DE2412699A1

DE2412699A1 - Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE2412699A1
Application number: DE2412699A
Authority: DE
Inventors: Leonard Jan Maria Esser
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-03-19
Filing date: 1974-03-16
Publication date: 1974-10-10
Also published as: FR2222756B1; GB1470191A; NL181766B; NL7303778A; ES424350A1; IT1005664B; CA1102917A; US4012759A; JPS503275A; GB1470192A; AU6678074A; CH570704A5; JPS5244708B2; DE2412699C2; FR2222756A1; NL181766C

Description

GÜNTHER M. DAVID

Patentass2ssor

Anmelder: N.V. PHiLlPS' GLCEILAMPENFABRiEKEN 2412699

«? Aktes PHU 6823

Anmeldung vom: 1 3 . 3 · 74

Halbleiteranordnung

Die Erfindung bezieht sich auf eine ladungsgekoppelte Anordnung mit einem Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, wobei Mittel zur Isolierung der Halbleiterschicht gegen die Umgebung· vorgesehen sind und diese Schicht eine derartige Dicke und eine derartige Dotierungskonzentration aufweist, dass mit Hilfe eines elektrischen Feldes über die ganze Dicke der Halbleiterschicht eine Erschöpfungszone unter Vermeidung von Durchschlag erhalten werden kann, wobei Mittel zur örtlichen Einführun-g von Information in Form von aus Majoritätsladungs— trägern bestehender Ladung in die Halbleiterschicht und Mittel zum Auslesen dieser Information anderswo in der Schichr vorgesehen sind, und wobei auf wenigstens einer Seite der Schicht ein Elektrodensystem zur kapazitiven Erzeugung elek-

409841/0698

-2- PHN. 6823

5-3-197^

trischer Felder in der Halbleiterscfiicht vorhanden ist, mit deren Hilfe die Ladung durch die Haibleiterschicht in einer zu der Schicht parallelen Richtung zu den Auslesemitteln transportiert werden kann.

Der Ausdruck "Elektrodensystem" ist hier in weitestem Sinne aufzufassen, so dass darunter nicht nur durch eine Sperrschicht von der Halbleiterschicht getrennte Elektroden, sondern auch andere Mittel, wie z.B. eine piezoelektrische Schicht, zu verstehen sind, mittels deren elektrische Felder in der Halbleiteisschicht erzeugt werden können.

. Eine derartige Halbleiteranordnung ist in der deutschen Patentanmeldung P 22 52 148.8 'beschrieben In dieser Halbleiteranordnung erfolgt der Transport der elektrischen Ladung wenigstens im wesentlichen über das Innere der Halbleiterschicht. Darin !unterscheidet sich eine Halbleiteranordnung der in der erwäimten niederländischen Patentnameldung beschriebenen Art von den allgemein bekannten ladungsgekoppelten Anordnungen, in denen die Speicherung und der Transport der elektrischen Ladung an der Oberfläche der Halbleiterschicht stattfinden. Dadurch, dass im allgemeinen die Beweglichkeit elektrischer Ladungsträger infolge von Oberflächenzuständen an der Oberfläche der Halbleiterschicht niedriger als im Inneren der Halbleiterschicht ist und dass im allgemeinen der Abstand zwischen den Elementen und der elektrischen Ladung im Inneren der Haibleiterschicht verhält—, nismässig gross und somit die kapazitive Kopplung zwischen dieser Ladung und den Elementen vcrhsltnismässig gering ist, wird der Transport elektrischer Ladung über das Innere der Halbleiterschicht i.n bezug auf den Transport einer entsprechenden Ladungsmenge an der Oberfläche der Haibleiterschicht schnell vor sich gehen. 409841/069 8

~³~ PHN. 6823

5_3_₁₉₇4

Dadurch kann eine Halbleiteranordnung der obenbeschriebenen Art mit Hilfe von Taktspannungen mit einer verhältnismässig hohen Frequenz betrieben werden. Dies ergibt u.2 den Vorteil, dass z.B. bei Anwendung einer derartigen Halbleiteranordnung in Verzögerungsleitungen für Videofrequenz— signale die maximale Frequenz dieser- durch das Schieberegiste: hindurch.zufii.hr end en Videofrequenzsignale verhältnismässig hoch sein kann.

Ausserdem kann die Transportausbeute beim Transportieren elektrischer Ladung durch die Schicht in einer Halbleiteranordnung der in der Einleitung beschriebenen Art sehr hoch sein, wodurch zwischen aufeinanderfolgenden Ladungspaketen, die nacheinander durch die Schicht hindurchtransportiert werden, nur in geringem Masse übersprechen auftritt. Dies ist insbesondere von grosser Bedeutung bei Anwendung einer derartigen Halbleiteranordnung als Bildsensor zur Umwandlung elektromagnetischer Strahlung in elektrische Energie.

Die Halbleiterschicht wird in den meisten Fällen durch eine an eine Oberfläche des Halbleiterkörpers grenzende Oberflächenschicht gebildet, die an dieser Oberfläche mit einer Isolierschicht aus z.B. Siliciumoxid überzogen und auf der der genannten Oberfläche gegenüber liegenden Seite von einem sperrenden pn-Ubergang begrenzt wird. Die laterale Trennung der Halbleiterschicht kann z.B. durch die bei integrierten Halbleiteranordnungen allgemein üblichen Mittel zum Isolieren der Inseln, z.B. einen sperrenden pn-Ubergang, gebildet werden. Die Elemente, mit deren Hilfe in der Halb-

409841/0698

leiterschicht Taktspannungen angelegt werden können, bestehen gewöhnlich aus Elektroden, die auf der Isolierschicht angebracht und durch die Isolierschicht von der Halbleiterschicht getrennt sind.

Beim Betrieb kann Information in Form eines Pakets von Majoritätsladungsträgern in einem Gebiet der Halbleiter— schicht, das einer ersten Elektrode gegenüber liegt, gespeichert und von anderen Ladungspaketen mittels elektrischer Felder in Erschöpfungszonen, die dieses Gebiet einschliessen und sich quer über die Halbleiterschicht erstrecken, getrennt werden. Während des Ladungstransports werden die Ladungsträger des genannten Ladungspakets des der ersten Elektrode gegenüber liegenden Gebietes der Halbleiterschicht zu einem folgenden Gebiet der Halbleiterschicht transportiert, dadurch, dass zwischen dieser Elektrode und der darauffolgenden Elektrode ein Spannungsunterschied angelegt wird, wobei die Ladungsträger wenigstens im wesentlichen über das Innere der Halbleiterschicht aus dem zuerst genannten Gebiet zu dem folgenden Gebiet fliessen, bis das ganze der genannten ersten Elektrode gegenüber liegende Gebiet der Halbleiterschicht erschöpft ist. Die Dotierungskonzentration und die Dicke der Halbleiterschicht sollen dabei naturgemäss derart niedrig sein, dass die Halbleiterschicht über ihre ganze Dicke erschöpft werden kann, ohne dass Lawinenvervielfachung auftritt. Eine derartige niedrig dotierte Schicht kann z.B. durch eine homogen dotierte hochohmige epitaktische Schicht gebildet werden, die auf einem Träger oder Substrat vom entgegengesetzten Leitfähigkeit styp angebracht ist.

Die an die Elektroden anzulegenden Taktspannungen werden im allgemeinen vorzugsweise möglichst niedrig gehalten,

409841 /0698

PHN. 6823

~⁵~ • ■

weil, je nachdem die Taktspannungen höher werden, auch u.a. die Verlustleistung grosser wird. Die Grosse der Taktspannungen wird naturgemäss ausser durch Materialeigenschaften, wie die Dielektrizitätskonstanten der Isolierschicht und der Halbleiterschicht, u.a. durch die Grosse Q der zu transportierenden Ladungsmenge bestimmt. Je nachdem Q grosser ist, werden auch die an die Elektroden anzulegenden Taktspannungen grosser sein müssen, um zu verhindern, dass Ladung verloren geht und/oder zu einem weiteren informationshaltigen Gebiet der Halbleiterschicht abfliesst, wodurch übersprechen zwischen informationshaltigen Gebieten auftreten kann. Ausserdem sind, je nach der Geschwindigkeit, mit der die Ladung transportiert werden soll, vorzugsweise noch Felder genügender Grosse in der Transportrichtung übrig. Ein weiterer wichtiger Faktor, der die Grosse der Taktspannungen bestimmt, ist der Abstand zwischen den Elektroden und der Ladung. Je grosser dieser Abstand ist - was bedeutet, dass die Ladung und die Elektroden kapazitiv stärker in bezug aufeinander entkoppelt sind - je höher sollen auch die an die Elektroden anzulegenden Taktspannungen sein, damit bei einer bestimmten Ladung Q Zerstreuung dieser Ladung vermieden wird.

Wenn nun eine Halbleiteranordnung der eingangs

beschriebenen Art, in der der Ladungstransport wenigstens im wesentlichen über das Innere der Halbleiterschicht erfolgt, mit einer gleichfalls bereits beschriebenen Halbleiteranordnung vo'm üblicheren Typ verglichen wird, in der die Ladungsspeicherung und der Ladungstransport an und längs der Oberfläche der Halbleiterschicht stattfinden, - und wenn angenommen wird, dass in beiden Fällen die Dicke der Sperr-

4 0 9841/0698

-6- PHN. 6823

5-3-197^

schichten zwischen den Elektroden und der Schicht gleich ist - stellt sich heraus, dass bei einer Halbleiteranordnung der zuerst genannten Art im allgemeinen grössere Taktspannunge: als bei einer Halbleiteranordnung der zuletzt genannten Art erforderlich sind, um eine Ladung Q einer bestimmten Grosse durch die Halbleiterschicht hindurchi zu transportieren.

Die vorliegende Erfindung bezweckt u.a., eine

Halbleiteranordnung zu schaffen, in eier die Ladung wenigstens grösstenteils im Inneren der Halbleiterschicht transportiert wird, mit allen sich daraus ergebendien Vorteilen, während dennoch die Taktspannungen mit denjenigen Taktspannungen vergleichbar sind, die verwendet werden wurden, falls die Ladung längs der Oberfläche transportiert werden würde.

Wie bereits beschrieben wurde, befinden sich an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht und der Isolierschicht Oberflächenzustände, die u.a. als Einfangzentren (traps) oder als Rekombinationszentren für die Ladungsträger dienen können und die dadurch die Wirkung der Halbleiteranordnung beeinträchtigen können, insbesondere falls diese als Bildaufnahmevorrichtung verwendet wird. Daher kann es häufig vorteilhaft sein, die Halbleiteranordnung derart zu betreiben, dass die durch die Halbleiterschicht, hindurch zu transportierende Ladung stets in einer genügend grossen Entfernung von der Oberfläche in dem Inneren der Halbleiterschicht bleibt, auch während der Ladungsspexicherperioden. Ein derartiger Betrieb der Halbleiteranordnung bringt jedoch mit sich, dass an die an die Elektroden anzulegenden Taktspannungen und, oder an die maximale Menge durch die Halbleiterschicht hindurch zu transportierender Ladung zusätzliche Anforderungen

409841/0698

-7- PHX. 6823

und Beschränkungen gestellt werden.

Weiter bezweckt die Erfindung daher, eine Halbleiteranordnung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, in der bei vorgegebenen Taktspannungen eine verhältnismässig grosse Ladungsmenge durch die Schicht hindurch transportiert werden kann, ohne dass dabei Anhäufung von Ladung an der Oberfläche stattfindet.

Der Erfindung liegt u.a« die Erkenntnis zugrunde, dass die Potentialmulden, die in der Halbleiterschicht für die durch die Halbleiterschicht hindurch zu transportierende Ladung gebildet werden sollen, sofern es die Tiefen der Potentialminima und/oder den Abstand! dieser Minima von der Oberfläche der Halbleiterschicht anbelangt, ausser durch die an die Elektroden angelegten Spannungen auch durch die Dotierungskonzentration der Halbleiterschicht beeinflusst werden können. Weiterhin liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass in einer Halbleitersctiicht mit einer nichtgleichmässigen Dotierungskonzentration an auch durch das Konzentrationsprofil bestimmten Stellen in der Halbleiter— schicht Ladungskonzentration erhaltejn werden kann.

Nach der Erfindung ist eine Ladungsgekoppelte

Vorrichtung der in der Einleitung beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht wenigstens örtlich unter dem Elektrodensystem mit einer Oberflächenzone vom ersten Leitfähigkeitstyp versehen is^c, die höher als der angrenzende Teil der Halbleiterschiclht dotiert ist und sich nur über einen Teil der Dicke der Halbleiterschicht in der Halblei ter'schicht erstreckt.

Durch das Vorhandensein der höher dotierten

V09841/0698

-8- PHN. 6823

Oberflächenzone — wodurch tatsächlich die Kapazität, die eine Stufe der ladungsgekoppelten Vorrichtung bildet, vergrössert wird - kann der grösste Teil der informationshaltigen Ladung verhältnismässig nahe bei dem Elektrodensystem lokalisiert werden. Dadurch erfolgt der Transport ebenfalls zwar verhältnismässig nahe bei dem Elektrodensystem, wodurch die kapazitive Kopplung zwischen der Ladung und dem Elektrodensystem verhältnismässLg gross ist, aber die Transportzeit oder Transportgeschwindigkeit wird nur in geringem Masse von dieser stärkeren kapazitiven Kopplung beeinflusst, weil die Transportzeit im wesentlichen nur durch die letzten Bruchteile noch zu übertragender Ladung bestimmt wird. Diese letzten Bruchteile können jeweils sehr schnell über den niedriger dotierten Teil der Halbleiterschicht unter der Oberflächenzone übertragen werden, wo die Ladung infolge des grösseren Abstandes von dem Elektrodensystem kapazitiv schwächer als in der höher dotierten Oberflächenzone eier Halbleiterschicht gekoppelt ist.

Dadurch, dass aber infolge des Vorhandenseins

der höher dotierten Oberflächenzone der grösste Teil der durch. die Halbleiterschicht hindurch zu transportierenden Ladung verhältnismässig nahe bei dem Elektrodensystem konzentriert werden kann, kann eine Halbleiteranordnung nach der Erfindung mit niedrigeren Taktspannungen als eine Halbleiteranordnung der eingangs beschriebenen Art mit einer Halbleiterschicht mit einer gleichmässigen Dotierung betrieben werden. Diese Taktspannungen sind mit denjenigen Taktspannungen vergleichbar die verwendet werden würden, wenn die Ladung längs der Oberfläche transportiert werden würde.

409841/0698

-9- PHN. 6823

5-3-1974

2Λ12699

Ausserdem kann eine verhältnismässig grosse Menge informatxonshaltigei· Ladung infolge der höheren Dotierung in der höher dotierten Oberflächenzone in einem genau definierten Abstand von der Oberfläche - die meistens durch eine Oberfläch· des Körpers gebildet wird - im Inneren der Schicht konzentrier werden", wo die Konzentration an Generationszentren und/oder Einfangzentren (traps) viel geringer als an der Oberfläche sein kann.

Es sei bemerkt, dass sich die Erfindung naturgemäsf nicht auf Ausführungsformen beschränkt, in denen die Ladung stets in einem endlichen Abstand von der Oberfläche der Halbleiterschicht konzentriert wird. So ist es z.B. möglich, dass in einer ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung die Halbleiterschicht, gegebenenfalls abgesehen von dem Eingang oder dem Ausgang der Vorrichtung, gar nicht an eine Oberfläche der Halbleiterschicht grenzt, sondern z.B. über einen gesperrten pn-Ubergang in ein an die Oberfläche grenzendes Halbleitergebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp übergeht, wobei das Elektrodensystem auf diesem Halbleitergebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht ist. In dieser Ausführungsform befindet sich die Ladung stets im Inneren des Halbleiterkörpers, auch wenn ein Teil der Ladung an die Oberfläche der Schicht grenzt. • Das Elektrodensystem zum Erzeugen elektrischer

Felder in der Halbleiterschicht kann u.a. eine piezoelektrische Schicht enthalten, in der eine akustische Welle in eine elektrische Welle umgewandelt werden kann. Eine einfache bevorzugte Ausführungsform einer ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das

40 9 841/069 8

-10- PHN. 6823

5-3-1974

2412B99

genannte Elektrodensystem eine Anzahl Elektroden enthält, die durch eine Sperrschicht von der Halbleiterschicht getrennt sind. Die Elektroden können z.B. durch Halbleiterzonen von dem dem der Halbleiterschicht entgegengesetzten Leitfähigkeit=- typ gebildet werden, die mit der Halbleiterschicht eine Sperrschicht in Form eines pn-Ubergangs bilden. Die Halbleiterschicht kann dabei vorteilhaft in lateraler Richtung von einer Isolierzone begrenzt und isoliert werden, die wenigstens teilweise aus Isoliermaterial, z.B. aus Siliciumoxid, bestehr, das über wenigstens einen Teil seiner Dicke in die Halbleiterschicht versenkt ist. Ferner können auch Sperrschichten in Form xn der Sperrrichtung vorgespannter gleichrichtender Metall-Halbleiter-Ubergänge oder Schottky-Übergänge Verwender werden, wobei eine Elektrode aus einer für die Bildung eines Schottky-Ubergangs geeigneten Metallschicht besteht, die direkt auf der Oberfläche der Halbleiterschicht angebracht sein kann. Eine bevorzugte Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist aber dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden durch leitende Schichten gebildet werden, die durch eine Isolierschicht von der Halbleiterschicht getrennt sind. Die leitenden Schichten können durch Metallschichten, z.B. aus Aluminium, gebildet werden. Statt Metall können aber auch andere Materialien, wie z.B. polykristallines Silicium, das gegebenenfalls mit einer Verunreinigung zur Herabsetzung des Widerstandes dotiert ist, verwendet werden. Vorteilhaft kann die Halfeleiterschicht dabei mit einer Anzahl lateral voneinander getrennter Oberflächenzonen vom ersten Leitfähigkeitstyp versehen sein, die höher als der angrenzende Teil der Halbleiterschicht dotiert sind, sich

409841/0698

-11- PHX. 6823

5-3-197^»

nur über einen Teil der Dicke der Halbleiterschicht in der Schicht erstrecken und unter den Elektroden liegen.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die Elektroden in einer zu der Transportrichtung parallelen Richtung über den Rand der unterliegenden höher dotierten Oberfläche hinweg erstrecken. Dadurch ist in das System eine Asymmetrie und somit eine Vorzugsrichtung eingebaut, die es ermöglicht, eine derartige Vorrichtung mit nur zwei Taktspannungsquellen - oder als ein Zweiphasensystem - zu betreiben. Die dabei notwendige Überlappung zwischen den Elektroden und den an die Oberflächenzonen grenzenden niedriger dotierten zwischenliegenden Teilen der Halbleiterschicht braucht keine beträchtliche Beschränkungfür die Menge Ladung zu bedeuten, die in den höher dotierten Oberflächenzonen gespeichert werden kann, indem diese Überlappung nur eine verhältnismässig geringe Oberfläche zu beanspruchen braucht. Vorteilhaft erstrecken sich dabei die Oberflächenzonen über wenigstens die Hälfte und vorzugsweise wenigstens drei Viertel der Oberfläche der oberhalb der höher dotierten Oberflächenzonen angebrachten Elektroden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer

erfindungsgemässen ladungsgekoppelteii Vorrichtung, die als ein. Zweiphasensystem (daher nur mit zwei Taktspannungsquellen) betrieben werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, dass von der genannten Seite her die Elektroden nur abwechselnd oberhalb einer höher dotierten Oberflächenzone und die anderen Elektroden oberhalb des genannten angrenzenden Teiles der Halbleiterschicht liegen. Beim Betrieb kann z.B. jede oberhalt

409841/0698

einer höher dotierten Oberflächenzone liegende Elektrode mit einer - in der Ladungstransportrichtung gesehen- vorhergehenden Elektrode verbunden werden und mit dieser Elektrode eine Stufe (oder ein Bit) der ladungsgekoppelten. Vorrichtung bilden.

Eine weitere bevorzugte Ausfilhrungsform, die u.a. den Vorteil aufweist, dass die Herstellung einfach ist, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiter— schicht mit einer schichtförmigen Oberflächenzone vom ersten Leitfähigkeitstyp versehen ist, die sich praktisch längs der ganzen Oberfläche der Halbleiterschicht erstreckt. Vorteilhafr können die Oberflächenzone und das angrenzende niedriger dotierte Gebiet dabei in Form aufeinander angebrachter epitaktischer Schichten vom gleichen Leitfähigkeitstyp, aber mit voneinander verschiedenen Dotierungskonzentrationen, ausgeführt werden. Die Dotierungskonzentrationen und die Dicken der höher dotierten Oberflächenzone und des angrenzenden niedriger dotierten Teiles der Halbleiterschicht können dabei innerhalb weiter Grenzen gewählt werden. Ausserdem kann die Halbleiterschicht in dieser bevorzugten Ausführungsform auf in der Halbleitertechnologie allgemein bekannte Weise durch Verfahren zum Anbringen epitaktischer Halbleiterschichten hergestellt werden.

Der Trägerkörper, auf dem die Halbleiterschicht angebracht wird, kann z.B. durch einen. Körper aus Isoliermaterial, z.B. aus Aluminiumoxid oder Saphir, gebildet werden. Der Trägerkörper kann vorteilhaft auch aus einem Halbleitersubstrat vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Halbleiterschicht bestehen, wobei an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat eine Anzahl Elektroden in Form vergrabener Zonen vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht sein kann. An die Elektroden sollen dabei derartige

409841 /0698

-13- PHN. 6823

2A12699

Spannungen angelegt werden, dass an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht und dem Substrat ein Erschöpfungsgebiet gebildet wird, dass Leitung zwischen dem Substrat und der Schicht verhindert. Während der Herstellung einer derartigen Halbleiteranordnung kann zunächst auf dem Substrat die höher dotierte Oberflächenzone in Form einer ersten epitaktischen Schicht mit einer verhältnismässig hohen Dotierungskonzentration und dann der angrenzende niedriger dotierte Teil in Form einer zweiten epitaktischen Schicht mit einer verhältnismässig niedrigen Dotierungskonzentration angewachsen werden.

Eine besondere bevorzugte Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der genannte angrenzende Teil der Halbleiterschicht durch eine epitaktische Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, die auf einem Halbleitersubstrat vom zweiten Leitfähigkeitstyp angebracht ist. Die Herstellung einer Anordnung gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform ist besonders einfach. Die epitaktische Schicht ■ kann nach ihrer Anbringung auf dem Substrat z.B. dadurch mit der höher dotierten Oberflächenzone versehen werden, dass wenigstens örtlich längs der Oberfläche die Konzentration an Verunreinigungen z.B. durch Ionenimplantation erhöht wird. Die höher dotierte Oberflächenzone kann aber auch in Form einer zweiten epitaktischen Schicht auf der ersten epitaktischen Schicht angebracht werden; das niedriger dotierte Gebiet bildet die epitaktische Schicht.

Ein weiterer Vorteil der obenbeschriebenen bevor-

409841/0698

zugten Ausführungsform einer ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung, bei der die höher dotierte Oberflächenzone sich längs praktisch der ganzen Oberfläche der Halblei t er schii: erstreckt, besteht darin, dass bei vorgegebenen gegenseitigen Abständen der Elektroden der Effekt etwaiger Potentialmulden, die in der Halbleiterschicht, insbesondere an der Oberfläche der Halbleiterschicht, zwischen den Elektroden auftreten können, dadurch verringert wird, dass infolge der höheren Dotierung der Oberflächenzone die Ladung in einem endlichen u.a. durch die Dicke der Oberflächenzone bestimmten Abstand konzentriert wird. Die Möglichkeit des Auftretens der genannten Potentialmulden kann dadurch verringert werden , dass in und/oder nahe bei den zwischen den Elektroden liegenden Teilen der Halbleiterschicht zusätzliche Ladung der gleichen Polaritä" wie die durch die Halbleiterschicht hindurch zu transportierenden xnformationshaltigen Majoritäts-ladungsträger eingebaut wird. Zu diesem Zweck ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform einer ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht mit Oberflächenzonen vom zweiten Leitfähigkeitstyp versehen ist, die, auf die Oberfläche gesehen, zwischen den Elektroden liegen und sich über einen Teil der Dicke der Halbleiterschicht in der Halbleiterschicht erstrecken. Beim Betrieb können diese Zonen völlig oder teilweise erschöpft werden und stellen damit eine Menge ionisierter Ladung mit der gleichen Polarität wie die durch die Halbleiterschicht hindurch zu transportierenden xnformationshaltigen Majoritätsladungsträger dar und verhindern somit, dass die xnformatxonshaltigen Ladungsträger teilweise in Potentialmulden zurückgehalten werden.

409841/0698

-15- PHN. 6823

5-3-197^

Eine weitere bevorzugte AusfuhrungsTorrn einer

ladungsgekoppelten Vorrichtung nach, der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten mit einem Elektrodensystem zum Erzeugen elektrischer Felder in der !Halbleiterschicht versehen ist, wobei die Halbleiterschicllrit auf jeder der genannter. Seiten wenigstens örtlich mit einer Oberflächenzone vom ersten Leitfähigkeitstyp versehen isst, die, jeweils von der entsprechenden Seite her gesehen, umter dem Elektrodensystem liegt und höher als der angrenzende Teil der Halbleiterschichx dotiert ist und sich nur über einen Teil der Dicke der Schicht in dieser Schicht erstreckt«

Die zu beiden Seiten angebrachten Elektrodensyste-· können dabei ebenfalls eine Anzahl durch Sperrschichten von de: Halbleiterschicht getrennter Elektroden enthalten. Die Elektroden, die auf einer Seite angebracht sind, können dabei den Elektroden, die auf der gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschicht angebracht sind, gerade gegenüber liegen, wobei zwei einander gegenüber liegende Elektroden an dieselbe Taktspannungsquelle angeschlossen werden können, wodurch der Ladungstransport von einer Stufe zu. der nächstfolgenden Stufe im wesentlichen in einer Richtung paaraLlel zu der Halbleiterschicht stattfindet. Es ist aber auch möglich, eine ladungsgekoppelte Vorrichtung nach der Erfindung, bei der auf zwei Seiten Elektroden angebracht sind, dterart zu betreiben, dass die Ladung wahrend des Transports vcwn. einer Stufe zu einer nächstfolgenden Stufe die Halbleiterschicht überquert, ohne dass sie übrigens mit den Oberflächen der Halbleiterschicht in Kontakt kommt.

409841/0698

-16- PHN. 6823

5-3-1974

Eine weitere bevorzugte Ausfiihrungsform einer

ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration der genannten Oberflächenzone mindestens etwa gleich dem Zehnfachen und vorzugsweise mindestens etwa gleich* dem Hundertfachen der Dotierungskonzentration des genannten angrenzenden Teiles der Halbleiterschicht ist.

Die Dicke der hoher dotierten Oberflächenzone

wird vorteilhaft höchstens gleich der Dicke des angrenzenden niedriger dotierten Teiles und vorzugsweise kleiner als die Hälfte der Dicke dieses Teiles der Halbleiterschicht gewählt.

Einige Ausführungsfοrraea der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden, im folgenden naher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Teil einer ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch diese Vorrichtung längs der Linie H-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch diese Vorrichtung längs der Linie IH-III in Fig. 1,

Fig. h als Funktion der Zeit die an die Elektroden in der Vorrichtung nach den Figuren 1 bis 3 angelegten Taktspannungen ,

Fig. 5 schematisch einem Querschnitt durch einen Teil einer zweiten ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 6 schematisch einem Querschnitt durch einen Teil einer dritten ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 7 schematisch als Funktion der Zeit die an die Elektroden in der Vorrichtung nach Fig. 6 anzulegenden

409841 /0698

-17- PHN. 6823

Taktspannungen,

Pig. 8 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 9 einen Querschnitt durch eine noch weitere Ausfuhrungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung, und Fig.. 10 einen Querschnitt durch eine andere

Ausfuhrungsform einer ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (manchmal auch als "Charge-Coupled Device" und "Charge-Transfer Device" oder als CCD bzw. CTD bezeichnet) von einem Typ, der in dei· bereits erwähnten deutschen Patentanmeldung P £2 52 Ή8*8~ ■=■■■'■ der Anmelderin beschrieben ist. Die Vorrichtung enthält einen Halbleiterkörper 1 (siehe Fig. 2, 3) mit einer Halbleiterschicht 2 aus η-leitendem Silicium.

Ausgenommen gegebenenfalls zum Einführen und Auslesen der durch die Vorrichtung zu transportierenden Ladung kann die Halbleiterschicht 2 wenigstens beim Betrieb gegen die Umgebung isoliert werden. Zu diesem Zweck sind Mittel vorgesehen, die z.B. durch die Isolierschicht 12 gebildet werden, mittels deren die Schicht 2 auf der Seite 3 gegen. die Umgebung isoliert ist, während auf der gegenüberliegenden Seite bzw. an den Seitenkanten die Schicht 2 durch beim Betrieb gesperrte pn-Übergänge 13 bzw. 14 isoliert werden kann. Die Isolierung kann jedoch auch auf andere ¥eise erhalten werden. So kann z.B. die p—leitende Isolierzone 15 (siehe Fig. 2), die den pn-Ubergang i4 mit der Schicht 2

409841/0698

-18- PHN. 6823

5-3-1974

bildet, völlig oder teilweise durch eine Schicht aus Isoliermaterial, z.B. Siliciumoxid, ersetzt werden, die über einen Teil ihrer Dicke in die Schicht 2 versenkt ist. In Fig. 1 isr der pn-übergang 14, der also die laterale Begrenzung der Schicht2bildet, mit gestrichelten Linien angegeben.

Die Schicht 2 weist eine derartige Dicke und

eine derartige Dotierungskonzentration auf, dass mit Hilfe eines elektrischen Feldes über die ganze Dicke der Schicht 2 eine Erschöpfungszone unter Vermeidung von Durchschlag gebildet werden kann. Ein derartiger Durchschlag kann z.B. aus einer Lawinenvervielfachung in der Schicht 2 bestehen. Weiter sind Mittel vorgesehen, mit deren Hilfe ortlich Information in Form aus Majoritätsladungsträgern bestehender Ladung in die Halbleiterschicht 2 eingeführt werden kann. Diese Mittel können z.B. einen an eine elektrische Signalquelle anzuschliessenden Kontakt 3' auf der Halbleiterschicht enthalten. Die genannten Mittel können aber auch eine elektromagnetische Strahlungsquelle enthalten, wobei von dieser Quelle emittierte Strahlung nach Absorption in der Halbleiterschicht 2 in Ladungsträger umgewandelt wird. ■ ' Weiter sind Mittel zum Auslesen dieser Ladung

anderswo in der Schicht 2 vorhanden. Diese Mittel können z.B. einen ohmseben Anschlusskontakt 32 enthalten.

Auf der Seite 3 der Halbleiterschicht 2 ist ein Elektrodensystem 4-11 vorhanden, mit dessen Hilfe kapazitiv elektrische Felder in der Schicht 2 erzeugt werden, mittels deren die Ladung durch die Halbleiterschicht 2 in einer Richtung parallel zu der Schicht 2 zu den genannten Auslesemitteln transportiert werden kann. ι η rs at 1 /neoo

·* U Ö ο 4 i/UDao

Das Elektrodensystem kann z.B. eine piezoelektri-

-19- PHN. 6823

5-3-1974

sehe Schicht enthalten, mit der eine akustische Welle in eine elektrische Welle umgewandelt werden kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält das Elektrodensystem jedoch eine Anzahl Elektroden 4-11, die durch eine sperrende Schicht 12 aus Siliciumoxid von der Halbleiterschicht 2 getrennt sind. Die Schicht 12, die meist durchsichtig ist, ist in Fig. 1 der Deutlichkeit halber nicht dargestellt.

Die Ränder der Elektroden 4, 6, 8 und 10, die, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist," unter den Elektroden 5> 7j 9 und liegen, sind in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angegeben. Wie aus den Figuren 1 und 3 hervorgeht, erstrecken sich die Elektroden 4-11 in einer Richtung quer zu der Ladungstransportrichtung über die ganze Breite der Halbleiterschicht 2.

Wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt ist, ist die Halbleiter schicht 2 unter den Elektroden 4 - 11 mit einer η-leitenden Oberflächenzone 17 versehen, die höher als der angrenzende Teil 19 der Halbleiterschicht 2 dotiert.ist.

Die Oberflächenzone 17 erstreckt sich, wie in

den Figuren 2 und 3 deutlich dargestellt ist, nur über einen Teil der Dicke der Halbleiterschicht 2 in dieser Schicht.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Halbleiterschicht 2 mit einer schichtförmigen Oberflächenzone

17 versehen, die sich praktisch längs der ganzen Oberfläche

18 der Halbleiterschicht 2 erstreckt.

Dabei können die Oberflächenzone 17 und der

angrenzende Teil 19 der Halbleiterschicht 2 einfach durch aufeinander angebrachte η-leitende epitaktische Schichten mit voneinander verschiedenen Dotierungskonzentrationen gebildet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der niedriger

409841/0698

-²°- PHN. 6823

5-3-1974

dotierte Teil 19 der Schicht 2 in Form einer epitaktischen Schicht auf dem Substrat 20 aus p-leitendem Silicium und ist eine höher dotierte Oberflächenzone 17 in Form einer zweiten epitaktischen Schicht auf dem niedriger dotierten Gebiet 19 ni ederge s chlagen.

Wie in den Figuren 1 und 3 gezeigt ist, überlappen sich die Elektroden 4-11 teilweise, wodurch die gegenseitiger effektiven Abstände der Elektroden sehr klein sein können. Ein derartiges Elektrodensystem kann mit Hilfe an sich bekannter Techniken erhalten werden, wobei für die Elektroden 4, 6, 8 und 10 z.B. polykristallines Silicium und für die Elektroden 5» 7j 9 und 11 ein Metall, z.B. Aluminium, verwendet wird. Die gegenseitige elektrische Isolierung zwischen einerseits den Elektroden 4, 6, 8 und 10 und andererseits den Elektroden 5, 7» 9 und 11 kann dadurch erhalten werden, dass das polykristalline Silicium teilweise oxidiert wird, wodurch die Siliciunoxidschicht 21 erhalten wird.

Wie in Fig. 3 dargestellt ist, sind die Elektroden. in vier Gruppen unterteilt, wobei die Elektroden 4 und 8 zu einer ersten Gruppe durch die Taktspannungsleitung 22 miteinander verbundener Elektroden, die Elektroden 5 und 9 zu einer zweiten Gruppe durch die Taktspannungsleitung 23 miteinander verbundener Elektroden, die Elektroden 6 und 10 zu einer dritten Gruppe durch die Taktspannungsleitung 24 miteinander verbundener Elektroden und die Elektroden 7 und 11 zu einer vierten Gruppe durch die Taktspannungsleitung 25 miteinander verbundener Elektroden gehören.

Zwischen den zu der Leitung 24 gehörigen Elek-

409841/0698

-21- PHN. 6823

5-3-197¹*

troden und den zu der Leitung 25 gehörigen Elektroden ist eine schematisch dargestellte Gleiclispannungsquelle 26 angeordnet, während zwischen den zu der Leitung 22 gehörigen Elektroden und den zu der Leitung 23 gehörigen Elektroden eine schematisch dargestellte Gleiclispannungsquelle 27 angeordnet ist. Die Spannungsquellen 26 und 27 liefern je eine Spannung von etwa 5 V. Die SpannungsqueIlen 26 und 27 führen eine Asymmetrie in dem System und damit eine Vorzugsrichtung für den Ladungstransport herbei, wodurch die Vorrichtung als eine zweiphasige ladungsgekoppelte Vorrichtung betrieben werden kann. Beim Betrieb werden z.BL die Taktspnnnungsleitungen 22 und 2k mit nicht dargestellten Spannungsquellen verbunden, mit deren Hilfe die in Fijg. k dargestellten Taktspannungen V_„ bzw. VpJi an die Takt spannungslex tungen 22 bzw. Zk angelegt werden können. Die Taktspannungen V__ und V„· weisen je zwei Pegel auf, und zwar einen niedrigen Pegel von etwa 0 V und einen hohen Pegel von etwa 10 V, wobei der Pegel von etwa 0 V dem Potential entspricht, das an das Substrat angelegt wird. Naturgemäss können statt der in Fig. k dargestellten Taktspannungen auch andere Taktspannungen verwendet werden, z.B. Spannungen, die mehr als zwei Pegel aufweisen, oder Spannungen, die als Funktion dejr Zeit einen mehr zägezahnförmigen Verlauf aufweisen. Die Halbleiterschicht 2 wird z.B. über den Ausgangskontakt auf einen Pegel von etwa 20 V gebracht, wodurch beim Fehlen informationshaltiger Ladungsträger bei den gegebenen Spannungspegeln der Elektroden 4-11 und des Substrats 20 die Halbleiterschicht 2 über ihre ganze • Dicke erschöpft ist. leim nun ein Signal in Form von Majorität sladungsträgern, also in Form von Elektronen, der Halbleiterschicht 2 zugeführt wird, wird[ dieses Signal in einem Teil der Halbleiterschicht 2 gespeichert, der einer Elektrode

409841/0698

-22- PHN. 6823

mit der grössten positiven Spannung gegenüber liegt. Zu dem Zeitpunkt t (siehe Fig. k), zu dem die Elektrode 6 an 10 V liegt, liegt die Elektrode 7 infolge der Spannungsquelle 26 an dem höchsten Potential und ist der dieser Elektrode gegenüber liegende Teil, der schematisch von den gestrichelten Linien 16 umrahmt ist, mit signalbildenden Majoritätsladungsträgern, also Elektronen, ausgefüllt.

Die Spannung, die an die Elektrode 7 angelegt werden soll, um die in dem Gebiet 16 gespeicherte Ladungsmenge zusammenzuhalten, hängt nicht nur von der Grosse der Ladung, sondern auch von dem Abstand zwischen der Ladung und der Elektrode ab. Je grosser dieser Abstand ist, was bedeutet, dass die Ladung kapazitiv weniger stark mit der Elektrode gekoppelt ist, je grosser diese Spannung sein soll. Indem nun an der Oberfläche 18 der Halbleiterschicht 2 die höher dotierte Oberflächenschicht I7 angebracht wird, wird erreicht, dass der grösste Teil der Ladung in der Nähe der Oberfläche 18 und also sehr nahe bei der Elektrode 7 konzentriert wird, wo die kapazitive Kopplung mit der Elektrode sehr stark ist. Dadurch kann die ladungsgekoppelte Vorrichtung" mit niedrigeren Taktspannungen - bei derselben Ladungsmenge — als bei Anwendung einer homogen dotierten epitaktischen Schicht 2 betrieben werden. Ausserdem wird durch die höhere Dotierung der Schicht 17 die Ladung zwar sehr nahe bei, aber in einem endlichen Abstand von der Oberfläche 18 konzentriert,

wodurch - wenigstens falls die Halbleiteranordnung nicht in Anhäufung betrieben wird - die Möglichkeit, dass Ladung in Einfangzentren (traps) an der Oberfläche 18 eingefangen wird,

409841/0698

-23- PHN. 6823

5-3-197²*

wo die Konzentration derartiger Einfangzentren im allgemeinen viel grosser als im Inneren der Schicht 2 ist, erheblich verringert wird.

Zu dem in Fig. k mit t_T 'dargestellten Zeitpunkt

Ii

sinkt die Spannung Vp^ auf 0 V her als, während Vp ~ auf den Pegel von 10 V gelangt. Dadurch werdken die in dem Teil 16 der Halbleiterschicht 2 gespeicherten Elektronen zu dem von den gestrichelten Linien 28 umrahmten Teil der Halbleiterschicht ' der der Elektrode 9 gegenüber liegt„ transportiert, wobei das Gebiet 16 von der Oberfläche 18 her zu dem Substrat 20 hin erschöpft wird. Die Transportgeschwimdigkeit kann - bei einer hohen Transportausbeute - sehr gross sein, dadurch, dass, obgleich die kapazitive Kopplung zwischen der Ladung und den Elektroden infolge der höheren Dotierungskonzentration der Oberflächenzone 17 gross ist, die Trransportgeschwindigkeit im wesentlichen durch die letzten Bnuchteile der noch zu übertragenden Ladung bestimmt wird. Biese letzten Bruchteile werden tief im Inneren der Halbleiterschicht 2 übertragen, sind dadurch nur schwach mit den Elektroden gekoppelt und können infolgedessen verhältnismässaüg schnell übertragen werden.

Im vorliegenden Ausführuiagsbei spiel weist der niedriger dotierte angrenzende Teil U9 der Schicht 2 eine Dicke von etwa 5 /um und eine Dotierungskonzentration von etwa 5 · 10 Atomen/cm³ auf, während, die höher dotierte Oberflächenzone 17 eine Dicke von etTfcra 0,3 /um und eine Dotierungskonzentration von etwa k . 10 Atomen/cm³ aufweist, Die Breite der Halbleiterschicht 2 quer zu der Ladungstransportrichtung beträgt etwa 20 /um und die Breite der Elektroden

;09841/069B

-Zh- PHN. 6823

3-5-197^

4-11 in der Ladungstransportrichtung ist etwa 10yUm. Die Ladungsmenge, die dabei pro Stufe (Bit) der ladungsgekoppelten Vorrichtung gespeichert werden kann, beträgt etwa 0,15 pC, wobei zu bemerken ist, dass dies etwa, die maximale Ladung darstellt, bei der bei den vorgegebenen Spannungen nach keine Zerstreuung der Ladung auftritt. Etwa. 80$ dieser Ladung kann in der höher dotierten Oberflächenzone 17» also sehr nahe bei den Elektroden, gespeichert werden, wodurch für diesen Bruchteil verhältnismässig wenig Spannung benötigt wird, während nur etwa 20$ in dem niedriger dotierten angrenzenden Teil 19» also in grösserer Entfernung von den Elektroden, gespeichert we rd en kann.

Die Vorrichtung kann weiter durch in der Halbleitertechnologie bekannte Verfahren hergestellt werden, so dass darauf nicht näher eingegangen zu werden braucht.

Wie bereits auseinandergesetzt wurde, wird dadurch, dass die Dotierungskonzentration der Halbleiterschicht 2 an der Oberfläche 18 am höchsten ist, die durch die Schicht 2 hindurch zu transportierende Ladung in einem sehr kleinen, aber endlichen Abstand von der Oberfläche 18 konzentriert. Dadurch wird der Einfluss von Potentialmulden, die in der Nähe der Oberfläche 18 zwischen den Elektroden, h — 11 gegebenenfalls auftreten können und in denen Ladung zurückbleiben könnte, verringert. Nun wird an Hand der Fig. 5 ein Ausfuhrungsbeispiel einer ladungsgekoppelten Vorrichtung beschrieben, in der das Auftreten -von Potentialmulden wenigstens grösstenteils vermieden werden kann. Zu diesem Zweck ist in der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung, die weiter praktisch der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung entspricht, eine kleine Abänderung in bezug auf die Vorrichtung nach Fig. 3 vorgenommen. Es sei

409841/0698

-25- PHN. 6823

bemerkt, dass, sofern die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung der Vorrichtung nach Fig. 3 entspricüit, in Fig. 5 die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 3 verwendet werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Halbleiterschicht 2, die wieder aus η-leitendem Silicium besteht, mit; p-leitenden Oberflächenzonen 30 versehen. Diese Zonen 30 simd, auf die Oberfläche 18 gesehen, zwischen den Elektroden 4 — 11 gelegen und erstrecken sich von der Oberfläche 18 her über einen Teil der Dicke der Halbleiterschicht 2 in der Schicht 2'. Beim Betrieb können die Zonen 30, die an die die Halbleiterschicht 2 umgebenden pleitenden Isolierzonen grenzen können, erschöpft und damit negativ aufgeladen werden. Die negative Ladung in den Zonen verhindert die Bildung von Potentialmmlden an der Oberfläche Die Halbleiteranordnung kann weiter auf gleiche Weise wie die Halbleiteranordnung nach dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel betrieben werden.

Die Zonen 30 können ebenfalls durch in der Halb— leitertechnologie bekannte Verfahren, z.B. durch Ionenimplantation, angebracht werden.

An Hand der Figuren 6 ursd 7 wird nun ein Ausführungsbeispiel einer weiteren ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung beschrieben. In diesem Ausführungsbeispiel, von dem in Fig. 6 ein Teil schematised im Querschnitt dargestellt ist, ist die Halbleiterschicht 40 aus n-leitendem Silicium auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten 41 und 42 mit einem Elektrodensystem mit den. Elektroden 43-46 versehen. Die Elektroden 43—46 erstrecken sich in einer Richtung quer zu der Ladungstransportrichtung wieder quer über die Halbleiterschicht 4o auf analoge leise wie die Elektroden 4 - 11 nach

-26- PHN. 6823

5-3-1974

Fig. 1 und sind von der Halbleiterscinicht durch eine Sperrschicht 47 aus Siliciumoxid getrennt. Die Elektroden 43-46 werden durch Metallschichten aus z.B. Aluminium gebildet. Star-Aluminium können naturgemäss auch arielere Metalle oder Halbleitermaterialien Anwendung finden.

Die Halbleiterschicht 4© is mit zwei höher

dotierten Oberflächenzonen 48 und 4? versehen, die sich von den Oberflächen 50 und 51 auf den Seiten 41 bzw. 42 her in der Halbleiterschicht 40 erstrecken. Die höher dotierten Oberflächenzonen 48 und 49 sind voneinander durch einen angrenzenden zwischenliegenden Teil 52 der Halbleiterschicht 4o getrennr der eine niedrigere Dotierung als die Oberflächenzonen 48 und 49 aufweist. Der niedriger dotierte Teil 52 kann an Stellen, die, auf die Oberflächen 50 und 5I gesehen, zwischen den Elektroden 43 - 46 liegen, an die Oberflächen 50 und 51 grenzen. Im vorliegenden Ausführungst»*eispiel erstrecken sich aber die schichtförmigen höher dotierten Oberflächenzonen 48 und 49 längs der ganzen Oberfläche 5Q bzw. 51.

Die Elektroden 43 - 46 sind derart angebracht,

dass, in Projektion in einer Richtung quer zu den Hauptflächen. 50, 51 gesehen, eine auf der einen Seite der Schicht 40 angebrachte Elektrode zwei nebeneinander auf der gegenüberliegenden Seite angebrachte Elektroden teilweise überlappt.

Die Elektroden 43 - 46 sind in vier Gruppen unterteilt, wobei die zu einer ersten Gruppe gehörigen Elektroden mit 43, die zu einer zweiten Gruppe gehörigen Elektroden mit 44, die zu einer dritten Gruppe gehörigen Elektroden mit 45 und die zu einer vierten Gruppe gehörigen. Elektroden mit 46 bezeichnet sind.

409841/0698

-27- PHN. 6823

5-3-1974

Die zu derselben Gruppe gehörigen Elektroden sind über die in Fig. 6 nur schematisch dargestellten Leiter 53-50 miteinander verbunden. Es sei bemerkt, dass dadurch, dass auf* jeder der Seiten 4i, 42 nur zwei Gruppen von Elektroden angebracht sind, die Elektroden miteinander durch Leiter verbunden werden können, die einander nicht ζϊι kreuzen brauchen.

Beim Betrieb werden die Leiter (oder Taktleitungen mit Taktspannungsquellen verbunden, mit deren Hilfe die Taktspannungen Vl „, V2, r, Vl. und Vl/ an die Elektroden 43, 44, 45 bzw. 46 angelegt werden können. Die Takt spannungen Vl„ - V. >-, deren Verlauf schematisch in Fig. 7 als Funktion der Zeit t dargestellt ist, können, wie die Spannungen V₉₉ und V„. in Fig. 4, zwei Pegel aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Spannungen V· _ - Vl^ jedoch drei Spannungspegel auf, wodurch während des Transports verhindert werden kann, dass Ladung in der falschen Richtung fliesst.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise einer Halbleiteranordnung dieser Art sei wieder angenommen, dass, abgesehen von etwaiger informationshaltiger Ladung in Form von Majoritätsladungsträgern, die Halbleiterschicht 40 weiter völlig erschöpft ist.

Es wird z.B. von dem in Fig. 7 mit t_n bezeichneten Zeitpunkt ausgegangen, zu dem die Elektroden 43 an einer positiven Spannung gegenüber den übrigen Elektroden 44, 45 und 46 liegen. Infolge dieser Spannungsunterschiede zwischen den Elektroden 43 einerseits und den Elektroden 44, 45, 46 andererseits werden informationsbildende Elektronen in der Nähe der Elektroden 43 in den mit gestrichelten Linien angedeuteten Gebieten 57 gespeichert.

4D9841 /0698

-28- PHN. 682 3

5-3-1974

Zu dem Zeitpunkt t₁ werden die Elektroden 44 an

eine positive Spannung gegenüber den übrigen Elektroden angelegt, wodurch die in den Gebieten 57 gespeicherten Elektronen über das Innere der Halbleiterschicht 40 in Richtung auf die Elektroden 44 fliessen und in der Nähe der Elektroden 44 in ebenfalls mit gestrichelten Linien angedeuteten Gebieten 58 gespeichert werden.

In den folgenden Phasen der in Fig. 7 dargestellten Taktspannungen werden die Elektronen auf analoge Weise von den Elektroden 44 zu den Elektroden 45 und anschliessend von den Elektroden 45 zu den Elektroden 46 transportiert, usw. Die Verschiebung der informationsbildenden Ladung von einer Stufe zu einer nächstfolgenden Stufe der ladungsgekoppelten Vorrichtung weist daher ausser einer Komponente parallel zu der Halbleiterschicht 4o, auch noch eine Komponente quer zu dieser Halbleiterschicht auf, wobei sich die Ladung abwechselnc von einer zu der anderen der Seiten 41, 42 bewegt.

Wie in Fig. 6 angegeben ist, sind die informationshaltigen Gebiete 57 bzw. 58 in der Nähe der Grenzfläche zwi-· sehen der höher dotierten Oberflächenzone 48 und dem niedriger dotierten angrenzenden Teil 52 bzw. zwischen der höher dotierten Oberflächenzone 49 und dem niedriger dotierten Teil 52 konzentriert. Infolge der höheren Dotierung der Oberflächenzonen 48 und 49 kann aber der grösste Teil in den Gebieten h8 und 49, und daher sehr nahe bei den Elektroden, gespeichert werden.

Ausserdem kann die maximale Ladung, bei der noch eben keine Anhäufung von Ladung auftritt, verhältnismässig gross sein, wodurch auch in einer Vorrichtung dieses Typs die Ladung in einem endlichen Abstand von den Oberflächen 50 und 51 gespeichert und/oder transportiert werden kann, ohne dass

AO9841/Q698

ORfGiNAL INSPECTED

-29- PHN. 6823

5-3-1974

dies grosse Beschränkungen für die maximale Menge zu transportierender Ladung und/oder für die an die Elektroden 43 - 46 anzulegenden Taktspannungen zur Folge hat.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist der

genannte, angrenzende niedriger dotierte Teil 52 eine Dicke

14 von etwa 5/^um und eine Dotierungskonzentration von etwa 10 Atomen/cm³ auf, während die höher dotierten Oberflächenzonen 48 und 49 durch Schichten mit einer Dicke von etwa 0,3/^uni und einer Dotierungskonzentration von 5 x 10 Atomen/cm³ gebildet werden.

Die Halbleiteranordnung kann weiter zur Vergrös-

serung der Festigkeit als ein dünner Film auf einem Träger aus z.B. Aluminiumoxid oder Saphir angebracht werden.

. Statt Elektroden, die durch eine Isolierschicht von der Halbleiterschicht getrennt sind, können auch vorteilhaft Elektroden in Form von Halbleiterzonen vom zweiten Leit— fähigkeitstyp, die durch einen sperrenden pn-Ubergang von der Halbleiterschicht getrennt sind, verwendet werden. Derartige Elektroden können insbesondere vorteilhaft angewendet werden, falls auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten der Halbleiterschicht Elektroden angebracht sind, wobei dann die Elektroden auf einer der genannten Seiten in Form vergrabener Zonen vom zweiten Leitfähigkeitstyp zwischen der Halbleiterschicht und einem Substrat vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Halbleiterschicht ausgeführt sein können. In Fig. 8 ist eine Vorrichtung nach der Erfindung mit einem derartigen Elektrodensystem im Querschnitt dargestellt. Diese ladungsgekoppelte Vorrichtung stimmt grösstenteils mit der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung überein und entsprechende Teile sind daher mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Vorrichtung

409841/0698

-30- PHN. 6823

5-3-1974

enthält wieder eine Halbleiterschicht 40 aus n-leitendem Silicium, die auf den beiden einander gegenüber liegenden Seiten (41, 42) mit Elektroden (43, 45; 14'4, 146) versehen ist. Die Halbleiterschicht 40 ist auf der Seite 41 mit der an die Oberfläche 50 grenzenden η-leitenden Oberflächenzone 48 und auf der Seite 42 mit der an die Oberfläche 51 grenzenden η-leitenden Oberflächenzone 49 versehen. Die Zonen 48 und sind, in der Dickenrichtung gesehen, voneinander durch den angrenzenden η-leitenden Teil 52 getrennt, der eine niedrigere Dotierung als die Zonen 48 und 49 aufweist.

Die Zonen 48 und 49 liegen sehr nahe bei den

Elektroden und führen damit eine starke kapazitive Kopplung zwischen dem grössten Teil der durch die Schicht 40 hindurch zu transportierenden Ladung und den Elektroden mit allen bereits beschriebenen Vorteilen herbei.

Auf der Seite 41 sind die Metallelektroden 43, angebracht, die durch eine auf der Oberfläche 50 angewachsene Siliciumoxidschicht von der höher dotierten Oberflächenzone getrennt sind.

Auf der Seite 42 sind die an die Oberfläche 51 der Halbleiterschicht 40 grenzenden Elektroden 144, 146 in Form p-leitender Zonen angebracht. Die Zonen 144, 146 sind als vergrabene Schichten zwischen der η-leitenden Halbleiterschicht: 40 und einem η-leitenden Substrat 6i ausgebildet. Beim Betrieb der Halbleiteranordnung, die weiter auf analoge Weise wie die in Fig. 6 gezeigte Halbleiteranordnung betrieben werden kann, wird das Substrat an eine derartige positive Sperrspannung in bezug auf die Elektroden 144, 146 angelegt, dass über den

4 09841/0898

-31- PHN. 6823

5-3-19/4

pn-Ubergängen zwischen den p-leitenden Zonen 144, 146 und dem umgebenden η-leitenden Halbleitermaterial eine ununterbrochene Erschöpfungszone gebildet wird, die Leitung zwischen dem Substrat 61 und der Halbleiterschicht 4θ verhindert.

Zur Herstellung der in Fig. 8 dargestellten Vorrichtung kann von dem η-leitenden Siliciumsubstrat 61 ausgegangen werden. An der Oberfläche 51 werden mittels bekannter Techniken p-leitende Zonen angebracht, die die Elektroden 144, 146 bilden werden. Dann können mit Hilfe bekannter Technologien nacheinander die Gebiete 49, 52 und 48 in Form dreier epitaktischer Schichten der gewünschten Dicke und mit der gewünschten Dotierungskonzentration angebracht werden. Die Isolierung der Halbleiterschicht 4θ in lateraler Richtung kann in diesem Ausführungsbeispiel vorteilhaft durch eine Schicht aus Isoliermaterial gebildet werden, die von der Oberfläche 50 her in die Halbleiterschicht 4θ versenkt ist.

Die in Fig. 3 gezeigte ladungsgekoppelte Vorrichtung kann infolge der mit Hilfe der Spannungsquellen 26 und 27 erhaltenen Asymmetrie als ein Zweiphasensystem betrieben werden.Nun wird an Hand der Fig. 9 ein anderes Ausführungsbeispiel einer als ein Zweiphasensystem zu betreibenden Vorrichtun, beschrieben, bei der die Asymmetrie in den Halbleiterkörper selber eingebaut ist.

Die in Fig. 9 im Querschnitt gezeigte ladungsgekoppelte Vorrichtung enthält wieder eine Halbleiterschicht 70 aus η-leitendem Silicium, die in Form einer epitaktischen Schicht auf dem Substrat 71 aus p-leitendem Silicium angebracht ist. Die Halbleiterschicht 70 weist eine derartige Dicke und eine derartige Dotierungskonzentration auf, dass in einer Richtung quer zu der Schicht ein elektrisches Feld angelegt

4098^1/0698

-32- PHB. 6823

werden kann, mit dessen Hilfe unter Vermeidung von Durchschlag über die ganze Dicke der Schicht eine Erschöpfungszone gebildet werden kann. Auf der Seite 72 der Schicht sind Elektroden 73-78 aus Aluminium angebracht, die von der Halbleiterschicht 70 durch eine Isolierschicht 79 aus Siliciumoxid getrennt sind. Die Elektroden 73-78 erstrecken sich in einer Richtung quer zu der Ladungstransportrichtung quer über die Halbleiterschicht 70, auf gleiche Weise wie die Elektroden 4-11 nach Fig. 1 im ersten Ausfuhrungsbeispiel.

Die Halbleiterschicht 70 enthält eine Anzahl

η-leitender Oberflächenzonen 80, die sich von der Oberfläche 81 der Halbleiterschicht 70 her über einen Teil der Dicke der Schicht in der Schicht erstrecken und eine höhere Dotierung als das angrenzende niedriger dotierte Gebiet 82 aufweisen.

Die höher dotierten Gebiete 80 sind lateral voneinander durch zwischenliegende Teile 83 des angrenzenden niedriger dotierten Gebietes 82 getrennt und liegen, von der Seite 72 her gesehen, je unterhalb einer Elektrode.

Wie weiter aus Fig. 9 ersichtlich ist, erstrecken sich die Elektroden je in einer Richtung parallel zu der Ladungstransportrichtung über den Rand der unterliegenden höher dotierten Oberflächenzonen 80 hinweg, wobei die niedrigem dotierten angrenzenden Teile 83 sich bis unterhalb der Elektroden 73-78 erstrecken. Dadurch ist ohne Zuhilfenahme zusätzlicher äusserer Spannungsquellen eine Asymmetrie in das System eingebaut, die es ermöglicht, die ladungsgekoppelte Vorrichtung als ein Zweiphasensystem zu betreiben. Zu diesem Zweck sind die Elektroden 73-78 in z*rei Gruppen unterteilt, wobei die Elektroden 73» 75 und 77 zu einer ersten Gruppe

409841 /0698

241269?

durch, den Leiter (oder die Taktleitvmg) 84 miteinander verbundener Elektroden und die Elektroden 74, 76 und 78 z^u einer zweiten Gruppe durch den Leiter (oder die Taktleitung) 85 miteinander verbundener Elektroden gehören. Die Elektroden können dabei durch Leiter, die einander nicht zu kreuzen brauchen, miteinander verbunden werden.

Die Vorrichtung kann weiter auf gleiche Weise vrie die Vorrichtung nach dem ersten Ausfüihrungsbeispiel betrieben werden, wobei die Leiter 84 und 85 HtAt Taktspannungsquellen verbunden werden können, mit deren Hilfe an die Elektroden 74, 7^ und 78 eine Taktspannung vom Typ V-r in Fig. 4 und an die Elektroden 73 > 75 und 77 eine Taktspannung vom Typ Vp*- in Fig. 4 angelegt werden kann. .

Beim Betrieb wird die Schicht 70 wieder völlig erschöpft, abgesehen von etwaigen informationshaltigen Ladungspaketen in Form von Elektronen, die in der Halbleiterschicht 70 den Elektroden mit der grössten positiven Spannung gegenüber gespeichert werden. In Fig·. 9 ist ein derartiges Ladungspaket 86 beispielsweise mit gestrichelten Linien angegeben. Indem nun die Polarität dLes Spannungsunterschiedes zwischen den Elektroden 74 und 75 umgekehrt wird, werden die Ladungsträger im Gebiet 86 auf das der Elektrode 75 gegenüber liegende und ebenfalls mit gestrichelten Linien angegebene Gebiet 87 im wesentlichen wieder über das Innere der Halbleiterschicht 70 übertragen.

Die Ladung wird auch in cliesem Falle wieder sowohl in den höher dotierten Oberflächengebieten 80 als auch in dem niedriger dotierten angrenzenden Gebiet 82 gespeichert werden können. Infolge der höheren Dotierung der Zonen 80 wird jedoch der grösste Teil der Ladung in den Gebieten 80 - also sehr nahe bei, wenn auch in einem endlichen Abstand von, der

409841/0698

-3h- PHN. 6823

Oberfläche 81 - gespeichert und benötigt dadurch verhältnismässig wenig Spannung. Dadurch, dass ausserdem die höher dotierten Oberflächenzonen sich nur unter einem Teil der Elektroden erstrecken, wobei die Teile 83 des angrenzenden niedriger dotierten Teiles 82 sich bis unterhalb der Elektroder erstrecken, wird ausserdem erreicht, dass ohne Anwendung zusätzlicher Spannungsquellen die Vorrichtung als ein Zweiphasensystem betrieben werden kann.

Die Dicke und die Dotierungskonzentration der höher dotierten Oberflächenzonen 80 und des angrenzenden niedriger dotierten Teiles 82 unter den holier dotierten Zonen können in der gleichen Grössenordnung wie die Dicken und die Dotierungskonzentrationen der höher dotierten Oberflächenzone 17 bzw. des angrenzenden niedriger dotierten Teiles 19 der Halbleiterschicht 2 im ersten Ausführungsbeispiel liegen. Die Vorrichtung kann dabei mit Spannungen betrieben werden, die mit denjenigen Spannungen vergleichbar sind, mit denen eine Vorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel betrieben wird. Die Halbleiteranordnung kann dadurch hergestellt werden, dass auf dem p-leitenden Substrat zunächst zum Erhalten des niedriger dotierten Teiles 82 eine epitaktische Schicht angebracht wird. Dann kann mit Hilfe an sich bekannter Techniken die Dotierungskonzentration der epitaktischen Schicht örtlich erhöht werden, um die höher dotierten Oberflächenzonen 80 zu erhalten, wonach auf der Oberfläche 81 der epitaktischen Schicht die Siliciumoxidschicht 79 und die Elektroden 73-78 angebracht werden.

Fig. 10 zeigt im Querschnitt eine weitere Aus—

409841/0698

-35- PHN. 6823

5-3-197²*

führungsform einer ladungsgekoppelten Vorrichtung nach der Erfindung, die als ein Zweiphasensystem betrieben werden kann. Diese Vorrichtung entspricht wieder grösstenteils dem ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) und daher werden hier für entsprechende Teile die gleichen Bezugsziffern verwendet.

.Die Vorrichtung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterscheidet sich darin von der ladungsgekoppelten Vorrichtung nach Fig. 3» dass die Halbleiterschicht 2 (wieder aus η-leitendem Silicium) auf der Seite 3 mit einer Anzahl η-leitender Oberflächenzonen 90 versehen ist, die, von der Seite 3 her gesehen, lateral voneinander durch Teile 91 getrennt sind, die zu dem angrenzenden niedriger dotierten Teil 19 der Halbleiterschicht 2 gehören. Die Oberflächenzonen 90 weisen wieder eine höhere Dotierung als der angrenzende Teil 19 der Halbleiterschicht 2 auf.

Im .vorliegenden Ausführungsbeispiel sind ausserdem, her

von der Seite 3/ gesehen, die Elektroden 4-11 nur wechselweise oberhalb einer höher dotierten Oberflächenzone 90 angebracht, während die übrigen zwischenliegenden Elektroden oberhalb des angrenzenden niedriger dotierten Teiles (19»9Ό liegen. Gemäss dem Querschnitt nach Fig. 10 sind die Elektroden 5» 7 j 9 und 11 oberhalb der Oberflächenzonen 90, aber die Elektroden 4, 6, 8 und 10 oberhalb der niedriger dotierten zwischenliegenden Teile 91 > die zu dem genannten angrenzenden Teil 19 der Halbleiterschicht 2 gehören, angeordnet.

Diese in den Halbleiterkörper eingebaute Asymmetri» führt in dem System wieder eine Vorzugsrichtung herbei, die es wieder ermöglicht, die Vorrichtung mit nur zwei Phasen zu

;09841/069ö

-36- PHN. 6823

5-3-1974

2412693

betreiben. Zu diesem Zweck werden die Elektroden 6, 10 usw., die zu der Taktleitung 2h gehören, z.B. mittels der schematisch dargestellten Verbindung 92 mit den Elektroden 7> 11 usw., die zu der Taktspannungsleitung 25 gehören, verbunden.

Ebenso werden die Elektroden 4, 8 usw., die zu der Taktspannungsleitung 22 gehören, mittels des Leiters mit den Elektroden 5» 9 usw., die zu der Taktspannungsleitung 23 gehören, verbunden.

Die Vorrichtung kann auf gleiche ¥eise wie die Vorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel betrieben werden, wobei an die Taktleitungen 22, 23 die in Fig. 4 dargestellte Spannung V „ und an die Taktleitungen 24, 25 die in Fig. 4 dargestellte Spannung V„r angelegt werden kann, und wobei informationsbildende Elektronen abwechselnd in Gebieten 16 der Halbleiterschicht 2, die den zu der Taktleitung 25 gehörigen Elektroden 7 gegenüber liegen, und in Gebieten der Halbleiterschicht 2, die den zu der Taktleitung 23 gehörigen Elektroden 9 gegenüber liegen, gespeichert werden. Dabei kann jeweils der grösste Teil der Ladung

wieder sehr nahe bei den Elektroden 7» 9 gespeichert werden und benotigt damit verhältnismäsig wenig Spannung. Zur Herstellung der Vorrichtung wird von dem

p-leitenden Substrat 20 ausgegangen, auf dem die" n—leitende Halbleiterschicht 2 in Form einer epitaktischen Schicht angebracht wird, deren Dotierungskonzentration gleich der des genannten angrenzenden Teiles 19 ist. Dann werden zunächst die aus polykristallinem Silicium bestehenden Elektroden 4, 6, 8, 10 usw. angebracht. Anschliessend kann die Schicht 2 mit den höher dotierten Oberflächenzonen 90, z.B. durch Ionen-

409841/0698

~³⁷~ PHN. 6823

5-3-1974

implantation, versehen werden, wobei die bereits vorhandenen Elektroden als Maske dienen können.

Nach dem Anbringen der Oberflächenzonen 90 können auf in der Halbleitertechnologie übliche Weise die Elektroden 5» 7» 91 11 usw. in Form leitender Schichten aus einem geeigneten Material, z.B. Aluminium, angebracht werden.

Die Oberflächenzonen 90, die Elektroden k, 6, 8 unc 10 und die Elektroden 5» 7» 9 und 11 können dabei in bezug aufeinander sehr genau dadurch ausgerichtet werden, dass die Elektroden k, 6 usw. aus polykristallinen! Silicium während der Anbringung der Oberflächenzonen 90 als Maskierungsschicht verwendet werden.

Es dürfte einleuchten, dass sich die Erfindung

nicht auf die obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele beschränke, sondern dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann noch viele Abwandlungen möglich sind.

So kann z.B. statt einer η-leitenden Halbleiterschicht auch eine p-leitende Halbleiterschicht verwendet werden, wobei Majoritätsladungsträger in Form von Löchern als informationshaltige Ladung durch die Halbleiterschicht hindurch transportiert werden können. Auch kann die Halbleiterschicht statt aus Silicium aus anderen Halbleitermaterialien,

III V
wxe z.B. Germanium oder A B -Verbindungen, bestehen. Veiter ist es möglich, dass die Isolierschicht, die die Elektroden von dem Halbleitermaterial trennt, aus anderen Materialien als. Siliciumoxid, z.B. aus Siliciumnitrid oder aus Aluminiumoxid oder aus Kombinationen aufeinander angebrachter Schichten aus verschiedenen Isoliermaterialien besteht. Die informationshaltigen Ladungsträger können durch Erzeugung von Ladungs-

409841/0698

-38- PHN. 6823

5-3-1974

trägern infolge Bestrahlung in die Halbleiterschicht eingeführt werden, wobei die Minoritätsladungsträger über das Substrat (siehe z.B. das erste Ausführungsbeispiel) abgeführt werden können.

Weiter leuchtet es ein, dass ein informationshaltiges Signal statt durch die Menge vorhandener Ladungsträger auch durch ein Defizit an Ladungsträgern dargestellt werden kann.

Um die Asymmetrie in dem System zu erhalten, die

bewirkt, dass die Halbleiteranordnung als ein Zweiphasensystem betrieben werden kann, können weitere Mittel, wie z.B. eine veränderliche Dicke der die Halbleiterschicht bedeckenden Isolierschicht, verwendet werden. Die Erfindung lässt sich naturgemäss auch bei Halbleiteranordnungen verwenden, die als ein Dreiphasensystem, d.h. mit drei TaktSpannungsquelle, betrieben werden können.

409841/0698

Claims

-39- PHN. 6823

PATENTANSPRÜCHE:

Ladungsgekoppelte Vorrichtung mit einem Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, wobei Mittel zur Isolierung der Halbleiterschicht gegen die Umgebung vorgesehen sind und diese Schicht eine derartige Dicke und eine derartige Dotierungskonzentration aufweist, dass mit Hilfe eines elektrischen Feldes über die ganze Dicke der Halbleiterschicht eine Erschöpfungszone unter Vermeidung von Durchschlag erhalten werden kann, während Mittel zur örtlichen Einführung von Information in Form von aus Majoritätsladungsträgern bestehender Ladung in die Halbleiterschicht und Mittel zum Auslesen dieser Information anderswo in der Halbleiterschicht vorgesehen sind, wobei auf wenigstens einer Seite der Schicht ein Elektrodensystem zur kapazitiven Erzeugung elektrischer Felder in der Halbleiterschicht vorhanden ist, mit deren Hilfe die Ladung durch die Halbleiterschicht in einer zu der Schicht parallelen Richtung zu den Auslesemitteln transportiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht wenigstens örtlich unter dem Elektrodensystem mit einer Oberflächenzone vom ersten Leitfähigkeitstyp versehen ist, die höher als der angrenzende Teil der Halbleiterschicht dotiert ist und sich über nur einen Teil der Dicke der Schicht in der Halbleiterschicht erstreckt.

2. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodensystem zur Erzeugung elektrischer Felder in der Halbleiterschicht eine Anzahl Elektroden enthält, die durch eine Sperrschicht von der Halbleiterschicht getrennt sind.

409841/0698

PHN. 6823 5-3-1974

3. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach. Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden durch leitende Schichten gebildet werden, die durch eine Isolierschicht von der Halbleiterschicht getrennt wird.

h. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach Anspruch 2

oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht mir einer Anzahl lateral voneinander getrennter Oberflächenzonen vom ersten Leitfähigkeitstyp versehen ist, die höher als der angrenzende Teil der Halbleiterschicht dotiert sind, sich nur über einen Teil der Dicke der Halbleiterschicht erstrecken und unter den Elektroden liegen.

5. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Elektroden je in einer zu der Ladungstransportrichtung parallelen Richtung über den Rand der unterliegenden höher dotierten Oberflächenzone hinweg erstrecken.

6. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, dass, von der genannten Seite her gesehen, die Elektroden nur wechselweise oberhalb einer höher dotierten Oberflächenzone liegen, während die anderen Elektroden oberhalb des genannten angrenzenden Teiles der Halbleiterschicht liegen.

7. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht mit einer schichtförmigen Oberflächen— zone vom.ersten Leitfähigkeitstyp versehen ist, die sich längs praktisch der ganzen Oberfläche der Halbleiterschicht erstreckt.

8. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach Anspruch 7>

409841/0698

-41- PHN.. _ 6823,

5-3-1974

dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenzone und der angrenzende niedriger dotierte Teil der Halbleiterschicht als aufeinander angewachsene epitaktische Schichten vom gleichen Leitfähigkeitstyp und mit voneinander verschiedenen Dotierungskonzentrationen ausgebildet sind.

9. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die höher dotierte Oberflächenzone durch eine Schicht gebildet wird, die epitaktisch auf einem Halbleitersubstrat vom ersten Leitfähigkeitstyp angebracht ist, während der angrenzende Teil der Halbleiterschichü durch eine Schicht gebildet wird, die epitaktisch auf der genannten Oberflächenzone angewachsen ist, wobei an der Grenzfläche zwischen der Oberflächenzone und dem Substrat eine Anzahl Elektroden in Form vergrabener Zonen vom zweiten Leitfähigkeitstyp angebracht sind.

10. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der genannte angrenzende Teil der Halbleiterschichr durch eine epitaktische Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, die auf einem Halbleitersubstrat vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht ist.

11. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach einem oder mehreren der,vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht mit Oberflächenzonen vom zweiten Leitfähigkeitstyp versehen ist, die, auf die Oberfläche gesehen, .zwischen den Elektroden liegen und sich über einen Teil der Dicke der Halbleiterschicht in dieser Schicht erstrecken.

409841/0698

PHN. 6823

5-3-1974

12. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht auf zwei einander gegenüber liegenden Sexten mit einem Elektrodensystem zum Erzeugen elektrischer Felder in der Halbleiterschient versehen ist, wobei die Halbleiterschicht auf jeder der genannten Seiten wenigstens örtlich mit einer Oberflächenzone vom ersten Leitfähigkeits— typ versehen ist, die unterhalb des Elektrodensystems liegt und höher als der angrenzende Teil der Halbleiterschicht dotiert ist und sich nur über einen Teil der Dicke dieser Schicht in der Schicht erstreckt.

13· Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,

dass die Dotierungskonzentration der· genannten Oberflächenzone mindestens etwa gleich dem 10-fachen und vorzugsweise mindestens etwa gleich dem 100-fachen der Dotierungskonzentration des angrenzenden Teiles der Halbleiterschicht ist. 14. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach Anspruch 13> dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der höher dotierten Oberflächenzone höchstens gleich der Dicke des angrenzenden niedriger dotierten Teiles der Halbleiterschicht und vorzugsweise kleiner als die Hälfte der Dicke dieses angrenzenden Teiles ist.

409841/0698