DE2151898C3 - 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 induzien-TKkr 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 »ladungsgekoppelteEinrichtungen« gesteuerten Anzahl von Ladungsträgern an einer bezeichnet wird, wurde in dem Aufsatz »Charge as 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. S. 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 Abbildungsvorrichtung, eine Anzeige- 40 bewirkt, daß Gate-Glieder unter Berücksichtigung vorrichtung und eine Vorrichtung zur Durchführung 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 der Ladungstransporteinrichtungen werden Ladungsträ- Größe der erkannten Ladungen veränderbar ist. gerpakete sequentiell von einer Zone zur anderen 45 Bei einem Ausführungsbeispiel sind ein Paar MIS-längs der Oberfläche eines halbleitenden Körpers wei- Elektroden leitend miteinander verbunden, wobei tergcschaltet, der aus einem größeren Teil aus halb- eine der beiden die Abtastung und die andere das leitendem Material des einen Leitfähigkeitstyps und Durchschalten der Ladungsträger übernimmt, einer Anzahl von getrennt angeordneten Zonen des Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel ist eine

anderen Leitfähigkeitstyps besteht. Bei diesen Ein- so elektrisch halbleitende Zone innerhalb einer Ladungsrichtungen wird jede Zone als Potentialmulde betrie- transporteinrichtung vorgesehen, die die Abtastung ben, deren Grenze durch den pn-übergang definiert ausführt. Die induzierte Spannung in dieser elektrisch ist, der die Zone bestimmt. Dieser Typ von Ladungs- schwebenden Zone ist mit einer zugeordneten MIS-transporteinrichtungen wird als »Eimer-Kette« be- Elektrode gekoppelt, die die Durchschaltefunktion zeichnet Diese Bezeichnung wird auch im folgenden 55 übernimmt. Text verwendet Bei einer weiteren bevorzugten Ausführangsform

Ein Problem, das schon frühzeitig im Zusammen- der Erfindung sind ein halbleitendesSpeichermedium, hang mit Ladungsträgefeinrichttmgen erkannt wurde, drei lokalisierte halbleitende Zonen und zwei Plattenbesteht darin, daß ein kleiner AnIeO jedes Ladungs- elektroden für lokalisierte Felder vorgesehen, die zur trägerpaketes jedesmal dann zurückgelassen wird, 60 Abtastung der in einer Ladungsteansporterämchtung wenn ein Paket von einer Potentialmulde zur anderen gespeicherten Ladung und zur Steuerung der Bewe- transportiert wird. Da dieser Ladungsverlust zu einer gong einer fixierten Ladungsmengen von einer anab-Signaldämpfung fährt, muß eine gesteuerte Ladungs- hängigen Quelle weg zusammeaarbetten. Bs sei beregeneration und/oder Verstärkung vorgesehen wer- merkt, daß der Hauptunterschied zwischen den vordem, wenn sehr lange Informationsketten auf diese 65 angegangenen Ausführungsfonnen und dieser Aus-Weise gespeichert and verarbeitet werden sollen. führungsfonn darin Hegt, daß dort das Abtastelement

Es ist oftmals auch wünschenswert andere Opera- immer von einer Feld-Plattenelektrode bedeckt ist so tionsartes vorzusehen, wie beispielsweise vollständige daß sein Potential stärker and hauptsächlich vom Po-

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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 Ausführungsbeispielen

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

tastoperation voreingestellt ist. Fig. 1 eine isometrische Querschnittsdarstellung

Im einzelnen ist entsprechend dieser Ausführungs- der Struktur einer grundsätzlichen ladungsgekoppel-

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

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

eignet und als solche im Informationskanal einer La- io Fig. 2A bis 2C eine schematische Querschnitts-

dungstransportvorrichtung angeordnet. Diese erste darstellung einer linearen Anordnung von Einrich-

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

elektrode für ein lokalisiertes Feld angekoppelt, die F i g. 3 eine Querschnittsdarstellung einer grund-

ihrerseits dafür vorgesehen ist, den Ladungstransport sätzlichen ladungsgekoppelten Einrichtung, die für

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

Spannung der Abtastzone wird periodisch auf einen F i g. 4 eine Querschnittsdarstellung einer Einrich-

Ausgangsvorspannungswert vor jeder Abtastoperation tung für die Einfügung eines gesteuerten Ladungsbe-

zurückgesetzt, und zwar durch Ankoppeln an eine träges in den Kanal einer ladungsgekoppelten Einrich-

zweite Zone, die mit einer Spannungsquelle verbun- tung,

den ist. Diese Kupplung wird durch Überbrücken der 20 F i g. 5 und 6 isometrische Querschnittsdarstellun-

ersten und zweiten Zonen mit einer zweiten Elektrode gen grundlegender Inversionsregenerationselemente,

bewerkstelligt, welche mit einer der Taktleitungen der F i g. 7 bis 10 schematische Aufsichtsdarstellungen

Ladungstransportvorrichtung verbunden ist. Die von ladungsgekoppelten logischen Einrichtungen, die

dritte halbleitende Zone ist mit derselben Taktleitung in Inversionsregenerationselementen verwendet wer-

verbunden oderwahlweise mit einem hiermit synchro- as den,

nisierten unabhängigen Impulsgenerator und dient als Fig. 11 bis 14 schematische Draufsichten auf

die unabhängige Quelle neuer Ladungsträger. ladungsgekoppelte Logikanordnungen, in denen In-

Bei diesen Ausiührungsbeispielen kann eine in versionsregenerationselemente verwendet werden,

Rückwärtsrichtung vorgespannte, gleichrichtende Fig. 15 eine schematische Querschnittsdarstellung

Sperrschicht als Kollektor verwendet werden, um 30 einer »Eimer-Kette«, die ein grundlegendes Inver-

über die Ladungsträger, nach ihrer Erkennung, zu ver- sionsregenerationselement gemäß einem anderen

fügen. Die frische Zufuhr von Ladung kann auf ver- Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet,

schiedene Weise erfolgen. Ein geeigneter Weg kann Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht einer grundsätz-

darin bestehen, sie von einer lokalisierten halbleiten- liehen ladungsgekoppelten Vorrichtung für einen

den Zone des entsprechenden Leitfähigkeitstyps oder 35 Zweiphasenbetrieb,

von einem geeigneten Injektionskontakt abzuziehen. Fig. 17 eine schematische Draufsicht auf die An-

Bei einem anderen beschriebenen Ausführungsbei- Ordnung nach Fig. 16,

spiel kann die logische Funktion »FAN-OUT« ausge- Fig. 18 eine schematische Draufsicht auf eine

führt werden, indem ein Abtastglied mit jedem von ladungsgekoppelte Vorrichtung mit einem grund-

mehreren Gate-Gliedern verbunden wird, die den La- 40 sätzlichen Inversionsregenerationselement,

dungstransport von einer oder mehreren Erzeuger- Fig. 19 eine Schnittansicht längs der Linie 19-19

stellen fortsteuern. in F i g. 18,

Die logische NOR-Funktion ist dadurch ausführ- F i g. 20 eine Draufsicht auf eine Anordnung nach

bar, daß ein separates Abtastglied in jeder von meh- Fig. 18, jedoch dahingehend modifiziert, daß das

reren separaten Ladungstransportvorrichtungs-Infor- 45 Ausgangssignal des Inversionsregenerationselementes

mationskanälen angeordnet ist, wobei diese Abtast- erhöht wird,

glieder separat mit einer entsprechenden Anzahl von F i g. 21 eine schematische Draufsicht auf eine wei-

Gate-Gliedern verbunden sind, die seriell bezüglich tere Ladungstransportvorrichtung mit einem grund-

der Ladungsträgerquellen angeordnet sind. Die Gate- sätzlichen Inversionsregenerationselement entspre-

Glieder sind so angeordnet, daß es der Ladung nur 5° chend einer weiteren Ausführung der Erfindung und

möglich ist, von den Quellen wegzufließen, wenn we- F i g. 22 eine Schnittansicht längs der Linie 22-22

niger als ein vorgegebener Ladungsbetrag gleichzeitig in Fig. 21.

an den abgefühlten Stellen längs einer Anzahl von Zum Zwecke einer vereinfachten und klaren ErKanälen vorliegt. läuterung der Figuren wurden diese nicht im richti-Die lögisctie NAND-Funktion wird dadurch gebil- 55 gen Maßstab dargestellt Bezugszeichen, die sich von det, daß getrennte Abtastglieder in jeder von mehre- Figur zu Figur wiederholen, geben glefchbleibendi ren getrennten Ladtmgsübertragungseinrichtungs-In- Elemente an.

formatiOBskanälen vorliegen, wobei die Abtastglieder Bei ladungsgekoppelten Einrichtungen (CCD's' getrennt mit einer entsprechenden Anzahl von Gate- wird digitale Information dxuch «Sas Vorhandensein Gliedern verbunden sind, die parallel bezüglich den ^6o oder die Abwesenheit eines Ladungsträgerpakets dar-Ladungsöägerquellen angeordnet sind. Die Gate- gestellt, die sich in induzierten PotentiaimuJden beGlieder sind so ausgebildet, daß der Abfluß der La- finden und elektrostatisch nrit diesen gekoppelt sind <Sung voB den Quellen nur dann verhindert wird, wobei sie sich oft dicht an «der OberfSche eines gewenn gleichzeitig ein vorgegebener Ladungsbetrag an eigneten Speichermedranis befinden. Ia vorteilhaftei jeder der abgeführtes Stellen Hags einer Anzahl von 65 Weise werden die Potentialniulden gebildet uad ge-Kanälea vorlegt. steuert durch das Anlegen von Spannungen an Feld-Andere logische Funktionen werden im folgenden Plattenelektroden derart, die üblicherweise bei Menicht ausführlich beschrieben. Bs ist dem Fachmann tail-Isolator-Halbleitertechnologieii (MSS) verwende]

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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.) liegen. Die Werte von V, werden als positive Zahlen angenommen, wobei V₃ größer als V₁ ist, das seinerseits größer als V₁ ist. V₁ ist ferner größer als V_r, wobei V_T 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 Be triebsmedium 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 Oberflächenpotentiale 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 Fig. 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 Fi g. 2 A stellt eine Anfangsbedingung dar, in der (-V₂) an die mit 24 bezeichneten Elektroden angelegt ist. ( V₁) liegt an den anderen Elektroden M Tffld 2& M dieser und den anderen im folgenden beschifebenea Figures wird angeaomaien, daß der Hatbteitertefl mt NuU-Pötential gehalten wird. Bei der nachstehenden Erläuterung ist ferner voraus-IaD etwa gienzue Benage von positiver La-(LSeeer) sfe& unter dea Elektroden 2AA ma ^befinden» leise jetfoeh aater der Elektrode 24 B. Dieser Zmsiaad wird als logische »Eins« angesehen, dffc aas» den Elektroden 24 A und WC gespeichert ist a«t ats legfeene »Νου«, die unter der Elektrode MSgespeknertist

Fig. 2Ü zeigt den Zustand der Struktur von F i g. 2 A, nacödem tfie Spannung auf der Taktleitnng 42 aaf (-P₈) getattert «wie. Da V_t> V_t> V_v ist die Ladung (oder das Fehlen von Ladung), die sich vorher unter den Elektroden 2AA, 24 fl und 24C befand, nun nach rechts in die tieferen Potentialmulden gewandert, die sich nun unter den Elektroden 2SA, 25B 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, 26 B, 26 C usw. zu schieben.

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

as zu erzeugen und so einen Ladungstransport in nur einer Richtung sicherzustellen.

Dieses ist nicht der Fall bei CCD-Strukturen der in F i g. 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 (- V₁) und (-V₂) 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 Zustände 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 transportierenden 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 gesteuerten Ladungsregeneration vorzusehen. Als Teil dieser Lösung ist in F i g. 4 ein geeignetes Mittel für die Einfügung eines gesteuerten Ladungsbetrages in den Informationskanal einer CCD-Struktur gezeigt

In F i g. 4 stellen die Elektroden 24-4 bis 26 B eine lineare Anordnung von CCD-Eiektrodea dar, die von der (jDernacne eines n^ieitenoeo ti3foieitsneiis 61 durch dme isiolafioBSScMeM 61 getreaat sind. Der Halbleiter 61 beutet eine p»lefteade faätalMerte Zone 63, an die eine Sperrspassuag (-V₅) aber eme

fa Elektrode 64 angelegt ist Die gesttictete Liaie & stellt scbemaüscü die Tiefe der Pöteaöatejide aater den Elektroden MA bis 26B dar, wobei das öbernachenpotenäai aster dea Etektrodea 24 A ma MS negativ«- ist afc anger des ^gea Betoodea. Weaa

(— Kj) negativer als das Obefuac&e^pKtteausi BQt£t der Elektrode 24A ist waaöera fce&e L&äter vm der Zone 63 in den CCD-KsaaL Wteaa (- ί
ger negativ ist als fe OflifeecrtiaS

Elektrode 25 Λ, fluten Löcher in den Kanal und füllen die Potentialmulden, bis das Oberflächenpotential längs des gesamten Kanals auf etwa (~V_S) angestiegen ist.

Wenn jedoch (—V_s) negativer ist als das Oberllächenpotential unter der Elektrode 2SA, aber weniger negativ als das Oberflächenpotential unter der Elektrode 24 A, dann wandern die Löcher von der Zone 63 in den CCD-Kanal und füllen die Potential-

Elektrode 34 A teilweise aufzufüllen, ohne daß sie in den neuen CCD-Kanal fließen.

Unter der CCD-Elektrode 25 Z befindet sich ein Abtastglied 80 für den Fluß, das von der Elektrode 5 25 Z und dem Halbleiter 71 durch Teile der Isolationsschicht 72 getrennt ist. Das Abtastgiied ist mit einem über ihm befindlichen Kontakt 81 mit einem Gate-Glied 82 verbunden, das zwischen dem Bit-Generator 77 und der ersten CCD-Elektrode

mulde unter der Elektrode 24/4 nur teilweise. Wenn io liegt.

sich einmal genügend Löcher in der Potentialmulde unter der Elektrode 74 A angesammelt haben, so daß das Oberflächenpotential hier etwa gleich (—V_s) ist, dann hören die Löcher auf, weiter in den CCD-Kanal zu fließen.

Daher kann durch Einstellung von V_s bezüglich der V,'s, die an die CCD-Elektroden angelegt werden, ein gesteuerter Ladungsbetrag selektiv injiziert oder auch nicht injiziert werden, um einen digitalen

Die Kapazität zwischen den Elektroden 25 Z und 80 ist mit C₁ bezeichnet, während die Kapazität zwischen der Elektrode 80 und dem Halbleiter 71 mit C₂ angegeben ist Die Kapazität des Verarmungs-15 bereichs, der sich unter den Elektroden 25Z und 80 bildet, ist sehr klein bezüglich C₁ und C₂. Mit diesen Definitionen ist dann die an der Elektrode 80 induzierte Spannung etwa die angelegte Taktimpulsspannung (<Pj), wenn die darunter befindliche Potential-Bitstrom zu erzeugen, der in einem neuen CCD- »« mulde leer ist (logische Null). Wenn dagegen die Kanal nach rechts in F i g. 4 fließt. Es wird nun an- Potentialmulde nahezu vollgeladen ist (logische Eins), 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 0PmUlUpIiZIeITt mit dem Verhältnis C₁I(C₁ + C₂). effekttransistor (IGFET) zu arbeiten. Da Φ, eine negative Spannung und C₁ und C₂ posi-

Wenn nun ein Bitgenerator, wie beispielsweise der as 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 25 Z 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 Spannun-

den, die Information, die in dem gedämpften Kanal 3° gen werden direkt angekoppelt und erscheinen an in Abhängigkeit von den Signalen des Abtastglieds dem Gate-Glied 82, das sich zwischen dem Bit-Generator 77 und der CCD-Elektrode 34/1 befindet. Es ist zu beachten, daß die erste CCD-Elektrode 34 A mit der gleichen Taktleitung verbunden ist wie die 35 Elektrode 25Z, unter der die Bits abgefühlt werden. Auf Grund dieser Tatsache wird ein Löcherpaket (logische Eins) von dem Bit-Generator 77 zu der Potentialmulde unter der Elektrode 34/4 transportiert, wenn sich zu dieser Zeit unter der Elektrode

und 26 Z stellen das Ende eines CCD-Kanals dar, 4° 25 Z eine »Null« befindet. Umgekehrt ist das Kapadessen Bitstrom regeneriert werden soll. Die reihen- zitätsverhältnis Cj/(C, + C_g) und der Abstand der weise angeordneten Feldplattenelektroden 34/4, 35/4 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 2C₁ ist 45 ser Zeit unter der Elektrode25Z eine »Eins« befinjede dritte CCD-Elektrode mit einer Gemeinsamen det. Dieses wird durch die Einstellung des Kapazivon drei Taktleitungen 73 bis 75 verbunden. tätsvevhälisisses 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 (— V₀) ist in vorteilhafter Weise so gewählt, daß es durch eine zusätzliche Verbindung des Gate-Glieds die p4eitende Zone 76 negative): als das negativste 55 82 über eine hohe Impedanz (nicht dargestellt) mit OöerBäebeBpotential halt, das unter CCD-Elektrode einer GldcfcpantrongsqueBe möglich. in diesem 262 fet» so daß, wema jedes Bit unter die Falle ist die der hohen Impedanz zugeordnete Zeitiaektrode 26Ä ttanspoitiert wkd, dieses gesammelt konstante in vorteHhafter Weise feeträehtüca größer und aetstöft wird, *L it zur Erde abgelotet wird. Es als die reziproke Bft-Transpoftgischwradigfceit dnidi wkd atm eaoen, daß die Zone 76 daher ge- 60 den CCD-KanaL so daß die impulsspanaaagen, die eignet fet, in der gleichen "Sfetee m atbeäea wie die an dem AbtastgfiedSO indtaiert werden, des Oate* Diam-Beterodi: foeiBefii IGFET. Glied 82 tsse könne», sick is Abhängigkeit

DfeH6Äeffl&ZiiMe?7istseaafBpaSt,daßsieals Mervon za verändern, ofeae einer Räckyärkaag raft ~~ * ' ~ "wird das an- der GtetefespatHMnj^VsrspaanuagzBaafttiiegea»Bs

Weise so ge-65 wird daher fflttäeneoasae^ daß die SdcSrodeneO 03
Zone ¹Tf geaegeBd negativ baten

gezogea werden» a» die a«imea uster der

übertragen werden, in einen neuen Kanal zu regenerieren. Die F i g. 5 und 6 zeigen zwei Ausführungsbeispiele eines derartigen Bit-Regenerators in isometrischer Querschnittsdarstellung.

Die in F i g. 5 dargestellte Struktur besteht aus einem größeren η-leitenden Halbleiterteil 71 und einer darüberliegenden Isolationsschicht 72. Reihenweise verteilte Feldplattenelektroden 26 Y, 24 Z, 25 Z

etr und

13 14

Bat-Generator wie Fig.5, mil der Ausnahme, daß 36A in den Fig.5 and 6 analog sad. Wie in den

die Abtastfunktion von «mer elektrisch gleitenden früher beschriebenen Fig. 1, 2A bis 2C₁ S und 6,

p-kitenden lokalisierten Zone 90 durchgeführt wird, ist jede dritte CCD-Elektrode mit einer Gemein-

die in der Nähe äer Halbleiteroberfläche unter der samen von drei Taktleitungen 173 bis 175 verbun-

CCD-Elektrode 25 Z liegt Der einzige Unterschied 5 den, an die die Taktspannungea Φ₁ bis Φ, {alternativ

zwischen den Anordnungen der Fig. 5 und 6 be- (-P₁), <- K₃) und (-VJ] angelegt werden.

h di dß d Ab I Fi 7 li di ihlt dtllt Abtt

h onugn Fig 5 (₁), < ₃) (J] gg
steht darin, daß das elektrisch schwebende Abtast- In Fig. 7 liegt die gestrichelt dargestellte Abtastglied 80 entfernt und durch eine elektrisch schwe- elektrode 100 unter der CCD-Elektrode 124Z und bende lokalisierte Zone90 in Fig. 6 ersetzt wurde. ist entweder der Elektrode 80 in Fig. S 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 Fig. 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 Fig.5 und 6. Eine p-leitende lokalisierte der angelegten Oberflächenspannung. Dieses Ober- Zone 199 ist mit einer negativen Spannungsquelle flächenpotential ist etwa gleich Φ,, wenn eine »Null« ao ( — V_s) verbunden und arbeitet als Bit-Generator in unter der Elektrode 25 Z vorliegt, da Φ_ι hier ange- Analogie zu der Zone 77 in den F i g. 5 und 6. legt wird und etwas weniger negativ als Φ_ν 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 Fig. 7 unter Anlegen von Φ₁ eine genügende Anzahl von Löchern den Feldplattenelektroden 124 Z angeordnet und von hereinfließt, um die Potentialmulde zu füllen, steigt 25 der Drain-Elektrode durch ein Paar von Feldplattendas Oberflächenpotential auf einen Maximalwert von elektroden 125 Z und 126 Z, 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 füi 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 2SZ 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 (-K₃) an die Elektrode 124Z ben wurden, wird nun an Hand der Fig. 7 bis 14 (oberhalb der Abtastelektrode 100) angelegt wird, da eine Anzahl vorteilhafter Modifizierungen und An- nur dann dort ein Ladungspaket vorhanden ist oder Wendungen für derartige Elemente erläutert. Ohne fehlt, das die imter der Elektrode 124 Z abzuflauende 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 Feldplatienelek- in F i g. 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 (134Λ 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 (134/1 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 V₂, aber kleiner als V₃, stellung gewählt worden. so daß die Gate-Elektrode 182 gestattet, daß die La-Speziell die F i g. 7 zeigt eine schematische Auf- dung von dem Bit-Generator 177 weg nur dann transsichtsdarstellung auf ein Inversionsregenerationsele- portiert wird, wenn gleichzeitig (—K_a) an die Elekment, das den in den Fig. 5 und 6 dargestellten ahn- 60 trode 124Z gelegt wird und eine »Null« sich unter Hch ist. In Fig. 7 sind 124K bis 126Z Feldplatten- der Elektrode 124Z befindet.

elektroden am Ende eines CCD-Kanals, dessen In- Fig. 8 zeigt nun eine schematische Aufsichtsdarformation invertiert und regeneriert werden soll. Die stellung auf ein Inversionsregenerationselement, das Feldplattenelektroden 134/1 bis 136 A liegen am An- den in den F i g. 5 und 6 dargestellten ähnlich ist. Die fang eines frischen CCD-Kanals, um den neu regene- 65 Einrichtung gemäß F i g. 8 ist jedoch für Zweiphasenrierten Bitstrom aufzunehmen. Es wird angenommen, betrieb geeignet. Hierzu stellen die Feldplattenelekdaß die Elektroden 124 7 bis 126 Z und 134/i bis troden 153 7 bis 154 Z das Ende eines CCD-Kanals 136/1 zu den Elektroden 26 Y bis 26 Z und 34/1 bis dar. dessen Information invertiert und regeneriert

15 16

werden oll. Die Feldplattenelektroden 153 A und da der Bit-Generator negativer (-K₂) ist als die

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

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- 5 Φ_χ = (— K₂) 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 Fig. 3 erläutert wurden. Fig. 9, wie es durch die Pfeile 157 und 257 ic der-In F i g. 8 ist jede zweite Feldplattenelektrode mit selben Art angegeben ist, wie es bereits im Zusamciner Gemeinsamen von zwei Taktleitungen 155 und io menhang mit der Fig. 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 (—V_D) eingegeben, das negativer (—K_D) und (— K_s) 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, liegt unter der Feld- trode (nicht gezeigt) im regenerierten Kanal überplatte 153Z und ist über einen Leiter 181 mit einer tragen. Es ist zu bemerken, daß die Elektrode 253 A Gate-Elektrode 182 verbunden. Wo, wie hier, Feld- nun negativer (-K₂) ist als der Bit-Generator 177 plattenelektroden der in Fig. 3 dargestellten Art ver- (-K₁), so daß ein positives Ladungspaket zu der wendet werden, befindet sich die Abtastelektrode 100 ao Elektrode 253 A 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-

F i g. 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 F i g. 5 und 6 bereits

parasitären Kapazitäten erreicht. Die Wirkungsweise erläutert wurde, sind die Abtastelektrode 100 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 ein*, schematische Auf sichtsdarstcilang 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 Fig. 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 betrieben wird und daß die Abtastelektrode nem Bi* die Übertragung zu der Elektrode 253 A

100 von der Drain-Elektrode 176 durch ein Feld- während des ersten Halbzyklus gestattet wild, 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 253 A um-

(153Z in Fig. 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 (253/1 in Fig. 9), die der Gate-Elektrode 45 gestellt wird.

(182) folgt. Wenn, 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 Taktleitung 156 betrieben wird. Die Dreiphaseneinmvß 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 50 Generator 177 betätigt werden, der von der Takt-Elektroden 153 Z und 253 A, 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 Fcldplatten-

Zuerst sein ein Halbzyklus angenommen, in dem elektrode 134 A aufrechterhalten bleiben. Φ, = (-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 Bcrende und regenerierende Bit unter der Elektrode 60 trieb vorgesehen ist. Diese Einrichtung ist eier 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 Fig. 10 wird daher abgekürzt und primär auf die das invertierte und regenerierte Bit unter Elektrode unterschiedlichen Merkmale gerichtet. Wie in F i g. 8, 254 A. Bei dieser Bedingung kann kein positives 65 besitzt die Einrichtung eine p-leitende lokalisierte Ladungspaket vom Bit-Generator 177 zur Feldplat- Drain-Elektrode 176, die an eine geeignete negative tcnclektrode 253A übertragen werden, ohne Rück- Spannungsquclle ( V_n) angeschaltet ist und eine sieht auf die Spannung an der Gate-Elektrode 182, p-leitende lokalisierte Zone 177 als Quelle für posi-

the Ladungsträger. Anders als in Fig. 8 jedoch ist Fig. 9 erläutert wurde, und ist mit einer der Taktdie Quelle 177 in Fig. 10 mit Erde verbunden und leitungen 156 verbunden.

von der Gate-Elektrode 182 durch eine Feldplatten- Ein Paar von getrennten Abtastgliedem 100 Λ und

elektrode 105 und eine elektrisch gleitende p-leitende 100 B befindet sich unter dea Elektroden 153 AZ lokalisierte Zone 178 getrennt s und 153BZ in den Kanälen A und B. Jedes dieser

Im Betrieb bewirken negative Spannungen, die an Abtastglieder ist in einer Weise mittels der Leitungen die Feldplattenelektrode 253-4 und negative Span- 181/4 und 181B mit einem getrennten Paar von nungen, die an der Gate-Elektrode 182 induziert wer- Gate-Gliedern 182Λ und 1825 verbunden, die beden, einen Ladungstransport von der Zone 178 weg reits im Zusammenhang mit den früheren Figuren zu der Feldplattenelektrode 253/1, die ihrerseits be- ίο erläutert wurde. Für NOR-Element sind die Gatewirkt, daß ein negatives Potential in die Zone 178 Elektroden bezüglich des Bit-Generators 277 und der induziert wird. Bei einer negativen Zoue 178 und ersten CCD-Elektrode 253 CA des Kanals 10 reiheneiner auf Erdpotential liegenden Zone 177 und nach weise angeordnet

Abschaltung der Gate-Elektrode 182 erlaubt dann Beim Betrieb werden getrennte Bitströme von In-

ein negativer »Zündimpuls«, der auf die Elektrode 15 formation gleichzeitig längs der Kanäle A und B in 105 gegeben wird, für eine gegebene Zeitspanne einen Abhängigkeit von den an die Taktleitungen 155 und relativ präzise bestimmbaren Betrag eines Ladungs- 156 angelegten Taktsignalen übertragen. Die Bittxansportfcs von der Zone 177 zu der Zone 178. ströme sind so synchronisiert, daß die Bits gleich-

Dieses wird als »Zündung« bezeichnet, da es die ze^g unter den Elektroden IS3AZ und 153BZ hinvorläufige Speicherung eines relativ genauen La- ao durchlaufen. Wenn entweder das Abtastglied 100/4 dungsbetrages ist deshalb wünschenswert, weil der oder das Abtastglied 100 B eine »Eins« erkennt, dann der Elektrode 153/4 durchgeschaltet werden kann. wird an derjenigen Gate-Elektrode, mit der dieses Diese Verfügbarkeit eines genau vorhersagbaren La- Abtastglied verbunden ist, eine ausreichend hohe dungsbetrages ist deshalb wünschenswert, weil der Spannung induziert, die die Übertragung der Ladung Störsignalumfang eines Systems unter anderem von 25 unter ihr verhindert Auf diese Weise ist zu sehen, dem Maß abhängt, durch das jedes »Eins«-Bit gleich daß gemäß der Wahrheitstabelle in F i g. 11 eine den anderen »Eins«-Bits ist und jedes »Null«-Bit »Eins« vom Bit-Generator 277 zu der Feldplattengleich den übrigen »Null«-Bits ist elektrode 253 CA nur übertragen wird, wenn eine

In den nun zu erläuternden Fig. 11 bis 13 sind »Null« an beiden Abtastgliedern 100Λ und 100B eine Anzahl von Ausführungsbeispielen dargestellt, 30 festgestellt wird.

die Invertierungsregeneratoren eines Typs verwenden, An dieser Stelle sollte erwähnt werden, daß inner-

der hier bereits beschrieben wurde und für die Durch- halb des in F i g.l I dargestellten NOR-Elements die führung logischer Funktionen geeignet ist. Gate-Elektroden 182 A und 182 B eine logische

Fig. 11 zeigt eine schematische Aufsichtsdarstel- UND-Funktion ausführen, d. h., nur wenn eine Poten-Iung einer Einrichtung zur Durchführung der logi- 35 tialmulde unter beiden induziert wird, kann ein Laschen Operation NOR, deren Wahrheitstabelle fol- dungspaket vom Bit-Generator 277 zu der FeIdgendermaßen aussieht: plattenelektrode 253 CA übertragen werden. Dieses

führt zu einer generellen Lehre, daß, wo immer eine UND-Funktion in einem CCD-System gewünscht

iklih d

0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

NOR y g

_{n r} 40 wird, diese zum Teil dadurch verwirklicht werden

kann, daß eine Anzahl von Gate-Elektroden reihenweise 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:

NAND Der obere Teil der Figur stellt zwei CCD-Ka-

näle A und B dar, die an ein gemeinsames Paar ABC

von Taktleitungen 155 und 156 angeschlossen sind 5° 0 0 1

und eine Informationsübertragungsrichtung nach

unten besitzen, wie es durch die Pfeile 157/4 und 0 11

157 B angedeutet ist. Die Elektroden 154 AY, 153 AZ, 1 0 0

154/4Z, 154By, 153BZ und 154BZ sind Feld- 1 1 0

plattenelektroden in den entsprechenden Kanälen, 55

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

dui ί ig. 8 bis 10. Der untere Teil der Figur, d. h. von der in Fig. 11 dargestellten nur darin, daß die die Feldplattenelektroden 253 CA und 253CB, stellt Gate-Elektroden 182/4 und 182 B bezüglich des Bitoen 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 60 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 (-V₀) verbunden eine »Eins« an beiden Sensoren 100/1 und 100B und arbeitet als Drain-Elektrode analog zu den festgestellt wird. Dieses stimmt mit der Wahrheits-Zonen 76 und 176 in den vorangegangenen Figuren. 65 tabelle der NAND-Einrichtung in Fig. 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. 12 die bereits im Zusammenhang mit der Zone 177 in dargestellt ist, die Gate-Elektroden 182Λ und 182B

21 5t 898

W 20

eine logische ODER-Funktion ausführen, d. Il, wenn bung die Leitfähigkeitetypen der Halbleiter umge-

eine Potentialmulde unter beiden induziert wird, dann kehrt gewählt werden, vorausgesetzt, daß anch die

kann ein Ladungspaket vom Bit-Generator 277 zu entsprechenden Spannuagspolaritäten umgekehrt

4er Feldplattenelektrode 253 CA transportiert wer- werden.

den. Dieses führt zu der allgemeinen Lehre, daß, wo 5 Darüber hinaus ist die Einrichtung, die in den immer eine ODER-Funktion in einem CCD-System Fig. 11 und 12 dargestefit ist, nicht darauf begewünscht wird, dieses teilweise dadurch verwirk- schränkt, nur ein Paar von ankommenden Kanälen licht werfen kann, daß eine Anzahl von Gate-Gue- abzufohlen, 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 Durchfaiung einer findet und jedes Abtastglied mit getrennten reilienlogischen »FAN-OUT«-Operation geeignet ist, deren weise oder parallel angeordneten Gate-Güedem ver-Wahrneitstabelle 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 in 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 Abwärtsinfonnationsübertragung vornimmt, wie es größere Anzahl von Kanälen ausgedehnt werden, durch den Pfeil IST A angedeutet ist Die Elektroden Es soll weiter zum Ausdruck gebracht werden, 154AY, ISiAZ, 154AZ sind Feldplattenelektroden daß ein Paar von Inverterregeneratoren, wie sie hier des Kanals A, analog zu den Elektroden 154 Y, 153Z ao beschrieben wurden, in einer Tandemverbindung zu- und 154Z in den Fig. 8 bis 10. Der untere Teil der sammengeschaltet werden können, so daß der regene-Fgmr, d.h. die Feldplattenelektroden 253BA, rierte Impuls zweimal invertiert wird und daher auf 254BB, 253 CA 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 rung 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- flub in Richtung der angegebenen Pfeiie erfolgt. Im ten gemäß der Beschreibung der Fig. 11 und 12. Die Kanal 300 erkennt ein Abtastglied 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

ABC 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 100/4 liegt unter der Elektrode stellt eine Quelle oder einen Bit-Generator dar, wie

153AZ und ist mittels der Leiter 181B und 181C 40 beispielsweise das Element 77 in den Fig. 5 und 6.

mit einem Paar von Gate-Elektroden 182 und 182 C Daher stellt die Kombination der Elemente 302, 303,

verbunden. Aus der vorstehenden Beschreibung ist 304 und 305 ein Imversionsregenerationselement dar.

bekannt, daß, wenn immer eine »Null« an dem Ab- Die Bits von der Quelle 305 werden von der Elek-

tastglied 100/4 vorliegt, eine »Eins« durch die Elek- trode 303 zu einer anderen Feldplattenelektrode 306

trode 182 B 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 100/4 vorliegt, dann werden »Nullen« in die 305 von dem Abtastglied 307 erkann· wurden, wer-

Kanäle B und C durchgeschaltet. den sie von einer zweiten Drain-Elektrode 309 ge- Die »FAN-OUT«-Funktion kann auch in einer 50 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 308 in den Kanal 301 durchgeschaltet werden,

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

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

Feldplattenelektroden253BA und 258CA (Fig. 13) 55 relativ kurzen serpentinenförmigen Datenmustern,

in eine größere Elektrode übergehen zu lassen, so wenn Heber eine doppelte Inversion an Stelle 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 60 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 Inversionsregenerationselemente

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

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.

21 22

Weiterhin ist es verständlich, daß, da die NAND- negativer zu halten als das negativste Oberflächenschriebenen Inversionsregenerationselemente und de- potential, das in der benachbarten Zone 403 Z induren verschiedene Ausführungsformen leicht für eine ziert wird, so daß gedämpfte oder geschwächte Bits Verwendung in Ladungstransporteinrichtungen ange- stets von der Zone 4032 zur Drain-Zone 76 wandern paßt werden können, in Ladungstransporteinrichtun- 5 können und sie so gesammelt werden können und zergen des »Eimer-Kette«-Typs, die eingangs erwähnt stört, d. h. zur Erde abgeleitet werden können. Auch wurde. Eine grundlegende Form einer derartigen wie in der vorstehenden Beschreibung wird (-Vs) so Adaption zeigt die F i g. 15 in einer schematischen gewählt, daß die Bitgeneratorzone 77 genügend nega-Querschnittsdarstellung. tiv gehalten wird, so daß nur ausreichend Löcher

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 dex 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 »5 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 Un Zusammenhang mit F i g. 6 von reihenweise angeordneten Feldplattenelektroden »o erläutert wurde, ist die Spannung an der Zone 404 Y 401 #, 402^, 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 403X, 404A", 403 Y, wenn eine »Null« in die Abtastzone 404 Y transpor-404 Y, 403 Z und 76 das Ende einer Eimer-Kette »5 tiert wird, wenn (Φ,) an die Elektrode 402 Y angedarstellen, deren Bitstrom invertiert und regeneriert legt worden ist. Sie ist etwas weniger negativ als ((P₁), wird. In gleicher Weise stellen die reihenweise ange- wenn eine »Eins« (Löcherpaket) transportiert wird, ordneten Feldplattenelektroden 411A, 412 A und Der Taktimpulsgenerator 425 ist mit den Leitungen 411B in Kombination mit einer entsprechenden An- 455 und 456 verbunden.

zahl von asymmetrisch angeordneten, darunterliegen- 3° Wenn, da (Φ,) angelegt wird, eine genügende Anden, p-leitenden, lokalisierten Zonen 413/1, 414 A zahl von Löchern zur teilweisen Füllung der Poten- und 413 B den Anfang einer frischen Eimer-Kette für tialmulde fließt, wird das Oberflächenpotential der die Aufnahme des invertierten und regenerierten Bit- Zone 404 Y auf einen Maximalwert ansteigen, der Stroms dar. Wie die Figur zeigt, ist jede zweite der etwas unterhalb Null liegt Wie bei den CCD-Auserwähnten 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 Elektrode407 von der Oberfläche des Halbüberlappt und daß in dem ankommenden Kanal, des- leiten 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 aufnimmt, 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 Fig. 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 m Fig. 15) und/oder an regenerationselement befinden, wurden auch, wo es 55 das Abtastelied (404Fin Fig. 15) für eine optimale möglich war, in Fig. 15 benotzt. Daher stellt in Operation anzulegen. Dieses wird dadurch eraeida, F i g. 15 die p-leitende Zone 76 eine Drain-Zone dar daß der Leiter 406 über eine hohe fcspedaaz an eine for die Bereitsteltang von gedämpften Bits nach der Glrichspanaongsquefle angelegt wird. Dieses ist in Erkenatmg. Ebenso stellt die p-leitende Zone 77 eine F i g. 15 schematisch dun* einen Pbaatöiawiderstand tmabhäagige Quellenzone, d. h. einen Bit-Generator «» 409 dargestellt, der zwischen dan Leiter 406 und dar, voa dem injizierte mobile Ladungsträger seJckäv einer Gleichspannungsquelle (-V₈) eingeschaltet ist. durchgeschaltet werden, um den regenerierten Bit- Wie bei der CCD-Einrichtung, ist die der hohen Imstrott za erzeugen. Es ist festzustellen, daß, wie in pedanz (409) zugeordnete Zeitkönstanie in vQrteQ-Pig. 6, die Dram- und Qaellenzoaen 76 und 77 über hafter Weise beträchtlich größer als der Kehrwert der Öle Elektroden 78 und 79 jewels auf negativem Gs Bit-Transportgeschwindigteit durch den »Etaer-(-V₀) vna{~V_s)lie2,eiL· VfK in der Ein- Kette«-Kaaai, so daß die Irapulsspannnngen die Sftd Fi5 d 6 il (V) GtElktd 407 ohne Rfikwitka v d

PtmtiM (V₀) v{_s)2, , ppg

richtung gawSftdes Fig.5 und -6, wisl (-V₀) vor- Gate-Elektrode 407 ohne Rfickwitkuag von der leflhafterweisc se gewählt, um die p4eitende Zone Gldchspamnmgsqoelie steuern können.

23 24

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

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 Schritt

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

wie beispielsweise im Rahmen der F i g. 7 bis 14 und 5 F i g. 17 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine

der CCD-Ausführungsbeispiele, die vorstehend aus- Vorrichtung der in Fig. 16 dargestellten Art. In

führlicherläutert wurden, modifiziert werden kann. Fig. 17 bedeuten die mit ausgezogenen Linien ge-

Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht eines grundsätz- zeichneten Muster 513A bis 514B die Feldplattenlichen ladungsgekoppelten Vorrichtungsaufbaues 510, elektroden einer ladungogekoppelten Vorrichtung, die der für Zweiphasenbetrieb geeignet ist. Die Vorrich- io durch dieselben Bezugszeichen wie in F i g. 16 identitung 510 weist einen η-leitenden Halbleiterteil 511 fiziert sind. Die Taktleitungen 515 und 516 sind 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 beeinanderliegcnder grundinformation sei nun eine ladungsgekoppelte Elektroden 513/4, 514/4, 513 B, 514 B und 513 C. 15 Vorrichtung beschrieben, in der ein grundsätzliches Wie dargestellt, umfaßt dieselbe Elektrode einen Inversionsregenerationselement 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. Dort zweiten Teil, der oberhalb eines relativ dünnen Be- bilden eine Vielzahl hintereinander angeordneter reichv der Isolierschicht gelegen ist. Jede zweite ao Feldplattenelektroden 523 A, 524A, 523B, 524B Elektrode Hegt 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, 533B, dar, in welchem Φ₁ gleich (-F₁) und Φ₂ gleich (-F₂) as 534B und 533C stellen den Beginn eines frischen ist. Die F₍-Werte werden als positive Zahlen genom- Kanals der ladungsgekoppelten Vorrichtung dar, um men und K₂ ist größer als F₁. Außerdem ist F₁ größer den invertierten und regenerierten Bitstrom zu als V_T, wenn V_T die Schwellenwertspannung zum Er- empfangen. Wie dargestellt, ist jede zweite der obenzeugen einer Inversion der Halbleiteroberfläche unter erwähnten Elektroden je an einen gemeinsamen Lei-Dauerstrich-Bedingungen ist. 30 ter eines Taktleiterpaares 525 und 526 angeschlossen.

Die gestrichelte Linie 515 stellt schematisch das Weiter sei angenommen, daß diese Elektroden der

Oberflächenpotential (die Tiefe der Potentialmulden) ladungsgekoppelten Vorrichtung asymmetrisch in

der Oberfläche im oben beschriebenen Betriebszu- einer solchen Richtung ausgebildet sind, um einen

stand dfr. 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 Informa-

gefaßt 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 F i g. 18 stehen die gestrichelt gezeichneten eingesetzt sind. Insoweit Löcher dazu neigen, die Muster 541, 542 und 543 für lokalisierte p-leitenöe Stellen des tiefsten, negativen Potentials einzuneh- Halbleiterzonen, die unterhalb der Oberfläche der 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. Dieloka-Teil der Potentialmulde unterhalb der Elektrode lisierten Zonen 541 bis 543 stellen in Verbindung mit 514/4 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 Teil der Elektrode 514 A 50 dient die Zone 541 zur Abtastung der Information im gleich dem Oberflächenpotential unter dem linken entarteten Kanal und ist demgemäß benachbart der Teil dieser Elektrode geworden ist, je nachdem, wel- letzten Elektrode (523 C) 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-

Zustaod eingestellt hat, die Takümpulse umgekehrt 55 zwischen ist von der Feldplattensteuerelektrode

werden derart, daß (-F₁) dem Taktleiter 516 und überbrückt, so daS die Zonen 542 und 541 effektiv

{—Fg) dem Tafctleiter 515 zugeführt werden, dann miteinander gekoppelt werden können durch Zufüh-

werden die Potentialmulden unter den Elektroden ren einer Spannung an die Elektrode 524 in ausrei-

513 A bis 513 C zu den tieferen und die Potential- chender Höhe, um die Oberfläche zwischen den

maiden unter den Elektroden 514 A und 514 B zu 60 Zonen 542 und 541 zu invertieren,

den flacheren geleitet Beim Betrieb wird die Zone 542 auf einem fixier-

Werm diese Transformation auftritt, wird die La- ten negativen Potential gehalten, wie dieses in der «lang unter den Elektroden S14A und 514B nach Zeichnung durch (-F_R) dargestellt ist Die Zone rechts unter die Elektroden 5Ϊ3 B bzw. 513 C ti ans- ist dahingehend wirksam, die Ladungspafccte abzuportieit. Die Ladungen laufen nach rechts und nicht 65 tasten, weiche aufeinanderfolgend unter die EleknacA lrnks wegen der m <Be Potentialimilden als Folge trodeS23C transportiert werden. Die von des ander ungleichförmigen Dicke der Isolierschicht 512 kommenden Ladungspaketen in der Zone 541 indueingebauten Unsymmetrie. In ähnlicher Weise wer- zierte Spannung wird abatisch direkt an die Feid-

plattenelektrode 522 durch eine metallische Belegung 544 gekoppelt.

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

Demgemäß liegt, wie dargestellt, die Feldplattensteuerelektrode 532 zwischen der Quelle 543 und der Elektrode 533/4 (der ersten Elektrode der ladungsgekoppelten Vorrichtung im regenerierten Kanal), so daß die Zone 543 effektiv angekoppelt werden kann an die Potentialmulde unter der Elektrode 533 A durch Zuführen einer Spannung an die Steuerelektrode 532, welche zur Invertierung der darunter liegenden Halbleiteroberfläche ausreicht. Wie dargestellt, sind die Quelle 543 und die Feldplattenelektrode 524 miteinander und mit einem Taktleiter 526 verbunden, d. h. mit einem anderen Taktleiter als die Taktleiter der Elektroden 523 C und 533 A der ladungsgekoppelten Vorrichtung.

Vorteilhaft wird ( - V_R) noch negativer gewählt als die negativste Spannung (- V₂) der beiden Spannungen, die den Taktleitungen alternierend zugeführt werden. In diesem Falle sind, wenn ( - V₃) der Taktleitung 526 und (- V₁) der Taklleitung 525 zugeführt wird, Ladungspakete in den Kanälen der ladungsgekoppelten Vorrichtung unter den Elektroden 524 A, 524 B, 534/4 und 534 B angeordnet. Da die Feldplattenelektrode 524 mit der Taktleitung 526 verbunden ist, und da (— V_R) zumindest so negativ ist wie (— V₂), wird ein ungefähres Potential von (- V₂) ) Vj an dem »schwebenden« Abtastglied 541 induziert. Selbstverständlich wird dieselbe Spannung auch an die Steuerelektrode 532 angekoppelt und erscheint dort.

Physikalisch wird die 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 Zone 542 gezogen werden. Man sieht also, daß die Zone 542 dahingehend wirksam ist, in ähnlicher Weise wie die Saugelektrode eines Feldeffekttransistors mit isolierter Steuerelektrode (eines sogenannten IGFET) zu arbeiten. Unter dieser Bedingung wird eine stark invertierte Zone unter der Steuerelektrode 532 gebildet, aber es werden keine positiven Ladungsträgei von der Quelle 543 zur Elektrode 533 A transportiert, weil die Quelle 543 negativer ist als die Elektrode 533/1.

In der nächsten Hälfte des Taktzyklus, in welcher

ist, wird die Abtestzone 541 von der Saugelektrode 542 entkoppelt, weil der Koppluogselektrode 524 eine weniger negative Spannung zugeführt ist. Ebenso ist der Umstand von Wichtigkeit, daß die Quelle 543 nun weniger negativ fet als die Elektrode 533/4, so daß positive Ladungsträger zur Elektrode S33A transportiert werden können, wenn sie nicht durch die WirkBftg der Steuerelektrode 532 daran gehindert and.

Wens die Taktspannungen in diesen zuletzt beschriebenen Zustand geschaltet werden, werden die informationsdarstellenden Ladungspakete von den Elektroden 524 und 534 unter die Elektroden 523 bzw. 533 transportiert. Wenn eine logische »1« (ein Ladungspaket) von der Elektrode 524 B zur Elektrode 523 C transportiert wird, wird das meiste dieser Ladung in die Zone 541 gezogen und dient zur Entladung des hier gespeicherten negativen Potentials. Die Potentiale und der Abstand der Steuerelektrode 532 von der Halbleiterfläche sind

ίο 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 A der ladungsgekoppelten Vorrichtung, wenn eine »1« unter die Elektrode 523 C transportiert wird.
Umgekehrt, wenn eine »0« (das Fehlen eines La-

ao dungspaketes) unter die Elektrode 523 C transportiert wird, bleibt die Spannung an der Abtastzone 541 bestehen, und die Spannung an der Steuerelektrode 532 wird ausreichend negativ bleiben, um es einem Ladungspaket zu erlauben, von der Quelle 543 zur Elektrode 533 A transportiert zu werden.

Wenn also eine »0« unter die Elektrode 523 C transportiert wird, erscheint eine »1« unter der Elektrode 533 A.

Bei der nächsten Umkehrung der Taktspannungen, wenn also 'P₁ = (— V₁) und Φ₂ = ( - V₂) ist, wird jegliche überschüssige positive Ladung von der Abtastzone 541 zur Saugelektrode 542 gezogen. Auf diese Weise wird die Spannung an der Abtastzone 541 auf einen vorgegebenen Vorspannungswert rückgesetzt,

bevor jedes ankommende entartete Bit empfangen wird. Wegen dieser Rückstellung, die die Abtastzonen-Löcher veranlaßt, vom selben Potential aus zu beginnen, wenn ein ankommendes Bit empfangen wird, bietet das Inversionsregenerationselement entsprechend der Erfindung eine erhöhte Empfindlichkeit und besseres Verhalten gegenüber Rauschen.

Für ein vertieftes Verständnis der Anordnung nach Fig. 18 ist in Fig. 19 eine Schnittansicht längs der Linie 19-19 der Fig. 18 dargestellt. Soweit erforderlich, sind die entsprechenden Bezugszeichen gleichfalls angeschrieben. In Fi g. 19 ist die p-leitende lokalisierte Abtastzone 541 als durch eine niederohmige Elektrode 527 kontaktiert dargestellt (die Elektrode527 ist in Fig. 18 nicht dargestellt). Die weiteren Merkmale sind an Hand eines Vergleichs der beiden Figuren ersichtlich. Es sollte beachtet werden, daß die Steuerelektrode 524 nur oberhalb des dünneren Teils der dielektrischen Schicht 512 gelegen ist, d. h., die Steuerelektrode 524 braucht

nicht asymmetrisch wie die Elektroden 524 B und 524 C ausgebildet zu sein. Ia ärmlicher Weise braucht auch die Steuerelektrode 532 nicht asymmetrisch zu sein, befindet sich aber vorzugsweise oberhalb des dünneren Teils der dielektrischen ScMcflt 512 ZWisehen der Zone 543 und der Elektrode 533/4 der ladungsgekoppelten Vorrichtung.

Obgleich ein weiter Bereich von Betriebsspannungswerten verwendet werden kann, ergab sich ein wirksamer Betrieb für die Anordaiaig tfift (F₁) = 6VWi,

(K₂) = IQ Volt mu {Vd = 12 Volt, wobei bei der Anordnung der dünnereTeü der dleJekissdienScMfiirt etwa 1000 Ä Dicke hafte. Es wäd ü&dBfwefee nicht vorteilhaft sein, (K_x) unter mm 6 "Volt m verengern,

es kann aber in einigen Fällen der Betrieb verbessert werden durch Erhöhen von (V₂) bis auf 30 Volt oder darüber, wobei dann aber auch (V _K) entsprechend so zu erhöhen wäre, daß es etwas größer als (K₂) ist.

Die Geschwindigkeit des Ladungstransportes von der Zone 543 zur Elektrode 533 A, um so eine »1« darzustellen, ist von der an der Steuerelektrode 532 zu diesem Zeitpunkt anstehenden Spannung abhängig. Die Spannung an der Steuerelektrode 532 kann weniger negativ sein als (V_R) wegen parasitärer Effekte und weil jede entartete »0«, die von der Abtastzone541 abgetastet wird, etwas positive Ladung enthält, die eine-teilweise Verminderung der Spannung verursacht. Der Gesamteffekt ist der, daß der Transport einer »1« mit einem geringeren Ladungspaket als möglicherweise gewünscht in die Potentialmulde unter der Elektrode 533 A vonstatten geht.

Die Geschwindigkeit des Ladungstransportes von der Zone 543 zur Elektrode 533 A, was zur Darstellung einer »1« vorgesehen ist, ist auch durch die momentane Differenz zwischen dem Potential an der Zone 543 (der Quelle) und dem Oberflächenpotential unter der Elektrode 533 Λ begrenzt. Leider nimm! diese Potcntialdifferenz monoton ab, wenn die Ladung in die Potentialmulde unter der Elektrode 533/4 übergeht. Wegen dieser Abnahme der Polentialdifferenz nimmt die Ladungstransportgeschwindigkeit gleichfalls ab. Der Gesaroteffekt dieser Beschränkung ist auch der, den Transport einer »1« mit einem kleineren Ladungspaket als möglicherweise erwünscht in die Potentialmulde unter der Elektrode 533 A vonstatten gehen zu lassen.

Insoweit wie diese Beschränkungen Spannungsbeschränkungen und nicht Beschränkungen bezüglich der Größe der für einen Transport verfügbaren Ladung sind, können sie vermieden werden, indem man die erste Elektrode der ladungsgekoppelten Vorrichtung, die der Steuerelektrode folgt, größer macht als die übrigen Elektroden der ladungsgekoppelten Vorrichtung. Da der Betrieb einer ladungsgekoppelten Vorrichtung im wesentlichen ein kapazitiv gekoppelter Ladungstransport ist, nimmt das Oberflächenpotential unter der größeren Elektrode (höhere Kapazität) weniger schnell ab, als dieses das Oberflächenpotcntial unter einer kleineren Elektrode (niedrigere Kapazität) tun würde. Entsprechend diesem Prinzip kann die Größe dieser ersten Elektrode gegenüber den übrigen Elektroden der ladungsgekoppelten Vorrichtung so eingestellt werden, daß die vorstehend erwähnten, voraussagbaren Spannungsbegrenzungen kompensiert werden können und die gewünschte Ladungsmenge unter die erste und weitere Elektroden zur Darstellung einer »1« transportiert werden kann.

Dieses ist in Fig. 20 schematisch dargestellt, die die gleiche Anordnung wie Fig. 18 zeigt, außer daß die Elektrode 533/1 in doppelt so großer Aasdehnnrrg wie die übrigen Elektroden de? ladungsgekoppelten Vorrichtung amsgeWdet ist. Offensichtlich ist das angewandte Prinzip zmn Erftalt der hi F i g. 20 dargesteilten Verbesserung aicflt aaf Inversionsregenerationselemente beschränkt, sondern kann gener«ll bei fadnngsgefcoppelten Vorrichtungen entspfcechend kapazitiver UaterteilungSBietBode aage d d i di lli öfc ist.

Obgleich die vorstehende Bescfereänjng hauptsächfich auf ein InveräonsreiQselement in ladungsgekoppelten Verachtungen Ür Zweiphasenbetrieb gerichtet ist, kann auch eine Inversionsregenerationsvorrichtung leicht zur Verwendung bei dreiphasigen und vierphasigen ladungsgekoppelten Vorrichtungen entsprechend "jenen Prinzipien verwendet werden, welche an Hand der zweiphasigen Ausführungsform geschildert worden sind.

Des weiteren kann offensichtlich das vorstehend beschricbene Inversionsregenerationselement leicht für eine Anwendung bei Ladungstransportvorrichtungen des »Eimer-Kette«-Typs ausgelegt werden, wie dieser in der obenerwähnten Patentanmeldung von Berglund und BoIl beschrieben ist. Fine Ausführungsform einer solchen Anpassung ist in den Fig. 20 und 21 beschrieben.

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

»0 Fig. 21 zeigt eine Vielzahl hintereinander angeordncler Fe!d-Plattenclektroden 551/1, 552/1, 551 B, 552 B und 551C in Verbindung mit einer Vielzahl asymmetrisch angeordneter, darunterliegender lokalisiertei p-leitender Zonen, die durch die gestrichelten Linienmuster 553/1, 554/1, 553 B und 554 B dargestellt sind. Diese Anordnung stellt das Ende einer Eimer-Kette dar, dessen Bitstrom zu invertieren und zu regenerieren ist. In ähnlicher Weise stellen hintereinander angeordnete Feldplattenclektroden 561/1, 562/1, 561B, 562 B und 561C in Verbindung mit einer Vielzahl asymmetrisch angeordneter, darunterliegender lokalisierter p-Zonen, die durch die gcstrichelten Linienmuster 56SA, 566/1, 565ß, 566ß und 566 C angedeutet sind, den Beginn einer frischen Eimer-Kette dar, die zur Aufnahme des invertierten und regenerierten Bitstroms vorgesehen ist. Wie dargestellt, ist jede zweite der vorstehend erwähnten Feldplattenelektroden jeweils an einen von zwei Taktleitungen 567 und 568 angeschlossen, welche ihrerseits mit einem Taktimpulsgencrator 580 verbunden sind.

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

Die Bezugszeichen, die in Fig. IS fSr die Bezeich' nung der einzelnen Bestandteile des Inversionslepenerationseiements benetzt worden sind, sind auch in Fig. 21 angegeben. DemgernäU bedeuten in Fig. 2t die Bezugszahlen 541 die Abtastzoae, S42 die Bezugszone, an weiche die Abtastzone zor Rückstellung durch Anlegen einer geeigneten Spannung aa eine

29 30

überbrückende Feldplattenelektrode 524 angekop- die Zone 542 in ähnlicher Wtise wie die Saugelekpelt ist, 543 die unabhängige Quelle für Ladungsträ- trode eines Feldeffekttransistors mit isolierten Steuerger, die in den unteren Kanal durch an der Feld- elektroden (eines sogenannten IGFET) wirkt
plattenslektrode 532 induzierten Spannungen einge- Wegen der leitenden Kopplung 544 zwischen der schleust werden. Seachte jedoch die Aufnahme einer 5 Zose 541 und der Steuerelektrode 532 erscheint das zusätzlichen lokalisierten p-Zone563 zur Überbrük- Potential der Zone 541 auch auf der Steuerelektrode kung des Spaltes zwischen der Steuerelektrode 532 532. In diesem Zustand wird eine stark invertierte und der Elektrode 581/4. Zone unter der Steuerelektrode 532 erzeugt, es wer-

Beim Betrieb wird analog dem in Zusammenhang den aber keine positive Ladungsträger von der Quelle

mit Fig. 18 beschriebenen Betrieb die Zone542 auf io 543 zur Zone563 unter der Elektrode 532 transpor-

fixiertem, negativem Potential (-V_x) gehalten. Die tiert, weil die Quelle 543 negativer als die Zone 563

Zone 541 tastet Ladungspakete ab, welche unter die ist

letzte Elektrode 551C transportiert werden, und die Daß die Quelle 543 negativer als die Zone 563

dadurch an den Zonen 541 von den ankommenden während dieser Hälfte des Taktzyklus ist, ergibt sich

Ladungspaketen induzierte Spannung wird ohmisch 15 ohne weiteres aus nachstehender Überlegung. In die-

direkt an die Steuerelektrode 532 über die Leiter ser Hälfte des Taktzyklus wird das negativere Poten-

544A und 544B angekoppelt, die durch den ge- rial (-P₂) der Quelle543 zugeführt und das weni-

strichelt gezeichneten Leiter 544C, beispielsweise ger negative Potential (-K₁) der Elektrode 561A;

eine metallische Belegung, miteinander verknüpft es werden wegen der kapazitiven Überlappung zwi-

sind. We dargestellt, sind die Quelle 543 und die 20 sehen der Elektrode 561A und der Zone 565^f, uod

Feldplattenelektrode 524 miteinander und mit einer weil die Elektrode 561A als eine überbrückende

Taktleitung 568 verbunden, d. h. mit der anderen Feldplattenelektrode wirkt die die Zonen 563 und

Taktleitung als diejenige, an welche die Elektroden 565 A veranlaßt, durch eine stark invertierte Zone in

551C und 561A angeschlossen sind. der vorausgegangenen Hälfte des Taktzyklus anein-

Andererseits kann die Quelle 543 auch nicht mit 25 andergekoppelt zu sein, das Potential sowohl der

einer Taktleitung, sondern von einem unabhängigen Zone 563 als auch der Zone 565 auf ein Potential

Impulsgenerator betrieben werden, der mit den Takt- getrieben, das nahezu gleich (— F₁) ist, wenn der

leitungsimpulsen synchronisiert ist, um eine größere Takt auf diesen Halbzyklus übergeht. Daher ist die

Flexibilität in der Ansteuerung der Quelle 543 zu Quelle 543 negativer (- F₈) als die Zone 563 (etwa

haben, wobei dann aber der Aufwand etwas höher 30 — F₁) während dieses Halbzyklus,

wird. Dieser Weg ist schematisch in Fig. 21 darge- Aus der vorstehenden Untersuchung der Beziehung

stellt. Hiernach gibt die gestrichelte Linie 544 C an, zwischen den Zonen 563 und 565 Λ sieht man, daß

daß die Elektrode 524 und die Quelle 543 miteinan- sie nicht getrennte Zonen (wie in Fig. 21 dargestellt)

der und mit einer gemeinsamen Taktleitung 568 ver- zu sein brauchen, sondern auch zu einer gemein-

bunden sind. Wenn die andere Alternative gewählt 35 samen Zone vereinigt sein können. Diese Vereinigung

würde, so würde eine Verbindung zwischen 544 A kann allerdings ein Problem für gewisse Anwen-

und 544 B nicht hergestellt werden, statt dessen dungsfälle sein, und zwar wegen der resultierenden

würde der Leiter 5445 mit dem unabhängigen Im- Erhöhung der parasitären Kapazität, die von der ein-

pulsgenerator 570 zu verbinden sein. zigen größeren Zone ausgeht.

Man sieht, daß dieser Weg auch mit der oben be- 40 Während der nächsten Hälfte des Taktzyklus,

schriebenen ladungsgekoppelten Vorrichtung verwen- wenn also tf>j = (— F₂) und Φ₂ = (-F₁) ist, wird die

det werden kann. Abtastzone 541 von der Saugelektrode 542 wegen der

Ferner leuchtet ein, daß, wenn statt einer zwei- weniger negativen Spannung an der Kopplungselekphasigen Anordnung eine Drei- oder Vierphasen- trode 524 entkoppelt. Von Wichtigkeit ist auch der anordnung benutzt wird, die Quelle 543 nicht gepulst 45 Umstand, daß die Quelle 543 nun weniger negativ ist zu werden braucht, sondern statt dessen an eine als die Zone 563 und 565/i, so daß positive La-Gleichspannung angeschlossen werden kann. In die- dungsträger zur Zone 565 A transportiert werden sem Fall wird die selektive Einführung von Bits in können, wenn sie nicht durch die Wirkung der den regenerierten Kanal bewerkstelligt durch Feld- Steuerelektrode 532 daran gehindert sind. Wenn die plattenelektroden ohne die Notwendigkeit einer ge- 50 Taktspannungen in diesen zuletzt beschriebenen Zupulsten Quelle. stand umschalten, werden die Ladungspakete, die die

Vorteilhaft wird (— V_R) so gewählt, daß es nega- Information repräsentieren, von den Zonen 554 und tiver ist als die am meisten negative Spannung 566 zu den Zonen 553 bzw. 565 transportiert. Wenn (— F₂) der beiden alternierend den Taktleitungen zu- eine logische »1« (ein Ladungspaket) von der Zone geführten Spannungen. Wenn (-F₁) der Taktleitung 55 554B in die Zone 541 transportiert wird, dann dient 567 und (- F_r) der Taktleitung 568 zugeführt wird, diese Ladung zur Entladung des dort gespeicherten werden Bits (Ladungspakete oder deren Fehlen) in negativen Potentials. Die Potentiale und der Abstand den Zonen 554/1, 554 B, 566 A und 566 B unter den der Steuerelektrode 532 von der Halbleiteroberfläche Elektroden 552/4, 552 ß, 562/i bzw. 562 B angeord- sind so eingestellt, daß, nachdem ein Ladungspaket net. Da die Feldplattenelektroden 524 an die Takt- 60 in die Abtastzone 541 transportiert worden ist, die an leitung 568 angeschlossen ist und da (-F^) zumin- der Steuerelektrode 532 verbleibende Spannung nicht dcst so negativ ist wie (— F₀), wird das ungefähre mehr ausreichend negativ ist, um einen Ladungs-Potential (— V.,)+ F₇ an der schwimmenden Ab- transport von der Quelle 543 zur Zone 565 Λ zu ertastzonc 541 induziert. Physikalisch wird diese Span- lauben. Wenn also eine »1« in die Abtastzone 541 nung an der Zone 541 deswegen induziert, weil posi- 65 transportiert worden ist, erscheint eine »0« in der tivc Ladungsträger (Löcher) von der Zone 541 durch Zone 565 A.

die invertierte Zone unter der Elektrode 524 in die Umgekehrt wird, wenn eine »0« (Fehlen eines Laiicgutivcrc 542 gezogen werden. Man sieht also, daß dungspaketes) in die Abtastun£szonc 541 transpor-

31 32

tiert wird die Spannung an der Abtastzone 541 nicht werden kann. Beispielsweise konnte die Anordnung

entladen, und die Spannung an der Steuerelektrode mit (V₁) = 6 Volt, (K₂) = 10 Volt und (V_R) = 12 Volt

532 wird ausreichend negativ bleiben, um es einem betrieben werden, wobei der dielektrische Teü 512

Ladungspaket zu erlauben, von der Quelle 543 zur etwa 1000 A dick war. Wahrscheinlich wird es nicht

Zo&e 563 und weiter in die Zone 565/4 transportiert 5 von Vorteil sein, den Wert von (F₁) unterhalb etwa

zu werden. Sonach erscheint, wenn eine »0« in die 6 Volt zu reduzieren, der Betrieb kann aber in eini-

Zone 541 transportien wird, eine »1« in der gen Fällen verbessert werden durch Erhöhen der

Zone 565 A. Spannung (K₈) auf bis zu 30 Volt oder darüber. In

Bei der nächsten Umkehr der Taktspannungen, diesen Fällen muß dann auch (V_x) entsprechend erwenn also Φ₁ = (-V₁) und Φ₂ = (~VJ ist, wird io höht wcrJsu, um etwas größer als (Kg) zu sein,
jegliche überschüssige positive Ladung von der Ab- . Es können auch geeignete indizierende Schottkytastzone 541 in die Saugelektrode 542 gezogen. Auf Sperrschicht-Dioden und/oder andere gleichrichtende diese Weise wird die Spannung an der Abtastzone Sperrschichtelemente für jede beliebige oder alle der 541 auf einen vorbestimmten Spannungswert vor der genannten Zonen in den zuvor beschrielenen EinAufnahme eines jeden ankommenden entarteten Bits 15 richtungen als alternatives Element verwendet werrückgestellt. Wegen dieser Rückstellung, die die Ab- den, um die Sammel- und Injektionsfunktionen, die tastzone veranlaßt, immer beim selben Potential bei für die Wirkungsweise erforderlich sind, auszuüben, der Aufnahme eines ankommenden Bits zu beginnen, Die Inversionsregenerationselemente können auch bietet das Inversionsregenerierungselement eine hö- leicht für eine Verwendung in Lauungstransportvorhere Empfindlichkeit und ein besseres Rauschver- ao richtungen, in denen das Speichennedium kein Halbhalten, leiter ist, modifiziert werden. Bei einer solchen Ein-

Für ein vertieftes Verständnis der in F i g. 21 sehe- richtung kann das Speichennedium beispielsweise ein matisch dargestellten Anordnung ist in F i g. 22 eine Isolator sein, der nicht durch einen besonderen Leit-Schnittansicht dargestellt, die längs der Linie 22-22 f ähigkeitstyp charakterisiert ist. Bei bestimmten diein Fig. 21 genommen ist. Man sieht aus Fig. 22, 25 ser Isolatoren können Zonen gebildet werden, die für daß die p-leitende lokalisierte Abtastzone 541 von die Injektion und Sammlung von Trägern geeignet einer niede?ohmigen Elektrode 527 (nicht dargestellt sind. Bei anderen können geeignete Zonen leicht herin Fig. 21) elektrisch kontaktiert ist, während die gestellt werden. Im letzteren Falle kann die erforder-Saugzone 542 durch eine ähnlich niedrigohmige Elek- liehe Injektion und Kollektion der Träger dadurch trode 528 (gleichfalls nicht in Fig. 21 dargestellt) 30 erreicht werden, daß als Ersatz injizierende Kontakte kontaktiert ist. Die übrigen Einzelheiten ergeben sich verwendet werden. Diese Kontakte, die mit der Oberaus einem Vergleich der beiden Figuren. fläche des Speichermediums gebildet werden, können

Wie bei der ladungsgekoppelten Ausführungsform gegen die Zonen in den Inversionsregenerations-

sieht man, daß für die vorstehend beschriebene Appa- elementen gemäß bekannten Prinzipien ausgetauscht

ratur ein breiter Betriebsspannungsbereich gewählt 35 werden.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims (29)

1. 21 51 t§8

   ι. Laduogstransporteinrichtung mit einem Speickefmedium Sr die Speicherusg and den seriellen Transport von in iadtraertea Potentialmulden längs einer Übertragungsstrecke des Speichermediums befindlichen Ladungsträgerpaketen, wobei der Transport erfolgt durch sequentielles Anlegen mehrerer verschiedener, die Potennalmulden induzierender Potentiale an aufeinanderfolgende Teile der Übertragungssirecke mit Hilfe einer Vielzahl entsprechend angeordneter Elektroden, gekennzeichnet durch ein elektrisch schwebendes Abtastglied (80, 90, 190), das genagend dicht an einer ersten (25Z) der Elektroden angeordnet ist, um die zu einer bestimmten Zeit unter dieser transponierte 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 (34/4) der Elektroden angeordnet ist, um den Transport der neu injizierten Ladungsträger von der Ladungsträgerquelle aus in Abhängigkeit von der am Ab- tastglied vorgenommenen Abtastung zu steuern.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium ein Halbleiter (71) eines ersten LeUfäbigkeitstyps ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastglieder aus einer Elektrode (8·; Fig. S) bestehen, die Ober einer relativ dünnen Isolationsschicht (72) liegen, die ihrerseits über der Oberfläche des halbleitenden Körpers liegt.
4. 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. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die l^dungsträgerquelle aus einer zweiten Zone (77) des zweiten Leitfähigkeitslyps bestehen und innerhalb des Halbleiterkörpers mit einem Abstand zu einer anderen (34A) 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 F'*ktrode (34/4) 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. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Anordnung (79) für die Anlegung einer Vorspannung an die zweite Zone.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung eine Gleichspannung ist.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch S, gekennzeicfe-'· net durch eine Anzahl von Kanälen (Fig. 8)

   längs derer Ladungsträger gespeichert and serieJi transportiert werden, wobei jeder der Kanäle definiert ist dusch eine reihenweise angeordnet! Anzahl von Elektroden (153 Y, 154Y, 153Z 154Z, 253/4, 254A) aod durch Mittel, die eil Leiterpaar (155, 156) bilden, wobei jede zweite Elektrode in jedem Kanal mit einem gemeinsamen einen TeU des Paares and die anderen Elektroden in den Kanälen mil dem anderen Teil des Paares verbunden sind.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (153Z), die dei ersten Zone (100) benachbart ist, in einem dei genannten Kanäle liegt und daß eine andere Elektrode (153/4), zu der die Steuerelektrode (182) benachbart ist, in einem anderen der genannten Kanäle hegt.
10. 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 [153A) ist, der die Steuerelektrode (182) benachbart ist
11. 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 Abtastglk-der (100/4, 100 B) 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 (182A, 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. 12. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Kanälen (A, B; F i g. 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 (100/1, 1000) 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 (182/1, 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. 13. Einrichtung nach Ansprach 12, dadurch ge-■*' kennzeichnet, daß die Elektroden Feldplattenelektroden sind.
14. !4. Einrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Anzahl von mit Abstand an- geordneten Zonen (403, 404, X, Y, Z; Fig. IS) eines zweiten Leitfähigkeitslyps, die benachbart zur Oberfläche des Korpus (401) und symmetrisch bezüglich der Feldplattenelektroden (401 A', IX, IY, 2Y) angeordnet sind, derart, daß jede Feld- to plattenelektrode sich über den Abstmd zwischen einem Paar der genannten Zonen erstreckt, und über eine der Zonen des genannten Paares mehr als über die andere Zone dieses Paares.
15. 15. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anordnungen (524, 528) für die Vorspannung der Abtastglieder (541) auf einen festen Referenzpegel vor jeder Erkennungsoperation, um die Empfindlichkeit zu verbessern.
16. 16. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge- ao kennzeichnet, daß das Speichermedium 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 as (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 (533A) der genannten Feldplattenelektroden angeordnet sind, und daß schließlich die Gate-Glieder aus einer zweiten Feldplattensteuerelektrode (532) bestehen, die über und isoliert von der Oberfläche des halbleitenden Materials angeordnet ist, das den Abstand zwischen den Injektoren und der genannten anderen Feldplattenelektrode bildet, wobei sie leitend mit der ersten Zone für die Steuerung des Ladungstransportes von der dritten Zone (543) weg in Abhängigkeit von dem festgestellten logischen Zustand an der ersten Zone verbunden ist.
17. 17. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektioden Feldplattenelektroden sind und das Speichermedium ein Halbleiter ist, wobei das Abtastglied aus einer elektrisch gleitenden ersten Zone (541) eines zweiten Leitfähigkeitstyps oesteht, 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 Leitfähigkeilstyps innerhalb des Körpers und mit Abstand von der ersten Zone angeordnet ist, daß ferner eine erste Feldplattensteuerelektrode (524) über und isoliert von dem halbieitenden Material angeordnet ist, das den Abstand zwischen den ersten und zweiten Zonen bildet, dag weiter eine zweite Feldplattensteuerelektrode (532) über der Oberfläche und benachbart zn einer.anderen der genannten FeIdplattenelektroden(533i4) 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. 18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zone (54) leitend mit der ersten Feldplattensteuerelektrode (524) verbunden ist.
19. 19. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zone mit einem getrennten Impulsgenerator(544B) verbunden ist.
20. 20. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Anordnung (528) für die Aufrechterhaltung einer Vorspannung (— V_R) an der zweiten Zone (542).
21. 21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannung eine Gleichspannung ( — V_R) ist.
22. 22. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Anordnungen (525, 526) für das sequentielle Anlegen einer Anzahl von unterschiedlichen Spannungen an die erste Fsldplattensteuerelektrode (524).
23. 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 (523C), die der ersten Zone benachbart ist, angelegt werden.
24. 24. Einrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch sequentielle Anordnungen, die ein Leiterpaar bilden (525, 526), wobei jede zweite Feldplattenelektrode mit einem gemeinsamen Teil des Paares und die anderen Feldplattenelektroden mit dem anderen Teil des Paares verbunden sind und die erste Feldplattensteuerelektrode (524) mit dem anderen Teil als die Feldplattenelektrode (523C), die der ersten Zone benachbart ist, verbunden ist.
25. 25. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfeldplattenelektrode (533A) von der dritten Zone (543) mit Abstand angeordnet ist, so daß der Abstand von der zweiten Feldplattensteuerelektrode (252) überbrückt wird.
26. 26. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfeldplattenelektrode (533/4) leitend mit der Feldplattenclektrode (523C) verbunden ist, die der ersten Zone benachbart ist.
27. 27. Einrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die F.mpfangsfeldplattenelek trode (533/1) größer als die anderen Feldplatten elektroden ausgebildet ist.
28. 28. Einrichtung nach Anspruch 17, gekenn zeichnet durch eine Anzahl von mit Abstain angeordneten Zonen (554/1, 533 B, 544 B, 541 Fig. 21) des zweiten Leitfähigkeitstyps, die zui Oberfläche des Körpers benachbart und sym metrisch bezüglich der Feldplattenelektrode dcrar angeordnet sind, daß jede Feldplattenelektrodt sich über den Abstand zwischen einem Paar dei genannten Zonen erstreckt, wobei sie sich übe

    den einen Teil des Zonenpaares mehr erstreckt Sätze von kombinatorischen logischen Funktionen.

    als den anderen Teil. Die am häufigsten vorkommenden digitalen logischen
29. 29. Einrichtung nach Anspruch 17, gekenn- Funktionen sind die Zustandsumkehr (Signalkomple-

    zeichnct 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, kön-

    tcn Zone (544 ß) und der genannten anderen nen alle anderen logischen Funktionen, wie beispiels-

    (561 A) der Feldplattenelektroden liegt. weise UND, ODER, NAND, NOR, von diesen abge

    leitet werden.