DE2835950C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsverschiebungs- Speichereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Speichereinrichtung ist aus der DE-OS 26 04 449 bekannt. Dort wird eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) zum Umwandeln analoger Signale in digitale Signale verwendet. Die analogen Signale sind in den Kanälen des Registers A ge­ speichert. Da diese Kanäle extrem groß sind, können sie eine große Ladung speichern. Da Analog/Digital-Umwandlung erfolgt, wenn ein Freigabesignal an die Elektrode eines Übertragungs­ kanals angelegt wird, um die Ladung von den Kanälen eines Re­ gisters zu den Kanälen eines anderen Registers zu übertragen, dessen Kanäle jeweils in getrennte "Wannen" unterteilt sind, so daß sich jede Wanne füllt, die Ladung, die aus dem einen Re­ gister fließt, in die nächste Wanne "überspült" bis die ge­ samte Ladung vom einen Register zum anderen Register transpor­ tiert bzw. verschoben ist. Die Anzahl der Wannen, die von der Ladung, die von einem Kanal des einen Registers zu einem Ka­ nal des anderen Registers transportiert worden ist, gefüllt worden sind, ist ein Maß für das digitale Äquivalent des ana­ logen Signals, das in dem einen Register gespeichert ist.

Weiterhin ist aus der US-PS 40 01 818 eine Speichereinrichtung bekannt, bei der die Grundstufe oder Speicherzelle mit drei Elektroden ausgerüstet ist, die zusammen mit dem Kanal, dem sie zugeordnet sind, und mit ihren entsprechenden Halbleiterberei­ chen einen Gegenstand bilden, der im wesentlichen analog zu einem Feldeffekt-Transistor ist. Die eine Elektrode ist die Steuerelektrode. Die bekannte Anordnung erfordert für jede der­ artige Stufe eine Implantation in einen Halbleiterbereich, und sie erfordert eine sehr präzise gesteuerte Implantation, um den Bereich der Schwellwertspannungen für die Steuerelektrode eng einzugrenzen, die Schwellwertspannung ist ein Übergangsspannungs­ wert, an dem eine Inversion des Leitfähigkeitstyps in dem ent­ sprechenden Halbleiterbereich aufgrund der Implantation auftritt. Nun ist jedoch die Implantation selbst ein relativ schwieriger und kostspieliger Schritt im Fertigungsverfahren der integrier­ ten Schaltung, und das Erfordernis der präzisen Steuerung ver­ größert noch diese Schwierigkeit und Kosten.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Ladungsverschiebungs-Speicherein­ richtung zu schaffen, in der die Stufen mit einer derartigen Elektrodenkonfiguration versehen sind, daß das Fertigungsverfah­ ren der integrierten Schaltung relativ einfach und wirtschaftlich gemacht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahmen gemäß dem Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine präzise Steuerung und Genauigkeit nicht erforderlich ist. Vorteilhafterweise befindet sich ein diffundierter Bereich am Ende jedes Kanales und ist deshalb einfach in der Fertigung und benötigt keine präzise Steuerung. Ein weiterer Satz diffundierter Bereiche ist an Stellen ange­ ordnet, die eine von N Stufen eines mit einer kleineren Zahl bezeichneten Kanals mit den entsprechenden gleichbezeichneten Stufen in dem nächst höher bezeichneten Kanal verbinden. Die­ se Stellen sind nicht in den horizontal verlaufenden Haupt­ kanälen selbst angeordnet, sondern in kleineren Kanalabschnit­ ten und sie brauchen nicht mit hoher Präzision gefertigt zu werden. Mit Vorteil kann auch eine Elektrodenstruktur ver­ wendet werden, in der diffundierte Bereiche vollständig weg­ gelassen wird. Dies vereinfacht das erfindungsgemäße Ver­ fahren noch weiter.

Bei der Speichereinrichtung gemäß der Erfindung kann die Elektrodenzahl pro Stufe auf vier oder sogar noch mehr er­ höht werden.

Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Aus­ führungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung von einer zwei-di­ mensionalen Ladungsverschiebungs-Speichereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1A ist eine schematische Darstellung einer zwei-dimensio­ nalen Ladungsverschiebungs-Speichereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der Einrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie 2-2 gemäß Fig. 1 oder 1A.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht der Einrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinien 3-3 in Fig. 1 oder 1A.

Fig. 4 zeigt eine Schnittansicht der Einrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinien 4-4 in Fig. 1 oder 1A.

Fig. 5 zeigt eine Schnittansicht der Einrichtung gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinien 5-5 in Fig. 1.

Fig. 5A zeigt eine Schnittansicht der Einrichtung gemäß Fig. 1A entlang der Schnittlinien 5-5 in Fig. 1A.

Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht der Einrichtung gemäß Fig. 1 oder 1A entlang der Schnittlinien 6-6 in Fig. 1 bzw. 1A.

Fig. 7 ist eine Darstellung des Oberflächenpotentials des Halbleiters über der Strecke entlang der Halbleiter­ oberfläche der Struktur gemäß Fig. 6, wobei diese Darstellung zur Erläuterung der Art und Weise nütz­ lich ist, welche Ladungsmengen oder Pakete in der Einrichtung gemäß Fig. 1 oder 1A abgetastet oder ausgelesen werden.

Fig. 8A-8L zeigen Spannungsverläufe zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung gemäß den Ausführungs­ beispielen der Erfindung.

Somit zeigen die Fig. 1 und 2 bis 5 und 6 zusammen das erste Ausführungsbeispiel; die Fig. 1A und 2 bis 4 und 5A und 6 stellen zusammengenommen das zweite Ausführungsbeispiel dar. Die Fig. 7 und 8A bis 8L sind auf beide Ausführungsbeispiele anwendbar.

In der folgenden Beschreibung werden beide Ausführungsbeispiele im wesentlichen gleichzeitig beschrieben, wenn jedoch ein Punkt erreicht wird, an dem ein Unterschied zwischen den zwei Aus­ führungsbeispielen besteht, wird dieser Unterschied durch einen separaten Hinweis auf "das erste Ausführungsbeispiel" - womit die Einrichtung gemäß den Fig. 1 und 5 gemeint ist - oder "das zweite Ausführungsbeispiel" - womit die Einrichtung gemäß den Fig. 1A und 5A gemeint ist - hervorgehoben. Wenn an­ schließend die gemeinsame Beschreibung fortgesetzt wird, wird hierauf üblicherweise durch "in beiden Ausführungsbeispielen" hingewiesen. Gemäß der hier verwendeten Bezeichnung ist mit "das erste Ausführungsbeispiel" die Einrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 bis 5 und 6 und in analoger Weise das "zweite Ausführungsbeispiel" gemeint.

Es wird zunächst auf die Fig. 1 bis 6 insgesamt Bezug genom­ men, aber besondere Aufmerksamkeit wird vorwiegend auf die Fig. 1 und 1A gerichtet, die jeweils eine Ladungsverschiebungs- Speichereinrichtung 10 gemäß dem entsprechenden Ausführungs­ beispiel der Erfindung zeigen. Die Einrichtung 10 enthält eine Anzahl von M Ladungsschieberegistern, die jeweils entlang einer horizontalen oder Zeilenrichtung ausgerichtet sind. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Zahl M gleich drei und die drei Schieberegister sind mit 11, 12 und 13 bezeichnet. Jedes Schieberegister 11, 12 und 13 enthält eine Anzahl von N Stufen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Zahl N gleich vier. Die Einrichtung 10 enthält auch Zeilen bzw. Reihen 14 und 15 aus verbindenden Stufen. Jede Stufe des Schieberegisters 11 der ersten Zeile ist mit der entsprechenden Stufe des Schieberegisters 12 der zweiten Zeile durch eine entsprechende verbindende Stufe der Reihe 14 verbunden. Jede Stufe des Schieberegisters der zweiten Zeile ist mit der ent­ sprechenden Stufe des dritten Schieberegisters 13 durch eine entsprechende verbindende Stufe der Zeile 15 verbunden. Somit wird eine Anordnung aus Zeilen und Spalten von Ladungsverschiebungs­ stufen gebildet. Jede Stufe ist mit einem Satz von r Elek­ troden versehen, wobei die ganze Zahl r wenigstens vier beträgt, und in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 1A ist diese Zahl in der Tat genau vier. Die Elektroden sind innerhalb einer gegebenen Schieberegisterzeile identisch, d. h. identisch innerhalb einer gegebenen Schieberegisterstufe und von Stufe zu Stufe einer gegebenen M-ten Schieberegisterzeile oder N-ten Schieberegisterspalte und analog mit den Stufen und Zeilen und Spalten von verbindenden Stufen (14, 15).

Es sei jedoch nochmals betont, daß nicht notwendigerweise r = N = 4 (wie es in den Ausführungsbeispielen gezeigt ist) sein muß; erfindungsgemäß können r größer als vier und N und M unterschiedlich von vier bzw. drei gewählt werden. Weiterhin sind N und M unabhängig voneinander.

Bei einem ersten Satz von Taktspannungen, die an den Satz von vier Elektroden angelegt werden, wird bewirkt, daß Ladungs­ pakete in der vertikalen oder Spaltenrichtung bewegt oder über­ tragen werden. Bei einem zweiten Satz von Taktspannungen, die an die Sätze von vier Elektroden angelegt werden, wird bewirkt, daß Ladungspakete in den Stufen in einer horizontalen oder Zeilenrichtung in jedem der Zeilenschieberegister 11, 12 und 13 übertragen werden.

Die Schieberegister 11, 12 und 13 sind auf einem Halbleiter­ substrat 20 mit n-Leitfähigkeit ausgebildet, das einen ersten Hauptkanalabschnitt 21, einen zweiten Hauptkanalabschnitt 22 und einen dritten Hauptkanalabschnitt 23 aufweist, die jeweils benachbart zu einer Oberfläche 24 des Substrates liegen und jeweils die im allgemeinen rechtwinklige Umrißlinie besitzen, wobei diese Umrißlinien durch dicke Linien in Fig. 1 darge­ stellt sind. Üblicherweise kann das Substrat aus Siliziumhalb­ leitermaterial mit einem geeigneten spezifischen Widerstand bestehen, beispielsweise 4 Ohm-Zentimeter. Über der Oberfläche des Substrates 20 liegt ein dickes Isolierteil 25 aus Silizium­ dioxid mit mehreren dünnen Abschnitten. Ein erster dünner Ab­ schnitt 26 hat eine im wesentlichen rechtwinklige Umrißlinie und ist in Übereinstimmung mit dem ersten Hauptkanalabschnitt 21 angeordnet. Ein zweiter dünner Abschnitt 27 hat ebenfalls eine im wesentlichen rechtwinklige Umrißlinie und ist in Über­ einstimmung mit dem zweiten Hauptkanalabschnitt 22 angeordnet. Ein dritter dünner Abschnitt 28 hat ebenfalls eine im wesent­ lichen rechtwinklige Umrißlinie und liegt in Übereinstimmung mit dem dritten Hauptkanalabschnitt 26.

Es sind mehrere erste parallele Leitungen 31 vorgesehen, die je­ weils im allgemeinen senkrecht zu den langen Abmessungen der Kanalabschnitte 21, 22 und 23 verlaufen. Teile der Leitungen 31 liegen über den Kanalabschnitten 21, 22 und 23, um die ersten Elektroden 31a der horizontalen oder Zeilenschieberegister 11, 12 und 13 zu bilden. Weiterhin sind mehrere dritte parallele Leitungen 33 vorgesehen, die jeweils im allgemeinen senkrecht zu den langen Abmessungen der Kanalabschnitte 21, 22 und 23 ver­ laufen. Teile der Leitungen 33 liegen über den Kanalabschnitten 21, 22 und 23, um die dritten Elektroden 33 a der horizontalen oder Zeilenschieberegister 11, 12 und 13 zu bilden. Jede der ersten Elektroden 31a hat eine gleichförmige Länge in Richtung einer Längsausdehnung der Hauptkanalabschnitte 21, 22 und 23. In ähnlicher Weise hat jede der dritten Elektroden 33 a eine gleichförmige Länge in Richtung der Längsausdehnung der Haupt­ kanalabschnitte 21, 22 und 23 und eine gleiche Länge wie die Länge der Elektrode 31 a. Die Elektroden 31 a und 33 a sind in einem Abstand zueinander angeordnet, der im wesentlichen gleich der Länge der Elektrode 31 a ist.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel, aber nicht in dem ersten, sind auf dem dicken Isolationsabschnitt zwischen dem ersten dünnen Isolationsabschnitt 26 und dem zweiten dünnen Isola­ tionsabschnitt 27 und auch zwischen dem zweiten dünnen Isola­ tionsabschnitt 27 und dem dritten dünnen Isolationsabschnitt 28 mehrere leitende Teile 33 b vorgesehen, die jeweils von einer entsprechenden dritten parallelen Leitung 33 nach links und recht­ winklig verlaufen. Jeder der leitenden Teile 33 b liegt isolie­ rend über einer entsprechenden ersten parallelen Leitung 31.

In beiden Ausführungsbeispielen ist eine dünne Isolierschicht vorgesehen, die über den ersten und dritten parallelen Leitun­ gen 31 und 33 liegt. Eine Anzahl von zweiten parallelen Lei­ tungen 32 ist über der Isolierschicht 29 vorgesehen. Jede der Leitungen 32 ist zwischen einer entsprechenden ersten Leitung 31 und einer entsprechend nachfolgenden dritten Leitung 33 isolierend beabstandet. Die zweiten Leitungen 32 liegen sowohl über den ersten Leitungen 31 als auch den dritten Leitungen 33. Teile der Leitung 32, die über den Kanalabschnitten 21, 22 und 23 liegen, bilden die zweiten Elektroden 32 a der Schieberegi­ ster 11, 12 und 13. Eine Anzahl von vierten parallelen Leitun­ gen 34 ist über der Isolierschicht 29 vorgesehen. Jede der Lei­ tungen 34 ist zwischen einer entsprechenden dritten Leitung 33 und einer entsprechenden nachfolgenden Leitung 31 isolierend beabstandet. Die vierten Leitungen 34 liegen sowohl über den dritten Leitungen 33 als auch den ersten Leitungen 31. Teile der Leitungen 34, die über den Kanalabschnitten 21, 22 und 23 liegen, bilden die vierten Elektroden 34 a der horizontalen oder Zeilenschieberegister 11, 12 und 13. Die zweiten und vierten Leitungen 32 und 34 sind in gestrichelten Linien dargestellt, um die Struktur und den Aufbau der Speichereinrichtung deutlich und klar darzustellen. Die Sätze der vier Leitungen 31, 32, 33 und 34 bilden eine Anzahl von Gruppen von Elektroden 31 a, 32 a, 33 a und 34 a. Jede Elektrodengruppe ist auf einem entsprechenden dünnen Abschnitt des Isolierteiles 25 der Reihe nach angeordnet und liegt über einem entsprechenden Hauptkanalabschnitt davon, um mit dem Substrat eine Anzahl von Stufen eines entsprechenden Ladungsschieberegisters zu bilden. Jede Stufe eines horizontalen oder Zeilen-Ladungsschieberegisters enthält einen Satz von ersten, zweiten und vierten nacheinander ge­ koppelten Elektroden, wobei die vierte Elektrode von jeder Zwi­ schenstufe mit der ersten Elektrode der nächst folgenden Stufe des Schieberegisters gekoppelt ist.

Eine erste Anzahl von dünnen Vertiefungen bzw. Aussparungen 36 ist in dem dicken Isolierteil 25 ausgebildet, unter denen dünne Isolierabschnitte 36 a liegen, die jeweils einen Teil des dünnen Isolierabschnittes 26, der unter der dritten Elektrode 33 a einer Stufe des ersten Schieberegisters liegt, mit demjenigen Teil des dünnen Isolierabschnittes 27 verbindet, der unter der ersten Elektrode 31 a einer entsprechenden Stufe des zweiten Schiebere­ gisters 12 liegt. Die Umrißlinien der Vertiefungen sind in aus­ gezogenen Linien dargestellt. In ähnlicher Weise ist eine zweite Anzahl von dünnen Vertiefungen 36 in dem dicken Isoliertel 25 ausgebildet, die unter den dünnen Isolierabschnitten 36 a liegen, die jeweils einen Teil des dünnen Isolierabschnittes 27 unter der dritten Elektrode einer Stufe des zweiten Schieberegisters 12 mit demjenigen Teil des dünnen Isolierabschnittes 28 verbin­ den, der unter der ersten Elektrode 31 a einer entsprechenden Stufe des dritten Schieberegisters 13 liegt.

In dem ersten Ausführungsbeispiel sind unter jedem der dünnen Vertiefungen 36 in dem Substrat Nebenkanalabschnitte 36 b aus­ gebildet, deren Umrißlinien in Fig. 1 durch ausgezogene Linien dargestellt sind. Jeder der Nebenkanalabschnitte 36 b enthält einen Eingangsteil, der unter jedem der dritten Leitungen 33 liegt, einen Ausgangsteil, der unter den ersten Leitungen 31 liegt, und einen Zwischenteil, der unter den zweiten Leitungen 32 liegt. Der Zwischenteil von jedem Nebenkanalabschnitt 36 b ist mit einem Bereich 37 entgegengesetzter Leitfähigkeit ver­ sehen, er ist nämlich p-leitend. Der Bereich 37 "schwimmt", d. h. er ist elektrisch nicht verbunden und kann beispielsweise durch Diffusion hergestellt werden.

In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Bereich 37 wegge­ lassen; der Vorteil dieser Weglassung wird noch erläutert. Statt dessen liegen in diesem Ausführungsbeispiel unter jedem der dünnen Vertiefungen 36 in dem Substrat Nebenkanalabschnitte 36 b, deren Umrißlinien in Fig. 1A durch ausgezogene Linien darge­ stellt sind. Jeder Nebenabschnitt 36 b umfaßt einen Eingangs­ teil 36 c und einen Ausgangsteil 36 d, der mit dem Eingangsteil 36 c zusammenhängt. Der Eingangsteil 36 c von jedem der Nebenka­ nalabschnitte 36 b liegt unter einer entsprechenden dritten Linie und einem zugeordneten Leiterteil 33 b, und der Ausgangs­ teil 36 d von jedem der Nebelkanalabschnitte 36 b liegt unter einer entsprechenden ersten Leitung 31. Somit weist die dritte Elektrode von jeder Stufe der ersten und zweiten Schieberegi­ ster einen ersten Abschnitt auf, der isolierend über dem Ein­ gangsteil 36 c des Nebenkanalabschnittes 36 b liegt, und jede erste Elektrode einer entsprechenden Stufe eines benachbarten Schieberegisters weist einen zweiten Teil auf, der isolierend über dem Ausgangsteil des Kanalabschnittes 36 b liegt.

Somit kann in beiden Ausführungsbeispielen mit einem Satz von drei Phasenspannungen mit aufeinanderfolgend überlappenden Phasen, die auf entsprechende Weise den ersten, zweiten und dritten Leitungen des Schieberegisters zugeführt werden, und mit einer vierten Spannung, die an die vierten Leitungen ange­ legt wird und die eine Ladungsübertragung hemmende Grenze bildet, ein Ladungsstrom von Stufe zu Stufe in der vertikalen oder Spaltenrichtung der Anordnung gerichtet werden.

Ein Lastzyklus-Wellengenerator 41 bildet einen ersten Satz von vier Spannungen, die mit Φ₁, Φ ₂, Φ ₃ und Φ ₄ bezeichnet und in den Fig. 8G, 8H, 8I bzw. 8J gezeigt sind. Die Spannungen Φ ₁, Φ ₂ und Φ ₃ bilden einen Satz von drei Phasenspannungen mit auf­ einanderfolgend überlappenden Phasen. Die Spannung Φ ₄ ist eine Festspannung, deren Magnitude kleiner ist als der obere Wert der drei Phasenspannungen. Ein Ausgangszyklus-Wellengenerator 42 bildet einen Satz von vier Spannungen Φ ₁, Φ ₂, Φ ₃′ und Φ ₄′. Die von dem Generator 42 entwickelten Spannungen Φ ₁ und Φ ₂ sind identisch mit den Spannungen Φ ₁ und Φ ₂, die durch den Ge­ nerator 41 entwickelt und in den Fig. 8G und 8H gezeigt sind. Die Spannungen Φ ₃′ und Φ ₄′ sind in den Fig. 8K und 8L ge­ zeigt. Die Spannungen Φ ₁, Φ ₂, Φ ₃′ und Φ ₄′ bilden einen Satz von vier Phasenspannungen mit aufeinanderfolgend überlappenden Pha­ sen. In diesem Spannungssatz überlappen sich die Phasen der Spannungen Φ ₁ und Φ ₃′ nicht. Der erste und zweite Satz der Spannungen von den Generatoren 41 und 42 werden alternativ an die vier Leitungen 31, 32, 33 und 34 durch vier Modusschalter SW 1-SW 4 angelegt. Jeder Modusschalter enthält ein Paar fest­ stehende Kontaktstücke 1 und 2 und ein bewegbares Kontaktstück oder einen Arm. Die feststehenden Kontaktstücke 1 der Schalter SW 1-SW 4 sind auf entsprechende Weise mit den Ausgangsleitungen für die Spannungen Φ ₁, Φ ₂, Φ ₃ und Φ ₄ des Generators 41 verbun­ den. Die feststehenden Kontaktstücke 2 der Modusschalter SW 1- SW 4 sind auf entsprechende Weise mit den Ausgangsleitungen des Generators 42 verbunden, der die Spannungen Φ ₁, Φ ₂, Φ ₃′ und Φ ₄′ liefert. Die bewegbaren Kontaktarme der Schalter SW 1, SW 2, SW 3, SW 4 sind auf entsprechende Weise mit den Leitungen 31, 32, 33 und 34 verbunden. Die Modusschalter SW 1-SW 4 werden durch die Modusschalter-Steuereinheit 43 gesteuert. Die Generatoren 41 und 42 und die Modusschalter-Steuereinheit 43 werden alle durch einen Zeitsteuergenerator 40 synchronisiert.

Wenn der erste Satz aus den Spannungen Φ ₁, Φ ₂, Φ ₃ und Φ ₄ an die vier Elektroden 31 a, 32 a, 33 a und 34 a der Stufen der Schiebe­ register 11, 12 und 13 angelegt werden, werden in den Hauptka­ nalabschnitten 21, 22 und 23, die unter den vierten Elektroden 34 a liegen, Potential-Barrieren aufgebaut, die eine Ladungs­ übertragung in der Zeilenrichtung in diesen Kanälen hemmen bzw. sperren. Der Satz aus den drei Phasenspannungen Φ ₁, Φ ₂ und Φ ₃ mit überlappenden Phasen bewirkt, daß eine in einen Speicher­ bereich unter einer ersten Elektrode 31 a eingeführte Ladung sukzessive in Speicherbereiche unter der zweiten Elektrode 32 a und dann zu dem Speicherbereich unter der dritten Elektrode 33 a übertragen wird. Da die erste Spannung Φ ₁ und die dritte Span­ nung Φ ₃ überlappende Phasen haben, wird in dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel die Ladung in den Eingangsteil des Nebenkanalab­ schnittes 36 b über den schwimmenden Bereich 37 mit entgegenge­ setztem Leitfähigkeitstyp in den Ausgangsteil des Nebenkanalab­ schnittes 36 b bewegt bzw. verschoben, wo sie in den Speicherbe­ reich eingeführt wird, der unter der ersten Elektrode der ent­ sprechenden Stufe eines nachfolgend benachbarten Schieberegi­ sters liegt. In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird bewirkt, daß die Ladung über den Eingangsteil 36 c und den Ausgangsteil 36 d des Nebenkanalabschnittes 36 b in den Speicherbereich ver­ schoben wird, der unter der ersten Elektrode der entsprechenden Stufe eines nachfolgend benachbarten Schieberegisters liegt.

Somit wird in beiden Ausführungsbeispielen Ladung in der verti­ kalen oder Spaltenrichtung in der Anordnung der Stufen ver­ schoben.

Wenn der zweite Satz von Spannungen Φ ₁, Φ ₂, Φ ₃′ und Φ ₄′ auf ent­ sprechende Weise mit der ersten Elektrode 31 a, der zweiten Elek­ trode 32 a, der dritten Elektrode 33 a und der vierten Elektrode 31 a von jeder der Stufen der Schieberegister 11, 12 und 13 ver­ bunden ist, wird Ladung, die in den Speicherbereich unter einer ersten Elektrode 31a eingeführt wird, sukzessive in Speicher­ bereiche, die unter der zweiten Elekrode 32 a, der dritten Elektrode 33 a und der vierten Elektrode 34 a liegen, und an­ schließend zu dem Speicherbereich übertragen, der unter der ersten Elektrode einer nachfolgenden Stufe des Schieberegisters liegt. Da sich die erste Spannung Φ ₁ und die dritte Spannung Φ ₃′ nicht überlappen, wird eine Ladungsübertragung über die Nebenkanalabschnitte 36 b verhindert. Somit erfolgt eine Ladungs­ verschiebung in den Schieberegistern 11, 12 und 13 nur in der horizontalen oder Zeilenrichtung.

Durch ein Serienschieberegister 45 werden Ladungspakete zum Einführen in die Speicherbereiche gebildet, die unter den ersten Elektroden 31 a des ersten Zeilenschieberegisters 11 liegen. Das Serienschieberegister 45 ist auf dem Substrat 20 gebildet und enthält einen Hauptkanalabschnitt 46 benachbart zur Oberfläche 24 des Substrates mit einer im allgemeinen recht­ winkligen Umrißlinie, die durch ausgezogene Linien dargestellt ist. Ein dünner Abschnitt 47 der Isolation in dem dicken Isola­ tionsteil 25 über dem Substrat ist in Übereinstimmung mit dem Hauptkanalabschnitt 46 angeordnet. Der Hauptkanalabschnitt 46 und der dünne Isolationsabschnitt 47 haben eine im allgemeinen rechtwinklige Umrißlinie und sind durch ausgezogene Linien dar­ gestellt. Eine Anzahl erster Elektroden 51 ist auf dem Isolier­ teil 25 über dem dünnen Abschnitt 47 liegend vorgesehen. Jede der ersten Elektroden 51 hat eine gleichförmige Länge in Rich­ tung der Längsausdehnung des Kanalabschnittes 46. Jede der ersten Elektroden 51 erstreckt sich sowohl über den dünnen Iso­ lierabschnitt 47 als auch die angrenzenden dicken Isolierab­ schnitte des Isolierteiles 25. Eine Anzahl zweiter Elektroden 52 ist auf dem Isolierteil 25 über dem dünnen Abschnitt 47 lie­ gend vorgesehen. Jede der zweiten Elektroden 52 hat eine gleich­ förmige Länge in der Richtung der Längsausdehnung des Kanalab­ schnittes 47 und ist gleich der Länge der ersten Elektroden 51. Jede der Elektroden 52 erstreckt sich sowohl über den dünnen Isolierabschnitt 47 als auch über die angrenzenden dicken Iso­ lierabschnitte des Isolierteils 25. Eine Isolierschicht 29 ist über den Elektroden 51 und 52 vorgesehen. Über der Isolier­ schicht 29 ist eine Anzahl erster Übertragungselektroden 53 vorgesehen. Jede erste Übertragungselektrode 53 ist isolierend im Abstand zwischen einer entsprechenden zweiten Elektrode 52 und einer benachbarten nachfolgenden ersten Elektrode 51 ange­ ordnet und liegt über diesen Elektroden. Weiterhin ist über der Isolierschicht 29 eine Anzahl zweiter Übertragungselektro­ den 54 vorgesehen. Jede der zweiten Übertragungselektroden 54 ist isolierend im Abstand zwischen einer entsprechenden ersten Elektrode 51 und einer benachbarten nachfolgenden zweiten Elek­ trode 52 angeordnet und liegt über diesen Elektroden. Jede Übertragungselektrode 53 und 54 hat eine im wesentlichen gleich­ förmige Ausdehnung in der Richtung der Länge des Kanalabschnit­ tes 46 und erstreckt sich über den dünnen Isolierabschnitt 47 des Isolierteiles 25 und desgleichen über dessen angrenzende dicken Isolierabschnitte. Die ersten und zweiten Übertragungs­ elektroden 53 und 54 sind in gestrichelten Linien gezeigt, um den Aufbau und die Arbeitsweise des Serienschieberegisters 45 deutlich zu zeigen.

Alle ersten Elektroden des Serienschieberegisters 45 sind mit einer Leitung 56 verbunden, an die eine Spannung Φ _D von einer Festspannungsquelle 61 angelegt wird. Alle zweiten Elektroden 52 des Serienschieberegisters 45 sind mit einer Leitung 57 ver­ bunden, an die eine Spannung Φ _C von einem Serienwellengenera­ tor 62 angelegt wird. Alle ersten Übertragungselektroden 53 des Serienschieberegisters 45 sind mit einer Leitung 58 verbun­ den, an die eine Spannung Φ _D ′ von einer Festspannungsquelle 61 angelegt wird. Alle zweiten Übertragungselektroden 54 des Se­ rienschieberegisters 45 sind mit einer Leitung 59 verbunden, an die eine Spannung Φ _C ′ von einem Serienwellengenerator 62 angelegt wird. Die Spannungsverläufe für Φ _C , Φ _D , Φ _C ′ und Φ _D ′ sind auf entsprechende Weise in den Fig. 8A-8D gezeigt.

In dem dicken Isolierteil 25 ist eine Anzahl dünner Vertiefun­ gen 63 ausgebildet, unter denen dünne isolierende Abschnitte 63 a liegen, die jeweils einen Teil des dünnen Isolierabschnittes 47 mit einem entsprechenden Teil des Isolierabschnittes 26 ver­ binden, der unter den ersten Elektroden 31 a des ersten Zeilen­ schieberegisters 11 liegt. Die Umrißlinien der Vertiefungen sind in ausgezogenen Linien dargestellt. Die ersten oder die Spannung Φ _D aufweisenden Elektroden 51 des Serienschieberegi­ sters 45 erstrecken sich in die Vertiefungen 63 und liegen über einem ersten Teil von seinen dünnen Isolierabschnitten 63 a. In ähnlicher Weise erstrecken sich die ersten Elektroden 31 a des Schieberegisters 11 der ersten Zeile in die Vertiefungen 63 und liegen über einem zweiten Teil der dünnen Isolierab­ schnitte 63 a. Die ersten und zweiten Teile des Isolierabschnit­ tes 63 a sind durch ein Zwischenteil getrennt. Somit sind zwischen den ersten Elektroden des Serienschieberegisters 45 und den ersten Elektroden 31 a des Schieberegisters 11 Lücken oder Spalte gebildet. Ein paralleles Übertragungs­ gatter oder eine Leitung 65 ist auf dem dicken Isolierungsab­ schnitt 25 zwischen den dünnen Isolierungsabschnitten 47 und 26 und über den Lücken bzw. Spalten liegend zwischen den Elek­ troden 51 und den Elektroden 31 a vorgesehen. Das parallele Übertragungsgatter 65 ist mit einer parallelen Übertragungs­ steuerschaltung 67 verbunden, die dieser eine parallele Über­ tragungsgatterspannung Φ _G zuführt. Wenn ein geeignetes Gatter­ potential an die Gatterelektrode 65 angelegt ist, wird ein Leitungskanal in dem darunter liegenden Halbleitersubstrat ge­ bildet, der die Übertragung von Ladung von den ersten Speicher­ bereichen, die unter den ersten Elektroden 51 des Serienschie­ beregisters 45 liegen, zu den ersten Speicherbereichen ermög­ licht, die unter den ersten Elektroden 31 a des Schieberegisters 11 liegen. Die parallele Übertragungsgatter­ spannung ist in Fig. 8E und auch in Fig. 8F gezeigt. Die parallele Übertragungssteuereinheit 67 ist mit dem Zeitsteuer­ generator 40 synchronisiert.

Jede Stufe des Serienschieberegisters 45 enthält einen Φ _D -Spei­ cherbereich, der unter einer Φ _D -Elektrode 51 liegt, und einen Φ _C -Speicherbereich, der unter einer Φ _C -Elektrode 52 liegt. Die an die Φ _D -Elektrode angelegte Spannung Φ _D hat eine feste Größe. Die an die Φ _C -Elektrode angelegte Spannung Φ _C schwankt zwischen einem hohen Wert und einem niedrigen Wert oberhalb und unterhalb der Spannung Φ _D . Wenn sich die Spannung Φ _C auf ihrem hohen Wert befindet, ist eine Ladungsübertragung von dem Φ _C -Speicherbereich zu dem Φ _D -Speicherbereich und umgekehrt ermöglicht, und wenn sich die Spannung Φ _C auf ihrem niedrigen Wert befindet, ist eine Ladungsübertragung von dem Φ _D -Speicher­ bereich zu dem Φ _C -Speicherbereich ermöglicht. Jede Stufe ent­ hält auch eine Φ _D ′-Elektrode 53, an die eine Spannung Φ _D ′ mit einem festen Wert angelegt ist, die ein Oberflächenpotential in dem unter der Elektrode liegenden Substrat erzeugt, das in der absoluten Größe kleiner ist als das unter einer Φ _D -Elek­ trode liegende Oberflächenpotential. Jede Stufe enthält auch eine Φ _C ′-Elektrode 54, an die eine Spannung Φ _C ′ mit zwei Werten angelegt ist. Bei dem oberen Wert wird in dem unter der Elek­ trode liegenden Substrat ein Oberflächenpotential erzeugt, das die Übertragung von Ladung von einem Φ _D -Speicherbereich zu einem Φ _C -Speicherbereich hemmt bzw. sperrt. Bei dem kleineren Wert wird ein Oberflächenpotential erzeugt, das die Übertragung von Ladung von einem Φ _D -Speicherbereich zu einem Φ _C -Speicher­ bereich ermöglicht.

Ladungspakete zum Einführen in das Serienschieberegister 45 werden durch eine Eingangsschaltung 68 in einem unter einer Speicherelektrode 69 liegenden Speicherbereich erzeugt. Die Speicherelektrode 69 liegt über dem dünnen Isolationsabschnitt 47 des Schieberegisters 45 und liegt unter der ersten Φ _C ′- Elektrode 54 der ersten Stufe des Schieberegisters. An die Elektrode 69 wird das gleiche Potential angelegt wie an die ersten Elekroden 51, nämlich die Spannung Φ _D . Auf ein Ein­ gangssignal, beispielsweise ein analoges Signal von einer Quel­ le 70, und auch auf eine Taktspannung Φ _C hin entwickelt die Eingangsschaltung 68 Ladungspakete, die Abtastungen (Samples) des Eingangssignales darstellen, und sie entwickelt diese Pake­ te bzw. Gruppen mit der Perioditität der Serienspannungswelle Φ _C . Da die Pakete in dem unter der Elektrode 69 liegenden Spei­ cherbereich entwickelt werden, werden sie periodisch in das Schieberegister von Stufe zu Stufe getaktet. Eine bestimmte Eingangsschaltung zur Ausbildung einer Sequenz von Ladungs­ paketen auf ein analoges Eingangssignal hin und zum Einführen der Pakete in ein serielles Ladungsschieberegister ist in Verbindung mit Fig. 8 in der US-PS 40 32 867 beschrie­ ben.

Ladungspakete, die in der horizontalen oder Zeilenrichtung entlang jedem Schieberegister 11, 12 oder 13 übertragen worden sind, werden an entsprechenden Ausgangsschaltungen 75 abge­ fühlt. Die Ausgangsschaltung 75 enthält einen gemeinsamen Lei­ ter oder eine Leitung 76, die über den dünnen Isolationsab­ schnitten 26, 27 und 28 liegt und isoliert unterhalb der leit­ fähigen Leitung 34 angeordnet ist. Über den Kanalabschnitten 21, 22 und 23 liegende Abschnitte der Leitung 76 bilden die gemeinsamen Elektroden 76 a der Schieberegister 21, 22 und 23. Die gemeinsame Leitung 76 ist mit einer Spannung Φ ₀ verbunden, die durch die Festspannungsquelle 61 geliefert wird. Die Span­ nung Φ ₀ ist auf einen zwischen den hohen und niedrigen Werten der Spannung Φ ₃′ und Φ ₄′ liegenden Wert eingestellt. Ein dif­ fundierter, p-leitender Bereich 77 ist in jedem der Hauptkanal­ abschnitte 21, 22 und 23 vorgesehen. Ein Rand des p-leitenden Bereiches 77 ist in Übereinstimmung mit einer benachbarter Kante einer gemeinsamen Elektrode 76 a. In der horizontalen Richtung in den Schieberegistern 11, 12 und 13 übertragene Ladungspakete werden in den p-leitenden Bereichen 77 abgetastet, indem diese p-leitenden Bereiche auf ein Potential vorgeladen und ungeerdet bzw. schwimmend gelassen werden und danach La­ dung auf diese Bereiche übertragen und die dadurch erzeugte Potentialänderung abgetastet wird. Die entsprechende Vorlade- und Schwebeschaltung umfaßt einen Transistor 81, dessen Lei­ tungspfad von Quelle zu Senke zwischen den p-leitenden Bereich 77 und eine Quelle der Vorladespannung V _R geschaltet ist. Die Steuerelektrode 82 des Transistors 81 ist mit einer Φ ₃′-Span­ nungsleitung verbunden. Während derjenigen Zeitperiode, in der die Spannung Φ ₃′ sich auf ihrem niedrigen Wert befindet, ist der Transistor 81 durchgeschaltet und an den p-leitenden Be­ reich 77 ist eine Vorladespannung angelegt. Die Vorladespan­ nung ist so eingestellt, daß sie unterhalb des Oberflächen­ potentials des unter der Elektrode 76 a liegenden Bereiches liegt, wobei eine Festspannung Φ ₀ daran angelegt ist. Wenn die Spannung Φ ₃′ auf ihren hohen Wert ansteigt, wird der Transistor 81 gesperrt und der Bereich 77 ist freigeschaltet. Während derjenigen Zeitperiode, zu der sich die Spannung Φ ₄′ auf ihrem niedrigen Wert befindet und die Spannung Φ ₃′ auf ihrem hohen Wert liegt, wird Ladung von den unter den dritten Speicherelektroden liegenden Speicherbereichen zu den unter den vierten Elektroden 34 a liegenden Speicherbereichen über­ tragen. Dieser Zustand ist in Fig. 7 gezeigt. Fig. 7 zeigt die Änderung des Oberflächenpotentials des Halbleitersubstrates mit einem Ladungspaket 78 in dem unter der vierten Speicher­ elektrode 34 a liegenden Speicherbereich unmittelbar vor der Potentialänderung auf der vierten Elektrode 34 a von dem kleinen WertΦ ₄′ auf den hohen Wert. Wenn dieser Wechsel auftritt, so wird eine Übertragung oder Strömung von Ladung über die unter der gemeinsamen Elektrode 76 a liegende Potentialschwelle in den freigeschalteten p-leitenden Bereich 77 bewirkt. Die Span­ nungsänderung auf dem Bereich 77 wird in die Steuerelektrode 83 des Transistors 84 angelegt, der als ein Quellenfolger ge­ faltet ist, bei dem die Quelle 85 über einen Quellenwiderstand 86 mit Erde und in dem die Senke mit einer Senkenspannung V _DD verbunden ist. Über dem Quellenwiderstand 86 tritt eine Span­ nung auf, die dem Ladungspaket proportional ist, die auf dem Vorlade- und schwebenden p-leitenden Bereich 77 übertragen ist.

Es wird nun die Arbeitsweise der Speichereinrichtung gemäß der Fig. 1 oder 1A in Verbindung mit den Wellenformdiagrammen gemäß den Fig. 8A-8L erläutert. Es wird zunächst die Art und Weise beschrieben, in der die Sequenzen von Ladungspaketen in das Serienschieberegister 45 eingeführt und anschließend parallel in die ersten, zweiten und dritten Schieberegister 11, 12 und 13 übertragen werden. Dann wird die Art und Weise beschrieben, in der jede Sequenz der Ladungen in dem Reihen­ schieberegister 11, 12 und 13 in der Reihenrichtung zum Aus­ lesen übertragen werden. Zuerst wird die Art und Weise be­ schrieben, in der die Anordnung von dem Serienschieberegister geladen wird, und dann wird die Art und Weise beschrieben, in der die Ausgangsgröße von der beladenen Anordnung erhalten wird. Im Ladungsbetrieb sind die Modusschalter SW 1-SW 4 durch die Modusschaltersteuereinheit 43 so eingestellt, daß deren bewegbare Arme mit den feststehenden Kontaktstücken 1 in Ein­ griff sind. In dieser Betriebsart wird ein erster Satz von Spannungen, die in den Fig. 8G-8J gezeigt sind, auf ent­ sprechende Weise an die ersten, zweiten, dritten und vierten Elektroden der Schieberegister 11, 12 und 13 angelegt. Die in Fig. 8J gezeigte vierte Spannung, die an die vierten Elektro­ den 34 a angelegt wird, bildet in den Hauptkanalabschnitten 21 Potentialschwellen aus, die die Übertragung von Ladung auf diese hemmen bzw. sperren. Die Spannungen Φ ₁, Φ ₂ und Φ ₃, die auf entsprechende Weise an die ersten, zweiten und dritten Elektroden angelegt sind, werden von dreiphasigen Spannungen mit überlappenden Phasen eingestellt. Beispielsweise überlappt während der Zeitperiode t ₉-t ₁₀ die Spannung Φ ₁ die Spannung Φ ₂, während des Zeitintervalles t ₁₂-t ₁₃ überlappt die Spannung Φ ₃ die Spannung Φ ₂ und während des Zeitintervalles t ₅-t ₁₆ über­ lappt die dritten Spannung Φ ₃ die erste Spannung Φ ₁. Wenn also ein derartiger Satz von überlappenden dreiphasigen Spannungen an die ersten, zweiten und dritten Elektroden von jeder Stufe der Schieberegister 11, 12 und 13 angelegt ist, wird Ladung, die in die unter den ersten Elektroden 31 a liegenden Speicher­ bereiche eingeführt ist, auf die unter den zweiten Elektroden 32 a liegenden Speicherbereiche übertragen und von dort zu den dritten Elektroden 33 a, woraufhin Ladung über die Nebenkanal­ abschnitte 36 b zu den ersten Speicherbereichen übertragen wird, die unter den entsprechenden Stufen in dem nachfolgend benach­ barten Schieberegister liegen, da die erste Spannung Φ ₁ die dritte Spannung Φ ₃ überlappt.

Es ist bereits die Art und Weise beschrieben worden, in der Ladungspakete durch die Eingangsschaltung 68 bei einem analo­ gen Signal von der Eingangssignalquelle 70 erzeugt werden. Beispielsweise wird ein Ladungspaket, das in dem unter der Elektrode 69 liegenden Speicherbereich gespeichert ist, während des Zeitintervalles t ₁-t ₂ auf den unter der Φ _C -Elektrode 52 liegenden Speicherbereich übertragen, da bei diesem Intervall die Spannung Φ _C auf ihren kleinen Wert abgefallen und die Φ _C ′- Elektrode, an die diese Spannung Φ _C ′ angelegt ist, auf ihren kleinen Wert abgefallen ist. Während des folgenden Intervalles t ₂-t ₃ steigt die Spannung Φ _C auf ihren hohen Wert an und be­ wirkt, daß Ladung auf die nächst folgende Φ _D -Elektrode 51 übertragen wird. Der Zyklus wird wiederholt, bis eine Menge von vier Ladungspaketen in aufeinanderfolgenden Φ _D -Speicherbe­ reichen gespeichert worden sind, die unter den Φ _D -Elektroden 51 des Serienschieberegisters 45 liegen. Die Ladung des Serien­ schieberegisters 45 erfolgt während der Zeitperiode t ₁-t ₉. Während der Zeitperiode t ₇-t ₉ wird die parallele Übertragungs­ gatterspannung Φ _G , die in Fig. 8E gezeigt ist, an das paralle­ le Übertragungsgatter 65 angelegt. Die Gatter- bzw. Steuerspan­ nung Φ _G senkt das Oberflächenpotential des Kanales zwischen den unter den Elektroden 51 liegenden Speicherbereichen und den Speicherbereichen, die unter den ersten Elektroden 81 a des Schieberegisters 11 liegen, wodurch ermöglicht wird, daß La­ dung in den unter den Elektroden 51 liegenden Speicherbereichen in die unter den Elektroden 31 a liegenden Speicherbereiche fließt, da während dieses Zeitintervalles die an die ersten Elektroden angelegte Spannung Φ ₁ auf ihrem kleinen Wert ist. Zum Zeitintervall t ₉ steigt die Gatterspannung Φ _G auf ihren hohen Wert an, wodurch die Strömung von Ladung von dem Serien­ schieberegister 45 in das Reihenschieberegister 11 gehemmt bzw. gesperrt wird und die zweite Sequenz von Ladungspaketen seriell in das Serienschieberegister 45 während des Zeitintervalles t ₉- t ₁₇ eingeführt wird. In der Zwischenzeit während dieses Zeitin­ tervalles t ₉-t ₁₇ haben die drei Phasenspannungen Φ ₁, Φ ₂ und Φ ₃ einen Operationszyklus durchlaufen, wobei bewirkt wird, daß jedes Ladungspaket, das von dem Serienschieberegister 45 in Stufen des Schieberegisters 11 übertragen worden ist, zu einer entsprechenden Stufe des zweiten Schieberegisters 12 übertragen wird. Somit wird das erste Schieberegister 11 geleert und die zweite Sequenz von Ladungspaketen in dem Serienschieberegister 45 kann in das erste Schieberegister übertragen werden. Auf diese Weise werden Sequenzen von vier Paketen seriell oder der Reihe nach in das Serienschieberegi­ ster 45 eingeführt und in Folge auf das erste Schieberegister 11, das zweite Schieberegister 12 und das dritte Schieberegi­ ster 13 übertragen, bis die ersten, zweiten und dritten Schie­ beregister zur Zeit t ₂₆ gefüllt sind.

Bei einem Steuersignal von der Modusschaltersteuereinheit 43 zur Zeit t ₂₆ werden die Modusschalter SW 1-SW 4 in ihre Posi­ tionen 2 gebracht und demzufolge wird ein zweiter Satz von Spannungen an die Elektroden der Stufen der Schieberegister 11, 12 und 13 angelegt. Der zweite Satz von Spannungen Φ ₁, Φ ₂, Φ ₃′ und Φ ₄′ wird auf entsprechende Weise an die erste Elektrode 31 a, die zweite Elektrode 32 a, die dritte Elektrode 33 a und die vierte Elektrode 34 a angelegt. Der zweite Span­ nungssatz bildet einen Satz von vier Phasenspannungen mit überlappender Phase. Die dritte Spannung und die ersten Span­ nungen haben nicht überlappende Phasen. Wenn also diese Span­ nungen an die Elektroden der Stufen der Schieberegister 11, 12 und 13 angelegt werden, wird Ladung von Speicherbereich zu Speicherbereich von jeder Stufe zu den unter dem vierten Elek­ troden liegenden Speicherbereich und dann auf die nachfolgen­ den Stufen in der horizontalen oder Zeilenrichtung übertragen. Da die dritte Spannung und die erste Spannung keine überlap­ penden Phasen haben, wird eine Übertragung von Ladung von einem unter der dritten Elektrode 33 liegenden dritten Speicherbe­ reich über die Nebenkanalabschnitte 36 b zu Speicherbereichen gehemmt bzw. gesperrt, die unter den ersten Elektroden 31 a eines benachbarten nachfolgenden Registers liegen. Die in der Zeilenrichtung übertragenen Ladungen werden in der Ausgangs­ schaltung 75 abgefühlt durch periodisches Vorladen der p-lei­ tenden Bereiche 77 während einer Φ ₃′-Periode des vier-phasigen Zyklus der Taktspannungen und am Ende der Φ ₄′-Phase des Zy­ klus, bei dem die Ladungen von den unter den vierten Elektro­ den 34 a liegenden Speicherbereichen zu den p-leitenden Berei­ chen 77 übertragen und die dadurch erzeugte Spannungsänderung abgefühlt wird.

Somit wird also, wenn der erste Spannungssatz an die Sätze von vier Elektroden angelegt ist, jedes Paket einer Sequenz von Paketen, die in einem Zeilenschieberegister gespeichert sind, auf eine entsprechende Stufe eines benachbarten Schie­ beregisters übertragen, und wenn ein zweiter Satz von Spannun­ gen an die Sätze der vier Elektroden angelegt wird, werden die Pakete einer Sequenz von in einem Schieberegister gespei­ cherten Paketen von Stufe zu Stufe in das Schieberegister übertragen.

Die Verwendung von vier Elektroden pro Schieberegisterstufe gemäß dem beschriebenen Ausführungsbeispiel führt zu zusätzlichen Vor­ teilen gegenüber denjenigen, die in der US-PS 40 01 878 er­ wähnt sind, wonach drei Elektroden verwendet werden. Bei der bekannten Anordnung müssen mehrere Sätze von Taktspannungen ausgebildet werden, einer für das vertikale Verschieben und einer für das horizontale Verschieben, wie es auch für die vorliegende Erfindung gilt. Bei der bekannten Anordnung hat jedoch ein erster Satz die Phasenfolge oder Phasendrehung Phase 1-Phase 2-Phase 3-Phase 1, und ein zweiter Satz hat die umgekehrte Phasenfolge oder Phasendrehung Phase 3-Phase 2- Phase 1-Phase 3. Diese zwei Sätze von Taktspannungen werden durch die Taktimpulsquelle auf einer kontinuierlichen Basis erzeugt, so daß die Sperrung herbeigeführt werden muß durch Anlegen

• 1. eines Taktsignales von einem Satz, wenn es auftritt aber nicht erwünscht ist - aufgrund der entgegengesetzten Phasendrehung - und
• 2. eines Taktsignales von dem anderen Satz, wenn es auftritt, aber nicht erwünscht ist, und dies für jede der Elektroden der bekannten Anordnung.

Das Erfordernis einer derartigen Sperrung trägt zu der Komplexität der Einrichtung und somit zu der Komplexität und der Sorgfältigkeit bei der Fertigung der Einrichtung bei, wie es eingangs bereits ausge­ führt wurde. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung sind die Phasenfolgen oder Phasendrehungen Phase 1-Phase 2-Phase 3 so­ wohl für die vertikale als auch die horizontale Verschiebung. In der Tat sind sie Signale (Φ ₁, Φ ₂) für die Phase 1 und Phase 2 für beide Verschiebungsarten die gleichen. Die Taktsignale Φ ₂ und Φ ₃′ sind in der gleichen Folge der Phasendrehung rela­ tiv zueinander, sie fallen sogar teilweise zusammen, obwohl ihr Anlegen an die Anordnung gemäß den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 oder Fig. 1A auf einer wechselseitig exklusiven Basis ausgeführt wird. Schließlich ist das Signal Φ ₄′ ein kontinuierliches Sperrsignal, wogegen das Tatksignal Φ ₄′ in der Phasenfolge nach dem Signal Φ ₃′ auftritt, obwohl wiederum ihr (Φ ₄, Φ ₄′) Anlegen an die Anordnung auf einer wechselseitig exklusiven Basis erfolgt. Dies vermindert das Problem der Sper­ rung wesentlich.

Die Erfindung ist vorstehend zwar in Verbindung mit einer Spei­ cheranordnung beschrieben worden, die aus drei horizontalen oder Zeilenschieberegistern besteht, wobei jedes Register vier Stufen enthält, es ist jedoch deutlich gemacht worden, daß jede Anzahl von Zeilenschieberegistern verwendet werden kann, wobei jedes Schieberegister irgendeine gewünschte Anzahl von Stufen enthält.

Weiterhin hat zwar in den beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung jede Stufe vier Elektroden, und die ersten und zweiten daran angelegten Spannungssätze enthalten auf ent­ sprechende Weise einen Satz von drei phasenbezogenen Spannungen und einen Satz von vier phasenbezogenen Spannungen, aber es ist darauf hinzuweisen, daß die Stufen mit einer größeren An­ zahl von Elektroden und einer entsprechend größeren Anzahl von phasenbezogenen Spannungen aufgebaut werden können. Beispiels­ weise kann jede Stufe aus vier Elektroden aufgebaut werden. In diesem Fall würde der erste Spannungssatz einen Satz von vier phasenbezogenen Spannungen und eine fünfte, eine Sperre bzw. Schwelle erzeugende Spannung enthalten, und der zweite Spannungs­ satz wurde einen Satz von fünf phasenbezogenen Spannungen ent­ halten.

Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 und 1A können beispielsweise zum Verarbeiten von Abtastungen (Samples) von empfangenen Radarsignalen beispielsweise bei Landmassenradar verwendet werden; die analoge Form der gespeicherten Ladungspakete ist für eine Anzeige der Land­ masse geeignet, um so die dritte Dimension zu der grundsätz­ lich zwei-dimensionalen Anzeige hinzuzufügen, nämlich das Ra­ darkathodenstrahloszilloskop. Es sei angenommen, daß der Ra­ darsender Radarimpulse in bekannter Weise aussendet und daß vier (N - 4) Echos für jeden gesendeten Radarimpuls empfangen werden. Diese Echos stammen von Reflexionen in vier bestimm­ ten Bereichen, nämlich dem Bereich 1, der dem Sender am näch­ sten liegt, und dann progressiv vom Bereich 2, Bereich 3 und Bereich 4, der der vom Sender entfernteste Bereich ist. Diese vier Echos bilden eine Eingangssequenz. Das Echosignal des Bereiches 1 kommt zeitlich als erstes an der Eingangsseite (linke Seite) des Reihenschieberegisters 45 an, das auch vier (N = 4) Stufen ent­ hält, und wenn anschließend die Signale des Bereiches 2, des Bereiches 3 und des Bereiches 4 zeitlich nacheinander ankom­ men, ist das Signal des Bereiches 1 in die vierte oder am wei­ testen rechts liegende Position oder Stufe verschoben worden, während sich das Signal des Bereiches 4 in der ersten oder am weitesten links liegenden Position oder Stufe befindet.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Reihenfolge der Bereiche dieser Signale von rechts nach links verläuft, d. h. das genaue Gegenteil der Reihenfolge der Stufen, die diese Signale auf entsprechende Weise speichern. Das gleiche gilt auch für die anschließende Speicherung dieser Signale in den Schieberegi­ stern 11, 12, 13. Darüber hinaus gilt dies auch für die verti­ kale Reihenfolge, da die erste Sequenz der Signale des Berei­ ches 1 bis 4 in dem dritten Schieberegister 13 gespeichert wer­ den, die zweite Sequenz wird in dem zweiten Schieberegister 12 und die dritte Sequenz wird in dem ersten Schieberegister 11 gespeichert; und in jedem dieser drei Schieberegister 11, 12, 13 ist die Reihenfolge der Speicherung der Ladungspakete der Bereiche 1 bis 4 von der am weitesten rechts liegenden oder vierten Schiebenregisterstufe zu der am weitesten links liegen­ den oder ersten Schieberegisterstufe. Die Speicherung in jedem der Schieberegister 45, 11, 12, 13 erfolgt in Form von Ladungs­ paketen.

Wenn eine vollständige Sequenz in dem Schieberegister 45 empfan­ gen und gespeichert worden ist, tritt eine vertikale Verschie­ bung in "paralleler" Form von dem Schieberegister 45 in das Schieberegister 11 auf; die "parallele" Anordnung ist so, daß die in einem Augenblick in den vier Stufen des Schieberegister 45 gespeicherten vier Abtastungen (Samples) im wesentlichen gleichzeitig in die entsprechend bezeichneten Stufen des Schie­ beregisters 11 verschoben werden. Somit wird das Signal des Bereiches 1 in der vierten Stufe des Schieberegisters 11 ge­ speichert, und das Signal des Bereiches 4 wird in der ersten Stufe des Schieberegisters 11 gespeichert. Anschließend wird das Schieberegister 45 wieder mit den nachfolgenden Signalen des Bereiches 1 bis 4 geladen, und es erfolgt eine weitere vertikale Verschiebung in das Schieberegister 11 und gleich­ zeitig damit eine ähnliche vertikale Verschiebung in paralle­ ler Form von den Stufen des ersten Schieberegisters 11 in die entsprechend gleichbezeichneten Stufen des zweiten Schiebere­ gisters 12. Der Prozeß wird wiederholt in bezug auf eine drit­ te Sequenz von Signalen des Bereiches 1 bis 4, und zu dieser Zeit tritt eine ähnliche vertikale Verschiebung in paralleler Form von den Stufen des zweiten Schieberegisters zu den ent­ sprechend gleich bezeichneten Stufen des dritten Schieberegi­ sters 13 auf. Die Anordnung (Register 11, 12, 13) ist nun vollständig geladen. Die Speicherreihenfolge in der Anordnung ist nun wie folgt: Die ersten, zweiten und dritten Signale des Bereiches 1 sind in den am weitesten rechts liegenden vier Stufen des Schieberegisters 13, 12 bzw. 11 gespeichert; die ersten, zweiten und dritten Signale des Bereiches 2 sind in den dritten Stufen des Schieberegisters 13, 12 bzw. 11 gespei­ chert; die ersten, zweiten und dritten Signale des Bereiches 3 sind in den zweiten Stufen des Schieberegisters 13, 12 bzw. 11 gespeichert; die ersten, zweiten und dritten Signale des Be­ reiches 4 sind in den am weitesten links liegenden oder ersten Stufen der Schieberegister 13, 12 bzw. 11 gespeichert. Somit wurden durch den Ladungs- und Verschiebungsprozeß vier Aus­ gangssequenzen (Bereiche 1-4) erhalten, die jeweils drei Ab­ tastungen (Samples) enthalten, wogegen die Eingangssequenzen drei Stück betrugen, von denen jedes vier Abtastungen bzw. Samples enthielt. Dies ist selbstverständlich der Zweck der Ladungsverschiebungs-Speichereinrichtung; wenn die Anordnung vollständig geladen ist, erfolgt das Auslesen in der Richtung nach rechts, so daß in der ersten Ausgangssequenz die drei Abtastungen des Signales des Bereiches 1 zeitlich zu­ erst ausgelesen werden, und die drei Abtastungen oder Samples des Signales des Bereiches 4 werden zeitlich zuletzt herausge­ schoben. Anschließend wird ein weiterer derartiger vollstän­ diger Zyklus wiederholt.

Somit ist ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung das Speichern und Umsortieren von Radarsignalen. Andere Anwendungsgebiete sind das Speichern und Umsortieren analoger Signale in medizinischen elektronischen Applikationen oder das Speichern und Umsortieren von Farbfernsehsignalen, wie es in der US-PS 40 01 878 beschrieben ist.

Claims (6)

1. Ladungsverschiebungs-Speichereinrichtung mit einem Sub­ strat aus Halbleitermaterial mit einem bestimmten Leit­ fähigkeitstyp, mehrere Elektrodengruppen auf dem Sub­ strat und einer Steuereinrichtung zum Ansteuern der Elektroden, gekennzeichnet durch:

• - auf einer Oberfläche (24) des Substrats (20) sind mehrere zueinander parallele Hauptkanalabschnitte (21, 22, 23) angeordnet,
• - über der Substratoberfläche (24) liegt ein Isolier­ teil (25), das mehrere dünne Abschnitte (26, 27, 28) aufweist, die jeweils im wesentlichen übereinstimmend mit einem entsprechenden Hauptkanalabschnitt (21, 22, 23) angeordnet sind,
• - mehrere Gruppen von Elektroden (31 bis 34) sind je­ weils seriell auf einem entsprechenden dünnen Abschnitt (26, 27, 28) des Isolierteiles (25) angeordnet und lie­ gen über einem entsprechenden Teil von jedem Hauptka­ nalabschnitt, wobei jede Elektrodengruppe mit dem Sub­ strat mehrere Stufen eines Ladungsschieberregisters in jedem Hauptkanalabschnitt (21, 22, 23) bildet, von de­ nen jede Stufe n sukzessiv gekoppelte Elektroden (31 a bis 34 a) aufweist, wobei die n-te Elektrode (34 a) von jeder Stufe, außer der letzten Stufe eines Schieberegisters, mit der ersten Elektrode (31 a) der nächstfolgenden Registerstufe gekoppelt ist, wo­ bei n eine ganze Zahl größer als drei ist,
• - mehrere Nebenkanalabschnitte (36 b) erstrecken sich neben der ersten Oberfläche (24) des Substrates (20) jeweils von einem Speicherbereich, der unter einer (n - 1)-ten Elektrode (33 a) von einer Stufe eines Schie­ beregisters (11, 12) liegt, zu einem Speicherbereich, der unter der ersten Elektrode (31 a) von einer ent­ sprechenden Stufe eines benachbarten nachfolgenden Schieberegisters (12, 13) liegt, wobei jede der (n - 1)-ten Elektrode (33 a) einen ersten Abschnitt aufweist, der über einem Eingangsteil eines entspre­ chenden Nebenkanalabschnitts liegt, und jede erste Elektrode (31 a) einen zweiten Abschnitt aufweist, der über einem Ausgangsteil von einem entsprechenden Ne­ benkanalabschnitt (36 b) liegt,
• - die Steuereinrichtung (40, 43, SW 1-SW 4) legt abwech­ selnd einen ersten und zweiten Satz von n Spannungen an die n sukzessiv gekoppelten Elektroden jeder Stufe an,
• - ein erster Satz von Spannungen enthält einen Satz von (n - 1) phasenbezogenen Spannungen (Φ ₁, Φ ₂, Φ ₃) zur Her­ beiführung der sukzessiven Ladungsverschiebung in den unter der ersten Elektrode (31 a) liegenden Speicher­ bereichen zu dem Speicherbereich, der unter der (n - 1)- ten Elektrode (33 a) der entsprechenden Stufe liegt, und eine n-te Spannung (Φ ₄) mit einem Wert, der eine Schwelle bzw. Grenze bildet, die eine Ladungsverschie­ bung in Bereichen der Hauptkanalabschnitte in jeder Schieberegisterstufe hemmt, welche unter den n-ten Elektrode (34 a) der n sukzessive gekoppelten Elektro­ den jeder Stufe liegt, so daß ein Ladungspaket in einem unter einer ersten Elektrode (31 a) einer Schie­ beregisterstufe liegenden Speicherbereich zu dem unter der (n - 1)-ten Elektrode dieser Stufe liegen­ den Speicherbereich verschoben und anschließend zu dem Speicherbereich verschoben wird, der unter der ersten Elektrode (31 a) in einer entsprechenden Stu­ fe von einem nächstfolgenden Schieberegister liegt,
• - ein zweiter Satz von Spannungen enthält einen Satz von n phasenbezogenen Spannungen (Φ ₁, Φ ₂, Φ ₃′, Φ ₄′), wobei die (n - 1)-te Spannung (Φ ₃′) und die erste Span­ nung (Φ ₁) des zweiten Spannungssatzes nicht überlap­ pende Phasen aufweisen, so daß ein Ladungspaket in einem unter einer ersten Elektrode (31 a) einer Schieberegisterstufe liegenden Speicherbereich suk­ zessive zu den Speicherbereichen verschoben wird, die unter den anderen Elektroden (32 a, 33 a, 34 a) dieser Stufe liegt, und anschließend zu dem Speicher­ bereich verschoben werden, die unter der ersten Elektrode (31 a) einer folgenden Stufe des gleichen Schieberegisters liegt.

2. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (45) zur Einführung einer Sequenz von Ladungspa­ keten in ein Schieberegister (11) vorgesehen sind, wobei jedes Paket in einen Speicherbereich eingeführt ist, der unter einer entsprechenden ersten Elektrode (31 a) liegt.

3. Speichereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß M Ladungsschieberegister vorgesehen sind, die je­ weils N Stufen enthalten, wobei die Sequenz N Ladungs­ pakete enthält.

4. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß n gleich vier ist und der erste Spannungssatz aus einem Satz von drei phasenbezogenen Spannungen und einer vierten, eine Schwelle bzw. Grenze erzeugenden Spannung besteht, und daß der zweite Spannungssatz aus vier phasenbezogenen Spannungen besteht.

5. Speichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- und Ausgangsteile von jedem Nebenka­ nalabschnitt durch einen Bereich entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps in einem entsprechenden Nebenka­ nalabschnitt des Substrats elektrisch miteinander ver­ bunden sind, der einen mit dem Eingangsteil zusammen­ hängenden Rand und einen anderen Rand aufweist, der mit dem Ausgangsteil zusammenhängt.

6. Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs- und Ausgangsteile von jedem der Nebenkanalabschnitte zusammenhängend sind, wobei jeder der ersten Abschnitte der (n - 1)-ten Elektroden (33 a) isolierend über dem zweiten Abschnitt von einer ent­ sprechenden ersten Elektrode (31 a) liegt.