DE69030142T2 - Mit verbesserter Ausgangsstruktur ausgestattetes Ladungstransfer-Bauelement - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Ladungsübertragungsvorrichtung, wie etwa eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD Charge Coupled Device).
• Ein erdfreier (floating) oder schwebender Diffusionsbereich wird oft als Ladungsdetektormittel bei Festkörper-Ladungsübertragungvorrichtungen verwendet. In einer solchen Ladungsübertragungsvorrichtung wird eine Signalladung, die über den Kanalbereich des Ladungsübertragungsabschnitts übertragen wurde, in den erdfreien Diffusionsbereich geführt. Nachdem eine Anzahl Ladungen zu dem erdf reien Diffusionsbereich übertragen wurde, werden diese in ein Signal in Form einer Spannung verwandelt, das ausgegeben wird, wobei die Ladungen zu einem Rücksetz-Drain über einen Kanal unter einem Rücksetz-Gate abgeführt werden.
• Der erdfreie Diffusionbereich und der Rücksetz-Drainbereich sind mit Verunreinigungen dotierte Bereiche, die voneinander getrennt in einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind. Das Rücksetz-Gate ist auf dem Halbleitersubstrat zwischen dem erdfreien Diffusionsbereich und dem Rücksetz-Drainbereich über einer isolierenden Schicht vorgesehen. Der erdfreie Diffusionsbereich, die Rücksetz-Gateelektrode und der Rücksetz-Drainbereich bilden einen Feldeffekttransistor (Rücksetztransistor).
• Das Abfließen der Ladungen aus den erdfreien Diffusionsbereich wird durch AN-Schalten dieses Rücksetztransistors erreicht. Um dieses Abfließen von Ladungen durchzuführen, sollte die Spannung des Rücksetz-Drain höher als ein bestimmter Pegel sein und auf diesem bestimmten Pegel gehalten werden. Gleichzeitig sollte die Kanalspannung unter der Rücksetz-Gateelektrode in dem vorgenannten AN-Zustand des Rücksetztransistors etwas niedriger als jene des Rücksetz-Drainbereichs sein. Aus diesen Gründen ist die Amplitude des an die Rücksetz-Gateelektrode anzulegende Pulse für gewöhnlich größer als jene des Übertragungs-Pulses des Ladungsübertragungsabschnitts. Bei einer ladungsgekoppelten Vorrichtung mit einem versenkten und n-leitenden Kanal ist die Amplitude des Übertragungs-Pulses z.B. 5 Volt, jene des Rücksetz-Pulses 8 Volt und die an den Rücksetz-Drainbereich angelegte Spannung gleich 12 Volt. Wenn in diesem Beispiel desweiteren der Rücksetz-Puls zwischen 0 und 8 Volt schwingt, ändert sich die Kanalspannung unter der Rücksetz- Gatelektrode zwischen 7 Volt und etwa 13,5 Volt. Da die Kanalspannung (etwa 13,5 Volt) eines Rücksetztransistors in dem AN-Zustand höher als die bei 12 Volt liegende Drain- Spannung ist, wird der Rücksetztransistor in den AN-Zustand eines vollständigen Übertragungsmodus getrieben, um die Spannung des erdfreien Diffusionsbereichs zurückzusetzen, so daß der Drainbereich zurückgesetzt wird.
• In einem einen Bildsensor einer ladungsgekoppelten Vorrichtung verwendenden System, wie z.B. etwa einem Faxsystem, ist die Versorgungsspannung der peripheren Schaltungen, welche die Ausgabe der ladungsgekoppelten Vorrichtung verwenden, so niedrig wie etwa 5 Volt, so daß gefordert wird, daß die ladungsgekoppelte Vorrichtung bei einer niedrigen Versorgungsspannung betrieben werden kann.
• Die Drain-Spannung von 12 Volt kann relativ einfach mit einem Spannungs-Booster erreicht werden. Jedoch ist ein Spannungs-Booster zur Verstärkung von 5 Volt des Rücksetz-Pulses auf 8 Volt komplexer als der vorgenannten Booster von 5 Volt auf 15 Volt, und dementsprechend sollte die Verwendung dieser Schaltungen bei integrierten Halbleiterschaltungen vermieden werden. Andererseits ist bei dem oben beschriebenen Beispiel, wenn ein Rücksetz-Puls mit 5 Volt Amplitude an die Rücksetz-Gateelektrode angelegt wird, die Kanalspannung des Rücksetztransistors im AN-Zustand bei 11 Volt, d.h. niedriger als die 12 Volt Spannung am Rücksetz-Drainbereich. Im Ergebnis wird der Rücksetztransistor in den AN- Zustand in einem unvollständigen Übertragungsmodus getrieben. In einem solchen unvollständigen Übertragungsmodusbetrieb ist es unmöglich, die Signalladungen vollständig aus dem erdfreien Diffusionsbereich zu entladen, und der dynamische Bereich des Ausgabesignals wird dementsprechend eingeschränkt.
• In diesem Zusammenhang offenbart die offengelegte japanische Patentanmeldung JP-59-138376 eine Ausgabeschaltung für eine ladungsgekoppelte Vorrichtung, die bei einer niedrigen dem Rücksetz-Drainbereich zugeführten Spannung betrieben werden kann. Zwei Beispiele sind dort offenbart. In dem ersten Beispiel sind erste und zweite Gates zwischen dem erdfreien Diffusionsbereich und dem Rücksetz-Drainbereich angeordnet. Das erste Gate, ähnlich dem Ladungsübertragungsabschnitt, enthält ein Paar Sperr- oder Barriere-Elektroden und eine Speicherelektrode. Das zweite Gate wird mit der gleichen Spannung wie das Ausgabegate versorgt, das benachbart dem erdfreien Diffusionsbereich in dem Ladungsübertragungsbereich ausgebildet ist, wobei aber der darunterliegende isolierende Film dicker ist, um die Kanalspannung darunter niedriger als die Kanalspannung unter dem Ausgabegate zu halten. Die Ladungen in dem erdfreien Diffusionsbereich werden, nachdem sie unter die Speicherelektrode des ersten Gates übertragen wurden, zu dem Rücksetz-Drainbereich entladen. Das erste Gate empfängt den gleichen Puls, der auch an das Ausgabegate angelegt wird. Auf diese Art kann die dem Rücksetz-Drainbereich zugeführte Spannung abgesenkt werden, da die Spannung des Rücksetz-Drainbereichs ausreicht, um einen Wert leicht niedriger als die Kanalspannung unter der Speicherelektrode des ersten Gates zu haben, wenn die Kanalspannung einen niedrigeren Wert annimmt. Die Übertragung von dem erdfreien Diffusionsbereich nach unterhalb der Speicherelektrode des ersten Gates wird in einem unvollständigen Übertragungsmodus durchgeführt, da die Kanalspannung unter der ersten Barriere-Elektrode niedriger als unter der Speicherelektrode ist.
• In dem zweiten Beispiel werden ein drittes Gate und ein Zwischen-Drain zwischen dem erdfreien Diffusionsbereich und dem ersten Gate im ersten Beispiel angeordnet, und ein Kondensator mit hoher Kapazität ist zwischen das Zwischen- Drain und den Masseanschluß geschaltet. Die Ladungen in dem erdfreien Diffusionsbereich werden, nachdem sie zunächst unter den Zwischen-Drain über das dritte Gate entladen wurden, letztendlich in den auf einer konstanten Spannung gehaltenen Rücksetz-Drain entladen. Das Übertragen der Ladungen aus dem erdfreien Diffusionsbereich zu dem Rücksetz- Drain wird in einem unvollständigen Übertragungsmodus durchgeführt. Indem an das zweite Gate ein anderer Puls als an das Ausgabegate angelegt wird, kann die Spannung am Rücksetz-Drain weiter abgesenkt werden. Ein Puls mit einer größeren Amplitude wird jedoch benötigt, wenn die Ladung unter der Speicherelektrode des ersten Gates an das Rücksetz-Drain entladen wird.
• Die Spannung an dem Rücksetz-Drain ist sowohl im ersten als auch in dem zweiten Beispiel niedriger als die Kanalspannung unter der Speicherelektrode.
• Da die Spannung an dem Rücksetz-Drain der Bildung eines Übertragungskanals in einer ladungsgekoppelten Vorrichtung vom Typ mit versenktem Kanal entspringt, kann es nötig werden, nicht nur die an das Rücksetz-Drain anzulegende Spannung abzusenken, sondern auch die Verunreinigungskonzentration in der Kanalschicht und die Spitzenwertspannung des Übertragungspulses zu ändern. Deshalb ist es nicht notwendigerweise von Vorteil, die Rücksetz-Drainspannung niedrig zu halten.
• Eine Festkörper-Ladungsübertragungsvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist in EP-A-0096166 offenbart. Diese Vorrichtung enthält eine Reihe beabstandeter Elektroden, die auf einem Substrat zwischen einem Ausgabebereich und einem Drainbereich vorgesehen sind. Ein Rücksetz-Puls wird an die erste Elektrode der Reihe angelegt, und Phasentaktpulse werden an die dazwischenliegenden Elektroden der Reihe angelegt. Ein Setz-Puls wird an die letzte Elektrode angelegt. Diese Struktur erweitert die obere Grenze der Spannungsänderung des Ausgabebereichs.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Ladungsübertragungsvorrichtung zu schaffen, die für den normalen Betrieb mit einer einzelnen Quelle einer niedrigen Versorgungsspannung geeignet ist.
• Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrische Ladungsübertragungsvorrichtung zu schaffen, die frei von der Verschlechterung des dynamischen Bereichs ist, auch wenn die Amplitude des Rücksetz-Pulses gleich jener des Übertragungspulses ist.
• Diese Aufgaben werden durch eine Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1 erreicht, wobei die abhängigen Ansprüche weitere Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.
• Bei einer erfindungsgemäßen elektrischen Ladungsübertragungsvorrichtung ist ein Ausgabegate als Endstufe eines Ladungsübertragungsabschnitts vorgesehen, und ein erdfreier Diffusionsbereich ist benachbart dem Ausgabegate vorgesehen. Eine Rücksetz-Gateelektrode ist benachbart dem erdfreien Diffusionsbereich, und benachbart der Rücksetz-Gateelektrode ist ein Rücksetz-Drainbereich. Ein Kondensator mit hoher Kapazität ist zwischen dem Rücksetz-Drainbereich und einem Bezugsspannungsanschluß geschaltet. Außerdem liegt ein Barriere-Gate benachbart dem Rücksetz-Drainbereich, und ein Absorptions-Drainbereich ist in der Nähe des Barriere-Gates angeordnet. Das Barriere-Gate hat eine Barriere-Gateelektrode, die auf einem Halbleitersubstrat über einen Gate-Isolierfilm angeordnet ist, und die Kanalspannung unter der Barriere-Gateelektrode ist niedriger als jene der Rücksetz-Gateelektrode bei dem Rücksetzbetrieb. Der bevorzugte Zustand dieses Mittels wird verwirklicht, indem die Gatelänge der Barriere-Gateelektrode etwas verlängert wird, wobei eine Rücksetz-Gateelektrode eine geeignete Gatelänge hat, um einen kurzen Kanaleffekt zu verwirklichen.
• Darüberhinaus ist ein Spannungs-Booster zwischen dem Absorptions-Drainbereich und einem externen Anschluß vorgesehen.
• Dieser Spannungs-Booster kann mit einer Schaltung leicht verwirklicht werden, um die Amplitude des Übertragungs-Pulses, der dem Ladungsübertragungsabschnitt zugeführt wird, zu vergrößern.
• Die Anwesenheit des Spannung-Boosters ermöglicht es, daß die Spannung des Absorptions-Drainbereiches genügend absinkt, auch wenn die Spannung der Leistungsquelle niedrig ist.
• Die Ladungen in dem erdfreien Diffusionsbereich werden periodisch entladen, nämlich zunächst vorübergehend in den Rücksetz-Drainbereich, der mit dem Kondensator verbunden ist, und dann in das Absorptions-Drain, das mit dem Spannungs-Booster verbunden ist. Da der Kondensator mit hoher Kapazität mit dem Rücksetz-Drainbereich verbunden ist, können dessen Spannungsfluktuationen ignoriert werden. Die Spannung an dem Rücksetz-Drainbereich kann als auf die Kanalspannung unter der Barriere-Gateelektrode festgelegt betrachtet werden. Da die Spannung unter der Barriere-Gateelektrode kleiner als unter der Rücksetz-Gateelektrode gesetzt ist, wird der Rücksetztransistor, der aus dem erdfreien Diffusionsbereich, der Rücksetz-Gateelektrode und dem Rücksetz-Drainbereich besteht, in dem AN-Zustand in einem vollständigen Übertragungsmodus getrieben. Signalladungen, die in dem erdfreien Diffusionsbereich verbleiben, können vollständig mit einer Quelle einer niedrigen Versorgungsspannung abgeführt werden.
• Die obengenannten und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden unter Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung in Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlicher, in denen zeigt:
• Fig. 1 eine grobe Querschnittsansicht zur Beschreibung der Ausgabeschaltungsstruktur einer ladungsgekoppelten Vorrichtung vom n-Typ mit innenleitendem Kanal entsprechend der ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
• Fig. 2 eine Kurve, die die Beziehung zwischen der Kanalspannung und der Gatespannung der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
• Fig. 3 ein Schaltdiagramm, das den in der ersten Ausführungsform verwendeten Spannungs-Booster zeigt;
• Fig. 4 eine grobe Querschnittsansicht und ein Spannungsdiagramm zur Verwendung bei der Beschreibung des Betriebs der ersten Ausführungsform; und
• Fig. 5 eine grobe Querschnittsansicht zur Beschreibung der Ausgabe-Schaltungsstruktur einer ladungsgekoppelten Vorrichtung vom n-Typ mit versenktem Kanal entsprechend der zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform.
• In Fig. 1 ist bei einer ersten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform ein Diffusionsbereich 2 vom n-Typ über der Oberfläche eines Siliziumsubstrats 1 vom p-Typ ausgebildet, dessen Verunreinigungskonzentration bei 5 x 10¹&sup5;cm&supmin;³ liegt. Die Verunreinigungskonzentration, Dicke und Breite des Diffusionsbereichs 2 vom n-Typ sind jeweils 2 x 10¹&sup6; cm³, 1 µm bzw. 10 µm. Über der Oberfläche des Siliziumsubstrats 1 ist ein 100 Nanometer dicker Gateoxidfilm 4 vorgesehen, oberhalb dessen Übertragungselektroden 5a und 5b, eine Ausgabegateelektrode 6 und eine Rücksetz-Gateelektrode 8 angeordnet sind. Diese Elektroden sind aus phosphordotierten, polykristallinen Siliziumfilmen mit 400 Nanometern Dicke und mit einem Schichtwiderstand von 20 Ω/ ausgebildet. Jede von ihnen ist 5 Ωm breit (Gatelänge). In dem Diffusionsbereich 2 vom n-Typ mit innenleitendem Kanal unter den Übertragungselektroden werden abwechselnd Barriere-Bereiche bzw. Barriere-Schichten 3 vom p-Typ (1 x 10¹&sup5;cm&supmin;³ Verunreinigungskonzentration und höchstens 0,1 µm Dicke) ausgebildet. Die mit einer der Barriere-Schichten 3 vom p-Typ ausgestattete Übertragungselektrode ist eine Barriere-Elektrode, während diejenige, die keine hat, die Speicherelektrode ist. Ein erdfreier Diffusionsbereich 7 des n&spplus;-Typs (2 x 10¹&sup7;cm&supmin;³ Verunreinigungskonzentration) ist benachbart einer Position unmittelbar unterhalb der Ausgabegateelektrode vorgesehen. Die Position unmittelbar unter der Rücksetz-Gateelektrode 8 ist dem erdfreien Diffusionsbereich 7 einerseits und einem Rücksetz-Drain 9 (ein Diffusionsbereich vom n&spplus;-Typ mit 2 x 10¹&sup7;cm&supmin;³ Verunreinigungskonzentration) andererseits benachbart.
• Benachbarte Paare der Übertragungselektroden 5a und 5b werden jeweils mit Übertragungstakten ∅&sub1; und ∅&sub2; versorgt, die 5 Volt im hohen Pegel und 0 Volt im niedrigen Pegel haben und um 180º zueinander außer Phase sind. Eine feste Gatespannung VOG ( 3 V zum Beispiel) wird an die Ausgabegateelektrode 6 zur Steuerung des Flusses der Ladungen aus dem Ladungsübertragungsabschnitt in den erdfreien Diffusionsbereich 7 angelegt. Der Rücksetzelektrode 8 wird ein Rücksetztakt ∅R zugeführt, der mit dem Takt ∅&sub1; in Phase, aber kürzer als der Takt ∅&sub1; in der Hochpegeldauer ist, wobei 5 V als hohen Pegel und 0 V als niedrigen Pegel hat, um die Spannung des erdfreien Diffusionsbereichs 7 auf jene des Rücksetz-Drainbereichs 9 in regelmäßigen Intervallen durch Abführen der Ladungen aus dem erdfreien Diffusionsbereich 7 in den Rücksetz-Drainbereich 9 zurückzusetzen. Der erdfreie Diffusionsbereich 7 ist mit der Gateelektrode eines MOS- Transistors Tr1 vom n-Kanal-Anreicherungstyp in einer Source-Folgerschaltung verbunden, die aus dem Transistor Tr1 und einem MOS-Transistor Tr2 vom n-Kanal-Verarmungstyp gebildet ist.
• Bei der ersten Ausführungsform ist das Rücksetz-Drain 9 über einen Kondensator C geerdet, dessen Kapazität (z.B. 5 Picofarad) 100 bis 1000 mal größer als die Kapazität (z.B. 0,01 Picofarad) des erdfreien Diffusionsbereichs 7 ist. Eine Sperr- oder Barriere-Gateelektrode 10 (phosphordotierter, polykristalliner Siliziumfilm) mit 10 µm Gatelänge ist oberhalb des Gateoxidfilms 4 über dem Diffusionsbereich 2 vom n-Typ benachbart dem Rücksetz-Drainbereich 9 vorgesehen, und mit einer externen Energiequelle 16 verbunden. Benachbart dem Diffusionsbereich 7 vom n-Typ unterhalb der Barriere-Gatelektrode 10 ist ein Absorptions-Drainbereich 11 (ein Diffusionsbereich vom n&spplus;-Typ mit 2 x 10¹&sup7;cm&supmin;³ Verunreinigungskonzentration) angeordnet, an den eine Spannung von 12 Volt über einen Spannungs-Booster 15 angelegt wird.
• In Fig. 3 sind die MOS-Transistoren M&sub1;, M&sub2;...M&sub8; kaskadenförmig geschaltet. Diese MOS-Transistoren haben einen gemeinsamen Gateoxidfilm mit 100 µm Dicke und Source/Drainbereiche mit 2 x 10¹&sup7;cm&supmin;³ Verunreinigungskonzentration und zeigen eine Schwellspannung von 0,7 V. Die MOS-Transistoren M&sub1; bis M&sub8; werden auf dem selben Halbleiterchip wie die ladungsgekoppelte Anordnung vom n-Typ mit innenleitendem Kanal ausgebildet.
• Das Gate des MOS-Transistors M&sub1; wird mit dem Übertragungstakt ∅&sub1; versorgt. Der Übertragungstakt ∅&sub1; wird auch an die Ausgabeseite der MOS-Transistoren M&sub2;, M&sub4;, M&sub6; und M&sub8; über die Kondensatoren C&sub2;, C&sub4;, C&sub6; und C&sub8; angelegt. An die Ausgabeseite der MOS-Transistoren M&sub1;, M&sub3;, M&sub5; und M&sub7; wird der Übertragungstakt ∅&sub2; über Kondensatoren C&sub1;, C&sub3;, C&sub5; und C&sub7; angelegt. Die Kapazität der Kondensatoren C&sub1;, C&sub2;...C&sub8; liegt jeweils bei 3 Picofarad. Somit verwendet der Spannungs- Booster diodengeschaltete MOS-Transistoren anstelle von Dioden in einer achtfachen Spannungsverdopplungsschaltung. Die Verwendung der Übertragungstakte ∅&sub1; und ∅&sub2; mit jeweils 5 V Amplitude, ergibt eine Gleichspannung von etwa 12 V. Die Anzahl der Stufen ist erhöht, wegen der schlechteren Fähigkeit dieser Schaltung im Vergleich mit einer Schaltung unter Verwendung von Dioden, angesichts des Back-Gate-Effekts der MOS-Transistoren, eine effiziente Verstärkung zu erzielen.
• Bei der Ausgabeschaltung aus Fig. 1 sind die Gatelängen LR und LB der Rücksetz-Gateelektrode und der Barriere-Gateelektrode gleich 5 µm bzw. 10 µm. In Fig. 2 wird, wenn 5 V an die Rücksetzgateelektrode 8 angelegt werden, die Kanalspannung ψRH unterhalb der Gateelektrode gleich 11 V, und die Kanalspannung ψb unterhalb der Barriere-Gateelektrode, die auf einer konstanten Spannung von 5 V gehalten wird, wird auf 10,5 V festgelegt. Unabhängig von der den Gateelektroden zugeführten gleichen Spannung, beruht die Differenz der Kanalspannung darunter, auf dem kurzen Kanaleffekt (der ein Problem, beginnend mit einer Gatelänge von etwa 7 µm darstellt).
• Da eine hohe Spannung (12 V) an den Absorption-Drainbereich 11 angelegt wird, ist die Spannung an dem Rücksetz-Drainbereich 9 gleich der Kanalspannung (ψB = 10,5 V) unterhalb der Barriere-Gateelektrode, wie es in Fig. 4 gezeigt wird.
• Wenn nun der Rücksetztakt ∅R seinen hohen Pegel (5 V) zum Zeitpunkt t&sub1; erreicht, wird die Kanalspannung ψRH unterhalb der Rücksetzgateelektrode 8 entsprechend Fig. 2 gleich 11 V, und dieser Pegel ist höher als die Spannung VRD (= ψB = 10.5 V) des Rücksetz-Drains 9. Deshalb wird zum Zeitpunkt des Rücksetzens der Rücksetztransistor 12 in den AN-Zustand für den vollständigen Übertragungsmodus getrieben, wodurch die Signalladungen in dem erdfreien Diffusionsbereich 7 vollständig abfließen und die Spannung in diesem Diffusionsbereich 7 auf den gleichen Pegel wie die Spannung VRD (= 10,5 V) des Rücksetz-Drainbereichs 9 zurückgesetzt wird.
• Der AN-Zustand des Rücksetz-Transistors 12 führt zu einem Einfließen von Ladungen von dem erdfreien Diffusionsbereich 7 in den Rücksetz-Drainbereich 9 und dementsprechend zu einer Änderung der Spannung VRD an dieser Stelle, aber die Änderung in der Spannung VRD aufgrund des Einfließens der Ladungen kann vernachlässigt werden, wenn die Kapazität des Kondensators C hinreichend groß ist.
• Anschließend, nach dem Zeitpunkt t&sub2;, fällt der Rücksetztakt ∅R auf seinen niedrigen Pegel, und zum Zeitpunkt t&sub3; fließt eine Signalladung 40 in den erdfreien Diffusionsbereich 7.
• Hier wird die Spannungsänderung aufgrund des Einfließens der Ladung 40 in den erdfreien Diffusionsbereich 7 in den Bereich von ψb bis ψRL gewährleistet, wie es aus Fig. 4 ersichtlich ist, wobei ψRL die Kanalspannung unterhalb der Rücksetzgate-Elektrode 8 ist, wenn der Rücksetztakt uR im niedrigen Pegel ist. Wenn nun niedrige Pegel des Rücksetztakts ∅R gleich 0 V ist, wird ψB - ψRL gleich 3,5 V, da ψRL nach Fig. 2 gleich 7 V ist. Da eine 2-Volt-Variation für gewöhnlich als ausreichend erachtet wird, kann ein hinreichender dynamischer Bereich mit einer Eingabespannung von 5 V sichergestellt werden.
• Fig. 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer zweiten bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dahingehend, daß die Gatelänge einer Barriere-Gateelektrode 10a gleich 5 µm ist, was gleich derjenigen der Rücksetz-Gateelektrode 8 ist, und dadurch, daß ein Barriere-Bereich 17 vom p-Typ unterhalb dieser Barriere-Gateelektrode 10a ausgebildet ist. Der Barriere-Bereich 17 vom p-Typ ist 0,3 µm tief, und seine Verunreinigungskonzentration muß nicht höher sein - bzw. kann halb so hoch sein wie jene des Barriere-Bereichs 3 vom p-Typ. In jedem Fall ist er so angeordnet, daß die Kanalspannung ψB unterhalb der Barriere-Gateelektrode 10a niedriger als die Kanalspannung ψRH unterhalb der Rücksetz-Gateelektrode 8 ist, was der Spannung zu dem Zeitpunkt entspricht, zu dem der Rücksetztakt ∅R mit dem hohen Pegel angelegt wird, so daß die Ladungen in dem erdfreien Diffusionsbereich 7 vollständig abfließen können.
• Wie hier beschrieben wurde, ermöglicht es die Erfindung, durch Vorsehen eines Absorptions-Drainbereichs über ein Barriere-Gate in einer Stufe, die dem Rücksetz-Drainbereich, der mit einem Kondensator verbunden ist, folgt, die Kanalspannung des Barriere-Gates niedriger als jene unter der Rücksetz-Gateelektrode während des Rücksetzbetriebs zu gestalten, und durch Vorsehen eines Spannungs-Boosters, dessen Ausgabespannung an den Absorptions-Drainbereich angelegt wird, eine Ladungsübertragungsvorrichtung zu erhalten, welche frei von der Beeinträchtigung des dynamischen Bereiches ist, die von fehlerhaftem Rücksetzen des erdfreien Diffusionsbereich resultiert, auch wenn die Versorgungsspannung oder die Treiberpulse, die von außerhalb angelegt werden, eine niedrige Spannung haben. Da der Ladungsübertragungsabschnitt die aus dem Stand der Technik bekannten Struktur haben kann und keine Veränderung benötigt, kann die Spannungsanforderung abgesenkt werden, ohne dabei ein größeres Neudesign zu benötigen.

Claims (6)

1. Festkörper-Ladungsübertragungsvorrichtung mit:

einem Übertragungsabschnitt (2) für elektrische Ladungen in einem Halbleitersubstrat (1),

einem Schwebediffusionsbereich (7), der dem Ladungsübertragungsabschnitt (2) für elektrische Ladungen in dem Halbleitersubstrat (1) folgend ausgebildet ist,

einem Rückstelldrainbereich (9) in der Nähe und getrennt von dem Schwebediffusionsbereich (7) in dem Halbleitersube strat (1),

einer Ausgangsgateelektrode (6), die auf dem Halbleitersubstrat (1) zwischen dem Ladungsübertragungsabschnitt (2) für elektrische Ladungen und dem Schwebediffusionsbereich (7) ausgebildet ist, zum Steuern des Einfließens der elektrischen Ladungen von dem Übertragungsabschnitt (2) für elektrische Ladungen an den Schwebediffusionsbereich (7) und einer Rückstellgateelektrode (8), die auf dem Halbleitersubstrat (1) zwischen dem Schwebediffusionsbereich (7) und dem Rückstelldrainbereich (9) angeordnet ist, zum Rückstellen des Potentials des Schwebediffusionsbereichs (7) auf das des Rückstelldrainbereichs (9),

gekennzeichnet durch weiterhin einen Absorptionsdrainbereich (11), der in der Nähe und getrennt von dem Rückstelldrainbereich (9) in dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist,

eine Sperrgateelektrode (10), die auf dem Halbleitersubstrat (1) zwischen dem Rückstelldrainbereich (9) und dem Absorptionsdrainbereich (11) vorgesehen ist,

einen Kondensator (C) der zwischen dem Rückstelldrainbereich (9) und einem Bezugspotentialanschluß eingefugt ist, einen Spannungsverstärker, der mit dem Absorptionsdrainbereich (11) verbunden ist, um eine Versorgungsspannung, die der Festkörper-Ladungsübertragungsvorrichtung zugeführt wird, zu erhöhen.

2. Festkörper-Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Kanalpotential unterhalb der Sperrgateelektrode (10) niedriger als das Kanalpotential unter der Rückstellgateelektrode (8), wenn sie im Rückstellbetrieb ist, eingestellt ist.

3. Festkörper-Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Gatelänge der Sperrgateelektrode (10) größer ist als die Länge der Rückstellgateelektrode (8).

4. Festkörper-Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Störstoff desselben Leitfähigkeitstyps wie bei dem Absorptionsdrainbereich (11) in das Halbleitersubstrat (1) eingebracht ist.

5. Festkörper-Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Halbleitersubstrat (1) ein P-Silizumsubstrat ist,

wobei Übertragungselektroden (5a, 5b) in dem Übertragungsabschnitt (2) für elektrische Ladungen, die Ausgangsgateelektrode (6), die Rückstellgateelektrode (8) und die Sperrgateelektrode (10) über einem N-Diffusionsbereich angeordnet sind, der selektiv über die Oberfläche des P-Siliziumsubstrats (1) über einem Gateoxidfilm ausgebildet ist.

6. Festkörper-Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spannungsverstärker (C) eine Schaltung zum Vergrößern der Amplitude eines Übertragungspulses ist, der von einem externen Anschluß zugeführt wird und den Übertragungsabschnitt (2) für elektrische Ladungen treibt.