DE69115527T2

DE69115527T2 - Ladungsübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69115527T2
Application number: DE69115527T
Authority: DE
Inventors: Kazuo Miwada
Original assignee: NEC Corp; Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-03-10
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 1996-07-18
Anticipated expiration: 2011-03-12
Also published as: JPH03261150A; EP0447917B1; DE69115527D1; JP2707784B2; EP0447917A3; EP0447917A2; US5224134A

Description

Hintergrund der Erfindung

Feld der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Ladungsübertragungsvorrichtung und insbesondere eine Ausgabeschaltung für eine Ladungsübertragungsvorrichtung, die auf einer Substratoberfläche einen elektrisch floatenden Diffusionsbereich enthält.

Beschreibung des Standes der Technik

Im allgemeinen umfassen Ladungsübertragungsvorrichtungen mit einem versenkten Kanal eine Ausgabeschaltung, die eine hohe Spannung benötigt, um eine übertragungsladung zu lesen. Andererseits sind die meisten der gegenwärtigen Systeme vom 5-Volt-Versorgungsspannungstyp und haben deshalb eine Pumpschaltung zur Erzeugung einer hohen Spannung und eine Gleichstrom-Klammerschaltung, die die erzeugte hohe Spannung empfängt, um eine kalibrierte hohe Spannung der Ausgabeschaltung der Ladungsübertragungsvorrichtung zuzuführen. Da jedoch die Ladungsübertragungsvorrichtungen unvermeidbar z.B. bei der Herstellung eine Verteilung bzw. Variationen aufweisen, zeigt auch ein Potential eines Kanals unter einem Rücksetz-Gate ebenfalls eine Verteilung oder eine Variation. Um die Verteilung oder Variation des Kanalpotentials auszugleichen, war es nötig, eine komplizierte Anpassung für eine Rücksetzpulsspannung vorzunehmen. EP-A-0292895 offenbart eine Ladungsübertragungsvorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 6. Diese Ladungsübertragungsvorrichtung enthält ein Spannerfolgermittel, um zu veranlassen, daß die Drain- Rücksetzspannung dem Kanalpotential folgt, das durch das Potentialdetektormittel detektiert wird, wenn der Rücksetztransistor in dein Rücksetzarbeitsvorgang ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Ladungsübertragungsvorrichtung zu schaffen, die den oben erwähnten Nachteil der bekannten überwindet.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ladungsübertragungsvorrichtung zu schaffen, die automatisch die Kanalpotentialvariation ausgleicht.
Die oben erwähnten Aufgaben der Erfindung werden erfindungsgemäß durch eine Ladungsübertragungsvorrichtung erreicht, wie sie in den Ansprüchen 1 oder 6 angegeben ist.
Diese Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen deutlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A ist eine diagrammartige Schnittansicht einer bekannten Ladungsübertragungsvorrichtung der Bauart mit versenkten Kanal;
Fig. 1B und 1C zeigen zwei verschiedene Zustände von Potentialtälern (potential wells), die in der in Fig. 1 gezeigten Ladungsübertragungsvorrichtung ausgebildet sind;
Fig. 2 ist eine Kurve, die eine Beziehung zwischen einer Gatespannung und einem Potential eines versenkten Kanals zeigt;
Fig. 3A ist ein Schaltdiagramm einer Gleichstrom-Klammerschaltung zur Anpassung des Rücksetzpulses φR, die auf die Ausgabeschaltung der Ladungsübertragungsvorrichtung angewendet wird;
Fig. 3B ist eine Zeitsteuerungstafel, die einen Betrieb der Fig. 3A gezeigten Klammerschaltung zeigt;
Fig. 4 ist ein Schaltdiagramm einer Ausführungsforin der erfindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtung;
Fig. 5 zeigt ein Potentialtal in der Ausgabeschaltung der in Fig. 4 gezeigten Ladungsübertragungsvorrichtung;
Fig. 6 ist eine Zeitsteuerungstafel, die einen Betrieb der in Fig. 4 gezeigten Ladungsübertragungsvorrichtung zeigt; und
Fig. 7 ist ein Schaltdiagramm einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform der Ladungsübertragungsvorrichtung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 1A zeigt eine diagrammartige Schnittansicht einer herkömmlichen Ladungsübertragungsvorrichtung mit versenkten Kanal.
In Fig. 1A enthält die Ladungsübertragungsvorrichtung ein Halbleitersubstrat 1 vom p-Leitfähigkeits-Typ mit einer oberen Oberfläche, die mit einer isolierenden Schicht 2 überzogen ist. Übertragungselektroden 2a, 2b und 2c und ein Ausgabegate 3 sind auf der isolierenden Schicht 2 vorgesehen. An die Übertragungselektroden 2a, 2b und 2c wird ein Zweiphasen-Übertragungstakt angelegt, nämlich es werden alternativ die Takte φ&sub2; und φ&sub2; angelegt, die entgegengesetzte Phasen haben, und das Ausgabegate 3 ist mit einer festen Ausgabe-Gatespannung VOG verbunden. Ein floatender Diffusionsbereich 4 ist auf einem Oberflächenbereich des Substrats 1 unter der isolierenden Schicht 2 ausgebildet, um so eine übertragene Signalladung in einer Potentialänderung umzuwandeln. Benachbart dem floatenden Diffusionsbereich 4 ist ein Rücksetzgate 5 auf der isolierenden Schicht 2 ausgebildet. Das Rücksetzgate 5 ist zum Empfang eines Rücksetzpulses φR synchron mit dem Übertragungstakt verbunden. Zusätzlich ist ein Rücksetzdrain 6 auf einem Oberflächenbereich des Substrats 1 unter der isolierenden Schicht 2 und benachbart dem Rücksetzgate 5 ausgebildet. Das Rücksetzdrain 6 ist mit einer konstanten Rücksetzspannung VRD verbunden. Der floatende Diffusionsbereich 4, das Rücksetzgate 5 und das Rücksetzdrain 6 bilden einen Rücksetztransistor des MOS-Typs.
Eine Diffusionsschicht 7 vom n-Leitfähigkeits-Typ ist auf dem Oberflächenbereich des Substrats ausgebildet, um so einen versenkten Kanal des Ladungsübertragungsabschnitts und einen Kanal des Rücksetztransistors zu bilden, und eine Anzahl von Barrierenschichten 8 vom p-Leitfähigkeits-Typ sind in der n-Typ-Diffusionsschicht 7 ausgebildet.
Der Betrieb der Ladungsübertragungsvorrichtung wird mit Bezug auf die Fig. 1B und 1C erklärt, die zwei verschiedene Zustände der Potentialtäler zeigen, die in der in Fig. 1A gezeigten Ladungsübertragungsvorrichtung ausgebildet werden.
(1) Wenn der Takt φ&sub1;, der an die Übertragungselektroden 2a und 2c der Ladungsübertragungsvorrichtung angelegt wird, einen hohen Pegel hat, und wenn der Takt φ&sub2;, der an die Übertragungselektroden 2b angelegt wird, einen niedrigen Pegel hat, fließt eine elektrische Ladung, wie es durch einen Pfeil 201 angezeigt ist, und wird in einem Bereich unter einer Elektrode auf der Ausgabenseite der Übertragungselektroden 2a (Fig. 1B) angesammelt.
(2) Wenn der Takt φ&sub1;, der an die Übertragungselektroden 2a und 2c angelegt wird, in den niedrigen Pegel gebracht wird, und wenn der Takt φ&sub2;, der an die Übertragungselektroden 2b angelegt wird, in einen hohen Pegel gebracht wird, fließt die elektrische Ladung, die in dem Bereich unter der Elektrode auf der Ausgabenseite der Übertragungselektrode 2a angesammelt wurde, in den floatenden Diffusionsbereich 4 über einen Kanalbereich unter dem Ausgabengate 3, an dem die feste Ausgabengatespannung VOG angelegt wird, wie es durch einen Pfeil 202 (Fig. 1C) angedeutet wird. Somit wird die Signalladung in Form eines Spannungssignals detektiert.
(3) Wenn die an die Übertragungselektroden 2a, 2b und 2c angelegten Takte erneut in denselben Zustand - wie unter dem Zustand (1) - gebracht werden, und wenn der Rücksetzpuls φR auf einen hohen Pegel gebracht wird, fließt die Signalladung - wie durch einen Pfeil 203 angegeben - so, daß die Signalladung an dem Rücksetzdrain 6 entnommen wird.
Durch Wiederholen des oben geschilderten Verfahrens werden Signalladungen, die zu der Ausgabeschaltung übertragen wurden, sequentiell in Form einer Signalspannung ausgelesen.
Bei der oben geschilderten Ladungsübertragungsvorrichtung wird die Ladungsmenge, die in eine Spannung durch den floatenden Diffusionsbereich 4 gewandelt werden kann, durch eine Differenz ΔVFD zwischen der an die Rücksetzdrain 6 angelegten Rücksetzspannung VRD und einem Potential ψOG unter der mit der Ausgabegatespannung VOG versorgten Ausgabegate 3 bestimmt. ΔVFD = VRD - ψOG . Der Wert von ΔVFD darf nicht kleiner als ein bestimmter konstanter Wert sein, um einen benötigten dynamischen Bereich sicherzustellen.
Im Fall eines versenkten Kanals haben die Gatespannung und das Potential des versenkten Kanals eine Beziehung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist. Nämlich, wie aus Fig. 2 zu sehen ist, ist das Potential des versenkten Kanals ψG unter der Gateelektrode wesentlich höher als die Gateelektrodenspannung VG. Um andererseits sicherzustellen, daß die Signalladung sanft von einem Bereich unter den Übertragungselektroden 2a zu einem Bereich unter der Ausgabenelektrode 3 übertragen wird, muß das Potential des Bereichs unter dem Ausgabegate 3 niedriger als das Potential sein, wenn die Transferelektrode 2a im niedrigen Pegel (ψG = 7 V) ist. Für gewöhliche wird das Ausgabengate deshalb mit einer Ausgabengatespannung VOG = 3 V versorgt, so daß das Potential des Bereichs unter dem Ausgabegate auf ψOG = 0,5 V gebracht wird.
Dementsprechend muß, um sicherzustellen, daß der dynamische Bereich von ΔVFD = 2,5 V ist, die Rücksetzspannung VRD als eine hohe Spannung von 12 V gesetzt werden, wie es in Fig. 2 zu sehen ist. Wenn es so gesetzt wird, daß VRD = 12 V ist, muß das Kanalpotential ψRH, wenn der Rücksetzpuls φR in einem hohen Pegel ist, wenigstens höher als VRD sein (nämlich höher als der Punkt C in Fig. 2). Deshalb muß der hohe Pegel des Rücksetzpulses φR ein hohes Potential von etwa gleich 6,5 V aufweisen.
Im Vergleich mit dem oben beschriebenen Spannungszustand sind die meisten der gewöhnlichen Systeme vom 5-Volt-Spannungsversorgungstyp, und deshalb wird die Rücksetzspannung VRD durch Rochpumpen der Versorgungsspannung auf 12 V erhalten. Der Rücksetzspuls φR wird durch eine Gleichstrom- Klammerschaltung unter Verwendung einer Diode D erhalten, wie sie in Fig. 3A zu sehen ist. Die Klammerschaltung wird betrieben, um einen niedrigen Pegel des Eingabepulses φR1 auf einer Spannung VOFF festzuhalten, die durch einen durch Widerstände R&sub1; und R&sub2; gebildeten Spannungsteiler bestimmt ist. Genauer gesagt wird, da der niedrige Pegel des Eingabepulses φR1 durch einen vorwärtsgerichteten Spannungsabfall der Diode D niedriger als VOFF wird - wie es in der in Fig. 3B gezeigten einen Betrieb der in Fig. 3A gezeigten Klammerschaltung illustrierenden Zeitsteuerungstafel zu sehen ist - der niedrige Pegel des Rücksetzpulses φR auf (VOFF - VF) und der hohe Pegel des Rücksetzpulses φR auf (5 + VOFF - VF) pegelverschoben.
Das Potential ψG des versenkten Kanals hat jedoch in bezug auf die Gatespannung VR gewöhnlicherweise eine Herstellungsverteilung oder Variation von ±1,5 V. Deshalb muß die hohe Pegelspannung des Rücksetzpulses φR veränderbar innerhalb eines Bereichs von einem Punkt F zu einem Punkt F in Fig. 2 sein, nämlich in dem Bereich von 4,5 V bis 8,0 V. Das heißt, daß die Spannung VOFF in der in Fig. 3A gezeigten Gleichstrom-Klammerschaltung verändert werden muß, um die Herstellungsverteilung oder Variation auszugleichen. Für diesen Zweck wird es notwendig, den Widerstandswert des Widerstands R&sub1; oder R&sub2; in der bekannten Schaltung anzupassen, was eine sehr komplizierte Einstellung erfordert.
Fig. 4 zeigt ein Schaltdiagramm einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtung. In Fig. 4 haben Elemente, die jenen in Fig. 1 gezeigten entsprechen, dieselben Bezugszeichen und ihre Erklärung wird deshalb weggelassen.
Die gezeigte Ladungsübertragungsvorrichtung hat eine ψRH- Detektionsschaltung 10 zur Detektion des Potentials ψRH des Kanals unter einem Rücksetzgate 5, wenn der Rücksetzpuls φR in einem hohen Pegel ist, und eine Klammerschaltung 11, die einen Vergleicher 14 mit einer Diode, deren Anode mit dem Ausgang des Vergleichers 14 verbunden ist, und mit einem Kondensator C&sub1;, der ein mit einer Kathode der Diode D&sub1; verbundenes Ende hat. Die Klammerschaltung 11 vergleicht ein Kanalpotential ψRH mit einer Rücksetzspannung VRD, um so automatisch einen hohen Pegel des Rücksetzpulses VRD zu steuern, mit dem Zweck, eine Beziehung ψRH = VRD herzustellen. Die gezeigte Ladungsübertragungsvorrichtung enthält auch eine φR-Spitzenwert-Halteschaltung 12, die aus einer Diode D2, deren Anode mit der Kathode der Diode D1 verbunden ist, und aus einem Kondensator C2, dessen eines Ende mit der Anode der Diode D2 verbunden und dessen anderes Ende geerdet ist, zusammengesetzt ist. Die φR-Spitzenwert- Halteschaltung 12 arbeitet zum Halten eines hohen Pegels des Rücksetzpulses φR Das Bezugszeichen 13 bezeichnet eine Ausgabeschaltung der Ladungsübertragungsvorrichtung, die in geeigneter Weise betrieben wird.
Die ψRH-Detektionsschaltung 10 enthält einen MOS-Transistor, der aus einem Sourcebereich 41 und einem Drainbereich 61 zusammengesetzt ist, die in dem p-Typ-Substrat 1 ausgebildet sind, und einen n-Typ-Diffusionsbereich 71 der zwischen dem Sourcebereich 41 und dem Drainbereich 61 ausgebildet ist. Die isolierende Schicht 2 bedeckt den Sourcebereich 41, den n-Typ-Diffusionsbereich 7 und den Drainbereich 61, die in dem p-Typ-Substrat 1 ausgebildet sind. Eine Gateelektrode 51 ist auf der isolierenden Schicht 2 oberhalb des n-Typ-Diffusionsbereichs 7, der zwischen dem Sourcebereich 41 und dem Drainbereich 61 ausgebildet ist, ausgebildet. Der MOS-Transistor der ψRH-Detektionsschaltung 10 ist ein "Dummy"-Transistor, der dieselben Eigenschaften in bezug auf die Größe, die Spannungsverstärkung, die Durchlaßeigenschaften und anderen wie ein MOS-Transistor (der Rücksetztransistor) hat, der aus dem floatenden Diffusionsbereich 4, dem Rücksetzgate 5 und dem Rücksetzdrain 6 in der Ausgabeschaltung 13 der Ladungsübertragungsvorrichtung ausgebildet ist.
Das Drain 61 des Dummy-Transistors ist mit einer Hochspannung VDD verbunden, die nicht kleiner als die Rücksetzspannung VRD ist. Andererseits ist die Source 41 über einen Widerstand R geerdet, der einen Widerstandswert hat, der einige Male größer als der An-Widerstand des Dummy-Transistors ist. Die Gateelektrode 51 ist mit der Kathode der Diode D2 der φR-Spitzenwert-Halteschaltung 12 verbunden.
Der Betrieb der ψRH-Detektionsschaltung 10 wird unter Bezug auf Fig. 5 erklärt, die ein Potentialtal schildert, das in dem Dummy-Transistor der ψRH-Detektionsschaltung 10 ausgebildet wird.
Unter Vernachlässigung des vorwärts gerichteten Spannungsabfalls VF der Diode D&sub2; wird der hohe Pegel des Rücksetzpulses φR als Ausgabespannung V&sub2; der φR-Spitzenwert-Halteschaltung 12 ausgegeben und an das Gate 51 angelegt. Dementsprechend wird das Potential des Kanals unter dem Gate 51 gleich dem Potential des Kanals unter dem Rücksetzgate 5, wenn der Rücksetzpuls φR in dem hohen Pegel ist. Unter diesem Umstand wird das Sourcepotential V&sub3; des Dummy- Transistors gleich dem Potential ψRH des Kanals unter dem Gate 51, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Der Grund dafür ist, daß Elektronen über den Widerstand R in die Source 41 fließen, aber daß nur der Teil der Elektronen, die in die Source geflossen sind, der das Kanalpotential ψRH unter der Gateelektrode 51 überschreitet, in dem Drain 61 absorbiert wird, an das die Spannung VDD angelegt wird. Deshalb kann das Kanalpotential ψRH in Form der Sourcespannung V&sub3;(V&sub3; = ψRH) detektiert werden, und die detektierte Spannung wird mit der Rücksetzspannung VRD der Ausgabeschaltung 13 der Ladungsübertragungsvorrichtung durch den Vergleicher 14 der Klammerschaltung 11 verglichen.
Nun soll der Betrieb der Klammerschaltung 11 unter Bezug auf Fig. 6 erläutert werden.
Unter der Annahme, daß VRD > V&sub3; zur Zeit t&sub1; ist, steigt die Ausgabespannung V&sub4; des Vergleichers 14 an. Wie in Fig. 6 gezeigt wird, verursacht der Anstieg der Ausgabespannung V&sub4; des Vergleichers 14 einen Anstieg der Gleichstromkomponente der Ausgabe V&sub1; der Klammerschaltung 11, der eine pegelverschobene Ausgabe eines Eingabepulses φR1 ist. Die Ausgabe V&sub1; der Klammerschaltung 11 wird dem Rücksetzgate 5 als Rücksetzpuls zugeführt, und ein Spitzenwert der Ausgabe V&sub1; der Klammerschaltung 11 wird durch die φR-Spitzenwert-Halteschaltung 12 gehalten. Tatsächlich ist durch den vorwärts gerichteten Spannungsabfall VF der Diode D&sub2; die Ausgabespannung V&sub2; der φR-Spitzenwert-Halteschaltung 12 niedriger als der Spitzenwert der Klammerschaltungsausgabe V&sub1;. Deshalb steigt durch den Anstieg der Ausgabespannung der Ausgabe V&sub4; des Vergleichers 14 die Ausgabespannung V&sub2; der Spitzenwert-Halteschaltung 12. Die Ausgabespannung V&sub2; der φR-Spitzenwert-Halteschaltung 12 verursacht einen Anstieg der Ausgabespannung V&sub3; der ψRH-Detektionsschaltung 10. Letztendlich wird der oben beschriebene Rückgekoppelungsschleifenbetrieb wiederholt, bis V&sub3; = VRD wird.
Zur Zeit t&sub2;, wenn V&sub3; = VRD wird, ist durch den vorwärts gerichteten Spannungsabfall VF der Diode D&sub2; der Pegel des Rücksetzpulses φR höher als die benötigte minimale Spannung. Dies ist vorzuziehen, da der vorwärts gerichtete Spannungsabfall VF der Diode D&sub2; als Spannungsrahmen vorhanden ist. Somit kann ein idealer, hoher Pegel des Rücksetzpulses φR gesetzt werden.
Wie aus dem obenstehenden ersichtlich ist, arbeitet die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform zur automatischen Anpassung des Rücksetzpulses φR mit dem Effekt, daß das Potential ψRH des Kanals unter dem Rücksetzgate 5 ständig konsistent mit der Rücksetzspannung VRD ist (bzw. etwas niedriger als VRD ist). Deshalb ist es möglich, den Nachteil zu vermeiden, durch den das Kanalpotential ψRH in bezug auf denselben Rücksetzpuls φR variiert. Zusätzlich ist es auch möglich, ein aufwendiges und kompliziertes Verfahren einer Widerstandsanpassung für die Pegelanpassung des Rücksetzpulses zu vermeiden.
In Fig. 7 ist ein Schaltdiagramm einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtung gezeigt. In Fig. 7 haben Elemente, die jenen in Fig. 4 entsprechen, dieselben Bezugszeichen und eine detaillierte Erklärung derselben wird deshalb weggelassen.
Die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ladungsübertragungsvorrichtung enthält die ψRH-Detektionsschaltung 10 zur Detektion des Potentials ψRH des Kanals unter dem Rücksetzgate 5, wenn der Rücksetzpuls φR im hohen Pegel ist, und die φR-Spitzenwert-Halteschaltung 12 zum Halten des Spitzenwertes des Rücksetzpulses φR und eine Ausgabeschaltung 13 der Ladungsübertragungsvorrichtung - ähnlich wie die erste Ausführungsform. Jedoch enthält die zweite Ausführungsform keine Klammerschaltung 12, die in der ersten Ausführungsform vorgesehen ist. Die zweite Ausführungsform ist gekennzeichnet dadurch, daß der hohe Pegel und der niedrige Pegel des Rücksetzpulses φR festgelegt sind und daß die Source 41 des Dummy-Transistors direkt mit dem Rücksetzdrain 6 des Rücksetztransistors verbunden und ebenfalls über einen Kondensator C&sub3; geerdet ist. Deshalb steuert die zweite Ausführungsform nicht den hohen Pegel des Rücksetzpulses φR. Im Ersatz dafür ist die zweite Ausführungsform so gestaltet, daß sie verursacht, daß die Drainspannung VRD dem Potential ψRH des Kanals unter dem Rücksetzgate folgt, wenn der festgelegte hohe Pegel des Rücksetzpulses φR angelegt wird.
Nun wird der Betrieb der zweiten Ausführungsform erläutert. Unter der Annahme, daß der Rücksetzpuls φR von einer externen Vorrichtung zugeführt wird, hält die φR-Spitzenwert- Halteschaltung 12 den hohen Pegel des Rücksetzpulses φR und gibt eine Ausgabespannung V&sub1;&sub2; aus, die mit dem hohen Pegel des Rücksetzpulses φR konsistent ist, wenn angenommen wird, daß der vorwärts gerichtete Spannungsabfall an der Diode D&sub2; gleich Null ist. Die Ausgabespannung V&sub1;&sub2; wird an das Gate 51 des Dummy-Transistors angelegt. Im Ergebnis wird das Kanalpotential des Dummy-Transistors gleich dem Kanalpotential ψRH des Rücksetztransistors, wenn der Rücksetzpuls φR im hohen Pegel ist - ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform. Dementsprechend wird das Kanalpotential ψRH von dem Dummy-Transistor in Form der Sourcespannung V&sub1;&sub1; des Dummy-Transistors ausgegeben und an das Rücksetzdrain 6 des Rücksetztransistors angelegt.
Mit der oben beschriebenen Anordnung kann das Kanalpotential ψRH zum Zeitpunkt des Rücksetzens konsistent mit dem Potential des Rücksetzdrains gemacht werden. Dementsprechend ist es möglich, eine aufwendige Pegelanpassung des Rücksetzpulses φR zu vermeiden.
Wie aus dem oben geschilderten ersichtlich ist, hat die zweite Ausführungsform eine Schaltungskonstruktion, die wesentlich einfacher ist als jene der ersten Ausführungsform.
Die oben geschilderten Ausführungsformen waren Ladungsübertragungsvorrichtungen mit versenktem Kanal. Jedoch kann die Erfindung auch auf mit Oberflächenkanal-Ladungsübertragungsvorrichtungen angewendet werden. Zusätzlich kann die Erfindung auch angewendet werden, wenn der Leitungstyp der jeweiligen Bereiche in der Ladungsübertragungsvorrichtung invertiert wird.
Bei der zweiten Ausführungsform kann ein Puffer zwischen der Source 41 des Dummy-Transistors und dem Rücksetzdrains des Rücksetztransistors eingefügt werden. Bei dieser Modifikation ist es möglich, eine Potentialvariation zu unterdrücken, die beim Rücksetzen auftritt.
Wie aus dem oben beschriebenen ersichtlich ist, ist die erfindungsgemäße Ladungsübertragungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das Potential des Kanals unter dem Rücksetzgate so detektiert wird, daß eine minimale Rücksetzpulsspannung oder Rücksetzdrainspannung, die zur Beendigung des Rücksetzvorgangs des Rücksetztransistors benötigt wird, automatisch an das Rücksetzgate oder das Rücksetzdrain angelegt wird.
Mit diesem Merkmal kann die Variation des Kanalpotentials unter dein Rücksetzgate ausgeglichen werden, die durch Herstellungsvariationen verursacht wird, und deshalb kann das aufwendige Spannungsanpassungsverfahren für den Rücksetzpuls weggelassen werden.
Zusätzlich kann, da das Kanalpotential und die Rücksetzdrainspannung im wesentlichen gleichgemacht werden können, der Spannungs-Betriebsbereich der Vorrichtung selbst dementsprechend vergrößert werden.
Die Beschreibung wurde somit dargelegt und unter Bezug auf die spezifischen Ausführungsformen beschrieben. Es ist jedoch anzumerken, daß die Erfindung nicht durch die Details der geschilderten Strukturen beschränkt ist und daß Änderungen und Modifikationen innerhalb des Rahmens der beiliegenden Ansprüche möglich sind.

Claims

1. Ladungsübertragungsvorrichtung mit:

einem Ladungsübertragungsabschnitt mit einem Ladungsübertragungsbereich, der in einem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist, und mit Übertragungselektroden (2a, 2b, 2c), die auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet sind; einem Rücksetztransistor (4, 5, 6) mit einem in dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildeten floatenden Diffusionsbereich (4) zum Empfang einer von dem Ladungsübertragungsabschnitt übertragenen elektrischen Ladung, mit einem Rücksetz-Drain (6), an den eine Rücksetzspannung (VRD) angelegt wird, und mit einem Rücksetz-Gate (5), das oberhalb eines Kanals (7) zwischen dem floatenden Diffusionsbereich (4) und dem Rücksetz-Drain (6) ausgebildet ist, wobei an das Rücksetz-Gate (5) ein Rücksetzpuls (φR; V&sub1;) angelegt wird; und

einem Spannungsdektormittel (10) zum Detektieren einer Spannung eines Kanals des Rücksetztransistors (4, 5, 6), wenn der Rücksetztransistor in einem Rücksetzarbeitsvorgang ist; gekennzeichnet durch

ein Spannungsfolgermittel (11), um die Spannung des Kanals (7) des Rücksetztransistors zu veranlassen, der Rücksetzspannung (VRD) zu folgen, wenn der Rücksetztransistor in dem Rücksetzarbeitsvorgang ist.

2. Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem enthält: eine über einen ihrer Eingänge mit dem Rücksetz-Gate (5) des Rücksetztransistors verbundene Spitzenwerthalteschaltung (12), um einen Spitzenpegel der Rück- setzspannung zu halten, wobei das Spannungsdetektormittel (10) einen Dummy-Transistor enthält, der über eine Drain- Elektrode (61) zum Empfang einer Spannung (VDD) mit einem absoluten Wert, der größer als die Rücksetzspannung ist, verbunden ist, der mit einer Source-Elektrode (41) über einen Widerstand (R) mit einem Widerstandswert, der beträchtlich größer ist als der An-Widerstand des Dummy-Transistors selbst, geerdet ist, und der über eine Gate-Elektrode (51) mit einem Ausgang der Spitzenwerthalteschaltung (12) verbunden ist, wobei der Dummy-Transistor dieselben Charakteristika hat wie der Rücksetztransistor.

3. Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Spitzenwerthalteschaltung (12) eine Diode (D&sub2;) enthält, welche eine mit dem Rücksetz-Gate (5) des Rücksetztransistors verbundene Anode und eine mit der Gate-Elektrode (51) des Dummy-Transistors verbundene Kathode hat, und mit einem Kondensator (C2), dessen eines Ende mit der Kathode der Diode und dessen anderes Ende mit Masse verbunden ist.

4. Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, die außerdem enthält: eine Klammerschaltung (11) mit einem Vergleicher (14), der einen ersten mit der Drain-Elektrode (41) des Dummy-Transistors verbundenen Eingang und einen zweiten mit dem Rücksetz-Drain (6) des Rücksetztransistors verbundenen Eingang hat, eine zweite Diode (D&sub1;) mit einer mit dem Ausgang des Vergleichers (14) verbundenen Anode und einer mit dem Rücksetz-Gate (5) des Rücksetztransistors verbundenen Kathode.

5. Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Spannungsfolgermittel betrieben wird, um die Spannung des Kanals (7) des Rücksetztransistors konsistent mit der Rücksetzspannung (VRD) zu machen, wenn der Rücksetztransistor in dem Rücksetzarbeitsvorgang ist.

6. Ladungsübertragungsvorrichtung umfassend:

einen Ladungsübertragungsabschnitt mit einem Ladungsübertragungsbereich, der in einem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist, und mit Übertragungselektroden (2a, 2b, 2c), die auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet sind; einen Rücksetztransistor mit einem in dem Haibleitersubstrat ausgebildeten floatenden Diffusionsbereich (4) zum Empfang einer von dem Ladungsübertragungsabschnitt übertragenen elektrischen Ladung, mit einem Rücksetz-Drain (6), an den eine Rücksetzspannung (V&sub1;&sub1;) angelegt wird, und mit einem Rücksetz-Gate (5), das oberhalb eines Kanals zwischen dem floatenden Diffusionsbereich (4) und dem Rücksetz-Drain (6) ausgebildet ist, wobei an das Rücksetz-Gate (5) ein Rücksetzpuls (φL) angelegt wird;

ein Spannungsdetektormittel (10) zum Detektieren einer Spannung eines Kanals des Rücksetztransistors, wenn der Rücksetztransistor in einem Rücksetzarbeitsvorgang ist; ein Spannungsfolgermittel, um zu veranlassen, daß die Rücksetzspannung (V&sub1;&sub1;) der durch das Spannungsdetektormittel (10) detektierten Spannung folgt, wenn der Rücksetztransistor in dem Rücksetzarbeitsvorgang ist; dadurch gekennzeichnet, daß außerdem enthalten sind:

eine Spitzenwerthalteschaltung (12), die mit dem Rücksetz- Gate (5) des Rücksetztransistors zum Halten eines Spitzenpegels der Rücksetzspannung verbunden ist, wobei das Spannungsdetektormittel (10) einen Dummy-Transistor enthält, der über eine Drain-Elektrode (61) zum Empfang einer Spannung verbunden ist, welche einen absoluten Wert größer als die Rücksetzspannung hat, der mit einer Source-Elektrode (41) über einen Widerstand (R) mit einem Widerstandswert&sub1; der beachtlich größer als der An-Widerstand des Dummy-Transistors selbst ist, geerdet ist, und der über eine Gate- Elektrode (51) mit einem Ausgang der Spitzenwerthalteschaltung (12) verbunden ist, wobei der Dummy-Transistor dieselben Charakteristika hat wie der Rücksetztransistor, und wobei die Drain-Elektrode (41) des Dummy-Transistors direkt mit dem Rücksetz-Drain (6) des Rücksetztransistors verbunden ist.

7. Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Spitzenwerthalteschaltung (12) eine Diode (D&sub2;) mit einer mit dem Rücksetz-Gate (5) des Rücksetztransistors verbundenen Anode und einer mit der Gate-Elektrode (51) des Dummy-Transistors verbundenen Kathode aufweist und einen Widerstand (C&sub2;) enthält, dessen eines Ende mit der Kathode der Diode und dessen anderes Ende mit Masse verbunden ist.

8. Ladungsübertragungsvorrichtung nach Anspruch 6, bei der das Spannungsfolgermittel betrieben wird, um die Rücksetzspannung konsistent mit der durch das Spannungsdetektormittel detektierten Spannung zu machen, wenn der Rücksetztransistor in dem Rücksetzarbeitsvorgang ist.