DE2158605B2 - Ladungsgekoppelter Halbleiter-Datenspeicher - Google Patents

Description

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USA.-Patent 33 78 688 beschrieben. Dieses Patent die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Maßnahbeschreibt eine Anordnung von lichtempfindlichen men vor. Zusammengefaßt nutzt die vorliegende ErDioden, die durch einen Metalloxydschalter mittels findung die Tatsache aus, daß bei gleicher gemeinüberlappender und sich fortbewegender Inversions- samer Elektrodenspannung unter einem dickeren bereiche adressiert wird Dieses Patent zeigt im be- S Isolierschichtgebiet ein Verarmungsgebiet geringerer sonderen, daß durch Überlappung vcn zwei Inver- und unter einem dünneren Isolierschichtgebiet ein sionsbereichen und Erweiterung des einen Bereiches Verarmungsgebiet höherer Feldstärke entsteht, so bei gleichzeitiger Verkleinerung des anderen eine daß ζ. B. ein zum Ladungstransport geeignetes vierbewegliche Schicht zwischen mehreren Photodioden fach abgestuftes Verarmungsgebiet mit nur zwei und MOS-Einheiten gebildet werden kann, die in xo Elektrodenspannungen erzielbar ist.
demselben Halbleiter ausgebildet sind. AuCerdem Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen bestehen sagt das Patent allgemein, daß Spannungsgradienten- darin, daß die isolierende Schicht auf dem von den einrichtungen, Inversionsplatten und Isolierschichten Ladungen zu durchlaufenden Weg an einem Rand dazu benutzt werden können, um zwei sich fort- jeder Elektrode dicker ist als an dem gegenüberbewegende überlappende Bereiche zu bilden und so 15 liegenden Rand derselben Elektrode und daß Mittel wahlweise getrennte Übergänge zur Bewegung von zur Erzeugung und zum Anlegen zweier elektrischer Ladungen im Halbleiter zu verbinden. impulszüge gleicher Frequenz und im wesentlichen

Die USA.-Patente 34 49 647, 33 74 406 und entgegengesetzter Phase an die Elektroden vorge-

33 74 407 zeigen verschiedene Einrichtungen zur sehen sind, derart, daß eine in der Richtung des La-

Erzeugung von abgestuften und abgeschrägten Inver- ao dungstransportes früher liegende Elektrode span-

sionsbereichen innerhalb von FETs durch Erzeugung nungsfrei wird, nachdem an der nächsten nachfol-

von abgestuften Oxydrampen oder abwechselnden genden Elektrode Spannung angelegt ist.

Isolierschichten gleicher Dicke mit unterschiedlichen In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist eine

dielektrischen Konstanten. In diesen Patenten wird derartige Halbleiteranordnung gekennzeichnet durch

mit derartig ausgelegten Inversionsbereichen der as eine Eingangselektrode zum Einspeichern binärer

Stromfluß zwischen Source und Drain eines FET mit Information in Form von eine Binärzahl darstellen-

Hilfe der Abklemmpegel dieser Einheiten gesteuert. den Ladungen, die in die Verarmungsbereiche inji-

In jüngster Zeit wurden in der Fachliteratur Halb- ziert werden, sowie durch eine Ausgangselektrode

leiter ohne feste PN-Übergänge beschrieben, die die zum Auslesen der Information, nachdem die diese

Eigenschaft des Halbleitermaterials ausnutzen, zu- 30 darstellenden Ladungen den Speicher durchlaufen

sammen mit entsprechenden Elektroden an der haben.

Oberfläche des Halbleiters Ladungen im Halbleiter Schließlich besteht eine vorteilhafte Weiterbildung zu transportieren. Diese übergangslosen Elemente, darin, daß der von den Ladungen zu durchlaufende welche auch als ladungsgekoppelte Elemente bekannt Weg mäanderartig gefaltet ist, indem die Isoliersind, arbeiten grundsätzlich wie folgt. 35 schicht orthogonal zu den Elektroden verlaufende,

Durch das Anlegen von drei phasenverschobenen in ihrer Längsrichtung versetzte Erhöhungen bildet,

Spannungen derselben Intensität an einen mono- deren eines Ende je derart unter einer Elektrode

lithischen Körper aus einem Halbleitermaterial wer- liegt, daß sich die Ladungen um dasselbe herum-

den innerhalb dieses Körpers drei verschiedene, ge- bewegen.

nau abgegrenzte Verarmungsbereiche mit drei ver- 4° Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den

schiedenen Feldintensitäten entsprechend den drei Zeichnungen dargestellt und werden anschließend

verschiedenen angelegten Spannungen erzeugt. La- näher beschrieben. Es zeigt

düngen, die in solche Bereiche eingeführt werden, Fig. 1 eine Darstellung einer zweiphasigen

werden unter Einfluß der drei Felder durch den Schieberegisteranordnung,

Halbleiter transportiert. Durch entsprechende Steue- 45 F i g. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2

rung der drei verschiedenen angelegten Spannungen inFig. 1,

können die Ladungen umlaufen gelassen, gespeichert F i g. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3

oder in ihrer Bewegung durch den Halbleiter ver- der F i g. 1 mit einem Ladungsinjektor,

zögert werden. F i g. 4 die wichtigsten Masken für die Herstellung

Der DT-OS 21 53 675 ist in diesem Zusammen- 50 eines Ausführungsbeispieles,

hang ein Vorschlag für ein sogenanntes ladungs- F i g. 5 die an die Elektroden der in F i g. 1 gezeiggekoppeltes Halbleiterbauelement der oben erläuter- ten Anordnung angelegten Spannungsimpulse,
ten gattungsmäßigen Art zu entnehmen, bei dem Fig. 6 A bis 6 D eine idealisierte Schnittansicht eine gleichmäßig dicke Isolierschicht zwischen dem der in F i g. 1 gezeigten Anordnung entlang der Li-Halbleiterkörper und der Elektrodenmetallisierung 55 nie 6-6 und die Arbeitsweise der Vorrichtung,
vorgesehen ist. Damit ergibt sich jedoch das nach- Fig. 7 ein Schaltbild einer Einrichtung zum Abteilige Erfordernis, daß entsprechend der Anzahl fühlen und Regenerieren der transportierten Ladununterschiedlicher Verarmungsgebiete bzw. deren Stu- gen und

fungen mehrere unterschiedliche Elektrodenspannun- F i g. 8 die Verwendung der in F i g. 1 gezeigten gen vorgesehen werden müssen. 6° Vorrichtung als gepufferter Schieberegisterspeicher.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine In den Fig. 1, 2 und 3 ist ein monokristalliner ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung zur Infor- Körper 10 aus Halbleitermaterial, wie z. B. N-leimationsspeicherung und -Übertragung anzugeben, die tendem Silizium gezeigt, der vorzugsweise einen Wieine hohe Bitdichte sowie einen einfachen Aufbau derstandswert von 10 bis 20 Ohm · cm aufweist, aufweist und insbesondere mit weniger Spannung 65 Obwohl in der Beschreibung immer auf ein N-leitenauskommt als der erforderlichen Anzahl unterschied- des Halbleitermaterial Bezug genommen wird, kann licher Verarmungsgebiete entsprechen würde. natürlich auch P-leitendes Material verwendet

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung werden.

Mit bekannten Verfahren wird ein kleiner räum- sollten vorzugsweise über eine Reihe von Rippen Hch begrenzter P-Bereich 11, wie er in Fig. 3 dar- 18b bis 18/ in ungefähr rechten Winkeln und so gestellt ist, in einer Ecke des Körpers 10 ausgebildet, angeordnet werden, daß sie die gesamte Oberfläche von dem er durch einen PN-Übergang 12 getrennt einer jeden Erhebung 16 und im wesentlichen auch ist, welcher als Ladungsinjektor dienen soll. Die 5 jeder Vertiefung 17 gemäß Darstellung in F i g. 2 be-Ladungsinjektion kann aber genauso z. B. durch decken. So wird auf der Oberfläche des Körpers ein einen Punktkontakt auf der Oberfläche des Körpers ineinander verflochtenes Elektrodennetz geschaffen, ID erfolgen. das eine Vielzahl von Absätzen enthält und der dar-

Eine Schicht 14 aus isolierendem und passivieren- unterliegenden Oxydoberfläche entspricht. Als Madem Material, wie z. B. Siliziumdioxyd, mit einer io terial für die Elektroden wird vorzugsweise Alumi-Dicke von etwa 8000 A wird dann thermisch in einer nium verwendet mit einer Dicke von etwa 9000 A, Dampfatmosphäre nach bekannter Art aufgewachst. welches mit etwa 45 A/sec in einem Vakuum von Bei Bedarf können solche Überzüge auch durch 5· 10~^eTorr aufgedampft werden kann. 1500A pyrolithischen Niederschlag oder mit bekannten dieses Aluminiums können auf das Plättchen bei Sprühverfahren aufgebracht werden. 15 einer Temperatur von ungefähr 200° C niederge-

Nach dem Niederschlag oder der Bildung der schlagen werden, während die übrigen 4500 A bei Schicht 14 wird mit einer Maskenreihe, wie sie in einer Plättchentemperatur von weniger als 100° C F i g. 4 gezeigt ist, die Oberfläche dieser Schicht ge- niedergeschlagen werden können, formt, indem eine Reihe von miteinander verbun- Bei Bedarf kann ein 1,5 μΐη dicker Film aus Quarz

denen Rillen 15 α bis 15 / mit dazwischen liegenden ao jetzt über die Aluminiumverbindungen gesprüht Erhöhungen 18 a bis 18 g gebildet werden. Die so werden, entsprechend dem USA.-Patent 33 69 991. geschaffenen Erhebungen 16 und Vertiefungen 17 Dieser Isolierfilm kapselt den darunterliegenden bilden eine versetzte Reihe, über der Elektroden- Halbleiter und die Aluminiumverbindungen ab und bereiche 20 und 21 gebildet werden. schützt sie vor Korrosion und vor Verunreinigungen

Die in Fig. 4 gezeigte Maske 22 ist die erste in »5 der Oberfläche. Der Wärmeausdehnungskoeffizient der Reihe und wird mit bekannten photolithogra- dieses Quarzes ist kleiner als der von Silizium, und phischen Ätzverfahren zur Erzeugung der Erhebun- die bei der Abkühlung entstehende Pressung des gen 18 α bis 18 g benutzt. Gemäß der Darstellung Quarzfildes macht diesen besonders widerstandsin Fig. 1 verlaufen die Erhebungen 18α bis 18/ nur fähig.

zu einem Teil über die Oberfläche des Körpers. Die 30 Nach dem Niederschlag der Elektroden werden Erhebungen 18 b, 18 d und 18/ gehen von der rech- 1500 A Chrom, Kupfer, Gold, Blei und Zinn durch ten Kante aus, während die Erhebungen 18 01, 18 c die vierte Maske 25 der in F i g. 4 gezeigten Reihe und 118 e von der linken Kante ausgehen, so daß auf bestimmte Punkte der Elektroden niedergeschlabeide miteinander eine gitterartige Struktur bilden. gen, um geeignete Anschlußbahnen 31, 32, 33, 34 Die Eirhebung 18 g läuft über die ganze Oberfläche 35 und 35 zu erstellen.

der Einheit. In einem Ausführungsbeispiel werden Die Arbeitsweise des in F i g. 1 gezeigten Schiebedi«! gewünschten Konturen in der Schicht 14 durch registers wird am besten im Zusammenhang mit den den folgenden Schritt erzeugt. F i g. 5 und 6 A bis 6 D erklärt. F i g. 5 zeigt zwei

Nachdem die Schicht 14 am Anfang einmal er- Impulszüge 40 und 41 mit den Spitzenspannungen zeugt wurde, werden die Erhöhungen 18 a bis 18 g 40 K-I und V-I, die während des Betriebes der Einheit durch Entfernen der gesamten Oxydschicht 14 zwi- an die Elektroden 20 bzw. 21 angelegt werden. Die sehen den Erhöhungen gebildet. Nach der Reinigung Spannungszüge 40 und 41 sind für das beschriebene wird das Plättchen wieder in ähnlicher Weise oxy- Ausführungsbeispiel im wesentlichen negative Rechtdiert, um eine dünnere Schicht von etwa 2000 A eckimpulse gleicher Amplitude mit Abfallzeiten von Dicke zwischen den Erhöhungen zu bilden. Nach 45 30 Nanosekunden und Anstiegszeiten von 150Nanodem Aufwachsen dieser zweiten Oxydschicht wird Sekunden. Gemäß der Darstellung in F i g. 5 sind die mit der in der Reihe der F i g. 4 gezeigten zweiten Impulszüge 40 und 41 etwa 180° gegeneinander Maske 23 das Muster zwischen den Erhöhungen phasenverschoben. Wenn der Körper 10 p-leitend dadurch abgegrenzt, daß das Oxyd schachbrettartig und nicht η-leitend ist, müssen natürlich an Stelle der weggeätzt und so eine Reihe von Erhebungen 16 50 negativen Spannungen positive verwendet werden, gebildet wird. Nach diesem Atzschritt wird das Platt- Die Fig. 6 A bis 6D zeigen idealisierte Quer-

ctien wieder gereinigt und eine dritte Oxydation ge- schnitte eines Teiles der kompletten in F i g. 1 genauso vorgenommen, wie es oben beschrieben zeigten Einheit entlang der Linien 6-6 und die irr wurde,. um das Oxyd in den jetzt frei liegenden Halbleiterkörper 10 durch die Spannungszüge 40 unc Vertiefungen 17 zwischen den Erhebungen 16 auf 55 41 gebildeten Verarmungsbereiche, in diesen Figurer ungefähr 500 A anwachsen zu lassen, damit der Bo- werden dieselben Zahlen verwendet wie in F i g. 1. den der Vertiefungen überzogen wird. Nach diesem Am Anfang erhält die Injektorelektrode 28 eir

letzten Aufwachsen des Oxyds wird ein Kontaktloch geeignetes Signal, wodurch Ladungsträger, in diesen 2(S im Oxyd 14 über dem diffundierten Bereich 11 Fall Defektelektronen, in den Körper 10 injizier geöffnet, damit eine Elektrode 28 an den Bereich 60 werden. Die entstehenden Ladungen sind als Kreuzi 11 angebracht werden kann. Mit der in der Reihe 42 dargestellt, und es wird angenommen, daß da der F i g. 4 gezeigten dritten Maske 24 werden jetzt Vorhandensein von Ladungen in der Binärsprachi die Elektroden 20 und 21 in Form von Streifen auf eine »1« und das Fehlen einer Ladung eine »0« dar der Oberfläche des Körpers ausgebildet. Gleichzeitig stellt.

werden auf der Oxydoberfläche eine Injektionselek- 65 Zur Zeit T-O liegt keine Spannung an den Elek trödle 28, eine Gateelektrode 29 und eine Detektor- troden 20 oder 21 an, und die ganze Einheit befinde elektrode 30 ausgebildet. sich auf Erdpotential. Zur Zeit TA beginnt die Elek

Die so niedergeschlagenen Elektroden 20 und 21 trode 20 und somit auch die Elektroden 20 a, 20

7 8

und 20 c zur Spannung F-I hin abzufallen. Zur Zeit ganz unter der Rinne 17 α gesammelt, und der Im-Γ-2 liegt die gesamte Spannung F-I an der Elek- puls 41 wird an die Elektrode 21 angelegt, die dann trode 20. Das Anlegen dieser Spannung F-I erzeugt anfängt, zur Spannung F-2 hin abzufallen. Zur Zeit Verarmungsbereiche 50, 51 und 52 im Körper 10 Γ-4 ist die Spannung F-2 ganz an die Elektrode 21 unter den Elektroden 20 a, 20 6 bzw. 20 c gemäß S und somit die Elektroden 21a und 216 angelegt. Darstellung in Fig. 6 A. Diese Bereiche sind abge- Das Anlegen der gesamten Spannung F-2 erzeugt stuft durch die Formgebung der die Oberfläche des ebenfalls abgestufte Verarmungsbereiche in dem Körpers 10 überziehenden Oxydschicht 14. Wenn Körper unter den Elektroden 21 α und 21 6 ähnlich eine Spannung z. B. an die in Fig. 6 A gezeigte den Bereichen, die im Zusammenhang mit dem AnElektrode 20 a angelegt wird, wird das elektrische io legen des Impulses 40 an die Elektroden 20 a, 20 6 Feld unterhalb des dickeren Oxydteils, nämlich dem und 20 c beschrieben wurden. Gemäß der Darstel-Teil 16a, kleiner als unterhalb des dünneren Oxyd- lung in Fig. 5 beginnt der Impuls 40 zur Zeit Γ-4 teils 17 a, und somit tritt in dem Halbleiterkörper von dem vollen negativen Spannungswert F-I nach unter den Erhebungen 16 ein seichterer Verarmungs- Erdpotential hin anzusteigen. Obwohl der Impuls bereich auf und ein tieferer unter den Vertiefungen 15 40 anfängt, kleiner zu werden, existiert immer noch 17. Dadurch erhält der Verarmungsbereich die ab- der Verarmungsbereich 50 im Körper 10 mit einer gestufete Form, die in den Figuren dargestellt ist. Intensität, welche ausreicht, die Ladungen 42 im

Gleichzeitig mit dem Anlegen der vollen Span- Körper zu halten, und zwar unter der Rinne 17 a. nung F-I an die Elektroden 20 α, 20 6 und 20 c wird Die Abfallzeiten der Impulse 40 und 41 sind hleizur Zeit Γ-2 die Gateelektrode 29 so vorgespannt, 20 ner als ihre Anstiegszeiten, und somit wird zur Zeit daß ein Inversionsbereich 54 zwischen dem diffun- Γ-5 die volle Spannung F-2 des Impulses 41 an die dierten Injektorbereich 11 und dem durch die Span- Elektroden 21a und 216 angelegt, während gleichnung erzeugten Verarmungsbereich 50 erzeugt wird. zeitig der Impuls 40 das Erdpotential noch nicht Die Erzeugung dieses Inversionsbereiches 54 ge- erreicht hat. Diese Kombination der angelegten Sistattet einen Fluß der Ladungen 42 entlang des Über- »5 gnale 40 und 41 erzeugt im Körper 10 vier abgeganges zwischen dem Oxyd 14 und dem Körper 10 stufte Verarmungsbereichsschichten 50, 53 und 51, vom Injektorbereich 11 in den Verarmungsbereich 54 gemäß der Darstellung in Fig. 6B. Zum Zeit-50. Wegen des im Verarmungsbereich 50 bestehen- punkt Γ-5 steht das Feld mit größerer Intensität den elektrischen Potentialfeldes wandern diese La- unter der Rinne 17 6, und die Ladungen 42 wandungen 42 in den Bereich mit der größten Feld- 30 dem in diese Lage. Die Wanderung dieser Ladungen stärke, d. h. zu dem Teil des Verarmungsbereiches 42 vom Verarmungsbereich 50 in den nächsten beunter der Rinne 17 a. nachbarten Verarmungsbereich 53 beginnt, nachdem

Die Übergangszeit der injizierten Ladungen 42 vom der Bereich 53 die volle Intensität erreicht hat und

Injektorbereich 11 auf ihren endgültigen Ruheplatz die Intensität des Bereiches 50 abzufallen beginnt,

unter der Rinne 17 α wird nur durch ihre Beweglich- 35 Die Ladungen 42 werden aus dem Bereich 50 in

keit und die Intensität des im Verarmungsbereich den Bereich 53 bewegt und im Körper 10 transpor-

50 existierenden Feldes begrenzt. Bei Bedarf können tiert von der Lage unter der Rinne 17 α durch den

diese Ladungen 42 hier für eine Zeit gespeichert Bereich unter dem Kamm 16 6 in eine Lage unter

werden, die etwa gleich der Erzeugungszeit der La- der Rinne 17 6.

düngen im Material ist. Diese Erzeugungszeit ist be- 40 Zur Zeit T-6 liegt die volle Spannung F-2 des kanntlich vom Widerstandswert des Körpers 10 und Impulses 41 immer noch vollständig an den Elekden im Körper durch die an die Elektrodenanord- troden 21 α und 21 6, und die Spannung 40 beginnt nung angelegten Spannungen erzeugten Feldern ab- von Erdpotential zu ihrem Spitzenwert F-I abzuhängig, fallen, so daß zu diesem Zeitpunkt im Körper die

Diese Erzeugungszeit der transportierten Ladun- 45 Feldbedingungen vorliegen, die in F i g. 6 C gezeigt

gen wird nicht kritisch, weil die gespeicherte La- sind. Die dargestellten Bedingungen sind ähnlich wie

dung verschwindet, sondern weil unerwünschte La- die in F i g. 6 A gezeigten Bedingungen, jedoch räum-

dungen erzeugt werden und die Verarmungsbereiche lieh um eine Elektrode verschoben,

füllen, die leergelassen wurden, um eine »0« darzu- Zur Zeit Γ-7 erreicht der Impuls 40 wieder seinen

stellen. Wenn solche leeren Bereiche mit diesen 50 Spitzenwert F-I, und der Impuls 41 beginnt von sei-

unenvünschten Ladungen gefüllt werden, zeigen sie nem Spitzenwert F-2 nach Erdpotential hin anzu-

fälschlicherweise eine »1« an. Somit ist die Speicher- steigen. Zur Zeit T-S befindet sich der Impuls 4β

zeit der Einheit begrenzt durch die Erzeugungszeit noch auf seinem Spitzenwert F-I, während der Im-

dieser unerwünschten Ladungen, und die gespei- puls 41 das Erdpotential noch nicht erreicht hat und

cherte Information muß daher kontinuierlich gelesen, 55 somit ein ähnlicher Zustand wieder erreicht wird

gelöscht und neu erzeugt werden, um die Erzeugung wie er in Fig. 6B gezeigt ist, wobei die Ladung

von Fehlersignalen zu verhindern. wieder räumlich um einen Elektrodenabstand weiter

Die Existenz der injizierten Ladungen 42 unter gewandert ist. Die jetzt vorhandenen Verarmungs·

der Rinne 17 a verändert die Kontur des Verarmungs- bereiche im Körper 10 sind in F i g. 6 D gezeigt. Du

bereiches 50, der durch die angelegte Spannung F-I 60 Verarmungsbereiche 55, 56 und 57, die unter der

erzeugt wurde, indem der tiefste Absatz 48 des Ver- Elektroden 20 α, 20 b und 20 c durch Anlegen de;

armungsbereiches 50 nach oben zur Übergangsstelle Spannung F-I erzeugt wurden, haben ihre größti

zwischen Oxydschicht und Körper gezogen wird. Tiefe, und die Bereiche 53 und 54, die unter der

Wenn die injizierten Ladungen 42 ganz unter der Elektroden 21 α und 21 6 durch Anlegen der Span

Rinne 17 α gesammelt werden, wird der Boden des «5 nung F-2 erzeugt wurden, nehmen ab. Die Ladungei

tieferen Verarmungsbereichs-Absatzes 48 auf die 42 werden so noch einmal in den nächsten benach

Höhe der gestrichelten Linien 49 angehoben. barten Verarmungsbereich 56 bewegt. Somit wan

Zur Zeit 7"-3 sind die injizierten Ladungen 42 dem die Ladungen 42 aus ihrer Lage unter de

die Bedeutung der g

Transportieren der ⁱⁿJl^zl^ⁿ
Ecken herum und der ^Vortei\
nungen und Oxydkonturen ar

™ Halbleiterkörper, ohne daß die Hektrodentag*M£

Span- liert oder gekreuzt werden müssen, wie es be bisher

be- üblichen Systemen mit drei Spannungen erfordert

^De _ist. Außerdem wäre bei einem solchen mit drei Span

die

der Einheit durch einfache

sα»

15 α enden. _gfe Dadurch ist die dielektrische Konstante der

Da die Erhöhungen, z. B 18 α ηηύ 18 b wesen _und .^ _{Afemess abgestu}ft. Äußerlich dicker sind als die Erhebungen Mrund,Ver ^ ^ _{Abstufungen der} F. g. 1

tiefungen 17 der Rille 15α ^W™^™Jⁿ|J °„. _{ersetzt werd}en durch eine abgeschrägte Struktur so Einfluß der an .^d«.®*^ " ^u™^^ _{45 daß sich die} Dicke kontinuierlich parallel zur Wan-

H,e,

zierten
fmden sie
erzeugten

ersehen, daß die Erhebung 16 e ,eh um dis Ende de;-BdjtajJl«^-^- Seite und d«-^f "Jf ¹J^. ^ _{die inji}.

42 Sie EleSode 20 c erreichen, « « Erhebung 16 e

^„^5^% _{um das} Ende der ^eri™""^™_ri^_u{t. Die Elektrode 20 c Sm Punier der Erhebung 16e angenPt St die Erhöhungen 18 a und führt um Ende der E nöhung 18 6 und über die Vertie-

hinauf Somit folgen die an dem unter der Sitaiwi^^liegenden vf rarmungsbereich ankommelden Ladungen diesem Bereich um das Ende der den. Das kann mit der in F i g.

gezeigt

^3

Schaltun,

& _Fig. , _{ist eine Endd}etektorelektrode>* über die Erhöhung 18 g und in der Vertiefung17 niedergeschlagen, so daß eine Spannung ar,de EIe trode 30 angelegt werden kann, die großer ist die an die Elektrode 20 α angelegte Spannung^n Ladungen in die Vertiefung 17 η unter der Elektroo 20α eingeführt werden. Diese größere Spannung« anlaßt eine Übertragung der unter der EekU 20 a liegenden Ladungen in das,unter der Elektro 30 existierende Feld. Wenn die Elektrode 3· η einer materialverschiedenen Diode gekoppel «J auf der Oberfläche des Körpers 10 ausgebt-

11 12

können die Ladungen abgefühlt werden. Die Ab- verbunden, um durch den Bereich 11 erneut Ladun-

fühlung erfolgt dadurch, daß das Potentialloch in der gen in die Anordnung zu injizieren. Die somit durch

Vorwärtscharakteristik der materialverschiedenen Di- die Ladungen dargestellte Information kann konstant

ode mit Trägern gefüllt wird und dadurch eine An- regeneriert und in der Schaltung umlaufen gelassen

derung in der Strom-Spannungs-Charakteristik der 5 werden.

materialverschiedenen Diode hervorruft. Wenn die Schaltung als Detektor benutzt werden

In der Schaltung der Fig. 7 ist die materialver- soll, kann mit dem Stromfluß durch die Diode 74

schiedene Diode 60 mit dem geerdeten Halbleiter 10 und gleichzeitigem Anlegen eines negativen Span-

der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, mit dem Gate nungsimpulses V-3 an die materialverschiedene Di-

61 und der Source 62 eines P-Kanal-FET 63 und io ode 60 eine binäre »1« und durch Fehlen des Stromüber einen Widerstand 64 mit einer Spannungsquelle flusses und somit Fehlen von Ladungen eine binäre 75 verbunden, die einen negativen Spannungsimpuls »0« festgestellt werden.

V-3 erzeugt. Der Drain 65 des FET 63 wiederum Eine zweite, einfachere Abfühlschaltung, die nicht

ist mit dem Gate 66 eines zweiten P-Kanal-FET 67, dargestellt ist, umfaßt einen p-Bereich, der unter der

mit einem Kondensator 68 und über einen Wider- 15 Detektorelektrode 30 ausgebildet ist und von einer

stand 70 mit einer positiven Spannungsquelle 69 ver- Spannungsquelle in Sperrichtung vorgespannt wird,

bunden. Die Source 71 des FET 67 ist außerdem Die Strom-Spannungs-Charakteristik der in Sperr-

mit derselben positiven Spannungsquelle 67 ver- richtung vorgespannten Diode wird durch die inji-

bunden, während der Drain 72 des FET 67 an die zierten Ladungen 42 geändert.

Anode einer Diode 74 angeschlossen ist, deren Ka- 20 Eine weitere Abfühlschaltung kann entweder eine

thode mit dem anderen Anschluß des Kondensators in Sperrichtung vorgespannte Punktkontaktdiode

68 und mit Erde verbunden ist. oder einen Kondensator im Bereich der Vertiefung

Wenn in der in Fig. 1 gezeigten Anordnung die 17η an Stelle der oben beschriebenen materialver-

Ladung 42 fehlt, leitet die materialverschiedene Di- schiedenen oder diffundierten Diode enthalten. Die

ode 60 gut. Wenn also der negative Spannungs- 25 Messung der echten Ladung kann natürlich bei

impuls V-3 über den Widerstand 64 angelegt wird, jedem der oben beschriebenen Schaltkreise auf be-

wenn keine Ladungen unter der Elektrode 30 vor- kannte Art erfolgen.

handen sind, bleibt der FET 63 der in F i g. 7 ge- Die in F i g. 1 gezeigte Anordnung eignet sich bezeigten Schaltung abgeschaltet, und es fließt kein sonders für einen gepufferten Schieberegisterspeicher. Strom durch die Detektor-Injektordiode 74. Wenn 30 Ein aus mehreren solchen Anordnungen bestehender jedoch unter der Elektrode 30 Ladungen vorhanden Speicher wird bei Kopplung der Einheiten zu der in sind, nimmt die materialverschiedene Diode 60 einen F i g. 7 gezeigten Schaltung zum Umlauf-Schiebe-Zustand hoher Impedanz an, so daß der negative register-Speicher mit schnellem Zugriff. Er gestattet Spannungsimpuls V-3 an Gate 61 und Source 62 einen sehr hohen Grad der Schaltungsintegration und des FET 63 voll wirksam wird. Dadurch wird der 35 liefert somit eine große Dichte von Speicherbits in FET 63 leitend, und das Gate 66 des FET 67 geht einem einzigen integrierten Schaltungsplättchen.
ebenfalls auf die Spannung V-3, und der FET 67 Ein derartiger Speicher ist in F i g. 8 dargestellt, schaltet ein, so daß Strom durch die Detektor-Injek- Mehrere die Anordnung der F i g. 7 umfassende Umtor-Diode 74 fließt. lauf-Schieberegister 80 sind mit einem Pufferregister

Durch Verbindung dei Gates 61 mit der Source 40 81 durch Eingabe-Ausgabe-Schaltungen 82 verbun-

62 des FET 63 wirkt dieser als Diode und verlängert den. Ein Taktgeber 83 steuert die Schieberegister 80 den Effekt des angelegten negativen Sparmungs- und das Pufferregister 81.

inpulses V-3 an das Gate 66 des FET 67. Der Wi- Im Betrieb gelangen die Daten seriell über die Leiderstand 70 und der Kondensator 68 liefern gemein- tung 84 in das Pufferregister 81. Parallele Eingaben sam eine R-C-Zeitkonstante zur Rückstellung des 45 von einem Bit eines jeden Datenwortes werden auf Gates 66 des FET 67 auf einen positiven Signalpegel das Schieberegister 80 über die Eingabe-Ausgabe- und schalten somit die Schaltung ab, nachdem der Schaltungen 82 geleitet. Zum Auslesen laufen die negative Spannungsimpuls V-3 auf Erdpotential zu- Daten in das Pufferregister 81 in paralleler Form rückgefallen ist. aus dem Schieberegister 80 und werden von dort

Der auf diese Weise durch die Diode 74 erzeugte 50 seriell ausgelesen.

Stromfluß zeigt die Anwesenheit von injizierten La- Obwohl bei der Beschreibung der Erfindung ein

düngen 42 unter der Detektorelektrode 30 an. Wenn geerdeter Halbleiter vorausgesetzt wurde, kann ein

die in F i g. 7 gezeigte Schaltung zur Regenerierung verbesserter Betrieb in einigen Fällen erzielt werden,

benutzt wird, wird die Diode 74 mit dem Bereich 11 wenn der Körper 10 des Halbleitermaterials relativ

und dem Tor 29 der in F i g. 1 gezeigten Anordnung 55 zur Erde etwas positiv vorgespannt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

(30) mit einer im Halbleiterkörper gebildeten Patentansprüche: mf^Sdt^dnvng nach den Ansprüchen 1

1. Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung zur £

^unter Ä ΐ

tiitn Ä 5

leiterköiper: einer diesen bedeckendem Isolier- i. eines Ende (ISc,bis 15/jje derart unter emer

schicht Swie einer darauf vorgesehenen Metall· Elektrode hegt, daß sich die Ladungen um das-

sierung zur zeitlich veränderlichen Ausbildung selbe herumbewegen,
von Verarmungsgebieten im Halbleiterkörper,

dadurch gekennzeichnet, daß über dem

vorgesehenen Ladungsweg im Halbleiterkörper 15

(10) auf dessen Oberfläche eine Isolierschicht .
(14) mit aneinandergrenzenden Isolierschicht- Die Erfindung betrifft eine ladungsgekoppelte gebieten (16, 17) unterschiedlicher Dicke vorge- Halbleiteranordnung zur Informationsspe.chening sehen ist, daß mindestens je zwei angrenzende und -übertragung an der Oberflache eines Halbleiter-Isolierschichtgebiete unterschied lieber Dicke von *> körpers verfügbarer beweglicher Ladungen unter einer zusammenhängenden, über die Stufungs- Einwirkung eines elektrischen Feldes aus einer im kante(n) reichenden Elektrodenmetallisierung be- wesentlichen dreischichtigen Struktur nämlich einem deckt sind, daß die durch zwei an die Elektroden- Halbleiterkörper, einer diesen bedeckenden Isohermetallisierung artgelegte Spannungen im Halb- schicht sowie einer darauf vorgesehenen Metallisieleiterkörper entsprechend den Isolierschicht- »5 rung zur zeitlich veränderlichen Ausbildung von Verstufungen erzeugten Verarmungsgebiete unter- armungsgebieten im Halbleiterkörper,
schiedlicher Tiefe bzw. Feldstärke in der Rieh- Die vorliegende Erfindung hegt demnach allgetung anwachsen, in der die Ladungen im Halb- mein ?uf dem Gebiet monolithisch integrierter Halbleiterkörper bewegt werden sollen, leitervorrichtungen, bei denen im Halbleiter selbst

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- 30 Ladungen erzeugt, aufrechterhalten und transportiert kennzeichnet, daß die Isolierschichtgebiete (16, werden, ohne daß PN-Übergange erforderlich sind. 17) entlang eines vorgesehenen Ladungsweges Bei Halbleitervorrichtungen mit PN-Übergang diabwechselnd vorzugsweise zwei unterschiedliche fundiert beim Übergang von P-leitendem Material Dicken aufweisen. zu N-leitendem Material ein Teil der Defektelektro-

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 35 nen im P-Material und einige Elektronen im N-Ma- oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die isolie- terial im unmittelbaren Bereich des Überganges rende Schicht (14) auf dem «on den Ladungen gegeneinander, so daß sie sich kombinieren und neu-EU durchlaufenden Weg an einem Rand jeder tralisieren. Da die Dotierungs- und die Akzeptor-Elektrode (20, 21) dicker ist (16 a bis 16 c) als ionen im Material unbeweglich sind, werden sie an dem gegenüberliegenden Rand derselben 40 durch die Rekombination der Defektelektronen und Elektrode. der Elektronen nicht kompensiert, und das Feld

4. Halbleiteranordnung nach den Ansprüchen 1 dieser nicht kompensierten Ionen reicht aus, um zubis 3, gekennzeichnet durch Mittel zur Erzeugung sätzliche Defeklelektroden und Elektronen zurück- und zum Anlegen zweier elektrischer Impulszüge zuweisen und so einen Raumladungs- oder Vergleicher Frequenz und im wesentlichen entgegen- 45 armungsbereich zu bilden. Auf der Steuerung der gesetzter Phase an die Elektroden, derart, daß Größe dieses Verarmungsbereiches beruht bekannteine in der Richtung des Ladungstransportes lieh die Funktion des Transistors und der Diode,
früher liegende Elektrode (20 a) spannungsfrei Im USA.-Patent 31 92 400 ist dargelegt, wie in wird, nachdem an der nächsten nachfolgenden solche Raumladungsbereiche injizierte Ladungen beElektrode (21a) Spannung angelegt ist (T 3, 50 einflußt werden können. Dieses Patent sieht einen T 4, T S). Halbleiter mit PN-Übergang und mehreren Kontak-

5. Halbleiteranordnung nach den Ansprüchen 1 ten am Halbleiter vor, die durch den Raumladungsbis 4, gekennzeichnet durch eine Eingangselek- bereich in der Nähe des Überganges so beeinflußt trode (28) zum Einspeichern binärer Information werden, daß eine Ladung in den Halbleiter von einer in Form von eine Binärzahl darstellenden Ladun- 55 Elektrode injiziert und durch die andere Elektrode gen (42), die in die Verarmungsbereiche (48 bis moduliert werden kann, wodurch die Übergangszeit S2) injiziert werden, sowie durch eine Ausgangs- der injizierten Träger auf ihrem Weg zum Kollektor elektrode (30) zum Auslesen der Information, des Halbleiters verändert wird.

nachdem die diese darstellenden Ladungen den Weiterhin ist bekannt, daß in einem Halbleiter

Speicher durchlaufen haben. 60 ein begrenzter Bereich mit einer Art von Leitfähig-

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, da- keit vom nichtleitenden in den leitenden Zustand durch gekennzeichnet, daß die Eingangselektrode gebracht werden kann, wenn eine entsprechende (28) an eine im Halbleiterkörper gebildete Diode Spannung an die Oberfläche des Halbleiters angeangeschlossen ist und daß über eine Gate-Elek- legt wird. Auf dieser Erscheinung beruhen Elemente, trode der Ladungstransport von der Diode in 65 wie z. B. Metalloxydhalbleiter oder Feldeffekttranden Halbleiterkörper steuerbar ist. sistoren (FET).

7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, da- Eine Vorrichtung, die diese Erscheinung für die durch gekennzeichnet, daß die Ausgangselektrode gesteuerte Bewegung von Ladungen ausnutzt, ist im