DE2833884C2 - Einrichtung zum Betrieb eines ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements und Verwendung - Google Patents

Einrichtung zum Betrieb eines ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements und Verwendung

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DE2833884C2
DE2833884C2 DE2833884A DE2833884A DE2833884C2 DE 2833884 C2 DE2833884 C2 DE 2833884C2 DE 2833884 A DE2833884 A DE 2833884A DE 2833884 A DE2833884 A DE 2833884A DE 2833884 C2 DE2833884 C2 DE 2833884C2
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Description

Gi, d und G3 relativ breit und verjüngt sich anschließend um ein solches Maß, daß die maximale Vorspannungs- plus Signalladung Qb + 5; die erste Potentialmulde im schmälsten Kanalbereich vollfüllt. Beim hier dargestellten Beispiel verjüngt sich der Kanal von der Breite 2 Wauf die Breite W.
Der vorstehend beschriebene Betrieb ist in Fig. 4 an Hand von Flächenpotentialprofilen des Substrats veranschaulicht Die Rg. 4 ist in Verbindung mit Rg. 3 zu
Spannungskomponente an der Gateelektrode G\ enthält.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Verhältnis zwischen der Eingangssignalspan-5 nung und dem von der Eingangsschaltung der BCCD-Anordnung weitergegeben Betrag des Ladungssignals eine Funktion der an der Gateelektrode G2 liegenden Spannung V2 ist, d. h. eine Funktion des Restladungspegels Qf. Es wurde gefunden, daß wenn man bei einem
lesen, welche den zeitlichen Verlauf der Steuersignale 10 gegebenen Δ Vx die Spannung V2 positiver macht (d. h.
zeigt. Zum Zeitpunkt /2 bewirkt die an das Diffusionsge- die Größe des Restladungspakets Qf erhöht), das Verbiet 5 gelegte Spannung Vs, daß dieses Diffusionsgebiet
als Quelle für Ladungsträger (Elektronen) arbeitet. Die
abgegebenen Ladungsträger fließen in den Speicherbehältnis des Betrags der weitergegebenen Signalladung zum Wert der Eingangssignalspannung höher wird, und umgekehrt Dies ist in Rg. 4 mit den letzten drei Sub
reich (Potentialmulde 90) unter der Elektrode Gi. Zum is stratpotentialprofilen veranschaulicht Zum Zeitpunkt
Zeitpunkt h ist die Spannung Ks auf einen so weit positiveren Wert angestiegen, daß das Diffusionsgebiet 5 als Senke für Ladungsträger wirkt, und somit fließt überschüssige Ladung aus der Potentialmulde 90 zurück in
der Differenz zwischen den Flächenpotentialen 92 und 99 die Spannung V2 erhöht wird, dann wird die Menge der übertragenen Ladung + s/ größer. Dies veran
hat die Spannung V2 einen solchen Wert, daß bei gegebener Potentialdifferenz Δ Vx zwischen den Flächenpotentialen 92 und 99 ein Restladungspegel Qf in der Potentialmulde 90 bleibt Die übertragene Ladung ist das Diffusionsgebiet S. In der Potentialmulde 90 bleibt 20 gleich Q(B + s> die anschließend entlang der BCCD-Anein Restladungspegel Qf und eine Vorspannungs- plus Ordnung weitergegeben wird. Wenn bei gleichbleiben-Signalladung Q(B + s> Diese Vorspannungs- plus Signalladung enthält eine Gleichspannungskomponente, deren Wert von der an die Gateelektrode G\ gelegten
Spannung V1 abhängt. Das heißt diese Vorspannungs- 25 schaulichen die beiden Potentialprofile, die für Zeitkomponente ist abhängig von der Höhe der Potential- punkte 6' und U,' gezeichnet sind. Zum Zeitpunkt J3' hat barriere 92 beim Fehlen eines Eingangssignals. Im Falle der Rückgießvorgang ähnlich wie zum Zeitpunkt t3 eines symmetrischen Eingangssignals Vw soll die Span- stattgefunden, jedoch ist V2 positiver gemacht worden, nung Vi eine solche Potentialbarriere 92 einstellen, daß so daß die Restladungskomponente Qf1 größer ist, d. h. die Vorspannungskomponente der Ladung Q(B + 5; in 30 Qf1 > Qf- Zum Zeitpunkt W, der dem Zeitpunkt U entder Mitte des linearen Bereichs der Eingangskennlinie spricht, ist die Differenz Δ Vy zwischen den Substratpoliegt. Dies mag z. B. dem halben Fassungsvermögen der tentialen 92 und 99 gleich Δ Vx, jedoch ist die Menge der Potentialmulde unter der Elektrode 94 im Hauptteil des übertragenen Ladung Q(B + s/ größer als Qp + s>
BCCD-Kanals entsprechen, d. h. im verschmälterten Der Grund für diese Erscheinung ist noch nicht ganz
Teil des BCCD-Kanals gemäß Rg. 2. Für ein asymmetri- 35 zu verstehen. Das nachfolgende Modell könnte jedoch sches Eingangssignal kann man die Spannung V1 so eine Grundlage für eine Erklärung liefern. Es wird angewählen, daß der Arbeitspunkt nahe dem einen oder dem nommen, daß wenn die Spannung V2 an der Gateelekanderen Ende des linearen Bereichs der Eingangskennli- trode Gi erhöht wird, die Tiefe des Potentialminimums nie der BCCD-Anordnung liegt, je nach der Richtung des Leitungsbandes zunimmt und sich das Potentialtal der Asymmetrie des Eingangssignals. In einem Grenz- 40 im Leitungsband zur Oberfläche 17 der N-Ieitenden SiIifall kann V| auf einem solchen Wert liegen, daß QB ziumschicht hin bewegt wie es im Energiebanddiagleich Null ist Im anderen Grenzfall kann Vi auf einem gramm der Rg. 5 dargestellt ist Die durchgezogene Lisolchen Wert liegen, daß die Eingangspotentialmulde nie zeigt die Substratpotentiale für einen niedrigeren beim Fehlen eines Signals Vw voll ist Wert von V?, und die gestrichelte Linie zeigt die Vcr-
Zum Zeitpunkt U, wenn die an die Gateelektrode G3 45 Schiebung, die auftritt wenn die Spannung V2 im Sinne gelegte Spannung V3 ihren positivsten Wert hat und einer Erhöhung des Restladungspegels Qf erhöht wird, wenn das Taktsteuersignal der Phase 1 (Φι-Spannung) In Rg. 5 verschiebt sich das Potentialminimum vom ebenfalls seinen positivsten Wert hat dann ist die La- Punkt 37 zum Punkt 37a, wobei 37a näher an der Oberdung Q(B + 5;aus der Mulde 90 an eine Potentialmulde 96 fläche 17 liegt Diese Positionsänderung des Potentialübergewechselt die unter der ersten Elektrode 98 der 50 minimums äußert sich wohl in einer effektiven Erhö-Phase 1 (Φι-Elektrode) gebildet ist Diese Ladung hung der Kapazität C des BCCD-Kanals, und da die Q(B + si ist also aus der Potentialmulde 90 "abgesahnt" Ladungssignalamplitude Qsia eine Funktion dieser Ka- oder "abgestreift" worden, wobei der Restladungspegel pazität Cist wird hierdurch die Ladungssignalamplitu- Qf zurückgeblieben ist Die Ladung Q(B + s) wird an- de Qsig höher. Die genannten Größen stehen nach folschließend in herkömmlicher Weise aus der Potential- 55 gender Gleichung zueinander in Beziehung:
mulde 96 entlang der BCCD-Anordnung weitergege- Qsic = A(VcV01)C
ben. Die in Rg. 6 gezeigte Kurvenschar veranschaulicht
Beim Betrieb der Anordnung nach der oben genann- die Wirkung der hier zu beschreibenden Steueranordten DE-OS wird die an der Gateelektrode G2 liegende nung. Die Kurven wurden erhalten, indem an eine der Spannung V2 auf einem festen Wert gehalten, so daß die 60 Elektrode G\ entsprechende Gateelektrode eine linear Restladung QF ebenfalls auf einem festen Wert bleibt sägezahnförmige Spannung VCi gelegt wurde, während Die Menge der aus der Potentialmulde 90 (Rg. 4) zur die Spannung V3 an einer der Elektrode G3 entsprc-Potentialmulde 96 weitergegebenen Ladung ist eine chenden Gateelektrode festgehalten wurde. Jede Kurve Funktion der Differenz AV* zwischen den Substratpo- gilt für einen anderen Wert einer Spannung Vi, die an tentialen bei 92 und 99. Diese Differenz ist wiederum 65 eine der Elektrode G2 entsprechende Elektrode gelegt
eine Funktion der Potentialdifferenz Vc 1 — V3 zwischen den Gateelektroden Gi und G3, wobei Vc 1 sowohl die Gleichspannungskomponente als auch die Wechselwurde. Die Ordinate der Kurven ist der Ausgangsstrom. Er wurde ermittelt durch Fühlen des Stroms, der im Ausgangskreis (einem Draingebiet nicht dargestellt)
7 8
der BCCD-Anordnung als Antwort auf die angelegten nen Abgleichs für das Kammfilter nach Fig. 7.
Spannungen erzeugt wurde. Man erkennt, daß bei ir- Die Fig. 8 zeigt das Kammfilter nach Fig. 7 in Verbin-
gendcinem speziellen Wert der Spannung VG\, z.B. dung mit einer automatischen Regelung der Ausgangs-
bciin Wert Vy, die erzielte Eingangsverstärkung (Stei- pegel der kurzen Verzögerungsleitungen 24 und 26 über
gung der Kurve) bei höheren Werten von V2 größer ist 5 negative Rückkopplungen (Gegenkopplungen). Die lan-
als bei niedrigen Werten von V2 (natürlich ausgenom- ge und die kurzen Verzögerungsleitungen haben diesel-
men den Bereich, wo die Kurven bei Null werdendem be Struktur, wie es in Verbindung mit Fig. 7 beschrieben
Ausgangsstrom an der Vc i-Achse zusammenlaufen). wurde. Die Anordnung enthält zusätzlich vier Bandfilter
Die Fig. 7 veranschaulicht eine wichtige Einsatzart 30', 32, 34 und 36 und zwei Differenzverstärker 38 und
der beschriebenen Betriebseinrichtung. In der Figur ist 10 40. Die Bandfilter sind alle auf dieselbe besondere Fre-
schematisch ein Kammfilter gezeigt, das beim kommer- quenz abgestimmt, die bei oder nahe der Mittenfre-
ziellcn Fernsehen angewendet werden kann. Einzelhei- quenz von 3,58 MHz der Farbhilfsträgerkomponenten
ten eines solchen Filters sind in der DE-OS 28 12 990 der durch diese Leitungen gesendeten Signale liegt,
vorgeschlagen. Im Betrieb wird das Ausgangssignal der kurzen Ver-
Das Kammfilter enthält in einem ersten Zweig eine 15 zögerungsleitung 24 über das Filter 32 zum invertieren-
BCCD-Verzögerungsleitung 20, die eine Stufenzahl für den Eingang des Differenzverstärkers 38 gegeben, wäh-
eine Verzögerungszeit von einer Horizontalzeilenperi- rend das Ausgangssignal der langen Verzögerungslei-
ode (1 H—Verzögerung) plus N zusätzliche Stufen auf- tung 20 über das Bandfilter 30' zum nicht-invertieren-
wcist. In einem zweiten Zweig befindet sich ein Inverter den Eingang des Differenzverstärkers 38 gegeben wird.
22 und eine /V-stufige BCCD-Verzögerungsleitung 24. 20 In komplementärer Weise wird das Ausgangssignal der
FJn dritter Zweig ist durch ein /V-stufige BCCD-Verzö- kurzen Verzögerungsleitung 26 über das Bandfilter 34
gcrungsleitung 26 gebildet. Bei dem hier dargestellten auf den nicht-invertierenden Eingang des Differenzver-
speziellcn Beispiel ist die Zahl Ngleich 2. Jede zweistufi- stärkers 40 gegeben, während das Ausgangssignal der
ge Verzögerungsleitung hat eine Eingangsschaltung, langen Verzögerungsleitung 20 über das Filter 36 auf
wie sie in Fig. 1 gezeigt ist. Das Videosignal wird kapazi- 25 den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 40
tiv auf die Gateelektrode G\ der Verzögerungsleitung gekoppelt wird. Die Differenzverstärker vergleichen die
20 und der Verzögerungsleitung 26 gekoppelt, und das von ihnen empfangenen Signale und beeinflussen das
invertierte Videosignal wird kapazitiv auf die Gateelek- Verhältnis von Ausgangspegel zu Eingangspegel der
trode G\ der Verzögerungsleitung 24 gekoppelt An die kurzen Verzögerungsleitungen zur Steuerung der Am-
Gateelektrode G2 der Leitung 24 wird eine Steuerspan- 30 plitude der Ausgangssignale dieser Verzögerungsleitun-
nung (V2) angelegt, und an die Gateelektrode G2 der gen bei der bestimmten Frequenz, auf die die Bandfilter
Leitung 26 wird eine andere Steuerspannung (V2') ange- abgestimmt sind und die, wie bereits erwähnt, bei oder
legt. Die lange Verzögerungsleitung 20 hat ebenfalls nahe der Farbhilfsträgerfrequenz von 3.58 MHz liegt,
eine Eingangsschaltung der in Fig. 1 dargestellten Art, Die Steuerung erfolgt in solchem Sinne, daß für diese
jedoch braucht die Spannung V2 für die Gateelektrode 35 Frequenz das Pegelverhältnis der kurzen Verzöge-
dieser Leitung nicht steuerbar zu sein sondern kann auf rungsleitungen an das Pegelverhältnis der langen Ver-
einem festen Wert bleiben. Das Ausgangssigna! der lan- zögerungsleitung angeglichen wird. Die Folge dieser
gen Verzögerungsleitung 20 wird mit dem Ausgangssi- Betriebsweise ist, daß die Sperrminima der Kennlinie
gnal der kurzen (zweistufigen) Verzögerungsleitung 26 des Kammfilters automatisch auf ihre tiefsten Werte
kombiniert um das Leuchtdichtesignal zu erzeugen. 40 geregelt werden.
Das Ausgangssignal der langen Verzögerungsleitung 20 Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel wird mit dem Ausgangssignal der kurzen (zweistufigen) der Erfindung betrifft eine BCCD-Anordnung mit Zwei-Verzögerungsleitung 24 kombiniert, um das Farbartsi- phasensteuerung. Natürlich ist die Erfindung genauso gnal zu erzeugen. Es ist notwendig, die Ausgangssignal- gut bei BCCD-Anordnungen anwendbar, die mit irgendpegel der kurzen Verzögerungsleitungen 24 und 26 im 45 einer anderen praktischen Anzahl von Phasen gesteuert Relativwert zu justieren, um die Minima der Filterkenn- werden. Außerdem ist die Erfindung nicht nur in Verbinlinie (Sperrbereiche) bei der Farbhilfsträgerfrequenz dung mit den gezeigten zweilagigen Elektrodenstruktuvon 3,58 MHz genügend tief zu legen. Mit der beschrie- ren verwendbar, sondern auch mit einlagigen, dreilagibenen Steueranordnung in jeder der kurzen Verzöge- gen oder anderen bekannten BCCD,-Strukturen. Im FaI-rungsleitungen 24 und 26 bekommt man einen genü- 50 Ie zweiphasiger Steuerung können auch andere Mittel gend großen Einsteltbereich, um diese Justierung durch- als die gezeigten Ionenimplantate verwendet werden, führen zu können. um asymmetrische Potentialmulden zu schaffen. Wäh-
Die hier beschriebene Pegeleinstellung ist eine we- rend im dargestellten Fall das Substrat P-leitend und die
sentliche Verbesserung gegenüber einer bisherigen Me- Oberflächenschicht N-leitend ist können die Leitfähig-
thode, bei der man zur Steuerung der jeweiligen Ver- 55 keitstypen auch umgekehrt sein, wobei die Polarität der
Stärkungsfaktoren des Farbart- und des Leuchtdichte- Betriebsspannungen entsprechend zu ändern ist
kanals relativ aufwendige Transistorschaltungsanord- Schließlich ist die Erfindung auch auf mit vergrabenem
nungen auf dem Schaltungsplättchen benötigte, um die Kanal ausgelegten BCCD-Anordnungen anderer For-
Signale in diesen Kanälen abzugleichen. Es hat sich ge- men als die nach dem "Einfüll- und Abgießprinzip" des
zeigt daß mit der vorliegenden Schaltung Pegelände- 60 beschriebenen Ausführungsbeispiels arbeitende Form
rungen von etwa ±20% für einen von 6 bis 14 Volt möglich, bei denen mit einer Restladung gearbeitet
reichenden Steuerspannungsbereich an der Elektrode wird, die ständig in einem Eingangs-Speicherbereich
G2 möglich sind. Spannungen in diesem Bereich können vorhanden ist
einfach mittels eines Potentiometers erzeugt werden,
wie es bei 30 in Fig. 1 dargestellt ist, oder mittels einer 65 Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Rückkopplungsschaltung zur automatischen Regelung
an der Elektrode G2. Diese Pegeländerung ist mehr als
ausreichend zur Regelung des vorstehend beschriebe-

Claims (10)

Patentansprüche
1. Einrichtung zum Betrieb eines ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements mit vergrabenem Kanal, das folgendes enthält: ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps; eine Oberflächenschicht des entgegengesetzten Leitungstyps; eine im Substrat gebildete Ladungsträgerquelle; einen im Substrat gebildeten Ladungsspeicherbereich, dessen Potential durch eine darüberliegende Elektrode steuerbar ist und der Ladung von der Ladungsträgerquelle empfängt; eine Einrichtung, um aus dem Ladungsspeicherbereich ein Ladungssignal mit einem von der Amplitude des Eingangssignals abhängigen Betrag an einen Übertragungsplatz zu übertragen und im Ladungsspeicherbereich eine Restladung zurückzulassen, die einen durch die an der darüberliegenden Elektrode anliegende Spannung bestimmten und von der Eingangssignalamplitude unabhängigen Wert hat, gekennzeichnet durch eine Steueranordnung (30 in den Fig. 1 und 2; 30', 32, 38, 34, 36, 40 in Fig. 8) zum Verstellen der an die über dem Ladungsspeicherbereich liegende Elektrode (G2) gelegten Spannung (V2), derart, daß dadurch die Menge der Restladung (Qf) im Ladungs-Speicherbereich und damit das Verhältnis zwischen Ausgangssignalladung und Eingangssignalspannung des ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements gesteuert wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung ein Potentiometer (30) mit einem Abgriff und eine Einrichtung zum Anlegen einer Spannung (V2) an das Potentiometer aufweist und daß der Abgriff des Potentiometers mit der über dem Ladungsspeicherbereich liegende Elektrode (G2) verbunden ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung eine Gegenkopplungsschaltung (32,38; 34,40) aufweist, die ein Potential, das vom Pegel eines vom ladungsgekoppelten Halbleiterbauelement (24, 26) gelieferten Ausgangssignals abgeleitet ist, an die über dem Ladungsspeicherbereich liegende Elektrode (Gi) legt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der ferner ein zweites ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement mit vergrabenem Kanal vorgesehen ist und bei der jedes dieser beiden Halbleiterbauelemente eine Ausgangsschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung ein Netzwerk (30', 32,38; 34,36,40 in Fig. 8) ist, das mit den Ausgangsschaltungen des ersten (24,26) und des zweiten (20) ladungsgekoppelten Halbleiterbauelementes verbunden ist und die Differenz zwischen den Pegeln der Ausgangssignale beider ladungsgekoppelter Halbleiterbauelemente innerhalb eines bestimmten Frequenzbandes fühlt und das eine sich mit dieser Differenz ändernde Spannung im Sinne einer Ausregelung der Differenz an die unter dem Ladungsspeicherbereich des ersten ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements (24, 26) liegende Elektrode (U3 in Fig. lHegt.
5. Verwendung zweier Einrichtungen zum Betrieb zweier ladungsgekoppelter Halbleiterbauelemente (24,26) jeweils nach Anspruch 1 in einem Kammfilter, das zusätzlich zu einer ersten Verzögerungsleitung (20) diese beiden ladungsgekoppelten Halbleiterbauelemente als zweite und dritte Verzögerungsleitung enthält bei dem die zweite und die dritte Verzögerungsleitung jeweils eine relativ kleine ganze Zahl N ladungsgekoppelter Stufen aufweisen, bei dem die erste Verzögerungsleitung eine Verzögerungszeit von im wesentlichen gleich einer Horizontalzeilenperiode eines Fernsehempfängers zuzüglich dem Verzögerungsmaß bringt, das durch N zusätzliche ladungsgekoppelte Stufen bewirkt wird, bei dem alle drei Verzögerungsleitungen mit derselben Taktfrequenz betrieben werden und bei dem ferner eine Anordnung zum Anlegen eines Videosignals an die erste und die zweite Verzögerungsleitung, eine Anordnung zum Anlegen des Komplements des Videosignals an die dritte Verzögerungsleitung, eine Anordnung zum Vereinigen der Ausgangssignale der ersten und zweiten Verzögerungsleitung zum Erhalt eines Leuchtdichtesignals und eine Anordnung zum Vereinigen der Ausgangssignale der ersten und dritten Verzögerungsleitung zum Erhalt eines Farbartsignals vorgesehen ist
6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnungen für die beiden ladungsgekoppelten Halbleiterbauelemente, welche die zweite und die dritte Verzögerungsleitung (25, 24) bilden, jeweils aus einer offenen Steuerstrecke bestehen, um das Potential für die Elektrode (G2) über dem Ladungsspeicherbereich des jeweils betreffenden ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements zu liefern (Fig. 7).
7. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung für das die zweite Verzögerungsleitung (26) bildende, ladungsgekoppelte Halbleiterbauelement eine erste Gegenkopplungsschaltung (34,36,40) aufweist, die auf die Ausgangssignale der ersten und der zweiten Verzögerungsleitung (20, 26) anspricht, um ein Potential an die Elektrode (G2) über dem Ladungsspeicherbereich des die zweite Verzögerungsleitung bildenden ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements zu legen, und daß die Steueranordnung für das die dritte Verzögerungsleitung (24) bildende ladungsgekoppelte Halbleiterbauelement eine zweite Gegenkopplungsschaltung (30', 32, 38) aufweist, die auf die Ausgangssignale der ersten und der dritten Verzögerungsleitung (20,24) anspricht, um ein Potential an die Elektrode (G2) über dem Ladungsspeicherbereich des die dritte Verzögerungsleitung bildenden ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements zu legen.
8. Verwendung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenkopplungsschaltungen für die zweite und die dritte Verzögerungsleitung (26, 24) jeweils einen Differenzverstärker (38 bzw. 40) mit zwei Eingängen enthalten, um die Ausgangssignale der ersten und der zweiten Verzögerungsleitung (20, 26) bzw. die Ausgangssignale der ersten und der dritten Verzögerungsleitung (20,24) auf die Elektrode (G2) über dem Ladungsspeicherbereich des die zweite bzw. die dritte Verzögerungsleitung bildenden ladungsgekoppelten Halbleiterbauelempntc *7ii 1^γ»γ»γλαΙιί --"rr"-'***
9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Koppelweg zwischen jedem Verzögerungsleitungsausgang und dem jeweils zugeordneten Differenzverstärker ein Bandfilter (30' bis 36) enthält.
10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Bandfilter (30' bis 36) auf unge-
3 . 4
fähr 3,58 MHz abgestimmt ist dung ist die Realisierung eines Kamrnfilters für Fernsehzwecke, wie es in den Ansprüchen 5 bis 10 beschrieben Beschreibung ist
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausfüh-
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betrieb 5 rungsbeispiel näher erläutert
eines ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements ge- Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein ladungsgekoppel-
mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. tes Halbleiterbauelement (BCCD-Anordnung) mit ei-
Ladungsgekoppelte Halbleiterbauelemente werden nem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einmit der international üblichen Abkürzung CCD bezeich- richtung zum Betrieb;
net (abgeleitet von "Charge Coupled Devices"). Ausfüh- io Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die Anordnung nach rungsformen mit sogenanntem "vergrabenem" Kanal Fig. 1;
bezeichnet man mit BCCD (abgeleitet von "Buried Flg. 3 zeigt den zeitlichen Verlauf elektrischer Signachannel CCD"). Ie, die zum Betreiben der Anordnung nach den Fig. 1
Aus der US-Patentschrift 39 86 198 ist eine CCD-An- und 2 verwendet werden;
Ordnung bekannt, die ein Halbleitersubstrat eines ersten 15 Fig. 4 zeigt Profile des Flächenpotentials am Substrat Leitungstyps, eine mit Substrat gebildete Ladungsträ- zur Erläuterung des Betriebs der Anordnung nach den gerquelle, einen im Substrat gebildeten Ladungsspei- Flg. 1 und 2;
cherbereich, dessen Potential durch eine darüberliegen- Fig. 5 zeigt die Elektronenenergiebänder einer bei
de Elektrode steuerbar ist und der Ladung von der La- dem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendeten dungsträgerquelle empfängt, sowie eine Einrichtung 20 CCD-Anordnung;
enthält, um aus dem Ladungsspeicherbereich ein La- Fig. 6 zeigt eine Kennlinienschar zur Erläuterung des
dungssignal mit einem von der Amplitude eines Ein- Betriebs der Anordnung nach den Fig. 1 und 2;
gangssignals abhängigen Betrag an einen Übertra- Fig. 7 zeigt das Schema einer Schaltungsanordnung
gungsplatz zu übertragen. Jede Übertragung erfolgt da- unter Verwendung des Ausführungsbeispiels der Erfindurch, daß eine zwischen dem Ladungsspeicherbereich 25 dung;
und dem Übertragungsplatz befindliche Potentialbar- Fig. 8 zeigt das Schema einer Schaltungsanordnung
riere so weit erniedrigt wird, daß die im Ladungsspei- unter Verwendung der Erfindung in rückkopplungsgechcrbereich angesammelte Ladung vollständig in eine steuerter Ausführungsform.
am Übertragungsplatz hinter der Barriere gebildete Po- Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte BCCD-Anordnung
lentialmulde fließt 30 stellt ein Signalregister dar und gleicht mit Ausnahme
Bei dem in der DE-OS 28 OO 893 vorgeschlagenen la- der Steueranordnung dem BCCD-Register, wie es in der dungsgckoppelten Halbleiterbauelement mit vergrabe- weiter obenerwähnten DE-OS 28 00 893 vorgeschlagen nem Kanal CBCCD-Anordnung) der eingangs genann- wurde. Im vorliegenden Fall ist jedoch als Beispiel eine ten Art ist der Eingangsteil so ausgebildet, daß nach der BCCD-Anordnung gewählt, bei der automatisch ausge-Übertragung des vom Eingangssignal abhängigen La- 35 richtete Implantate wie 85 und 87 unter den zur zweiten dungssignalbetrags an den Übertragungsplatz stets eine Lage gehörenden Gateelektroden vorgesehen sind (an-Restladung im Ladungsspeicherbereich zurückgelassen stelle von Gleichspannungsversetzungen zwischen den wird, die einen gegebenen und von der Eingangssignal- Elektroden jedes Paars wie bei der genannten DE-OS), amplitude unabhängigen Wert hat. Das vorgeschlagene um asymmetrische Potentialmulden im Substrat zu bil-Bauelement arbeitet nach einem Prinzip, das man bild- 40 den, die eine einseitig gerichtete Ladungsweitergabe bei haft mit "Hochtreiben und Abstreifen" bezeichnen kann zweiphasiger Taktsteuerung erlauben. Typische Her-(engl.: "fan and skim"). Sein Vorzug besteht darin, daß es Stellungsparameter für eine in dieser Struktur ausgelegeine Signalübertragung in linearer Weise erlaubt; sie ist te BCCD-Anordnung mit vergrabenem N-Kanal sind; daher besonders geeignet für BCCD-Verzögerungslei- 1) Substrat: P-Ieitend mit einem spezifischen Widertungen, die zum Verzögern von analogen Signalen wie 45 stand von 30—50 Ohm · cm;
z. B. den Videosignalen beim Fernsehen verwendet wer- 2) N-leitende vergrabene Schichten: Phosphorimplanden. tation, Dosis = 1,3 ■ 10l2/cm2, Energie = 150 keV, Tie-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darir., eine Ein- fe des Überganges Xj = 0,75 Mikron;
richtung zum Betrieb eines ladungsgekoppelten Halb- 3) P-Ieitende Barrieren-Implantate: Bor, Dosis = leiterbauelements der eingangs genannten Art anzuge- 50 4 · 101'/cm2, Energie = 100 keV.
ben, mit der eine Beeinflussung des Ausgangssignalpe- Wie bei dem Register nach der obenerwähnten DE-
gels möglich ist. OS enthält auch die vorliegende BCCD-Anordnung
Ausgehend von einer Einrichtung der im Oberbegriff Elektroden Gi, C2 und G3, denen die Elektroden für die des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art wird diese Mehrphasensteuerung (Mehrphasenelektroden) folgen. Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Steueranordnung 55 Die Elektroden Gi, Gi und G% werden derart betrieben, gelöst, wie sie im Kennzeichnungsteil des Patentan- daß in einem Ladungsspeicherbereich (Potentialmulde) Spruchs 1 beschrieben ist. unter der Elektrode Gi stets ein Restladufegspegel Qf
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Pe- (Fig. 4) gespeichert bleibt. Dieser Restladungspegel legt gel, mit dem das von der Amplitude des Eingangssignals den Arbeitspunkt der Schaltung an eine gewünschte abhängige Ladungssignal am Übertragungsplatz er- 60 Stelle im linearen Bereich der Eingangs-Übertragungssuheini, eine Funktion der Spannung isi, die an die über kennlinie der BCCD-Anordnung. Diesem Resiiadungsdem Ladungsspeicherbereich liegende Elektrode gelegt pegel Qf wird eine zusätzliche Ladung überlagert, die wird, und somit eine Funktion der Restladung. Eine sich aus einer Vorspannungsladung und einer Signallamögliche Erklärung für dieses Phänomen wird an späte- dung zusammensetzen kann und mit Q(b + sj bezeichnet rer Stelle noch gegeben. 65 sei. Diese zusätzliche Ladung wird anschließend aus der
Vorteilhafte Ausführungsformen und Ausgestaltun- Potentialmulde unter der Elektrode G2 gleichsam "abgen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 gesahnt" und entlang der BCCD-Anordnung weitergegekennzeichnet. Eine besondere Verwendung der Erfin- geben. Der BCCD-Kanal ist im Bereich der Elektroden
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