DE2844248C3 - Ladungsübertragungsanordnung - Google Patents

Ladungsübertragungsanordnung

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DE2844248C3 DE2844248A DE2844248A DE2844248C3 DE 2844248 C3 DE2844248 C3 DE 2844248C3 DE 2844248 A DE2844248 A DE 2844248A DE 2844248 A DE2844248 A DE 2844248A DE 2844248 C3 DE2844248 C3 DE 2844248C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladungsübertragungsanordnung mit einem Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschicht von einem ersten Leitungstyp, wobei Mittel, mit deren Hilfe örtlich Information in Form von Ladung in die Halbleiterschicht eingeführt wird, sowie Auslesemittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe Information anderswo in der Schicht ausgelesen wird, wobei wenigstens auf einer Seite der Schicht Steuerelektroden vorhanden sind, durch die mittels Mehrphasentaktsignalen kapazitiv elektrische Felder in der Halbleiterschicht erzeugt werden, mit deren Hilfe die von den Einlesemitteln erzeugten Ladungspakete in einer zu der Schicht parallelen Richtung zu den Auslesemitteln transportiert werden können.
Eine Ladungsübertragungsanordnung dieser Art ist aus »Digest of Technical Papers of the Technology and Applications of Charge Coupled Devices«, University of Edinburgh, September 1976, S. 308, Fig.7 bekannt. In dieser bekannten Ladungsübertragungsanordnung werden die Einlesemittel durch zwei Eingangsdiffusionszonen, drei Steuerelektroden und eine Trenndiffusionszone gebildet. Die Trenndiffusionszone ist in der Transportrichtung der Ladungspakete angebracht und teilt den Transportkanal am Anfang der Ladungsübertragungsanordnung in zwei Teile. In jedem Transportteil ist eine Eingangsdiffusionszone angebracht. Diese beiden Diffusionszonen sind zusammen mit einer Bezugsspannungsquelle verbunden. Oberhalb jedes der
beiden Transportkanalteile ist eine erste Steuerelekrode angeordnet An die beiden ersten Steuerelektroden werden verschiedene Taktsignale angelegt Dann wird über die beiden Transportkanalteile eine gemeinsame zweite Steuerelektrode angeordnet, der das zu verarbeitende Eingangssignal zugeführt wird. Anschließend werden den genannten Einlesemitteln oberhalb des einen Transportkanalteiles nebeneinander eine dritte und eine vierte Steuerelektrode nachgeordnet, während diesen beiden Steuerelektroden gegenüber oberhalb des ι ο anderen Kanals eine fünfte Steuerelektrode angebracht ist
Die Oberfläche dieser fünften Steuerelektrode ist nahezu gleich der Summs; der Oberflächen der dritten und der vierten Steuerelektrode. Nach den zuletzt genannten Steuerelektroden endet die Trenndiffusion und ist der Transportkanal nicht mehr in zwei Teile aufgeteilt. Oberhalb des weiteren Kanals sind Steuerelektroden angeordnet, die gegebenenfalls aufgeteilt sind, wobei die erste Steuerelektrode die Summierelektrode bildet Die Tatsache, daß oberhalb des einen Kanalteiles eine dritte und eine vierte Steuerelektrode angeordnet sind, während oberhalb des entsprechenden anderen Kanalteils nur eine einzige Steuerelektrode angeordnet ist hat zur Folge, daß das Signal in einem Kanalteil in zwei Schritten transportiert wird, während das Signal im anderen Kanalteil in einem einzigen Schritt transportiert wird. Dies bedeutet, daß das Signal im einen Kanalteil gegenüber dem Signal im anderen Kanalteil verzögert wird. Nach den genannten Steuerelektroden endet die Trenndiffusion und damit auch die Kanalteilung. Unter der Summierelektrode werden nun die von den beiden Kanalteilen herrührenden Signale zueinander addiert. Für einen richtigen Ladungstransport bis unterhalb der Summierelektrode ist es erforderlich, daß die Taktphaser. der Taktsignale, die in den beiden Kanalteilen der Summierelektrode vorangehenden Steuerelektroden zugeführt werden, einander gleich sind. Da die Anzahl Schritte des Ladungstransports für die Summierelektrode in den beiden Kanalteilen verschieden ist, ist es erforderlich, daß die Abtastzeitpunkte am Eingang der beiden Kanalteile verschieden gewählt werden. Im beschriebenen Beispiel wird dies dadurch erzielt, daß Taktsignale zugeführt werden, die über 180° gegeneinander in der Phase verschoben sind. Unter der Summierelektrode wird also die Summe eines Signals und eines gegenüber diesem Signal verzögerten Signals erhalten. Das Ganze wirkt tatsächlich wie ein Vorwärtsfilter, wie z. B. in F i g. I auf Seite 306 der genannter. Literaturstelle angegeben ist. ><i Im obenstehenden Beispiel ist der Transportkanal in zwei Teile aufgeteilt, wobei das Signal im einen Kanalteil in einem Schritt mehr transportiert wird. Wenn ein schärferes Eingangsfilter erforderlich ist, wird am Anfang der LadungsUbertragungsanordnung der Transportkanal in mehrere Teilkanäle aufgeteilt, die alle in bezug aufeinander eine andere Verzögerung für das Signal im betreffenden Teilkanal aufweisen.
Diesbezügliche Beispiele sind in den F i g. 8 und 9 auf Seite 308 der genannten Literaturstelle dargestellt. w)
In der genannten Literaturstelle erfolgt die Vorwärtsfilterung stets am Anfang der LadungsUbertragungsanordnung. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, die Filterung nicht am Anfang, sondern weiter in der LadungsUbertragungsanordnung vorzunehmen. Die ein- b> zige Bedingung ist dann aber, daß die in den Kanalteilen auftretenden Zeitverzöperungen eine ganze Anzahl von Taktperioden'betragen, weil sonst die Signale in den verschiedenen Kanalteilen nicht mit der richtigen Taktphase an die Summierelektrode gelangen.
Das oben beschriebene Verfahren zur Signalbearbeitung weist den Nachteil auf, daß das beschriebene Verfahren nur eine zeitstarre Bearbeitung eines Eingangssignals gestattet und weiter, daß bei Anwendung als Filter die Übertragungsfunktion des Filters unveränderbar ist. Sie wird nämlich völlig durch die gewählte Geometrie des zu dem Filter gehörigen Teiles der LadungsUbertragungsanordnung bestimmt. Die Übertragungsfunktion ist gleichsam durch die Wahl der genannten Geometrie eingebaut
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Oberflächen der Steuerelektroden verschieden gewählt werden, um die beabsichtigte Filterwirkung zu erzielen. Dies hat zur Folge, daß der Signaltransport unter den verbreiterten Steuerelektroden langsamer als unter den nicht verbeiterten verläuft und zwar umso langsamer, je stärker die betreffende Steuerelektrode verbreitert ist Dies bedeutet daß die höchsterreichbare Transportgeschwindigkeit der Ladungsübertraguf.gsanordnung drastisch herabgesetzt wird, und zwar umso stärker, je nachdem breitere Steuerelektroden verwendet werden.
Ein anderer Nachteil besteht darin, daß durch die große Verschiedenheit in Steuerelektrodenoberflächen die Hei stellung der bekannten LadungsUbertragungsanordnung erschwert wird. Außerdem ist die Anbringung von Kontaktleitern zwischen den verschiedenen Steuerelektroden und den zugehörigen Taktleitern schwieriger, je nachdem die Oberflächen der respektiven Steuerelektroden stärker voneinander verschieden sind.
Die Erfindung bezweckt, eine Lösung für die obengenannten Probleme zu schaffen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Steuerelektroden oder ein Teil derselben mit Schaltmitteln zum Zuführen einer Spannung verbunden ist, die während einer bestimmten Zeit gleich einer Phase der Taktspannung ist, die zusammen mit den Taktspannungen an den benachbarten Steuerelektroden für den Transport von Ladungspaketen in dem darunterliegenden Kanal sorgt und während einer anderen bestimmten Zeit gleich einer Sperrspannung ist, die den Transport von Ladungspaketen in dem unter der genannten Steuerelektrode liegenden Kanal verhindert.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, daß vor der Sperrelektrode, gegebenenfalls über oder in demselben Kanal, mindestens ein Abtastglied angeordnet ist, das mit einem Detektor verbunden ist, der gegebenenfalls direkt mit einem Komparator verbunden ist, der die Größe des am Ausgang des Detek'ors auftretenden Signals mit einem Bezugssignal vergleicht, wobei das Ausgangssignal des Komparators gegebenenfalls über Verzögerungselen:eni.· dem Steuereingang der genannten Schaltmittel zugeführt wird.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung jind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. I ein Ausfiihrungsbeispiel einer LadungsUbertragungsanordnung nach der Erfindung,
F i g. 2 den Verlauf der angewandten Taktspannungen und ein Beispiel der Spannung an der Steuerelektrode 8 als Funktion der Zeit,
Fig.3 ein Diagramm zur näheren Erläuterung der Wirkung der erfindmgsgemäßen Anordnung,
Fig.4 ein anderes Ausführungsbeispiel einer LadungsUbertragungsanordnung nach der Erfindung, und Fig.5 noch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
Ladungsübertragungsanordnting nach der F.rfindung,
F i g. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen L.adungsübertragungsanordnung,
F i g. 7 zeigt den Verlauf der angewandten Spannungen als Funktion der Zeit, und
Fig. 8 einige Abwandlungen des Ausführungsbeispiels nach F i g. 6.
Die Ladungsübertragungsanordnting nach F i g. I enthält einen Halbleiterkörper 30 mit einer Halbleiterschicht 31 aus n-leilendem Silizium. Auf der genannten Halbleiterschicht sind wenigstens auf der Seite 33 der genannten Schicht Steuer-Elektroden I1 2,3,4,5,6,7,8, 9 zum Anlegen von Taktspannungen angebracht. Mit der Unterbrechungslinie zwischen den Steuerelektrodcn 8 und 9 ist angegeben, daß es möglich ist, eine größere Anzahl als die dargestellte Anzahl von Sleucrclektroden zu verwenden. Die Steuerelektroden I und 5 sind zusammen mit demjenigen Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden, dem das Taktsignal mit der Phase Φι zugeführt wird (siehe F i g. 2). Die Stetierelektroden 2 und 6 sind zusammen mit demjenigen Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden, dem das Taktsignal mit der Phase Φι zugeführt wird (siehe Fig. 2). Die Steuerelektroden 3 und 7 sind zusammen mit demjenigen Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden, dem das Taktsignal mit der Phase Φ ι zugeführt wird (siehe Fig. 2). Die Steuerelektroden 4 und 9 sind zusammen mit demjenigen Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden, dem das Taktsignal mit der Phase Φ* zugeführt wird. Die Steuerelektrode 8 ist die sogenannte Sperrelektrode. Diese ist mit .Schaltmitteln verbunden, die durch den Wcchselschalter 20 gebildet werden. Der Kontakt 22 dieses Wechselschalters ist mit der negativen Anschlußklemme der Gleichspannungsquelle Everbunden, deren andere Anschlußklemme mit einem an Erdpotential liegenden Punkt verbunden ist. Der Kontakt 21 des Weclisekchalters ist mit demjenigen Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden, dem das Taktsignal mit der Phase Φλ zugeführt wird. In der llalbleiterschicht 31 ist die Eingangsdiffusionszone 13 erzeugt, die über den F.inleseleiter 15 mit der Gebiet der Halbleiterschicht gespeichert und von anderen Ladungspaketen mittels elektrischer Felder in Verarmungszonen getrennt werden, die dieses Gebiet einschließen und sich quer über die Halbleiterschicht erstrecken. Während des Ladungstransports werden die Ladungsträger des genannten Ladungspakets von dem obengenannten Gebiet der Halbleiterschicht zu einem folgenden Gebiet der Halbleiterschicht dadurch transportiert, daß zwischen den richtigen Elektroden ein Spannungsunterschied angelegt wird, wobei die Ladungsträger wenigstens im wesentlichen über das Innere der Halbleiterschicht aus dem ersten Gebiet zu dem folgenden Gebiet fließen, bis das zuerst genannte Gebiet der Halbleiterschicht verarmt ist. Die Dotierungskonzentration und die Dicke der Halbleiterschicht sollen dabei naturgemäß derart gering sein, daß die llalbleiterschicht über ihre ganze Dicke verarmt werden kann, ohne daß Lawinenvervielfachung auftritt. Fine derartige niedrig dotierte Schicht kann z. B., wie auch in der vorerwähnten niederländischen Patentanmeldung angegeben ist, durch eine homogen dotierte hochohmigc er/itaktische Schicht gebildet werden, die auf einem Träger oder Substrat vom entgegengesetzten Leitungstyp abgelagert ist.
In F i g. 3 ist schematisch angegeben, wie die Bildung eines Ladungspakets, das Transportieren desselben und das Zurückhalten und Summieren desselben stattfindet. Im Zeitintervall η ist die Spannung an den Steuerelektrodeii 1, 4, 5, 8 und 8' gleich + 10 V und die Spannung an den Elektroden 2,3,6 und 7 gleich 0 V (siehe F i g. 2). Dadurch werden unter den Elektroden 1, (4 + 5) und (8 + 8') sogenannte Potentialmulden gebildet, wie in F i g. 3a dargestellt ist. In der Potentialmulde unter den Steuerelektroden 4 und 5 ist ein Ladungspaket S(I) vorhanden. Unter der Eingangsdiffusionszone 15 ist eine kontinuierliche Potentialmulde vorhanden, die viele Male tiefer als die anderen Potentialmulden in der Ladungsübertragungsanordnung ist. Dies ist in Fig. 3 symbolisch mit einer mäanderförmigcn Linie auf der Unterseite der Potentialmulde unter der Eingangsdiffusionszone 15 angedeutet. An dem Eingang wird mit Hilfe der Eingangsdiffusionszone 15 und der ersten
schicht 32 wird durch eine Isolierschicht aus Siliziumdioxid gebildet. In der genannten Halbleiterschicht 31 ist Ji außerdem eine Ausgangsdiffusionszone 14 vorhanden. die mit einem Ausleseleiter 16 verbunden ist. Die Ausgangsdiffusionszone 14 und der Ausleseleiter 16 bilden zusammen die Auslesemittel. Die Eingangsdiffusionszone 13 und der Einleseleiter 15 bilden zusammen >o mit den ersten Steuerelektroden einen Teil der Einlesemittel der Ladungsübertragungsanordnung. Die Dicke und die Dotierungskonzentration der Halbleiterschicht 31 betragen z.B. 5μπι bzw. 1015 Atome/cm'. Diese Dicke und Dotierungskonzentration sind derart gering, daß in der genannten Halbleiterschicht 31 quer zu dieser Schicht ein elektrisches Feld mit einer derartigen Stärke erzeugt werden kann, daß über die ganze Dicke der Schicht eine Verarmungszone gebildet wird, ohne daß Lawinenvervielfachung auftritt Die in F i g. 1 gezeigte Ladungsübertragungsanordnung ist von dem z. B. in der niederländischen Patentanmeldung 7114 770 beschriebenen Typ. In dieser Halbleiteranordnung erfolgt der Transport elektrischer Ladung im wesentlichen über das Innere der Halbleiterschicht. Beim Betrieb kann Information in Form eines Pakets von Majoritätsladungsträgern in einem einer oder mehreren der Steuerelektroden gegenüberliegenden de!. Im Zeitintervall Γ2 ist die Spannung an den Steuerelektroden 1, 2, 5, 6 und 8' gleich + 10 V und die Spannung an den Steuerelektroden 3, 4, 7 und 8 gleich 0 V. Dadurch werden unter den Steuerelektroden (1+2), (5 + 6) und 8' Potentialmulden erhalten, wie in Fig. 3b dargestellt ist. Das Ladungspaket 5(1) ist dadurch um eine Stelle in der Transportrichtung weitergeschoben. In Fig. 3c ist angegeben, wie das Ladungspaket S(I) bis zu der Sperrelektrode 8 weitergeschoben wird, die im betreffenden Zeitintervall Γ3 eine Spannung gleich -EV aufweist. In den darauffolgenden Zeitintervallen τ*, τ$, r6 bleibt die Elektrode 8 gesperrt. In den genannten Zeitintervallen findet kein Ladungstransport von dem Gebiet unter der Steuerelektrode 7 zu dem Gebiet unter der Steuerelektrode 8' statt. Aus den Fig.3d und 3e geht deutlich hervor, wie die beiden Ladungspakete S(I) und S(2) mit Hilfe der Sperrelektrode 8 zueinander addiert werden. Im Zeitintervall tj ist die Summe der Ladungspakete S(I) + S(2) an die Steuerelektrode 8 gelangt und hat die Sperrspannung der Steuerelektrode 8 beseitigt In den Fig.3h und 3i wird angegeben, wie mit Hilfe der Steuerelektroden 7, 8 und 8' die Summe der Ladungspakete S(I) und S(2) nach rechts transportiert wird, im Zeitintervall Tn wird die Steuerelektrode 8
wieder an die Sperrspannung Ii angelegt und die Steuerelektrode 8 wirkt in den Zeitintervallen Tw, Tu, Tm und ri4 wieder als Sperrelektrode. In den genannten Zeitintervallen verden die Ladungspakete 5(3) und 5(4) auf die oben für die Ladungspakete 5(1) und 5(2) beschriebene Weise (siehe Fig. 3e und 3f) zueinander addiert.
Aur der obenslehenden Beschreibung der Wirkung der Ladungsübertragungsanordnung nach der Erfindung geht hervor, daß. wenn mit Hilfe des Schalters 20 wechselweise die Sperrspannung und c'r· Taktimpuls mit der Phase '/'4 an die Steuerelektrode 8 angelegt wird, stets zwei Ladungspakete zueinander addiert werden. F.s wird klar sein, daß, wenn jeweils zwei Taktimpulsc zurückgehalten werden, stets die Summe von drei Lachingspaketen erhalten wird, im allgemeinen gilt die folgende Beziehung:
1:i t \ - X <.ι. /. . τι . 1 .
1 i' ί - - / i .M' η ι ι (if
It=O
wobei rdie Taktperiode der ursprünglichen Taktimpulse Φλ ist. die den Steuerelektroden angeboten werden, während M die Anzahl mit Hilfe der Sperrspannung zurückgehaltener Impulse darstellt. Mit anderen Worten: die Taktfrequenz der Taktimpulse i's ist gleich (M+\) ■ T. In Fig. 2 ist M= 1. Die Ladungsübertragungsanordnung nach F i g. I wirkt bei dieser Schaltungsweise wie ein Vorwärtsfilter, wobei die in Bezug aufeinander verzögerten Ladungspakete völlig zueinander iddiert werden. Wenn es erwünscht ist, daß nur Bruchteile von L.adungspaketen zueinander addiert werden, kann dies mit Hilfe einer Trenndiffusionszone erzielt werden, wie in F i g. 4 dargestellt ist.
In der Ladungsübertragungsanordnung nach F i g. 4 ist unter den Steuerelektroden 3, 4, 5, 6 und 7 eine Trenndiffusionszone 12 vorhanden, die sich bis zu der Steuerelektrode 8' fortsetzt. Die ursprüngliche Steuerelektrode 8 ist nun in zwei Hälften 81 und 88 aufgeteilt, die teilweise die Trenndiffusionszone 12 überlappen. Der Teil 81 ist mit dem Wechselschalter 20 und der Teil 88 ist mit demjenigen Ausgang der Schaltspannungs-
Il AfX I I I I' . T- . I . . I. - . - J*. Γ--Ι
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wird. Mittels der Trenndiffusionszone 12 wird der Transportkanal unter den Steuerelektroden 3, 4, 5, 6 7, 81 und 88 in zwei Hälften a und (1 -a)unterteilt. In der Hälfte (1 —abfindet der Ladungstransport normal statt, weil die Steuerelektrode 88 fest mit einem Taktleiter verbunden ist. In der Hälfte a befindet sich die Sperrelektrode 81. Der Transport von Ladung durch diesen Kanalteil findet auf die bereits an Hand der Fig. 1 beschriebene Weise statt. Die Wechselschalter 20 und 23 werden synchron betätigt. Der Punkt 25 wird mit Hilfe der Gleichspannungsquelle 51 genügend positiv gehalten, damit keine Ladung an dem Eingang injiziert wird, wenn der Eingang mit diesem Punkt verbunden ist. Der einzige Unterschied besteht darin, daß nun nur ein Bruchteil a des unter der Steuerelektrode 2 vorhandenen Ladungspakets während eines Taktimpulses zurückgehalten wird, während der übrige Teil (1 —abnormal transportiert wird. Das Ausgangssignal Y/r,} entspricht nun der nachstehenden Beziehung:
Y(/) = (1 - α) ■ S(O + α-S[t - τ).
Vcrzögcrtingsstufc gemacht wird, derart, daß das zurückgehaltene Ladungspaket beim Zurückfließen jenseits der Trenndiffusionszone gelangen kann, und außerdem an dem Eingang kontinuierlich abgetastet
'· wird, wirkt die Ladungsübertragungsanordnung nach Fig. 4 wie ein rekursives Filter. Das zurückgehaltene Ladungspaket fließt in diesem Falle bis jenseits der Trenndiffusionszone 12 zurück und wird dann aufs neue geteilt, usw. Das Ausgangssignal Y(t) entspricht der
i" Beziehung:
V(O = 11 - </) ■ .V(M 4 „ · >■(/ - τ). CM
Wenn z. B. a=Ui gewählt und ein Eingangsabtastsignal mit dem Wert I dem Eingang angeboten wird, > werden am Ausgang nacheinander die Ladungen '·/'., Ua, Uf usw. erscheinen, die als Kcfcrenzladungcn verwende! werden können.
Die Trenndiffusionszone 12 kann noch kürzer gemacht oder sogar völlig weggelassen werden, wenn
-" die Sperrspannung £'derart positiv gewählt wird, daß das unter der Steuerelektrode 81 liegende Ladungspaket von der Steuerelektrode 8' nicht weiter transportiert werden kann. Die Anordnung wirkt in diesem Falle wie ein Filter nach der Beziehung (2).
r> Die in den F i g. 1 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele der L.adungsübertragungsanordnung nach der Erfindung weisen in bezug auf den obenstehenden Stand der Technik die folgenden wesentlichen Vorteile auf.
Durch die Anwendung der erfindungsgemäßen
i" Maßnahmen ist erreicht, daß nach Wahl jeder Steuerelektrode, die mit einem Wechselschalter verbunden ist, zwei Funktionen zuerkannt werden können, wobei diese Funktionen auch nach Wahl erfüllt werden können. Die Bearbeitung, der jedes Ladungspaket in der
π beschriebenen Anordnung unterworfen wird, kann also nach Wahl dadurch eingestellt werden, daß zu passend gewählten Zeitpunkten der Wechselschalter in die gewünschte Lage versetzt wird. Es ist auch möglich, die Übertragungsfunktionen der Ladungsiibcrtragungsan-
4ü Ordnung vorher dadurch festzulegen, daß dazu der Wechselschalter vorher in die gewünschte Lage versetzt wird.
Lin wciicici vuitcli
uci. UtJU UlC
Das Ganze wirkt also wieder wie ein VorwärtsFilter. Wenn die Sperrelektrode an der negativen Spannung gehalten und die Trenndiffusionszone 12 soviel kürzer wie in Fig.4 angegeben, aber nicht kürzer als eine
geschwindigkeit der Ladungsübertragungsanordnung
4-) von der betreffenden Steuerelektrode nahezu nicht beeinflußt wird, weil diese Elektrode dieselben Abmessungen in der Transportrichtung wie die übrigen Steuerelektroden aufweisen kann.
Infolge der Tatsache, daß die Abmessungen der
in Steuerelektroden gleich gewählt werden können, wird erreicht, daß die Herstellung der Ladungsübertragungsarordnung nicht außerordentlich erschwert wird. Weiter ist durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung noch erzielt, daß bestimmte Signalbearbeitungen mit der Ladungsübertragungsanordnung auf einfachere, schnellere, genauere oder billigere Weise als bisher durchgeführt werden können.
In F i g. 5 ist ein Anwendungsbeispiel der Ladungsübertragungsanordnung nach der Erfindung dargestellt.
Mit Hilfe der dargestellten Anordnung können analoge Signale mit digitalen Signalen multipliziert werden. Die Anordnung enthält die Steuerelektroden 100— 110. 208, 209 und 210. Die Eingangsdiffusionszone 13 ist über eine Leiterbahn 15 und die Signalquelle 50 mit einem Punkt konstanten Potentials verbunden. Die Steuerelektroden 101, 105 und 109 sind mit dem Taktleiter A verbunden, der mit demjenigen Ausgang der Schaltspannungsquelie 40 verbunden ist, dem das Taktsignal mit der Phase Φ\
angeboten wird. Die Steuerelektroden 102, 106 und 110 sind mit dem Taktleiter B verbunden, der mit demjenigen Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden ist, dem das Taktsignal mit der Phase Φ2 angeboten wird. Die Steuerelektroden 103 und 107 sind mit dem Taktleiter C verbunden, der mit demjenigen Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden ist, dem das Taktsignal mit der Phase Φ, angeboten wird. Die Steuerelektrode 104 ist mit dem Taktleiter D verbunden, der mit demjenigen Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden ist, dem das Taktsignal mit der Phase Φα angeboten wird. Der Taktleiter D ist weiter mit den Kontakten 22, 25, 28 und 31 der Wechselschalter 20, 23, 26 bzw. 30 verbunden. Die anderen Kontakte 21, 24, 27 und 29 der genannten Wechselschalter sind mit der negativen Klemme der Gleichspannungsquelle E verbunden. Die positive Klemme der genannten Gleichspannungsquelle ist mit einem an Erdpotential liegenden Punkt verbunden. Die Steuerelektroden 108, 208, 209 und 210 sind mit den Hauptkontakten der Wechselschalter 20, 23, 26 bzw. 30 verbunden. Ferner sind in dem Halbleiterkörper die Trenndiffusionszonen 51, 52, 53 erzeugt, um eine Kanalteilung zu erzielen.
Die Wirkungsweise der Anordnung nach F i g. 5 ist folgende. Dem Eingang (13, 15) wird abwechselnd ein dem zu verabeitcnden Eingangssignal S proportionales Ladungspaket und kein Ladungspaket auf die oben an Hand der Anordnung nach Fig.4 beschriebene Weise angeboten. Von dem Eingang her werden die genannten L.adungspakete an den Trenndiffusionszonen 51 bis 53 in Teile aufgespaltet, die sich wie I : '/2 : 'Λ : '/s verhalten und die weiter in der Anordnung gegebenenfalls von den Steuerelektroden 108, 208, 209 bzw. 210 auf die
oben an Hand der F i g. 1 und 4 beschriebene Weise zurückgehaltei. werden können. Die Genauigkeit der Teilung hängt im wesentlichen von der Genauigkeit der Positionierung der Trenndiffusionszonen 51 bis 53 und der Gleichheit der .Schwellwertspannungen unter den Steuerelektroden ab.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die Ladung, die den oberhalb der Trenndiffusionszone 51 liegenden Kanalteil durchläuft, gleich 1/2 · S= Sn ist.
Die Ladung, die den zwischen den Trenndiffusionszonen 51 und 52 liegenden Kanalteil durchläuft, ist gleich '/4 ■ S= Si. Die Ladung, die den zwischen den Trenndiffusionszonen 52 und 53 liegenden Kanalteil durchläuft, ist gleich '/β ■ S=S2- Die Ladung, die den unter der Trenndiffusionszone 53 liegenden Kanalteil durchläuft, ist gleich '/β · S=Si. [edes Ladungspaket passiert auf seinem Wege zu dem Ausgang 14 der Anordnung eine Steuerelektrode, die für dieses Ladungspaket gegebenenfalls wie eine Sperrelektrode während einer Taktperiode wirkt, je nach der Lage des zugehörigen Wechselschalters 20, 23, 26 oder 29. Nach der Trenndiffusion gibt es wieder einen gemeinsamen Kanal, in dem sich diejenigen Ladungspakete eines Eingangsladungspakets, die nicht zurückgehalten gewesen sind, wieder treffen und ein neues Ladungspaket St bilden. Alle Teilpakete, die wohl während eines Taktimpulses verzögert worden sind, werden eine Periode später zu einem Ladungspaket S-, zusammengefügt und werden, gleich wie St, aber eine Periode später, zu dem Ausgang geführt. Am Ausgang erscheint dann zunächst Sj:
S4 = k„ ■ S1, + fc, ■ Sx + k2 ■ S2 f k., · S,
und eine Taktperiode später erscheint dann S,:
= (I - k„) -S1, + U — A1) - S1 +(I - k,)S, + {l- fc.,) · S.,
In den beiden Beziehungen (4) und(5) ist k:,(n = 0,1,2, 3)= +I, wenn das zugehörige Ladungspaket Sn nicht zurückgehalten gewesen ist, und k(n)=0, wenn das zugehörige Ladungspaket S(n) während einer Taktperiode zurückgehalten gewesen ist. Die Lauui^pakcic S4 und S% gelangen nacheinander an denselben Ausgang 16 und können mit Hilfe bekannter Techniken extern an verschiedene Signalleitungen angelegt werden. Die Ladungspakete S4 und S=, können aber auch in der Ladungsübertragungsanordnung selber dadurch voneinander getrennt werden, daß z. B. zwei Teilkanäle verwendet werden, die abwechselnd geöffnet und geschlossen werden, was z. B. dadurch erzielt werden kann, daß am Eingang jedes Teilkanals eine Sperrelektrode vorgesehen wird und diese Elektroden wechselweise gesperrt werden. Außerdem ist eine größere oder eine geringere Anzahl von Teilungen möglich als im Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 angegeben ist Überdies können die unterschiedlichen Teilungen nachei iander durchgeführt werden, so daß sich die Teilungen gegenseitig nicht beeinflussen können. Dadurch wird eine größere Genauigkeit erhalten. In gewissen Fällen ist es wünschenswert, den Kanal zu verbreitern, bevor die eigentliche Teilung stattfindet. Dies kann dadurch erzielt werden, daß dafür gesorgt wird, daß die Trenndiffusion schräg zu der Mitte des Hauptkanals verläuft. Die Steuerelektroden, die gegebenenfalls als Sperrelektrode wirken können, brauchen nicht wie in Fig.5 angegeben ist, in demselben Abstand von dem Eingang zu liegen. Wenn sie z. B. jeweils eine Stufe weiter angeordnet sind, ist es möglich, die Wechsel-
4(i schalter 20, 23, 26 und 30 in Reihe anzusteuern.
Kanalteilungen können auch auf andere Weise als in Fig. 5 angegeben erzielt werden, z.B. dadurch, daß
UAlUdIlUC! UlIgCtI UUCI Tl CllllgalCS VCI WCIIUCl WCIUCII.
Weiter können auch Ladungspakete mehrere Male
r. nacheinander zurückgehalten werden und sind andere Steuerungen am Eingang möglich.
Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Ladungsüberiragungsanordnungen sind von dem in der niederländischen Patentanmeldung 71 14 779 beschrie-
->o benen Typ. Es ist einleuchtend, daß die erfindungsgemäßen Maßnahmen auch bei anderen Ladungsübertragungsanordnungen angewandt werden können; siehe z. B. die niederländische Patentanmeldung 68 05 705 und z. B. »Electronics« vom 21. Juni 1971, S. 50—59.
ι") Die Ladungsübertragungsanordnung nach F i g. 6 enthält einen Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschicht 31 vom η-Typ, z. B. aus Silizium. Auf der genannten Halbleiterschicht 31 sind wenigstens auf einer Seite eine Anzahl von Steuerelektroden ange-
M) bracht, die nicht alle numeriert sind. Die Steuerelektrode 106 ist mit dem Ausgang der Schaltspannungsquelle 41 verbunden, an den das Taktsignal mit der Phase Φ abgegeben wird, während die Steuerelektrode 106' mit dem Ausgang der Schaltspannungsquelle 41 verbunden
bi ist, an den das Taktsignal mit der Phase Φχ abgegeben wird (siehe F i g. 7). Die Steuerelektrode !07 und die mit ihr verbundenen nichtnumerierten Steuerelektroden sind mit dem Ausgang der Schaltspannunssquelie 40
verbunden, an den das Taktsignal mit der Phase <P< abgegeben wird. Die Steuerelektrode 108 und die mit ihr verbundenen nichtnumerierten Steuerelektroden sind mit dem Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden, an den das Taktsignal mit der Phase Φ> abgegeben wird. Die Steuerelektrode 109 und die mit ihr verbundenen nichtnumerierten Steuerelektroden sind mit dem Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden, an den das Taktsignal mit der Phase Φι abgegeben wird. Die Steuerelektrode 110 und die mit ihr verbundenen nichtnumerierten Steuerelektroden sind mit dem Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden, an den das Taktsignal mit der Phase Φα abgegeben wird. Der zuletzt genannte Ausgang ist außerdem mit dem Kontakt 24 des Umschalters 23 und dem Kontakt 21 des Umschalters 20 verbunden. Die Kontakte 22 und 25 der Umschalter 20 bzw. 23 sind mit dem Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden, an den das Taktsignal mit der Phase Φ* abgegeben wird. Der Hauptkontakt des Umschalters 20 ist mit der Steuerelektrode 103 verbunden, während der Kontakt 21 mit der Steuerelektrode 102 verbunden ist. Der Hauptkontakt des Umschalters 23 ist mit der Steuerelektrode 105 verbunden, während der Kontakt 24 mit der Steuerelektrode 104 verbunden ist.
Die Steuerelektrode 100 ist mit dem Eingang eines Detektors 200 verbunden. Der Ausgang dieses Detektors 200 ist mit dem Eingang der Abtast- und Halteschaltung 201 und mit dem Eingang der Abtast- und Halteschaltung 202 verbunden. Die Ausgänge der Abtast- und Halteschaltungen 201 und 202 sind mit je einem Eingang eines Komparators 203 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang einer flankengesteuerten bistabilen Kippschaltung 204 verbunden ist. Der Ausgang der bistabilen Kippschaltung 204 betätigt einerseits den Umschalter 20 und ist andererseits mit dem Eingang eines Verzögerungskreises 210 verbunden. Der Ausgang des Verzögerungskreises 210 ist über den Verzögerungskreis 212 mit dem Punkt 213 verbunden.
Die Steuerelektrode 101 ist mit dem Eingang eines Detektors 205 verbunden. Der Ausgang des Detektors 205 ist mit dem Eingang der Abtast- und Halteschaltung 2Ö6 und dem Eingang der Abta^i- uiiu "riaitc^eiiuiuiMg 207 verbunden. Die Ausgänge der Abtast- und Halteschaltungen 206 und 207 sind mit je einem Eingang eines Komparators 208 verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang einer flankengesteuerten bistabilen Kippschaltung 209 verbunden ist. Der Ausgang der bistabilen Kippschaltung 209 betätigt einerseits den Umschalter 23 und ist andererseits mit dem Eingang eines Verzögerungskreises 211 erbunden, dessen Ausgang mit dem Punkt 214 verbunden ist. Die Steuereingänge 216 und 221 der Detektorschaltungen 200 und 205 sind mit dem Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden, an den das Taktsignal Φι abgegeben wird. Die Steuereingänge 215 und 220 der Detektorschaltungen 200 und 205 sind mit dem Ausgang der Schaltspannungsquelle 40 verbunden, an den das Taktsignal Φ\ abgegeben wird. Der Steuerein^ang 217 der Abtast- und Halteschaltung 201 und der Steuereingang 222 der Abtast- und Halteschaltung 207 sind mit dem Ausgang der Schaltspannungsquelle 41 verbunden, an den das Taktsignal mit der Phase Φ abgegeben wird. Der Steuereingang 218 der Abtast- und Halteschaltung 202 und der Steuereingang 223 der Abtast- und Halteschaltung 206 sind mit dem Ausgang der Schaltspannungsquelle 41 verbunden, an den das Taktsignal mit der Phase Φ* abgegeben wird. Der Steuereingang 219 der bistabilen Kippschaltung 204 und der Steuereingang 224 der bistabilen Kippschaltung 209 sind mit dem Ausgang der Schaltspannungsquelle 41 verbunden, an den das Taktsignal Φ« abgegeben wird.
Ί In d^r Halbleiterschicht 31 sind weiter die Trenndiffusionen 32, 33, 34 und 35 auf die dargestelHe Weise angebracht. Ferner sind in der genannten Halbleiterschicht 31 die beiden Eingangsdiffusionen 13 und 13' angebracht, die mit den Eingängen R bzw. A dein Ladungsübertragungsanordnung verbunden sind.
Für die Detektoren 200 und 205 können die aus der Literatur bekannten Schaltungen verwendet werden. So kann z. B. ein Detektor vom sogenannten »floating gate«-Typ Anwendung finden, wie in »Digest of
i> Technical Papers« der »International Solid State Circuits Conference«, Februar 1976, S. 194 und 195 beschrieben ist. Derselbe Detektortyp ist auch im Buch »Charge Transfer Devices«, Supplement 8, »Advances in Electronics and Electron Physics«, herausgegeben
-Ii von der Academic Press, New York, S. 53, Fig. 3.14c, S. 228, Fig. 6.15, usw. beschrieben. Weiter kann ein Detektor vom Typ mit einer Abtastdiffusion verwendet werden, wie z. B. in »Digest of Technical Papers« der »International Solid State Circuits Conference«, Febiu-
_'"i ar 1974, S. 156 und 157 beschrieben ist. Weiter kann ein Detektor vom Stromdetektionstyp vewendet werden, wie z. B. in »Transactions on Electron Devices«, Band ED 23, Nr. 2, S. 265 und folgende beschrieben ist.
Für die Abtast- und Halteschaltungen 201, 202, 206
m und 207 können z. B. Schaltungen verwendet werden, wie sie in »I.E.E.E. Journal of Solid State Circuits«, Band Sc 12, Nr. 3, Juni 1977, S. 233, Fig. 4 und 5 beschrieben sind. Als Komparator kann z. B. eine Schaltung vom Typ LM 311 der Firma Signetics verwendet werden, wie sie
r> in dem Data Handbook »Signetics Integrated Circuits« von 1976 im Kapitel »Analog«, S. 192 und 193 beschrieben ist.
Als bistabile Kippschaltung kann z. B. eine Schaltung vom Typ Philips HEF 4013 B verwendet werden, wie sie
4i) in dem Data Handbook »Digital Integrated Circuits — LOCMOS«, Sc 6, 10-77, Teil 6, Oktober 1977 beschrieben ist.
Die Wirkung ücr LauungMi'uci u ,iguiig^.niui umiiig nach F i g. 6 wird nun mit Hilfe des Zeitdiagrar^ns nach
ΐϊ Fig. 7 näher erläutert. Der Eingangsdiffusion 13' wird ein analoges Signal .4 zugeführt, wahrem! der Eingangsdiffusion 13 ein Bezugssignal zugeführt wird. Es wird nun angenommen, das zu einem bestimmten Zeitpunkt mit Hilfe dieser Diffusionen Ladungspakete
ii) A (n) bzw. R (n) der Ladungsübertragungsanordnung unter der Steuerung der Signale Φχ bzw. Φ* zugeführt werden. Das Ladungspaket R(n)\st nach Injektion am Eingang der Anordnung von dem Kanaltrenner 33 in zwei Teilpakets geteilt. Das über dem Kanaltrenner 33
ϊί liegende Teilpaket verfolgt seinen Weg durch die Ladungsübertragungsanordnung und wird später wieder durch den Kanaltrenner 34 geteilt, usw. Das unter dem Kanaltrenner 33 liegende Teilpaket gelangt in den untersten Kanal und befindet sich zum Zeitpunkt ίο
eo unter der Steuerelektrode 100 und wird dann vom Detektor 200 detektiert. Das an den Ausgang des Detektors abgegebene Signal wird von der Abtast- und Halteschaltung 201 abgetastet und vom Zeitpunkt ta an festgehalten. Die Steuerelektrode 100 wird zum
b5 Zeitpunkt fo" auf den Befehl des Steuereingangs 216 der Detektorschaltung 200 mit Hilfe dieser Detektorschaltung auf einen Spannungspegel gebracht, der gleich der Spannung am Eingang 215 dieser Detektorschaltung
200 ist. Zum Zeitpunkt η befindet sich da? Ladungspaket A (n)das zuvor mit Hilfe der Eingangsdiffusion 13' in die Ladungsübertragungsanordnung injiziert ist, unter der Steuerelektrode 100 und wird mit Hilfe des Detektors 200 delektiert. Das am Ausgang des Detektors 200 auftretende Signal wird von der Abtast- und Halteschaltung 202 zu fi abgetastet und vom Zeitpunkt u' an festgehalten. Die Steuerelektrode 100 wird zum Zeitpunkt h" auf den Befehl des Steuereingangs 216 der Detektorschaltung 200 auf einen Spannungspegel gebracht, der gleich der Spannung am Eingang 215 dieser Detektorschaltung 200 ist Die an den Ausgängen der beiden Abtast- und Halteschaltungen 201 und 202 auftretenden Signalwerte werden nun im Komparator
203 miteinander verglichen. Wenn das Ladungspaket A (n)gröüer als das Ladungspaket '/2 R (n)hl, erscheint am Ausgang des !Comparators eine logische l.und wenn das Ladungspaket A ^kleiner als das Ladungspaket '/2 R (n) ist, erscheint am Ausgang des !Comparators 203 eine logische 0. Dieser Ausgang liefert den Wert des ersten Biss.
Zum Zeitpunkt ti wird der Wert des am Ausgang des !Comparators 203 auftretenden logischen Signals mit der positiven Ranke des Steuersignals von der Kippschaltung 204 übernommen. Die Kippschaltung
204 gibt diesen Wert des logischen Signals an einen Verzögerungsabschnitt 210 weiter, der zusammen mit dem folgenden Verzögerungsabschnitt 212 dafür sorgt, daß das an den Ausgang der Kippschaltung 204 abgegebene logische Signal am Punkt 213 erscheint, wenn das von der Kippschaltung 209 abgegebene logische Signal, das auch zu dem Ladungspaket A (n) gehört, am Punkt 214 erscheint. Außerdem wird das logische Ausgangssignal der Kippschaltung 204 zur Steuerung des Umschalters 20 benutzt. Wenn das Ausgangssignal der Kippschaltung 204 eine logische 1 ist, wird der Hauptkontakt des Umschalters 20 mit dem Kontakt 21 verbunden. Wenn das Ausgangssignal der Kippschaltung 204 eine logische 0 ist, wird der Hauptkontakt des Umschalters 20 mit dem Kontakt 22 verbunden. Für die Diagramme nach F i g. 7 ist davon ausgegangen, daß das Ladungspaket A (n) kleiner als das Ladungspaket Ui R (n)\st. Zum Zeitpunkt 0 wird ein Ladungspaket Ua R(n) von der Steuerelektrode 103 zurückgehalten, weil der Hauptkontakt des Umschalters 20 mit dem Kontakt 22 verbunden ist. Erst zum Zeitpunkt U kann dieses Ladungspaket unter die Steuerelektrode 103 hindurch transportiert werden, wonach es von der Ladungsübertragungsanordnung weiter transportiert wird. Unter der neben der Steuerelektrode 103 liegenden Steuerelektrode treffen die Ladungspakete A (n) und Ua R (n) zusammen und werden zueinander addiert. Das Bezugsladungspaket '/2 R ^gelangt zum Zeitpunkt fc unter die Steuerelektrode 101 und wird mit Hilfe des Detektors 205 detektiert. Das am Ausgang des Detektors 205 auftretende Signal wird von der Abtast- und Halteschaltung 207 auf den Befehl des Eingangs 222 abgetastet und vom Zeitpunkt tb' an festgehalten. Die Steuerelektrode 101 wird zum Zeitpunkt th" auf den Befehl des Steuereingangs 221 der Detektorschaltung 2Ö5 auf einen Spannungspegel gebracht, der gleich der Spannung am Eingang 220 des Detektors 205 ist.
Zum Zeitpunkt I7 gelangt das I.adungspakel mit einer Größe gleich '/4 R (n) +A (n)un\cr die Steuerelektrode 101 und wird dann von dem Detektor 205 detektiert. Das am Ausgang des Detektors 205 auftretende Signal wird von der Abtast- und Halteschaltung 206 auf den
Befehl des Eingangs 223 abgetastet und vom Zeitpunkt ti' an festgehalten. Die Steuerelektrode 101 wird zum Zeitpunkt ti" auf den Befehl des Steuereingangs 221 der Detektorschaltung 205 auf einen Spannungspegel gebracht, der gleich der Spannung am Eingang 220 des Detektors 205 ist. In dem Komparator 208 werden die an den beiden Eingängen auftretenden Signalwerte miteinander verglichen. Wenn das Ladungspaket '/4 R(n) +A(n) größer als das Bezugsiadungspaket '/2 R (n) ist, erscheint am Ausgang des Komparators eine logische 1, und wenn das Ladungspaket Ua R (π) +A (tij kleiner als das Bezugsiadungspaket ist, erscheint am Ausgang des Komparators 208 eine logische 0. Zum Zeitpunkt te wird der Wert des am Ausgang des Komparators 208 auftretenden logischen Signals mit der positiven Flanke des Steuersignals von der Kippschaltung 209 übernommen. Die Kippschaltung 209 gibt diesen Wert dieses logischen Signals, das da: zweite Bit angibt, an den Verzögerungsabschnitt 211 weiter. Außerdem wird das logische Ausgangssignal der Kippschaltung 203 zur Steuerung des Umschalters 23 benutzt. Wenn das Ausgangssignal der Kippschaltung 209 eine logische 1 ist, wird der Hauptkontakt des Umschalters 23 mit dem Kontakt 24 verbunden. Wenn das Ausgangssignal der Kippschaltung 209 eine logische 0 ist, wird der Hauptkontakt des Umschalters 23 mil dem Kontakt 25 verbunden.
Für die Diagramme nach F i g. 7 ist davon ausgegangen, daß das Ladungspaket A (n)+ Ua R (n) größer ah das Bezugsiadungspaket Ui R(n)\sl. Zum Zeitpunkt η gelangt das Ladungspaket '/8 R (neunter die Steuerelek trode 105, wonach es zum Zeilpunkt Λα zugleich mit den-Sezugsladungspaket Ui R(n) unter die benachbarte Steuerelektrode gelangt. Diese beiden Pakete werder zueinander addiert, und dann wird das Paket Vs R(n, erhalten.
Auf die oben bereits für die ersten zwei Abschnitte beschriebene Weise kann die Ladungsüberlragungsan-Ordnung weiter ausgedehnt werden. Die folgende Gleichung wird dann:
A[n) +
tR[n).
In der obenstehenden Beschreibung folgt einen1
4~> Ladungspaket A (n) des Eingangssignals A das zugehö
rige Bezugsiadungspaket R(n). Es werden aber stetig
Ladungspakete am Eingang der LadungsUbertragungs
anordnung auf den Befehl der Schaltsignale Φλ und Φ* injiziert (siehe Fig.7). So wird der Detektor 200 nachdem er die Pakete Ui R(n)und A (/^delektiert hat die Pakete Ui R(n+\) und A(n+1) nacheinandci detektieren, usw. In den Diagrammen nach Fig. 2 isi angenommen, daß
'/2 R[n - I) + ' 4 R[n
+IX A[n + \)<t/lR[n)
-t I).
Im Ausführungsbeispiel der Ladungsübertragung«;.-]!! Ordnung nach Γ i g. 6 ist eine mögliche Integralionswci se dargestellt. Schematisch ist dies in Fig.8a nochmal' angegeben. Die darin verwendeten Bczugs/ifferr entsprechen denen des Aiisführungsbeispiek nach F i s. 6. Andere Intc^alionswciscn sine! sbcr siich möglich. In den f i g. 8b, 8c und 8d sind drei mögliche Integrationsformen dargestellt. Im Beispiel nacf I- i g. 8b ist der Absland zwischen den Trenndiffusionen
die als Teiler wirken, größer geworden. Dies hat einerseits den Vorteil, daß in der Längsrichtung der Ladungsübertragungsanordnung mehrere Anordnungsmöglichkeiten für die Sperrelektrode vorliegen, während anderereits der Vorteil erhalten wird, daß der ungünstige Einfluß der Rückwirkung der Sperrelektrode auf die Teilung weniger groß ist Das Ausführungsbeispiel nach Fig.8c ergibt den Vorteil, daß die Potentialmulden für die Teiler alle bis zu etwa dem geichen Pegel gefüllt werden. Dadurch werden Fehler in den Potentialmulden infolge von z. B. Schwellenunterschieden relativ auf ein Mindestmaß beschränkt Außerdem wird nun nie seitlicher Ladungstransport auftreten, wodurch die Transportgeschwindigkeit der Ladungsübertragungsanordnung optimal sein kann. Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 8d werden die Ladungspakete voneinander getrennt gehalten, wodurch sie am Ausgang der Ladungsübertragungsanordnung wieder verwendet werden können. Somit kann zwischen gequanteltem Signal und/oder analogem Signal gewählt werden.
In dem in Fig.6 gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Bezugsladung und die Signalladung von derselben Abtastelektrode detektiert. Es ist aber auch möglich, beide Ladungspakete mit Hilfe verschiedener Abtastglieder zu detektieren, wodurch die Abtast- und Halteschaltungen gegebenenfalls entfallen können. Es sei weiter bemerkt, daß Kanalteilungen auch auf andere als die angegebene Weise erzielt werden können, z. B. durch Anwendung von Ionenimplantation oder durch Anwendung von Oxidänderungen. Weiter können für die Steuerelektroden sowohl Polysilizium- als auch Aluminiumelektroden Anwendung finden.
Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten Ladungsübertragungsanordnungen sind von dem in der niederländischen Patentanmeldung 71 14 770 beschriebenen Typ. Es leuchtet ein, daß die Maßnahmen nach
ίο der Erfindung auch bei anderen Ladungsübertragungsanordnungen, wie z. B. den in der niederländischen Patentanmeldung 68 05 705 und z. B. den in »Electronics«, 21. Juni 1971, S. 50—59 beschriebenen Anordnungen, angewandt werden können.
is Die Ladungsübertragungsanordnung kann auch als vervielfachender Analog/Digitalumsetzer verwendet werden. Ferner kann, wenn eine genaue Teilung erforderlich ist, die Steuerelektrode über dem Anfang des Kanaltrenners anders bemessen, z.B. verbreitert ausgeführt werden. Außerdem kann mit der Ladungsübertragungsanordnung auch auf andere Weise das analoge Signal kodiert werden, z. B. in dem Grey-Code. Dazu können den Komparatoren Umkehrschaltungen nachgeordnet werden, wobei der Steuereingang einer solchen Umkehrschaltung mit dem Ausgang der vorhergehenden Kippschaltung verbunden wird, die die Umkehrschaltung gegebenenfalls einschaltet
Hierzu 7 Blatt Zcichnunc.cn

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Ladungsübertragungsanordnung mit einem Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschicht von einem ersten [.eitungstyp, wobei Mittel, mit deren Hilfe örtlich Information in Form von Ladung in die Halbleiterschicht eingeführt wird, sowie Auslesemittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe Information anderswo in der Schicht ausgelesen wird, wobei in wenigstens auf einer Seite der Schicht Steuerelektroden vorhanden sind, durch die mittels Mehrphasentaktsignalen kapazitiv elektrische Felder in der Halbleiterschicht erzeugt werden, mit deren Hilfe die von den Einlesemitteln erzeugten Ladungspake- ι ί te in einer zu der Schicht parallelen Richtung zu den Auslesemitteln transportiert werden können, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Steuerelektroden oder ein Teil derselben mit Schaltmittf Ln zum Zuführen einer Spannung verbunden ist, die während einer bestimmten Zeit gleich einer Phase der Taktspannung ist, die zusammen mit den Taktspannungen an den benachbarten Steuerelektroden für den Transport von Ladungspaketen iji dem darunterliegenden Kanal sorgt und während 2i einer anderen bestimmten Zeit gleich einer Sperrspannung ist, die den Transport von Ladungspaketen in dem unter der genannten Steuerelektrode liegenden Kanal verhindert
2. Ladungsübertragungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Schaltmittel durch einen Wechselschalter gebildet werden, dessen Ha jptkon^kt mit der betreffenden Steuerelektrode verbunden und dessen einer Kontakt mit einem Anschluß; ankt zum Anlegen π einer Sperrspannung und dessen anderer Kontakt mit demjenigen Taktleiter verbunden ist, mit dem die betreffende Steuerelektrode beim Fehlen des Wechselschalters normalerweise verbunden wäre
g)
3. Ladungsübertragungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffende Steuerelektrode in zwei oder mehrerv Teile in einer zu der Transportrichtung der Ladungsübertragungsanordnung senkrechten Richtung aufgeteilt ist.
4. Ladungsübertragungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, durch die der Transportkanal in eine Anzahl von Kanalteilen aufgeteilt wird, die gleich der Anzahl von Teilen ist, in die die betreffende Steuerelektrode aufgespaltet ist, wobei jeder der Teile der Steuerelektrode als eine Steuerelektrode für den darunterliegenden Kanalteil wirkt.
5. Ladungsübertragungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Mittel durch Trenndiffusionszenen gebil let werden, wobei jede der Trenndiffusionszonen zwischen zwei nebeneinander liegenden Teilen der aufgespalteten Steuerelektrode angebracht ist, wobei jeder dieser Teile die betreffende Trenndiffusionszone (eilweise überlappt, und wobei sich diese Trenndiffusionszone im wesentlichen in der Transportrichtung des Kanals erstreckt.
6. Ladungsübertragungsanordnung nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4, 5 dadurch gekennzeichnet, daß vor der Sperrelektrode, gegebenenfalls über oder in demselben Kanal, mindestens ein Abtastglied angeordnet ist, das mit einem Detektor verbunden ist, der gegebenenfalls direkt mit einem Komparator verbunden ist, der die Größe des am Ausgang des Detektors auftretenden Signals mit einem Bezugssignal vergleicht, wobei das Ausgangssignal des Komparator^ gegebenenfalls über Verzögerungselemente dem Steuereingang der genannten Schaltmittel augeführt wird.
7. Ladungsübertragungsanordnung na_h Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Eingang der Ladungsübertragungsanordnung zwei durch eine Trenndiffusion voneinander getrennte Eingangsdiffusionen angebracht sind und die eine Eingangsdiffusion ein Bezugssignal und die andere Eingangsdiffusion das zu verarbeitende Signal erhält, wodurch in der Ladungsübertragungsanordnung Bezugsladungspakete und Signalladungspakete erzeugt werden, daß in dem Kanal, in dem die Bezugsladungspakete transportiert werden, eine zweite Trenndiffusion für Teilung der Bezugsladungspakete angebracht ist, die sich mindestens bis zu der Sperrelektrode fortsetzt, und daß das Abtastglied nacheinander das Bezugssignal und das Signal abtastet.
8. Ladungsübertragungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Teile der Ladungspakete mit Hilfe einer Trenndiffusion die ein zweites Abtastglied passiert und sich bis zu einer zweiten Sperrelektrode fortsetzt, aufs neue geteilt wird.
9. Ladungsübertragungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereingänge der Schaltmittel, die zu der ersten und der zweiten Sperrelektrode gehören, über je einen Verzögerungskreis mit einem Ausgang der Ladungsübertragungsanordnung verbunden sind.
DE2844248A 1977-10-13 1978-10-11 Ladungsübertragungsanordnung Expired DE2844248C3 (de)

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