DE2520293A1 - Vorrichtung zur ansteuerung oder erregung einer wiedergabeanordnung - Google Patents

Vorrichtung zur ansteuerung oder erregung einer wiedergabeanordnung

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DE2520293A1
DE2520293A1 DE19752520293 DE2520293A DE2520293A1 DE 2520293 A1 DE2520293 A1 DE 2520293A1 DE 19752520293 DE19752520293 DE 19752520293 DE 2520293 A DE2520293 A DE 2520293A DE 2520293 A1 DE2520293 A1 DE 2520293A1
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electrode
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Jean Hubertus Josef Lorteije
Maurice Vincent Whelan
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Description

PUN 7.550 Va/liJ
AnmeL1·*. :.;.V.; ;;:L
Anmeldung vom«
"Vorrichtung zur Ansteuenmg oder Erregung einer Wiedergabeanordnung"·
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung eines elektrischen Eingangssignals mit sich schrittweise oder kontinuierlich ändernder Amplitude in ein oder mehrere elektrische Signale zur Ansteuerung oder Erregung einer oder mehrerer Wiedergabeanordnungen.
Es sind Wiedergabeanordnungen bekannt, bei denen in Abhängigkeit von einem elektrischen Eingangssignal ein oder mehrere z.B. in einer küx1-zeren oder längeren Reihe angebrachte Bildelemente
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PIiN 7550 14.4.75
aufleuchten oder löschen. Derartige Anordnungen werden meist als Balkon- oder Bandindikatoren bezeichnet.
In der Regel weist das elektrische Eingangssignal eine verhältnismässig nledx^ige Leistung auf, die zur Erregung der Bildeleniente ungenügend ist. Dann muss eine Anpassung odor Umwandlung stattfinden.
Weiter ist bei den bekannten Anordnungen, bei denen die Amplitude des Eingangssignals die Information enthält und die Lage und/oder die Konfiguration des Bildelements oder der Bildelemente, die angeregt werden müssen, bestimmt, eine verhältnismässig verwickelte elektronische Schaltung erforderlich, um die gewünschte Umwandlung der Infox"-mation zu erzielen.
Im allgemeinen ist also ein Wandler erforderlich, wobei im Rahmen der Erfindung unter einem Wandler eine Vorrichtung zu verstehen ist, bei der beim Zuführen eines elektrischen Eingangssignals eine Umwandlung oder Anpassung des Informationsinhalt und/oder des Spannungs- und/oder Strompegels erhalten wird und an mindestens einer Ausgangsklemme ein Ausgangssignal zur Verfugung steht, das nötigenfalls nach weiterer Verstärkung zur Ansteuerung oder Erregung (eines Bildelements)
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PHN 7550 lh.h.75
einer Wiedergabeanordnung geeignet ist.
'Die Erfindung bezweckt insbesondere, für elektrische Eingangssignale mit sich schrittweise oder analog ändernder Amplitude einen einfachen und verhältnismässig preiswerten Wansler zur Anwendung in oder in Verbindung mit Wiedergabeanordnungen zu schaffen, wobei wenigstens der mit der Amplitude des Eingangssignals gegebene Informationsinhalt auf ein oder mehrere zum Betrieb von Wiedergabeanordnungen oder Bildelementen zu verwendende Signale übertragen wird. Als Wiedergabeanordnungen oder Bildelemente kommen z.B. Glühlampen, Gasentladungsröhren, lichtemittierende Dioden und Flüssigkristalle in Betracht.
Eine Vorrichtung zur Umwandlung eines elektrischen Eingangssignals mit sich schrittweise oder kontinuierlich ändernder Amplitude in ein oder mehrere zur Ansteuerung oder Erregung einer oder mehrerer Wiedergabeanordnungen zu verwendende elektrische Signale ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in einem an eine Oberfläche eines Halbleiterkörpers grenzenden Gebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp mehrere an die Oberfläche grenzende Oberflächenzonen vom zweiten, dem ersten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorhanden sind, welche Oberflächenzonen, die nach-
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2520233
PHN 7550 ■\k.k.75
stehend als erste Obcrflächenzonen bezeichnet werden, mit je einem elektrischen Anschluss zur Verbindung mit einer Wiedergabeanordnung versehen odex1 wenigstens gekoppelt sind, wobei eine gemeinsame Elektrode vorgesehen ist, zu der mindestens eine in dem Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp liegende zweite Oberflächenzone vom zweiten Leitfähigkeitstyp gehört, wobei die Oberfläche mit einer. Isolierschicht versehen ist und eine gemeinsame Gate-Elektrode zur Beeinflussung einer Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers vorhanden ist wobei ein elektrischer Anschluss für das Eingangssignal an der gemeinsamen Gate-Elektrode angebi'acht ist und mittels der gemeinsamen Gate-Elektrode mit der zugehörigen beeinflussbaren Oberflächenschicht ein mit dem Eingangssignal regelbarer Verbindungsweg vom zweiten Leitfähigkeitstyp zwischen der gemeinsamen Elektrode und den ersten Oberflächenzonen vom zweiten Leitfähigkeitstyp erhalten wird.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung mit einem einfachen und damit preiswerten Wandler ohne relativ verwickelte elektronische Schaltungen, die in vielen Fällen direkt einen oder mehrere Kreise, in denen Wiedergabeanordnungen aufgenommen sind, steuern kann, während für andere Anwendungen die an den mit je einem elek-
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ρπν 7550
trischeii Anschluss versehenen Oberflächenzonen zur ■Verfügung stehenden Signale nötigenfalls einfach verstärkt oder als Steuersignale für in den Kreisen mit den Wiedergabeanordnung aufgenommene Schalter benutzt werden können.
Obgleich, wie nachstehend noch erläutert werden wird, das Oberflächengebiet vom ersten Leit-
fähigkeitstyp als gemeinsame Gate-Elektrode dienen kann, ist vorzugsweise auf der Isolierschicht eine isolierte gemeinsame Gate-Elektrode vorhanden, die die beeinflussbare Oberflächenschicht bedeckt.
Die beeinflussbare Oberflächenschicht kann eine dotierte und z.B. eine implantierte Oberflächenschicht sein, deren Leitfähigkeit gesteuert wird. Vorzugsweise wird aber mit der gemeinsamen Gater-Elektrode eine Inversionsschicht mit steuerbarer Ausdehnung in dem Oberflächengebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp erzeugt. Eine derartige Inversionsschicht kann z.B. erhalten werden, wenn die Schwellwertspannung für das Auftreten von Inversion auf geeignete Weise ortsabhängig ist, z.B. dadurch, dass eine von Stelle zu Stelle verschiedene Ladungsmenge in die Isolierschicht eingebaut ist. Diese Ladung kann z.B. mit Hilfe von Ionenimplantation angebracht werden.
Die gewünschte ortsabhängige Schwellwert-
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PHN 7550 14.4.75
spannung kann auch auf andere an sich bekannte Weise erhalten werden, z.B. dadurch, dass eine Isolierschicht veränderlicher Dicke und/oder veränderlicher Dielektrizitätskonstante zwischen der isolierten Gate-Elektrode und der Halbleiteroberfläche angebracht wird und/oder dass für die Gate-Elektrode Materialien mit 'verschiedener Austrittsarbeit verwendet werden und/oder dass, an die Halbleiteroberfläche grenzend, eine Dotierung mit einer ortsabhängigen Konzentration in dem Halbleiterkörper angebracht wird.
In allen obengenannten Fällen kann die laterale Ausdehnung der mit einer Spannung an der gemeinsamen Gate-Elektrode erzeugten Inversionsschicht durch Änderung dieser Spannung geändert werden.
Eine wichtige bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung enthält eine isolierte Gate-iElektrode, die streifenför- · mig ist und die zwei in einiger Entfernung voneinander und vorzugsweise in der Nähe der beiden Enden der streifenförmigen Elektrode liegende elektrische Anschlüsse zum Anlegen eines Potentialunterschiedes über der Gate-Elektrode aufweist.
Um die infolge des angelegten Potential-
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PUN 7550 1 >i Ji.
Unterschiedes auftretende Verlustleistung in Gate-Elektrode genügend niedrig zu halten, besteht die Gate-Elektrode vorzugsweise aus Widerstandsmaterial oder enthält sie wenigstens aus Widerstandsmaterial bestehende Teile. Z.B. kann eine derartige Gate-Elektrode oder können wenigstens ' Teile dieser Elektrode aus einer dünnen Metallschicht aus Aluminium, Titan oder Nickelchrom bestehen. Auch kann polykristallines Halbleitermaterial als Widerstandsmaterial verwendet werden. Vorzugsweise ist der Schichtwiderstand derjenigen Teile der Gate-Elektrode, über denen der Potentialunterschied wenigstens im wesentlichen angelegt wird, grosser als oder gleich 1-12. . Praktische Werte für diesen Schichtwiderstand liegen in den meisten Fällen und abhängig von der gewünschten Geschwindigkeit zwischen 10 und etwa 200 Sl .
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung mit einem Halbleiterkörper in Draufsicht,
Figuren 2 und 3 schematisch Querschnitte durch den Halbleiterkörper nach Fig. 1 längs der
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PHN 75 1k.k
Linien II-II bzw. IH-III der Fig. 1,
Fig. h schematisch einen Teil einer Draufsicht, einer zweiten Ausführungsform,
Fig. 5 einen scheinatischen zugehörigen Querschnitt längs der Linie V-V der Fig. 4S
Fig. 6 schematisch eine dritte AusführuHgsform der Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 7 eiiien schematischen Querschnitt durch den Halbleiterkörper dieser dritten Ausführungsform längs der Linie. VlI-VII der Fig. 6\1
Fi>gs 8 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil einer, weiteren Aus führung sf orni der Vorrichtung nach der Erfindung;, und
Fig. 9 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil einer Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung.
Als erste Ausführungsform wird an Hand der Figuren 1, 2 und 3 eine Vorrichtung zur Umwandlung eines von der Eingangssignalquelle 1 herrührenden elektrischen Eingangssignals in ein oder mehrere elektrische Signale zum Antreiben oder Erregen einer schematisch mit dem Block 2 angegebenen Wiedergabeanordnung beschrieben.
Nach der Erfindung sntnält die Vorrichtung einen Halbleiterkörper 3j der im 'Forliegenden Beispiel praktisch völlig einen ersten Leitfähig-
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PHN 7*5 U.4.
keitstyp aufweist. An eine Oberfläche 5 des HaIbleitergebietes k vom ersten Leitf ähigkeit.styp grenzen mehrere Oberflächenzonen 6, 7> 8» 9 und 10 vom zweiten, dem ersten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, die mit je einem elektrischen Anschluss. 11, 12, 13> 14 bzw. 15 versehen sind und die ζχιτ Herstellung der Verbindung mit .der Wiedergabeanordnung 2 dienen. Diese Oberflächenzonen werden nachstehend als erste Oberflächenzonen bezeichnet. Weiter ist eine gemeinsame Elektrode 16 vorgesehen, zu der die ebenfalls im Gebiet 4 liegende zweite Oberflächenzone 17 vom zweiten Leitfähigkeitstyp gehört. Die Oberfläche 5 ist mit einer Isolierschicht 18 versehen, auf der eine gemeinsame Gate-Elektrode Λ^ zur Beeinflussung einer unter der Gate-Elektrode liegenden Oberflächenschicht 20 des Halbleiterkörpers 3 angebracht ist. Die Gate-Elektrode 19 ist mit einem elektrischen Anschluss 21 versehen und das Gebiet h vom ersten Leitfähigkeitstyp weist einen elektrischen Anschluss 22 auf. Im vorliegenden Beispiel überbrückt die Gate-Elektrode 19 den Abstand zwischen der zu der gemeinsamen Elektrode gehörigen zweiten Zone 17 und"jeder der ersten Oberflächenzonen 6, 7» Sj 9 und 10 und die beeinflussbare Oberflächenzone 20 grenzt an die Zone 17 einerseits und an die Ober-
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14.4.75
f lächenzoneri 6-10 andererseits. Auf diese Weise stellt, wie nachstehend noch erläutert werden \tfird, die Gate-Elektrode 19 zusammen mit der beeinflussbaren Oberflächenschicht 20 einen regelbaren elektrischen Verbindungsweg vom zweiten Leitfähigkoitstyp zwischen der gemeinsamen Elektrode 16 und den ersten Oberflächenzonen "6 - 10 ,her.
Im vorliegenden Beispiel sind die elektrischen Anschlüsse 11-15 über Leiterbahnen 23 und öffnungen Zk in der Isolierschicht 18 direkt mit den Oberflächenzonen 6 - 10 verbunden. Die gemeinsame Elektrode 16 umfasst ausser der zweiten Oberflächenzone 17 einen elektrischen Anschluss 25 und eine Leiterbahn 26, die diesen Anschluss 25 über eine öffnung 27 in der Isolierschicht 18 mit der zweiten Oberflächenzone 17 verbindet. Die Gate-Elektrode 19 ist streifenförmig und besteht aus Widerstandsmaterial, z.B. einer dünnen Schicht aus NiCr, Ti, Ta oder (polykristallinem) Halbleitermaterial. Auf der Gate-Elektrode 19 liegt eine Isolierschicht 28, in der in der Nähe der beiden Enden der streifenförmigen Gate-Elektrode Öffnungen 29 angebracht sind. Eine Leiterbahn 30 verbindet den Anschluss 21 an der Stelle einer der Offnungen 29 mit dem einen Ende der streifenförmigen Gate-Elektrode 19, wobei das andere Ende dieser Gate-
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— 1 I —
1 ·Ί . h .
Elektrode 19 übe3" die andere Öffnung 2() und eine Leiterbahn 30 mit einem zwei ton elektrischer; Anschluss 31 verbunden ist.
Beim Betrieb kann zwischen den Anschlüssen 21 und 31 eine Gleichspannungsquelle 32 eingeschaltet werden, wodurch über der Widerstandsgate-Elektrode 19 ein Potentiaigefalle auftritt. Mit einer regelbaren Spannungsquelle 33 zwischen der gemeinsamen Elektrode 16 und dem Gate-Elektrodenanschluss 21 (oder 31) und/oder einer regelbaren Spaainungsquelle 3^1 zwischen der gemeinsamen Elektrode 16 und dem Anschluss 22 des Gebietes h vom ersten Leitfähigkeitstyp kann die Vori'ichtung der*art eingestellt werden, dass, wenn das Eingangssignal gleich Null ist, an dem einen mit dem Anschluss 21 verbundenen Ende unter der Gate-Elektrode 19 und in der Oberflächenschicht 20 eine Inv.ers ions schicht vorhanden ist, deren laterale Ausdehnung derart gering ist, dass keine leitende Verbindung zwischen der zweiten Oberflächenzone 17 und der ersten Qibevflächenzone 6 hergestellt wird. Bei zunehmender Amplitude des Eingangssignals wird die laterale Ausdehnung der Inversionsschicht von dem einen zu dem anderen Ende der Gate-Elektx^ode hin zunehmen und werden nacheinander die ersten Oberflächenzonen 6, 7t 8} 9 und 10 leitend mit der Oberflächen-
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zone 17 und also mit der gemeinsamen Elektrode 16 verbunden.
Die ¥iedei-gaboanordnung 2 ist z.B. ein Balken- oder Bandindikator und· enthält eine Anzahl gesonderter Wiedergabeelemente 35 - 39 j die mit je einem der Anschlüsse 11-15 und mit einer gemeinsamen Speisequelle 4O verbunden sind» In Abhängigkeit von der Grosse der Amplitude des Eingangssignals wird dadurch eine mehr oder weniger grosse Anzahl der Bildelemente 35 - 39 erregt sein.
Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, dass bei den in Fig. 1 angegebenen Polaritäten der verschiedenen Spannungen von der Voraussetzung ausgegangen ist, dass das Gebiet 4 ein n-leitendes Halbleitergebiet ist, wobei die Oberflächenzonen 6-10 und die Oberflächenzone 17 p-leitend sind. Diese Leitfähigkeitstypen können untereinander vertauscht werden, wenn auch die Polaritäten der Quellen 31, 32, 33 und 34 vertauscht werden. ]
Die Eingangssignalquelle 1 kann, wie in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, auch in dem Kreis zwischen den Anschlüssen 22 und 25 aufgenommen werden. Die Spannungsquelle 34 wird iann z.B. derart eingestellt, dass beim Fehlen eines Eingangs signal s unter der ganzen Gate-rElektrode 19 eine Inversionsschicht vorhanden ist, während
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PIIN 73
1h.h.75
danach die Spannungsquelle 33 derart eingestellt wird, dass diese Inversionsschicht gerade wieder verschwunden ist. Beim Zuführen eines Eingangssignals wird dann eine Inversionsschicht mit einer von der Amplitude des Signals abhängigen Ausdehnung gebildet. In bezug auf die Steuerung der Ausdehnung der induzierten Inversionsschicht bildet das Gebiet k eine Gate-Elektrode, die der isolierten Gate-Elektrode 19 äquivalent ist. Beide Elektroden sind durch eine elektrische Sperre von der zu steuernden Inversionsschicht getrennt, wobei die eine Sperre durch die Isolierschicht 18 und die andere Sperre durch einen gleichrichtenden Übergang gebildet wird. Weiter kann statt mit einem Spannungsabfall über der Gate-Elektrode 19 auch mit einem Spannungsabfall über dem Halbleitergebiet h gearbeitet werden.
Die Wiedergabeanordnung kann z.B. mit Glühlampen, Gasentladungsröhren, einem oder mehreren Flüssigkristallen oder lichtemittierenden Dioden ausgeführt sein, wobei der Kreis mit der Speisequelle 40 einfach an die gewählte Wiedergabeanordnung angepasst werden kann. Wenn lichtemittierende Dioden verwendet werden, können diese gegebenenfalls in dem Halbleiterkörper 3 integriert sein. Vorzugsweise sind die das Eingangssignal in ein oder mehrere elektrische Ausgangssignale um-
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-Xk-
7550 .^•75
wandelnde Halbleiteranordnung und die W:i odergabeanordnung(on) wenigstens zu einer baulichen Einlieit kombiniert, was in Fig. 1 schematisch mit dom mit gestrichelten Linien angegebenen Block 141 bezeichnet ist.
Mit Hilfe der Spannungsquelle 33 und/oder der Sparmungsquelle "}k kann die Vorrichtung derart eingestellt werden, dass, wenn das Eingangssignal Null ist oder wenn das Eingangssignal den negativsten noch erkennbaren. Wert aufweist, das erste Wiedergabeelenient 35 gerade wohl oder gerade noch nicht erregt ist. Mit Hilfe der Spannungsquelle 32 kann eine derartige Einstellung erhalten werden, dass bei dem positivsten Wert des Eingangssignals alle Wiedergabeelemente bis das letzte Element 39 einschliesslich erregt sind. Dabei kann die Anzahl von Wieder-gabeelementen einfach an die Anwendung und das dazu benötigte Auflösungsvermögen angepasst werden. In Fig. 1 ist mit. einer Bruchlinie, die sich zwischen den Oberflächengebieten 9 und 10 erstreckt, dargestellt, dass die Anzahl mit einem Anschluss versehener Oberflächengebiete verhältnismässig beliebig gewählt und angepasst werden kann.
Die beschriebene Halbleiteranordnung kann völlig durch in der Halbleitertechnik übliche Ver-
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C Ο ί. KJ ί. O νί ρ,,
1^ι Ji.
fahren hergestellt werden. Der Halblei tei^körper ^l ist z.B. ein η-leitendes Siliciumsubstrat mit einem spezifischen Widerstand λ^οη z.B. 2 - 5-i2-«cm. Durch Diffusion oder Ionenimplantation können darin pleitende Oberflächenzonen 6 - 10 und 17 angebracht werden, die sich z.B, bis zu einer Tiefe von 1 bis 2 /um von der Oberfläche 5 her in dem Halbleiterkörper erstrecken. Die Oberflächonkonzentration dieser Zonen liegt z.B. zwischen 10 und 10 Atomen/cm3 . Die p-leiteiiden Zonen 6-10 weisen z.B. Abmessungen von etwa 20 χ 25 /um auf„ Die Zone 17 weist z.B. eine Breite von 25 /um auf, wobei die Länge von der Anzahl zu steuernder Wiedergabeanordnungen und dem gewünschten gegenseitigen Abstand der Zonen 6-10 abhängig ist. Bei einer Anordnung zur Steuerung von neun Wiedergabeelementen betrug der gegenseitige Abstand der Zonen 6-10 etwa 100 /um und war die Zone 17 etwa 1 mm lang. Der Abstand zwischen den Zonen 6-10 und der Zone 17 beträgt z.B. etwa 8 /um. Es sei bemerkt, dass statt einer einzigen langgestreckten zweiten Zone 17 auch eine Anzahl in einer Reihe liegender kleinerer zweiter Zonen 17 verwendet werden können, die je einer der ersten Zonen 6 - 10 gegenüber liegen .und z.B. über eine Leiterbahn miteinander verbunden sind. Auch kann
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PHN 7550 14.4.75
man mit einer einzigen kleineren zweiten Zone auskommen, obwohl dann dev in der Inversionsschicht auftretende Reihenwiderstand zwischen einer derartigen kleineren zweiten Zone 17 und jeder der ex^sten Zonen 6-10 für jede der letzteren Zonen verschieden ist. Die Zone 17 dient vorzugsweise mindestens als Quelle von Ladungsträgern, die zur Bildung der Inversionsschicht erforderlich sind;
Die Halbleiterobei'flache kann auf übliche Weise mit einer Isolierschicht aus z.B. Siliciumoxid und/oder Siliciumnitrid versehen sein, wobei diese Schicht an der Stelle der Gate-Elektrode vorzugsweise eine geringere Dicke (z.B. etwa 0,1 /um) als ausserhalb dieses Gebietes aufweist, wo die Dicke z.B. etwa 1 bis 1,5 /um beträgt.
Die Gate-Elektrode 19 ist z.B. etwa 10 ,um breit und etwa 1 mm lang und besteht z.B. aus Aluminium, Titan, Tantal oder polykristallinem Silicium. Der Schichtwiderstand.der .für. diesejGate-Elektrode verwendete Schicht liegt vorzugsweise zwischen 10 und etwa 2OO.a2 und-beträgt mindestens iXi , Je höher der Schichtwiderstand ist, je stärker wird die Verlustleistung in der. Viderstandselektrode, aber zugleich auch die Geschwindigkeit der Anordnung abnehmen.
Die "Gate-Elektrode braucht nicht, kann
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λ h.k.-/:■>
jedoch mit einer1 Isolierschicht 28 abgedeckt werden, die je nach dom Tür die Gate-Elektrode verwendeten Material durch thermische oder anodische Oxidation erhalten werden kann. Auch kann eine Isolierschicht aus der Dampfphase niedergeschlagen oder durch Zerstäubung angebracht werden.
Bei Anwendung von z.B. polykristallinem Silicium als Gate-Elektrodenmaterial kann die Gate-Elektrode auch selbstregistrierend sein. In diesem Falle wird auf de*1 Halbleiteroberfläche 41 eines η-leitenden Halbleiterkörpers 4θ (Figuren 4 und 5) z.B. zunächst eine Isolierschicht 42 aus Siliciumoxid mit einer verhältnismässig grossen Dicke angebracht, in der eine Anzahl z.B. rechteckiger Gebiete 43 gex\ingerer Dicke gebildet sind. Dann wird ein Streifen 44 aus vejrhältnismässig hochohmigen, p-leitendem polykristallinem Silicium angebracht die mit einer Maskierungsschicht 45 aus Siliciumoxid versehen ist. Danach werden mit Hilfe einer Maske, in der einige in Fig. 4 mit gestrichelten Linien angegebenen Offnungen 46 mit etwa der Grosse der Gebiete 43 angebracht sind, die unüberzogenen dünnen Teile der Isolierschicht 42 und die unüberzogenen Teile der Isolierschicht 45 entfernt. Anschliessend werden Verunreinigungen eindiffundiert oder implantiert, wobei auf einer Seite des
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ι h.h.
Streifens Hh eine Anzahl voneinander getrennter pleitender (zweiter) Oberfläclienzonon 17 und auf der gegenüberliegenden Seite eine Anzahl p-leltender (erster) Oberflächenzonen 6--10 gebildet werden. Zu gleicher Zeit werden dann auch die zwischen einander gegenüber liegenden Oberflächenzonen liegenden Teile der Gate-Elektrode kk dotiert. Die ersten Zonen 6-10 können mit je einem elektrischen Anschluss versehen worden und die zweiten Zonen können mit Hilfe einer Leiterbahn miteinander und mit einer gemeinsamen Elektrode verbunden werden.
Die Gate-Elektrode kk besteht nun aus einer Anzahl zwischen benachbarten ersten Zonen 6-10 liegender vervhäl tnismässig hochohmiger Teile im Wechsel mit verhältnismässig niederohmigen Teilen, die zwischen einander gegenüber liegenden ersten und zweiten p-leitenden Zonen liegen. Ein über der Gate-Elektrode angelegter Potentiäluntorschied wird nun im wesentlichen über den hochohmigen Teilen der Gate-^Elektrode auftreten, während auf den niederohmigen Teilen praktisch kein Potentialunterschied auftreten wird. Dies hat den Vorteil, dass die Verbindungswege zwischen jeder der ersten Zonen 6 - 10 und der gegenüberliegenden zweiten Zone 17 weniger gleichmässig und genauer definiert von dem nichtleitenden in den leitenden Zustand
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übergehen und umgekehrt. Auytiordpin vlrd box gleichbleibendem Poteritiahmterscliiod über der Gate-Elektrode der Potenlialcratliont in den hochohmigen Teilen cLuex* derartigen Gate-Elektrode grosser als in einer homogenen Widerstandsgate-Elektrode sein. Dadurch, dass das Auftreten eines Potentialgradienten in der WiderstandseJ ektrode möglichst auf die zwischen benachbarten ersten Zonen 6-10 liegenden liochohmxgen Teile der Widerstandselektrode beschränkt wird, wird ein verhältnismässig günstiges Verhältnis zwischen dem Auflösungsvermögen und der in der Widerstandselektrode auftretenden Verlustleistung erhalten. Vorzugsweise beträgt der über einem zwischen zwei benachbarten ersten Zonen liegenden Teil der gemeinsamen Gate-Elektrode auftretende Potentialunterschied mindestens 0,2 bis 0,3 V,
Der Deutlichkeit halber sei bemerkt, dass wegen des Dickenunterschiedes in der Isolierschicht 42 bei zunehmendem Eingangssignal statt einer wachsenden, kontinuierlichen Imrersionsschicht, wie im vorhergehenden Beispiel, nun eine Anzahl voneinander getrennter Inversionsschichten erhalten werden, die je eine zweite Zone 17 mit einer der ersten Zonen 6 - 10 verbinden.
Der als Inversionsschicht gebildete Teil jedes der Verbindungswege zwischen der gemeinsamen
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Elektrode und jeder der ersten Zone 6-10 weist eine gewisse Breite auf, wobei es im Zusammenhang mit einer gut definierten Umschaltung wichtig sein kann, dass diese Teile der Verbindungswege praktisch gleichzeitig über ihre ganze Bx^eite entstehen oder verschwinden. Zu diesem Zweck ist der über jedem der oberhalb dieser Verbindungswege liegenden Teile der Gate-Elektrode auftretende Potentialunterschied vorzugsweise beschränkt. Vorzugsweise besteht die Gate-Elektrode dann aus einer Anzahl niederohmiger Teile, die oberhalb der zu steuernden Verbindungswege liegen und die über verhältnismässig hochohmige Teile miteinander verbunden, sind. Die niederohmigen Teile bestehen z.B. aus verhältnismässig hoch dotiertem Halbleitermaterial oder Metall und die hochohmigen Teile bestehen aus Widerstandsmaterial, wie verhältnismässig niedrig dotiertem Halbleitermaterial, Titan, Tantal oder Nickelchrom. Die niederohmigen Teile können auch dadurch erhalten werden, dass die gewünschten Teile einer völlig aus Widerstandsmaterial gebildeten Gate-Elektrode von einer leitenden Schicht überbrückt werden.
Eine andere günstige Möglichkeit, die die definierte Umschaltung b.egünstigt, besteht darin, dass die als Inversionsschicht gebildeten Teile
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der Verbindungswege statt quex* zu dej: isolierten Gate-Elekti'ode paa'allel zu dieser Gate-Elektrode angeordnet werden. Diese Möglichkeit wird im nachstehenden Ausführungsboispiol benutzt, das an Hand dex" Figuren 6 und 7 beschrieben wird.
Die Figuren 6 und 7 zeigen einen Teil eines Halbleiterkörpers 6θ , der aus einem n-leitenden Halbleitersubstrat 61 aus z.B. Silicium und einem p-leitenden Oberflächengobiet 02 bestellt, das z.B. durch eine isolierte Insel einer integrierten Schaltung gebildet werden kann. Der übrige Teil dieser integrierten Schaltung, der im Rahmen der Erfindung nicht von wesentlicher Bedeutung ist und daher nicht im Detail beschrieben wird, kann z.B. einen analogen Verstärker enthalten, der ein vernal tnismässig kleines Eingangssignal derart verstärkt, dass mit diesem Signal an schld.es send der Wandler gesteuert werden kann. Auch können die Ausgänge des Wandlers mit Verstärkern z.B. in Form von Flipflops verbunden sein, um den für die Wiedergabeelemente verfügbaren Strom und/oder die verfügbare Spannung zu vergrössern.
Das Oberflächengebiet 62 enthält eine An·?- zahl η-leitender zweiter Oberflächenzonen 63, die zu der gemeinsamen Elektrode gehören und über eine auf der Isolierschicht 6h liegende Leiterbahn 65
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mitoinander verbunden sind; Neben jeder der zweiton Zonen 63 ist eine η-leitende erste Oberflächeiizone 66 angebracht, wobei jede erste Zone 66 mit einer Leiterbahn 67 verbunden ist. Die Lei torbahn eii?67--bilden die Ausgänge des Wandlers, die mit Wiedergabeelementen 68 einer Wiedergabeanordnung 69 verbunden wexxien können.
Die ersten und zweiten Oberflächenzonen 63 und 66 sind paarweise angeordnet, wobei die Isolierschicht 6h zwischen jedem dieser· Paare einen dünneren Teil aufweist, der mit einer gegen den Halbleiterkörper isolierten leitenden Schicht 70 überzogen 1st. In einer Richtung quer zu den Oberflächenzonen 63 und 66 und parallel zu den zwischen den Paax^en von Oberflächenzonen liegenden steuerbaren elektrischen Verbindungswegen ist ein Streifen 71 aus Widerstandsmaterial angebracht, der mit jeder der leitenden Schichten 70 elektrisch verbunden ist. Der Streifen 71 und die leitenden Schichten 70 bilden zusammen eine isolierte Gate-Elektrode zur Steuerung von Verbindungswegen zwischen der gemeinsamen Elektrode 63,65 und jeder der ersten Zonen 66. Diese isolierte Gate-Elektrode, die auch vollständig aus Widerstandsmaterial hergestellt sein kann, weist an beiden Enden einen elektrischen Anschluss in.Form einer leitenden Schicht 72 bzw.
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Die Isolierte Gate-Elektrode besitzt eine langgestreckte Basis ?1> über der das Po tcntialgcfälle im wesentlichen auf.ta^itt, und in einer Richtung quer zu dieser Basis auf einer Seite oder beiden Seiten Ansätze oder Finger, die oberhalb der Teile der Halbleiteroberflächenschicht liegen, in denen die Verbindungswege oder Kanäle gebildet werden. Bei dieser Konfiguration kann das Verhältnis zwischen dLev Länge und der Breite der Kanäle innerhalb weiter Grenzen an den gewünschten Strompegel angepasst wei'den.
Beim Betrieb wird über der isolierten Gate-Elektrode mit Hilfe einer Spannungsquelle 7^ ein Potentialunterschied angelegt. Die gemeinsame Elektrode 63,65 ist mit einem Punkt von Bezugspotential, z.B. Erde, verbunden, was auch für das Oberflächengebiet 62 zutrifft. Zwischen dieser Elektrode 63,65 und einem der Anschlüsse der Gate-Elektrode kann noch eine Spannungsquelle 75 zur Einstellung des Wandlers eingeschaltet sein. Weiter ist die Wiedergabeanordnung 69 mit einer Speisequelle 76 verbunden. Die Eingangssignalquellβ 77 kann z.B. mit der Spannungsquelle 75 in Reihe angeordnet werden.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele
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weisen geineinsam das Merkmal auf, dass eine isolierte Gate-Elektrode, die wenigstens teilweise aus Widerstandsmaterial bestellt., verwendet wii^d. Eine derartige Widerstandsgate-Elektrode ist ein geeignetes Hilfsmittel zum Ex-halten einer Inversionsschicht, die sich in Abhängigkeit von der Amplitude des Eingangssignals über einen mehr oder weniger grossen Teil der Halbleiteroberfläche ausdehnt. Die kontinuierliche oder aus mehreren getrennten Teilen bestehende Inversionsschicht bildet eine Art Schiebekoirtakt, der eine grössere oder kleinere Anzahl 'einer Reihe erster Oberflächenzonen mit der gemeinsamen Elektrode verbindet. Diese Reihe erster Oberflächenzonen kann, wie in den Beispielen, praktisch auf einer Geraden- liegen oder gemäss einer ganz anderen Form, z.B. über den Umfang eines Kreises (oder eines Teiles dieses Umfangs) angeordnet sein. Dabei kann die ..Vorrichtung ausser, wie in den Beispielen, als Arbeit sk'ontakt auch als Ruhekontakt verwendet werden, wobei beim Fehlen eines Eingangssignals alle Ausgänge erregt sind und bei zunehmendem Eingangssignal eine stets zunehmende ' Anzahl Verbindungen unterbrochen wird.
Statt durch einen Potentialunterschied über einer Widerstandselektrode kann eine auf geeignete Weise steuerbare Oberflächenschicht
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auch auf anderes Iv ei se erhalt on werden. Z.B. krmn dio füi* die Herstellung einer leitenden Verbindung benötigte Schwollwortspannung von Stelle zu Stelle verschieden gemacht v/erden. Die Gate-EJ ektrode im eisten Beispiel kann z.B. durch eine leitende Schicht ersetzt v.-erden, wobei die Dicke der Isolierschicht 18 von dem Anschluss 21 zu dem Ende mit dem Anschluss 31 hin gleichrnässlg oder schrittweise zunimmt. Eine weitere Möglichkeit zum Erhalten einer ortisabhängigen Schwellwertspannung ist das ICinbauen von Ladung in die Isolierschicht 18, z.B. mit Hilfe von Ionenimplantation. Vonn die Schicht 18 aus einer Doppelschicht aus Siliciumoxid und Siliciumnitrid besteht, kann der an sich für diese Doppelschichten bekannte Speichereffekt benutzt werden. Mit Hilfe einer geeigneten Spannung an der auch in diesem Falle leitenden Gate-Elektrode 19 und eines parallel zu dieser Elektrode verlaufenden Potentialunterschiedes im Halbleitersubstrat h kann Ladung in die Doppelschicht mit einer in Richtung auf die Gate-Elektrode zu- oder abnehmenden Konzentration eingeschrieben werden.
In den beschriebenen Beispielen wird eine Inversionsschicht induziert. Es. ist jedoch einleuchtend, dass auch Wandler verwendet werden können, bei denen auf andere Weise, z.B. durch Dotierung,
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eine Oberriachonschxcht vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die eisten und zweiten Oberflächenzonen unter der Gate-Elektrode angebracht ist. Mit Hilfe einer Spannung an der Gate-JDlektrode und/oder dem unterliegenden Halbleitergebiet vom entgegengesetzten Leitfähigkeitst3rp kann die Leitfähigkeit einex* derartigen Oberflächenschicht auf ähnliche Weise derart gesteuert worden, dass die gewünschten Verbindungen hergestellt werden.
In den bisher beschriebenen Ausführungsbeispxelen sind, in Abhängigkeit von dem Eingangssignal, meist mehrere Ausgänge zugleiclier Zeit erregt. Für bestimmte Anwendungen kann es aber wünschenswert sein, das stets z.B. höchstens ein Ausgang zugleich erregt ist. Dies kann einfach dui"ch Zusatz eines zweiten ähnlichen ¥andlers erhalten werden, wie z.B. in Fig. 8 dargestellt ist.
Der Halbleiterkörper 80 ist mit einer gemeinsamen Elektrode versehen, die durch zweite Oberflächenzonen 81 vom ersten Leitfähigkeitstyp, die in einem Oberflächengebiet 82 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht sind, und eine die zweiten Zonen 81 miteinander verbindende Leiterbahn 83 gebildet wird. Weiter enthält das Oberflächengebiet 82 eine Anzahl erster Oberflächenzonen Sk vom ersten Leitfähigkeitstyp, die alle
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mit oilier eigenen Leiterbahn 83 zur Verbindung mit einer nicht-dargestellten Wiedergabeanordnung verbunden sind. Die Zonen 84 und die Bahnen 85 bilden die schematisch mit Klemmern.86 bezeichneten Ausgänge des Wandlers oder geholfen wenigstens zu diesen Ausgängen In dem . Oberf lächengebiet 82 sind auch Oberf'lächenz011 en 87 vom ersten Leitfähigkeitstyp vorhanden, die je zu einer Zone 81 sowie zu einer Zone 84 . gehören. Mit Hilfe einer ersten Widerstandsgate-Elektrode 88 können Verbindungen zwischen Zonen 81 und 87 gesteuert werden, während mit einer zweiten Widerstandsgate-Elektrode 89 die Zonen 87 steuerbar mit den Zpnen 8k verbunden werden können. Der Wandler besteht also aus zwei Teilen, die je für sich praktisch dem in den Figuren 6 und 7 gezeigten Wandler gleich sind, wobei die Ausgänge des ersten Teiles zugleich Eingänge für den zweiten Teil bilden. Die gemeinsamen Zonen oder Verbindungszonen 87 werden in einer Konfiguration, bei der sich die mit den Gate-Elektroden 88 und 89 steuerbaren Oberflächenschichten im Halbleiterkörper direkt aneinander anschliessen, überflüssig sein.
Der beschriebene Wandler kann wie folgt betrieben werden. Die gemeinsame Elektrode 81, 83 wird z.B. an Erde gelegt und mit dem Oberflächengebiet 82 verbunden, wobei in der letzteren Ver-
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bindungsleltung nötigenfalls eine regelbare Span— nungsquelle 90 zur Einstellung der Vorrichtung aufgenommen werden kann. Mit Hilfe von Spannungsquellen 91 und 92 wird über.jeder der Widerstandsgate-Elektroden ein Potentxaluntersclixed angelegt, derart, dass das Potentialgefälle in der einen Gate-Elektrode in der einen Richtung und in der anderen Gate-Elektrode.in der entgegengesetzten Richtung verläuft. In Fig. 8 ist das linke Ende der Gate-Elektrode 88 das negativste und das rechte Ende das positivste Ende. Bei der Gate-Elektrode 89 ist dagegen das linke Ende das positivste und das rechte Ende das negativste Ende. Die über den beiden Elektroden 88 und 89 angelegten Potentialunterschiede sind gleich gross und betragen z.B. etwa 12 V. . · -
Auf der linken Sedte der Fig. 8 ist angegeben, dass die Gate-Elektroden 88 und 89 über je eine Spannungsquelle 93 bzw. 9h mit einer Eingangsklemme 95 bzw. 96 verbunden sind y Zwischen den Eingangsklemmen 95 und 96 befindet sich ein Widerstand 97 mit einer an Erde gelegten Mittelanzapfung. Weiter sind diese Klemmen an eine Eingangssignalquelle 98 angeschlossen, so dass die den Elektroden 88 und 89 zugeführten Signale, abgesehen von einem Phasenunterschied von I8o°j ein-
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and or gleich sind.
Bio Spannmi{;ßquolloji 9 1 und 92 liefern jo eine Spannung, die mindestens gleich dem Untei'schlod zwischen dem grossten und dem kleinsten Spannungswert des Eingangssignals ist. Mit Hilfe der Spannungsquellen 90, 93 und 94 wird der Wandler nun dei'art eingestellt, dass bei der kleinsten oder negativsten Eingangssignalspannung die Spannung an den beiden Gate-Elektroden 88 und 89 auf dez* Höhe des ersten äusserst links dargestellten Paares von Oberflächenzonen 81,87 bzw. 84,87 derartig ist, dass zwischen den Zonen jedes dieser Paare eine Inversionsschicht vorhanden ist. Ausgehend von einer Halbleiterstruktur mit einem p-leitenden Gebiet 82 und η-leitenden Oberflächenzonen 81,84 und 87, wird bei den angegebenen Polaritäten für die Gate-Elektrode 88 gelten, dass auch alle weiter nach rechts liegenden Paare von Oberflächenzonen 81,87 durch Inversionsschichten miteinander verbunden sind. Die Potentialverteilung über die Gate-Elektrode 89 ist dagegen derartig, dass ausschliesslich zwischen den Zonen 84,87 des äusserst links liegenden Paares eine Inversionsschicht vorhanden ist. Nur die äusserst linke Klemme 86 ist also leitend mit der gemeinsamen Elektrode 81,83 verbunden.
Je nachdem das Eingangssignal positiver
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wird, worden im uni.oreii Toi.1 die durch Inversions™ sohl clitcn gebi Ldotori Verbindungen zwischen den Zonen 81 und. 87, voji dein äüssorst linken Paar nach rechts gehend, nacheinander uuterbroclion werden, während zu gleicher Zeit im oberen Teil von links nach recht.s nacheinander in einer stets zunehmenden Anzahl von Paaren von Zonen 8^i und 87 durch. Bildung· von - lEnvorsionsHchichten Verbindungen hergestellt werden. Auf diese Weise ist stets nur eine der Klemmen 86 erregt. Eine derartige Vorrichtung kann z.B1 zux" Ansteuerung zon Zifferrbhren oder zur Adressierung von Reihen oder Spalten in Matrizen verwendet werden, wie sie z.B. in Wiedergabepaneelen oder in Speichern vorhanden sind.
Für eine befriedigende Wirkung der obenbeschriebenen Voz'richtung ist es von Bedeutung, dass wenigstens unter der Gate-Elektrode 89 keine ununterbrochene In\rersionsschicht gebildet werden kann, weil sonst die Klemmen 86 nicht mehr gegeneinander1 isoliert sind. Dies kann durch Anwendung einer Isolierschicht erreicht xirerden, die verhältnismässig dick ist, ausgenommen an den Stellen, an denen Inversionsschichten gebildet werden müssen. Nötigenfalls können zwischen den aufeinanderfolgenden Paaren von Oberflächenzonen 8^,87 unter der Gate-Elektrode 89 Kanalunterbrecher, z.B. in
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Fοr'm von Halbleiterzonen 99 vom gleichen Leltfähig-keitstyp wie, aber mit einer höheren Dotierungskonzentration als das Oberflächengebiet 82, angebracht werden. Auch kann für diesen Zweck in der· ganzen an die Halbleiteroberfläche grenzenden Schicht des Oberflächengebietes 82, mit Ausnahme wenigstens derjenigen Teile., in denen eine Inversionsschicht gebildet werden können muss, eine höhere Dotierungskonzentration als in dem angrenzenden darunter liegenden Teil dieses Gebietes 82 angewendet werden.
Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, dass durch Einstellung des Ausmasses, in dem sich die beiden mit den Widerstandselektroden erzeugten Inversionsschichten überlappen, die Anzahl benachbarter Klemmen 86, die gleichzeitig erregt ist, nach Wahl geregelt werden kann.
Eine weitere Ausführungsform, in der ebenτ falls zwei Widerstandselektroden Anwendung finden, ist in Fig. 9 dargestellt. Der Halbleiterkörper weist eine Anzahl erster Oberflächenzonen 101 von einem dem des daran grenzenden Oberflächengebietes 102 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf. Die η-leitenden ersten Oberflächenzonen 101 weisen je einen elektrischen Anschluss auf, welche Anschlüsse durch die direkt mit diesen Zonen verbundenen Leiterbahnen 1Ο3 gebildet werden. Die Zonen 10 1
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sind langßos I .rockt und liegen je neben einer zugehörigen ii—leitenden Oberflächonzone 10'i vom gleichen Leitfähigkeitstyp. Die Zonen 104 bilden die zweiten Oberflächenzonon der Vorrichtung und sind miteinander über die Loitex'baim 105 verbunden, die sich quer au den langgestreckten Zonen 101 und auf der Höhe der Mitte dieser Zonen erstreckt. Auf beiden einander gegenüber liegenden Seiten der Leiterbahn 105 befindet sich eine karnmartige Widerstandselektrode ähnlicher Form und Ausführung wie die Elektroden 88 und 89 der Fig. 8, Diese Elektroden sind daher in Fig. 9 mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Auch übrigens ähnelt die Vorrichtung nach Fig. 9 stark der nach Fig. 8, wobei die letztere Vorrichtung als aus zwei Teilen aufgebaut betrachtet werden kann, welche Teile miteinander in Reihe liegen, während diese zwei «Teile in der Vorrichtung nach Fig. '9 parallel geschaltet sind. Die Vorrichtung nach. Fig. 9 wird auf völlig gleiche Weise wie die nach. Fig« 8 mit Spannungsquellen 90, 9"1, 92, 93 und 9h zur Einstellung dersteuerbaren Inversions schichten und den Gate-rElektroden 88 und 89 zugeführten Eingangssignalen gleicher Grosse und entgegengesetzter Phase betrieben. Die Spannungsquellen 90» 93 und 9^ werden in diesem Falle jedoch derart eingestellt, dass die beiden
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Inversionsschichton keine gegenseitige Uberlcippung aufweisen, derart, dass stets höchstens die gewünschte Anzahl benachbarter Anschlüsse 1O3>86 nicht mit der gemeinsamen Elektrode 10^!, 105 verbunden ist, während die in Fig. 9 links davon liegenden Zonen 103 über eine unter der"unteren Elektrode 88 liegende Inversionsschicht mit einei" Zone 10't und somit mit Erde und alle weiter nach rechts liegenden Zonen 103 über eine unter der oberen Elektrode 89 liegende Inversionsschicht mit Erde verbunden sind.
Die Anschlüsse 86 sind mit einer Wiedergabeanordnung verbunden, die eine Anzahl von Wiedergabeelernenten I06 enthält, die je mit der Hauptstrombahn eines Transistors 107 in Reihe zwischen einer Speiseleitung I08 und Erde angeordnet sind. Die Steuerelektroden der Transistoren 107 sind über je einen Widerstand 109 mit der Speiseleitung 108 verbunden. Diese Widerstände dienen zum Zuführen des benötigten Steuerstiroms, wenn die Transistoren 107 leitend und die Bildelemente I06 erregt sind. Über die Anschlüsse 86 werden diese Steuerströme zu Erde abgeführt, mit Ausnahme desjenigen Anschlusses oder derjenigen Anschlüsse 86, der oder die nicht über eine Inversionsschicht mit einer Zone 104 und der gemeinsamen Elektrode 105 vertun-
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den ist oder sind. Nur der oder die mit dem letzteren Anschluss oder den letzteren Anschlüssen 86 verbundene Transistor oder verbundenen Transistoren ist oder sind dann leitend, so dass nur die damit verbundenen ¥ledergaboelementc aufleuchten. Die übrigen Wiedergabeelemento sind gelöscht.
Durch Anpassung der Geometrien und der Dotierungskonzentrationen· kann die Vorrichtung nach der Erfindung besonderen Anfox^derungen für verschiedene Anwendungen angepasst werden. Im Beispiel nach den Figuren 1 s 2 und, 3 ist e"ln geeigneter Spannungswert für die Quelle 32 z.B. etwa 10 V. Der Gesamtwiderstandswert der Gate-Elektrode 19 wird, je nach der Länge und der als zulässig betrachteten -Verlustleistung sowie der für die Vorrichtung gewünschten Geschwindigkeit, von 1 oder einigen kil zu 50 k jQ. oder mehr variieren können. Die Spannungsquelle 3^<- ist meist überflüssig. Die Anschlüsse 22 und 25 werden dann unmittelbar miteinander verbunden. Z.B. kann zu diesem Zweck der pn-Ubergang zwischen der Oberflächenzone 17 und dem Oberflächengebiet k an der Halbleiteroberfläche 5 kurzgeschlossen werden. Für die Einstellspannungsquelle 33 ist meist ein Wert von 1 bis 2 V genügend. Der Spannungswert der Speisequelle kO wird nach oben von der Durchschlagspan-
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nung der pn-TJb ergänze zwischen den Zonen 6 - 10 und dem Oberflächengebiet h begrenzt und ist weiter von dem verwendeten Typ von Viedergabeelemimten abhängig. Für Gasentladungsröhren ist z.B. verhältnismässig wenig Strom und oft eine verhältnismässig hohe Spannung von 60 bis 80 V erforderlich, während dagegen lichtemittierende Dioden meist mehr Strom erfordern und eine geringere Spannung von 1 oder einigen Y benötigen. Die für Flüssigkristalle benötigte Spannung liegt meist in dex· Grössenordnung von 20 V.
Es dürfte einleuchten, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern dass im Rahmen der Erfindung für" den Fachmann viele Abwandlungen möglich sind. So' können andere Halbleitermaterialien, wie Germanium oder A B -Verbindungen, verwendet Airerden. Wenn das Eingangssignal dem Oberf lächengeb.iet zugeführt wird und die Schwellwertspannung ortsabhängig ist durch eingebaute Ladung in die Isolierschicht und/oder dadurch, dass die Dotierungskonzentration an der Oberfläche des Oberflächengebietes örtlich verschieden ist, braucht auf der Isolierschicht keine isolierte Gate-Elektrode vorhanden zu sein. Die beschriebenen Widerstandselektroden können auch durch einen Halbleiterwiderstand,
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z.B. einen dif fundier ten Widerstand, in Vereinigung mit einer Anzahl an verschiedene Anzapfungen dieaes Widerstandes angeschlossener leitender Gate-Elekti'oden ersetzt werden. In den Beispielen sind weiter zwischen den mit- den verschiedenen Ausgängen verbundenen Oberfläclienzonen gleiche Abstände eingeh alten, wodurch die Anzahl erregter Ausgänge der Amplitude des Eingangssignals gerade proportional zunimmt. Durch Anpassung der Widerstandswerte der zwischen den aufeinanderfolgenden durch Inversion zu bildenden Verbindungswegen liegenden Teile der Widerstandsslektrode, Z=B8 durch Anpassung des gegenseitigen Abstandes der ersten Zonen und/oder örtliche Anpassung des Schichtwiderstandes der Widerstandselektrode können aucli andere als lineare Beziehungen zu dem Eingangssignal erhalten werden * Für den gleichen Zweck kann auch die Geometrie der Widerstandselektrode 5 gj, die Breite der Widerstandsschicht 71 des Beispiels nach den Figuren 6 und 7» örtlich, angepasst werden,
Zwischen den ersten Oberflächenzonen und den Anschlüssen derselben, z.B. zwischen den Zonen 84 und den Klemmen 86 des Beispiels nach Fig. 8, können erwünschtenfaXls Schalter zur Steuerung des Zeitpunktes der Auslesung der Information angeordnet werden. Diese Schalter können z.B. als Feld-
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©ffekttransistoron mit isolierter Gate-Elektrode ausgeführt werden, wobei die Gate-iJlektroden dieser Schalter miteinander verbunden sein können. Mit diesen Schaltern können die Ausgange κ.B0 gesperrt werden, wenn das Eingangssignal von einem bestimmten Wert in einen anderen Wert übergeht, wobei erst dann ausgelesen wii ., wenn eine genügende Zeitspanne vergangen ist, damit gesichert ist, dass die an den Ausgängen verfügbare Information dem veränderten Eingangssignal entspricht.
Die Verbindungen zwischen den ersten Oberflächenzonen und ihren elektrischen Anschlüssen brauchen nicht immer direkte ohmsehe Verbindungen zu sein. In diesem Verbindungen können z,B, Schaltungselemente derart aufgenommen sein, dass dennoch jede erste Oberflächenzone elektrisch mit einem eigenen Anschltiss gekoppelt ist.
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Claims (1)

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    1 .J Vorrichtung zur Umland Inng eines elektrischen Eingangssignals mit sich schrittweise oder kontinuierlich ändernder Amplitude in ein oder mehr elektrische Signale zur Ansteuerung oder Erregung einer oder mehrerer liiedergabeanordnungen, dadurch gekennzeichnet, dass in einem an eine Oberfläche eines Halbleiter\körpers grenzenden Gebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp mehrere an die Oberfläche grenzende Oberflächenzonen vom zweiten, dem ersten entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorhanden sind, welche Oberflächenzonen (nachstehend als erste Oberflächenzonen bezeichnet) mit je einem elektrischen Anschluss zur Verbindung mit einer Wiedergabeanordnung versehen oder wenigstens mit einem solchen Anschluss gekoppelt sind, wobei eine gemeinsame Elektrode vorgesehen ist, zu der wenigstens eine in dem Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp liegende zweite Oberflächenzone vom zweiten Leitfähigkeitstyp gehört, wobei die Oberfläche mit einer Isolierschicht versehen und eine gemeinsame Gate-Elektrode zur Beeinflussung einer Oberflächenschicht des Halbleiterkörpers vorhanden ist, wobei ein elektrischer Anschluss für das Eingangssignal an der gemeinsamen Gate-Elektrode angebracht ist und mittels der gemeinsamen Gate-
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    Elektrode mit der zugehörigen beeinflussbaren Ober-
    flächenschicht ein mit dem Eingangssignal regelbarer Verbindungsweg vom zweiten Leitfähigkeitstyp zwischen der gemeinsamen Elektrode und den ersten Oberflächenzonen vom zweiten Leitfähigkeitstyp hergestellt wird.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Isolierschicht eine oberhalb der beeinflussbaren Oberflächenschicht liegende und diese bedeckende isolierte Elektrode vorhanden ist.
    3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch, gekennzeichnet, dass die isolierte Elektrode die gemeinsame Gate-Elektrode bildet.
    h. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierte Gate-Elektrode streifenförmig ist oder wenigstens einen streifenförmigen Teil aufweist und mit zwei in" einiger Entfernung voneinander und vorzugsweise in der Nähe der beiden Enden der streifenförmigen Gate-Elektrode (oder des streifenförmigen Teiles dieser Elektrode) liegenden elektrischen Anschlüssen zum Anlegen eines Potentialunterschiedes über dem zwischen diesen Anschlüssen liegenden streifenförmigen Teil der isolierten Gate-Elektrode versehen ist. .
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    <Ίυ
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    5· Vorrichtung nach Anspruch hs dadurch. ge~ kennzeichnet, dass wenigstens del- streifenförniige Teil dei" isolierton Gate-Elektrode wenigstens örtlich aus Widerstandsmaterial bestellt} 6. Vorrichtung nach Anspruch 5s dadurch gekennzeichnet, dass die isolierte Gate-Elektrode hakenförmig ist und einen streif einförmigen Basisteil besitzt, der wenigstens an einer seiner langen Seiten mit mehreren Ansätzen oder Fingern versehen ist, wobei wenigstens die zwischen benachbarten Fingern liegenden Teile dieses Basisteiles aus Widerstandsmate \1 bestehen.
    7· Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Widerstandsmaterial bestehende Teil der Gate-Elektrode schachtförmig ist, wobei der Schichtwiderstand dieser Schicht mindestens 1X2. beträgt»
    8. Vorrichtung *ch Anspruch J5s 6 oder 7> dadurch gekennzeichnets dass der streifenförmige Teil der isolierten Gate-Elektrode wenigstens an der Stelle, an der er aus Widerstandsmaterial besteht, einen .Schichtwiderstand von mindestens 10 -Q- und vorzugsweise höchstens etwa 200 Λ auf-sweist.
    9· Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
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    dass in dem regülbaren Verbind.-.mgstveg vom zweiten Leitfähigkeitstyp eine Inversionsschicht mit einer in einer Richtung praktisch parallel i?u der- Oberfläche steuerbaren Ausdehnung aufgenommen ist, wobei die Oberflächenschicht den ersten Leiv.fähigkeitstyp aufweist und die Gate-Elektrode zur Erzeugung und Steuerung dieser Inversionsschicht dient.
    10. Vorrichtung nach Anspruch 9} dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp eine Anzahl nebeneinander liegender und voneinander getrennter Teile enthält, die sich je an der Oberfläche des Halbleiterkörpez's an eine der mit einem elektrischen Anschluss versehenen oder wenigstens mit einem solchen Anschluss gekoppelten ersten Oberflächenzonen vom zweiten Leitfähigkeitstyp und an die (wenigstens eine der) zu der gemeinsamen Elektrode gehörige^) zweite(n) Oberflächenzone(n) vom zweiten Leitfahxgkeitstyp anschliessen, welche Teile sich dazu eignen, darin Inversioiisschichten zu erzeugen, dio zusammen die Inversionsschicht mit steuerbarer Ausdehnung bilden.
    11« Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu der gemeinsamen Elektrode mehrere zweite
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    kz -
    PHN 7550
    Oberf lächenzonea vom zwei ton Leltf ähigkoit styp gehören, wobei zwischen jeder dieser zweiten Ofoerflächenzonon und mindestens einer der· ersten Ober— f lächenzoneii vom zv/eiten Leitfähigkeitstyp ein Teil der mittels der Gat-3-Elektrode beeinflussbaren Oberflächenschicht liegtG
    12c Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 und 11, dadurch gekennzeichnet5 dass die ersten und· aweiten Oberflächenzonen paarweise angeordnet sind, wobei der zwischen der ersten tind der zweiten Oberflächenzone jedes Paares liegende Teil des Gebietes vom ersten Leitfähigkeitstyp sich praktisch völlig unter einem Finger der isolierten Gate-Elektrode erstreckt„
    13= YorrichtTang nach Anspruch 3 oder nach Anspruch 3 und einem oder mehr er si der Ansprüche bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite gemeinsame isolierte Gate-Slektrode mit mehreren stigeh-or-igen in einem Gebiet vohi ersten Leitfähigkeitstyp«-liegenden ersten Oberflächenzonen vom sweitsr» Leitfähigkeitstyp und einer, oder Hiehreren zugehörigen, ebenfalls in diesem.Gebiet liegenden zweiten Oberflächsazonen vom aweitan Leit-" fäliigksitstyp vorgesehen ist3 wobei jede der ^u. d&r- ersten isolisr-ten Gate-Elektrode gehörigen
    S03849/06S7
    - k3 -
    Horten Gate-Elektrode gehörigen ersten Zonen oder mit einer gesonderten zu dieser zweiten Gate-Elektrode gehörigen zweiten Zone verbunden ist, "lh. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadui^ch gekennzeichnet, dass die mit einem elektrischen Anschluss versehenen ersten Oberfläclienzonen vom zweiten Leitfähigkeit s typ mit einer Wiedergabeanordnung verbunden sind, die mit dem Halbleiterkörper· zu einer baulichen Einheit zusammengefügt ist.
    609849/0657
    Leerseite
DE19752520293 1974-05-20 1975-05-07 Vorrichtung zur ansteuerung oder erregung einer wiedergabeanordnung Withdrawn DE2520293A1 (de)

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