DE2842649A1

DE2842649A1 - CCD with channel in substrate - limited by two slots and depletion layers starting from zones at bottom of slots

Info

Publication number: DE2842649A1
Application number: DE19782842649
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Knauer; Guenther Dipl Ing Meusburger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1980-05-08

Abstract

A charge-coupled device has a doped semiconductor substrate with a terminal and a transmission channel in which majority charge carriers are present for signal transport. Shifting electrodes are above the substrate surface, and clock voltages are applied to them. Layers are provided on both sides of the electrode row, from which start depletion zones crossing each other. They separate the channel zone from the rest of the substrate. The substrate(1) has two slots(4, 5) parallel to the electrode row(7), and the zones are at the bottom of the slots (4, 5). Each zone consists of a connection(8a, 9a), is doped in the opposite sense to the substrate(1) and is in the form of a strip-shaped semiconductor section.

Description

Ladungsverschiebeanordnung mit Mai oritätsladun#strä#ernLoad shifting arrangement with May ority load straps

für den Informationstransnort Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsverschiebeanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.for information transport The invention relates to a Load shifting arrangement according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Anordnung ist aus der DE-OS 26 30 388 bekannt. Hierbei sind die zu beiden Seiten der Elektrodenreihe liegenden, zur Erzeugung der Verarmungsschichten dienenden Vorrichtungen, die als zu dem Substrat entgegengesetzt dotierte Halbleiterbereiche, als Schottky-Dioden oder als Isolierschichtkondensatoren ausgebildet sind, so angeordnet, daß sie sich an oder über der von den Verschiebeelektroden überdeckten Begrenzungsfläche des Halbleitersubstrats befinden. Ferner ist der zwischen diesen Vorrichtungen und unterhalb der Elektrodenreihe liegende Substratbereich bis zu einer vorgegebenen Tiefe höher dotiert als das übrige Substrat. Der durch die Verarmungsschichten vom übrigen Substrat getrennte, als Ubertragungskanal verwendete Substratbe- reich ist dabei in seinen Querschnittsabmessungen, die in einer senkrecht zur Kanallängsrichtung liegenden Ebene betrachtet seien, durch die maximalen Betriebsspannungen, die zur Verfügung stehen, und dem sich hieraus ergebenden maximal zulässigen gegenseitigen Abstand der Vorrichtungen nach oben begrenzt.Such an arrangement is known from DE-OS 26 30 388. Here are the ones on both sides of the row of electrodes for generating the depletion layers serving devices, as opposed to the substrate doped semiconductor regions, are designed as Schottky diodes or as insulating layer capacitors, arranged in such a way that they are on or above the boundary surface covered by the displacement electrodes of the semiconductor substrate are located. Furthermore, the one between these devices and substrate area lying below the row of electrodes up to a predetermined one More deeply doped than the rest of the substrate. The one through the impoverishment layers of remaining substrate separate, used as a transmission channel substrate transfer rich is in its cross-sectional dimensions that are perpendicular to the longitudinal direction of the channel lying level are considered by the maximum operating voltages that are used for Are available, and the resulting maximum permissible mutual Distance between the devices limited upwards.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs erwähnte Ladungsverschiebeanordnung so auszubilden, daß der Querschnitt des als Ub#ertragungskanal dienenden Substratbereiches wesentlich vergrößert werden kann. Das wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen erreicht. Die Ansprüche 2 bis 6 geben bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 an. Der Anspruch 7 ist auf ein Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäß ausgebildeten Ladungsverschiebeanordnung gerichtet, während der Anspruch 8 eine Verwendung der Ladungsverschiebeanordnung nach einem der übrigen Ansprüche als optoelektronischer Sensor zum Gegenstand hat.The present invention is based on the object of an initially to train mentioned charge shifting arrangement so that the cross section of the as Transmission channel serving substrate area can be significantly enlarged. According to the invention, this is indicated in the characterizing part of claim 1 Measures achieved. Claims 2 to 6 give preferred refinements and developments of the subject matter of claim 1. Claim 7 relates to a method of operation directed a charge shifting arrangement designed according to the invention, while claim 8 a use of the charge shifting arrangement according to one of the others Claims as an optoelectronic sensor.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß die Verarmungsschichten, die von den beiderseits der Elektrodenreihe angeordneten Vorrichtungen ausgehen, trotz wesentlich größerer Querschnittsabmessungen des Ubertragungskanals mit den normalerweise zur Verfügung stehenden Betriebsspannungen zur Uberscheidung gebracht werden können. Mit der Größe des Kanalquerschnitts steigt auch die informationsabhängige Ladungsmenge, die unter jeder der Verschiebeelektroden gespeichert und von einer Elektrode zur nächsten weitertransportiert werden kann.The advantage that can be achieved with the invention is, in particular, that the depletion layers, which are arranged on both sides of the electrode row Devices run out, despite the significantly larger cross-sectional dimensions of the transmission channel with the normally available operating voltages for differentiation can be brought. The information-dependent also increases with the size of the channel cross-section Amount of charge stored under each of the shifting electrodes and from one Electrode can be transported to the next.

Ladungsverschiebeanordnungen mit einem Ubertragungskanal, in dem Majoritätsladungsträger für den Informationstransport sorgen, sind an sich bekannt. Der Ubertragungskanal besteht hierbei aus einem entgegengesetzt zum Substrat dotierten, streifenförmigen Bereich im Substratinneren. Solche Anordnungen werden beispielsweise in dem Aufsatz "New Structures for Charge-Coupled Devices in den Proceedings of the IDEE", Nov. 1972, Seiten 1444 bis 1445, beschrieben. Die Verschiebeelektroden stellen dabei Teile von Sperrschichtkondensatoren dar, die entweder als pn-Halbleiterübergänge oder als Schottky-Dioden ausgebildet sind. Bei einer aus der DE-OS 24 12 699 bekannten Anordnung dieser Art stellen die Verschiebeelektroden Teile von Isolierschichtkondensatoren dar. Gegenüber der aus der DE-OS 26 30 388 bekannten Ladungsverschiebeanordnung besteht jedoch bei den zuletzt genannten Anordnungen der Unterschied, daß für die Herstellung des entgegengesetzt zum Substrat dotierten Übertragungskanals zusätzlich Verfahrensschritte erforderlich sind.Charge shifting arrangements with a transmission channel in the majority charge carrier provide for the information transport are known per se. The transmission channel consists here of a strip-shaped doped opposite to the substrate Area inside the substrate. Such arrangements are for example in the article "New Structures for Charge-Coupled Devices in the Proceedings of the IDEE", Nov. 1972, pages 1444-1445. The shifting electrodes represent Parts of junction capacitors represent either as pn-semiconductor junctions or are designed as Schottky diodes. In one known from DE-OS 24 12 699 Arrangements of this kind make the shifting electrodes parts of insulated film capacitors compared to the charge shifting arrangement known from DE-OS 26 30 388 However, there is the difference in the latter arrangements that for the Production of the transmission channel doped opposite to the substrate in addition Procedural steps are required.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen: Figur 1 einen Querschnitt von einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ladungsverschiebeanordnung senkrecht zur Reihe der Verschiebeelektroden, Figuren 2 bis 4 drei Diagramme mit Potentialverläufen zwischen einer Verschiebeelektrode von Fig. 1 und dem Substratanschluß des Halbleitersubstrats, Figur 5 einen Fig. 1 entsprechenden Querschnitt von einer zweiten Ausfüuuungsform der Erfindung, Figur 6 einen Fig. 1 entsprechenden Querschnitt von einer dritten Ausführungsform der Erfindung und Figur 7 einen Schnitt durch eine als optoelektronischer Sensor verwendete Anordnung längs der Reihe der Verschiebeelektroden.The invention is described below with reference to some of the drawings shown in preferred embodiments explained in more detail. They show: FIG. 1 a cross section of a first embodiment of a charge shifting arrangement according to the invention perpendicular to the row of displacement electrodes, Figures 2 to 4 with three diagrams Potential curves between a displacement electrode of FIG. 1 and the substrate connection of the semiconductor substrate, FIG. 5 shows a cross section corresponding to FIG. 1 of a second embodiment of the invention, FIG. 6 shows a cross section corresponding to FIG of a third embodiment of the invention and Figure 7 a Section through an arrangement used as an optoelectronic sensor along the Row of displacement electrodes.

Fig. 1 zeigt einen senkrecht zur Richtung des Übertragungskanals verlaufenden Querschnitt durch eine Ladungsverschiebeanordnung, die auf einem dotierten Halbleitersubstrat 1 aufgebaut ist. Ein mit einer Elektrode 2 verbundener Substratanschluß ist mit 2a bezeichnet. Das Substrat 1 weist an seiner oberen Begrenzungsfläche 3 zwei zueinander parallele, grabenartige Ausnehmungen 4,5 auf, die in Fig. 1 senkrecht zur Bildebene verlaufen.Fig. 1 shows a perpendicular to the direction of the transmission channel Cross-section through a charge transfer device on a doped semiconductor substrate 1 is constructed. A substrate connection connected to an electrode 2 is provided with 2a designated. The substrate 1 has two to one another on its upper boundary surface 3 parallel, trench-like recesses 4, 5, which in FIG. 1 are perpendicular to the plane of the drawing get lost.

Sie weisen einen V-förmigen Querschnitt auf. Eine Isolierschicht 6 mit gleichmäßiger Dicke überdeckt die Begrenzungsiläche 3 einschließlich der Wandungsteile der Ausnehmungen 4 und 5. Die Isolferschicht 6 trägt eine senkrecht zur Bildebene verlaufende Reihe von Verschiebeelektroden, von denen eine im Querschnitt dargestellt und mit 7 bezeichnet ist. Sie weist einen Anschluß 7a auf, der in bekannter Weise mit einer von einer bestimmten Anzahl von gegeneinander phasenverschobenen Taktspannungen beschaltet ist. Taktspannungen dieser Art sind beispielsweise in der DE-OS 24 12 699 insbesondere anhand der Fig. 4 beschrieben.They have a V-shaped cross section. An insulating layer 6 with a uniform thickness covers the delimitation surface 3 including the wall parts of the recesses 4 and 5. The insulating layer 6 carries a perpendicular to the image plane running row of displacement electrodes, one of which is shown in cross section and is denoted by 7. It has a connection 7a, which in a known manner with one of a certain number of phase-shifted clock voltages is connected. Clock voltages of this type are for example in DE-OS 24 12 699 is described in particular with reference to FIG.

Längs der tieferliegenden Wandungsteile der Ausnehmungen 4,5 sind jeweils entgegengesetzt zum Substrat 1 dotierte, streifenförmige Halbleiterbereiche 8 und 9 vorgesehen, die mit außerhalb der Bildebene liegenden Anschlüssen 8a und 9a verbunden sind, was in Fig. 1 durch gestrichelte Verbindungslinien angedeutet ist.Along the lower wall parts of the recesses 4,5 are in each case opposite to the substrate 1 doped, strip-shaped semiconductor regions 8 and 9 are provided, with the connections 8a and 8a lying outside the plane of the drawing 9a are connected, which is indicated in Fig. 1 by dashed connecting lines is.

Vorteilhaft besteht das Substrat 1 aus p-dotiertem Silizium, dessen Dotierung z. B. 5 ~ 1014 cm 5 beträgt.The substrate 1 is advantageously made of p-doped silicon, the Doping z. B. 5 ~ 1014 cm 5.

Die streifenförmigen Gebiete 8 und 9, die einen etwa kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von z. B. 3 bis 5 pm aufweisen, sind dann n+-dotiert. Die Isolierschicht 6 besteht zweckmäßigerweise aus Siliziumdioxid und weist eine Dicke von ungefähr 60 nm auf. Die Elektrode 7 besteht beispielsweise aus Aluminium oder aus hochdotiertem, polykristallinem Silizium, während die Elektrode 2 zweckmäßigerweise aus Aluminium gebildet ist.The strip-shaped areas 8 and 9, which are approximately circular Cross-section with a diameter of z. B. 3 to 5 pm, are then n + -doped. The insulating layer 6 expediently consists of silicon dioxide and has a thickness of approximately 60 nm. The electrode 7 consists for example made of aluminum or of highly doped, polycrystalline silicon, while the electrode 2 is expediently formed from aluminum.

Die entgegesetzt zum Substrat 1 dotierten, streifenförmigen Gebiete 8 und 9 stellen bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Vorrichtung zur Erzeugung von Verarmungsschichten dar, die einen unter der Elektrodenreihe liegenden, den Ubertragungskanal der Ladungsverschiebeanordnung bildenden Substratbereich von dem übrigen Substrat 1 abtrennen. Dieser Substratbereich ist in der Querschnittsdarstellung von Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie 10 umschlossen und mit 11 bezeichnet. Er weist eine Tiefe t auf und erstreckt sich in lateraler Richtung zwischen den einander zugekehrten Wandungsteilen der Ausnehmungen 4 und 5. Dabei sind die streifenförmigen Gebiete 8 und 9 über ihre Anschlüsse 8a und 9a mit Sperrspannungen belegt, die so groß sind, daß sich um sie herum Verarmungsschichten ergeben, die sich im Substratinneren überschneiden, den Substratbereich 11 jedoch freilassen. In Fig. 1 ist die resultierende Verarmungsschicht durch den einfach zusammenhängenden Bereich, der von der gestrichelten Linie 12 und dem unteren Bogen der gestrichelten Linie 10 eingeschlossen ist, gegeben. Vorausgesetzt ist hier der Einfachheit halber, daß die Sperrspannung an beiden streifenförmigen Bereichen 8 und 9 gleich groß ist. Der obere Bogen der gestrichelten Linie 10 rührt von einer bei 7a zugeführten Spannung her, die eine dünne Verarmungsschicht an der Begrenzungsfläche 3 entstehen läßt.The strip-shaped areas doped opposite to the substrate 1 8 and 9 represent a device in the embodiment shown in FIG for the production of depletion layers, which have a lying under the row of electrodes, the substrate region forming the transmission channel of the charge transfer arrangement cut off the rest of the substrate 1. This substrate area is shown in the cross-section enclosed in FIG. 1 by a dashed line 10 and denoted by 11. He has a depth t and extends in the lateral direction between each other facing wall parts of the recesses 4 and 5. The strip-shaped Areas 8 and 9 occupied by their connections 8a and 9a with reverse voltages, the so are large that there are depletion layers around them, which are in the substrate interior overlap, but leave the substrate area 11 free. In Fig. 1 is the resulting Depletion layer by the simply contiguous area indicated by the dashed line Line 12 and the lower arc of dashed line 10 is given. For the sake of simplicity, it is assumed here that the reverse voltage is strip-shaped on both Areas 8 and 9 is the same size. The upper arc of the dashed line 10 stirs from a voltage applied at 7a which has a thin depletion layer on the Boundary surface 3 can arise.

Die Betriebsweise der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung sei anhand der Figuren 2 bis 4 näher erläutert. In Fig. 2 ist ein Potentialverlauf 21 in der elektrisch isolierenden Schicht 6 und im Substrat 1 zwischen der Elektrode 7 und der Elektrode 2 dargestellt, wobei davon ausgegangen wird, daß Informationsladungen unter der Elektrode 7 gespeichert sind. Die Informationsträger sind dabei Majoritätsladungsträger, die sich im Bereich 11 befinden. An die Elektrode 7 ist eine solche Spannung U angelegt, daß eine geringe Verarmungsrandschicht an der Begrenzungsfläche 3 unter der Elektrode 7 vorhanden ist (die Pfeilrichtung weist in Richtung wachsender Spannungsbeträge, die Polarität der Spannung U gegenüber der Bezugsspannung Usubst am Substratanschluß 2a ist positiv bei p-dotiertem Substrat 1 und negativ bei n-dotiertem Substrat 1). Die gespeicherten Ladungen befinden sich zwischen den Punkten 211 und 212. Die besagte Verarmungsschicht erstreckt sich von Punkt 212 bis Punkt 213. Durch die geringe Verarmungsrandschicht an der Begrenzungsfläche 3, die sich in Fig. 2 bis zum Punkt 211 hin erstreckt, wird verhindert, daß die gespeicherten Ladungen die Begrenzungsfläche 3 berühren.The mode of operation of the device shown in FIG. 1 is based on the Figures 2 to 4 explained in more detail. In Fig. 2 is a potential curve 21 in the electrically insulating layer 6 and in the substrate 1 between the electrode 7 and of the electrode 2, it being assumed that information charges are stored under the electrode 7. The information carriers are majority carriers, which are located in area 11. A voltage U is applied to the electrode 7, that a slight depletion edge layer on the boundary surface 3 under the electrode 7 is present (the direction of the arrow points in the direction of increasing amounts of stress, the polarity of the voltage U with respect to the reference voltage Usubst at the substrate connection 2a is positive for p-doped substrate 1 and negative for n-doped substrate 1). The stored charges are located between points 211 and 212. The said Depletion layer extends from point 212 to point 213. By the low Depletion edge layer at the boundary surface 3, which is shown in Fig. 2 to the point 211 extends out, the stored charges are prevented from reaching the boundary surface 3 touch.

Dadurch können die Übertragungsverluste erheblich verkleinert werden und es können hohe Grenzfrequenzen bei der Ladungsübertragung erreicht werden. Zum Entladen wird nun die Spannung U an der Elektrode 7 betragsmäßig so weit erhöht, bis sich die geringe Verarmungsrandschicht so weit vergrößert hat, daß sie sich mit der besagten Verarmungsrandschicht vereinigt, d. h. der neutrale Kanalbereich verschwunden ist. Fig. 3 zeigt den Potentialverlauf 22 für diesen Fall. Vorausgesetzt ist dabei, daß die Elektrodenspannung U in Fig. 3 betragsmäßig kleiner ist als die Spannung an den entgegengesetzt zum Substrat dotierten Streifen 8 bzw. 9. Die Ladungen fließen dann entweder unter benachbarte Elektroden oder aber ins Substrat 1 ab.This means that the transmission losses can be reduced considerably and high cut-off frequencies can be achieved in charge transfer. To the When discharging, the amount of voltage U at electrode 7 is increased to such an extent that until the small marginal layer of impoverishment has enlarged so far that it becomes combined with said depletion edge layer, d. H. the neutral channel area disappeared. 3 shows the potential profile 22 for this case. Provided is that the electrode voltage U in Fig. 3 is smaller in magnitude than that Voltage at the strips 8 or 9 doped opposite to the substrate. The charges then flow either under adjacent electrodes or into the substrate 1.

Wird nun die Spannung U an der Elektrode 7 wieder auf einen niedrigeren Wert abgesenkt, so bildet sich eine Potentialsenke aus. Fig. 4 zeigt den zugehörigen Potentialverlauf 32. Es muß dabei aber darauf geachtet werden, daß zwischen dieser Senke und dem übrigen Halbleitersubstrat 1 immer noch eine ausreichend hohe Potentialschwelle 32a vorhanden ist. In diese Potentialsenke kann nun Ladung von einer anderen Elektrode her übertragen werden. Damit kann die erfindungsgemäße Ladüngsverschiebevorrichtung in herkömmlicher Weise betrieben werden, wenn man entsprechende Taktspannungen an die Verschiebeelektroden, z. B. 7, anlegt. Typische Spannungswerte sind: Vorspannungen an den entgegengesetzt zum Substrat dotierten Streifen 8 und 9 von jeweils 10 V und Taktspannungen an den Verschiebeelektroden zwischen 0 V und 10 V (bezogen auf den Substratanschluß 2a).If the voltage U at the electrode 7 is now reduced to a lower level If the value is lowered, a potential sink is formed. Fig. 4 shows the associated Potential curve 32. It must be ensured that between this Sink and the rest of the semiconductor substrate 1 still have a sufficiently high potential threshold 32a is present. Charge from another electrode can now enter this potential well transmitted here. The charge shifting device according to the invention can thus can be operated in a conventional manner if one uses appropriate clock voltages the displacement electrodes, e.g. B. 7, applies. Typical stress values are: Pre-stresses to the strips 8 and 9 of 10 V each doped opposite to the substrate and clock voltages at the displacement electrodes between 0 V and 10 V (based on the substrate connection 2a).

In Fig. 5 ist im Querschnitt senkrecht zur Kanallängsrichtung eine zweite Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die streifenförmigen Bereiche 8 und 9 in Fig.1 sind hier durch Schottky-Elektroden 51 und 52 ersetzt, die längs der tieferliegenden Wandungsteile der Ausnehmungen 4 und 5 angeordnet und mit Anschlüssen 51a und 52a versehen sind.In Fig. 5 is a cross section perpendicular to the channel longitudinal direction Second embodiment of the invention shown. The strip-shaped areas 8 and 9 in Figure 1 are replaced by Schottky electrodes 51 and 52, the longitudinal the lower-lying wall parts of the recesses 4 and 5 arranged and with connections 51a and 52a are provided.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die beiden streifenförmigen Gebiete 8 und 9 von Fig. 1 sind hier durch zwei Isolierschichtkondensatoren mit den Elektrodenstreifen 61 und 62 ersetzt, die sich längs der tieferliegenden Wandungsteile der Ausnehmungen 4 und 5 erstrecken und durch eine geschlossene Isolierschicht 6 von der Begrenzungsfläche 3 getrennt sind.In Fig. 6 a further embodiment of the invention is shown. The two strip-shaped areas 8 and 9 of Fig. 1 are here by two insulating layer capacitors replaced with the electrode strips 61 and 62, which extend along the lower lying Wall parts of the recesses 4 and 5 extend and through a closed insulating layer 6 are separated from the boundary surface 3.

Die Betriebsweise der in den Figuren 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispiele entspricht derjenigen der An- ordnung nach Fig. 1.The mode of operation of the exemplary embodiments shown in FIGS. 5 and 6 corresponds to that of the order according to Fig. 1.

Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch eine als optoelektronischer Sensor verwendete erfindungsgemäße Anordnung längs der Reihe der Verschiebeelektroden. Die elektrisch isolierende Schicht 6 und die Elektroden 70, 7 und 71 bestehen aus lichtdurchlässigen Materialien. In der Fig. 7 ist nun angenommen, daß sich die Vorrichtung im Bildaufnahmezustand befindet. Dabei dient jeweils ein Kanalbereich unter bestimmten Elektroden.(in der Fig. 7 die Elektrode 7, im allgemeinen die Elektroden, die mit einer bestimmten Taktleitung verbunden sind) als ein sogenannter Bildpunkt, in dem die vom Licht erzeugten Ladungsträger gesammelt und gespeichert werden. Dabei wird zwischen die betreffende Elektrode, z. B. 7, und den Substratanschluß 2a eine solche Spannung angelegt, daß der unter der Elektrode 7 befindliche Oberflächenbereich des Substrats (in der Fig. 7 der durch die gestrichelte Linie 61 umrahmte Bereich 500) verarmt ist und eine Potentialsenke darstellt. Dieser Bereich, der den genannten Bildpunkt darstellt, ist zunächst nur von der Verarmungsrandschicht, die durch die Vorrichtung 8,9 bzw. 51,52 bzw. 61,62 erzeugt wird, umgeben. Zur Isolierung des Bildpunktes in Kanallängsrichtung wird zwischen die Elektroden 70 und 71 und den Substratanschluß 2a über die Anschlüsse 70a und 71a jeweils eine solche Spannung angelegt, daß eine große Verarmungsschicht, die sich von der Begrenzungsfläche 3 her tief in das Substrat 1 erstreckt, erzeugt wird. Die resultierende Verarmungsschicht erstreckt sich in der Fig. 7 zwischen der gestrichelten Linie 600 und der Begrenzungsfläche 3 sowie der gestrichelten Linie 61. Zuviel im Bildpunkt 500 vorhandene, optisch erzeugte Ladungsträger fließen im wesentlichen vertikal durch den dünneren Teil der Verarmungsschicht in das Substrat 1 ab. Ein Informationsladungsfluß in Reihenlängsrichtung wird im Bildau£nahme- zustand durch den tiefen Teil der Verarmungsschicht unter den Elektroden 70 und 71 verhindert. Die tiefe Verarmungsschicht verhindert auch die Diffusion von optisch erzeugten Ladungsträgern aus dem übrigen Halbleitersubstrat 1 zu entfernten Bildpunkten. Zum Auslesen der gespeicherten Information wird die Anordnung nach Fig. 7 in an sich bekannter Weise als ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung betrieben, d. h. die optisch erzeugten Ladungsträger werden einfach in Kanalrichtung ausgeschoben (Sensoren der genannten Art sind auch unter dem Begriff CCD-Sensoren bekannt).7 shows a section through an optoelectronic sensor used arrangement according to the invention along the row of the displacement electrodes. The electrically insulating layer 6 and the electrodes 70, 7 and 71 are made of translucent materials. In Fig. 7 it is now assumed that the device is in the image capture state. In each case one channel area serves under certain Electrodes. (In Fig. 7 the electrode 7, generally the electrodes with are connected to a certain clock line) as a so-called pixel in which the charge carriers generated by the light are collected and stored. It will between the electrode in question, e.g. B. 7, and the substrate connection 2a such Voltage applied that the surface area located under the electrode 7 of the substrate (in FIG. 7 the area framed by the dashed line 61 500) is impoverished and represents a potential sink. This area that the said Image point is initially only from the depletion edge layer, which is caused by the Device 8,9 or 51,52 or 61,62 is generated, surrounded. To isolate the The image point in the longitudinal direction of the channel is between the electrodes 70 and 71 and the Substrate connection 2a via the connections 70a and 71a in each case such a voltage applied that a large depletion layer, which extends from the boundary surface 3 extends her deep into the substrate 1 is generated. The resulting depletion layer extends in FIG. 7 between the dashed line 600 and the boundary surface 3 and the dashed line 61. Too much present in the image point 500, optically generated charge carriers flow essentially vertically through the thinner part the depletion layer into the substrate 1. An information charge flow in the longitudinal direction of the row is taken in the picture state through the deep part of the depletion layer prevented under the electrodes 70 and 71. The deep impoverishment layer prevents also the diffusion of optically generated charge carriers from the rest of the semiconductor substrate 1 to removed pixels. To read out the stored information, the Arrangement according to FIG. 7 in a manner known per se as a charge-coupled displacement device operated, d. H. the optically generated charge carriers become simply in the channel direction pushed out (sensors of the type mentioned are also covered by the term CCD sensors known).

Es sei darauf hingewiesen, daß alle bekannten Betriebsweisen für Ladungsverschiebeanordnungen, wie z. B. Zwei-Phasen-, Drei-Phasen-Betrieb usw., in der hier beschriebenen Vorrichtung anwendbar sind. Dies gilt auch für die eventuell dafür notwendigen unterschiedlichen Strukturen, wie z. B. gestufte Isolierschichten unter den Verschiebeelektroden bei bestimmten Verschiebeanordnungen für den Zwei-Phasen-Betrieb.It should be noted that all known modes of operation for charge shifting arrangements, such as B. two-phase, three-phase operation, etc., in the device described here are applicable. This also applies to the different ones that may be necessary for this Structures such as B. stepped insulating layers under the displacement electrodes certain shifting arrangements for two-phase operation.

Um die im Übertragungskanal 11 verschiebbare, informationsabhängige Ladung zu vergrößern, ist es zweckmäßig, den zwischen den Ausnehmungen 4 und 5 liegenden Substratbereich von der Begrenzungsfläche 3 bis zu einer Tiefe T stärker zu dotieren als das übrige Substrat 1.To the information-dependent, which can be moved in the transmission channel 11 To increase the charge, it is useful to place the one between the recesses 4 and 5 Doping substrate area from the boundary surface 3 to a depth T more heavily than the rest of the substrate 1.

Dabei kann aus Gründen der einfachen Herstellung das Substrat 1- ganzflächig bis zu der Tiefe T zusätzlich dotiert werden, z. B. im Wege einer Ionenimplantation.For reasons of simple production, the substrate 1 can cover the entire surface are additionally doped up to the depth T, e.g. B. by way of ion implantation.

Die Ausnehmungen 4,5 können auch andere, z. B. rechteckige oder trapezförmige Querschnittsformen aufweisen.The recesses 4.5 can also be other, for. B. rectangular or trapezoidal Have cross-sectional shapes.

Bei einer V-Form werden sie zweckmäßigerweise durch eine anisotrope Ätzung hergestellt.In the case of a V shape, they are expediently replaced by an anisotropic one Etching made.

8 Patentansprüche 7 Figuren8 claims 7 figures

Claims

Claims (#) Charge transfer device with a substrate made of doped semiconductor material, which has a substrate connection and a transmission channel has, in the displaceable majority charge carriers serving for information transport are present, with a row of arranged over a boundary surface of the substrate, with switching electrodes wired with clock voltages and with on both sides of the Devices arranged in a row of electrodes, of which intersecting depletion layers go out, the one lying under the row of electrodes, representing the transmission channel Separate the substrate area from the rest of the substrate so that you can e i c h n e t that the substrate (1) at said boundary surface (3) two Trench-like recesses running parallel to one another and to the row of electrodes (7) (4,5) and that the devices along the deeper wall parts the recesses (4,5) are arranged.

2. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that each of the devices consists of a connector (8a, 9a) provided, opposite to the substrate (1) doped, strip-shaped semiconductor region (8,9) exists.

3. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that each of the devices consists of a terminal (51a, 52a) provided Schottky diode (51,52) consists.

4. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that each of the devices consists of an isolated over the wall parts of a Recess (4,5) arranged with a connection (61a, 62a) provided, strip-shaped electrode (61,62) of an insulating layer capacitor.

5. Arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c it should be noted that the substrate area under the row of electrodes (7) is more highly doped than the rest of the substrate (1).

6. Arrangement according to one of the preceding claims, d a d u r c it is noted that the recesses (4, 5) have a V-shaped cross section exhibit.

7. A method for operating an arrangement according to one of the claims 1 to 6, d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that for the storage of majority charge carriers in the channel area under a displacement electrode (7) between this and the substrate connection (2a) a voltage (U) is applied that is lower in magnitude than a voltage value, in which a monotonous photential gradient from the boundary surface of the substrate through the depletion layer is created through to the rest of the substrate, and that for discharging of the canal area under a displacement electrode (7) to this a voltage (U) is applied to the substrate connection, the amount greater than or equal to is chosen as the said voltage value.

8. Ladungsverschi ebeanordnung according to one of claims 1 to 6, g e k e n n n z e i c h n e t d u r c h a use as an optoelectronic sensor, wherein the displacement electrodes and an optionally provided, the same against the boundary surface (3) of the substrate (1) insulating layer (6) made of translucent Material.