DE2153675C3 - Vorrichtung zur Speicherung und Übertragung von Informationen - Google Patents

Vorrichtung zur Speicherung und Übertragung von Informationen

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DE2153675C3
DE2153675C3 DE2153675A DE2153675A DE2153675C3 DE 2153675 C3 DE2153675 C3 DE 2153675C3 DE 2153675 A DE2153675 A DE 2153675A DE 2153675 A DE2153675 A DE 2153675A DE 2153675 C3 DE2153675 C3 DE 2153675C3
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Description

Fig. 4 eine Draufsicht auf ein weiteres, dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ähnliches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtung,
Fig. 5 und 6 Draufsichten auf zwei, in verschiedenen Ebenen angeordnete Elektrodenmuster für eine erfindungsgemäße Ladungsübertragungsvorrichtung, und
Fig. 7 eine Draufsicht auf ein serpentinenförmiges Datenübertragungsmustcr, das durch die Überlappung der in Fig. 5 und 6 dargestellten Elektrodenmuster gebildet ist.
Die Vorrichtung nach Fig. 1 umfaßt einen Grundkörper 11, der beispielsweise aus einem N-Ieitenden Halbleitermaterial besteht. Der Grundkörper 11 kann aus einem beliebigen geeigneten Speichermaterial bestehen, beispielsweise Halbleitern, Halb-Isolatoren und Isolatoren.
Eine erste Isolierschicht 12 überdeckt den Grundkorpcr ii. Die isolierschicht Ϊ2 ist vorzugsweise eine Doppelschicht von verhältnismäßig geringer Dicke, beispielsweise 1000 A, und erstreckt sich über den Übertragungskanal, den der dargestellte Querschnitt zeigt. Die Isolierschicht 12 ist außerhalb des Bereiches des Übertragungskanals verhältnismäßig dick, so daß die an Leitungen anliegenden Kontakte außerhalb des Kanalbereichs das Oberflächenpotential des Speichermediums außerhalb des vorgesehenen Kanals nicht stören. Auf der Isolierschicht 12 sind mehrere voneinander getrennte Elektroden 13a, 13h, 13c, 13</... angeordnet. Jede Elektrode 13 wird von einer zweiten Isolierschicht 14 überdeckt, welche durch Oxidation der Elektroden 13 oder durch einen Niederschlag hergestellt werden kann.
Zwischen den Elektroden 13 ist eine zweite Gruppe von Elektroden 15«, ISb, ISc, ISd... angebracht, welche die Elektroden 13 teilweise überdecken und ein zweites Metallisierungsniveau bilden.
Bei den nachstehenden Erläuterungen sollen die Elektroden paarweise betrachtet werden, wobei jedes Elektrodenpaar eine Elektrode des ersten Metallisicrungsniveaus, z. B. die Elektrode 13a, und die bc-
i Mllii
veaus, z. B. die Elektrode 15a, umfaßt.
Die vorstehend erläuterte Vorrichtung kann auf verschiedene Weise hergestellt werden. Beispielsweise kann das sogenannte »Silicium-gatee-Verfahren nach der US-PS 3475234 angewendet werden. Bei diesem Verfahren wird das durch die Elektroden 13 gebildete Metallisierungsniveau durch Aufbringen einer Siliciumschicht gebildet; anschließend werden die Elektroden-Abmessungen in dem Silicium mittels eines photolithographischen Verfahrens bestimmt; anschließend werden die so gebildeten Silicium-Elektroden oxidiert; anschließend wird eine geeignete Metallschicht, beispielsweise aus Platin, Palladium, Gold oder Aluminium niedergeschlagen, worauf diese zweite Metallisierungsschicht photolithographisch in das geometrische Muster unterteilt wird, das für die Elektroden 15 gewünscht ist.
Alternativ hierzu kann ein sogenanntes »filmbildendes« Metall, beispielsweise die oxidierbaren Metalle Wolfram. Zirkon, Aluminium, Hafnium, Molybdän oder Nickel, an Stelle von Silicium verwendet werden, um die erste Metallisierungsschicht auszubilden. Gemäß einer weiteren Möglichkeit kann an Stelle von Silicium auch irgendein anderes geeignetes Leitmaterial für das erste Metallisierungsniveau verwendet werden, auf das anschließend beispielsweise durch Kathodenzerstäubung eine Isolierschicht aufgebraehl wird, anstatt die Isolierschicht durch chemische Umwandlung zu bilden.
S Die gegenseitige Überlappung benachbarter Elektroden nach Fig. I stellt ein wichtiges Merkmal dei Erfindung dar, weil sich hieraus eine Ladungsübertragungsvorrichtung ergibt, bei der sämtliche Teile des Ubertragungskanals durch eine oder mehrere Elck-
>o trodcn abgedeckt sind. Auf diese Weise wird dei Übertragungskanal wirksam gegen Verunreinigungen geschützt, die ansonsten in die Isolierschichten 12, 14 eindringen und die Vorrichtung ungünstig beeinflussen könnten.
'5 Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung kann im Vierphasenbetrieb unter Verwendung von vier Elektroden (zwei Elektrodenpaarcn) je Informations-Bil betrieben werden, indem sinusförmige oder periodische Spannungen, die jeweils um eine viertel Periode
ao gegenseitig phasenverschoben sind, sequentiell an jede vierte Elektrode angelegt werden. Hierzu ist, wie aus Fig. 1 hervorgeht, jede vierte Elektrode an eine gemeinsame Steuerleitiing 16, 17, 18 bzw. 19 angeschlossen, die mit den vierphasigen Steucrspannungeii
ä5 Φ, bis Φ4 gespeist werden. Diese Steucrspannunger bewirken die Ausbildung von wandernden Potentialminima innerhalb des Grundkörpers 11, in den bewegliche Ladungen zur Informationsspeicherung und -übertragung injiziert werden können. Der Vierphasenbetrieb ermöglicht eine gute Anpassungsfähigkeil an verschiedene Aufgabenstellungen der Vorrichtung sowie eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit, da die Ladungsübertragungsrichtung durch einfache Änderung der angelegten Steuerspannungen umgekehrt werden kann und da aus der auf Ladungsträgeranreicherung beruhenden Ladungsübertragung der größte Vorlei! gezogen werden kann.
Auf Grund der sich wiederholenden Symmetrie! werden die vierphasigen Steuerspannungen durch zwei Paare von Steuerleitungen zugeführt, wobei eir Steuerleitungspaar an jeder Seite des Übertragungskanals angeordnet ist. Dies ergibt sich aus der in F i g. Ί dargestellten Draufsicht auf die Laduneskopplunesvorrichtung nach Fig. 1. Hierbei stellt Fig. 1 einer Längsschnitt längs der Schnittlinie Γ-Γ von Fig. "t dar.
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, befindet sich der Über tragungskanal zwischen parallelen, gestrichelten Li nien 21 und 22, wo auf der Oberfläche des als La dungsspeichermedium dienenden Grundkörpers 11 eine verhältnismäßig dünne Isolierschicht haftenc aufgebracht ist, die beispielsweise aus Silicium/ioxic besteht und eine Dicke von 1000 A aufweist. Außer halb des Kanals bedeckt eine dickere Isolierschich 12, beispielsweise aus Siliciumdioxid oder Siliciumni trit, mit einer Dicke von 10000 A die restliche Ober fläche des Speichermediums, wobei diese außerhalt liegenden Teile dicker sind, um eine Beeinträchtigunj des Oberflächenpotentials des Speichermediums au ßerhalb des Kanals durch die an die Steuerleitunger angelegten Spannungen zu verhindern.
Auf der doppelt dicken Isolierschicht sind zwei, eir erstes Metallisierungsniveau darstellende Leitunger 13', 13" an jeweils einer Seite des Übertragungskanal!
angeordnet. Die Leitungen 13', 13" umfassen ineinander eingreifende, rechteckige Teile 13a, 13b, 13c 13 a', 13 c, weiche sich über den übertragungskana erstrecken und als Elektroden dienen. Die Elektroder
13fj. 13c und 13r stellen einen Teil der Leitung 13" dar. während die Elektroden 13/> und 13i/ einen Teil der Leitung 13' darstellen.
Über zumindest den Elektroden des ersten Metallisierungsniveaus befindet sich eine zweite Isolier· schicht 14, während zsvei weitere, ein zweites MeIaIIisierungsniveau darstellende Leitungen 15', 15" an jewei!" einer Seite des Uberlragungskanals über den Leitungen 13' bzw. 13" angeordnet sind. Die Leitungen 15', 15" umfassen ineinandergreifende rechtekkige Abschnitte 15«, 15c, welche sich üb·;!· den Übertragungskanal erstrecken und als Elektroden dienen. Die Elektroden 15</. 15c. 15c stellen einen Teil der Leitung 15' und die Elektroden 15/). 15t/einen Teil der Leitung 15" dar. 1S
Bei dem Vierphasenbetrieb wird die Steuerspannung Φ, mit der ersten Phase der Leitung 13" zugeführt: die Steuerspanniing Φ2 mit der zweiten Phase wird der Leitung 15'. die Steuerspannung Φ, mit der dritten Phase der Leitung 13' und die Steuerspannung a° Φ., mit der vierten Phase der Leitung 15" zugeführt.
Ein wichtiges Merkmal der in Fig. 2 dargestellten Anordnung der Leitungen besteht darin, daß die Leitung 15 für die Steuerspannung mit der vierten Phase die Leitung 13" für die .Steuerspannung mit der ersten J5 Phase überdeckt und daß die Leitung 15' für die Steuerspannung mit der zweiten Phase die Leitung 13' für die Steuerspannung mit der dritten Phase überdeckt. Gleichgültig ist es dagegen, ob die Leitung 15" die Leitung 13" überdeckt oder nicht. Wesentlich ist Iediglirh die Streukapazitälskopplung, welche sich aus der in Fig. 2 dargestellten Nebeneinanderanordnung ergibt. Bei Vorrichtungen, in denen Silicium oder ein anderes Material mit einem wesentlichen Widerstand für das erste Metallisierungsniveau verwendet wird. beispielsweise für die Leitungen 13'. 13", kann der Serienwidertand 100 Ohm m oder noch höher sein. Auf Grund dieses Widerstandes und der verteilten Kapazitätskopplung zu dem Speichermedium wirken derartige Leitungen als Ubertragungsleitungen und können daher die Phase der daran angelegten Signale erheblich "erzögern. Da jedoch die Steuerspannung
φ „_ tujo .i..- c. λ „-»ι -i:„ S;j-j=-
spannung Φ2 um 90° der Stcuerspannung Φ3 voreilt, zeigt die Steuerspannung ΦΛ das Bestreben, die Phase der Steuerspannung Φ, vorzuschieben, wenn die Steuerleitungen für die Spannungen Φ2 und Φ3 kapazitiv gekoppelt sind. Diese Phascnvorschiebung kann benutzt werden, um die Phasenverzögerung durch den Widerstand der Leitungen zu kompensieren. Dies ist bei der Vorrichtung nach Fig. 2 der Fall.
Zur Vermeidung der Schwierigkeiten, welche bei der Erzeugung, Synchronisierung und Übertragung von vierphasigen Steuerspannungen entstehen, kann die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ladungskopplungsvorrichtung auch mit einer zweiphasigen Steuerspannungbetrieben werden, indem zusätzlich zu den zweiphasigen Steuerspannungen eine Gleichspannung an die Leitungen angelegt wird, um eine entsprechende Gleichspannungs-Verschiebung zwischen den ersten und zweiten Elektroden jedes Elektrodenpaares zu erzeugen. In diesem Falle werden die erste und die zweite Phase der Steuerspannungen abwechselnd den Steuerleitungspaaren zugeführt, so daß jedes Elektrodenpaar zur gleichen Zeit von der gleichen Steuerspannungsphasc angesteuert wird. Die erwähnte zusätzliche Gleichspannung an den Steuerleitungen dient dazu, um die erforderliche Asymmetrie der Polentialttiulden zu schaffen, um eine Ladungsübertragung in einer Richtung zu gewährleisten.
Nach Fig. 1 kann für einen zweiphasigen Betrieb zwischen den Leitungen 16, 17 und 18, 19 eine Gleichspannung angelegt werden, um die Elektroden 15 gegenüber den Elektroden 13 positiv oder negativ vorzuspannen. Die erste Steuerspannungsphase wird dann den Leitungen 16 und 17 gleichzeitig zugeführt, während die zweite Steuerspannungsphase den Leitungen 18 und 19 gleichzeitig zugeführt wird. Bei der darauffolgenden Steuerspannungsperiode wird dann die erste Steuerspannungsphase den Leitungen 18 und 19 und die zweite Steuerspannungsphase den Leitungen 16, 17 gleichzeitig zugeführt. Bei jedem Polaritätswechsel der Steuerspannungen wird somit die eine Information darstellende Ladung um zwei Elektroden nach links oder rechts (in Abhängigkeit von der Polarität der zusätzlich angelegten Gleichspannung) verschoben.
Da die Ladu'igsübertragungsrichtung von der Polarität der zusätzlich angelegten Gleichspannung abhängig ist. kann die Ladungsübertragungsrichtung elektronisch dadurch umgekehrt werden, daß einfach die Polarität der Gleichspannung umgekehrt wird. Die zusätzlich angelegte Gleichspannung braucht selbstverständlich nicht zwischen den Leitungen 16, 17 und den Leitungen 18. 19 angelegt zu werden, sondern kann ebensogut auch zwischen den Leitungen 17, 18 und den Leitungen 16. 19 angelegt werden, wobei in diesem Falle die beiden Phasen der Taktspannungen gleichzeitig den entsprechenden Leitungspaaren, d. h.. den Leitungen 17. 18 und 16, 19 zugeführt werden.
Falls es bei bestimmten Anwendungsfällen nicht möglich ist. in der vorstehend erwähnten Weise vier Leitungen pro Übertragungskanal zu verwenden oder falls die Anlegung von vierphasigen Steuersignalen bzw. von zweiphasigen Steuersignalen und der zusätzlichen Gleichspannung Schwierigkeiten bereitet, können ähnliche Betriebsergebnisse erzielt werden, wenn pro Übertragungskanal ein zweiphasiges Steuersignal und zwei Signalleitungen vorgesehen werden und
sehen der ersten und zweiten Elektrode jedes Elektrodenpaares vorgenommen wird. Diese Möglichkeit ist an Hand des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 veranschaulicht.
Wie Fig. 3 schematisch zeigt, sind jeweils die erste und zweite Elektrode jedes Elektrodenpaares, z. B. die Elektroden 13a und 15a, durch eine Parallelschaltung von einem Kondensator 31a, 31b. 31c, 31 d und einem Widerstand 32a, 32b, 32c und 32a1 gekoppelt. Die zweiten Elektroden von aufeinanderfolgenden Elektrodenpaaren sind mit jeweils einer verschiedenen Steuerleitung 33 bzw. 34 verbunden, an welche die zweiphasigen Steuerspannungen Φ, und Φ2 angelegt sind.
Infolge der kapazitiven Kopplung zwischen den ersten und zweiten Elektroden jedes Elektrodenpaares werden an den ersten Elektroden 13a, 13f>, lic und 13dder Elektrodenpaare Spannungen induziert, deren Amplitude geringer ist als die Spannung an der zweiten Elektrode des betreffenden Elektrodenpaares. Diese Spannungsverringerung resultiert aus der kapazitiven Spannungsteilung zwischen den Kondensatoren 31 und der Kapazität der Elektroden gegenüber i'er Oberfläche des Grundkörpers 11. Infolge der ar' Jen Elektroden 13 induzierten 2erineeren
9 10
Spannung ist bei Anliegen einer negativen Steuer- tragungskanal erstrecken und als Elektroden dienen,
spannung das Oberfiächenpotential unterhalb der Die Elektroden 44«, 44c, 44c stellen einen Teil der
Elektroden 13 weniger negativ als das Oberflächen- Leitung 44' und die Elektroden 44b. 44d einen Teil
potential unterhalb der Elektroden 15. der Leitung 44" dar.
Die Widerstände 32 dienen nicht zur Kopplung von 5 Im Betrieb werden den Leitungen 44', 44"abwech-
Steuerspannungen zwischen den Elektroden 15 und selnd zweiphasige Steuerspannungen zugeführt. Eine
13, sondern zur Ableitung der sich an den Elektroden der Elektroden 43 des ersten Metallisierungsniveaus
13 ansammelnden Ladung. Demgemäß wird der Wi- dient als erste Elektrode jedes Elektrodenpaares,
derstandswert dti Widerstände 32 wesentlich größer während eine der Elektroden 44 als zweite Elektrode
;■;.- als der Scheinwiderstand der Kondensatoren 31 und >° jedes Elektrodenpaares dient. Zur kapazitiven Kopp-
i] wesentlich geringer als der Widerstandswert der Iso- lung zwischen den Elektroden jedes Elektrodenpaares
'·'; lierschicht 12 zwischen den Elektroden 13 und der überdeckt jede Elektrode 44 die vorangehende Elek-
Oberfläche des Grundkörpers 11 gewählt, um eine trode 43 stärker als die nachfolgende Elektrode 43.
unerwünschte Entladung zu verhindern. Für die Wi- Insbesondere überdeckt die Elektrode 44/) die Elek-
( derstände 32 können Widerstandswerte zwischen 10s '5 trode 43/) in größerem Maße als die Elektrode 43c.
f. und K)" Ohm. vorzugsweise Κ)Λ bis K)" Ohm. vorge- im gleicher Weise überdeckt die Elektrode 44c die
sehen werden. Obgleich der genaue Widerstandswerl Elektrode 43c in weit größerem Umfang als die Elek-
unkritisch ist, sind die Widerstände 32 wichtig, um trode 43</ usw. Der Grad der kapazitiven Kopplung
unerwünschte Ladungsansammlungen an den Elek- zwischen einer Elektrode 44 und einer Elektrode 43
u triliji'n 13 ZU ^''fhin'''1 r!l ln !S! '''llv'j Pr'W)f!!'!!V1! ''·'!" ϊ-1'ieji.. Ulli (Ii., vti-K ili.. K.'i.
;,j Die Widerstände 32 brauchen jedoch nicht in den- den betrachteten Elektroden überlappen.
;j jenigen Fällen vorgesehen zu werden, bei denen eine Nachfolgend sollen die Elektroden 43«. 44«. 44/'
■' unerwünschte Entladung und andere Wirkungen der und 43c im einzelnen erläutert werden. Es ist vortoil-
.; Ladungsansammlung keine Schwierigkeiten darsiol- haft, wenn die Elektrode 44« die Elektrode 43« mehr
;j len. Es ist auch nicht erforderlich, bei jedem Elektro- *5 als die Elektrode 43/) überdeckt, was eine größere
:; denpaar einen Widerstand zu verwenden. Statt dessen kapazitive Kopplung zu der Elektrode 43« als zu der
Ij können die mit einer gemeinsamen Sleuerleitung vor- Elektrode 43/> ergibt, so daß an der Elektrode 43«
fs bundenen Elektroden 13 so beschaltet werden, daß eine höhere Spannung als an der Elektrode 43/» ange-
Ij eineinziger Widerstand zwischen der die botreffenden legt wird. Dies steigert die Asymmetrie der Potenlial-
j(' Elektroden parallel verbindenden Leitung und der 3° mulden, so daß die Ladungsübertragung in einer be-
j'J Steuerleitung angeordnet wird. Da die Elektroden stimmten Richtunggefordert wird. Diese Asymmetrie
ij 15«, 15c mit einer gemeinsamen Leitung 33 verbiin- tier Potentialmulden wird auch dadurch erhöht, daß
Il ilen sind, können die Elektroden 13«, 13c in nicht die beiden Elektroden 44. die eine zugeordnete Elek-
i! dargestellter Weise mit einer anderen Leitung \cr- tiode 43 überdecken, an gegenphasigen Steucrspan-
id bunden werden, wobei ein Ableitwiderstand zwischen !5 nungen liegen. Somit überdeckt jede der Elektroden
it der Leitung 33 und der an die Elektroden 13«. 13c 44« und 44/» die Elektrode 43/>; feiner stellt die Elek-
Ij führenden Leitung angeordnet werden kann. trode 44« einen Teil der Leitung 44' dar. die von der
;; In Fig. 3 stellt die gestrichelt eingezeichnete Linie einen Phase derSleuerspannung angesteuert wird: die
- 35 schematisch das Oberflächenpotential (Tiefe der Elektrode 44/> ist dagegen ein Feil der Leitung 44".
ij Potentialmulden) an der Oberfläche des Grundkor- 4« die von der anderen Phase der Steuerspannung angc-
:j pers 11 dur. Bei Verwendung eines halhleiteiulen Ma- steuert wird. Infolgedessen ist die sogenannte
ij lerials für den Grundkörper 11 kann die gestrichelt »Nelto-(lberlappiing> <. d.h.. der Wert, um den die
y eingezeichnete Linie 35 ai-vh in der Weise gedeutet Übcrlappungsflächc der Elektrode 44/> die Uberlap-
I werden, daß sie schemalisch die lircnzllachcn tier pungsllache der Elektrode 44« übersteigt, von Wich-
I Verarmungsbereiche darstellt, die dem Oberflächen- 45 ligkeit. Aisallgemeine Faustregel gilt, daß bei steigen-
Si potential entsprechen. Wegen der kapazitiven Kopp- der Nello-Überlappung die Differenz zwischen dem
|j lung zwischen den Elektroden ist jede der zusammen- Oberflächenpotontial unter den Elektroden 43/' und
it gesetzten Potentialmulden unter jedem Elektroden- 44/> abnimmt. Beispielsweise ist eine Netto-Ühcrlap-
paar in der Weise asymmetrisch, daß die bevorzugte pimg von etwa 20' '<> der Gesamtfläche der Elektrode
Richtung ties positiven Ladungsuberganges von der 5» 43 fur solche Vorrichtungen geeignet, bei denen die
ersten Elektrode, beispielsweise 13«. jedes Paares in Isolierschicht zwischen den Elektroden 43. 44 aus Si-
Richlungauf die zweite Elektrode, beispielsweise 15«. liciumdioxid von etwa K)(H) Λ Dicke besteht und die
iles betreffenden Elektrodenpaarcs verläuft. mit einer impulsforniigen zweiphasigen Stcucrspan-
Wic aus der Draufsicht nach I"ig. 4 hervorgeht. mingmil Impulshohcn von (lbz.w. - M) Volt gcsicu-
liegt der Übertragungskanal zwischen den gestrichelt 55 eil werden.
eingezeichneten Linien 41, 42. wobei in gleicher Zur Erzeugung i'er gewünschten Richtungseharak-Wcise wie in Lh: 2 über dem Ciberiia;4un^kanal eine leristik der Ladungsübertragung ist zumindest ein Isolierschicht vorgesehen ist. die dünner als die rest- Wert von 4 kl", d. h., etwa 0,1 Volt Oberflächenpolicln·. uingcbenili Isolierschicht ist. lential-Differenz bzw. Potcnlialmulden-Asymmetrie Aul der doppelt dicken Isolierschicht ist eine 6o zwischen benachbarten Polcntialmulden erforderlich. Gruppe von örtlich festgelegten Elektroden 43« bis Praktisch hat sich jedoch gezeigt, daß für einen opti-43/ angeordnet, die ein erstes Metallisierungsniveau malen Betrieb diese Asymmetrie mit Vorteil etwa bilden. Eine zweite Isolierschicht ist zumindest über gleich der halben Differenz zwischen den Spitzeden Elektroden des ersten Metallisierungsniveaus an- Spitze-Änderungen des Oberflächenpotentials zwigeordnet, während ein Leitungspaar 44' und 44" an 65 schon benachbarten Elektroden oder Elektrodenpaajeder Seite des Übertraglingskanals vorgesehen Lsi. rc η gemacht wird. Wenn daher die angelegten Die Leitungen 44', 44" umfassen ineinandergreifende Sicuerspannungen -6 V und !6 V sind, so bildet rechteckige Teile 44« bis 44c. die sich über den Ober- sich eine Potentialmiilden-Asymmetrie von etwa 5 V
(' , (16 — 6] Volt) aus.
Für die Ausbildung von serpeniinenförmigen Datenübcrtragungsmustern kann die Vorrichtung nach Fig. 4in vorteilhafter Weise gemiiB Fig. 5 bis 7 abgewandelt werden.
Fig. 5,6 zeigen sinusförmige Elektrodenmustei für das erste und zweite Metallisierungsniveau. welche mit einer dazwischenliegenden Isolierschicht ahnlich wie bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 4 versehen sind und über einer doppelt dicken Isolierschicht auf einem Speichermedium angebracht sind (Fig. 7). Insbesondere stellen die geometrischen Muster Sin bis 51</ nach Fig. 5 die Elektroden-Ausbildungen dar, welche fur das erste Melallisicrungsniveau nach Fig. 7 verwendet werden: dagegen stellen die geometrischen Muster 53ii bis 53</ die Elektroden-Ausbildungen dar, wie sie fur das zweite Metallisierungsniveau nach Fig. 7 verwendet werden. In Fig. 7 sind die Elektrodeninuster in gleicher Weise WH' ϊΐιι* Miisl'T οι'ΓΠ:'.β Fin S '"* !^''^''!'"l·!!1.·1'.
In Fig. 7 sind zwei Überlragungskanäle veranschaulicht. woi>. · ein erster Ohertragungskaiii.il zwischen den parallelen gestrichelten Linien 61. 62 und ein zweiter Obcrtragungskanal zwischen den parallelen gestrichelten Linien 63, 64 vorhanden ist. Im Gegensatz zu den vorstehend erläuterten Atisfuhrungsbeispielen sind die Metallisierungen der Elektroden und der Leitungen, d. h.. die Muster 51« bis 51</ und 53« bis53</, quer zu den Obertragungskanalen angeordnet, wohingegen gemäß Fig. 2. 4 die Metallisierungen der Steuerleitungen längs iler Uhcrtragungskanäfc verlaufen.
In Fig. 7 stellen die punktierten Teile des zweiten Metallisierungsniveaus, d. h., der Muster 53« bis 53</. diejenigen Teile dar. welche einen Teil des ersten Metallisierungsniveaus überdecken. Diese punktierten Oberlappungsahschnitte bilden die fur den Betrieb gemäß Fig. 3. 4 erwünschte Kapazitälskopplung.
Bezüglich des ersten Ubertragungskanals zwischen ilen Linien 61. 62 ist die Überlappung /wischen der Elektrode 53« und der Elektrode 51« in dem punktierten, hantelartigen Teil 70« großer als «.lic Überlappung zwischen der Elektrode 53« und der Elektrode 61 /> in Uein punktierten Sechseckbeicich 71«. In ähnlicher Weive ist der punktierte hantclartigc Teil 70/>. in welchem die Elektrode 53/' die Elektrode 51 überlappt, größer als der punktierte Sechseekhereich 71/>. in welchem die Elektrode 53/> die Elektrode 51 ( überlappt. Über dem ersten Ühcrtragungskanal /wischen den Linien 61. 62 ist somit die Überlappung tier Elektroden des /weiten Melallisierimgsniveaus nach links großer als nach rechts. Demgemäß überwiegt die linke Kapa/itätskopplung. si' daß die Ühcitragungsrichtung in dem ersten Kanal gemäß Fig. 7 nach rechts erfolgt.
Hinsichtlich des /weiten Ubertragungskanals zwischen den Linien 63. 64 ist jedoch der punktierte hantelartigc Oberlappungsbereich 81«. in welchem die Elektrode 53</ die Elektrode 51« überlappt, größer als der punktierte sechseckige Bereich 80«, in welchem die Elektrode 53« die vorangehende, nicht bezeichnete Elektrode des ersten Metallisierungsniveaus überlappt. In ähnlicher Weise ist der punktierte hantelartige Bereich 81/), in welchem die Elektrode 53/' die Elektrode 51 /> überlappt, größer als der punktierte sechseckige Bereich 80/'. in welchem die Elektrode 53/) die Elektrode 51« überlappt. Über dem zweiten
'5 Übertragiingskanal zwischen den Linien 63. 64 isl somit die Überlappung der Elektroden des zweiten Metallisierungsniveaus nach rechts größer als nach links. Demgemäß überwiegt die kapazitive Kopplung auf der rechten Seite, so daß die Ladungsiihertragungs-
rti'htnnu in di'm /«.viti'n I ihi-rtr^uiinuQk-iinnl nnrh link-*; c? ■ - - ■ - -._ p.. ..σ_ —
verläuft.
Bei Anlieger von zweiphasigen Steuerspannimgeii an den Elektroden 53 über die Steuerleitungen 65 66 w erden die Ladungen in dem ersten Übertragungs-
kanal nach rechts und in dem zweiten Ubertragungskanal nach links verschoben. Dies stellt ein erforderliches Grundmcrkmal fur einen serpentinenförmigen Daienfluß dar.
Die Übertragungskanale müssen selbstverständlich an den Finden miteinander gekoppelt sein, damit die Information bzw. 1 .idung an dem Ende eines Kanals auf den Anfang des nächsten Kanals gekoppelt wird. Hierzu dient die in Fig. 7 sehematisch durch einen Block dargestellte Kopplungseinrichtung 90. deren
.i5 Elektroden 91. 92 zu dem ersten bzw. zweiten Über-Iragungskanal hin gerichtet sind. Da bei jeder Ladungsübertragung ein gewisser Ladungsscrlus! auftritt, ist es vorteilhaft, die Information bei der Kopplung von dem einen Übcriragungskanai auf ilen
+" nächstfolgenden Üherlragunj>skanal zu regenerieren. Hierzu können eine Vielzahl bekannter Regenerier-Nchaliungeii verwendet werden.
Es versteht sieh, daß die in Fig. 5 bis 7 dargestellt«, μ nsmmeirischen Metallisierungsniuster nicht aut rute
Anwendung fiir zwei Übertragungskanäle hcsehi\.,.ki sind, sondern bei entsprechender Verlängerung über eine Vielzahl von Übcrlragungskanalen verlaufen können, in welchen eine Information mit abwechselnder Übertragungsrichtung übertragen wird. Es ist feriici möglich, die Vorrichtung gemäß Eig. 4. 7 im Vier-ρ hase nbe trieb zu betreiben, indem au jede Elektrode beider Melaliisiei ungsniseaus Vierphascnspaniiunüen anuclcci werden.
(herzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (19)

I'ateiitnnsprüche,
1. Vorrichtung zur Speicherung und Übertragung von Informationen in Form elektrischer Ladüngen, mit einem halbleitenden oder isolierenden Ladungsspeichcrmedium, einer auf der Oberfläche des Ladungsspeichermodiurns angebi achten Isolierschicht sowie einer Vielzahl von Elektroden, die gegenseitig isoliert unter teilweiser Überlappung in ainem Absland von dem Ladungsspeichermedium hintereinander angeordnet sind, wobei der Abschnitt des Ladungsspcichermed'iums unteihalb der Elektroden einen einzigen Leitungstyp aufweist, dadurch ßekennzeichnet, daß sämtliche Elektroden (13, 15) zumindest mit einem Teil ihrer Oberlläche unmittelbar auf der Isolierschicht (12) angebracht
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ao kennzeichnet, daß jede zweite Elektrode (13a, 13h, 13c, 13*0 mit einer Isolierschicht (14) bedeckt ist, die zur Isolierung gegenüber den angrenzenden Elektroden (15a, ISb, 15c, ISd) vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (16 bis 19) zum gleichzeitigen Anlegen von Vierphasenspannungen an die Elektroden, wobei die gleiche Phase an jede vierte Elektrode angelegt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet Jurch vier Steuerleitungen (16 bis 19), wobei jede vierte Elektr"de mit einer gemeinsamen Steuerleitunp verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gckennzeichnet durch eine Einrichtung (16, 17; 18, 19) zum Anlegen einer Gleichspannung zwischen die erste und zweite Elektrode jedes Paares der hintereinander angeordneten Elektroden sowie zum Anlegen von zweiphasigen Stcucrspannungen an aufeinanderfolgende Elekirodenpaarc.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein erstes Paar (13', 15') und ein zweites Paar (13", 15") von Stcucrlcitungcn, welche paarweise an jeder Seite des durch die Elektroden gebildeten Übertragungskanals angeordnet sind, wobei jedes Stcucrlcitungspaar eine erste (13') undeine zweite (15') Stcuerleitung umfaßt, welche die erste Stcuerleitung überlappt und von dieser durch Teile der zweiten Isolierschicht so (14) getrennt ist und wobei jede vierte Elektrode mit einer gemeinsamen Steucrlcitung verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steucrlcitung jedes Stcucrlcitungspaarcs auf dem gleichen MctallisicruMgsnivcau wie die erste Elektrode jedes Elektrodenpaarcs angeordnet ist und daß die zweite Stcuerleitung jedes Steuerlcitungspaarcs auf dem gleichen Metallisierungsniveau wie die zweite fi° Elektrode jedes Elcktrodenpaares angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine kapazitive Kopplung (31 a) zwischen den Elektroden jedes Elektrodcnpaares. S5
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (33, 34) zum gleichzeitigen Anlegen von zweiphasigen Spannungen an die einen Elektroden aufeinanderfolgender Elektrodenpaare,
10. Vorrichtung nach Anspruch X oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede zweite Elektrode jedes Elektrodenpaares die erste Elektrode stärker überlappt als die erste Elektrode des nächstfolgenden Elektrodenpaares.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung derart gewählt ist, daß sich, ein asymmetrischer Verlauf des Oberflächenpotentials des Ladungsspeichermediums (11) mit einer Potentialdifferenz von zumindest 0,1 Volt zwischen den Potentialminima und der ersten und zweiten Elektrode jedes Elektrodenpaares ausbildet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung etwa 20% der Fläche der darunter liegenden ersten Elektrode jedes Elektrodenpaares entspricht.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine erste und zweite Steuerleitung (44', 44") an jeder Seite des durch die Elektroden gebildeten Übertragungskanals, wobei die zweiten Elektroden der Elektrodenpaare an die gleiche Steuerlcitung angeschlossen sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erster. Elektroden der Elektrodenpaare aus einer Silicium und die filmbildenden Metalle umfassenden Gruppe bestehen und daß die zweiten Elektroden der Elektrodcnpaare au? Metall bestehen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladungsspeichermedium (11) aus Silicium besteht, daß die erste Isolierschicht (12) aus Siliciumdioxid besteht, daß die ersten Elektroden (13) aus einer Silicium und die oxidierbaren Metalle umfassenden Gruppe bestehen, daß die zweite Isolierschicht (14) aus einer Siliciumdioxid und die Oxide der oxidierbaren Metalle umfassenden Gruppe bestehen und daß die zweiten Elektroden (15) der Elektrodenpaare aus Metall bestehen.
16. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodcnpaare zwei Gruppen von Elektroden in Form sinusartiger Metallstreifen umfassen, die voneinander isoliert sind und auf unterschiedlichen Niveaus angeordnet sind, daß das geometrische Muster der Elektroden und deren relative Stellungen zucinanderdcrart gewählt sind, daß der Flächenbereich der Überlappungen (70a) zwischen einer Elektrode und einer vorangehenden Elektrode längs eines Übcrtragungskanals (61, 62) sich von dem Flächcnbcreich (71a) der Überlappung zwischen dereinen Elektrode und der folgenden Elektrode unterscheidet.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifen vom gleichen Muster wie die Streifen einer Gruppe sind, welche in der entgegengesetzten Richtung zu den Streifen der anderen Gruppe orientiert ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Ubertragungskanal (63, 64) vorgesehen ist und daß die Elektroden in ähnlicher Weise längs des zusätzlichen Übertragungskanals angeordnet sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2. da-
durch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der ersten Elektrode (13) und der zweiten Elektrode (15) jedes Elektrodenpaares in der Größenordnung von 1000 Λ liegt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art. Eine derartige Vorrichtung ist Gegenstand der älteren Anmeldung P 2135748.2.
Bekannte Ladungskopplungsvorrichtungcn (US-Zeitschrift »Bell System Technical Journal«, Band 49, Nr. 4, April 1970) weisen eine Schichtenfolge aus einem Halbleiter-Grundkörper und einer Isolierschicht sowie eine Vielzahl von hintereinander auf der Isolierschicht angeordneten Elektroden auf, von denen jede dritte Elektrode mit einer gegenüber den Steuerspannungen der anderen Elektroden phasenverschobenen Steuerspannung beaufschlagbar ist. Die Funktion dieser Ladungskopplungsvorrichtungen beruht darauf, daß eine in den Halbleiter-Grundkörper injizierte Ladung in einem von zahlreichen Poteniialminima (Potentialmulden) gespeichert wird, die infolge der phasenverschobenen Steuerspannungen an den Elektroden der Oberfläche des als Speichermedium dienenden Grundkörpers erzeugt werden. Die eine Information darstellende Ladung wird längs der Oberfläche des Grundkörpers dadurch weiterbewegt, daß die Potentialmulden durch Änderung der an die Eic klroden angelegten Steuerspannungen verschoben werden. Anwendungsmöglichkeiten von Ladungskopplungsvorrichtungen sind beispielsweise Schieberegister, Bilderzeugungseinrichtungen, Anzcigeeinfichtungen und Logikhauslcinc. Der gegenseitige Abstand zwischen benachbaiten Elektroden kann bei der bekannten l.adiingskopplungsanordnung aus technologischen Gründen jedoch nicht so eng gewühlt werden, «vie es für einen möglichst hohen Überirauungswirkungsgrad erwünscht wäre. Ferner können durch die frei liegenden Isolicrschichtubschnitte zwischen den Elekiroden Verunreinigungen in den übertragungskanal eindringen, was /u einer Änderung der Bctricbsparamctcr im Laufe der Zeit führen kann.
An Stelle von dreiphasigen Steuerspannungen können nach einem älteren Vorschlag (P 2107038.2-53) auch zweiphasigc Steuerspannungen verwendet werden, wobei jedoch durch bauliche Maßnahmen die Übertragungsrichtung der Ladungen festgelegt werden muß. Hierfür ist bei der älteren Vorrichtung eine stufenförmige Ausbildung der Isolierschicht und damit eine stufenförmige Anordnung der Elektroden vorgesehen. Dieser Aufbau stellt zwar die Übertragung dci Ladungen in einer definierten Richtung fest, doch ist die Ladnngsübcrtragungsrichtung nicht umkehrbar, was die Verwendbarkeit dieser Ladungskopplungsvorrichtung in einem serpcntinenförmigen Datcnübcrtragungsmiistc cinsc'iriinkt lime derartige L'nikchriing der Übertragungseinrichtung ist nach einem weiteren älteren Vorschlag (deutsche Patentiinnif.Idling P 21 35 748.2) dadurch ermöglicht, daß /wui, durch eine isolierschieh! voneinander getrennte Leitungsmuster vorgesehen sind, welche quer ?u ikn parallelen Kannlberck'hen «'erlaufen und sich dort wechselseitig überlappen. Dabei stellen die filier jeden einzelnen Kanal verlaufen.Ich Abschnitte aller I ci-I JiigsmusW r fiir den b·. irelleiiiicn Kanal eine Reihe viin in Kiiiiallängsrichlung verlaufenden Elektroden dar, wobei die Ladung ir jedem /weiten Kanal in der einen Richtung lungs der Eluktrodeureihe und in den anderen Kanälen in der entgegengesetzten Richtung längs der Elekmidenreihe übertrugen wird. Der \nfang und das Ende jeweils zweier benachbarter Kaniile sind mittels eines gesonderten Kanalbereichs miteinander verbunden, wodurch das erwähnte s:rpentiucnförmige Diitenübertragungsmuster entstein, bei dem der Übertragungiwert bei hoher Packungsdichte vervielfacht wird.
ίο Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Votrichtung der eingangs erwähnten An in schaffen, bei der gegenüber den bekannten Ladungskopplungsanordnungen benachbarte Elektroden sehr eng nebeneinander angeordnet werden können und bei der gleichzeitig der Kanal wirksam gegenüber Verunreinigungen geschützt ist.
Die Aufgabe wird i.:rfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Vorrichtung nach Anspruch I ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gegenüber der bekannten Lad !^kopplungsanordnung nach der US-Zeitschrift />Bd! System Technical' Journal«, Band 49, Nr. 4T April 1**70, besitzt die crfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil eines hohen Übertragiingswirkungsgrades, der sieh dadurch ergibt, daß benachbarte Elektroden sehr eng nebeneinander angeordnet werden können, beispielsweise in einem Abstand von etwa KK)OA. Ferner sind bei der erfindiirgsgeinäßcn Vorrichtung sämiliehe Teile· .lcs Informations-Übertrngungskanals durch eine oder mehrere Elektroden überdeckt, wodurch der Kanal in wirksamer Weise gegenüber Verunreinigungen geschützt wird, die ansonsten in die Isolierschicht eindringen und die Vorrichtung ungünstig beeinflussen könnten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann mit einer vierphasigen Steuerspannung betrieben werden, wobei zur Übertragung eines Informations-Bits vier Elektroden bzw. zwei Elektrodenpaare verwendet werden, an welche sinusförmige oder anders ausgebildete periodische Steuerspannungen angelegt werden, die um eine viertel Periode bzw. 90° phasenverschoben sind. Diese Steuerspannungen werden gleichzeitig den Elektroden derart zugeführt, daß jede vierte Elektrode eine Steuerspannung der gleichen Phase erhält. Zur Zuführung der vierphasigen Steuerspannungen kann jede vierte Elektrode an eine gesonderte Steuerleitung angeschlossen werden, die von einem vierphasigen Steuerspannungs-Gcncrator beaufschlagt werden. An Stelle dessen ist auch die Verwendung eines zwciphasigen Steuerspannungs-Gcnerators mit zwei an jeweils ein Elektrodenpaar führenden Steuerleitungen möglich, wenn durch Schaltungsmaßnahmen zwischen der ersten und zweiton Elektrode jedes Elektrodenpaares eine Phasenverschiebung der angelegten Steuerspannung um 90' erzeugt wird.
Die Erfindung wird mit ihren weiteren Einzelheiten und Vorteilen an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemiißen Ladengsiibertragungsvorrichtung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Ladungsiihertragungsvorrichtung nach Fig. 1.
Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein weiteres Ausführungsbcispiel einer erfindungsgemiißen Ladungsiibe r I ragungs vorrichtung,
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