DE2646301B2

DE2646301B2 - Ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE2646301B2
Application number: DE2646301A
Authority: DE
Inventors: Osamu Dipl.-Ing. Kobe Ohtsuki (Japan)
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1975-10-31
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1980-05-14
Also published as: US4639940A; DE2646301A1; US4531225A; FR2330118B1; DE2646301C3; NL7612053A; GB1563341A; CA1081363A; NL182765C; FR2330118A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein ladungsgekoppei-

Ki tes Halbleiterbauelement mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Bekannte ladungsgekoppelte Halbleiterbauelemente, nachfolgend auch mit CCD bezeichnet, haben üblicherweise dieselbe Anzahl von Sammelleitungen wie Phasen

r> der Verschiebeimpulsreihcn und jede Verschiebeelektrode ist jeweils mit einer der Sammelleitungen verbunden.

Da diese Sammelleitungen üblicherweise auf einem Halbleitersubstrat auf einem Isolierfilm gebildet wer-

4(i den, ist eine elektrostatische Kapazität, d. h. eine MOS-Kapazität, zwischen diesen Sammelleitungen und dem Substrat vorhanden. Wenn die Abmessung der Verschiebeelektrode klein wird, kommt die Kapazität der Sammelleitungen in eine vergleichbare Größenord-

4"> nung mit der Summe der Kapazitäten der Verschiebeelektroden. Dadurch wird die Last des Taktimpulsgenerators, der als Verschiebeimpulsquelle verwendet wird, groß. Im Falle eines CCD, bei der die Verschiebeelektroden auf der Substratfläche in der Form einer Matrix

,(ι aus Reihen und Spalten angeordnet sind, sind zusätzlich die Elektroden, die eine in einer Richtung, beispielsweise in der Richtung längs der Spalten, angeordnete Gruppe bilden, verbunden und immer auf demselben Potential gehalten. Deshalb ist es unmöglich, daß jede Reihe den

•v> Verschiebevorgang einzeln ausführen kann. Der Versuch, jede Reihe einer solchen CCD einzeln anzutreiben, ergibt sehr komplizierte Verdrahtungsmuster wegen der Notwendigkeit, daß für jede Reihe eine Sammelleitung angeordnet werden muß, was zu einer geringen wi Integrationsdichte führt. Wenn eine Zeilenadresse unter Verwendung eines CCD als Speichervorrichtung ausgeführt wird, ist darüber hinaus eine einzelne Übertragung für jede Reihe notwendig. Die vorstehenden Tatsachen sind jedoch für eine Zeilenadrcsse (,ί nachteilig.

Aus der DE-OS 21 07 022 ist bereits ein ladungsgekoppelt^ Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art bekannt. Der mäanderförmige Ladungsvcr-

Schiebekanal dieses Halbleiterbauelements wird durch die Ausbildung der vom Halbleitersubstrat isolierten Verschiebeelektroden erreicht. Durch den mäanderförmigen Ladungsverschiebekanal können Leitungsüberkreuzungen bei den Verschiebeelektroden vermieden werden.

Aus der DE-OS 24 12 699 ist bekannt, den ladungsverschiebekanal durch Kanalbegrenzungen abzugrenzen, die im Halbleitersubstrat des Halbleiterbauelement; an dessen Oberfläche angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Kapazität zwischen Verschiebeelektroden bzw. Sammelleitungen und dem Substrat gering ist und daß die Verschiebeelektroden eine einfache Form besitzen, so daß ein besonders hoher Integrationsgrad erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Es kann eine Einrichtung zum Bilden einer asymmetrischen Verarmungsschicht im Ladungfverschiebekanal, die zwischen zwei benachbarten kurzen Teilen einer Kanalbegrenzung liegt, (beispielsweise ungleichförmige Dicke des Isolierfilms) vorgesehen sein. Wenn zwei Impulsreihen mit zueinander unterschiedlichen Phasen an die beiden Verschiebeelektroden angelegt werden, werden die Signalladungen längs des mäanderförmigen Ladungsverschiebekanals verschoben.

Da bei dem ladungsgekoppelten Halbleiterbauelement nach der Erfindung die Verschiebe-Elektroden die Form gerader Streifen haben, kann das Herstellungsverfahren vereinfacht werden, und eine einzelne Ansteuerung für jede Zeile kann leicht ausgeführt werden, wenn viele Zeilen parallel angeordnet sind. Da ein Signal in einfacher Weise von den Seiten des mäanderförmigen Ladungsverschiebekanals herausgenommen werden kann, können ein Querfilter und ein Zeilenabbildungsabtaster leicht aufgebaut werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung beschrieben, in der sind

F i g. I eine Darstellung einer Verschicbeeleklrodenanordnung eines bekannten CCD.

F i g. 2 eine Darstellung der Verschiebeelektrodenanordnung bei einem bekannten CCD mit einer Zeile,

Fig. 3 eine Darstellung des Kanalbegrenzungsmusters bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig.4 eine Darstellung des Verschiebe-Elektrodenmusters und des Ladungsverschiebewegs dos Ausführungsbeispiels nach der F i g. 3,

Fig. 5 drei verschiedene Querschnitte des in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels,

Fig.6 eine Aufsicht auf den Hauptteil eines Ausführungsbeispiels eines zweidimcnsionalen ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements,

Fig. 7 Schnitte von Ausbildungen von drei weiteren verschiedenen Ausführungsbeispielen,

F i g. 8 ein Blockschaltbild zum Erläutern des Prinzips eines Querfilters,

F i g. 9 eine Aufsicht auf ein als Querfilter ausgebildetes Ausführungsbeispiel,

Fig. 10 eine Darstellung eines Regenerierverstärkers bei einem als Abbildevorrichtung ausgebildeten Ausführungsbeispiel und

Fig. 11 eine Aufsicht auf die gesamte Abbildevorrichtung.

F i g. 1 ist eine Aufsicht auf ein zweiphasiges CCD in Matrixform, bei dem die Versehicbeelektroden Ia, \b. Ic,.... 2a,2b. 2c,... die Matrix bilden, die aus Reihen und Spalten besteht. Die Elektroden in derselben Spalte sind alle verbunden und alle Elektroden in jeder Spalte sind auf demselben Potential gehalten. Die Spaltenverschiebeelektroden la bis id und die Verschiebeelektroden 3a "> bis 3d sind mit der Sammelleitung 11 verbunden und andererseits sind die Verschiebeelektroden 2a bis 2d und die Verschiebeelektroden Aa bis Ad mit der Sammelleitung 12 verbunden. Wenn die Impulsreihen mit unterschiedlichen Phasen jeweils den Anschlüssen

ι» Pl und P2 zugeführt werden, die mit den Sammelleitungen verbunden sind, wird eine Ladungsverschiebung ausgeführt. In diesem Fall wird die Ladungsverschiebung immer in der Richtung ausgeführt, die durch den Pfeil 13 gezeigt ist, d. h. in der Richtung jeder Reihe und

ι "· nicht in der Richtung jeder Spalte. Da gerade die Hälfte alle*· Verschiebeelektroden in gleicher Weise mit einer jeweiligen Sammelleitung verbunden ist, wird zusätzlich gerade die Hälfte der gesamten, zwischen jeder Elektrode und dem Substrat erzeugten Kapazität als

.'ο Last auf den Taktimpulsgenerator gegeben, der die den Sammelleitungen zuzuführenden Impulsreihen erzeugt. Darüber hinaus ist es nachteilig, daß alle Verschiebeelektroden der anderen Reihen den Taktimpulsgenerator auch in dem Fall belasten, daß die Übertragung nur

.·) in einer Reihe notwendig ist. Ein Versuch, diesen Nachteil zu vermeiden, erfordert wenigstens eine Sammelleitung für jede Reihe. Als Ergebnis wird das Verdrahtungsmuster kompliziert und die Integrationsdichte wird auch herabgesetzt.

μ Wie sich aus F i g. 2 ergibt, erfordert das CCD des Einzelzeilentyps auch zwei Sammelleitungen 11 und 12

zusätzlich zu den Verschiebeelektroden 21,22,23 für

die Übertragung und die Kapazität der Sammelleitung wird im Vergleich mit der Kapazität der Verschiebe-

Γι elektroden nicht vernachlässigbar, wie oben beschrieben wurde.

F i g. 3 zeigt eine Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gemäß dieser Figur entspricht die Halbleitersubstratfläche 32 zwischen sich parallel

tu erstreckenden Kanalbegrenzungen 30 und 31 in der Form von Bändern der Fläche, auf der die Ladung verschoben wird, d. h. dem Kanal. Die vorstehend erwähnten Kanalbegrenzungen 30 und 31 haben nicht einfache Bandform, sondern kurze Teile 30a und 31a

Ii ragen zur Mitte des Kanals 32 vor und diese kurzen Teile sind miteinander doppelkammförmig verzahnt. Durch Aufbringen eines solchen Kanalbegrenzungsmusters kann der mäanderförmige Ladungsverschiebekanal erhalten werden, wie er durch die Pfeillinie 33

»ι angezeigt ist. Die gestrichelte Linie zeigt die Form und Lage der Verschiebeelektroden A und B an und die vorragenden Teile PA und PB sind die Verbindungsanschlüsse. Obwohl in dieser Figur nicht gezeichnet, sind die Verschiebeelektroden A und B von dem Substrat

r> durch einen Isolierfilm, beispielsweise einen Siliziumdioxydfilm (SiOi), getrennt. Dieser SiO^-Film hat ungleichförmige Dicke und wird später beschrieben. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die parallelen Teile 30 und 31 der Kanalbegrenzungen

)0 verbunden, wie bei 34 an der linken Seite gezeigt ist. Diese Verbindung wird ausgeführt, um das linke Ende des Kanals 32 abzuteilen. Eine solche Verbindung ist nicht notwendig, wenn dieser Teil das Ende des Substrats ist.

i) Nachfolgend wird die Ladungsverschiebung des in F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Fi g. 4 erläutert.

In Fig. 4 sind die Verschiebeelektroden Λ und B

durch ausgezogene Linien gezeigt, während die Kanten der Kanalbegrenzungen durch gestrichelte Linien dargestellt sind. Gemäß F i g. 4 ist ein 2-Phasen-Taktimpulsgenerator 40 mit den Anschlüssen PA und PB verbunden. Dieser Taktimpulsgenerator erzeugt zwei > Rechieckimpulsreihen mit einer Phasendifferenz von einer halben Periode als Taktimpuls für die Übertragung.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Dicke des SiO2-Films unter den Verschiebeelektroden bei diesem in Ausführungsbeispiel nicht gleichförmig ist. Zum besseren Verständnis ist der Teil des Si(VFiImS, der dünner als der andere Teil ist, in F i g. 4 gestrichelt. Zusätzlich wird zur Vereinfachung angenommen, daß das Substrat den p-Leitfähigkeitstyp hat und deshalb wird die π Polarität des Taktimpuises als positiv angenommen. Um verschiedene Teile des Kanals 32 voneinander zu unterscheiden, wird jede der kleinen Flächen, die zwischen zwei kurzen Kanalbegrenzungen angeordnet sind, die benachbart unter denselben Verschiebeelektro- >o den angeordnet sind, als Zelle bezeichnet. Die rechte Hälfte und die linke Hälfte jeweils einer Zelle wird als Halbzelle bezeichnet. Jede Halbzelle ist jeweils mit den Bezugszeichen 41,42,43,... versehen.

Hierbei wird angenommen, daß das Potential des r, Anschlusses PA Null ist, d. h. dasselbe Potential wie das Substrat hat, daß das Potential des Anschlusses PB positiv ist und daß die zu verschiebende Ladung in der Verarmungsschicht gespeichert ist, die unter der unteren linken Halbzelle 41 erzeugt ist. Wenn das jn Potential des Anschlusses von diesem Zustand ausgehend umgekehrt wird und der Anschluß PA positiv wird, während der Anschluß PB das Potential Null hat, wird die unter der Zelle 41 gespeicherte Ladung einmal zu der Halbzelle 42 verschoben. Da jedoch die in der r, Fläche unter der Halbzelle 43 gebildete Verarmungsschicht tiefer als die unter der Halbzelle 41 ist, fließt die Ladung unmittelbar in die Verarmungsschicht unter der Halbzeile 43 und wird dort gespeichert. Wenn dann das Potential des Anschlusses wieder umgekehrt wird und 4<i der Anschluß PA Null wird und der Anschluß PB positiv wird, passiert die Ladung die Halbzelle 44 und wird zu der Fläche unter der Halbzelle 45 übertragen.

Der oben erwähnte Unterschied der Tiefe der Verarmungsschicht basiert auf der Unebenheit des ₄:> SiCb-Films. Da die Verarmungsschicht unter dem dünnen SiO₂-FiIm tiefer als die unter dem dicken SiO2-Film ist, wird also die Ladung, die zu der Halbzelle unter dem dicken SiC^-Film verschoben worden ist, zur Innenseite der tieferen Verarmungsschicht bewegt, auch χ wenn die Spannung an der Verschiebeelektrode konstant ist Es besteht jedoch keine Möglichkeit, daß eine Ladung rückwärts von der Halbzelle 44 zur Halbzelle 41 fließt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß diese Halbzellen voneinander durch eine Kanalbegrenzung 31a getrennt sind.

Wie oben beschrieben wurde, wird die zu übertragende Ladung nach rechts längs des Weges, der durch die Pfeillinie 33 bezeichnet ist, über den Kanal 32 vorgeschoben. bo

Die in den F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsbeispiele führen im wesentlichen dieselbe Funktion wie die eines bekannten CCD aus. Deshalb können diese für dasselbe Anwendungsgebiet wie bekannte CCD verwendet werden, d. h. als Schieberegister und Abbildevorrichtungea Zusätzlich haben diese Ausführungsbeispiele keine Sammelleitung entsprechend den Sammelleitungen bei dem bekannten CCD (Leitungen 11 und 12 in Fig. 1 und 2) und die Elektroden A und B sine einfache gerade Streifen. Aus diesem Grund wird di( elektrostatische Kapazität, die als Last an den Taktimpulsgenerator 40 liegt, wesentlich geringer in Vergleich mit der des bekannten CCD.

F i g. 5 zeigt drei verschiedene Querschnitte der ober beschriebenen Ausführungsbeispiele. Fig. 5(1) ist eir Querschnitt längs der Linie Y-Y'\n Fig. 3, Fi g. 5(11) is ein Schnitt längs der Linie Y"- V'und F i g. 5 (III) ist eir Schnitt längs der Linie X-X'. Die gestrichelte Lini< innerhalb des Halbleitersubstrats Sin Fig. 5(111) zeig die Form der Verarmungsschicht, die in dem Substra verursacht wird, wenn die Verschiebespannung bei spielsweise an die Elektrode θ angelegt wird, und die ir dem Teil unter dem dünnen SiO2-Film 60 gebildet« Verarmungsschicht ist tiefer als die andere, wit F ig. 5 (111) zeigt.

Fig.6 zeigt ein anderes zweidimensionales Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung. In dieser Figur sind 301 302, 303 ... Kanalbegrenzungen Ai, A2, A3, ... unc B1, S2, B3,... Verschiebeelektroden und 61,62,63,.. Kanäle. Wie sich aus dieser Figur ergibt, kann jed« Elektrode in einfacher Weise elektrisch unabhängig sein, und darüber hinaus können die Elektroden in dei notwendigen Zahl auch sehr leicht parallel geschalte! werden.

Deshalb sind beispielsweise die Elektroden A 1, A 2 A3, ... und Bi, B2 und S3, ... jeweils paralle geschaltet und diese Elektroden können in zwe Gruppen aufgeteilt werden, und zusätzlich dazu kanr die Spannung nur an die ausgewählte Elektrode ohne eine komplizierte mehrschichtige Verdrahtung angelegi werden. Diese Vorteile sind für Zeilenadressierung sehi wesentlich.

Bei den beiden in den Fig.3 und 6 gezeigter Ausführungsbeispielen kann die Richtung des mäanderförmigen Ladungsverschiebekanals erforderlichenfalls auf halbem Wege in einem beliebigen Winkel geändert werden. Dies kann auf folgende Weise ausgeführt werden. Die Kanalbegrenzungen 30 und 31 in Fig.3 werden in einem gewünschten Winkel gebogen und gleichzeitig werden auch die Verschiebeelektroden A und Sin demselben Winkel wie die Kanalbegrenzungen gebogen.

In F i g. 3 bilden die Kanalbegrenzungen 30 und 30ä einen rechten Winkel. Jedoch kann dieser durch diese Kanalbegrenzungen gebildete Winkel frei geändert werden.

Als Material der Verschiebeelektrode kann ein Halbleiter, wie Silizium oder Galliumarsenid und ein leitfähiges Metalloxyd, wie Zinnoxyd, zusätzlich zu einem Metall, wie Aluminium, Chrom und Silber verwendet werden.

Darüber hinaus ist als Gegenmaßnahme für eine Potentialsperre, die oftmals unter einem Spalt zwischen zwei benachbarten Verschiebeelektroden verursacht wird, empfehlenswert, daß ein solcher Spalt mit einem Material mit hohem Widerstand gefüllt wird oder daß eine dritte Elektrode an dem Spalt unter der Bedingung gebildet wird, daß diese von den Verschiebeelektroden isoliert ist.

F i g. 7 (I) bis (III) zeigen drei Arten von Einrichtungen zum Verhindern einer Bildung der Potentialsperre. In diesen Figuren sind A und B Verschiebeelektroden und 30 und 31 Kanalbegrenzungen, p⁺ bezeichnet wie üblich einen p-Leitfähigkeitstyp mit niedrigem spezifischen Widerstand (hohe Fremdstoffkonzentration), während p- einen p-Leitfähigkeitstyp mit hohem spezifischen

Widerstand (geringe Fremdstoffkonzentration) bezeichnet.

Gemäß Fig.7(1) ist die leitfähige Schicht 71 zwischen den Verschiebeelektroden A und B gebildet und diese leitfähige Schicht 71 ist von den beiden Verschiebeelektroden durch den Isolierfilm 72 getrennt.

Gemäß Fig.7(11) ist eine n-leitfähige Schicht 73 unter dem Spalt # zwischen den beiden Verschiebeelektroden A und B gebildet. Gemäß Fig. 7 (III) ist in den oben erwähnten Spalt die Halbleiterschicht 74 eingebracht Gemäß diesen Figuren ist die p-Schicht 70, die eine etwas höhere Fremdstoffkonzentration als das Substrat hat, in dem Kanal vorgesehen. Diese p-Schicht 70 ist zum Leiten der Ladung vorgesehen und dies macht es unnötig, die Dicke des SiO₂-FiImS teilweise unterschiedlich zu machen.

Bei dem ladungsgekoppelten Halbleiterbauelement nach der Erfindung ist es in einfacher Weise möglich, das Signal, das in dem Kanal verschoben wird, seitlich herauszunehmen. In diesem Fall ist eine komplizierte Überkreuzungstechnik nicht erforderlich.

Nachfolgend wird ein als Querfilter ausgebildetes Ausführungsbeispiel beschrieben. Fig.8 ist ein Blockschaltbild zum Erläutern des Prinzips eines Querfilters. Gemäß dieser Figur sind η Verzögerungsleitungen 81a, 816, 81c, ... in Reihe geschaltet und von den Verbindungspunkten der Verzögerungsleitungen sind Abgriffe abgenommen. Das zu filternde Signal wird an den Eingangsanschluß 84 angelegt Bewertungskoeffizienten al, a2, a3, ... an werden jeweils mit den Spannungen 51, 52, 53, .., die an jedem Abgriff auftreten, mittels der Bewertungsschaltungsgruppe 82 multipliziert und dann summiert. Zu diesem Zeitpunkt kann die Ausgangsspannung Vaus, die an dem Ausgangsanschluß 85 auftritt, wie nachfolgend gezeigt erhalten werden.

Vaus = Sl al + Slal + S3a3 + · · · + Snan = Σ Siai

i— I

Wenn deshalb die Verzögerungszeit einer Stufe mit t_d angenommen wird, ergibt sich

Vaus(i t_d) =

= Σ ^Λ* · ^Vein U' - *) 'Λ

wobei Vein das Eingangssignal ist.

Eine Fourier-Transformation des rechten Ausdrucks der Gleichung ergibt folgendes:

-*■) r„}

F\ Σ V

= Σ Σ Vein {{i - k) t_d] ■ _f-·»·»"«' „=-co _{l =} l

M ac

= Σ h_kr-J™^M' Σ Vein(mt_d)F-}-^mt'

*=1 IB=- OO

= H(,„)F\Vein(t)}

Deshalb ist die Übertragungsfunktion dieser Schaltung, d.h. die Übertragungsfunktion zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß für das Signal nach der Verarbeitung etwa gleich Η(ω). Die in F i g. 8 gezeigte Schaltung hat nämlich im wesentlichen dieselbe Funktion wie ein Filter mit der Frequenzcharakteristik Hfco). Das Querfilter unter Verwendung des CCD nutzt das CCD als oben erwähnte Verzögerungsleitung aus.

F i g. 9 ist eine Aufsicht auf den Hauptteil eines Ausführungsbeispiels des Querfilters. Bei diesem Aus-■ führungsbeispiel sind die vorragenden Teile 90a, 90b, 90c, ... an der Kanalbegrenzung 90 vorgesehen und entgegengesetzt leitfähige Schichten DX, D2, DX ... sind in jedem vorragenden Teil gebildet. Darüber hinaus wird das Signal von jedem der vorragenden Teile

ίο abgenommen und eine Bewertung wird durch die Bewertungskreise WX, W2, Wi,... ausgeführt. 92 ist der Eingangsanschluß für das zu filternde Signal, während 93 der Ausgangsanschluß für das Signal ist, das das CCD passiert hat und 94 ist der Anschluß, an dem

ι > das gefilterte Signal auftritt. Das Ausgangssignal dieses Anschlusses hat das gewünschte Frequenzspektrum und dieses Signal wird einer außenliegenden Schaltung zugeführt, falls dies erforderlich ist. DO bis Dn sind jeweils Schichten mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp zum Eingeben und Ausgeben des Signals. 95 ist ein Gesamtsummierkreis. Die mit Pfeilen versehene Linie gibt den Weg an, auf dem die Ladung übertragen wird. A und B sind die Verschiebeelektroden, die denjenigen gleichartig sind, die durch dieselben

-5 Symbole in F i g. 3 gezeigt sind. Die vorstehenden Teile 90a, 90b, 90c, ... sind für jede Stufe bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 9 vorgesehen. Sie können jedoch auch für einzelne gewünschte Stufen vorgesehen sein.

Wie sich aus F i g. 9 ergibt ist jeder vorragende Teil nicht mit den Verschiebeelektroden A und B bedeckt. Deshalb ist es möglich, daß die Verdrahtung zum Anlegen des abgenommenen Signals von den Schichten D1, Dl, D3,... mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp an die Bewertungskreise WX, WZ W3,... sich nicht mit einer der beiden Verschiebeelektroden kreuzt Deshalb ist eine Überkreuzungstechnik nicht erforderlich.
Bei dem ladungsgekoppelten Halbleiterbauelement nach der Erfindung kann in einfacher Weise ein Signal an der Seite des Kanals, wie oben erwähnt abgezweigt werden. Wenn eine Übertragung an viele Stufen erforderlich ist, kann zu diesem Zweck der Signalverlust aufgrund der Übertragung durch Verstärken des Signals kompensiert werden, das an der Seite des Kanals abgenommen wird, und dann kann dieses Signal wieder zu dem Kanal zurückgeführt werden. Fig. 10 zeigt die Anordnung eines größeren Teils für eine Signalextraktion und -regenerierung durch Verstärkung. In dieser Figur sind 114 und 115 jeweils die doppelkammförmigen Kanalbegrenzungen mit den vorstehenden Teilen 114a und 115a. Zusätzlich ist der vorstehende Teil 1 XSb an der Seite der Kanalbegrenzung 115 vorgesehen, und die entgegengesetzt leitfähige Schicht 121 für den Signaleingang/Ausgang ist an der Innenseite des Teils XX5b gebildet Die abgenommene Signalladung wird durch den Regenerierverstärker 122 verstärkt und dann zu der Schicht 121 mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp zurückgeführt Danach wird, wie in F i g. 4 dargestellt ist dieses Signal längs des gewundenen Weges mittels Taktimpulsen übertragen, die an die Verschiebeelektroden 112 und 113 angelegt werden. Der Teil 123 ist die Verschiebeelektrode zum Steuern des Signaleingangs und -ausgangs und diese Verschiebeelektrode wird auch als Signalsteuer-Verschiebeelektrode bezeichnet, um sie von der Verschiebeelektrode zur Ladungsübertragung 112 und 113 zu unterscheiden. Beim Beispiel der F i g. 10 öffnet die Signalsteuer-Verschiebeelektrode 123, wenn

der Regenerierverstärker 122 ein Eingangssignal empfängt. Es ist aber auch möglich, die Verschiebeelektrode 123 mittels des Verschiebetaktimpulses zu steuern.

Fig. Π zeigt als Ausführungsbeispiel eine eindimensionale Abbildevorrichtung. Gemäß dieser Figur ist die Substratfläche, die mit der Photo-Verschiebeelektrode 131 bedeckt ist, lichtempfindlich mit Ausnahme der Fläche für die Kanalbegrenzung 134, und ein Teil mit photoelektrischer Umsetzfunktion. Wenn das Licht auf diesen Teil gestrahlt wird, wird die erzeugte Ladung, nämlich der bewegliche Träger, durch die EIN/AUS-Verschiebeelektroden 132a und 132t gesteuert. Wenn eine Spannung an jede EIN/AUS-Verschiebeelektrode angelegt wird, gelangt dann die erzeugte Ladung zu dem Ladungsverschiebetei! und wird jeweils durch die Verschiebeelektroden 132a, 133a und 1336 verschoben. Danach kann eine solche Ladung von dem AusgangsanschluQ 137 an der rechten Seite abgenommen werden. Die Teile 135 und 138 sind Schichten des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps zur Signalabnahme, während 136 ein Regenerierverstärker ist. Wie sich aus F i g. 11 ergibt, erfordert die Abbildevorrichtung keine Sammelleitung zum Zuführen der Taktimpulse und deshalb ist die belegte Substratfläche klein, wodurch auch eine als Ganzes sehr kompakte Anordnung erhalten wird. "> Aus der vorangehenden Beschreibung ergibt sich, daß das ladungsgekoppelte Halbleiterbauelement nach der Erfindung weitgehend die Form der Verschiebeelektroden vereinfachen kann. Als Ergebnis können Sammelleitungen zum Zuführen der Taktimpulse zu der

in Verschiebeelektrode vermieden werden, was nicht nur zu einer hohen Integrationsdichte, sondern auch zur Vereinfachung des Herstellungsverfahrens führt.

Die Signalabnahme und -eingabe an der Kanalseite kann in einfacher Weise ohne Überkreuzungstechnik ausgeführt werden. Deshalb kann bei einem Querfilter eine Verdrahtung für eine Bewertungsschaltung ohne Überkreuzung durchgeführt werden. Andererseits erfordert eine Abbildevorrichtung keine Sammelleitung an der Außenseite des Kanals und führt zu einer insgesamt kompakten Ausbildung der Vorrichtung einschließlich des Regenerierverstärkers.

Hierzu 8 lihitt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement mit einem Halbleitersubstrat, auf dem von ihm durch einen Isolierfilm isoliert Verschiebeelektroden angeordnet sind und in dem ein mäanderformiger Ladungsverschiebekanal gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mäanderförmige Ladungsverschiebekanal durch Kanalbegrenzungen gebildet ist, die im Substrat (S) an seiner die Verschiebeelektroden tragenden Fläche angeordnet sind und aus mehreren bandförmigen Teilen (30,31, 114,115) bestehen, die sich im wesentlichen parallel zueinander erstrecken, sowie aus kurzen Teilen (30a, 31a, 114a, IiSa), die sich jeweils von einem bandförmigen Teil (30, 31, 114, 115) zu dem benachbarten bandförmigen Teil (30, 31, 114, 115) hin erstrecken, derart, daß die kurzen Teile (30a, 31a, 114a, 1\5a) zweier benachbarter bandförmiger Teile (30, 31, 114, 115) doppelkammförmig miteinander verzahnt sind, und daß die Verschiebeelektroden (A, B, 112, 113, 132a, 132Ö, 133a, 133b; streifenförmig ausgebildet sind und sich im wesentlichen parallel zu den bandförmigen Teilen (30, 31, 114, 115) der Kanalbegrenzungen erstrecken.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Bildung einer asymmetrischen Verarmungsschicht im Ladungsverschiebekanal, die zwischen zwei benachbarten kurzen Teilen (30a, 3Ia^ einer Kanalbegrenzung liegt.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Bildung einer asymmelrischen Verarmungsschicht durch eine teilweise unterschiedliche Dicke des Isolierfilms (60) gebildet ist, der den Ladungsverschiebungskanal bedeckt (F ig. 5).

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ?.ur Bildung einer asymmetrischen Verarmungsschicht durch Flächenbereiche (70) mit gegenüber dem Substrat erhöhter Fremdstoffkonzentration gebildet ist, die im Ladungsverschiebekanal liegen (F i g. 7).

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß in einem Spalt (q) zwischen benachbarten den mäanderförmigen Ladungsverschiebekanal überdeckenden Verschiebeelektroden (A, B) eine von den Verschiebeelektroden isolierte leitfähige Schicht (71) vorgesehen ist (Fi g. 7).

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schicht (73) min einem zum Substrat entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf der Substratfläche unmittelbar unter einem Spalt (q) zwischen benachbarten den mäanderförmigen Ladungsverschiebekanal überdeckenden Verschiebeelektroden (A, B)ausgebildet ist (F i g. 7).

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eil Spalt (q) zwischen benachbarten den mäanderförmigen Ladungsverschiebekanal überdeckenden Verschiebeelektroden (A, B) mit einer Schicht (74) oder Schichten aus einem Material mit hohem spezifischen Widerstand gefüllt ist und daß diese Schicht bzw. Schichten in Kontakt mit beiden Verschiebeelektroden stehen.

8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der. Kanalbegrenzungen (90) seitlich neben dem Ladungsverschiebekanal vorragende Teile (90a, 906, 90c usw.) vorgesehen sind, daß Einrichtungen (Di, D 2, D 3 usw.) zum Abnehmen eines Signals in jedem vorragenden Teil vorgesehen sind und daß eine Gruppe aus Ί Bewertungskreisen (Wi, W2, Wi usw.) vorgesehen ist, um den abgenommenen Signalen Bewertungskoeffizienten zu geben (F i g. 9).

9. Halbleiterbauelement nach Anspruch !,gekennzeichnet durch einen vorstehenden Teil (1 i5b) an der

in Seite der Kanalbegrenzung (115) seitlich neben dem Ladungsverschiebekanal, durch eine Einrichtung (121, 135) für einen Signaleingang/Ausgang und durch einen Regenerierverstärker (122,136), der das abgenommene Signal auf den vorstehenden Teil

i") nach Verstärkung zurückgibt (F ig. lOundlt).

10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen lichtempfindlichen Teil (131) in der Mitte des Ladungsverschiebekanals und durch weitere Verschiebeelektroden (132a, \22b), die die im lichtempfindlichen Teil erzeugte Ladung längs des Ladungsverschiebekanals verschieben, die auf beiden Seiten des lichtempfindlichen Teils verläuft (F ig. 11).