FI72410C - LADDNINGSKOPPLAD ANORDNING OCH FOERFARANDE FOER DESS DRIVANDE. - Google Patents
LADDNINGSKOPPLAD ANORDNING OCH FOERFARANDE FOER DESS DRIVANDE. Download PDFInfo
- Publication number
- FI72410C FI72410C FI780012A FI780012A FI72410C FI 72410 C FI72410 C FI 72410C FI 780012 A FI780012 A FI 780012A FI 780012 A FI780012 A FI 780012A FI 72410 C FI72410 C FI 72410C
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- charge
- potential
- input signal
- ccd
- input
- Prior art date
Links
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims 1
- 230000036316 preload Effects 0.000 claims 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 12
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009933 burial Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
- G11C19/28—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
- G11C19/282—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements with charge storage in a depletion layer, i.e. charge coupled devices [CCD]
- G11C19/285—Peripheral circuits, e.g. for writing into the first stage; for reading-out of the last stage
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/762—Charge transfer devices
- H01L29/765—Charge-coupled devices
- H01L29/768—Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/76808—Input structures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
lufir* KUULUTUSjULKAISU 7 O / 1 Alufir * NOTICE 7 O / 1 A
B ^11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 16-** I UB ^ 11) UTLÄGGNINGSSKRIFT 16 - ** I U
c (45) Patentti isyc-i-nctty P-'H-'-'nt . ·« ] ' - ’ ·· fc ii 0Π 10 O7 (51) Kv.lk.4/lnt.CI.* H 01 L 29/78 SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansökning 780012 (22) Hakemispäivä — Ansökningsdag 03.01 .78 (FI) (23) Alkupäivä— Giltighetsdag 03.01 .78 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 1 j .07.78c (45) Patent isyc-i-nctty P-'H -'- 'nt. · «] '-' ·· fc ii 0Π 10 O7 (51) Kv.lk.4 / lnt.CI. * H 01 L 29/78 FINLAND —FINLAND (21) Patent application - Patentansökning 780012 (22) Application date - Ansökningsdag 03.01 .78 (EN) (23) Date of commencement— Giltighetsdag 03.01 .78 (41) Has become public - Blivit offentlig 1 j .07.78
Patentti- ja rekisterihallitus Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm. _National Board of Patents and Registration Date of publication and publication. _
Patent- och registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och uti.skriften publicerad 3O.OI.87 (86) Kv. hakemus — Int. ansökan (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 10.01 77 USA(US) 75818** (71) RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, New York, USA(US) (72) James Edward Carnes, North Brunswick, New Jersey,Patent and registration authorities '' Ansökan utlagd och uti.skriften publicerad 3O.OI.87 (86) Kv. application - Int. trap (32) (33) (31) Claim claimed privilege - Begärd priority 10.01 77 USA (US) 75818 ** (71) RCA Corporation, 30 Rockefeller Plaza, New York, New York, USA (US) (72) James Edward Carnes , North Brunswick, New Jersey,
Peter Alan Levine, Trenton, New Jersey,Peter Alan Levine, Trenton, New Jersey,
Donald Jon Sauer, Plainsboro, New Jersey, USA(US) (7*0 Oy Koi ster Ab (5**) Varauss i i rtorek i s ter i ja menetelmä sen käyttämiseksi -Donald Jon Sauer, Plainsboro, New Jersey, USA (US) (7 * 0 Oy Koi ster Ab (5 **) Reservation i i rtorek i s ter i and method for its use -
Laddningskopplad anordning och förfarande för dess drivande Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa kuvattu menetelmä varaussiirtorekisterin (CCD) käyttämiseksi sekä varaussiirtorekisteri tällaista menetelmää varten.The present invention relates to a method for using a charge transfer register (CCD) as described in the preamble of claim 1, and to a charge transfer register for such a method.
Varauskytketyssä laitteessa on tekniikan tason mukaisesti alusta sekä tästä eristettyjä elektrodeja. Elektrodeihin tuodut monivaiheiset jännitteet aiheuttavat alustaan potentiaalikuoppia varaussignaalien talletusta ja kanavaa pitkin siirtämistä varten. Varauskytketyn laitteen alustassa on myös emitterielektrodi. Alustasta eristetyt ja emit-terielektrodin sekä CCD-kanavan välissä sijaitsevat elektrodilaitteet reagoivat tulosignaaliin ja ohjaavat emitterielektrodin varauksen CCD-kanavaan.According to the state of the art, the charge-connected device has a base and electrodes isolated therefrom. The multi-phase voltages applied to the electrodes cause potential pits in the substrate to store and transmit charge signals along the channel. The base of the charge-connected device also has an emitter electrode. Electrode devices isolated from the substrate and located between the emitter electrode and the CCD channel respond to the input signal and direct the charge of the emitter electrode to the CCD channel.
Keksinnön mukaan elektrodilaitteissa on talletuselektrodilaite, jolla muodostetaan tulojännitteen ohjaamaa alustaan potentiaalikuoppa, joka on olennaisesti suurempi kuin CCD-kanavan potentiaalikuoppien kapasiteetti. Tulopotentiaalikuopalla on siirtofunktio, jonka muuttujina ovat signaalijännite ja varauksenkuljettajien lukumäärä ja joka on suhteellisen epälineaarinen pienillä tulosignaalin tasoilla ja suh- 2 72410 teellisen lineaarinen suuremmilla tulosignaalin tasoilla. Tämä epälineaarisen siirtofunktion aiheuttama ongelma raktaistaan keksinnön mukaisella menetelmällä patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa kuvatulla tavalla. Keksinnön mukaiselle varaussiirtorekisterille on puolestaan tunnusomaista se, että kanavan leveys tuloelektrodien ohjaamassa osassa on suurempi kuin jatkokanavan leveys, jolloin tulopoten-tiaalikuopan varauskapasiteetti on suurempi kuin mainitun jatkokanavan vastaavien potentiaalikuoppien varauskapasiteetit.According to the invention, the electrode devices have a deposit electrode device for forming a potential well on the substrate controlled by the input voltage, which is substantially larger than the capacity of the potential wells of the CCD channel. The input potential well has a transfer function whose variables are the signal voltage and the number of charge carriers and which is relatively non-linear at low input signal levels and relatively linear at higher input signal levels. This problem caused by the nonlinear transfer function is characterized by the method according to the invention as described in the characterizing part of claim 1. The charge transfer register according to the invention is in turn characterized in that the channel width in the part controlled by the input electrodes is larger than the width of the extension channel, whereby the charge capacity of the input potential well is larger than the charge capacities of the corresponding potential wells of said extension channel.
Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa kuvio 1 esittää käyrää, jossa muodostuvien varauksenkuljettajien määrä on ilmaistu tulosignaalijännitteen funktiona tavanomaisessa haudattukanavaisessa CCD-tuloasteessa, kuvio 2 esittää tämän keksinnön mukaista CCD-tulopiiriä tasoku- vana, kuvio 3 on kuvion 2 linjalta 3-3 otettu leikkaus, kuvio 4 esittää alustapotentiaaliprofiileita, jotka helpottavat kuvioiden 2 ja 3 piirin toiminnan ymmärtämistä, kuvio 5 esittää kuvioiden 2 ja 3 piirin toimiessa esiintyvien aaltomuotojen ajoitusta, ja kuviot 6 ja 6b esittävät kuvioiden 2 ja 3 piirin toiminnan ymmärtämistä helpottavia käyriä.The invention will now be described in more detail with reference to the examples according to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a curve in which the number of charge carriers is expressed as a function of input signal voltage at a conventional burial channel CCD input stage, Fig. 2 shows a CCD input circuit according to the present invention. -3 section, Fig. 4 shows substrate potential profiles that facilitate understanding of the circuit operation of Figs. 2 and 3, Fig. 5 shows the timing of the waveforms occurring when the circuit of Figs. 2 and 3 operates, and Figs. 6 and 6b show curves facilitating understanding of the circuit operation of Figs.
US-patentissa n:o 3 986 198 (12.10.1976, Walter F. Kosonocky) on esitetty suhteellisen kohinattomat piirit, joilla tuodaan varaus CCD-rekisteriin. Tämä tekniikka on tullut tunnetuksi nimellä "täyttö ja kuorinta". Varaussignaali tuodaan emitterielektrodista ensimmäiseen potentiaalikuoppaan jakson täyttöaikana. Tämän jälkeen kuoppa tyhjennetään osittain esimerkiksi käyttämällä emitterielektrodia kollekto-rina. Tyhjennyksen aikana pidetään yllä tulosignaalipotentiaalia sen elektrodin, jonka alle potentiaalikuoppa muodostuu, ja tämän elektrodin sekä emitterielektrodin välillä sijaitsevan toisen elektrodin välillä. Ensimmäiseen potentiaalikuoppaan jäävä varaus on tämän tulo-signaalin amplitudin funktio, ja se on suhteellisen kohinaton.U.S. Patent No. 3,986,198 (October 12, 1976 to Walter F. Kosonocky) discloses relatively noise-free circuits for introducing a charge into a CCD register. This technique has become known as "filling and peeling". The charge signal is applied from the emitter electrode to the first potential well during the cycle filling time. The well is then partially emptied, for example by using an emitter electrode as a collector. During discharge, the input signal potential is maintained between the electrode under which the potential well is formed and the second electrode located between this electrode and the emitter electrode. The charge remaining in the first potential well is a function of the amplitude of this input signal and is relatively noiseless.
On havaittu, että kun CCD-laite on haudatun kanavan CCD, ylläkuvattu toiminta aiheuttaa, vaikka se onkin suhteellisen kohinatonta, suhteellisen epälineaarisen tulosignaalin muuttumisen varaukseksi (verrattuna pintakanavaisen CCD-laitteen signaalimuunnokseen). Kuvios- 3 72410 sa 1 on esitetty haudatun N-kanavaisen CCD-laitteen siirtofunktio, jossa muuttujina ovat signaalijännite ja muodostuvien varauksenkul-jettavien lukumäärä. Ylhäällä oleva suora alue 11 vastaa tulopotenti-aalikuopan varauskapasiteettia, ja se voi olla hieman suurempi kuin CCD-kanavan pääosan varrella olevan kunkin siirtopotentiaalikuopan varauskapasiteetti. Tällaisen siirtopotentiaalikuopan kapasiteettia esittää katkoviiva 13.It has been found that when the CCD device is a buried channel CCD, the operation described above, although relatively noisy, causes the relatively nonlinear input signal to change to a charge (compared to the signal conversion of a surface channel CCD device). Fig. 372410 sa 1 shows the transfer function of a buried N-channel CCD device, in which the variables are the signal voltage and the number of charge carriers formed. The straight area 11 above corresponds to the charge capacity of the input potential well, and may be slightly larger than the charge capacity of each transmission potential well along the main part of the CCD channel. The capacity of such a transfer potential well is indicated by dashed line 13.
Käyrä on suhteellisen epälineaarinen suhteellisen alhaisilla signaalitasoilla (välillä V -V ) ja suhteellisen lineaarinen suhteel-The curve is relatively non-linear at relatively low signal levels (between V -V) and relatively linear at relatively low
Z XZ X
lisen korkeilla signaalitasoilla (välillä νχ-ν^). Suhteellisen alhaisella signaalitasolla esiintyvä signaalitason muutos välittyy epälineaarisesta tulopotentiaalikuopan varaussignaaliksi. Epälineaarinen alue johtuu esim. haudattukanavaisen laitteen ominaiskäyrästä, koska haudatun kanavan kapasitanssi muuttuu enemmän varaustason funktiona alhaisilla varaustasoilla kuin korkeammilla varaustasoilla.at high signal levels (between νχ and ν ^). A change in signal level at a relatively low signal level is transmitted from a nonlinear input potential well to a charge signal. The nonlinear range is due, for example, to the characteristic curve of the buried channel device, because the capacitance of the buried channel changes more as a function of the charge level at low charge levels than at higher charge levels.
Myös monimutkaisemmat ilmiöt vaikuttavat epälineaarisuuden määrään.More complex phenomena also affect the amount of nonlinearity.
Tietyissä sovellutuksissa, esim. televisiovastaanottimen videosignaalien viivelinjoissa, tämä edelläkuvatun kaltainen toiminta on tietenkin erittäin epäedullista. On suotavaa, että CCD-viivelinja aiheuttaisi analogiasignaaliin mahdollisimman vähän vääristymää, ja tämän vuoksi CCD:n tulopiirin on toimittava lineaarisesti.In certain applications, e.g. in the delay lines of the video signals of a television receiver, this operation as described above is, of course, very disadvantageous. It is desirable that the CCD delay line cause as little distortion to the analog signal as possible, and therefore the input circuit of the CCD must operate linearly.
On myös tärkeätä, että edellä kuvattu CCD-viivelinja ei vie liian suurta tilaa puolijohdealustasta. CCD on suunniteltu sellaiselle kanavaleveydelle ja elektrodipinta-alalle, että monivaiheisten jännitteiden aiheuttamat potentiaalikuopat pystyvät tallettamaan niin paljon varausta kuin suurimman oletettavissa olevan amplitudin omaava tulosignaali voi tuottaa (monivaiheiselle jännitteelle oletetaan jokin käytännön arvo, esim. 10-12 V). Jos CCD-elektrodialueet tehdään suuremmiksi, myös jokainen CCD-viivelinja tulee suuremmaksi, ja tämä taas merkitsee, että kullakin yksittäisellä palalla saadaan aikaan vähemmän CCD-viivelinjoja (käytännössä tehdään samalle palalle samaan aikaan monia viivelinjoja, jotka sitten erotetaan toisistaan jollain tavalla). Tämä on tuhlausta ja lisää kunkin linjan kustannuksia. Lisäksi suurempialaiset viivelinjat omaavat suuremman kapasitanssin, mikä tekee toiminnan suurilla taajuuksilla (suurtaajuiset monivaihe-jännitteet) entistä vaikeammaksi ja vaatii suurempaa tehonkulutusta CCD-ohjauspiire issä.It is also important that the CCD delay line described above does not take up too much space on the semiconductor substrate. The CCD is designed for a channel width and electrode area such that potential wells caused by multi-phase voltages can store as much charge as the input signal with the largest expected amplitude can produce (for a multi-phase voltage, some practical value is assumed, e.g. 10-12 V). If the CCD electrode areas are made larger, each CCD delay line also becomes larger, and this in turn means that fewer delay lines are provided for each individual piece (in practice, many delay lines are made on the same piece at the same time, which are then separated in some way). This is a waste and increases the cost of each line. In addition, larger delay lines have higher capacitance, which makes operation at high frequencies (high-frequency multi-phase voltages) even more difficult and requires higher power consumption in CCD control circuits.
4 724104,72410
Kuviot 2 ja 3 esittävät tämän keksinnön mukaista piiriä, jolla em. ongelma voidaan ratkaista. CCD:ssä on P-tyyppinen piialusta 10 sekä tämän pinnassa emitterielektrodi S. Tämä elelktrodi voi olla N-tyyppistä seosainetta. Kerroksessa B on ohut kerros N-tyyppistä piitä alustan pinnalla siten, että alustan kanssa syntyy PN-liitos 12. Kuten tekniikan tasosta hyvin tiedetään, kerros B on vähemmän seostettu kuin emitteriseos S. CCD-tuloelektrodeissa on kolme hilaelektrodia , G2 ja G^ tässä järjestyksessä, ja niitä seuraavat monivaihe-elektrodit 14,16,18,20 jne. Nämä elektrodit voivat olla kaikki esim. polypiitä ja toistensa päälle ulottuvaa kaksikerrostyyppiä. Muutkin materiaalit ja rakenteet ovat tietenkin mahdollista ja tämän keksinnön alaan kuuluvia. CCD-kanava, joka voidaan määrätä kanavan pysäytysseoksilla (ei-esitetty), on suhteellisen leveä tuloelektrodien G^, G^ ja G^ alla ja kapenee pienempään leveyteen CCD-kanavan pääosalta, kuten katkoviivoilla on esitetty. Tämä CCD-kanavan pääosa (ei-esitetty) voi sisältää useita satoja CCD-asteita (yhdessä käytännössä esiintyvässä rakenteessa on 500 astetta, joista jokaisessa on neljä elektrodia). Tässä esitetyssä suoritusmuodossa CCD-kanavan leveämmän osan leveys voi olla kaksi kertaa kanavan pääosan leveys, kuten leveyksillä 2w ja w on osoitettu kuviossa 2.Figures 2 and 3 show a circuit according to the present invention with which the above-mentioned problem can be solved. The CCD has a P-type silicon substrate 10 and an emitter electrode S on its surface. This electrode can be an N-type dopant. Layer B has a thin layer of N-type silicon on the surface of the substrate so that a PN bond 12 is formed with the substrate. As is well known in the art, layer B is less doped than emitter mixture S. CCD input electrodes have three gate electrodes, G2 and G1, respectively. , followed by multiphase electrodes 14,16,18,20, etc. These electrodes can all be e.g. polysilicon and a superimposed bilayer type. Other materials and structures are, of course, possible and are within the scope of this invention. The CCD channel, which can be determined by channel stop mixtures (not shown), is relatively wide under the input electrodes G 1, G 1 and G 1 and tapers to a smaller width from the main part of the CCD channel, as shown by the dashed lines. This main part of the CCD channel (not shown) may contain several hundred CCD degrees (one practical structure has 500 degrees, each with four electrodes). In the embodiment shown here, the width of the wider part of the CCD channel may be twice the width of the main part of the channel, as shown by the widths 2w and w in Fig. 2.
CCD-kanavan toiminta on esitetty kuvioissa 4 ja 5. Esimerkin vuoksi oletetaan, että hetkellä t elektrodin G2 alla olevassa poten-tiaalikuopassa 26 ei ole lainkaan varausta (kuvio 4). Tällä hetkellä 01 on niin pieni, että ensimmäisen 0^-elektrodin 14 alla on potentiaa-limuuri 20 ja elektrodin 16 alla on matala potentiaalikuoppa 22. Matala kuoppa johtuu siitä, että elektrodissa 16 pidetään yllä tasajännite-erotusta, joka on suhteellisen positiivinen verrattuna elektrodin 14 jännitteeseen. Tämä on esitetty kaaviomaisesti paristolla 15. on suhteellisen alhaisella tasolla tällä hetkellä, joten elektrodin G^ alla on potentiaalimuuri 24. V2 pidetään jatkuvasti suhteellisen korkealla tasajännitetasolla siten, että talletuselektrodin G2 alla on potentiaalikuoppa 26. Tätä voidaan pitää "tulopotentiaalikuoppana". V1 on myös tasajännitetasolla, mutta se on vähemmän positiivinen kuin V2. Tämä jännite sekä signaalijännite VIN tuodaan elektrodiin G1. Tämän johdosta elektrodin G-, alla on jatkuvasti potentiaalimuuri, jonka korkeus on tasajännitetason ja signaalitason VIN summan funktio. Jännite Vg on suhteellisen positiivinen hetkellä t , joten diffuusio S toimii varauksenkuljettajien kollektorina.The operation of the CCD channel is shown in Figures 4 and 5. By way of example, it is assumed that at time t there is no charge in the potential well 26 below the electrode G2 (Figure 4). At present, 01 is so small that there is a potential meter 20 below the first 0 ^ electrode 14 and a low potential well 22 under the electrode 16. The low well is due to the maintenance of a DC voltage difference in the electrode 16 which is relatively positive compared to the electrode 14. voltage. This is shown schematically by the battery 15. is at a relatively low level at present, so there is a potential wall 24 under the electrode G1. V2 is kept at a relatively high DC voltage level so that there is a potential well 26 under the deposit electrode G2. This can be considered as an "input potential well". V1 is also at the DC voltage level, but it is less positive than V2. This voltage as well as the signal voltage VIN are applied to the electrode G1. As a result, there is a continuous potential wall below the electrode G-, the height of which is a function of the sum of the DC voltage level and the signal level VIN. The voltage Vg is relatively positive at time t, so the diffusion S acts as a collector of charge carriers.
5 7241 05,7241 0
Hetkellä t1 jännite Vg on suhteellisen negatiivinen, joten difuusio S toimii varauksenkuljettajien emitterinä. Nämä varauksenkul-jettajat (elektronit) täyttävät nyt potentiaalikuopan 26 tasolle 30.At time t1, the voltage Vg is relatively negative, so the diffusion S acts as the emitter of the charge carriers. These charge carriers (electrons) now fill the potential well 26 to level 30.
Hetkellä t£ jännite Vg on positiivisempi, ja diffuusio S toimii kollektroina. Nyt osa kuopan 26 varauksesta tyhjenee takaisin muurin 28 yli alueeseen S. Kuoppaan 26 jäävä varaus sisältää yhden signaaliin verrannollisen komponentin ja toisen komponentin, joka on verrannollinen V^:n ja tasajännitetasojen erotukseen. Kuviossa kuopan 26 varaus on vinoviivoitettu kahdella eri tavalla. Tämän varauksen osa 32 pysyy jatkuvasti kuopassa, ja se on merkitty esivaraukseksi. Varauksen muu osa 34 eli signaali "kuoritaan" kuopasta ja siirretään CCD-rekisteriä seuraavassa kuvattavalla tavalla.At time t £ the voltage Vg is more positive, and the diffusion S acts as a collector. Now, part of the charge in the well 26 is discharged back over the wall 28 into the region S. The charge remaining in the well 26 contains one component proportional to the signal and another component proportional to the difference between the V 1 and the DC voltage levels. In the figure, the charge of the well 26 is slashed in two different ways. Part 32 of this charge remains continuously in the pit and is marked as a pre-charge. The rest of the charge 34, i.e. the signal, is "peeled" from the well and transferred to the CCD register as described below.
Hetkellä t^ V^ on suhteellisen positiivinen, joten muuri 24 on olennaisesti matalampi kuin hetkellä t2* Talletuselektrodiin tuotu jännite V2 pysyy samana kuten jo mainittiinkin. Hetkellä t^ vaiheen 1 jännite 0^ on korkea, joten elektrodin 14 alla on potentiaalikuoppa 36 ja elektrodin 16 alla kuoppa 38. Koska elektrodi 16 on esivarattu positiivisemmaksi kuin elektrodi 14, sen alla oleva kuoppa 16 on syvempi kuin kuoppa 36. (Vaikka elektrodien välille jännite-erotuksen aiheuttavan laitteen 15 on tätä esitystä varten kuvattu muodostavan epäsymmetrisen potentiaalikuopan, muutkin rakenteet ovat mahdollisia. Yksi mahdollisuus on käyttää yhtä elektrodia kahden sijasta sekä sopivaa ioniseosta sen alla). Jännite 0^ on amplitudiltaan olennaisesti suurempi kuin hetkellä joten kuoppapotentiaali 20 on korkeam malla kuin kuoppapotentiaali 24 (eli 20 näyttää kuopalta kuopasta 24 katsottuna). Näissä olosuhteissa kuopan 26 varauksen osa pyyhkiytyy kuopasta ja siirtyy kuoppaan 38. Varauksen jäljelle jäävä osa, esi-varaus 32, pysyy edelleen kuopassa 26. Alunperin kuopassa 26 ollut ja nyt kuopassa 38 oleva varauksen osa 34 siirtyy sitten CCD-rekisteriä pitkin vaihejännitteiden 0^ ja vaikutuksesta tavanomaiseen tapaan.At time t1 V1 is relatively positive, so the wall 24 is substantially lower than at time t2 * The voltage V2 applied to the deposit electrode remains the same as already mentioned. At time t1, the voltage of phase 1 is high, so there is a potential well 36 under the electrode 14 and a well 38 under the electrode 16. Since the electrode 16 is pre-charged more positive than the electrode 14, the well 16 below it is deeper than the well 36. (Although between the electrodes the voltage separation device 15 has been described for this representation as forming an asymmetric potential well, other structures are possible (one possibility is to use one electrode instead of two and a suitable ion mixture below it). The voltage 0 ^ is substantially larger in amplitude than at present, so that the well potential 20 is higher than the well potential 24 (i.e., 20 appears as a well as seen from well 24). Under these conditions, the charge portion of well 26 is erased from the well and transferred to well 38. The remaining charge portion, pre-charge 32, remains in well 26. The charge portion 34 originally in well 26 and now in well 38 is then transferred along the CCD register to phase voltages 0 and effect in the usual way.
Tämän toiminnon merktiys on ehkä helpompi ymmärtää kuvion 6 avulla. Siinä käyrä on piirretty pienempään mittakaavaan kuin kuviossa 1 (jos oletetaan, että katkoviiva 13 esittää molemmissa kuvioissa samaa varaustasoa, tämä katkoviiva on suurin piirtein kaksi kertaa niin kaukana nollavaraustasosta kuin kuvio 6a sama viiva), mutta viitenumerot on säilytetty ennallaan. Potentiaalikuopassa 26 säilyy jatkuvasti 6 72410 (kuvio 4) esivaraus (32 kuviossa 4), jota esittää kuvion 6 katkoviiva 15. Tämä katkoviiva määrää siirtokäyrän suhteellisen lineaarisen osan alkukohdan. Kaikki tähän potentiaalikuoppaan lisätty varaus (tulosignaalin johdosta) aiheuttaa tulosignaalin muuttumisen (34 kuviossa 4) varaukseksi olennaisesti lineaarisesti, koska toiminta tapahtuu ominaiskäyrän lineaarisella osalla. Rakenne on lisäksi sellainen, että täysi dynaaminen alue säilyy. Toisin sanoen koska tulo-potentiaalikuoppa (elektrodin G2 alla oleva kuoppa) on kanavan leveällä osalla, sen kapasiteetti on suhteellisen suuri - noin kaksi kertaa CCD-kanavan pääosan siirtokuoppien kapasiteetti (elektrodin G2 alla olevan kuopan kapasiteetti on noin kaksinkertainen verrattuna esim. elektrodin 42, kuviot 2 ja 3, alla olevan kuopan kapasiteettiin).The significance of this function may be easier to understand with reference to Figure 6. In it, the curve is drawn on a smaller scale than in Figure 1 (assuming that the dashed line 13 shows the same charge level in both figures, this dashed line is approximately twice as far from the zero charge level as the same line in Figure 6a), but the reference numbers are kept unchanged. The potential well 26 continuously retains the pre-charge 6,72410 (Fig. 4) (32 in Fig. 4) shown by the dashed line 15 in Fig. 6. This dashed line determines the starting point of the relatively linear portion of the transfer curve. Any charge added to this potential well (due to the input signal) causes the input signal to change (34 in Figure 4) to a charge substantially linearly, since the operation takes place on the linear part of the characteristic curve. In addition, the structure is such that the full dynamic range is maintained. That is, since the input potential well (the well below the electrode G2) is in the wide part of the channel, its capacity is relatively large - about twice the capacity of the transfer wells of the main channel of the CCD channel (about twice the capacity of the well below the electrode G2 compared to e.g. 2 and 3, to the capacity of the well below).
Tämä merkitsee sitä, että vaikka talletuselektrodin G2 alla oleva kuoppa 26 pystyy ottamaan vastaan signaalivarausta vain osalla kapasiteetistaan (oletetaan, että tulosignaali on maksimiarvossaan, jolloin se täyttää vain puolet kuopasta esivarauksen täyttäessä loppuosan) , kuopasta 26 kuorittu varaussignaali pystyy silti täyttämään elektrodin 42 alla olevan kuopan olennaisesti täyteen tulosignaalin ollessa maksimissaan. Tässä kuvattu CCD toimii siis lineaarisesti olennaisesti CCD:n rungossa olevien siirtokuoppien täydellä kapasiteetilla, ja sillä on siis entistä laajempi käyttökelpoinen dynamiikka-alue .This means that although the well 26 below the deposit electrode G2 can only receive a signal charge at part of its capacity (assuming the input signal is at its maximum, filling only half of the well when the pre-charge fills the rest), the charge signal peeled from the well 26 can still fill the well below the electrode 42 substantially full at the maximum input signal. The CCD described herein thus operates linearly at substantially the full capacity of the transfer wells in the CCD body, and thus has an even wider usable dynamic range.
Tyypillisen siirtopotentiaalikuopan (esim. kuvioiden 2 ja 3 elektrodin 42 alla olevan) siirtofunktio on esitetty kuviossa 6b elektrodiin G tuodun tulosignaalin suhteen. Siirtokuopan täysi kapasiteetti on 13. On huomattava, että toiminta on hyvinkin lineaarista lähes koko ominaiskäyrällä. Käytännössä havaitaan, että erittäin pienillä tulosignaalin tasoilla esiintyy pientä epälineaarisuutta - kuviossa 17 - mutta syytä tähän ei vielä ymmärretä täysin).The transfer function of a typical transfer potential well (e.g., below the electrode 42 of Figures 2 and 3) is shown in Figure 6b with respect to the input signal applied to the electrode G. The full capacity of the transfer well is 13. It should be noted that the operation is very linear over almost the entire characteristic curve. In practice, it is observed that at very low levels of the input signal there is a small nonlinearity - in Figure 17 - but the reason for this is not yet fully understood).
Ylläkuvattu, olennaisesti lineaarinen toiminta saadaan aikaan käyttämättä liian suuria alustapinta-aloja. Eräässä käytännön sovellutuksessa CCD:n pääosassa on yli 500 astetta (yli 2000 elektrodia), ja kaikkien näiden asteiden ensimmäistä lukuunottamatta kanavaleveys, elektrodiala ja alusta-ala pystyy muuttumattomana. Ensimmäisen asteen elektrodit 14,16,18 ja 20 ovat alaltaan suurempia, siinä on yksi ylimääräinen elektrodi G ja emitterielektrodi sekä ensimmäiset kaksi hi-laelektrodia ovat pinta-alaltaan suurempia. CCD:n tarvitsema koon kokonaiskasvu on merkityksetön - vain prosentin murto-osa.The substantially linear operation described above is achieved without the use of excessive substrate areas. In one practical application, the main part of the CCD has more than 500 degrees (more than 2000 electrodes), and with the exception of the first of all these degrees, the channel width, electrode area, and substrate area can remain unchanged. The first stage electrodes 14, 16, 18 and 20 are larger in area, have one additional electrode G and an emitter electrode, and the first two helix electrodes have a larger surface area. The total size increase needed by the CCD is insignificant - only a fraction of a percent.
7 724107 72410
Vaikka esimerkin vuoksi on esitetty kaksivaiheista toimintaa, on tietenkin selvää, että keksintöä voidaan käyttää yhtä hyvin neli-tai useampivaiheiseen toimintaan. On myös ymmärrettävä, että vaikka tässä esitetyssä CCD:ssä on P-tyyppinen alusta, sitä voidaan soveltaa yhtä hyvin N-tyypin alustoihin, joissa käytetään P-tyypin pintakerroksia ja P-tyypin emitterialuetta. Toimintajännitteisiin tulee tällöin tietenkin tehdä tarvittavat muutokset. Lisäksi vaikka tässä on esitetty typpillistä aaltomuotoja, niiden muunnokset ovat mahdollisia. Jännite esimerkiksi on esitetty samanmuotoisena kuin 0^. Kunnollinen toiminta saadaan kuitenkin aikaan tekemällä erimuotoiseksi kuin V^j . V^:n tulee olla pieni Vgin ollessa pieni, mutta voi kuitenkin nousta ennen kuin 0^ nousee.Although a two-stage operation has been proposed by way of example, it is, of course, clear that the invention may equally well be applied to a four-stage or multi-stage operation. It is also to be understood that although the CCD disclosed herein has a P-type substrate, it is equally applicable to N-type substrates using P-type surface layers and a P-type emitter region. In this case, of course, the necessary changes must be made to the operating voltages. In addition, although nitrogen waveforms are shown here, their transformations are possible. For example, the voltage is shown in the same form as 0 ^. However, proper operation is achieved by making it different from V ^ j. V ^ should be small when Vgi is small, but can still rise before 0 ^ rises.
Vaikka sitä ei ole tässä esitetty, tässä järjestelmässä voidaan käyttää kahden jäljempänä eriteltävän rinnakkaispatenttihakemuksen tekniikkaa sen varmistamiseksi, että emitterielektrodi toimii oikeilla potentiaaleilla täyttö- ja tyhjennystoiminnon aikana. Nämä patenttihakemukset ovat US-hakemukset n:o 708 351 (jättöpäivä 26.6.1976, Peter A. Levine ja Donald J. Sauer) nimeltä "Pienikohinainen CCD-tu-lopiiri" ja n:o 708 397 (jätetty 26.6.1976, Donald J. Sauer ja Peter A. Levine) nimeltä "Pienikohinainen CCD-tulopiiri". Molemmat näistä hakemuksista on siirretty samalle siirronsaajalle kuin tämä patenttihakemus.Although not shown herein, the technique of the two co-pending patent applications detailed below can be used in this system to ensure that the emitter electrode operates at the correct potentials during the filling and emptying operation. These patent applications are U.S. Patent Applications No. 708,351 (filed June 26, 1976 to Peter A. Levine and Donald J. Sauer) entitled "Low Noise CCD Tux Circuit" and No. 708,397 (filed June 26, 1976 to Donald J. .Sauer and Peter A. Levine) called "Low Noise CCD Input Circuit". Both of these applications have been assigned to the same assignee as this patent application.
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US75818477A | 1977-01-10 | 1977-01-10 | |
US75818477 | 1977-01-10 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI780012A FI780012A (en) | 1978-07-11 |
FI72410B FI72410B (en) | 1987-01-30 |
FI72410C true FI72410C (en) | 1987-05-11 |
Family
ID=25050832
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI780012A FI72410C (en) | 1977-01-10 | 1978-01-03 | LADDNINGSKOPPLAD ANORDNING OCH FOERFARANDE FOER DESS DRIVANDE. |
Country Status (16)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JPS5387675A (en) |
AU (1) | AU511885B2 (en) |
BE (1) | BE862760A (en) |
CA (1) | CA1101994A (en) |
DE (1) | DE2800893C2 (en) |
DK (1) | DK149674C (en) |
ES (1) | ES465682A1 (en) |
FI (1) | FI72410C (en) |
FR (1) | FR2377127A1 (en) |
GB (1) | GB1579033A (en) |
IT (1) | IT1089179B (en) |
NL (1) | NL7800272A (en) |
NZ (1) | NZ186177A (en) |
PL (1) | PL120630B1 (en) |
SE (1) | SE437438B (en) |
ZA (1) | ZA7810B (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4158209A (en) * | 1977-08-02 | 1979-06-12 | Rca Corporation | CCD comb filters |
US4139784A (en) * | 1977-08-02 | 1979-02-13 | Rca Corporation | CCD Input circuits |
US4217605A (en) * | 1978-08-02 | 1980-08-12 | Rca Corporation | Comb filter employing a charge transfer device with plural mutually proportioned signal charge inputs |
JPS5528523A (en) * | 1978-08-17 | 1980-02-29 | Toshiba Corp | Signal charge input system for charge transfer element |
DE2836473A1 (en) * | 1978-08-21 | 1980-03-06 | Siemens Ag | CCD INPUT SWITCHING AFTER THE FILL AND SPILL PRINCIPLE |
DE3138946A1 (en) * | 1981-09-30 | 1983-04-14 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Method for operating a charge transfer device provided with a preceding low-pass filter |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3986198A (en) * | 1973-06-13 | 1976-10-12 | Rca Corporation | Introducing signal at low noise level to charge-coupled circuit |
JPS5416838B2 (en) * | 1973-11-29 | 1979-06-25 |
-
1977
- 1977-01-04 AU AU32166/78A patent/AU511885B2/en not_active Expired
- 1977-12-21 IT IT31058/77A patent/IT1089179B/en active
- 1977-12-28 CA CA293,993A patent/CA1101994A/en not_active Expired
-
1978
- 1978-01-03 ZA ZA00780010A patent/ZA7810B/en unknown
- 1978-01-03 ES ES465682A patent/ES465682A1/en not_active Expired
- 1978-01-03 FI FI780012A patent/FI72410C/en not_active IP Right Cessation
- 1978-01-04 SE SE7800104A patent/SE437438B/en not_active IP Right Cessation
- 1978-01-05 GB GB342/78A patent/GB1579033A/en not_active Expired
- 1978-01-09 JP JP106078A patent/JPS5387675A/en active Granted
- 1978-01-09 BE BE184205A patent/BE862760A/en not_active IP Right Cessation
- 1978-01-09 NZ NZ186177A patent/NZ186177A/en unknown
- 1978-01-09 NL NL7800272A patent/NL7800272A/en not_active Application Discontinuation
- 1978-01-09 DK DK8878A patent/DK149674C/en not_active IP Right Cessation
- 1978-01-10 PL PL1978203913A patent/PL120630B1/en unknown
- 1978-01-10 DE DE2800893A patent/DE2800893C2/en not_active Expired
- 1978-01-10 FR FR7800570A patent/FR2377127A1/en active Granted
-
1980
- 1980-10-01 JP JP55138199A patent/JPS5829634B2/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU511885B2 (en) | 1980-09-11 |
DE2800893C2 (en) | 1982-10-14 |
FI72410B (en) | 1987-01-30 |
DE2800893A1 (en) | 1978-07-13 |
BE862760A (en) | 1978-05-02 |
PL203913A1 (en) | 1978-07-17 |
AU3216678A (en) | 1979-07-12 |
NL7800272A (en) | 1978-07-12 |
SE437438B (en) | 1985-02-25 |
ES465682A1 (en) | 1978-10-01 |
FR2377127A1 (en) | 1978-08-04 |
CA1101994A (en) | 1981-05-26 |
FI780012A (en) | 1978-07-11 |
PL120630B1 (en) | 1982-03-31 |
DK8878A (en) | 1978-07-11 |
JPS5387675A (en) | 1978-08-02 |
DK149674B (en) | 1986-09-01 |
JPS5649460B2 (en) | 1981-11-21 |
JPS56142670A (en) | 1981-11-07 |
FR2377127B1 (en) | 1982-04-30 |
GB1579033A (en) | 1980-11-12 |
JPS5829634B2 (en) | 1983-06-23 |
DK149674C (en) | 1987-04-13 |
SE7800104L (en) | 1978-07-11 |
IT1089179B (en) | 1985-06-18 |
ZA7810B (en) | 1978-10-25 |
NZ186177A (en) | 1981-03-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4041298A (en) | Floating clock sensor for buffered, independent, non-destructive readout of charge transfer devices | |
US4074302A (en) | Bulk channel charge coupled semiconductor devices | |
FI72410C (en) | LADDNINGSKOPPLAD ANORDNING OCH FOERFARANDE FOER DESS DRIVANDE. | |
EP0073144A2 (en) | Solid state image sensor | |
KR100261347B1 (en) | Solid-state image device and method for driving the same | |
EP0377959B1 (en) | A method of driving a charge detection circuit | |
US4246591A (en) | CCD Imagers | |
US4903284A (en) | Accordion-type charge-coupled devices | |
US4819072A (en) | Anti dazzle device for a charge transfer image sensor and an image sensor including such a device | |
KR910007841B1 (en) | Charge transfer device | |
US5892251A (en) | Apparatus for transferring electric charges | |
KR100391890B1 (en) | Charge transfer device and driving method thereof | |
US4144526A (en) | Circuit arrangement and operating process for converting an analogue signal into a digital signal | |
US4377755A (en) | Signal compressor apparatus | |
US4272693A (en) | Analysis circuit for a charge coupled device | |
EP0211441A2 (en) | Charge coupled device delay line | |
KR910006247B1 (en) | Charge transfer device | |
JPS60206382A (en) | Analog accumulator | |
US5146480A (en) | Sampling an analog signal voltage using fill and spill input in charge transfer device | |
US4503550A (en) | Dynamic CCD input source pulse generating circuit | |
US5612554A (en) | Charge detection device and driver thereof | |
KR810001711B1 (en) | Linear ccd input circuit | |
US4891826A (en) | Method of operating a charge-coupled device to reduce spillback | |
EP0406890B1 (en) | Charge transfer device and its driving method | |
JP2870046B2 (en) | Charge-coupled device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Patent lapsed | ||
MM | Patent lapsed |
Owner name: RCA CORPORATION |