DE2412345A1

DE2412345A1 - Ladungsverschiebeanordnung

Info

Publication number: DE2412345A1
Application number: DE2412345A
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Ing Goser
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1974-03-14
Filing date: 1974-03-14
Publication date: 1975-09-18

Description

Ladungsverschiebeanordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsverschiebeanordnung, bei der auf einer Oberfläche eines Substrates aus Halbleitermaterial eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, wobei sich auf der elektrisch isolierenden Schicht durch Spalte voneinander getrennt Elektroden befinden.
Ladungsverschiebeanordnungen dieser Art sind bekannt. Dabei werden an der Oberfläche des Hatbleiterkörpers Minoritätsladungsträger verschoben. Beispielsweise ist in der Veröffentlichung von W.S. Boyleund G.E. Seite in Beil Systems Technical Journal von April 1970, Seiten 587 bis 593 eine solche Ladungsverschiebeanordnung beschrieben. Zur Ladungsverschiebung sind dabei drei verschiedene Potentiab notwendig.
Die kreuzungsfreie Zuführung dieser Potentiale zu den einzelnen Elektroden ist nur mit einer verhältnismäßig aufwendigen Technik zu verwirklichen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Iladungsverschiebeanordnung anzugeben, bei der eine einfachere Leitungsführung möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs erwahnte Ladungsverschiebeanordnung gelöst, die erfindungsgeinäß dadurch gekennzeichnet ist, daß auf der anderen Oberfläche des Substrates eine weitere elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, daß auf dieser weiteren Schicht durch weitere Spalte voneinander getrennte weitere Elektroden angeordnet sind und daß die weiteren Elektroden gegenüber den Elektroden derart versetzt angeordnet sind, daß jeweils eine weitere Elektrode gegenüber einem Spalt und eine Elektrode gegenüber einem weiteren Spalt angeordnet ist, und daß die Dicke des Substrates so bemessen ist, daß die von einem an einer Elektrode bzw. an einer weiteren Elektrode anliegenden Potential in dem Substrat verursachte Verarmungszone durch das Substrat hindurchreicht.
Ein Vorteil einer erfindungsgemäßen Latlungsverschiebeanordntmg besteht darin, daß die Elektroden bzw. die weiteren Elektroden unkritisch auf der isolierenden Schicht bzw. auf der weiteren isolierenden Schicht positioniert werden können. Dies bedeutet; daß die Spalte zwischen den Elektroden bzw. die weiterm Spalte zwischen den weiteren Elektroden verhältnismäßig groß sein können, was bei den Ladungsverschiebeanordnungen des Standes der Technik nicht der Fall ist.
Vorteilhafterweise ist bei einer erfindungsgemäßen tadungsverschiebeanordnung mit einer homogenen Schicht ein Vier-Fhasen-Betrieb möglich, ohne daß teitungsüberkreuzungen auftreten, da auf jeder Seite des Substrates nur zwei Taktleitungen zur Zuführung von Potentialen notwendig sind.
Weitere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Weiterbildungen hervor.
Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße tadungsverschiebeanordnung für einen Vier-Phasen-Betrieb.
Die Figur 2 zeigt in schematischer DarstelLung eine erfindungsgemäß Ladungsverschiebeanordnung für einen Zwei-Phasen-Betrieb.
In der Figur 1 ist das Substrat aus HaLbleitermateriaL mit 1 bezeichnet. Vorzugsweise besteht dieses Substrat aus n-leitendem Silizium. Die Dicke zedes Substrates beträgt vorzugsweise einige /um. Auf einer Oberfläche des vorzugsweise schichtförmigen Substrates 1 ist die elektrisch isolierende Schicht 2 aufgebracht. Vorzugsweise besteht die Schicht 2 aus Siliziumdioxid.
Auf der Schicht 2 sind die durch Spalte 51 voneinander getrennten Elektroden 5 und SO aufgebracht. Vorzugsweise bestehen diese Elektroden aus Aluminium. Die Elektroden n sind durch die Leitung 55 paralLel miteinander verbunden. Die Elektroden SO sind durch die Leitung 52 parallel miteinander verbunden. Auf der anderen beite des Substrates 1 ist die weitere elektrisch isolierende Schicht 4 aufgebracht. Vorzugsweise besteht diese Schicht ebenfalls wie die Schicht 2 aus Siliziumdioxid. Auf der weiteren Schicht sind, durch weitere Spalte 51 voneinander getrenntekeitere Elektroden 5 und 50 aufgebracht. Yorzy sweise bestehen diese weiteren Elektroden aus Aluminium. Die weiteren-Elektroden 4$ sind durch die weitere Leitung 53 parallelmiteinander verbunden. Die weiteren Elektroden 50 sind durch die weitere Leitung 52 parallel miteinander verbunden. Die Elektroden 3 und 30 und die weit#eren Elektroden 5 und 50 sind so auf der elektrisch isolierenden Schicht 2 bzw. auf der weiteren elektrisch isolierenden Schicht 4 aufgebracht, daß eine Elektrode 5 -bzw. eine Elektrode 50 jeweils einem weiteren Spalt 51 gegenüberliegt und daß eine weitere Elektrode 5 bzw.
e weitere Elektrode 50 jeweils einem Spalt 31 gegenüberliegt.
Im folgenden soll nun kurz beschrieben werden, wie der Madungstransport in einer erfindungsgemäßen Ladungsverschiebeanordnung erfolgt. Durch Anlegen einer Spannung kann beispielsweise die unter einer Elektrode SO befindliche Ladung 7 entlang des Pfeiles 71 unter die weitere Elektrode 50 verschoben werden.
Hierzu ist nötig, daß an der Elektrode 50 ein Potential anliegt, das in dem Substrat 1 eine Verarmungszone erzeugt, die durch die ganze Schicht 1 hindurchreicht. Auf diese Weise können die MinoritätsZadungsträger der Ladung 7 durch das elektrische Feld von der Elektrode SO aus entlang des Pfeiles 71 auf die andere Seite unter die weitere Elektrode 50 gelangen. Mit einer entsprechenden Impulsfolge kann die Ladung 7 längs des Substrates 1 verschoben werden. Dabei werden die Ladungsträger bei jedem Schritt bzw. Takt von der einen Seite der Ladungsverschiebeanordnung auf die andere Seite der Ladungsverschiebeanordnung verschoben.
Mit dem Bezugszeichen 8 ist der Verlauf der Verarmungszone während des Betriebes bezeichnet. Dabei ist das Potential 01 an der ~leitung 55 negativer als das Potential d an der Leitung #2, so daß beispielsweise die Minoritätstadungstrager 7 entLang des Pfeiles 87,l nrerhaLb der Verarmungszone verschoben werden. Bei dem nächsten Takt werden das Potential ~1 an die Leitung 55 und das Potential ~2 an die Leitung 52 angelegt, so daß die MinoritätsLadungsträger entlang des Pfeiles 184 verschoben werden.
In der Figur 2 ist eine Ladungsverschiebeanordnung für einen Zwei-Phasen-Betrieb dargestellt. Einzelheiten der Figur 2, die bereits im Zusammenhang mit der Figur 1 beschrieben wurden, tragen die entsprechenden Bezugszeichen. Bei der Ladungsverschiebeanordnung der Figur 2 sind in die Bereiche 55 des Substrates 1 unterhalb der Spalte 51 zwischen den Elektroden 57 Ladungsträger eingebracht. Außerdem sind in die Gebiete 56 unterhalb der Elektroden 57 ebenfalls Ladungsträger eingebracht. In analoger ~Weise sind auf der anderen Seite der Ladungsverschiebeanordnung unterhalb der weiteren Spalte 51 zwischen den-Veiteren Elektroden 57 Ladungsträger in die weiteren Bereiche 55 und unterhalb der weiteren Elektroden 57 Ladungsträger in die weiteren Gebiete 56 eingebracht. Sämtliche Elektroden 37 sind über die Leitung 57 und sämtliche weiteren Elektroden 57 über die weitere Leitung 57 parallel miteinander verbunden.
Vorzugsweise erfolgt das Einbringen der Ladungsträger in die Bereiche 55 und 55 und in die Gebiete 56 und 56 mit Hilfe der IonenimpLantation. In der älteren Patentanmeldung P 25 41 179.2 (unser Zeichen 7~/7158) ist ein Verfahren beschrieben, mit dessen Hilfe durch zweimalige Ionenimplantation in schräger Richtung zur Substratoberfläche Ladungsträger in diese Bereiche eingebracht werden können. Durch das Einbringen von Ladungsträgern in die Bereiche werden Potentialbarrieren geschaffen.
So bewirken die Bereiche 36 unterhalb der Elektroden 37 und die weiteren Bereiche 56 unterhalb der weiteren Elektroden 57 eine Potentialbarriere, die wiederum eine Vorzugsrichtung in der Halbleiterschicht vorgibt. Durch das Einbringen von Ladungsträgern in die Bereiche 35 unterhalb der Spalte 31 und in die weiteren Bereiche 55 unterhalb der Spalte 51 wird erreicht, daß ein Ladungsfluß zwischen den Elektroden einer Schichtseite unterbunden wird.
Mit Hilfe der in der Figur 2 dargestellten Ladungsverschiebeanordnung ist ein Zwei-Phasen-Betrieb möglich, der im folgenden kurz erläutert werden soll. Durch Anlegen einer Spannung an die Leitung 54 kann beispielsweise die unter einerElektrode 37 befindliche Ladung durch die Halbleiterschicht unter eine Elektrode 57 verschoben werden. Hierzu ist nötig, daß an der Elektrode 57 ein Potential anliegt, das im Substrat eine Verarmungszone erzeugt, die durch die Schicht 1 hindurchreicht. Infolge der Barriere 35 können die Ladungsträger nicht auf direktem Wege zur benachbarten Elektrode weiterverschoben werden und infolge der Barriere 56 sammeln sich die Ladungsträger im rechten breiteren Abschnitt unter den Elektroden, so daß nur eine Verschiebung von links nach rechts und nicht umgekehrt erfolgen kann. So ist es möglich, daß die Ladungsträger bei jedem Schritt von der einen Seite auf die andere Seite der Ladungsverschiebeanordnung verschoben werden.
Ein Vorteil einer Ladungsverschiebeanordnung nach Figur 2 liegt darin, daß auf jeder Seite des Substrates 1 nur eine durchgehende Leiterbahn 34 bzw. 54 benötigt wird.
Ein Zwei-Phasen-Betrieb kann bei einer erfindungsgemäßen Ladungsverschiebeanordnung auch dadurch erreicht werden, daß man verschieden dicke Gate-Oxidschichten unterhalb der an einer Seite des Substrates 1 angeordneten Elektroden vorsieht. In der DOS 2 201 150 sind solche MaBnahmen in Zusammenhang mit bekannten Badunzsverschiebeanordnungen beschrieben.
11 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche S Ladungsverschiebeanordnung, bei der auf einer Oberfläche eines Substrates aus Halbleitermaterial eine elektrisch isolierende Schicht auf#ebracht ist, wobei sich auf der elektrisch isolierenden Schicht durch Spalte voneinander getrennt Elektroden b#fi'ijen, daß auf der anderen Oberfläche des Substrates eine weitere elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, daß auf dieser weiteren Schicht durch weitere Spalte voneinander getrennte weitere Elektroden angeordnet sind, daß die weiteren Elektroden geeenüber den Elektroden derart versetzt angeordnet sind, daß jeweils eine weitere Elektrode gegenüber einem Spalt und eine Elektrode gegenüber einem weiteren Spalt angeordnet ist, und daß die Dicke des Substrates so bemessen ist, daß die von einem an einer Elektrode bzw. an einer weiteren Elektrode anliegenden Potential in dem Substrat verursachte Verarmungszone durch das Substrat hindurchreicht, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in Bereiche (35) im Substrat (1) unterhalb der Spalte (31), in weitere Bereiche (55) im Substrat unterhalb der weiteren Spalte (51), in Gebiete (36) im Substrat (1) unterhalb der Elektroden (37) und in weitere Gebiete (56) im Substrat unterhalb der Elektroden (57) Ladungsträger eingebracht sind, wobei die Gebiete (36) und die weiteren Gebiete (56) unsymmetrisch zu den Elektroden (37) bzw.

zu den weiteren Elektroden (57) angeordnet sind.
2. Ladungsverschiebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß in die Gebiete (36) und in die weiteren Gebiete (56) Ionen, die von der gleichen Ionenart wie die in dem Substrat enthaltenen Ionen sind, eingebracht sind.
3. Ladungsverschiebeanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß in die Bereiche (35) und in die weiteren Bereiche (55) Ionen, die von der komplementären Ionenart wie die in dem Substrat enthaltenen Ionen sind, eingebracht sind.
4. Ladungsverschiebeanordnunz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ionen mittels Ionenimplantation in die Gebiete (36), weiteren Gebiete (56), Bereiche (55) und weiteren Bereiche (55) eingebracht sind.
5. Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektroden (37) durch eine elektrische Leitung (34) und die weiteren Elektroden (57) durch eine weitere Leitung (54) parallel miteinander verbunden sind.
6. Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Substrat aus einer einige /um dicken Siliziumschicht besteht.
7. Ladungsverschiebeanordnung nach Anspruch 6, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Siliziumschicht n-dotiert ist.
8. Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gek e nnn n zeichne t , daß die Schicht (2) aus SiO2 besteht.
9. Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die weitere Schicht (4) aus SiO2 besteht.
10. Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Elektroden (3, SO, 37) aus Aluminium bestehen.
11. Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Anspruche 1 bis 10, dadurch g e k e fl n z e i c h n e t , daß die weiteren Elektroden (5, 50, 57) aus Aluminium bestehen.