DE2800893C2 - Verfahren zum Betreiben eines ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements und ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

a) daß in die Eingangs-Potentiaigrube (26) eine Vorspannungsladung (32) eingebracht wird, deren Höhe derjenigen Anzahl von Ladungsträgern entspricht, die durch ein Eingangssignal mit im wesentlichen dem zweiten Signalpegel V₂ erzeugt werden würde;

b) daß zu der Vorspannungsladung in der Eingangs-Potentialgrube eine Anzahl von Ladungsträgern (34) hinzugefügt wird, die proportional einem Eingangssignal ist, dessen Amplitude im Bereich von Null bis (V₃ - V₂) liegt;

c) daß aus der Eingangs-Potentiaigrube nur derjenige Teil der darin befindlichen Ladung abgeschöpft wird, der die Vorspannungsladung übersteigt;

d) daß die abgeschöpfte Ladung längs der Länge des ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements übertragen wird, indem sie in Potentialgruben (z. B. 42) weitergereicht wird, deren Kapazitäten wesentlich kleiner als diejenige der Eingangs-Potentiaigrube aber noch ausreichend groß sind, um eine dem maximalen Eingangssignal V₃-V₂ entsprechende Ladung zu speichern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennziechnet, daß die Hinzufügung der dem Eingangssignal proportionalen Anzahl von Ladungsträgern zur Vorspannungsladung dadurch erfolgt, daß zunächst eine größere Anzahl solcher Ladungsträger in die Eingangs-Potentiaigrube (26) hinzugegeben wird und daß anschließend abhängig vom Eingangssignal eine ausreichende Anzahl von Ladungsträgern aus der Eingangs-Potentiaigrube herausgenommen wird, um in der Potentialgrube noch so viele Ladungsträger gespeichert zu lassen, wie es der Summe der Vorspannungsladung und der dem Eingangssignal proportionalen Anzahl entspricht.

3. Ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, worin der fortgesetzte Kanal des Bauelements eine gegebene Breite in einem Substrat hat und gegenüber dem Substrat isolierte Kanalelektroden aufweist, um Mehrphasenspannungen zur Bildung der Kanal-Potcntiaigruben im Substrat für die Speicherung und Weitergabe von Ladungssignalen' längs des Kanals anzulegen, und worin innerhalb des Substrats eine Sourceelektrode gebildet ist und zwischen dieser Sourceelektrode und den Kanalelektroden Eingangselektroden vorhanden sind, die auf ein Eingangssignal ansprechen, um das Einbringen von Ladung aus der Sourceelektrode in den Kanal zu steuern, und die eine Speicherelektrode zur Bildung der Eingangs-Potentiaigrube enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Kanals in dem von den Eingangselektroden (Gi, G₂, G₃) gesteuerten Teil größer ist als die Breite (w)des fortgesetzten Kanals, derart, daß das Ladungsfassungsvermögen der Eingangs-Potentiaigrube (26) größer ist als das Ladungsfassungsvermögen der einzelnen Potentialgruben des fortgesetzten Kanals.

4. Ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite (2w) des Kanals in dem von den Eingangselektroden (Gu Gz, Gi) gesteuerten Teil doppelt so groß wie die Breite (w) des fortgesetzten Kanals ist.

5. Ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Breite des Kanals von dem durch die Eingangselektroden (G\, G₂, G₃) gesteuerten Teil aus allmählich auf die Breite (w) des fortgesetzten Kanals verjüngt.

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Betreiben eines ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen. Ein Verfahren dieser Art ist aus der US-Patentschrift 39 86 198 bekannt. Die Erfindung betrifft ferner ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ladungsgekoppelte Halbleiterbauelemente, die auch unter der Kurzbezeichnung CCD (»Charge Coupled Devices«) bekannt sind, bestehen aus einem Substrat und einzelnen Elektroden, die gegenüber dem Substrat isoliert sind. Durch Anlegen mehrphasiger Spannungen an die Elektroden werden Potentialgruben im Substrat gebildet, um Ladungssignale zu speichern und längs einem im Bauelement gebildeten Kanal weiterzugeben. Das ladungsgekoppelte Halbleiterbauelement enthält ferner eine Ladungsträgerquelle (Sourceelektrode) im Substrat. Zwischen der Sourceelektrode und dem CCD-Kanal befindet sich eine gegenüber dem Substrat isolierte Elektrodenanordnung, die auf ein Eingangssigna! anspricht, um das Einführen von Ladung aus der Sourceelektrode in den CCD-Kanal zu steuern.

Es gibt Bauformen von ladungsgekoppelten Halbleiterbauelementen, bei denen die sogenannte Übertragungskennlinie (Ladungsübertragungsfunktion) der Eingangs-Potentiaigrube, d.h. die Funktion der Anzahl eingeführter Ladungsträger abhängig von der Signalspannung, im Bereich niedriger Eingangssignalpegel eine relativ ausgeprägte Nichtlinearität aufweist, während sie bei höheren Eingangssignalpegeln verhältnismäßig linear ist. Dies ist nachteilig, insbesondere wenn das ladungsgekoppelte Halbleiterbauelement analoge Signale übertragen soll, denn die Nichtlinearität im unteren Teil der Kennlinie führt zu merklicher Verzerrung des Analogsignals bei niedrigen Signalpegeln.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein

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Verfahren zum Betreiben einer ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Einfluß der im unteren Teil der Eingangs-Obertragungskennlinie vorhandenen Nichtlinearität beseitigt ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentansp; uchs 1 genannten Merkmale gelöst Eine vorteilhafte Ausführungsform dieses Verfahrens ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet

Da bei dem erfindangsgemäßen Verfahren aus der Eingangs-Poientia.lgrube des ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements nur derjenige Teil der darin befindlichen Ladung abgeschöpft wird, der eine Vorspannungsladung fibersteigt, bleibt eine Nichtlinearität des unteren Bereichs der Eingangs-Obertragungskennlinie ohne verzerrende Wirkung auf das eingegebene und weiterübertragene Nutzsignal. Um die volle Kapazität der zur Weiterübertragung im CCD-Kanal gebildeten Potentialgruben auszunutzen und somit einen relativ hohen Dynamikbereich für das Nutzsignal erhalten, ist es günstig, wenn das Fassungsvermögen der Eingangs-Potentialgrube größer ist als das Fassungsvermögen der einzelnen Kanal-Potentialgruben. Ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement, welches diese Voraussetzung erfüllt und daher einen besonders vorteilhaften Gegenstand zur Durchführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens darstellt, ist im Patentanspruch 3 gekennzeichnet Die dort beschriebenen Merkmale gestatten eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne Einbuße im Dynamikbereich bei vorgegebener Kanalbreite bzw. ohne Verbreiterung des Kanals bei vorgegebenem Dynamikbereich. Bevorzugte Ausgestaltungen dieser Merkmale sind in den Patentansprüchen 4 und 5 gekennzeichnet S5

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen näher erläutert

F i g. 1 zeigt in einer graphischen Darstellung die Funktion der Anzahl erzeugter Ladungsträger abhängig von der Eingangssignalspannung für eine herkömmlich betriebene Eingangsstufe eines ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements mit »versenktem« Kanal;

F i g. 2 ist eine Draufsicht auf ein für den erfindungsgemäßen Betrieb besonders geeignetes ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement;

F i g. 3 ist eine Schnittansicht gemäß der Linie 3-3 der Fig. 2;

F i g. 4 ist eine schematische Darstellung von Potentialprofilen am Substrat zur Erläuterung der Arbeitsweise des Bauelements nach den F i g. 2 und 3; so

F i g. 5 zeigt die Gestalt und die zeitliche Beziehung verschiedener Wellenformen für den Betrieb des Bauelements nach den F i g. 2 und 3;

F i g. 6a und 6b sind Schaubilder zur Erläuterung der Arbeitsweise des Bauelements nach den F i g. 2 und 3.

In der o.g. USA-Patentschrift 39 86 198 sind relativ rauscharme Schaltungen für die Eingabe eines Ladungssignals in ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement — im folgenden CCD-Bauelement genannt - beschrieben. Die dabei angewandte Betriebsart ist unter der Bezeichnung »HU and spill«-Methode bekanntgeworden, was etwa soviel wie »Einfüllen und Abgießen« heißt. In der sogenannten Einfüllperiode des Betriebszyklus werden Ladungssignale aus einer Quellenelektrode (Sourceelektrode) in eine erste Potentialgrube gegeben. Anschließend wird die Potentialgrube teilweise geleert, z. B. indem man die Sourceelektrode als Senke (Drain) betreibt. Während des Entleerungsvorgangs wird zwischen der Elektrode, unter der die Potentialgrube gebildet ist, und einer zweiten Elektrode, die zwischen der letztgenannten und der Sourceelektrode liegt, eiiie Eingangssignalspannung aufrechterhalten. Die in der ersten Potentialgrube verbleibende Ladung ist eine Funktion der Amplitude dieses Eangangssignals und ist relativ frei von Stör- oder Rauschkomponenten.

Es wurde gefunden, daß der vorstehend beschriebene Betrieb im Falle eines CCD-Bauelements mit sogenanntem »versenktem« Kanal (buried channel CCD) zwar relativ rauschfrei ist, andererseits aber eine ausgeprägtere Nichtlinearität in der Übertragungsfunktion des Eingangssignals auf die Ladung bringt (im Vergleich zum Fall eines CCD-Bauelements mit Oberflächenkanal). Das für ein typisches CCD-Bauelement mit versenktem, N-Ieitendem Kanal geltende Übertragungskennlinie, welche die Anzahl der erzeugten Ladungsträger abhängig von der Signalspannung wiedergibt, ist in F i g. 1 dargestellt Der flache Bereich am oberen Ende stelh die Ladungskapazität (Fassungsvermögen) der Eingangs-Potentialgrube dar; diese Kapazität kann etwas größer sein als das Fassungsvermögen jeder Übertragungs-Potentialgrube längs des Hauptteils des CCD-Kanals. Die Kapazität einer solchen Übertragungs-Potentialgrube ist mit der gestrichelten Linie 13 angedeutet

Die in F i g. 1 gezeigte Kurve hat einen relaitiv nichtlinearen Bereich bei verhältnismäßig niedrigen Signalpegeln (zwischen V- und V_K) und einen relativ linearen Bereich bei verhältnismäßig hohen Signalpegeln (zwischen V, und V_y). Eine Signaländerung Δ V₁(N₁ bei relativ niedrigem Eingangssignalpegel wird in nichtlinearer Weise in ein Ladungssignal in der Eingangs-Potentialgrube umgesetzt; eine Signaländerung AViN₂ bei relativ hohem Eingangssignalpegel wird linear in ein Ladungssignal in der Eingangs-Potentialgrube umgesetzt. Der nichtlineare Bereich eines mit versenktem Kanal gebauten Bauelements resultiert z. B. daraus, daß sich die Kapazität des versenkten Kanals als Funktion des Ladungsniveaus bei niedrigen Ladungswerten mehr ändert als bei höheren Ladungswerten. Daneben gibt es noch komplexere Effekte, die das Maß der Nichtlinearität beeinflussen.

In bestimmten Anwendungsfällen, z. B. wenn CCD-Bauelemente als Verzögerungsleitungen eingesetzt werden, um analoge Signale wie etwa Fernsehbildsignale zu verzögern, ist der vorstehend beschriebene Betrieb natürlich höchst nachteilig. Es ist erwünscht, daß die CCD-Verzögerungsleitung das analoge Signal möglichst wenig verzerrt, und zu diesem Zweck sollte die Eingangsschaltung des CCD-Bauelements linear arbeiten.

Es ist außerdem wichtig, daß ein CCD-Bauelement der vorstehend beschriebenen Art nicht zu viel Platz auf dem Halbleitersubstrat beansprucht In dem CCD-Bauelement werden die Breite des Kanals und die Flächengröße der Elektroden so bemessen, daß die durch die Mehrphasenspannungen gebildeten Potentialgruben gerade nur so viel Ladung speichern können wie durch die größte zu erwartende Amplitude des Eingangssignals erzeugt werden kann (vorausgesetzt die Mehrphasenspannung hat irgendeinen brauchbaren Wert [z. B. 10 bis 12 VoIt]). Eine Vergrößerung der Flächen der CCD-Elektroden würde bedeuten, daß jedes CCD-Baueiement größer wird und daß man somit weniger CCD-Bauelemente von einem einzigen Halbleiterscheibchen gewinnen kann (in der Praxis werden nämlich viele Bauelemente zur gleichen Zeit und auf

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demselben Halbleiterscheibchen fabriziert und dann jeweils abgeschnitten oder sonstwie voneinander getrennt). Dies ist verschwenderisch und erhöht die Kosten für jedes einzelne Bauelemente. Außerden haben großflächigere Bauelemente stärkeres kapazitives Verhalten, wodurch ihr Betrieb mit hohen Frequenzen (hochfrequente Mehrphasenspannungen) erschwert wird und eine größere Verlustleistung in den Ansteuerschaltungen für das CCD-Bauelement erforderlich ist.

Die F i g. 2 und 3 zeigen ein Bauelement, welches die vorstehend genannten Probleme löst. Das dargestellte CCD-Bauelement enthält ein P-leitendes Siliziumsubstrat 10 und eine an der Substratoberfläche gebildete Sourceelektrode S. Diese Sourceelektrode bestehe aus einer N-leitenden Diffusion im P-leitenden Substrat Die Schicht B ist ein dünner Überzug aus N-leitendem Silizium an der Substratoberfläche und bildet mit dem Substrat einen PN-Übergang 12. Die Schicht B ist wie üblich weniger hoch dotiert als die Source-Diffusion S. Die CCD-Eingangselektroden bestehen aus drei Gateelektroden d, Gi und Gs (in dieser Reihenfolge), denen Mehrphasenelektroden 14,16,18,20 usw. folgen. Diese Elektroden können z. B. alle aus Polysilizium bestehen und sich in zweischichtiger Anordnung überlappen. Natürlich sind auch andere Materialien und andere Konstruktionsformen möglich. Der CCD-Kanal, der durch besondere Diffusionsgebiete (nicht dargestellt) am Rand begrenzt sein kann, ist unterhalb der Eingangselektroden Gi, Gi und G₃ relativ breit und verjüngt sich dann auf eine geringere Breite im Hauptteil des CCD-Bauelements, wie es mit den gestrichelten Linien angedeutet ist Dieser (nicht dargestellte) Hauptteil des CCD-Bauelements kann einige hundert CCD-Stufen umfassen (in einer praktischen Ausführungsform sind es mehr als fünfhundert Stufen mit jeweils vier Elektroden pro Stufe). Im dargestellten Ausrührungsbeispiel kann der breitere Teil des CCD-Kanals doppelt so breit wie der Hauptteii des CCD-Kanals sein, wie es mit den Breiten-Maßen 2 w und w in F i g. 2 angedeutet ist

Die Arbeitsweise des CCD-Bauelements ist in den Fig.4 und 5 veranschaulicht. Zum Zwecke der Erläuterung sei angenommen, daß zum Zeitpunkt fo in der Potentialgrube 26 unter der Elektrode Gi keine Ladung vorhanden ist, wie es das Bild 4 (a) in F i g. 4 zeigt. Zu diesem Zeitpunkt ist Φ\ niedrig, so daß unter der ersten Φι-Elektrode 14 eine Potentialbarriere 20 und unter der Elektrode 16 eine flache Potentialgrube vorhanden ist Die flache Grube entsteht weil das Potential der Elektrode 16 um tinen Gleichspannungsbetrag gegenüber dem Potential der Elektrode !4 in positiver Richtung versetzt gehalten wird. Dies ist schematisch durch die Batterie 15 angedeutet V₃ ist im hier betrachteten Zeitpunkt auf einem relativ niedrigen Wert, so daß unter der Elektrode G3 eine Potentialbarriere 24 vorhanden ist V₂ wird ständig auf einem relativ hohen Gleichspannungswert gehalten, so daß sich unter der Speicherelektrode Gi eine Potentialgrube 26 befindet Diese Grube ist als die sogenannte »Eingangs«-Potentialgrube anzusehen. Vi ist ebenfalls ein Gleichspannungswert, der jedoch weniger positiv als V2 ist Diese Spannung und die Signalspannung V/n werden der Elektrode Gi angelegt Somit ist ständig unter der Elektrode Gi eine Potentialbarriere, deren Höhe eine Funktion des Gleichspannungswert V\ plus dem Signalpegel Vin ist Die Spannung Vs ist zum Zeitpunkt Zb verhältnismäßig positiv, so daß die Diffusion S als Senke oder »Drain« für Ladungsträger wirkt.

Zum Zeitpunkt t\ ist die Spannung Vs relativ negativ, so daß die Diffusion S als Quelle (»Source«) für Ladungsträger arbeitet. Diese Ladungsträger (Elektronen) füllen nun die Potentialgrube 26 auf das Niveau 30. Zum Zeitpunkt r₂ ist die Spannung Vs auf ihrem positiven Wert, wodurch die Diffusion Sals Drain wirkt. Es ergießt sich nun ein Teil der in der Grube 26 vorhandenen Ladung zurück über die Barriere 28 in das Diffusionsgebiet S. Die in der Potentialgrube 26 verbleibende Ladung enthält eine Komponente, die dem Signal proportional ist, und eine weitere Komponente, die proportional der Differenz zwischen den Gleichspannungswerten Vi und V2 ist. In der Zeichnung ist die in der Grube 26 enthaltene Ladung auf zwei verschiedene Arten schraffiert dargestellt. Der eine Teil 32 dieser Ladung bleibt ständig in dieser Grube und ist mit »Vorspannung« bezeichnet. Der andere, mit »Signal« bezeichnete Teil 34 der Ladung wird aus der Grube »abgeschöpft« und entlang dem CCD-Bauelement weitergegeben, wie es noch erläutert werden wird. Zum Zeitpunkt f₃ ist V₃ relativ positiv, so daß die Höhe der Barriere 24 wesentlich niedriger als zum Zeitpunkt ti ist. Die an die Speicherelektrode Gi gelegte Spannung V2 bleibt dieselbe, wie bereits erwähnt. Zum Zeitpunkt (3 ist auch die zur Phase 1 gehörende Spannung Φι hoch, so daß unter den Φι-Elektroden 14 und 16 jeweils eine Potentialgrube 36 bzw. 38 entsteht. Da die Elektrode 16 positiver vorgespannt ist als die Elektrode 14, ist die Grube 38 unter der Elektrode 16 tiefer als die Grube 36 unter der Elektrode 14. (Im vorliegenden Fall ist eine Einrichtung 15 dargestellt die eine Verspannung zwischen den beiden Elektroden erzeugt um eine asymmetrische Potentialgrube zu bilden. Es sind jedoch auch andere Strukturen möglich. Eine dieser Möglichkeiten besteht darin, anstelle der beiden Elektroden 14 und 16 eine einzige Elektrode zu verwenden und unter einem Teil derselben ein geeignetes lonenimplantat vorzusehen.) Die Spannung Φι hat zum Zeitpunkt tj eine wesentliche höhere Amplitude als die Spannung V₃, so daß das Grubenpotential 20 höher ist als das Grubenpotentia! 24, d. h. das Niveau 20 erscheint als Grube gegenüber dem Niveau 24. Bei diesen Bedingungen wird ein Teil der in der Potentialgrube 26 befindlichen Ladung aus dieser Grube abgeschöpft und in die Grube 38 weitergegeben. Der übrige Teil der Ladung, d. h. die Vorspannungsladung 32, bleibt weiter in der Potentialgrube 26. Der Teil 34 der Ladung, der vorher in der Grube 26 war und nun in der Grube 38 ist wird anschließend mittels der beiden Phasenspannungen Φι, Φ2 in herkömmlicher Weise entlang dem CCD-Baue!ement weitergereicht.

Die Bedeutung der vorstehend beschriebenen Betriebsweise wird besser erkennbar, wenn man die Fig.6a betrachtet Das dort gezeigte Schaubild ist in kleinerem Maßstab als die F i g. 1 gezeichnet (die gestrichelte linie 13, die in beiden Figuren das gleiche Ladungsniveau bedeuten könnte, ist in F i g. 1 etwa doppelt so weit vom Nullniveau der Ladung entfernt wie im Falle der F i g. 6a), jedoch sind gleiche TeBe des Schaubildes mit jeweils denselben Bezugszahlen bezeichnet Die Potentialgrube 26 (Fig.4) behält ständig eine Vorspanmingsladung (32 in Fig.4), die mit der gestrichelten Linie 15 in Fig.6a dargestellt ist Diese gestrichelte Linie definiert den Anfang des relativ linearen Bereichs der Übertragungskennlinie. Jede Ladung, die dieser Potentialgrube abhängig von einem Eingangssignal V_1n hinzugefügt wird ( die Ladung 34 in

Fig.4) ist eine im wesentlichen lineare Funktion dieses Eingangssignals, weil hier im linearen Bereich der Kennlinie gearbeitet wird. Außerdem ist die Struktur so getroffen, daß ein voller Dyuamikbereich erhalten wird. Anders ausgedrückt: weil die Eingangs-Potentialgmbe (die Grube unter der Elektrode Gi) in einer Region liegt, wo der Kanal breit ist, ist ihr Fassungsvermögen relativ groß — ungefähr doppelt so groß wie das Fassungsvermögen der Übertragungs-Potentialgruben im Hauptteil des CCD-Bauelements (die Eingangs-Potentialgrube unter der Elektrode G2 hat ungefähr das doppelte Fassungsvermögen einer Grube unter einer Elektrode wie z. B. 42 in den F i g. 2 und 3). Das heißt, obwohl die Potentialgrube 26 unter der Speicherelektrode G2 nur eine Menge an Signalladung aufnehmen kann, die lediglich einen Teil ihrer Kapazität ausmacht (bei maximalem Wert des Eingangssignals belegt die Signalladung nur etwa die Hälfte der Grube, während die andere Hälfte von der Vorspannungsladung ausgefüllt wird), kann das aus dieser Potentialgrube 26 abgeschöpfte Ladungssignal im Falle maximalen Eingangssignalpegels immer noch die Grube unter der Elektrode 42 bis auf praktisch ihr volles Fassungsvermögen füllen. Somit arbeitet das beschriebene CCD-Bauelement linear über praktisch die volle Kapazität der Übertragungs-Potentialgruppen im Halbleiterkörper des CCD-Bauelements, so daß dieses Bauelement einen größeren nutzbaren Dynamikbereich hat.

Die Übertragungsfunktion einer typischen Übertragungs-Potentialgrube (z. B. einer unter der Elektrode 42 in den F i g. 2 und 3 liegenden Grube) abhängig von dem an die Elektrode G gelegten Eingangssignal VW ist in Fig.6b dargestellt. Die gestrichelte Linie 13 gibt das volle Fassungsvermögen der Übertragungsgrube an. Man erkennt, daß der Betrieb nahezu die gesamte Kennlinie ziemlich linear ist (in der Praxis hat sich gezeigt, daß bei e;:trem niedrigen Werten des Eingangssignals Kleine gewisse kleine Nichtlinearität auftritt, wie sie bei 17 angedeutet ist, deren Ursache jedoch nicht völlig geklärt ist.)

Der vorstehend beschriebene im wesentlichen lineare Betrieb wird erreicht, ohne übermäßige Substratfläche zu benötigen. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel besteht der Hauptteil des CCD-Bauelements aus mehr als fünfhundert Stufen (mehr als zweitausend Elektroden), und die Kanalbereite, die Elektrodenflächen sowie die Substratflächen aller Stufen, mit Ausnahme der ersten Stufe, bleiben unverändert. Die Elektroden 14, 16, 18 und 20 dieser ersten Stufe haben vergrößerte Flächen, ferner ist eine zusätzliche Gateelektrode Gs vorhanden, und die Sourceelektrode sowie die beiden, ersten Gaieeiektroden haben vergrößerte Fläche. Insgesamt gesehen ist der erforderliche Größenzuwachs des CCD-Bauelement unbedeutend, er beträgt nur einen Bruchteil eines Prozents. Während vorstehend zu Erläuterungszwecken ein zweiphasiger Betrieb unterstellt wurde, können gleichermaßen gut Betriebsarten mit drei, vier oder noch mehr Phasen angewendet werden. Auch kann statt des gezeigten P-Ieitenden Substrats ein N-Ieitendes Substrat vorgesehen sein, wobei die Oberflächenschicht sowie das Sourcegebiet P-leitend sind. Natürlich müssen in diesem Fall die Betriebsspannungen entsprechend geändert werden. Schließlich können auch die Wellenformen anders aussehen als im gezeigten typischen Fall. Zum Beispiel hat im dargestellten Fall die Spannung V₃ dieselbe Form die die Welle Φι. Ein zufriedenstellender Betrieb läßt sich aber auch mit einer Wellenform für V3 erreichen, die eine andere Gestalt als die Wellenform Φι hat. V₃ sollte niedrig sein, wenn V_s niedrig ist, jedoch kann V₃ kann V₃ hoch gehen, bevor Φ\ hoch wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

28 OO Patentansprüche:

1. Verfahren zum Betreiben eines ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements, in dem die Obertragungskennlinie einer Eingangs-Potentiaigrube, welche die Anzahl der erzeugten Ladungsträger als Funktion der Eingangssignalspannung wiedergibt, in einem ersten Eingangssignalbereich zwischen einem ersten und einem demgegenüber höheren zweiten Signalpegel Vi und V₂ relativ nichtlinear ist und in einem zweiten Eingangssignalbereich zwischen dem zweiten und einem diesem gegenüber höheren dritten Signalpegel V₃ verhältnismäßig linear ist, bei dem in die Eingangs-Potentiaigrube eine Anzahl von Ladungsträgern eingebracht wird, die proportional dem Eingangssignal ist, und bei dem eine in dieser Potentialgrube befindliche Laaung abgeschöpft und ir. den Potentialgruben des fortgesetzten Kanals des ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements längs dessen Länge übertragen wird, dadurch gekennzeichnet,