FR2504337A1 - Dispositif a couplage de charge - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIFS A COUPLAGE DE CHARGE CCD MUNIS DE PLUSIEURS CANAUX POUR LE TRANSPORT DE TROUS ET D'ELECTRONS ETABLIS DANS DES ZONES 7, 8 JUXTAPOSEES ET DE TYPES DE CONDUCTIVITE OPPOSES. COMME CHAQUE CANAL CONSTITUE UNE LIMITATION LATERALE POUR UN CANAL VOISIN, COMPLEMENTAIRE, ON PEUT OBTENIR UNE DENSITE ELEVEE COMBINEE AVEC UNE STRUCTURE SIMPLE. APPLICATION : REALISATION DE CAPTEURS POUR CAMERAS, PAR EXEMPLE.
Description
"Dispositif à couplage de charge".
L'invention concerne un dispositif à couplage de charge du type à canal de transport dans la masse, muni
d'un corps semiconducteur comportant une couche superficiel-
le de premier type de conductivité contiguë à une surface, couche dans laquelle sont réalisées une pluralité de zones superficielles de second type de conductivité similaires entre elles, s'étendant parallèlement les unes aux autres
dans les couches superficielles et définissant conjointe-
ment avec les parties de couche superficielle intermédi-
aires et contiguës à la surface un groupe de lignes CCD pa-
rallèles et contiguës, en alternance de premier et de second
types de conductivité.
Un dispositif de ce genre à canaux enterrés complé-
mentaires est entre autres connu du brevet des Etats-Unis d'Amérique Ne 4 229 754 Dans ce brevet, on n'a pas indiqué
la manière dont les signaux peuvent être lus et évacués.
Une solution toute indiquée serait de munir chaque canal d'une sortie conventionnelle, comme montré sur la figure 1
de la présente demande, Toutefois, cela présente ltinconvé-
nient que, dans le cas o le nombre de canaux est grand, le
nombre de contacts est également grand, ce qui nécessite-
rait un câblage complexe exigeant beaucoup d'espace De plus, à la suite de la variation de la valeur des capacités
de sortie, en présence de paquets de charge égaux, les ca-
naux délivreraient pourtant des signaux de sortie différents
("fixed pattern noise").
L'invention vise à fournir un dispositif à cou-
plage de charge du genre décrit dans le préambule muni d'une configuration de sortie simple et compacte De plus, l'invention vise à fournir un dispositif à couplage de
charge du genre décrit dans le préambule muni d'une confi-
guration de sortie permettant d'obtenir un rapport signal-
bruit adéquat.
Conformément à l'invention, un dispositif de ce genre est remarquable en ce que les sorties desdites lignes
CCD de premier et de second type de conductivité sont re-
liées respectivement à des entrées parallèles d'un re-
gistre série de premier type de conductivité et à des en-
trées parallèles d'un registre série de second type de con-
ductivité, registres série qui sont également formés par des lignes CCD du type à canal de transport dans la masse,
le registre série de second type de conductivité étant dé-
fini par une autre zone superficielle de second type de
conductivité réalisée dans la couche superficielle et si-
tuée entre le groupe de lignes CCD parallèles et le regis-
tre série de premier type de conductivité défini par une partie de la couche superficielle adjacente au registre
série de second type, alors qu'on a prévu des moyens per-
mettant de former au-dessous du registre série de second type de conductivité des passages par lesquels des paquets de charge peuvent être transférés à partir du groupe de lignes CCD parallèles de premier type de conductivité vers
le registre série de premier type de conductivité.
Grâce-à la formation desdits passages tant les paquets de trous que les paquets d'électrons peuvent être lus ou évacués respectivement par un canal série commun de type p et un canal série commun de type n Par conséquent, il n'est plus nécessaire de prévoir une sortie spéciale
pour chaque canal parallèle distinct, ce qui permet d'ob-
tenir une économie d'espace notable et une simplification importante du câblage De plus, étant donné que le groupe de canaux p et le groupe de canaux N sont munis chacun
d'une sortie commune, il est possible de réaliser une amé-
lioration importante du rapport signal-bruit.
La description qui va suivre en regard des dessins
annexés donnés à titre d'exemple non limitatif, permettra
de mieux comprendre comment l'invention est réalisée.
La figure 1 représente schématiquement une vue de dessus d'un dispositif à couplage de charge comportant
des canaux complémentaires et muni de sorties convention-
nelles. La figure 2 représente une coupe du dispositif de la figure 1 suivant la ligne II-II. Les figures 3 et 4 représentent respectivement
des coupes suivant les lignes III-III et IV-IV.
La figure 5 représente des profils de potentiel apparaissant au cours du fonctionnement du dispositif de
la figure 1.
La figure 6 représente des tensions d'horloge en fonction du temps t pour le fonctionnement du dispositif
de la figure 1.
La figure 7 représente des profils de-potentiel
apparaissant dans le corps semiconducteur lors de l'appli-
cation des tensions de la figure 6.
La figure 8 représente schématiquement une vue
de dessus d'un capteur CCD conforme à l'invention.
La figure 9 représente à échelle agrandie une
partie du capteur de la figure 8.
Les figures 10 et 11 représentent respectivement
des coupes suivant les lignes X-X et XI-XI de la figure 8.
Les figures 12 et 13 représentent desschémas des
tensions d'horloge qui sont appliquées aux bornes du dis-
positif de la figure 8.
La figure 14 représente schématiquement une vue
de dessus d'une mémoire SPS conforme à l'invention.
La figure 15 représente à échelle-agrandie une
partie de la jonction SP du dispositif de la figure 14.
La figure i 6 représente des tensions d'horloge
à appliquer aux bornes de cette mémoire.
La figure 17 représente une coupe d'un CCD à 2
phases conforme à l'invention.
La figure 18 représente un schéma des tensions
d'horloge à appliquer dans le cas d'une réalisation se-
Ion la figure 17.
La figure 19 représente schématiquement une vue de dessus d'un autre mode de réalisation d'un capteur
CTD conforme à l'invention.
La figure 20 montre un schéma de tensions d'hor-
loge qui sont appliquées aux bornes de ce dispositif.
La figure 21 représente une coupe (transversale à la direction de transport de charge) d'un autre mode
de réalisation d'un CCD conforme à l'invention.
La figure 22 représente une coupe d'encore un au-
tre mode de réalisation d'un CCD conforme à l'invention.
La figure 23 représente schématiquement des pro-
fils de potentiels apparaissant dans le dispositif de la
figure 22,.
La figure 24 montre encore une autre variante
d'un CCD conforme à l'invention.
Le dispositif des figures 1-à 4 comporte un corps semiconducteur 1 muni d'une couche superficielle 3 d'un type de conductivité contigus A la surface 2 et formée sur le corps de support 4 de l'autre type de conductivité
opposé Dans ce mode de réalisation, la couche superfi-
cielle 3 est en silicium de type p alors que le corps de support 4 est en silicium de type n, mais il sera évident qu'on peut inverser les types de conductivité et quà, au
lieu de silicium, on peut utiliser d'autres matériaux se-
miconducteurs De plus, le corps de support 4, au lieu
d'être constitué par un substrat homogène, peut être for-
mé par un substrat muni d'une couche partielle de type n qui, par l'intermédiaire d'une jonction pn, change en
une couche de type ú sous-jacente.
La couche superficielle 3 de type y, qui est réalisée de manière usuelle par implantation ionique ou
par dépôt épitaxial, a par exemple une épaisseur de l'or-
dre de 2,5/um et une concentration de dopage de l'ordre de 4 1015/ cm: La concentration de dopage du substrat 4
est de l'ordre de 5 1014/ cm:, et l'épaisseur est de l'or-
Z 504337
dre de 300 um.
Dans la couche 3 de type p sont définies une première ligne CCD 5 de type à canal p et une seconde ligne CCD 6 de type à canal n, contiguë à la première Les lignes 5 et 6 sont l'une et l'autre du type à canal de transport dans la masse, c'est-à-dire du type dans lequel le transport de la charge se fait au moins essentiellement dans la masse du
corps semiconducteur 1.
A cet effet, la ligne CCD 6 à canal N comporte une zone superficielle 7 de type N qui est formée dans la couche 3 et qui, à partir de la surface 2, ne s'étend que sur une partie de l'épaisseur de la couche 3 de type p L'épaisseur et la concentration de dopage ont été choisies tellement faibles que, tout en évitant le claquage, il soit possible de former une zone d'épuisement sur toute l'épaisseur de la zone 7, et elles ont respectivement des valeurs de l'ordre de -0,6 um et de 2 10 atomes par cm
Conformément à l'invention, la couche superficiel-
le 3 de type p comporte, outre la zone superficielle 7 de type n au moins une seconde zone superficielle 8 de type n
qui est au moins pratiquement identique à la zone 7 et défi-
nit une seconde ligne CCD 9 à canal N de transport dans la masse, parallèle à la ligne CCD 6 Les zones 7, 8 enferment une partie intermédiaire 10 de la couche superficielle 3 de type p, partie qui correspond au canal de ladite ligne CCD 5 à canal p A cet effet, la distance entre les zones superficielles 7, 8 de type N a été choisie tellement grande par rapport à l'épaisseur de la couche semiconductrice 3 et à la profondeur des zones 7, 8, que, par l 'application
de tensions, il soit formé pour les trous des minima de po-
tentiel dans la partie 10 de la couche 3 ainsi que des bar-
rières de potentiel dans les parties 11 de la couche super-
ficielle 3 situées au-dessous des zones 7, 8 de type n.
Dans ce mode de réalisation du dispositif conforme
à l'invention, le CCD 6 à canal de type N et le CCD 5 à ca-
nal de type p ne sont pas superposés mais juxtaposés, de sorte que les capacités de stockage de charge sont à peu près égales dans les deux canaux De plus, étant donné que les lignes à canal N constituent une limitation latérale
pour les lignes à canal p et que les lignes à canal p consti-
tuent une limitation latérale pour les lignes à canal n, les canaux occupent relativement peu d'espace, de sorte qu'il est possible de réaliser de façon simple un grand nombre de lignes dans un corps semiconducteur commun Pour illustrer cela, on a représente sur les figures, en plus des canaux 5, 6 déjà cités, encore une-autre ligne CCD 12 à canal de type p avec la partie 13 de la couche superficielle 3 de type p, ainsi que la ligne CCD 14 à canal de type N avec la zone superficielle 15 de type n, et il sera évident que, de façon simple, on peut donner encore plus d'extension à la
structure.
Pour l'obtention de canaux ayant à peu près des capa-
cités de stockage de charge égales, on a donné aux canaux
à peu près la même largeur, de 15 im dans l'exemple de réa-
lisation spécifique Le cas échéant, les régions 10,13 de
type p peuvent être rendues un peu plus larges pour compen-
ser des différences éventuelles de capacité de stockage de
charge provoquées entre autres par la différence de concen-
tration de dopage.
Le dispositif comporte en outre les électrodes usuel-
les de tension d'horloge 16, 17 et 18 qui s'étendent paral-
lèlement à la surface 2, transversalement à la direction de transport de charge Pour la simplicité des figures, ces électrodes sont représentées par des pistes conductrices très rapprochées les unes des autres, mais il sera évident qu'on peut utiliser aussi des configurations d'électrodes constituées par des pistes qui se chevauchent partiellement
et qui consistent par exemple en silicium polycristallin.
Les électrodes 16 et 18 sont réalisées sur une couche iso-
lante 19 recouvrant la surface 2, par exemple une couche
d'oxyde d'une épaisseur comprise entre 0,07 à 0,1 îM.
Les électrodes 16 à 18 croisent les lignes CCD 5,6,9,12 et 14 Comme le montre la figure 2, la couche d'oxyde 19
présente, au moins dans un sens perpendiculaire à la direc-
tion de transport de charge, une épaisseur pratiquement uni-
forme, et cela par opposition au dispositif connu décrit, qui présentedes canaux complémentaires dans lesquels des pas dans l'épaisseur d'oxyde sont utilisés comme limitation de
canal latérale.
De plus, les lignes CCD 6,9 et 14 de type à canal n
comportent une zone d'entrée 20 de type n+ munie d'une élec-
trode 21, ainsi qu'une zone de sortie 22 de type N munie d'une électrode 23 Les lignes CCD 5 et 12 à canal de type p comportent chacune une zone d'entrée 24 de type p reliée à l'électrode 25, ainsi qu'une zone de sortie 26 de type p reliée à l'électrode de sortie 27 Entre les zones d'entrée des lignes CCD et les électrodes d'horloge 16 à 18, on a
prévu une électrode d'entrée 28 et une électrode d'échantil-
lonnage (sample-gate) 29.
En fonctionnement, une tension de O volt par exemple est appliquée au substrat 4 de type n une tension de -35 Volts par exemple aux zones de sortie 26 de type pi et une tension de l'ordre de O volt par exemple aux zones de sortie
22 de type n.
Aux électrodes d'horloge 16 à 18 sont appliquées par exemple des tensions d'horloge variant entre -10 et -20 volts Partant de la relation de Poisson, on peut calculer
le potentiel dans le corps semiconducteur La figure 5 re-
présente schématiquement l'allure du potentiel dans le corps semiconducteur en fonction de la distance d par rapport à la surface Dans ce graphique, on a représenté dans le sens
horizontal la distance dans le corps semiconducteur par rap-
port à la surface 2, alors qu'on a représenté le potentiel dans le sens vertical La ligne 30 représente la surface de la couche d'oxyde 19, la ligne 31 représente la surface 2,
la ligne 32 les jonctions pn situées entre les zones su Der-
ficielles 7, 18, 15 de type N d'une part et la couche superficielle 3 de type p d'autre part, alors que la ligne
33 représente la jonction pn située entre là couche super-
ficielle 3 de type p et le substrat 4 de type n Les courbes 34 et 35 représentent le profil de potentiel à l'endroit des
canaux de type n à une tension d'électrode de respective-
ment -10 et -20 Volts Dans les zones superficielles 7, 8, 15 de type n, il se produit un maximum de potentiel (soit le minimum de potentiel pour des électrons formant des paquets de signaux) à quelque distance de la surface 2 Dans les parties sous-jacentes 11 de la couche 3 de type p, il se
produit un minimum de potentiel Les courbes 36 et 37 repré-
sentent le profil de potentiel à l'endroit des canaux 10,13 de type p, à des tensions d'électrode de respectivement -10 et -20 Volts Dans la couche 3 de type p il apparaît à quelque distance de la surface des minima de potentiel dans
lesquels peuvent être stockés des paquets de charge consti-
tués par des trous Grâce aux concentrations de dopage et aux
dimensions choisies, les minima de potentiel dans les ré-
gions 10, 13 de type p sont inférieurs aux minima de poten-
tiel dans la couche 3 de type p située au-dessous des zones 7, 8, 15 de type n Ainsi, les canaux des lignes CCD , 12 à canal de type p se trouvent limités d'une manière efficace, sans qu'il soit nécessaire de disposer de moyens séparés de limitation de canal Les canaux des lignes CCD 6,9 et 14 de type à canal N sont limités latéralement par les jonctions pn polarisées dans le sens d'arrêt et situées entre les zones 7, 8, 15 de type N et la couche 3 de type p. De plus, le dispositif peut être utilisé par exemple comme dispositif à 3 ou 4 phases, de la manière usuelle pour
les CCD, mais il sera évident que les principes décrits ci-
dessus peuvent être appliqués également à des versions à 2 phases ou à 4 phases La figure 6 montre les tensions d'horloge 01 ' 02 et 03 qui, en fonction du temps, peuvent
être appliquées respectivement aux électrodes 16, 17 et 18.
La tension d'échantillonnage 05 est appliquée à l'électrode 29 Une tension séparée peut être appliquée à l'électrode
d'entrée 28 Toutefois, pour simplifier les choses, l'électro-
28 est ici supposée reliée aux électrodes 17, auxquelles est appliquée la tension d'horloge 02 ' Les tensions 01, 02 ' 03 et 05 varient par exemple entre un maximum de -10 Volts et un minimum de -20 Volts Le niveau moyen est par exemple de -15 Volts Il sera clair que ce niveau moyen peut être
remplacé aussi par une tension qui diminue progressivement.
Les signaux d'entrée qui doivent être convertis en paquets de charge, sont envoyés par exemple vers les zones d'entrée , 24. Pour plus de clarté, on a représenté sur la figure 7 a le diagramme de potentiel valable dans la partie d'entrée d'une ligne CCD à canal N (potentiel positif vers le bas) à un certain nombre d'instants indiqués sur la figure 6, alors qu'on a représenté sur la figure 7 b le diagramme valable dans
la partie d'entrée d'un CCD à canal p aux mêmes instants (po-
tentiel vers le haut): à l'instant t O, les électrodes 16 ( 01) sont le plus positives et les électrodes 18 ( 03) -le plus négatives Cela signifie que, au-dessous de 01 ilexiste
dans le CCD à canal N un puits de potentiel pour les élec-
trons, puits dans lequel peut être stockée une charge (élec-
trons) et que, au-dessous de 03 il existe un puits de poten-
tiel pour des paquets de trous dans le CCD à canal p Comme le démontrent les figures 7 a et 7 b, les zones d'entrée de type N des CCD à canal N et les zones d'entrée de type p des CCD à canal p sont séparées électriquement des paquets
de charge (hachurés) par des barrières de potentiel intermé-
diaires. A l'instant t 1, 01 passe à -15 Volts, tandis que 2
augmente à -10 Volts et que 03 et 05 restent constantes.
Dans les registres à canal n, les paquets d'électrons sont transférés vers un étage suivant (voir figure 7 a) Toutefois, à cet instant, il n'y a pas de transport dans les registres à canal p, c'est-à-dire que les trous restent au-dessous des
électrodes 18 ( 03) (figure 7 b).
A l'instant t 2, 05 augmente à -10 Vol ts, de sorte que
les zones d'entrée 20 de type N peuvent être reliées électri-
quement aux puits de potentiel au-dessous des électrodes 28
( 02) dans les registres à canal N (figure 7 a) Dans les re-
gistres à canal de type p, les zones d'entrée 24 de type p
restent électriquement isolées.
A l'instant t 3 P 03 augmente à -15 Volts et 01 diminue à -20 Volts, 02 reste égale à -10 Volts Dans les registres à
canal p (voir figure 7 b), les paquets de trous sont transfé-
rés vers l'étage suivant Dans les registres à canal N (fi-
gure 7 a), les paquets d'électrons restent au-dessous des
électrodes ( 02).
A l'instant t 4, 05 diminue à -15 Volts, de sorte que les zones d'entrée 20 de type N dans les registres à canal n sont séparées à nouveau du puits de potentiel au-dessous des électrodes d'entrée 28, ce qui aboutit à l'obtention d'un nouveau paquet de charge 35 au-dessous des électrodes 28, paquet de charge dont la taille est une mesure du signal d'entrée envoyé vers la zone d'entrée correspondante 20 Ce
paquet de charge peut être transporté plus loin de la maniè-
re décrite ci-dessus.
A l'instant t 5, 05 diminue à nouveau à partir de -15 Volts jusqu'à -20 Volts, de sorte que les zones d'entrée
24 de type p dans les registres à canal p peuvent être re-
liées à des puits de potentiel au-dessous des électrodes 28 ( 02) dans les registres à canal p (voir figure 7 b) A l'instant t 6, 05 augmente à nouveau jusqu'à -15 Volts, de
sorte que, dans les registres de type p au-dessous des élec-
trodes 28, il s'est formé des paquets de trous 36 qui sont une mesure des signaux d'entrée envoyés vers les zones 24 de type p Ensuite, ces paquets de trous peuvent être, eux aussi transportés plus loin par les registres de type p de
la manière déjà décrite.
Bien que, pour des dimensions latérales égales des canaux, la capacité de charge des registres à canal p peut être légèrement inférieure à celle des registres à canal n à cause des distances différentes existant entre les minima de potentiel et les électrodes, cette différence se trouve 1 l
réduite à une valeur acceptable pour de nombreuses applica-
tions, comparativement au cas o les registres à canal N et à canal p sont superposés au lieu d'être juxtaposés De plus, il est possible de réaliser de façon simple une adaptation supplémentaire de capacités de stockage de charge en choisis- sant, par exemple, la largeur des registres à canal p un peu
plus grande que la largeur des registres à canal n Par ail-
leurs, il est possible d'augmenter la capacité de stockage
de charge dans les registres à canal p en augmentant le dopa-
ge superficiel dans les canaux de type p, comme décrit dans
le brevet français délivré sous le No 2 222 756 dont le conte-
nu est incorporé à titre de référence au présent brevet.
Le cas échéant, il est possible de munir également les canaux
7, 8 et 15 de type N d'un tel profil de dopage.
Le dispositif considéré peut être fabriqué de façon simple par des techniques standard L'augmentation de la densité par rapport aux dispositifs conventionnels à couplage de charge est obtenue du fait que les canaux de type p font
fonction en même temps de limitation latérale pour les ca-
naux de type N et inversement, ce qui, dans un dispositif conforme à l'invention, rend superflus des moyens séparés
qui s'imposent dans les dispositifs conventionnels à coupla-
ge de charge pour la limitation latérale des canaux.
L'exemple de réalisation décrit jusqu'ici comporte une couche superficielle 3 de type p dans laquelle sont réalisées par dopage des zones 7, 8 et 15 de type n Dans un certain nombre de cas, notamment si l'on impose des exigences strictes
à la vitesse de fonctionnement du dispositif, cette configu-
ration a la préférence du fait qu'une diminution éventuelle de la vitesse de transport dans les canaux de type p due à la mobilité inférieure des trous (par rapport aux électrons) peut être compensée au moins partiellement par des champs d'accélération qui, dans les canaux relativement épais de type p, peuvent être plus grands que dans les registres à canal n< elativement peu profonds Toutefois, dans les cas o l'on impose des exigences moins strictes à la vitesse, il va
sans dire que les types de conductivité peuvent être avanta-
geusement inversés.
La figure 8 représente schématiquement une vue de des-
sus d'un mode de réalisation d'un dispositif à couplage de charge conforme à l'invention, mode de réalisation qui se
rapporte à un capteur pour une caméra La figure 10 repré-
sente une coupe transversale suivant la ligne X-X de la figure 8 de même qu'une coupe transversale suivant la ligne
X'-XI, coupes qui ne diffèrent qu'à l'égard de la couche ré-
fléchissante 40 indiquée par des lignes interrompues qui n'appartient qu'à la coupe suivant la ligne X'-X' et ne se présente pas dans la partie supérieure de la figure 8 Par ailleurs, dans ce mode de réalisation, on utilise pour des parties correspondantes les mêmes références que dans le
mode de réalisation précédent.
Le capteur comporte un corps semiconducteur 1, dont la
constitution peut être identique à celle du corps semiconduc-
teur 1 du mode de réalisation précédent, tout en comportant un substrat 4 de type N et une couche superficielle 3 de type p formée sur ce substrat Dans cette couche superficielle, on a réalisé un certain nombre de zones superficielles-7 de type n qui sont séparées par des parties intermédiaires 8 en forme de bande de la couche superficielle 3 de type p Les
zones 7 de type N forment à nouveau les canaux des CCD à ca-
nal n, et les parties 8 forment les canaux des CCD à canal de type p. Les lignes 7,8 sont divisées en deux portions, dont la portion supérieure, marquée A, constitue la section de prise
de vues, alors que la portion inférieure, marquée B, consti-
tue la section de mémoire Les canaux 7 et 8 débouchent dans un registre série, marqué C, comportant un CCD à canal p muni de la zone 41 de type ainsi qu'un CCD à canal N muni de la zone 42 de type n Comme le montre la figure 8, les canaux (zones) 41 et 42 sont transversaux aux canaux 7, 8, et sont
munis de connexions 43, 44 o peuvent être prélevés les si-
gnaux vidéo de sortie, et à travers lesquelles les canaux de
type p et de type N peuvent être polarisés à une tension ap-
propriée, à l'aide de sources de tension non représentées
sur la figure.
* Le capteur est donc du type dit "frame-transfer" en langue anglaise, dans lequel l'image qui frappe la partie A est convertie dans une matrice de paquets de charge Ensuite, cette matrice est transférée en un temps relativement bref dans le registre B qui, par la couche réfléchissante en AI 48, est protégé contre le rayonnement incident Ensuite, les paquets stockés dans la partie B peuvent être introduits ligne par ligne dans les registres C pour être successivement lus alors que, en même temps, une nouvelle configuration de charge est engendrée à nouveau dans la partie A. Le long de son contour, le capteur est limité par un anneau 45 de type N qui, en haut de la figure 8, est relié
aux canaux 7 de type n L'anneau 45 limite en haut les ca-
naux 8 de type p et en bas le canal 41 de type p La région 46 de type p située entre l'anneau 45 et le canal voisin 7 de type N pourrait être réalisée comme une partie de la section prise de vues A et de la section de mémoire B Toutefois, dans l'exemple de réalisation montré, à travers une ouverture dans l'anneau 45, la région 46 est reliée par l'intermédiaire d'une connexion 47 à la région située en dehors de l'anneau , pour le transport de la charge vers la région 46 Il est possible d'établir un pont sur l'ouverture dans l'anneau au moyen d'une connexion 48 qui est isolée électriquement de la connexion 47 Le cas échéant, l'anneau 45 peut être
branché, par exemple par sa partie supérieure, sur un poten-
tiel approprié à travers un ou plusieurs contacts non repré-
sentés.
Il est à remarquer que, sur la figure, on a dessiné seu-
lement quelques lignes CCD 7, 8, mais que, en réalité, ce nombre peut être beaucoup plus grand et s'élever à plusieurs centaines.
Les sections A, B et C sont munies chacune d'un jeu sé-
paré d'électrodes d'horloge 01 04 * c'est-à-dire que, dans ce mode de réalisation, les lignes CCD fonctionnent à l'aide d'électrodes d'horloge à quatre phases Comme dans le mode de réalisation précédent, les canaux p et N dans les sections A et B ont des électrodes communes sous forme de deux pistes en silicium polycristallin 49-52 qui se chevauchent et sont
constituées par deux couches, comme représenté sur la figu-
re 11 Le cas échéant, le recouvrement en Al 40 peut s'éten-
dre au-dessus de la zone 45 de type N et de la région 46 de
type p dans la section A Pour permettre de distinguer net-
tement la jonction parallèle-série, on a représenté une partie du registre C (de la taille de deux cellules environ)
à échelle agrandie sur la figure 9.
Les électrodes 53 et 55 sont réalisées dans une premiè-
re couche de silicium polycristallin Les bandes 53 font partie d'une structure interdigitale qui peut être contac-
tée avec une bande d'Al 53 a Les électrodes 55 sont formées
par des doigts réalisés dans la même couche de silicium poly-
cristallin que les électrodes 53, et peuvent être intercon-
nectées et branchées sur une source de tension par l'inter-
médiaire d'une piste d'Al 57 Les électrodes 54 et 56 sont
réalisées dans une seconde couche de silicium polycristal-
lin ou couche d'Al (isolée électriquement de la première couche de silicium polycristallin, qui est représentée par des lignes pointillées sur la figure 9) Les électrodes 56
et 54 forment deux configurations interdigitales, dans les-
quelles les doigts 54 peuvent être interconnectés par la
bande 54 a, alors que les doigts 56 peuvent être interconnec-
tés par la bande 56 a La base 56 de la configuration inter-
digitale formée avec les électrodes 56 peut être située au-
dessus de la dernière électrode d'horloge de la section de mémoire B, électrode à l'aide de laquelle les signaux peuvent
être passés de la section B dans le registre C Pour la clar-
té du dessin, cette électrode d'horloge, qui peut être réa-
lisée dans ladite première couche de silicium polycristallin ou dans une autre couche de silicium polycristallin située
au-dessous de celle-ci, n'a pas été représentée sur la figu-
re 9. Pour expliquer le fonctionnement du dispositif on a représenté sur les figures 12 et 13, en fonction du temps,
les tensions d'horloge qui, en fonctionnement, sont appli-
quées aux électrodes La figure 13 représente les tensions d'horloge qui sont appliquées à la section A de prise de vues, t B indiquant la période o une configuration de charge engendrée est passée de la section A dans la section B, et ti indiquant la période d'intégration o une image captée
est convertie dans une configuration de charge Dans l'inter-
valle t B, il est possible que, à la section de mémoire B,
les mêmes tensions d'horloge 01 02 ' 03 et 04 soient appli-
quées qu'à la section de prise de vues A; dans l'intervalle les tensions O 02 d 03 et 04 'î indiquées sur la figure
13, sont appliquées à la section de mémoire.
Tant la section de prises de vues A, la section de mé-
moire B que les registres série C fonctionnent comme des
systèmes à quatre phases Par opposition au mode de réalisa-
tion précédent, les tensions d'horloge ne présentent que
deux niveaux, de -10 et de -20 Volts par exemple, à l'excep-
tion de la tension V 53 qui compte trois niveaux, ce qui
sera décrit en détail dans la suite de cet exposé En princi-
pé, il est possible d'appliquer aux régions N et p et au substrat les mêmes tensions qu'aux régions correspondantes
du mode de réalisation précédent.
Pour la commodité, on suppose dans la description du
fonctionnement que, dans la section de prise de vues A, est stockée une configuration de charge qui est transportée vers la section B e transport se fait comme suit
A t O (figure 12), les électrodes auxquelles sont ap-
pliquées les tensions 01 et 02 (indiquées ci-après respecti-
vement par électrodes 01 et 02) sont à -10 Volts alors que les électrodes 03 et 04 sont à -20 Volts Dans ces conditions, des électrons se trouvent au-dessous des électrodes 01 et 02 '
et des trous se trouvent au-dessous des électrodes 03 et 04.
A l'instant tl, 02 et 04 sont maintenues respectivement à
-10 et -20 Volts, tandis que 01 et 03 sont passées respecti-
vement à -20 et à -10 Volts Les électrons se répartissent alors entre les électrodes 02 et 03: alors que les trous se répartissent entre les électrodes 04 et 01 Entre les instants t I et t 2, les électrodes 01 et les électrodes 03 sont maintenues respectivement à -20 et à -10 Volts, tandis que les électrodes 02 et 04 passent respectivement à -10 et à -20 Volts Les trous se déplacent alors au-dessous des électrodes 01 et 02 ' tandis que les électrons sont stockés
au-dessous des électrodes 03 et 04.
Ainsi, l'entière configuration de charge de trous et d'électrons de la section A peut être passée dans la section B Lorsque, à la fin de t B: le transport est achevé et que toute la section A est vide, l'intervalle ti commence et il
est possible de Convertir à nouveau une image en une confi-
guration de charge de trous et d'électrons A cet effet, à titre d'exemple, une tension de -20 Volts est appliquée aux électrodes 01 et 02 alors qu'une tension de -10 Volts est appliquée aux électrodes 03 et 04 Ainsi, des électrons engendrés dans les CCD à canal N sont stockés au-dessous des
électrodes 01 et 02 Des trous engendrés dans les CCD à ca-
nal p sont stockés au-dessous des électrodes 03 et 04 -
Lors de la prise de vues, l'information stockée dans la section de mémoire peut être lue par l'intermédiaire des registres série C La figure 13 donne le schéma d'une part, de tensions d'horloge qui sont appliquées dans l'intervalle ti aux électrodes d'horloge de la section de mémoire B ( 01 " 02 " 03 ': 04 '), et, d'autre part, des tensions V qui sont appliquées respectivement aux électrodes d'horloge 53-56 du registre série C La référence tr indique l'intervalle de
temps o est lue une ligne qui a été passée dans les regis-
tres série Le transport de charge dans les registres C a lieu de droite à gauche avec des tensions d'horloge à quatre phases, de la même manière que le transport de charge de la section A vers la section B Après la lecture d'une ligne, une nouvelle ligne est passée dans les registres C à partir de la section de mémoire, alors que, en même temps, les autres
lignes dans le registre B sont décalées d'une position.
Cela se produit dans l'intervalle de temps qui, sur la fi-
gure 13, est indiqué par t (parallèle-série).
A l'instant t 4, les électrodes 03 ' et 04 ' sont à -10 Volts, alors que les électrodes 01 ' et 02 ' sont à -20 Volts. Dans ces conditions, des trous sont donc stockés au-dessous
des électrodes 01 ' et 02 ' alors qu'il se trouve des élec-
trons au-dessous des électrodes 031 et 041 Les électrodes 53 et 56 dans le registre série sont simultanément à -20
Volts, tandis que les électrodes 54, 55 sont à -10 Volts.
Le transport d'électrons à partir des électrodes 03 ' et 04 ' vers le registre série 42 est évité par la tension plus basse appliquée aux électrodes 01 ' et 02 ' Le transport de trous vers le registre de type p est évité par la barrière
de potentiel dans la couche 3 de type p, au-dessous du re-
gistre 42 de type n A l'instant t 5, pour le transfert de trous, une tension négative supplémentaire, par exemple de -35 Volts, est appliquée aux électrodes 53 De ce fait, la barrière de potentiel dans la couche 3 de type p au-dessous
du registre 42 de type N est diminuée, de sorte que, à tra-
vers la région située au-dessous du registre 42 de type n,
les trous stockés au-dessous des électrodes 01 ' et 02 ' peu-
vent passer dans le registre 41 de type p de la section C et que, après le transport, ils peuvent se répartir au-dessous des électrodes 53 et 54 qui, à cet instant, sont également
à -20 Volts.
A l'instant t 5, les électrodes 56 sont à -10 Volts et forment ainsi une barrière pour la limitation des paquets de trous dans le registre 41 Aux instants t 5 et t 7, 01 ' et 02 ' ont augmenté successivement à -10 Volts Les trous présents au-dessous de ces dernières électrodes 01 ' et 02 ' sont alors transportés en entier vers le registre série, alors que,
simultanément, dans la section de mémoire B, tous les pa-
quets de trous sont déplacés vers le registre série Deplusentre les instants t 6 et t 7, 03 ' et 04 ' passent respectivement à -20 Volts, de sorte que les électrons sont déplacés vers les
électrodes 01 ' et 02 ' Aux instants t 8 et t 9, 01 ' et 02 ' pas-
sent à nouveau à -20 Volts Les électrons présents au-dessous de ces dernières électrodes Olt et 02 ' sont alors passés dans le registre C 42, au-dessous des électrodes 55, 56 qui sont à -10 Volts Simultanément, les électrodes 53 sont à nouveau à -20 Volts Ainsi une ligne complète de paquets de trous et d'électrons a été passée dans la section C et, ensuite, de la manière déjà décrite, elle peut être transportée plus loin dans la section C, vers les bornes de sortie 43, 44 o les signaux de sortie peuvent être lus pour les opérations
ultérieures usuelles.
Dans le mode de réalisation considéré, le transport
parallèle-série des trous est réalisé en appliquant aux élec-
trodes 53 une tension négative supplémentaire de -15 Volts.
Le cas échéant, on peut diminuer cette tension supplémentai-
re en augmentant la concentration de dopage dans la région de type p, audessous de la zone 42 de type n Comme un tel
dopage supplémentaire influence aussi la répartition de po-
tentiel dans le canal 42 de type n, en ce sens que les puits de potentiel pour les électrons à transporter deviennent Ki IE profonds, on peut avantageusement accroître la concentration
en impuretés de type N dans une zone superficielle peu pro-
fonde du canal 42 de type n De cette façon,on évite que, au cours du transport d'électrons par le canal 42, une partie des électrons revienne dans la section de mémoire B. D'autres avantages d'un dopage supplémentaire dans une
couche superficielle relativement mince des canaux de trans-
port, dopage qui peut être introduit également dans les ca-
naux de la section A et de la section B et, outre dans les canaux n, dans les canaux de type p, sont décrits dans le brevet français délivré sous le N O 2222 756 de la Demanderesse, Demande de brevet dont le contenu est incorporé à titre de
référence à la présente Demande.
Pour éviter l'étalement de porteurs de charge par suite d'une surexposition locale ("blooming"), on peut appliquer
des techniques en soi connues dans des dispositifs conven-
tionnels Ainsi, chaque canal p et N peut être muni le long d'un de ses côtés longitudinaux respectivement d'une zone de drain de type p et de type N, qui est séparée latéralement du canal correspondant par une barrière de confinement Il est également possible que, eu égard à ses dimensions et à ses concentrations de dopage, le dispositif soit réalisé de façon que, à des tensions déterminées à appliquer, dans le cas d'une surexposition, les porteurs de charge en excédent d'un type s'étalent dans le sens longitudinal, c'est-à-dire
dans le sens du canal et que des porteurs de charge en excé-
dent de l'autre type s'étalent dans un sens perpendiculaire au sens du canal, de sorte que, lors de la reproduction de l'image captée, un point surexposé est reproduit sous forme d'une étoile C'est beaucoup moins gênant que l'apparition d'une barre verticale sur l'image reproduite, phénomène qui est inhérent à une surexposition en l'absence de moyens dits anti-blooming. La figure 14 représente une vue de dessus schématique
d'un dispositif à mémoire CCD du type SPS conforme à l'inven-
tion. La partie essentielle du dispositif est constituée par la section de mémoire 60 dans laquelle les paquets de çharge
sont déplacés parallèlement du haut-en bas le-long d'un cer-
tain nombre de lignes CCD parallèles Ces lignes comportent à leur tour un certain nombre de lignes CCD parallèles 9 à canal N qui sont alternées avec et limitées par des lignes CCD intermédiaires 12 à canal p Les lignes N 9 forment les entrées parallèles d'un registre de sortie CCD 42 à canal n, alors que les lignes p 12 forment les entrées parallèles du registre de sortie CCD 41 de type p Les registres 9, 12 et 41 42 correspondent respectivement aux sections parallèles
A, B et aux registres de sortie 41, 42 de l'exemple de réa-
lisation précédent et fonctionnent également au moyen d'un
système d'horloge à quatre phases.
De plus, le dispositif comporte un registre d'entrée 141 de type p et un registre -d'entrée 142 de type N ayant respectivement des entrées 143 et 144 pour la réception de
l'information de mémoire.
Dans le cas de l'utilisation d'une couche d'oxyde sous-
jacente d'une épaisseur appropriée, l'électrode d'entrée 144 peut être utilisée éventuellement comme électrode de porte d'un commutateur, ce qui évite que la charge se dirige à partir de l'entrée du registre d'entrée 141 de type p
vers l'anneau de type p entourant la section parallèle.
Dans les registres 141, 142, l'information est transportée au moyen d'un système d'horloge à quatre phases comportant les électrodes d'horloge 153156 Parmi ces électrodes, pour le transport série-parallèle, on a divisé les électrodes 153
en au moins deux parties, c'est-à-dire la partie 153 a appar-
tenant au registre 141 de type p et la partie 153 b faisant
partie du registre 142 de type n.
La figure 15 représente sur une échelle légèrement plus grande, une vue de dessus schématique d'une partie des registres série 141, 142 En bas de la figure, on a indiqué quelques registres parallèles 9, 12 de type N et de type p. Pour la clarté du dessin, on a omis la première électrode
d'horloge 044 qui, dans ce mode de réalisation, a été indi-
quée à titre d'exemple comme une électrode séparée 044 située au-dessus des entrées parallèles entre les registres 141,
142 d'une part et les registres 9, 12 d'autre part Les élec-
trodes 153 a, qui sont interconnectées par la bande 157, sont réalisées par exemple dans une première couche de silicium polycristallin Dans ces conditions, les électrodes 153 b,
qui chevauchent sur les électrodes 153 a et sont interconnec-
tées par la bande 158, peuvent être réalisées dans une secon-
de couche de silicium polycristallin, conjointement avec les
électrodes 155 qui sont interconnectées par la bande 159.
Dans une troisième couche de silicium polycristallin, repré-
sentée par des lignes pointillées, on peut réaliser les élec-
trodes 154, interconnectées par la bande 160; ainsi que les électrodes 156 Les électrodes 156 sont élaborées sous forme de doigts détachés qui sont reliés à une bande commune 161 en Al par exemple Les contacts entre le Al et le silicium
polycristallin sont hachurés sur la figure 15.
Pour l'explication du fonctionnement du dispositif, on s'en réfère à la figure 16 o est représenté le schéma des
tensions d'horloge qui sont appliquées aux électrodes 153-
156 et aux électrodes d'horloge 01 04 et 044 Dans les intervalles indiqués par to, les paquets de trous et d'élec- trons sont passés respectivement dans le registre p 141 et le registre N 142 au moyen de tensions d'horloge à quatre phases, et cela de la même manière que décrit en référence
au mode de réalisation précédent Le transport série-paral-
lèle a lieu dans l'intervalle t -
sp A l'instant t 1, les trous se trouvent au-dessous des électrodes 153 a, 156 (l'une et l'autre étant à -20 Volts),
alors que les électrons se trouvent au-dessous des électro-
des 154, 155 (l'une et l'autre étant à -10 Volts) On suppose
qu'il n'existe pas de charge au-dessous de la première élec-
trode 044) de la section parallèle Le transport de trous à
partir de l'électrode 153 a vers cette électrode 044 (-20 -
Volts) est évité par la barrière située au-dessous du regis-
tre série 142 de type n.
Par conséquent, entre les instants t 1 et t 2, V 153 b di-
minue à -35 Volts, de sorte que cette barrière disparaît En même temps, V 156 augmente à -10 Volts, de sorte que les
trous peuvent se déplacer vers 044 en passant sous le regis-
tre série 142 Entre les instants t 2 et t 3, V 153 a augmente à -10 Volts, tandis que 044 est maintenue à -20 Volts et V 1153 b à -35 Volts, de sorte que les trous sont transférés
vers 044 * Entre les instants t 3 et t 4, V 153 b augmente à nou-
veau à -20 Volts et 044 à -10 Volts Dans cette situation,
tous les paquets de trous se trouvent au-dessous des élec-
trodes 01 et 02 qui sont également à -20 Volts Entre les instants t 4 et t 5, 01 augmente à -10 Volts, tandis que 03 diminue à -20 Volts, ce qui provoque le transfert des paquets
de trous se trouvant au-dessous des électrodes 02 et 03.
Jusqu'à l'instant t 3, dans le registre série, les électrons
restent au-dessous des électrodes 154, 155 et 156 Les pa-
quets sont alors séparés par la basse tension appliquée aux électrodes 153 b Entre les instants t 3 et t 4, 044 passe à
-10 Volts, tandis que V 154 et V 156 diminuent à -20 Volts.
Les électrons se répartissent alors entre les électrodes 155
et 044 Entre les instants t 4 et t, V 155 diminue, elle aus-
si, à -20 Volts, tandis que 01 augmente à -10 Volts, de sor-
te que tous les paquets d'électrons sont stockés au-dessous de 044 et de l'électrode voisine O Entre les instants t 4 et t 6, 044 diminue à -20 Volts, tandis que 02 augmente à
-10 Volts, de sorte que, dans la section parallèle, les pa-
quets d'électrons sont décalés sur la distance d'une élec-
trode.
A une fréquence choisie favorable, les paquets de trous et d'électrons peuvent alors être transportés à un niveau plus bas dans la section parallèle pour y être passés
ligne par ligne, de la même manière que dans le mode de réa-
lisation précédent, dans les registres série de sortie 41, 42 et être envoyés, à travers ces registres, vers les bornes
de sortie 43, 44.
Immédiatement après le transport série-parallèle, les registres série d'entrée 141, 142 peuvent être remplis à
nouveau d'une nouvelle ligne d'information qui, de la ma-
nière décrite, peut être transférée vers la section paral-
lèle. Les modes de réalisation décrits jusqu'ici concernent essentiellement des CCD à trois ou à quatre phases, mais il sera évident que toutes les techniques en soi connues pour l'obtention de dispositifs à deux phases ou même à 1 phase, peuvent être appliquées, elles aussi, en combinaison avec les principes de l'invention Ainsi, une asymétrie de la répartition de potentiel, nécessaire au fonctionnement à deux phases, peut être obtenue par une implantation d'ions d'impureté au-dessous des électrodes d'horloge Dans ce cas,
il faut tenir compte du fait qu'une impureté d'un type déter-
miné, par exemple de type n, provoque un puits de potentiel dans les registres à canal N et une barrière de potentiel dans les registres à canal p Il s'ensuit que, en supposant que l'implantation dans les canaux N et p, par rapport à la
direction de transport, s'effectue du même côté des électro-
des, le transport de charge dans les registres à canal de type p sera opposé à celui dans les registres à canal de
type n.
En appliquant des implantations différentes pour les canaux N et les canaux p et/ou en réalisant l'implantation de côtés différents des électrodes, on peut obtenir des
dispositifs CCD à 2 phases conformes à l'invention dans les-
quels le transport de charge s'effectue dans la même direc-
tion.
La figure 17 représente un mode de réalisation d'un dispositif CCD à deux phases conforme à l'invention, dans lequel le transport de charge dans les canaux N et les canaux p s'effectue dans la même direction Cette figure représente une coupe transversale d'une partie d'un dispositif dans la direction de transport de charge, coupe dans laquelle la
ligne en trait tireté indique la profondeur des canaux n.
La surface du corps 1 est recouverte d'une couche d'oxyde 71 en forme de bande, comportant des parties minces 72 et des parties épaisses 73 Les électrodes d'horloge ont été réalisées de façon que chaque électrode soit située tant sur une partie mince que sur une partie épaisse Il se produit ainsi, tant pour les trous 74 que pour les électrons 75,
des minima de potentiel au-dessous des parties d'oxyde épais-
ses 73 et des barrières de potentiel au-dessous des couches
d'oxyde 72 situées au-dessous des parties gauches des élec-
trodes A la suite de cette asymétrie, les trous aussi bien que les électrons se déplacent vers la droite lorsque les
tensions d'horloge 01 et 02 sont appliquées.
La figure 19 représente une vue de dessus schématique d'une partie d'un mode de réalisation d'une variante à deux phases du capteur CCD de la figure 8 La figure 19 illustre une partie de la section de mémoire B et la partie voisine des registres de lecture 41, 42, la partie représentée de la section de mémoire B étant limitée à trois registres 7 à canal N et à trois registres 10 à canal p. Par opposition au mode de réalisation de la figure 8, les registres 7, 10 sont formés par des CCD à deux phases munis des électrodes d'horloge 01 et 02 On a obtenu la symétrie
nécessaire à cet effet en effectuant des implantations sup-
plémentaires au-dessous des électrodes de façon que, à
l'application de tensions d'horloge adéquates, il se produi-
se pour les porteurs de charge concernés un puits de poten-
tiel au-dessous de la moitié inférieure de chaque électrode
et une barrière de potentiel au-dessous de la moitié supé-
rieure Sur la figure, la ligne de démarcation entre les-
dites moitiés est indiquée par des traits tiretés A cet effet, dans le mode de réalisation considéré on a effectué au-dessous de la partie inférieure de chaque électrode, dans
les registres 7 à canal n, une implantation N supplémentai-
re indiquée par ni et,, dans les registres à canal p un dopage p supplémentaire indiqué schématiquement par p De toute évidence, ces implantations peuvent être réalisées aussi dans la section de prise de vues A. Les registres série 41, 42 peuvent être réalisés de la même façon que les registres à 2 phases Toutefois, cela
n'est pas nécessaire Il est également possible que ces re-
gistres soient réalisés comme des registres à 4 phases, de
la même manière que dans le mode de réalisation de la figu-
re 8 Toutefois, dans le mode de réalisation considéré, les registres de lecture 41, 42 sont formés par des CCD à trois
phases dans lesquels chaque cellule comporte trois élec-
trodes 01, 02 et 03-
Le transfert de charge à partir de la section de mé-
moire vers les registres série 41, 42 s'effectue par l'inter-
médiaire de l'électrode d'horloge 02 ' qui est accrochée en
phase avec les électrodes 02 ' l'amplitude de la tension d'hor-
loge étant cependant différente Sur la figure 20,on a re-
présenté les différentes tensions d'horloge en fonction du
temps t Au cours du temps de ligne TL# une ligne est cha-
que fois lue au moyen des horloges 03, 04 et 05 Ces tensions produisent le transport de trous et d'électrons de gauche à
droite Dans l'intervalle de temps Tbl 01 et 02 sont accro-
chées, de sorte que l'entière configuration de trous et d'électrons dans les registres 7 et 10 est décalée d'une position vers le bas Sous l'effet, par exemple, de l'impul- sion positive supplémentaire appliquée à 021 ' les trous stockés au-dessous de 02 ' peuvent être transférés vers le registre 41 en passant sous le registre 42 et être stockés dans le registre 41 au-dessous des électrodes 03 et 04 Lors de l'impulsion de tension positive 02 "I des électrons sont transférées vers 021 ' de dessous l'électrode voisine 01 et, lorsque 02 ' passe à nouveau au niveau de tension bas, ils
sont transférés vers le registre 42 au-dessous des électro-
des 05.
Dans les modes de réalisation décrits jusqu'ici, la couche superficielle 3 de type p est réalisée sur une région
4 de type N qui est formée par un substrat ou corps de dé-
part Toutefois, il est également possible de réaliser la
région 4 de type N sous forme d'une couche mince qui, elle-
même, peut être utilisée pour la formation de canaux de transport Un tel mode de réalisation est représenté en coupe transversale(à la direction de transport de charge) sur la figure 21 Cette figure représente quelques registres 7, 8, 15 de type N et quelques registres 10 de type p Les paquets d'électrons et les paquets de trous sont indiqués respectivement par et + La couche 3 de type p est réalisée sur une couche mince 4 de type n, sur toute l'épaisseur de laquelle peut être formée une région de déplétion pour le transport de charge dans la masse Le profil de potentiel qui, par l'application de tensions, est formé dans la couche 3 de type p et dans les zones de type N créées dans celles-ci, se prolonge en principe dans la couche 4 de type n De ce fait, dans la couche 4 de type n des minima de potentiel (pour les électrons) sont formés au- dessous des canaux N 7, 8 et 15, alors que des barrières de potentiel sont formées au-dessous des canaux 10 de type p Dans les minima de potentiel, peuvent être stockés et transportés des électrons qui sont engendrés par exemple par absorption de lumière dans et/ou à proximité de la couche 4 Le cas échéant, comme
indiqué sur la figure 21, il est possible de réaliser au-
dessous de la couche de type N une autre couche mince 83 de type p qui est limitée en dessous par le substrat 82 de type n Par le choix adéquat de l'épaisseur et de la concentration de dopage, il est possible de former également une région de déplétion dans la couche 83, sur toute son épaisseur, ledit profil de potentiel de la couche 3 se prolongeant dans la
couche 83 et formant pour les trous des minima de poten-
tiel au-dessous des canaux p 10 ainsi que des barrières de potentiel audessous des régions 7, 8 et 15 de type n De ce fait, des trous engendrés dans la couche 83 peuvent être
stockés lors desdits minima de potentiel sous forme de pa-
quets qui sont séparés par lesdites barrières.
La figure 22 représente une coupe (transversale à la direction de transport de charge) d'un mode de réalisation d'un dispositif à couplage de charge selon un second aspect
de l'invention Le dispositif comporte un corps semiconduc-
teur 85 dans lequel sont définis un certain nombre de canaux CCD dont quatre seulement sont illustrés sur la figure 22, à
savoir deux canaux 86 et deux canaux 87 Ces canaux sont jux-
taposés et s'étendent parallèlement (perpendiculairement au plan du dessin) dans le corps semiconducteur et comportent un
jeu commun d'électrodes d'horloge, dont un seul est représen-
té sur la figure, à savoir l'électrode 88 L'électrode-88 est isolée du corps 85 par une couche isolante 89, par exemple en oxyde de silicium Dans le mode de réalisation considéré, le corps semiconducteur 85 peut être constitué à nouveau
d'un substrat de silicium 90 de type N muni d'une couche su-
perficielle 91 de type p, mais il sera évident que, dans ce cas aussi, les types de conductivité peuvent être inversés
*sans inconvénient.
Dans le mode de réalisation considéré, au lieu d'être
de types de dopage opposés, les canaux 86, 87, qui sont conti-
gus tout comme dans les modes de réalisation précédents, sont munis l'un et l'autre de dopants déterminant le même type de conductivité, c'est-àdire le type p Toutefois, par une implantation ionique par exemple, on a donné aux ca-
naux 86 une concentration de dopage supérieure à celle des
canaux 87, à la suite de quoi le profil de potentiel à l'en-
droit des canaux 86 diffère de celui se présentant à l'en-
droit des canaux 87.
La figure 23 représente le profil de potentiel V dans le corps semiconducteur à différentes tensions appliquées A la couche 91, au substrat 90 et aux électrodes d'horloge 88, on applique des tensions telles qu'une couche de déplétion
soit formée sur toute l'épaisseur de la couche 91 A l'en-
droit des canaux 86, il se produit des puits de potentiel 92 et 92 ' respectivement à des tensions d'électrode V 1 et V 2 (V 2 étant supérieure à V 1) En regard des canaux 86, il se forme des puits de potentiel dans la masse de la couche 91 de type p Dans ces puits de potentiel, il est possible de stocker des trous et de les transporter par le déplacement des minima de potentiel De cette façon, un certain nombre de canaux de type p à transport dans la masse se trouve défini dans la couche semiconductrice 91 A l'endroit des régions 87, sont formés des puits de potentiel 93 et 93 ' dont les minima sont supérieurs à ceux des puits de potentiel 92, 92 ' Les puits 93, 93 ' constituent donc des barrières de potentiel latérales pour les canaux 86 et isolent ceux-ci les
uns des autres.
Pour les électrons, des minima de potentiel sont for-
més à la surface, à l'endroit des régions 87 Ces minima sont limités latéralement par les potentiels en surface à l'endroit des régions 86 Cela signifie que les régions 87 peuvent être utilisées en même temps comme canaux en surface de type N qui sont contigus aux canaux 86 par lesquels ils
sont isolés les uns des autres La figure 22 représente sché-
matiquement quelques paquets d'électrons 94.
D'une manière décrite en référence aux modes de
réalisation précédents, par exemple les trous dans les ré-
gions 86 et les électrons dans les régions 87 peuvent être
transportés à l'aide de systèmes connus de tension d'horloge.
Dans le mode de réalisation de la figure 22, le canal 86 est de type bccd, et le canal 87 de type en surface La figure 24 représente en coupe une variante dans laquelle les deux canaux sont de type bccd ou de type pccd Au lieu d'une couche de type p, on utilise sur le substrat 90 une couche 91 de type n, qui forme des jonctions pn avec les régions 86 de type p Par le choix adéquat des dopages dans les diverses régions, il est possible de former autour des régions 86 de type p, par le blocage desdites jonctions pn, une région de déplétion 95 indiquée par des lignes en traits tiretés, région qui renferme toute la région 87 et isole celle- ci du substrat 90 Maintenant, par l'élimination de
tous les électrons, la région 87 peut être utilisée à nou-
veau comme canal d'un registre CCD à canal de transport dans
la masse.
Il sera évident que l'invention n'est nullement limi-
tée aux modes de réalisation décrits, et l'homme de l'art sera à même d'imaginer de nombreuses variantes sans sortir du
cadre de l'invention.
Ainsi, dans les modes de réalisation décrits, les types de conductivité peuvent être inversés conjointement avec la polarité des tensions correspondantes appliquées De plus, dans le mode de réalisation à canal de transport dans la masse (pccd ou bccd), on peut utiliser des électrodes qui,
au lieu d'être séparées des canaux de transport par une cou-
che isolante, en sont séparées par une jonction de redresse-
ment Dans ce cas, les électrodes peuvent donc être réali-
sées sous forme de couches métalliques constituant une jonc-
tion Schottky avec les canaux de transport De plus, les électrodes peuvent être formées par des zones diffusées qui
constituent des jonctions pn avec les jonctions de transport.
Dans la mémoire SPS décrite en regard des figures 14 etc, pour le transport des trous aussi bien que pour le transport des électrons, on peut appliquer le principe en
soi connu des "horloges multiphases" Dans ce mode de fonc-
tionnement, il se présente toujours un "seau" vide à côté d'une pluralité de "seaux" pleins successifs, le seau vide étant décalé chaque fois de 1 position Appliqué dans des dispositifs CCD complémentaires, ce principe, qui permet
d'obtenir une augmentation notable de la densité d'infor-
mation, implique en général que, dans des cellules voisines, le seau vide situé dans les canaux de type p est décalé par
rapport au seau vide situé dans les canaux de type n.
Dans la structure SPS décrite, il se présente dans les
registres série quatre électrodes sur deux canaux parallèles.
Toutefois, il est également possible de former dans les re-
gistres série quatre canaux parallèles sur quatre électrodes, de sorte que l'on obtient une augmentation supplémentaire
de la densité.
Dans les modes de réalisation se rapportant aux cap-
teurs d'image, on peut utiliser le principe en soi connu
de "l'interlignage", suivant lequel, au cours de deux pério-
des de trame successives, les paquets de charge sont rassem-
blés au-dessous de différentes électrodes d'horloge, de sor-
te que les éléments de prise de vues semblent être décalés
d'une demi-position les uns par rapport aux autres.
Claims (7)
1 Dispositif à couplage de charge du type à canal de transport dans la masse, muni d'un corps semiconducteur
comportant une couche superficielle de premier type de con-
ductivité ( 3, fig 8-11) contiguë à une surface, couche dans
laquelle sont réalisées une pluralité de zones superficiel-
les ( 7) de second type de conductivité similaires entre elles, s'étendant parallèlement les unes aux autres dans la couche superficielle et définissant conjointement avec les parties de couche superficielle intermédiaires et contiguës à la surface un groupe de lignes CCD parallèles et contiguës, en
alternance de premier ( 8) et de second ( 7) types de conduc-
tivité, caractérisé en ce que les sorties desdites lignes
CCD de premier et de second types de conductivité sont re-
liées respectivement à des entrées parallèles d'un registre série ( 41) de premier type de conductivité et à des entrées
parallèles d'un registre série ( 42) de second type de con-
ductivité, registres série qui sont également formés par des lignes CCD du type à canal de transport dans la masse, le registre série ( 42) de second type de conductivité étant défini par une autre zone superficielle de second type de
conductivité réalisée dans la couche superficielle et si-
tuée entre le groupe ( 7, 8) de lignes CCD parallèles et le registre série ( 41) de premier type de conductivité défini
par une partie de la couche superficielle adjacente au re-
gistre série de second type, alors qu'on a prévu des moyens (V 53, fig 13) permettant de former au-dessous du registre
série de second type de conductivité des passages par les-
quels des paquets de charge peuvent *tre transférés a par-
tir du groupe de lignes CCD parallèles de premier type de
conductivité vers le registre série de premier type de con-
ductivité.
2 Dispositif à couplage de charge selon la reven-
dication 1, caractérisé en ce que, dans une direction per-
pendiculaire à la direction de transport de charge, la lar-
geur des zones superficielles ( 7) de second type de con-
ductivité est au moins pratiquement égale à la largeur de
ladite partie intermédiaire ( 8) de la couche superficiel-
le ( 3, fig 8).
3 Dispositif à couplage de charge selon la reven-
dication 1 ou 2, caractérisé en ce que les lignes CCD de ( 9, 12; fig 14) premier type de conductivité et de second
type de conductivité comportent des entrées qui sont re-
liées à des entrées parallèles de registres série respec-
tivement de premier ( 141) et de second ( 142) type de con-
ductivité formés par des lignes CCD définies dans la cou-
che superficielle, lignes CCD dont la direction de trans-
port de charge est perpendiculaire à la direction de trans-
port de charge des lignes CCD appartenant audit groupe.
4 Dispositif à couplage de charge selon la reven-
dication 3, caractérisé en ce que tant les entrées que les
sorties des lignes CCD appartenant audit groupe sont re-
liées à des registres série de façon qu'il soit formé une
matrice de mémoire série-parallèle-série, dont ledit grou-
pe de lignes CCD parallèle ( 9, 12) constitue la section parallèle. Dispositif à couplage de charge selon l'une quel-
conque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que
ledit groupe de lignes CCD parallèles ( 7, 8, fig 8) forme une matrice d'éléments photosensibles d'un capteur d'image
à l'état solide destiné à une caméra.
6 Dispositif à couplage de charge selon la reven-
dication 5, caractérisé en ce que le capteur est du type dit "frametransfer", le groupe de lignes CCD parallèles étant divisé, dans le sens de la longueur des lignes, en deux parties (A, B), pratiquement identiques se trouvant dans le prolongement l'une de l'autre, parties dont l'une (A) forme ladite matrice d'éléments photosensibles alors
que l'autre (B) forme une matrice de mémoire pour le sto-
ckage de la charge électrique engendrée dans la matrice photosensible. 7 Dispositif à couplage de charge selon l'une
quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que
la couche superficielle ( 3) est de type de conductivité y et en ce que la zone ( 8) superficielle formée dans cette
couche est de type de conductivité n.
8 Dispositif à couplage de charge selon la reven-
dication 1, caractérisé en ce que, à partir de la surface, le corps semiconducteur comporte une pluralité de couches
semiconductrices contiguës de types de conductivité oppo-
sés ( 3, 4, 83; fig 21) ayant une épaisseur et une concen-
tration de dopage telles que le profil de potentiel dans lesdits canaux définis dans la couche supérieure( 3), se prolonge dans les couches semiconductrices sous-jacentes, de sorte qu'une pluralité d'autres canaux pour le stockage
et/ou le transport de porteurs de charge est définie auto-
matiquement dans ces couches semiconductrices.
9 Dispositif à couplage de charge selon la reven-
dication 6, caractérisé en ce que,au moins dans la partie du capteur qui forme la matrice d'éléments photosensibles, les dimensions et les concentrations de dopage ont été
choisies telles que, dans le cas d'une surexposition loca-
le, des porteurs de charge d'un type se répartissent dans
une direction parallèle à la direction de transport de char-
ge et les porteurs de charge de l'autre type se répartis-
sent dans une direction perpendiculaire à celle-ci.
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