402 befindet sich Gate-Elektrode 407 übertragen, die zwischen dem über der Oberfläche des Halbleiters 401. Über der Bit-Generator 77 und der Zone 408 liegt. In ähnlicher dielektrischen Schicht 402 befinden sich eine Anzahl Weise, wie es bereits im Zusammenhang mit Fig. 6 von reihenweise angeordneten Feldplattenelektroden a° erläutert wurde, ist die Spannung an der Zone 404 Y 401*, 402 X, 401 Y, 402 Y, 401Z und 402 Z, die in in jedem Augenblick etwa gleich dem induzierten Kombination mit einer entsprechenden Anzahl von Oberflächenpotential. Dieses Oberflächenpotential ist asymmetrisch angeordneten, darunterliegenden, p-lei- etwa gleich der Spannung (Φ,) auf der Taktleitung, tenden, lokalisierten Zonen 403*, 404*, 403 Y, wenn eine »Null« in die Abtastzone 404 Y transpor-404 Y, 403 Z und 76 das Ende einer Eimer-Kette »5 tiert wLtl, wenn (Φ,) an die Elektrode 402 Y angedarstellen, deren Bitstrom invertiert und regeneriert legt worden ist. Sie ist etwas weniger negativ als (P) wird. In gleicher Weise stellen die reihenweise angeordneten Feldplattenelektroden 411A, 412A und
411 B in Kombination mit einer entsprechenden Anzahl von asymmetrisch angeordneten, darunterliegen- 3°
den, p-leitenden, lokalisierten Zonen 413/1, 414A
und 413 B den Anfang einer frischen Eimer-Kette für
die Aufnahme des invertierten und regenerierten Bitstroms dar. Wie die Figur zeigt, ist jede zweite der

erwähnten Feldplattenelektroden mit einem gemein- 35 führungsbeispielen der Fig. 5 und 6, kann die indusamen Paar von Taktleitungen 455 und 456 verbun- zierte Spannung an der Sensorzone 404 Y, wenn eine den. »Eins« vorliegt, um ein Drittel negativer gemacht

Es ist zu sehen, daß die bevorzugte Informations- werden als die induzierte Spannung, wenn eine »Null« übertragungsrichtung von der Asymmetrie bestimmt vorliegt. Dieser Unterschied ist ausreichend, um die wird, mit der jedes Paar der darunterliegenden Zonen 4° gewünschte Gatewirkung der Elektrode 407 zu ervon den Feldplattenelektroden überlappt ist. Fig. 15 reichen. Daher kann analog zu dem Beispiel der zeigt insbesondere, daß jede der erwähnten Elektro- F i g. 5 und 6 die parasitäre Kapazität und der Abden einen Teil von zwei darunterliegenden Zonen stand der Elektrode 407 von der Oberfläche des Halbüberlappt und daß in dem ankommenden Kanal, des- leiters 401 so eingestellt werden, daß eine »Eins« sen Bitstrom zu regenerieren ist, und in dem abgehen- 45 durch die Elektrode 407 von der Quelle 77 zu der den Kanal, der den invertierten und regenerierten Zone 408 durchgeschaltet werden, wenn eine »Null« Bitstrom aufnimm*, die größere Überlappung auf der sich in der Abtastzone 404 Y befindet. Eine »Null« rechten Seite ist. Diese Asymmetrie in der Überlap- wird durch die Elektrode 407 von der Quelle 77 zu pung bewirkt die Vorzugsrichtung der Informations- der Zone 408 durchgeschaltet, wenn eine »Eins« sich übertragung, wegen der resultierenden Asymmetrie 5° in der Abtastzone 404 Y befindet der kapazitiven Kopplung zwischen den Feldplatten- Es wurde vorstehend schon im Zusammenhang mit

elektroden und den unter diesen liegenden Zonen. den Fi g. 5 und 6 erwähnt, daß es in einigen Fällen

Die in den F i g. 5 und 6 verwendeten Bezugszei- wünschenswert sein kann, eine Gleich-Vorspannung chen für die Elemente, die sich in dem Inversions- an die Gate-Elektrode (407 in Fig. 15) und/oder an regenerationselement befinden, wurden auch, wo es 55 das Abtastglied (404 Y in F i g. 15) für eine optimale möglich war, in F i g. 15 benutzt. Daher stellt in Operation anzulegen. Dieses wird dadurch erreicht, Fig. 15 die p-leitende Zone 76 eine Drain-Zone dar daß der Leiter 406 über eine hohe Impedanz an eine für die Bereitstellung von gedämpften Bits nach der Gleichspannungsquelle angelegt wird. Dieses ist in Erkennung. Ebenso stellt die p-leitende Zone 77 eine Fi g. 15 schematisch durch einen Phantomwiderstand unabhängige Quellenzone, d. h. einen Bit-Generator 6o 409 dargestellt, der zwischen dem Leiter 406 und dar, von dem injizierte mobile Ladungsträger selektiv einer Gleichspannungsquelle (—V_B) eingeschaltet ist. durchgeschaltet werden, um den regenerierten Bit- Wie bei der CCD-Einrichtung, ist die der hohen Imstrom zu erzeugen. Es ist festzustellen, daß, wie in pedanz (409) zugeordnete Zeitkonstante in vorteil-F i g. 6, die Drain- and Quellenzonen 76 und 77 über hafter Weise beträchtlich größer als der Kehrwert der die Elektroden 78 und 79 jeweils auf negativem 65 Bit-Transportgeschwindigkeit durch den »Eimer-Potential (-V_D) und (~V_S) liegen. Wie in der Ein- Kette«-Kanal, so daß die Impulsspannungen die richtung gemäß den Fig. 5 und 6, wird (-V₀) vor- Gate-Elektrode 407 ohne Rückwirkung von der teilhafterweise so gewählt, um die p-leitende Zone Gleichspannungsquelle steuern können.

23 24

Es sei ferner erwähnt, daß das »Eimer-Kette«- den bei jedesmaliger Umkehrung der zugeführter

Schieberegister und -Inversionsregenerationselement, Taktspannungen die Ladungspakete (oder deren Feh-

das in Fig. 15 dargestellt und mit dieser erläutert len), die die Information darstellen, um einen Schrit

wurde, leicht für viele verschiedene Anwendungen, nach rechts transportiert.

wie beispielsweise irn Rahmen der F i g. 7 bis 14 und 5 Fi g. 17 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein« der CCD-Ausführungsbeispiele, die vorstehend aus- Vorrichtung der in Fig. 16 dargestellten Art. Ir führücu erläutert wurden, modifiziert werden kann. Fig. 17 bedeuten die mit ausgezogenen Linien ge· Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht eines grundsätz- zeichneten Muster 513/4 bis 514S die Feldplattenliehen ladungsgekoppelten VorrichtungjP.ufbaues 510, elektroden einer ladungsgekoppelten Vorrichtung, di< der für Zweiphasenbetrieb geeignet ist. Die Vorrich- io durch dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 16 identitung 510 weist einen η-leitenden Halbleiterteil 511 fiziert sind. Die Taktleitungen 515 und 516 sine auf, auf welchem eine Isolierschicht 512 ungleichför- gleichermaßen entsprechend definiert,
miger Dicke angeordnet ist. Auf der Schicht 512 be- Unter Berücksichtigung der vorstehenden Hinterfinden sich eine Mehrzahl dicht beeinanderliegender grundinformation sei nun eine ladungsgekoppelt« Elektroden 513/4, 514/4, 5135, 5145 und 513C. 15 Vorrichtung beschrieben, in der ein grundsätzliche! Wie dargestellt, umfaßt dieselbe Elektrode einen Inversionsregenerationselenient entsprechend der Erersten Teil, der oberhalb eines relativ dicken Be- findung verwendet wird. Eine schematische Draufreichs der Isolierschicht 512 gelegen ist, und einen sieht der Anordnung ist in Fig. 18 dargestellt. Dorl zweiten Teil, der oberhalb eines relativ dünnen Be- bilden eine Vielzahl hintereinander angeordnete, reichs der Isolierschicht gelegen ist. Jede zweite ao Feldplattenelektroden 523/4, 524/4, 5235, 524 E Elektrode liegt an einem gemeinsamen Leiter 515 und 523 C das Ende eines Kanals einer ladungsge- bzw. 616, denen Treibimpulse (Taktimpulse) Φ, und koppelten Vorrichtung, dessen Bitstrom zu invertie-Φ₂ zugeführt werden. ren und zu regenerieren ist. Die hintereinander ange-Im einzelnen stellt Fig. 16 den Betriebszustand ordneten Feld-Plattenelektroden 533/4, 534/4, 5335 dar, in welchem Φ, gleich (-K₁) und Φ₂ gleich (-K₂) »5 5345 und 533C stellen den Beginn eines frischet j ist. Die K_rWerte werden als positive Zahlen genom- Kanals der ladungsgekoppelten Vorrichtung dar, um men und K₂ ist größer als K₁. Außerdem ist V_x größer den invertierten und regenerierten Bitstrom zu ] als V₁ , wenn V_r die Schwellenwertspannung zum Er- empfangen. Wie dargestellt, ist jede zweite der obenj zeugen einer Inversion der Halbleiteroberfläche unter erwähnten Elektroden je an einen gemeinsamen Lei· ! Dauerstrich-Bedingungen ist. 3° ter eines Taktleiterpaares 525 und 526 angeschlossen. ! Die gestrichelte Linie 515 stellt schematisch das Weiter sei angenommen, daß diese Elektroden dei ! Oberflächenpotential (die Tiefe der Potentialmulden) ladungsgekoppelten Vorrichtung asymmetrisch ir der Oberfläche im oben beschriebenen Betriebszu- einer solchen Richtung ausgebildet sind, um einen stand dar. Wenn, wie vorliegend, das Arbeitsmedium Informationstransport nach rechts in den Eingang des 511 ein Halbleiter ist, kann die Linie 515 auch als die 35 Kanals (wie dieses schematisch durch den Pfeil 522 schematische Begrenzung der Verarmungszonen auf- angedeutet ist) zu veranlassen, ebenso einen Informagefaßt werden, die durch die den Elektroden züge- tionsfluß nach links im Ausgangskanal oder unteren führte Spannung entstehen. Die Ladungsträger, im Kanal (wie dieses schematisch durch den Pfeil 535 vorliegenden Fall Löcher, sind schematisch durch dargestellt ist).

Pluszeichen dargestellt, die in die Potentialmulden 40 In Fig. 18 stehen die gestrichelt gezeichneten eingesetzt sind. Insoweit Löcher dazu neigen, die Muster 541, 542 und 543 für lokalisierte p-leitend« Stellen des tiefsten, negativen Potentials einzuneh- Halbleiterzonen, die unterhalb der Oberfläche dei men, ist leicht einzusehen, daß in diesem Betriebszu- Isolierschicht gelegen sind. Die mit durchgezogenen stand jegliche freien Löcher unter entweder der Elek- Linien gezeichneten Muster 524 und 532 stellen FeIdtrode 513/4 oder 514/4 nach rechts in den tiefsten 45 Plattenelektroden auf der Isolierschicht dar. Die loka-Teil der Potentialmulde unterhalb der Elektrode lisierten Zonen 541 bis 543 stellen in Verbindung mil 514/1 transportiert werden, bis alle diese Löcher den Feldplattensteuerelektroden 524 und 532 das Inübertragen wurden oder bis ausreichend Löcher versionsregenerationselement entsprechend der Ertransportiert worden sind, so daß das Oberflächen- findung dar. Wie nachstehend noch erläutert wird potential unter dem rechten TeU der Elektrode SUA 50 dient die Zone 541 zur Abtastung der Information im gleich dem Oberflächenpotential unter dem linken entarteten Kanal und ist demgemäß benachbart dei Teil dieser Elektrode geworden ist, je nachdem, wel- letzten Elektrode (523C) am Ende des entarteten eher Fall zuerst auftritt. Kanals angeordnet Die Zone 542 befindet sich im Wenn nun, nachdem sich der oben beschriebene Abstand von der Zone 541 und der Abstand hier-Zustand eingestellt hat, die Taktimpulse umgekehrt 55 zwischen ,st von der Feldplattensteuerelek rode 524 werden derart, daß (-V₁) dem Taktleiter 516 und überbrückt, so daß d,e Zonen 542 und 541 effektiv (- K₂) dem faktleiter 515 zugeführt werden, dann miteinander gekoppelt werden können durch Zufubwerden Γ Potentialmulden imter den Elektroden ren einer Spannung afl die Elekttode 524 m ausrei-513/4 bis 513C zu den tieferen und die Potential- chenderHohe um dieJ^^he zwischen den mulden unter den Elektroden SUA und 5145 _β .. ^⁵^ef wL^zT542 auf einem ^rwSiSfttonmtffam auftritt, wird die La- ten negativen Potential gehalter,wie dieses ir,der dung unter den Elektroden 5UA und 5145 nach Zeichnung durch (₇1V_R) dargestellt ist Die Zone 541 ug uuici ucu EiCMiWtU ^ trans ist dahingehend wirksam, die Ladungspakete abzu-

T^^^nSiuTSt^in kommenden Ladingspaketen m der Zone541 mdueingeSen UnTynSetrie. In ähnlicher Weise wer- zierte Spannung wird ohmisch direkt an die Feld-

plattenelektrode 522 durch eine metallische BeIegung 544 gekoppelt.

Die Zone 543 stellt eine unabhängige Quelle für Ladungsträger dar, die unter die Elektrode 533/1 genelt transportiert oder an diesem Transport gehindert werden, je nach der an der Feld-Plattenelektrode 532 induzierten Spannung.

Demgemäß hegt, wie dargestellt, die Feldplattensteuerelektrode 532 zwischen der Quelle 543 und der Elektrode 533 A (der ersten Elektrode der ladungsgekoppelt?" Vorrichtung im regenerierten Kanal), so daß die Zone 543 effektiv angekoppelt werden kann an die Potentialmulde unter der Elektrode 533/1 durch Zufuhren einer Spannung an die Steuerelektrode 532, welche zur Invertierung der darunter lie-

Sf".'??⁰?^' ausreicht Wie dargestellt sind die Quelle 543 und die Feldplattenelektrode 524 miteinander und mit einem Taktleiter 526

*7 "⁸'

EE

! Si

wie (-V) wird ein

541 äfdiie Sb^SSS^Je^S nung auch an die Steuerelektrode 532 angekoppelt und erscheint dort «"JgeKoppeir

Physikalisch wird die Spannung an der Zone 541 deswegen induziert, weif poskL ÄnS*£ (Löcher) von der Zone 541 durch die invertiertet unter der Elektrode 524 in die negativere Zone 542 gezogen werden. Man sieht also, daß dS Zone 542 dahingehend wirksam ist, in ähnlicher Weise wie die Saugelektrode eines Feldeffekttransistors mit isolie ter Steuerelektrode (eines sogenannten IGFElS L arbeiten. Unter dieser Bedingung wird eine stark ^ vertierte Zone unter der SteSffl^sStM det, aber es werden keine positiven LadungsS, von der Quelle 543 zur Elektrode 533^ SsDor tiert, weil die Quelle543 negativer ist als de EIe^ trode533Λ. ^ek

In der nächsten Hälfte des Taktzyklus, in welcher

j ,uiwcicner

- K-Vύ"nd Φ₂ = (-V₁)

ist, wird die Abtastzone 541 von der Saugelektrode 542 entkoppelt, weil derKo_PPlungselektrodi_S241 ebe weniger negative Spannung zugeführt ist Ebenso ist der Umstand von Wichtiikeif dX_dl ^?e QuSiS nun weniger negativ ist als die ElektrodeTs₃₃^ so daß positive Ladungsträger zur Elektrode 533 Jf transportiert werden können, wenn sie i.icht durch die Wirkung der Steuerelektrode 532 daran eehindertsind. ^B

Wenn die Taktspannungen in diesen zuletzt be schriebenen Zustand geschaltet werden, werden die

informations.darstellenden Ladungspakete von den Elektroden 524 und 534 unter die Elektroden 523 bzw. 533 transportiert. Wenn eine logische »1« (ein Ladungspaket) von der Elektrode 524 ß ZUf Elektrode 523 C transportiert wird wird das meiste dieser Ladung in die Zone 541 gezogen und dient zur Entladuag des hier gespeicherten negativen Potentials. Die Potentiale und der Abstand der Steuerelektrode 532 von der Halbleiterflächc sind so eingestellt, daß, nachdem eine »1« (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 533/4 zu erlauben. Daher erscheint eine »0« unter der Elektrode 535/1 der ladungsgekoppelten Vorrichtung, wenn eine »1« unter die Elektrode 523 C transportiert wird

, ^Umgekehrt, wenn eine »0« (das Fehlen eines La^dun8^sP^aketes) «nter die Elektrode 523C transpor-Sf* ^Wird' ^{bleibt die S}P^annu"g *" ^der Abtastzone

ssige positive Ladung von der Abtast- «?^{e541 zur} Saugelektrode 542 gezogen. Auf diese

₃. bevor In«⁸ t ^Vt\^rsP^annungswert rückgesetzt, bevor jedes ankommende entartete Bit empfangen ™ϊη T^f" ^dieSCr, ^Rückstell"ng, die die AbtastwirdΓ£* T Γ ^{ankommendes Bit} empfangen SShSS η u^Inversionsregenerationselement entketundl ^E^^ndung ^{eine erh}öhte Empfindlich-Für eL ^? ^"T ^™*" ^⁵^
nadi F iT 1 s / ·^ft^ · ^Verstandllis der Anordnuni

« t α vt ⁹'^{19 der Fi}ß-¹⁸ dargestellt. Soweit erSSSf* ^ ^ ^entsP^enden Bezugszeichen S «Wwchneben. In Fig. 19 ist die p-Ieitende

Sΐ, ^Abtastzone 541 als durch eine nieder-

HektL a?·⁰⁶·^{527 kontaktier}t dargestellt (die Elektrode527 ist in Fig. 18 nicht dargestellt). Die

der^fn^?"^{316 SÜld m Hand eines} V«^ der beiden Figuren ersichtlich. Es sollte beachte!

werden, daß die Steuerelektrode 524 nur oberhalt ^def ^dünneren TeUs der dielektrischen Schicht 512 gelegen ist, d. h., die Steuerelektrode 524 brauch! 22?! ^ln ^yn¹™¹⁶⁴™^ wie die Elektroden 524B und 5Z4C ausgebildet zu sein. I_n ähnlicher Weise brauchi f kl« ^Sj^euerelektrode 532 nicht asymmetrisch f

6„ hn Schicht 512

S J™* ⁵« und der Elektrode 533^ da

^Iad™^g?8^ekoP.P^elten Vorrichtung.

^^DgJeicb ein weiter Bereich von Betriebsspanmmgs-

^Sv^^ Y^{erden kann}' ^er8^{ab s}'"^{ch eta} ^u

6, Xn - i£tf\ ^^T *^e An^nung mit (V₁) = 6 Volt,

l^Kf)-10Voh und (F*) = 12 Volt, wobei bei dei

^^or™™8 der dünnereTeU der dielektrischen Schichi

™I nui ^{Wcke hatte}· ^ wrd üblicherweise nichi vorteilhaft sein, (F₁) _unter etwa 6 Volt zu verringern,

27 28

es kann aber in einigen Fällen der Betrieb verbessert gerichtet ist, kann auch eine Inversionsregenerations-

werden durch Erhöhen von (F₂) bis auf 30 Volt oder vorrichtung leicht zur Verwendung bei dreiphasigen

darübet, wobei dann aber auch (V _R) entsprechend so und vicrphasigen ladungsgekoppelten Vorrichtungen

zu erhöhen wäre, daß es etwas größer als (K₂) ist. entsprechend jenen Prinzipien verwendet werden,

Die Geschwindigkeit des Ladungstransportes von 5 welche an Hand der zweiphasigen Ausführungsform

der Zone 543 zur Elektrode 533 A, um so eine »1« geschildert worden sind.

darzustellen, ist von der an der Steuerelektrode 532 Des weiteren kann offensichtlich das vorstehend be-

zu diesem Zeitpunkt anstehenden Spannung abhän- schriebene Inversionsregenerationselement leicht für

gig. Die Spannung an der Steuerelektrode 532 kann eine Anwendung bei Ladungstransportvorrichtufigen

weniger negativ sein als (F_Ä) wegen parasitärer io des »Eimer-Kette«-Typs ausgelegt werden, wie die-

Effekte und weil jede entartete »0«, die von der Ab- ser in der obenerwähnten Patentanmeldung von

tastzone541 abgetastet wird, etwas positive Ladung Berglund und BoIl beschrieben ist. Eine Ausfüh-

enthält, die eine teilweise Verminderung der Span- rungsform einer solchen Anpassung ist in den Fig. 20

nung verursacht. Der Gesamteffekt ist der, daß der und 21 beschrieben.

Transport einer »1« mit einem geringeren Ladungs- 15 Fig. 21 zeigt eine schematische Draufsicht auf

paket als möglicherweise gewünscht in die Potential- einen Teil 550 einer Ladungstransporteinrichtung

mulde unter der Elektrode 533 A vonstatten geht. vom »Eimer-Kette«-Typ, bei der ein grundsätzliches

Die Geschwindigkeit des Ladungstransportes von Inversionsregenerationselement entsprechend einer der Zone 543 zur Elektrode 533/1, was zur Darstel- anderen Ausführungsform der Erfindung benutzt ist. lung einer »1« vorgesehen ist, ist euch durch die 20 Fig. 21 zeigt eine Vielzahl hintereinander angemomentane Differenz zwischen dem Potential an der ordneter Feld-Plattenelektroden 551/4, 552/4, 551B, Zone 543 (der Quelle) und dem Oberflächenpotential 552 B und 551C in Verbindung mit einer Vielzahl unter der Elektrode 533 A begrenzt. Leider nimmt asymmetrisch angeordneter, darunterliegender lokadiese Potentialdifferenz monoton ab, wenn die La- lisierter p-leitender Zonen, die durch die gestrichelten dung in die Potentialmulde unter der Elektrode 35 Linienmuster 553/4, 554/4, 553 B und 554 B darge-533/i übergeht. Wegen dieser Abnahme der Poten- stellt sind. Diese Anordnung stellt das Ende einer tialdifferenz nimmt die Ladungstransportgeschwindig- Eimer-Kette dar, dessen Bitstrom zu invertieren und keit gleichfalls ab. Der Gesamteffekt dieser Beschrän- zu regenerieren ist. In ähnlicher Weise stellen hinterkung ist auch der, den Transport einer »t« mit einem einander angeordnete Feldplattenelektroden 561/4, kleineren Ladungspaket als möglicherweise erwünscht 30 562 A, 561B, 562 B und 561C in Verbindung mit in die Potentialmulde unter der Elektrode 533 A von- einer Vielzahl asymmetrisch angeordneter, darunterstatten gehen zu lassen. liegender lokalisierter p-Zonen, die durch die ge-

Insoweit wie diese Beschränkungen Spannungs- strichelten Linienmuster 565/4, 566/4, 565 B, 566 B

beschränkungen und nicht Beschränkungen bezüglich und 566 C angedeutet sind, den Beginn einer frischen

der Größe der für einen Transport verfügbaren La- 35 Eimer-Kette dar, die zur Aufnahme des invertierten

dung sind, können sie vermieden werden, indem man und regenerierten Bitstroms vorgesehen ist. Wie dar-

die erste Elektrode der ladungsgekoppelten Vorrich- gestellt, ist jede zweite der vorstehend erwähnten

tung, die der Steuerelektrode folgt, größer macht als Feldplattenelektroden jeweils an einen von zwei

die übrigen Elektroden der ladungsgekoppelten Vor- Taktleitungen 567 und 568 angeschlossen, welche

richtung. Da der Betrieb einer ladungsgekoppelten 40 ihrerseits mit einem Taktimpulsgenerator 580 verbun-

Vorrichtung im wesentlichen ein kapazitiv gekoppel- den sind.

ter Ladungstransport ist, nimmt das Oberflächen- Wie schematisch durch die Pfeile 56f und 570 anpotential unter der größeren Elektrode (höhere Ka- gedeutet, ist die Vorrichtung dafür vorgesehen, daß pazität) weniger schnell ab, als dieses das Ober- Information nach rechts in den Eingangskanal, den flächenpotential unter einer kleineren Elektrode 45 entarteten Kanal, transportiert wird, und nach links (niedrigere Kapazität) tun würde. Entsprechend die- in den Ausgangskanal, den regenerierten Kanal. Die sem Prinzip kann die Größe dieser ersten Elektrode bevorzugte Richtung des Informationsvorschubes t gegenüber den übrigen Elektroden der ladungs- durch die Asymmetrie bestimmt, mit der die aargekoppelten Vorrichtung so eingestellt werden, daß unterliegenden Zonen von den Feldplattenelektroden die vorstehend erwähnten, voraussagbaren Span- 50 überlappt werden. Im einzelnen soÜte beachtet wernungsbegrenzungen kompensiert werden können und den, daß in F i g. 21 jede der vorstehend erwähnten die gewünschte Ladungsmenge unter die erste und Elektroden einen Teil zweier gesonderter darunterweitere Elektroden zur Darstellung einer »1« trans- Hegender Zonen überlappt und daß im oberen Kanal portiert werden kann. die größere Überlappung auf der rechten Seite ge-

Dieses ist in Fig.20 schematisch dargestellt, die 55 legen ist, während im unteren Kanal die größere die gleiche Anordnung wie Fig. 18 zeigt, außer daß Überlappung sich links befindet. Diese Überlappungsdie Elektrode 533/4 in doppelt so großer Ausdeh- asymmetrie verursacht einen bevorzugten Informanung wie die übrigen Elektroden der ladungsgekop- tionsvorschub in einer Richtung wegen der resultiepelten Vorrichtung ausgebildet ist. Offensichtlich ist renders Asymmetrie in der kapazitiven Kopplung das angewandte Prinzip zum Erhalt der in Fig. 20 60 zwischen den Feldplattenelektroden und den dardargestellten Verbesserung nicht auf Inversions- unterliegenden Zonen.

regenerationselemente beschränkt, sondern kann ge- Die Bezugszeichen, die in Fig. 18 für die Bezeichnereil bei ladungsgekoppelten Vorrichtungen ent- nung der einzelnen Bestandteile des Inversionssprechend kapazitiver Unterteilungsmethode ange- regenerationselements benutzt worden sind, sind auch wandt werden, wie diese allgemein bekannt ist. 65 in Fig. 21 angegeben. Demgemäß bedeuten in Fig. 21

Obgleich die vorstehende Beschreibung hauptsäch- die Bezugszahlen 541 die Abtastzone, 542 die Be-

lich auf ein Inversionsregenerationselement in ladungs- zugszone, an welche die Abtastzone zur Rückstellung

^koppelten Vorrichtungen für Zweiphasenbetrieb durch Anlegen einer geeigneten Spannung an eine

überbrückende Feldplattenelektrode 524 angekoppelt ist, 543 die unabhängige Quelle für 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 Uberbrükkung des Spaltes zwischen der Steuerelektrode 532 und der Elektrode 581Λ.

Beim Betrieb wird analog dem in Zusammenhang mit F i g. 18 beschriebenen Betrieb die Zone 542 auf to fixiertem, negativem Potential (—V_Ä) gehalten. Die Zone 541 tastet Ladungspakete ab, weiche unter die letzte Elektrode 551C transportiert werden, und die dadurch an dea Zonen 541 von den ankommenden Ladungspaketen induzierte Spannung wird ohmisch direkt an die Steuerelektrode 532 über die Leiter 544/1 und 544 B angekoppelt, die durch den gestrichelt gezeichneten Leiter 544 C, beispielsweise eine metallische Belegung, miteinander verknüpft sind. Wie dargestellt, sind die Quelle 543 und die Feldplattenelektrode 524 miteinander und mit einer Taktleitung 568 verbunden, d. h. mit der anderen Taktleitung als diejenige, an welche die Elektroden 551C und 561/1 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 543 zu haben, wobei dann aber der Aufwand etwas höher wird. Dieser Weg ist schematisch in Fig. 21 dargestellt. Hiernach gibt die gestrichelte Linie 544 C 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 544/4 und 544 B nicht hergestellt werden, statt dessen würde der Leiter 544 B mit dem unabhängigen Impulsgenerator 570 zu verbinden sein.

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

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

Vorteilhaft wird (—V_R) so gewählt, daß es negativer ist als die am meisten negative Spannung (— K₂) der beiden alternierend den Taktleitungen zugeführten Spannungen. Wenn (— F₁) der Taktleitung 567 und (-V₂) der Taktleitung 568 zugeführt wird, werden Bits (Ladungspakete oder deren Fehlen) in den Zonen 554/1, 554 B, 566/1 und 566 B unter den Elektroden 552 Λ, 5525, 562 A bzw. 562 B angeordnet. Da die Feldplattenelektroden 524 an die Taktleitung 568 angeschlossen ist und da ( — V_R) zumindest so negativ ist wie (-V₂), wird das ungefähre Potential (-V₁) + V_T an der schwimmenden Abtastzone 541 induziert. 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 negativere 542 gezogen werden. Man sieht also, daß die Zcne 542 in ähnlicher Weise wie die Saugelektrode eines Feldeffekttransistors mit isolierten Steuerelektroden (eines sogenannten 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 (-K₁) der Quelle 543 zugeführt und das weniger negative Potential (— V₁) der Elektrode 561A; es werden wegen der kapazitiven Überlappung zwischen der Elektrode 561 A und der Zone 565/1, und weil die Elektrode 561Λ als eine überbrückende Feldplattenelektrode wirkt, die die Zonen 563 und

565 A veranlaßt, durch eine stark invertierte Zone in der vorausgegangenen Hälfte des Taktzyklus anein-3ndergekoppelt zv sein, das Potential sowohl der Zone 563 als auch der Zone 565 auf ein Potential getrieben, das nahezu gleich (-F₁) ist, wenn det Takt auf diesen Halbzyklus übergeht. Daher ist die Quelle 543 negativer (— F₂) als die Zone 563 (etwa — K₁) während dieses Halbzyklus.

Aus der vorstehenden Untersuchung der Beziehung zwischen den Zonen 563 und 565 A sieht man, da£ sie nicht getrennte Zonen (wie in F i g. 21 dargestellt] zu sein brauchen, sondern auch zu einer gemeinsamen Zone vereinigt sein können. Diese Vereinigung kann allerdings ein Problem für gewisse Anwendungsfälle sein, und zwar wegen der resultierender Erhöhung der parasitären Kapazität, die von der einzigen größeren Zone ausgeht.

Während der nächsten Hälfte des Taktzyklus wenn also Φ₄ = (— V₂) und 4\ = (— F₁) ist, wird di( Abtastzone 541 von der Saugelektrode 542 wegen dei weniger negativen Spannung an der Kopplungselek trode 524 entkoppelt. Von Wichtigkeit ist auch dei Umstand, daß die Quelle 543 nun weniger negativ is als die Zone 563 und 565 A, so daß positive La dungsträger zur Zone 565 A transportiert werdei können, wenn sie nicht durch die Wirkung de Steuerelektrode 532 daran gehindert sind. Wenn di< Taktspannungen in diesen zuletzt beschriebenen Zu stand umschalten, werden die Ladungspakete, die dii Information repräsentieren, von den Zonen 554 un<

566 zu den Zonen 553 bzw. 565 transportiert. Wem eine logische »1« (ein Ladungspaket) von der Zorn 554 B in die Zone 541 transportiert wird, dann dien diese Ladung zur Entladung des dort gespeicherte! negativen Potentials. Die Potentiale und der Abstani der Steuerelektrode 532 von der Halbleiteroberflächi sind so eingestellt, daß, nachdem ein Ladungspake in die Abtastzone 541 transportiert worden ist, die. ai der Steuerelektrode 532 verbleibende Spannung nich mehr ausreichend negativ ist, um einen Ladungs transport von der Quelle 543 zur Zone 565/1 zu er lauben. Wenn also eine »1« in die Abtastzone 54 transportiert worden ist, erscheint eine »0« in de Zone 565 A.

Umgekehrt wird, wenn eine »0« (Fehlen eines La dungspakctes) in die Abtastungszone 541 transpoi

tiert 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 Zone 563 und weiter in die Zone 565 A transportiert zu werden. Sonach erscheint, wenn eine »0« in die Zone 541 transportiert wird, eine »1« in der Zone 565A.

Bei der nächsten Umkehr der Taktspannungen, wenn also </>, = (-K₁) und <P.₂ = (—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 Aufnahme eines jeden ankommenden entarteten Bits rückgestellt. Wegen dieser Rückstellung, die die Abtastzone veranlaßt, immer beim selben Potential bei der Aufnahme eines ankommenden Bits zu beginnen, bietet das Invcrsionsregencrierungselement eine höhere Empfindlichkeit und ein besseres Rauschvcrhalten.

Für ein vertieftes Verständnis der in Fig. 21 schematisch dargestellten Anordnung ist in Fig. 22 eine Schnittansicht dargestellt, die längs der Linie 22-22 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 niedrigiMimige Elektrode 528 (gleichfalls nicht in Fig. 21 dargestellt) kontaktiert ist. Die übrigen Einzelheiten ergeben sich aus einem Vergleich der beiden Figuren.

Wie bei der ladungsgckoppeltcn Ausführungsform Steht man, daß für die vorstehend beschriebene Appatatur ein breiter Betriebsspannungsbereich gewählt werden kann. Beispielsweise konnte die Anordnung mit (K₁) = 6 Volt, (K₂) = 10 Volt und (V _R) = 12 Voll betrieben werden, wobei der dielektrische Teil 512 etwa 1000 A dick war. Wahrscheinlich wird es nich von Vorteil sein, den Wert von (K₁) unterhalb eiwE 6 Volt zu reduzieren, der Betrieb kann aber in eini gen Fällen verbessert werden durch Erhöhen dei Spannung (K„) auf bis zu 30 Volt oder darüber. Ir diesen Fällen muß dann auch (K_fi) entsprechend er

ίο höht werden, um etwas größer als (V₂) zu sein.

Es können auch geeignete indizierende Schottky-Sperrschicht-Dioden und/oder andere gleichrichtende Sperrr"hichtelemente für jede beliebige oder alle dei genannten Zonen in den zuvor beschriebenen Ein richtungen als alternatives Element verwendet werden, um die Sammcl- und Injektionsfunktionen, die für die Wirkungsweise erforderlich sind, auszuüben Die Invcrsionsregenerationselcmente können aucl leicht für eine Verwendung in Ladungstransportvorrichtungen, in denen das Speichermedium kein Halbleiter ist, modifiziert werden. Bei einer solchen Einrichtung kann das Speichermedium beispielsweise cir Isolator sein, der nicht durch einen besonderen Leitfähigkeitstyp charakterisiert ist. Bei bestimmten diescr Isolatoren können Zonen gebildet werden, die füi die Injektion und Sammlung von Trägern geeignei sind. Bei anderen können geeignete Zonen leicht hergestellt werden. Im letzteren Falle kann die erforderiiche Injektion und Kollektion der Träger dadurch erreicht werden, daß als Ersatz injizierende Kontakte verwendet werden. Diese Kontakte, die mit der Oberfläche des Speichermediums gebildet werden, könner gegen die Zonen in den Inversionsregcneralionselementen gemäß bekannten Prinzipien ausgetauscht werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (29)

Patentansprüche:

1. Ladungstransporteinrichtung mit einem Speichermedium für die Speicherung und den seriellen Transport von in induzierten Potentialmulden längs einer Übertragungsstrecke des Speichermediums befindlichen Ladungsträgerpaketen, wobei der Transport erfolgt durch sequentielles Anlegen mehrerer verschiedener, die Potentialmulden induzierender Potentiale an aufeinanderfolgende Teile der Übertragungsstrecke mit Hilfe einer Vielzahl entsprechend angeordneter Elektroden, gekennzeichnet durch ein elektrisch schwebendes Abtastglied (30, 90, 100), das genügend dicht an einer ersten (2SZ) der Elektroden angeordnet ist, um die zu einer bestimmten Zeit unter dieser transportierte Ladungsmenge abzutasten; eine Ladungsträgersenke (76, 176) zum Absaugen der Ladungsträger nach deren Abtasten; eine Ladungsträgerquelle (77,177) zum Injizieren einer gesteuerten Anzahl von Ladungsträgern an einer anderen Stelle längs der Übertragungsstrecke; und ein Gate-Glied (82, 182), das über eine passive Verbindung (81, 181) mit dem Abtastglied verbunden und zwischen der Ladungsträgerquelle und einer zweiten (34/1) der Elektroden angeordnet ist, um den Transport der neu injizierten Ladungsträger von der Ladungsträgerquelle aus in Abhängigkeit von der am Abtastglied vorgenommenen Abtastung zu steuern.

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

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

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträgerquelle aus einer zweiten Zone (77) des zweiten Leitfähigkeitstyps bestehen und innerhalb des Halbleiterkörpers mit einem Abstand zu einer anderen (34Λ) der genannten Elektroden liegen und daß die Gate-Glieder aus einer Steuerelektrode (82) bestehen, die über der Oberfläche des halbleitenden Materials liegen und einen Abstand zwischen der zweiten Zone (77) und der genannten anderen Elektrode (34 Λ) 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 nach 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.

8 Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Kanälen (Fig, 8), längs derer Ladungsträger gespeichert und seriell transportiert werden, wobei jeder der Kanäle definiert ist durch eine reihenweise angeordnete Anzahl von Elektroden (1537, 1547, 153Z, 154Z, 253/4, 2S4A) und durch Mittel, die ein Leiterpaar (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 (153Z), die der ersten Zone (100) benachbart ist, in einem der genannten Kanäle liegt und daß eine andere Elektrode (153 A), zu der die Steuerelektrode (182) benachbart ist, in einem anderen der genannten Kanäle liegt.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (153Z), der die erste Zone benachbart ist, mit dem gleichen Leiter (155; Fig. 9) verbunden ist, wie es auch die andere Elektrode (153/4) ist, der die Steuerelektrode (182) benachbart ist.

U. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Kanälen (A, B; Fig. 11), längs denen Ladungsträger gespeichert und seriell transportiert werden, wobei jeder der Kanäle durch eine reihenweise angeordnete Anzahl von Elektroden definiert ist, durch Abtastglieder, die aus einer Anzahl getrennter Abtastglieder (100/1, lOOß) bestehen, wobei die getrennten Abtastglieder in bezug auf jeden der Kanäle für die Erkennung von Ladungsträgern an einer vorgegebenen Stelle in jedem Kanal verteilt sind, und durch Gate-Glieder, die aus einer Anzahl von Anordnungen (*<82/4, 182B) bestehen, die reihenweise bezüglich der Ladungsträgerquellen (277) verteilt sind, so daß den Ladungsträgern der Transport von den Quellen weg nur gestattet wird, wenn weniger als eine vorgegebene Anzahl von Ladungsträgern an jeder der vorgegebenen Erkennungsstellen längs des Kanals vorliegt, so daß auf diese Weise eine logische NOR-Funktion 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 Abtastglieder, die aus einer Anzahl von getrennten Abtastgliedern (100 A, 100 B) bestehen, von denen die getrennten Abtastglieder in bezug auf jeden der genannten Kanäle für die Erkennung von Ladungsträgern an einer vorgegebenen Stelle in jedem Kanal verteilt sind und durch Gate-Glieder, die aus einer Anzahl von Anordnungen (182/4, 182B) bestehen, die parallel bezüglich der Injektoren (277) angeordnet sind, so daß den Ladungsträgern der Transport von den Quellen weg nur dann verwehrt wird, wenn eine größere als die vorgegebene Anzahl von Ladungsträgern an jeder der vorgegebenen Erkennungsstellen längs jedes Kanals vorliegen, so daß auf diese Weise eine logische NAND-Funktion ausgeführt wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, 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, Z; Fig. 15) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die benachbart zur Oberfläche des Körpers (401) und symmetrisch bezüglich der Feldplattenelektroden (401 Λ', IX, 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, gekenn- is zeichnet durch Anordnungen (524, 528) für die Vorspannung der Abtastglieder (541) auf einen festen Referenzpegel vor jeder Erkennungsoperation, um die Empfindlichkeit zu verbessern.

16. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermer'ium ein Halbleiter (511) eines ersten Leitfähigkeitstyps ist, daß die Abtastglieder aus einer ersten Zone (551) eines zweiten Leitfähigkeitstyps bestehen, der innerhalb des Körpers und benachbart zu einer (523C) der Feldplattenelektroden für die Abtastung 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 angeordnet ist, und ferner aus einer ersten FeIdplattensteuerelektrode (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 Ladungsträgerquellen aus einer dritten Zone des zweiten Leitfähigkeitstyps bestehen, die innerhalb des Körpers und mit Abstand von einer anderen (533/4) der genannten Feldplattenelektroden angeordnet sind, und daß schließlich die Gate-Glieder aus einer zweiten Feldplattensteuerelektrode (5?2) 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 erstell Zone verbunden ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden Feldplattenelektroden sind und das Speichermedium ein Halbleiter ist, wobei das Abiastglied aus einer elektrisch gleitenden ersten Zone (541) eines zweiten Leitfähigkeitstyps besteht, der innerhalb des Körpers und benachbart zu einer (523C) der Feldplattenelektroden zur Abtastung der Zahl der Ladungsträger, die unter der genannten Feldplattenelektrode vorliegen, angeordnet ist, daß eine zweite Zone (542) des zweiten Leitfähigkeitatyps innerhalb des Körpers und mit Abstand von der ersten 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 Feldplatteas>teuerelektrode (532) über der Oberfläche und benachbart zu einer anderen der genannten Feldplattenelektroden (533/1) angeordnet und leitend mit der ersten Zone verbunden ist und daß schließlich eine dritte Zone (543) des zweiten Halbleitertyps innerhalb des Körpers und benachbart zur zweiten Feldplattensteuerelektrode (532) angeordnet ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zone (54) leitend mit der ersten Feldplattensteuerelektrode (524) verbunden ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zone mit einem getrennten Impulsgenerator (544 B) verbunden ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Anordnung(528) für die Aufrechterhaltung einer Vjrspannung(— V_R) an der zweiten Zone (542).

21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung eine Gleichspannung (— V_R) ist.

22. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Anordnungen (525, 526) für das sequentielle Anlegen einer Anzahl von unterschiedlichen Spannungen an Hie erste Feldplattensteuerelektrode (524).

23. Einrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die an die erste Feldplattensteuerelektrode (524) angelegten Spannungen eine andere Phasenlage besitzen, wie die Spannungen, die an die Feldplattenelektrode (523 C), die der ersten Zone benachbart ist, angelegt werden.

24. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch sequentielle Anordnungen, die ein Leiterpaar bilden (525, 526), wobt! 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 als die Feldplattenelektrode (523C), die der ersten Zone benachbart ist, verbunden ist.

25. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfeldplattenelektrode (533/4) von der dritten Zone (543) mit Abstand angeordnet ist, so daß der Abstand von der zweiten Feldplattensteuerelektrode (252) überbrückt wird.

26. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfeldplattenelektrode (533/4) leitend mit der Fcldplattenelektrode (523C) verbunden ist, die der ersten Zone benachbart ist.

27. Hinrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfeldplattenelektrode (533/4) größer als die anderen Feldplattenelektroden ausgebildet ist.

28. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Anzahl von mit Abstand angeordneten Zonen (554/4, 533 B, 544 B, 541; Fig. 21) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die zur Oberfläche des Körpers benachbart und symmetrisch bezüglich der Feldplattenelektrode derart angeordnet sind, daß jede Feldplattenulektrode sich über den Abstand zwischen einem Paar der genannten Zonen erstreckt, wobei sie sich über

den einen Teil des Zonenpaares mehr erstreckt Sätze von kombinatorischen logischen Funktionen, als den anderen Teil. Die am häufigsten vorkommenden digitalen logischen

29. Einrichtung nach Anspruch 17, gekenn- Funktionen sind die Zustandsumkehr (SignalkomplC-zeichnet durch eine zusätzliche Zone (563) des mentbildung) und die Bit-Regeneration. Wenn diese zweiten Leitfähigkeitstyps, die zwischen der drit- 5 beiden grundlegenden Funktionen gegeben sind, könten Zone (544 B) und der genannten anderen nen alle anderen logischen Funktionen, wie beispiels-(561/1) der Feldplattenelektroden liegt. weise UND, ODER, NAND, NOR, von diesen abge

leitet werden.