DE2250140C2 - Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung - Google Patents
Ladungsgekoppelte HalbleiteranordnungInfo
- Publication number
- DE2250140C2 DE2250140C2 DE2250140A DE2250140A DE2250140C2 DE 2250140 C2 DE2250140 C2 DE 2250140C2 DE 2250140 A DE2250140 A DE 2250140A DE 2250140 A DE2250140 A DE 2250140A DE 2250140 C2 DE2250140 C2 DE 2250140C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- area
- semiconductor body
- charge
- arrangement according
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 51
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 7
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000035508 accumulation Effects 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 3
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 3
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000001609 comparable effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
- H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
- H01L29/42396—Gate electrodes for field effect devices for charge coupled devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/435—Resistive materials for field effect devices, e.g. resistive gate for MOSFET or MESFET
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/762—Charge transfer devices
- H01L29/765—Charge-coupled devices
- H01L29/768—Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/76866—Surface Channel CCD
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Description
Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung zur Übertragung und Speicherung von Ladungen in einem
Halbleiterkörper entlang eines zwischen einem La
dungsinjektor und einem Ladungsdetektor vorgesehenen Ladungsweges unter Einwirkung eines elektrischen
Feldes, enthaltend im wesentlichen eine dreischichtige Struktur, nämlich einen Halbleiterkörper mit örtlicher
Zusatzdotierung im Bereich iss vorgesehenen Ladungsweges, eine den Halbleiterkörper bedeckende Isolierschicht sowie eine darauf angeordnete Elektrodenmetallisierung.
In jüngster Zeit sind Halbleiteranordnungen bekanntgeworden, die im wesentlichen ohne feste PN-Göergänge auskommen. Dabei wird die Eigenschaft eines
einkristallinen Halbleitermaterials ausgenutzt, im Zusammenwirken mit entsprechenden Elektroden auf
einer den Halbleiterkörper bedeckenden Isolierschicht Ladungen bzw. Ladungsträgeransammlungen an der
Oberfläche des Halbleiterkörper zu speichern bzw. zu transportieren. Diese übergangslosen Halbleiteranord-Yiungen werden als ladungsgekoppelte Elemente (charge coupled devices) bezeichnet
Eine bekanntgewordene derartige Anordnung arbeitet grundsätzlich wie folgt: Durch das Anlegen von drei
phasenverschobenen Spannungen an die auf der Isolierschicht über dem Halbleiterkörper verlaufenden
Elektroden werden innerhalb des Halbleiterkörpers drei verschiedene, räumlich abgegrenzte Verarmungsgebiete mit entsprechend verschiedenen Feldstärken
erzeugt, in diese Verarmungsgebiete injizierte frei bewegliche Ladungen werden unter dem Einfluß der
besonderen elektrischen Feldverteilung durch den Halbleiterkörper transportiert Durch die jeweilige
Wahl und zeitliche Steuerung der Elektrodenspannungen können die Ladungen im Halbleiterkörper bewegt
gespeichert oder in bestimmter Weise verzögert werden (Electronics vom 30. März 1970, Seiten 45 und
46; Electronics vom I.Mai 1970. Seiten 112-118).
Weiterhin sind Feldeffekt-Transistorstrukturen bekanntgeworden, bei denen im Bereich der Kanalzone
verschieden leitfähige Bereiche im Halbleiterkörper bzw. ungleichmäßige Gate-Isolierschichten vorgeschlagen werden (US-Patente 33 74 406; nd 33 74 407). Diese
Strukturen betreffen jedoch ausschließlich Feldeffekttransistoren mit den dafür typ-svhen Eigenschaf'en
einer Transistorverstärkung und dienen zur Verbesserung der Verstärkungs- bzw. Frequciizeigenschaften.
Die genannten Maßnahmen werden im übrigen im Gegensatz zur Erfindung lateral, d. h. quer zur
Kanalstromrichtung ergriffen, so daß sich ein ladungsgekoppelten Elementen vergleichbarer Effekt gar nicht
einstellt. Schließlich betrifft auch die US-Patentschrift 34 30 112 eine ausgesprochene Feldeffekt-Transistor-Struktur, bei der der Kanalbereich unterschiedliche
spezifische Widerstände aufweist, wodurch bessere Schalteigenschaften und insbesondere eine verbesserte
der Vakuumtriode entsprechende Betriebsweise ermöglicht wird.
In der älteres Recht darstellenden DE-PS 22 01 395 ist
eine ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben. Diese Halb
leiteranordnung erfordert einen Zwei-Phasenbetrieb, d. h.. eine abwechselnde, zeitlich nacheinander erfolgende und damit unterschiedliche elektrische Beaufschla
gung der verwendeten Elektrodenreihen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe einer verbesserten ladungsgekoppelten Halbleiteranordnung, insbesondere für die Verwendung als Verzögerungseinrichtung bzw. als Schieberegisteranordnung.
Dabei soll insbesondere den Gesichtspunkten eines einfachen, möglichst einphasigen Betriebes sowie einer
unkomplizierten Herstellbarkeit, d. h. aer Vermeidung
von abgestuften Isolierschichten, Rechnung getragen werden.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch I gekennzeichnet
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen niedergelegt
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erlS'jtert Es zeigt
F i g. 1 ein erstes Ausfühningsbeispiel der Erfindung
in Form einer Verzögerungsleitung;
Fig.2 und 3 idealisierte Schnittbilddarstellungen
eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung in Form eines Schieberegisters, wobei verschiedene
Betriebszustände dargestellt sind und
Fig.4 den zeitlichen Verlauf der Elektrodenspannung für die Anordnung nach den F i g. 2 und 3.
Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung ist ein einkristalliner Halbleiterkörper 10 zu erkennen, der z. B.
aus P-Ieitendem Silicium mit einer vorzugsweisen Dotierungskonzentration von etwa 4 · lO'Vcrn' und
einem spezifischen Widerstand von ungefähr 400 Ohm · cm besteht Es ist festzustellen, daß im
Rahmen dieser Erfindung in gleicher Weise auch N-leitendes Halbleitermaterial Verwendung Finden
kann.
Auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 10 ist eine Isolierschicht 11. z. B. aus Siliciumdioxid, mit einer Dicke
von etwa 5000 Λ angeordnet. Die Bildung einer selchen Isolierschicht kann mittels bekannter Oxidationstechniken, ζ. Β. thermischer Oxidation, pyrolytischem Niederschlagen oder Hochfrequenz-Sputtern erfolgen. Im
Anschluß an die Bildung der Isolierschicht 11 wird mittels bekannter Maskier- und Ätztechniken in der
Isolierschicht 11 eine Öffnung 12 vorgesehen.
Im Halbleiterkörper 10 ist des weiteren ein Ladungsinjektor 15 in der Nähe des einen Endes der
öffnung 12 sowie ein Ladungsdetektor 16 in der Nähe des anderen Endes der öffnung 12 ausgebildet
Unterhalb der öffnung 12 wird im Halbleiterkörper 10 ein Dotierungsbereich 17 geschaffen. Dieser Dotierungsbereich 17 weist denselben Leitfähigkeiirtyp auf
wie der übrige Halbleiterkörper to. jedoch ist seine Dotierungskonzentration demgegenüber sehr stark
unterschiedlich gewählt Allgemein wird der Dotierungsbereich 57 so ausgelegt, daß er eir. Dotierungsgefälle aufweist, nämlich an dem einen Ende 17a eine
Dotierungskonzentration von IOl8/cm} und an dem
entgegengesetzten Ende 176 eine Dotierungskonzentration von lO'Vcm3. Demzufolge weist der Dotierungsbereich 17 an dem Ende 17a einen spezifischen
Widerstand w/n 0.06 Ohm · cm auf und am Ende 176 einen entsprechenden Wert von 1,5Ohmcm. Im
Zwischenbereich nimmt die Dotierungsverteilung entsprechend zu.
Eine Möglichkeit zur Ausbildung eines Konzentrationsgefälles im Dotierungsbereich 17 besteht in der
Anwendung der an sich bekannten lonen-lmplantationstechnik. Die Eindringtiefe der Ionen in den
Halbleiterkörper an seinen unmaskierten Stellen ist abhängig von der Strahlenergie, der kristallographischen Orientierung des Halbleiterkörpers, der Dicke
einer evtl. die Oberfläche des Halbleiterkörpers bedeckenden Oxidschicht sowie der Ionen-Konzentration im jeweils implantierten Dotierungsbereich. Auch
die Konzentration der implantierten Ionen im Halbleiterkörper ist ihrerseits ei.-,ί Funktion der Strahlener
gie sowie der etwaigen Zwischenschichten und darüber hinaus abhängig von der Zeitdauer, während der der
lonen-Besch'iß des Halbleitermaterials andauert Durch
entsprechende Steuerung dieser Parameter kann jeder gewünschte Ionen-Gradient in einem abgegrenzten
Bereich implantiert werden. Da die Ionen außerordentlich gerichtet in das Material eindringen, weisen die
derart implantierten Bereiche relativ scharfe Kanten auf und können mit der jeweils gewünschten Konzentrationsverteilung und Tiefe hergestellt werden.
Allgemein ergibt sich bei einem Ionen-Beschuß mit
einer bestimmten Energie eine Konzentrationsverteilung in Abhängigkeit von der Eindringtiefe in Form
einer Gaußschen Normalverteilung. Durch Veränderung der obengenannten Parameter, z. B. der Kristall
orientierung, der Strahlenergie etc. können Implantationskonzentrationen abweichend von der Gaußschen
Normalverteilung erzielt werden, und somit auch die obenangegebene Konzentrationsverteilung von
10l8/cm3 am Bereichsende 17a bis auf 10l6/cm3 am
Bereichsende Mb.
im Anschluß an die Bildung des Dotier ngsgebieies
17 mit der gewünschten Dotierungskonzentration wird der Halbleiterkörper 10 mit einer neuen Oxidschicht 18
bedeckt die auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers im Berekh der Öffnung 12 aufgewachsen wird.
Vorzugsweise wird diese Isolierschicht 18 mittels konventioneller thermischer Oxidationstechnik bis zu
einer Dicke von ungefähr 500 Ä erzeugt Diese thermische Aufwachstechnik ist vorzuziehen, da der
damit verbundene Wärmeprozeß gleichzeitig zur Temperung des implantierten Dotierungsbereichs 17
dient Dieser Temperschritt bewirkt daß die implantierten Ionen im Bereich 17 von den Zwischengitterplätzen,
in die sie durch die Ionen-Implantation eingebaut werden, in solche Positionen wandern, wo sie aktiv den
spezifischen Widerstand des Dotierungsbereichs beeinflussen. Durch den Temperschritt werden weiterhin die
durch die Ionen-Implantation etwaig bewirkten Kri-4^ Stallstörungen wieder beseitigt. Im Anschluß an die
Bildung der Oxidschicht 18 wird im Bereich der öffnung
12 auf Jie Oberfläche der Oxidschicht 18 eine leitfähige Elektrode 20 niedergeschlagen. Die Elektrode 20
besteht vorzugsweise aus Aluminium und weist eine Dicke von mehr als 2000 Ä auf. Daran anschließend
wird der Halbleiterkörper 10 mit einem elektrischen Kontakt 21 versehen.
geeignet zur Verwendung als Halbleiterverzögerungs-
leitung. Im Falle eines solchen Betriebs wird die
negativen Spannung von etwa 10 Volt am Anschluß 21
vorgespa-rt. Aufgrund dieser Vorspannung des HaIb-
leiterkörpers 10 bildet sich eine Verarmungszone 23 im
im Bereich 17a tiefer in den Halbleiterkörper hinein als
es am anderen Ende 176 mit der niedrigeren
bD zungslinie des Dotierungsbereichs 17, sondern sie
verläuft im wesentlichen parallel zur Oberfläche des
den Dotieruneseradienten entlane des Dniipriincrsup-
biets 17. wodurch der spezifische Widerstand dieses Bereichs ebenfalls einen Gradienten aufweist. Dadurch
wird unterhalb des Dotierungsbereichs 17 andererseits ein unterschiedlicher Spannungsabfall verursacht. Dieser
unterschiedliche Spannungsabfall bzw. die demzu- ~> folge unterschiedliche Feldstärke rührt daher, daß die
Spannung im Bereich eines niedrigeren spezifischen Widerstandes, nämlich am Ende 17fl, kleiner ist als im
Bereich 176 als dem Gebiet höheren spezifischen Widerstandes; im Halbleiterkörper besteht demnach am |n
Erde 17a ein geringeres elektrisches Feld als am Ende 176.
Aufgrund der Tatsache, daß die größte Potentialdifferenz
zwischen der Vorspannung des Halbleiterkörpers 10 im Verarmungsbereich 23 in iinem Endbereich 176 ι'>
mit einer Dotierungskonzentration von lO'Vcm3 besteht,
werden die durch den Injektor 15 in der Nähe des Bereiches 17a injizierten Elektronen die Verarmungszone
am Ende 17a betreten und unter dem Einfluß des in aer Verarmungszone 23 bestehenden elektrischen -""
Feldes zum anderen Ende 17f> wandern. Die Zeitdauer,
welche die Elektronen zur Durchquerung des Gradientenbereiches 17 benötigen, hängt ab von der Länge des
Bereiches 17 und der Intensität des angelegten elektrischen Feldes. Die nachstehende Tabelle führt die ->
verschiedenen Verzögerungszeiten in Abhängigkeit von verschiedenen Längen des Bereiches 17 auf, wobei der
Bereich 17 einen Konzentrationsgradienten von IOl6/cmJauf IO18/cm3aufweist.
Verzögerung in
Länge Bereich 17
in u
in u
Elektr. Feld in V/cm
0.1 | 21 | 56 |
1 | 60 | 17,5 |
10 | 210 | 5,6 |
Die in F i g. 1 dargestellte Anordnung ist damit in vorteilhafter Weise als Verzögerungsleitung verwend- -in
bar.
Anhand der F i g. 2. 3 und 4 soll im folgenden die Erfindung an einem Halbleiterschieberegister erläutert
werden. In den F i g. 2 und 3 ist eine im wesentlichen mit der Anordnung in Fig. 1 gleiche Halbleiteranordnung 4;
dargeste!!.. Der Halbleiterkörper 10.1 besteht aus P-Ieitendem Silicium mit einer Störstellenkonzentration
von etwa 4 · lO'Vcm* bzw. einem spezifischen Widerstand
von etwa 400 Ohm -cm und ist auf seiner Oberfläche mit einer Isolierschicht 11.1. z.B. aus ">"
Siliciumdioxid, mit einer Dicke von etwa 5000 λ bedeckt. In dieser Isolierschicht 11.1 ist wiederum
mittels bekannter Techniken eine Öffnung 12.1 hergestellt,
durch die mittels Ionenbeschuß im Halbleiterkörper 10.1 ein bezüglich seines spezifischen Widerstandes
unterschiedliches Dotierungsgebiet 17.1 gebildet isL Das Dotierungsgebiet 17.1 weist wiederum einen
Konzentrationsgradienten auf, derart, daß am Ende 17.1a eine Konzentration von etwa lO'Vcm3 entsprechend
einem spezifischen Widerstand von to 0.06 Ohm - cm und am entgegengesetzten Ende 17.16
eine Konzentration von 10I6/cm3 entsprechend einem
spezifischen Widerstand von l,5Ohm-cm besteht,
wobei der Zwischenbereich ein entsprechendes Konzentrationsgefälle aufweist. In dieser Anordnung sind ^
weiterhin ein Injektor 15.1 sowie ein Detektor 16.1 vorgesehen. Über dem Dotierungsbereich 17.1 ist dann
wieder eine neue Oxidschicht 18.1 mit einer Stärke von etwa 500 Ä aufgewachsen.
Bei den Anordnungen nach F i g. 2 und 3 ist im Gegensatz zu der Anordnung nach F i g. I die
Einzelelektrode 20 durch mehrere Elektrodenstreifen 20.1 über dem Dotierungsbereich 17.1 ersetzt. Diese
Elektrodenstreit>n 20.1 sind ungefähr 5000 Ä dick. 5 μ
breit und gegeneinander durch einen Abstand von etwa 3-5 μ getrennt. Alle Elektrodenstreifen 20.1 sind
elektrisch miteinander verbunden. Wird eine negative Vorspannung von ungefähr 10 Volt an das Substrat 10.1
über den Anschluß 21.1 angelegt, bildet sich unterhalb des Dotierungsbereichs 17.1 eine Verarmungszone 23.1.
Da in diesem Fülle die Elektrodenstreifen 20.1 gegenseitige Abstände aufweisen, nimmt die Verarmungszone
eine abgestufte Form an, wobei eine Potentialmulde in Form einer Absenkung 25 unter
jedem Elektrodenstreifen 20.1 auftritt. Die Tiefenerstreckung dieser Potentialmulden 25 kann, wie in F i g. 3
dargestellt ist, durch Anlegen eines einzelnen Taktimpuises 26 (Fig. 4) an die Eiekituucimfciicfi 2G.S
erheblich geändert werden.
Durch entsprechende Vorspannung des Injektors 15.1 werden Minoritätsladungsträger, in diesem Falle durch
die Striche 30 angedeutete Elektronen, in die Verarmungszone 23.1 injiziert, wo sie aufgrund der elektrischen
Feldverhältnisse vom Gebiet 17.1a zum anderen Ende 17 \b wandern, um dort mittels des Detektors 16.1
abgefühlt werden zu können. Da die Potentialnnilden 25 unterhalb tier Verarmungszone 23.1 auftreten, können
sie dazu dienen, eine begrenzte Menge von anfänglich injizierten Ladungsträgern aufzufangen. Wenn jedoch
die Potentialmulden 25. wie in F i g. 2 dargestellt, einmal gefüllt sind, haben sie keinen weiteren Einfluß mehr, bis
diese Potentialmulden in ihrer Ausdehnung verstärkt werden, was anhand der F i g. 3 und 4 dargestellt ist. Das
Auffüllen der Potentialmulden 25 wird bewirkt, indem man eine ausreichende Menge Ladungen in die
Verarmungszone 23.1 injiziert und ihnen erlaubt, durch die Verarmungszone zu wandern. Auf ihrer Wanderung
durch die Verarmungszone werden die Ladungen die Potentialmulden 25 an der Unterseite des Verarmungsgebietes unterhalb der Elektroden auffüllen und dort
verbleiben. Wenn diese Potentialmulden 25 einmal gefüllt sind, wetden weitere im Bereich 17.1a in die
Verarmungszone 23.1 injizierte Ladungen unter dem Einfluß des Feldes in der Verarmungszone 23.1 ohne
Verlust vom Ende 17.la des Bereichs 17.1 zum anderen
Ende 17.1£> wandern. Infolge einer räumlichen Ausweitung
dieser Ladungsanhäufungen werden die Ladungen jedoch beginnen, sich über die Verarmungszone 23.1 zu
verteilen, wodurch die zur Informationswiederermittlung benötigte Zeit zunimmt und sich die Abgrenzung
zwischen den Ladungspaketen verwischt.
Erfindungsgemäß wird dieses Problem gelöst, indem zum Zeitpunkt TA (Fig.4) beim Beginn einer
Ladungsausweitung ein positiver Einphasenimpuls 26 von etwa 10 Volt an die Elektroden 20.1 angelegt wird.
Durch das Anlegen des Impulses 26 an die Elektroden 20.1 werden die Potentialmulden 25 merklich abgesenkt.
Infolgedessen werden die Ladungen auf ihrer Wanderung in der nächstfolgenden Potentialmulde 25 eingefangen,
d. h. die Ladungen werden dort wieder gesammelt Auf diese Weise wird ein vorher räumlich
verstreutes Ladungspaket im Sinne einer erneuten Verdichtung umgruppiert
Zum Zeitpunkt T-2 kehrt der Impuls 26 auf Massepotential zurück und die Potentialmulde 25 nimmt
wieder ihren Normalstatus, wie in F i g. 2 dargestellt ein.
Die zuvor angehäuften Ladungen werden nun von der verringerten Potentialmulde wieder in einzelnen Gruppen
abgegeben. Sie nehmen sodann ihre Wanderung in Richtung auf das Ende 17.16 des Bereichs 17.1 in
derselben Form wieder auf. in der sie diese begonnen hatten. Zum Zeitpunkt Γ-3 soll angenommen werden,
daß sich die Ladungen erneut räumlich ausgeweitet haben, worauf wiederum ein Impuls 26 zur Absenkung
der Pot«:.tialmulden 25 an die Elektroden angelegt wird und die Ladungen wieder zusammengefaßt werden.
Dieses wiederholte Anlegen eines Spannungsimpulses an die Elektroden 20.1 bewirkt eine zeitlich begrenzte
Absenkung der Potentialmulden 25 und damit ein Zusammenfassen der unter Umständen verstreuten
Ladungen, so daß auf diese Weise die Ladungen in bestimmbarer und steuerbarer Weise durch den
Halbleiterkörper transportiert werden können.
Trifft man die Annahme, daß die Anwesenheit einer solchen l.adungsanhäufung eine binäre I und entsprechend
die Abwesenheit eine binäre ϋ repräsentieren soii,
ist unschwer zu ersehen, daß eine solche beschriebene Anordnung als Schieberegister und, falls gewünscht,
allgemein als Speicheranordnung Verwendung finden kann. Ausgehend von den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann weiter vorgesehen werden, daß die in
der beschriebenen Weise transportierten Ladungen auch z. B. mäanderförmig, d.h. in parallelen Zeilen mit
entgegengesetzter Ladungstransportrichtung bei einer entsprechenden Übereckverbindung benachbarter Zeilen
durch einen Halbleiterkörper geleitet werden können.
Mit der Erfindung sind eine Anzahl von besonderen Vorteilen erzielbar. Insbesondere beim Betrieb als
Schieberegister ist festzustellen, daß lediglich ein einzelner Taktimpuls erforderlich ist, um den Informationsfluß
in Bitform durch die Registerslellen zu ermöglichen. Weiterhin ist gewährleistet, daß die am
Ausgang empfangene Information mit der am Eingang auftretenden identisch ist. Schließlich läßt sich das
erfindungsgemäße Schieberegister beträchtlich einfacher herstellen als bisher bekanntgewordene nach dem
Ladungskopplungsprinzip arbeitende Schieberegister, da lediglich ein einzelner Taktimpuls sowie eine
gleichmäßig;* isolierschicht über dem Ladungsweg erforderlich ist. Dieselben Vorteile bieten sich auch bei
der Verwendung als Verzögerungsleitung, wozu noch der weite Bereich von exakten vorherbestimmbaren
Verzögerungszeiten hinzukommt.
Claims (7)
1. Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung zur Übertragung und Speicherung von Ladungen in
einem Halbleiterkörper entlang eines zwischen einem Ladungsinjektor und einem Ladungsdetektor
vorgesehenen Ladungsweges unter Einwirkung eines elektrischen Feldes, enthaltend im wesentlichen eine dreischichtige Struktur, nämlich einen
Halbleiterkörper mit örtlicher Zusatzdotierung im ι ο Bereich des vorgesehenen Ladungsweges, eine den
Halbleiterkörper bedeckende Isolierschicht sowie eine darauf angeordnete Elektrodenmetallisierung,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des vorgesehenen Ladungsweges (17a nach 176 bzw.
17.1a nach 17.1 ty zwischen Ladungsinjektor (15; 15.1) nach Ladungsdetektor (16; 16.1) lediglich ein
zusammenhängendes Zusatzdotierungsgebiet (17; 17.1) mit einem kontinuierlich in der Übertragungsrichtung abnehmenden Konzentrationsgefälle an-
geordnet ύ>. und daß an die Elektrodenmetallisietung (20; 20.1) über der das Zusatzdotierangsgebiet
bedeckenden Isolierschicht sowie an den Halbleiterkörper (10; 10.1) im Bereich außerhalb des
Zusatzdotierungsgebiets eine ein zusammenhängendes Verarmungsgebiet (23; 23.1) erzeugende Span-■ungsquelle angeschlossen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenmetallisierung (20) als
susammenhängende Fläche ausgebildet ist
3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2. dadurch gel- Einzeichnet, daß das Dotierungsgebiet
(17; 17.1) ein kontinuierliches Konzentrationsgefälle von 10l8/cm3auf lO'Vcm* aufweist
4. Anordnung nach de.fi Ansprüchen 1 oder 3.
dadurch gekennzeichnet, daß du Elektrodenmetallilierung über dem im Halbleiterkörper (10.1)
ausgebildeten Zusatzdotierungsbereich (17.1) aus mehreren räumlich nebeneinander angeordneten
gegenseitig beabstandeten Elektrodenstreifen (20.1) besteht, die elektrisch miteinander verbunden sind
•nd bei der spannungsmäßigen Beaufschlagung ein Verarmungsgebiet (23.1) ergeben, dessen untere
Randlinie entsprechend den einzelnen Metaliisierungsstreifen (20.1) räumlich begrenzte und bezug-
ich ihrer Tiefenerstreckung steuerbare Absenkungen, d. h. Potentialmulden (25), bilden.
5. Anordnung nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß zur räumlichen Konzentration der
gerade im Halbleiterkörper transportierten Ladungen (30) die diskreten Potentialmulden (25) durch an
die Elektrodenstreifen (20.1) angelegte Spannungsimpulse (26) absenkbar und zur anschließenden
Abgabe der so verdichteten Ladungspakete wieder anhebbar sind.
6. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche I bis J. gekennzeichnet durch ihre
Verwendung als Verzögerungseinrichtung.
7. Anordnung mindestens nach den Ansprüchen 4 Oder 5. gekennzeichnet durch ihre Verwendung als
Schieberegister
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US19733971A | 1971-11-10 | 1971-11-10 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2250140A1 DE2250140A1 (de) | 1973-05-17 |
DE2250140C2 true DE2250140C2 (de) | 1983-01-20 |
Family
ID=22729000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2250140A Expired DE2250140C2 (de) | 1971-11-10 | 1972-10-13 | Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3796933A (de) |
JP (1) | JPS5146584B2 (de) |
CA (1) | CA966229A (de) |
DE (1) | DE2250140C2 (de) |
FR (1) | FR2159280B1 (de) |
GB (1) | GB1383977A (de) |
IT (1) | IT967897B (de) |
NL (1) | NL7215003A (de) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL7406728A (nl) * | 1974-05-20 | 1975-11-24 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting voor het digitaliseren van een elektrisch analoog signaal. |
US4047215A (en) * | 1975-01-31 | 1977-09-06 | Texas Instruments Incorporated | Uniphase charge coupled devices |
GB1551935A (en) * | 1976-08-19 | 1979-09-05 | Philips Nv | Imaging devices |
GB1559312A (en) * | 1976-08-26 | 1980-01-16 | Philips Nv | Photosensitive device arrangements and systems and photosensitive elements therefor |
JPS53158488U (de) * | 1977-05-14 | 1978-12-12 | ||
US4348690A (en) * | 1981-04-30 | 1982-09-07 | Rca Corporation | Semiconductor imagers |
US4396438A (en) * | 1981-08-31 | 1983-08-02 | Rca Corporation | Method of making CCD imagers |
US4814844A (en) * | 1986-12-12 | 1989-03-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Split two-phase CCD clocking gate apparatus |
-
1971
- 1971-11-10 US US00197339A patent/US3796933A/en not_active Expired - Lifetime
-
1972
- 1972-09-27 IT IT29715/72A patent/IT967897B/it active
- 1972-10-13 DE DE2250140A patent/DE2250140C2/de not_active Expired
- 1972-10-18 GB GB4795272A patent/GB1383977A/en not_active Expired
- 1972-10-25 FR FR7238483A patent/FR2159280B1/fr not_active Expired
- 1972-11-07 NL NL7215003A patent/NL7215003A/xx not_active Application Discontinuation
- 1972-11-08 CA CA156033356-16*AA patent/CA966229A/en not_active Expired
- 1972-11-08 JP JP47111280A patent/JPS5146584B2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2159280B1 (de) | 1974-08-19 |
US3796933A (en) | 1974-03-12 |
GB1383977A (en) | 1974-02-12 |
CA966229A (en) | 1975-04-15 |
JPS5146584B2 (de) | 1976-12-09 |
IT967897B (it) | 1974-03-11 |
NL7215003A (de) | 1973-05-14 |
JPS4868178A (de) | 1973-09-17 |
FR2159280A1 (de) | 1973-06-22 |
DE2250140A1 (de) | 1973-05-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2107022C3 (de) | ||
DE3029539A1 (de) | Nichtfluechtige, programmierbare integrierte halbleiterspeicherzelle | |
DE2643704C2 (de) | Transversalfilter mit mindestens einem analogen Schieberegister und Verfahren zu dessen Betrieb | |
DE2412699A1 (de) | Halbleiteranordnung | |
DE2252148C3 (de) | Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung und Verfahren zu ihrem Betrieb | |
DE3781295T2 (de) | Ladungsverschiebeanordnung. | |
DE2504088C2 (de) | Ladungsgekoppelte Anordnung | |
DE2250140C2 (de) | Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung | |
DE2201028B2 (de) | Verfahren zum Betrieb eines Feldeffekttransistors und Feldeffekttransistor zur Ausübung dieses Verfahrens | |
DE2231565A1 (de) | Umsteuerbare zweiphasige ladungsgekoppelte baueinheit | |
DE2634312C2 (de) | Mit zweiphasigen Taktsignalen betreibbare CCD-Vorrichtung | |
DE2264125B2 (de) | Ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement und Schaltung zum Betrieb | |
DE2329570B2 (de) | Ladungsgekoppelte Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE2151898C3 (de) | Ladungstransporteinrichtung | |
DE2815607C2 (de) | Eckstruktur in einem ladungsgekoppelten Halbleiterbauelement | |
DE1932759C3 (de) | Halbleiterbauelement zum Verstärken von Mikrowellen | |
DE2502481C2 (de) | ||
DE2723738C2 (de) | Halbleiterspeicherzelle für das nichtflüchtige Speichern elektrischer Ladung und Verfahren zu deren Programmierung | |
DE2254754A1 (de) | Integrierte ig-fet-eimerkettenschaltung | |
DE2558337A1 (de) | Halbleiter-bildsensor mit ccd-schieberegister | |
DE69220126T2 (de) | Ladungsgekoppelte Anordnung | |
DE2209921C3 (de) | ||
DE2213656A1 (de) | Ladungsgekoppelte Halbleiteranordnung | |
DE2414753C2 (de) | Ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement | |
DE2426531C3 (de) | Halbleiterbauelement zur Ladungsübertragung |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: GAUGEL, H., DIPL.-ING., PAT.-ASS., 7030 BOEBLINGEN |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |