NL8401311A - Ladingsgekoppelde halfgeleiderinrichting met dynamische besturing. - Google Patents

Description

T i « ΡΗΝ 10.997 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Ladingsgekoppelde halfgeleiderinrichting met dynamische besturing".

De uitvinding heeft betrekking op een ladingsgekoppelde halfgeleiderinrichting bevattende een halfgeleiderlichaam waarin aan een hoofdoppervlak tenminste een ladingtransportkanaal is gedefinieerd welk halfgeleiderlichaam aan hetzelfde hoofdoppervlak voorzien is van 5 een stelsel van elektroden waarop ten behoeve van ladingsopslag een instelsignaal en ten behoeve van ladingstransprt een kloksignaal kan worden aangeboden.

Dergelijke ladinggekoppelde halfgeleiderinrichtingen worden in diverse gebieden van de techniek toegepast, bijvoorbeeld als beeldop-10 neeminrichting in vaste stof-camera's waarbij informatie wordt gegenereerd in een stralingsgevoelig deel en vervolgens zonodig opgeslagen in een geheugendeel.De informatie kan dan langs elektronische weg worden omgezet in een televisiesignaal, maar ook tijdelijk worden opgeslagen, bijvoorbeeld op een geheugenschijf of -band.

15 Een inrichting van de in de aanhef genoemde soort is beschreven in de niet-voorgepubliceerde Nederlandse octrooiaanvrage No. 8301977 van Aanvraagster (PHN 10.698). In genoemde Aanvrage wordt onder andere een beeldopneeminrichting met hoge resolutie getoond waarbij de gebruikte hoeveelheid halfgeleideroppervlak aanzienlijk wordt verminderd door de 20 elektroden, waarmee potentiaalkuilen ten behoeve van ladingopslag en ladingtransport in het halfgeleiderlichaam worden gegenereerd, afzonder-; lijk aan te sturen. In het daar getoonde uitvoeringsvoorbeeld worden vanuit registers schakelementen zodanig aangestuurd dat op de elektroden van de beeldopneeminrichting ofwel een kloksignaal ofwel een instelsig-25 naai wordt aangeboden. Het instelsignaal is daarbij variabel.

Een inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de halfgeleiderinrichting tenminste een met een één- of meerfasenklok bestuurbaar schuifregister bevat met meerdere trappen waarbij de elektroden afzonderlijk elektrisch geleidend verbonden zijn met trappen 30 van het schuifregister.

Hierbij dient te worden opgemerkt dat door de periodiciteit van de schuifregisters dergelijke trappen verschillend gedefinieerd kunnen worden. Een elektrode kan daarbij in het ene geval bijvoorbeeld met 8401311 r , PHN 10.997 2 een uitgang van een dergelijke trap, in een ander geval met een ingang of zelfs een geheel ander deel van de trap verbonden zijn. Zoals in een van de uitvoeringsvoorbeelden zal blijken dient onder omstandigheden de ingangsklem van het schuifregister tot de eerste trap te worden 5 gerekend ondat een elektrode daarmee elektrisch geleidend verbonden is.

De uitvinding berust op het inzicht dat enerzijds de uitgangsspanningen van het schuifregister als instelsignalen en klok-pulssignalen gebruikt kunnen worden terwijl anderzijds een dergèiijk schuifregister zodanig kan worden bedreven dat op opeenvolgende uit-10 gangen het gewenste verloop van klokpulssignalen en instelsignalen wordt verkregen.

Naast de voordelen zoals besproken in de genoemde Nederlandse octrooiaanvrage No. 8301977 (PHN 10.698) heeft met name een beeldopneem-inrichting volgens de uitvinding het voordeel dat de besturingselektro-15 nica op een veel kleiner oppervlak kan worden gerealiseerd ondat de daar getoonde schakelelementen (MOS-transistoren) kunnen vervallen.

Voor het schuifregister wordt bij voorkeur een dynamisch schuifregister gekozen, omdat dit op een kleiner oppervlak kan worden gerealiseerd.

20 In dit verband wordt onder een dynamisch schuifregister verstaan elke schakelinrichting met meerdere delen of trappen waarbij overeenkomstige delen of trappen door kloksignalen synchroon aan- of uitgeschakeld worden, terwijl tussen verschillende kloksignalen de informatie in de delen of trappen behouden blijft door middel van 25 capacitieve ladingopslag.

Het schuifregister kan op diverse wijze worden gerealiseerd bijvoorbeeld met meerdere amkeerschakelingen die onderling verbonden zijn door middel van doorschakeltransistoren die door het kloksignaal worden bestuurd. De lading, die de toestand van de omkeerschakeling be-3Q paalt, wordt dan bijvoorbeeld opgeslagen op een parasitaire capaciteit van deze schakeling terwijl de uitgang verbonden is met een elektrode van de ladingsgekoppelde halfgeleiderinrichting.

Een voorkeursuitvoering van een dergelijke inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de omkeerschakeling gerealiseerd 35 is met behulp van complementaire MOS-transistoren. Dit heeft het voordeel dat een trap van het schuifregister met slechts drie transistoren gerealiseerd kan worden.

De ruimte waarop een trap van het schuifregister wordt i 8401311

r I

y PHN 10.997 3 gerealiseerd zal in het algemeen een grotere breedte c.q, lengte bezitten dan de afstand tussen twee opvolgende elektroden van de ladinggekoppelde inrichting. Dit houdt in dat als bij een vaste afmeting van een schuifregistertrap in de transportinrichting binnen deze afmeting 5 n elektroden van de ladinggekoppelde inrichting liggen een n-tal trappen naast deze n elektroden zou moeten liggen, waarbij elk van de trappen een elektrode aanstuurt. Om enige ruimte te winnen en problemen ten aanzien van bedrading te venninderen wordt bij voorkeur regelmatig (bijvoorbeeld cm de drie of vier trappen) een van de elektroden van 10 het elektrodenstelsel gebruikt als doorverbinding van twee trappen van het schuifregister. Naast n elektroden worden dan aan beide zijden van het elektrodenstelsel steeds ^ trappen van het schuifregister gerealiseerd.

De trappen van het schuifregister hoeven niet per se 15 inverterend te zijn. Omdat dan echter alle uitgangen tegelijk hoog of laag kunnen zijn,zijn in dat geval tenminste twee schuifregisters nodig die dan met voordeel aan beide zijden van het elektrodenstelsel gerealiseerd worden.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand 20 van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening, waarin

Dev.Figüren;dLa t/m.am:'het principe van ladingopslag en ^transport itohenl Volgens ihattoèlk'; eenl inrichtmgL-.voigèns ’deruitvinding werkt,

Figuur 2 schematisch in bovenaanzicht een beeldopneeminrichting volgens de uitvinding toont, 25 Figuur 3 schematisch een schuifregister toont bestuurd door een tweefasenklok waarmee de inrichting volgens Figuur 2 bestuurd kan worden,

Figuur 4 een variant toont op de inrichting volgens Figuur 3, Figuur 5 een mogelijke realisatie van een schuifregister ten 30 behoeve van de inrichting van de Figuren 2, 3, 4 toont,

Figuur 6 een variant toont op een gedeelte van de inrichting volgens Figuur 2,

Figuur 7 een variant toont van het schuifregister waarbij het schuifregister door een driefasenklok wordt bestuurd, 35 Figuur 8 een variant toont van het schuifregister waarbij dit door een vierfasenklok wordt bestuurd,

Figuur 9 een variant toont van het schuifregister waarbij dit door een enkelvoudige klok wordt bestuurd,

84 0 1 3 1 I

r t ΡΗΝ 10.997 4

Figuur 10 twee schuifregisters met niet-inverterende trappen toont voor besturing van een inrichting volgens Figuur 2, terwijl

Figuur 11 een mogelijke réalisatie toont van een dergelijke schuifregister en 5 Figuur 12 twee schuifregisters met inverterende trappen toont voor besturing van een inrichting volgens Figuur 2.

De figuren zijn schematisch en niet op schaal getekend, waarbij ter wille van de duidelijkheid, in de dwarsdoorsneden in het bijzonder, de afmetingen in de dikterichting sterk zijn overdreven.

10 Halfgeleiderzones van hetzelfde geleidingstype zijn in het algemeen in dezelfde richting gearceerd; in de figuren zijn overeenkomstige delen in de regel met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid.

Het principe waarop de werking van een inrichting volgens de uitvinding berust zal eerst nader worden toegelicht aan de hand van 15 Figuur 1, waarin een ladinggekoppelde halfgeleiderinrichting 1 getoond wordt die een halfgeleiderlichaam 5 bevat. Het halfgeleiderlichaam 5 is bijvoorbeeld opgebouwd uit een siliciumsubstraat 50 van het n-type met een soortelijke weerstand van Ca. 10 ohmcentimeter en een daarin 15 3 aangebracht p-type gebied 7 met een dotering van ca. 3.10 atomen/cm , 20 Aan het hoofdoppervlak 8 bevat het halfgeleiderlichaam tenminste een ladingtransportkanaal, in dit geval gevormd door het n-type gebied 11 dat ongeveer 1 micrometer dik is en een gemiddelde verontreinigings- 16 3 concentratie bezit van ca. 10 atcmen/cm .

Het hoofdoppervlak 8 is bedekt met een laag 12 van isolerend 25 materiaal, bijvoorbeels siliciumoxyde. Op en in deze isolerende laag 12 zijn een aantal elektroden 21, 22, 23, 31, 32, 33 aangebracht met behulp waarvan potentiaalkuilen in het halfgeleidermateriaal kunnen worden opgewekt ten behoeve van ladingopslag en ladingtransport.

In de getoonde inrichting kan volgens de uitvinding elk van 30 de elektroden 21, 22, 23, 31, 32, 33 zodanig geschakeld worden dat een klokpulssignaal of een instelsignaal (referentieniveau) wordt aangeboden. De inrichting is hiertoe (in de genoemde Octrooiaanvrage No. 8301997 (PHN 10.698))voorzien van schakelelementen 26, 27, 28, 36, 37, 38 waarmee de elektroden afzonderlijk geschakeld kunnen worden tussen klokpuls-35 lijnen (signaallijnen) 14, 17, 19 en instellijnen (referentielijnen) 15, 18. De schakelelementen worden bestuurd met behulp van nader te cmschrijven registers.

Verder is de inrichting voozien van een n-type toevoerzone 92 8401311

I I

PHN 10.997 5 waarop via een aansluiting 90 een ingangssignaal kan worden aangeboden. Indien de spanning op de poortelektrode 91 voldoende hoog is kan een ladingpakket 25 waarvan de grootte afhankelijk is van het ingangssignaal worden overgeheveld naar een potentiaalkuil onder de elektrode 33 die 5 daartoe eveneens een hoge spanning bezit. Uitlezen van informatie onder de elektrode 21 kan op algemeen bekende wijze plaatsvinden bijvoorbeeld door middel van een met het aangrenzende n-type gebied 93 verbonden RC-netwerk met weerstand 96 en condensator 95.

In de Figuren 1a t/m 1m wordt op verschillende tijdstippen 10 door middel van streeplijnen het verloop van de oppervlaktepotentiaal getoond zoals die optreedt ten gevolge van spanningen op de elektroden 21, 22, 23, 31, 32, 33 en 91. Het potentiaalverloop is hierbij op algemeen gebruikelijke wijze zodanig getekend dat potentiaalputten of -kuilen overeenkomen met energieminima voor elektroden dus met 15 delen van het half geleiderlichaam die zich bevinden onder een elektrode met hoge spanning.

De streeplijn in Figuur 1a komt overeen met het potentiaalverloop zoals dat zich voordoet op een tijdstip t^, wanneer de elektroden 21,22,23,31,32,33 via de schakelelementen 26,27,28,36,37,38 verbonden 20 zijn met zodanige klokpulssignalen op de lijnen 14,17,19 dat zich onder de elektroden 21,23,31 en 33 potentiaalkuilen en onder de elektroden 22,32 potentiaalbarriêres voor elektroden bevinden. Doordat vlak voor het tijdstip t^, de spanning op de elektrode 91 enige tijd hoog geweest is, is een ladingpakket 25 overgeheveld naar de potentiaal-2g kuil onder de elektrode 33. De grootte van het ladingpakket is afhankelijk van het ingangssignaal op de aansluiting 90 van het n-type gebied 92 en de tijdsduur gedurende welke de elektrode 91 op een hoge spanning is geweest. De potentiaalkuilen onder de elektrode 31,23 en 21 worden geacht op het tijdstip t^ geen lading of een verwaarloosbaar 30 kleine hoeveelheid lading te bevatten.

Figuur 1b toont het potentiaalverloop in de inrichting op het tijdstip t2, wanneer ten gevolge van kloksignalen op de lijnen 14,17,19 zodanige spanningen op de elektroden 21,22,23,31,32,33 worden aangeboden dat zich potentiaalkuilen bevinden onder de elektroden 35 23 en 33 terwijl zich onder de overige elektroden potentiaalbarrières bevinden; het ladingpakket 25 blijft derhalve gehandhaafd onder elektrode 33.

Op het tijdstip t^ (Figuur 1 ) verandert het potentiaalverloop 8401311 PHN 10.997 5a zodanig dat potentiaalkuilen onder de elektroden 22,23,32,33 en po-tentiaalbarrières onder de elektroden 21,31 gevormd worden. Het ladingpakket 25 wordt dientengevolge verdeeld over de potentiaal-kuil onder de elektroden 32,33.

5 Figuur 1a toont het potentiaalverloop op het tijdstip t^ 10 / 15 / 20 / 25 / 30 / 35 / 8401311

• I

PHN 10.997 6 wanneer zich ten gevolge van de klokspanningen op de lijnen 14, 17, 19 potentiaalkuilen onder de elektroden 22, 23 en potentiaaIbarrières onder de elektroden 21, 23, 31, 33 bevinden. Het ladingspakket 25 bevindt zich nu onder elektrode 32 en is dus over één elektrodeafstand 5 verschoven ten opzichte van de situatie op het tijdstip t^ (Figuur 1 ).

o

Op het tijdstip t^ (Figuur 1 ) bevinden zich potentiaal-barrières onder de elektroden 33 en 23. Het ladingpakket 25 bevindt zich in de potentiaalkiul onder de elektroden 31, 32. De potentaalkuil onder de elektroden 21, 22 wordt verondersteld geen lading te bevatten; 10 dientengevolge wordt ook in de uitgangsschakeling bestaande uit onder meer de capaciteit 95 en de weerstand 96 geen uitgangssignaal gedetecteerd. Ook op het tijdstip tg, wanneer zich potentiaalkuilen bevinden onder de elektrode 31, waar zich het ladingpakket 25 bevindt f (Figuur 1 ) bevat de potentiaalkuil onder elektrode 21 geen lading, 15 zodat ook geen uitgangssignaal wordt gedetecteerd.

In Figuur 1^ wordt het potentiaalverloop ten gevolge van kloksignalen op de lijnen 14, 17, 19 getoond op een tijdstip t^ dat a analoog is aan dat op het tijdstip t^ (Figuur 1 ). Op dezelfde wijze als beschreven aan de hand van Figuur 1 wordt nu een ladingpakket 20 30 gegenereerd onder elektrode 33; het ladingpakket 25 bevindt zich inmiddels in een potentiaalkiul onder de elektroden 23, 31.

h i "i

Op de tijdstippen tg, t^, t^g (Figuren 1 , l1, 1^) treden analoge potentiaalverlopen in het halfgeleiderlichaam op als op de i tijdstippen t^, ty t^ (Figuren 1 , 1, lu) . Dit resulteert hierin dat 25 op het tijdstip t^Q de ladingpaketten 25 en 30 geconcentreerd zijn in potentiaalkuilen onder de elektroden 22 en 32.

Zonder verdere maatregelen zou op het tijdstip ^1 ten gevolge van klokspanningen op de lijnen 14, 17, 19 het potentiaalverloop van het tijdstip t,_ (Figuur le) terugkeren, met andere woorden er zou een 30 potentiaalkuil gevormd worden onder de elektroden 21, 22 waarin het ladingpakket 25 zich zou verdelen. De ladingsverandering onder elektrode 21 zou vervolgens via de uitgangsschakeling aanleiding geven tot een uitgangssignaal op de capaciteit 95.

Cm diverse redenen kan het gewenst zijn dat dit niet direct 35 gebeurt, bijvoorbeeld als de halfgeleiderinrichting wordt gebruikt als vertragingslijn en men de informatie in de vorm van opgeslagen lading op een later tijdstip wenst te verwerken of indien meerdere van dergelijke inrichtingen in een multiplex-schakeling zijn ondergebracht, 8401311

I I

PHN 10.997 7 waarbij naar keuze de informatie uit één van de ladinggékoppelde inrichtingen kan worden uitgelezen.

Qm nu het genereren van een uitgangssignaal te voorkomen blijft het ladingpakket 25 onder de elektrode 22 geconcentreerd door vóór 5 het tijdstip t-^ een potentiaalbarrière onder de elektrode 21 te creëren. In de genoemde Nederlandse octrooiaanvrage (PHN 10.698) gebeurt dit door de elektrode 21 via een schakelelement 26 te verbinden met een instellijn (referentielijn) 18 die een lage potentiaal bezit.

Het potentiaalverloop links van de elektrode 21 wordt bepaald door k 10 klokspanningen op de lijnen 14, 17, 19 (zie Figuur 1 ) en is daar analoog aan dat op het tijdstip t^ (Figuur le), zodat zich potentiaal-kuilen onder de elektroden 22, 31, 32 en potentiaalbarrières onder de elektroden 23 en 33 bevinden.

Qm ten behoeve van het ladingpakket 25 een potentiaalkuil te 15 handhaven wordt op de elektrode 22 een hoge potentiaal aangeboden, in de genoemde octrooiaanvrage door de elektrode 22 via een schakelelement 27 te verbinden met een instellijn (referentielijn) 15 met hoge \ potentiaal, zie Figuur l1 (tijdstip t^)· Links van de elektrode is het potentiaalverloop nu analoog aan dat van Figuur lf (tijdstip tr).

m 6 20 Op het tijdstip t^ (Figuur 1m) bevindt de elektrode 23 zich op een laag instelsignaal (via schakelelement 28 en referentielijn 18). Hierdoor wordt een potentiaalbarrière geschapen onder elektrode 23 tussen de potentiaalkuil onder elektrode 22 en eeniieuw te vormen potentiaalkuil onder elektrode 31 ten behoeve van het ladingpakket 30 25 die wordt gerealiseerd doordat op een volgend tijdstip t^ de elektrode 31 niet langer door de klokpulsspanningen wordt bepaald maar (via schakelelement 37) een hoge spanning bezit.

Op het tijdstip t^ wordt het potentiaalverloop onder de elektroden 31,32,33 nog bepaald door kloksignalen op de lijnen 14,17,19 en wordt 30 analoog aan Figuur 1a een ladingpakket 35 gegenereerd onder elektrode 33. Nadat, op t^ de elektrode 31 met een hoog Instelsignaal verbonden is worden op volgende tijdstippen de elektroden 32 en 33 met een laag respectievelijk een hoog instelsignaal (referentieniveau) verbonden.

In de genoemde Octrooiaanvrage wordt verder beschreven hoe de informatie 35 in de vorm van ladingpakketten kan worden uitgelezen door met behulp van de schakelelementen 26,27,28,36,37,38 de elektroden 21,22,23,31,32,33 in de gewenste volgorde geleidelijk weer aan te sluiten aan de lijnen 14,17,19 ten behoeve van ladingtransport door middel van klokpulssignalen 8401311

I I

PHN 10.997 8 op deze lijnen.

Qm de verdere beschrijving van de inrichting volgens de uitvinding te vergemakkelijken wordt het potentiaalverloop op de tijdstippen t^ t/m t16 zoals getekend in Figuur 1, hieronder weergegeven in tabelvorm 5 (Tabel 1); hierin komt een "1" overeen met een hoge spanning op de e-lektrode, terwijl een "0" overeenkomt een lage spanning op de elektrode.

Tijdstip Elektroden Figuur __33 32 31 23 22 22__ 10 «-“I' t1 I 1 1 0 1 1 0 1 1a t- * 1 * 0 0 1 0 0 1b t3 |_1_ 1 1 0 1 1 0 1 t. 0~*1* 0 0 1 0 1d 4 I i---1 1, tc 0 j 1 1 ' 0 1 1 1e 15 5 I I f .

t, 0 0 1(0 0 1 1 O I i. „ t_ 1 0 I 1 1 1 0 1 1g ---1 1 h tg 1 0 0 j 1 L 0_ 0 1 t9 1 1 0 M 1 ^ 0 11 20 to ° ’ o -Ö-; l| 0/ 13 t^ 0 110| 1^ 0 1 t12 0 0 1 ^1*110 11 t,_ 1 0 1 · 0 I 1 1 0 1m 13 y' \ t,. 1 0. ' 1 0 I 1 0 1m 14 | t 1-^01010 1m 25 15 , 1 | u 1 t16 /1 0 1 0 I l, 0 1m TABEL 1

In Tabel 1 is d.m.v. streeplijnen aangegeven hoe het ladingpakket 25 door wisselende spanningen eerst van een potentiaalkuil onder de e-lektrode 33 verplaatst wordt naar eerr.plaats onder de elektrode 22 en daarna, vanaf t^ door geleidelijk fixeren van de elektrodespanningen met behulp van instelsignalen dit ladingpakket 25 onder elektrode 22 en de la-dingpakketten 30,35 onder de elektroden 3.1,33 worden opgeslagen. In het gedeelte van de tabel rechts onder de punt-streeplijn worden de elektro- O u despanningen ten behoeve van deze instelsignalen op een constante potentiaal. gehouden.

Figuur 2 toont het principeschema van een beeldopneeminrichting volgens de uitvinding waarin schakelelementen 26,27,28,36,37,38 zoals 8401311 PHN 10.997 9 getoond in Figuur 1 achterwege kunnen blijven, evenals de referentielijnen 15,18 omdat de elektroden van het elektrodenstelsel direct door de uitgangen van een dynamische schuifregister worden bestuurd. Het betreft hier een beeldopneeminr ichting 1 van het zogenaamde frame-field-5 transfer-type. Een dergelijke beeldopneeminrichting bevat een stralingsgevoelig opneemgedeelte 2 waarin, gedurende een zekere belichtingsperiode, een met het stralingsbeeld overeenkomend patroon van elektrische ladingdragers wordt gevormd. Na de belichtingsperiode wordt het patroon van elektrische ladingdragers tijdelijk opgeslagen in het geheugendeel 3, 10 vanwaaruit het patroon sequentieel wordt uitgelezen met behulp van één of meer schuifregisters 4. Voor dit uitlezen kan gebruik gemaakt worden van op zichzelf bekende technieken. Desgewenst kunnen de verkregen signalen vóór de verdere bewerking nog versterkt worden mët behulp van de schematisch aangegeven versterker 6.

De beeldopneeminrichting bevat (analoog aan Figuur 1) een half- geleiderlichaam dat bijvoorbeeld is opgebouwd uit een siliciumsubstraat van het n-type en een daarin aangebrachte p-type gebied. Het p-type gebied kan bijvoorbeeld door middel van ionenimplantatie, gevolgd door een diffusiestap zijn aangebracht. Aan het hoofdoppervlak van het half- geleberlichaam zijn een aantal van elkaar gescheiden, onderling praktische evenwijdige ladingtransportkanalen (in figuur 2 met. het verwijzingscijfer 9 aangegeven) gedefinieerd, waarin ladingtransport kan plaatsvinden, in Figuur 2 schematisch weergegeven met behulp van.pijlen 10. In het onderhavige geval wordt de ladingtransportinrichting of ccd gevormd door een ccd met bulk-transport (pccd of bccd). De ladingtransportkanalen worden 25 hierbij gevormd door n-type gebieden 11 die onderling gescheiden zijn door p-type gebieden en ongeveer 1 micrometer diep. zijn, terwijl hun breedte circa 5 micrometer bedraagt.

Voor een meer gedetaileerde beschrijving van de inrichting wat ^ betreft afmetingen en doteringscancentrat.ies zij verwezen naar de meergenoemde Nederlandse Octrooiaanvrage No. 8301977 (PHN 10.698).

Het. hoofdoppervlak 8 (zie Figuur 1) is bedekt met een laag 12 van isolerend materiaal, bijvoorbeeld siliciumoxyde. Op en in deze isolerende laag 12 zijn een aantal elektroden aangebracht met behulp waarvan potentiaalkuilen in het halfgeleidermateriaal kunnen worden 35 opgewekt ten behoeve van ladingopslag en ladingtransport.

In de inrichting van Figuur 2, die geschikt is voor vierfasen-transport bevat elk zogeheten "opslagelement" in een kanaal 9, 11 van 8401311

I

PHN 10.997 10 het opneeragedeelte 2 een tweetal transportelektroden 21,22,31,32,121,122, 131,132, resp. 141,142, die voor "opslagelementen" in meerdere kanalen gemeenschappelijk zijn. Evenzo worden in het geheugendeel 3 dergelijke "opslagelementen" gevormd met behulp van transportelektroden 41,42, res-5 pectievelijk 51,52 etcetera. Vanzelfsprekend bevat de inrichting veel meer elektroden dan hier afgebeeld is. In een beeldopneeminrichting voor het zogeheten PAL-systeem bevatten zowel het opneemgedeelte als het geheugen-gedeelte circa 600 transportelektroden overeenkomend met 300 "opslagelementen" per ladingtransportkanaal.

10 Qm in de inrichting de elektroden van de ladinggekoppelde inrichting 1 selectief aan te kunnen sturen bevat deze schuifregisters 13,13' die in dit voorbeeld opgebouwd zijn uit inverterende trappen 101.

De elektroden 22,31,32,121,122,131,132,141 etc. van het beeldopneemge-deelte 2 zijn volgens de uitvinding direct elektrisch geleidend ver-15 bonden met uitgangen van de inverterende trappen 101, terwijl elektrode 21 verbonden is met de ingangsklem 107 (en dus met de eerste trap) van het schuifregister 13.

Op dezelfde wijze zijn elektroden 52,... ..41,42 van het geheug-engedeelte 3 elektrisch geleidend verbonden met uitgangen van trappen 2o 101' van een tweede register 13' dat het geheugendeel 3 bestuurt. Transportelektrode 51 is hier verbonden met ingangsklem 107' van het schuifregister 13'.

Een trap 101 van het register 13 bestaat in dit voorbeeld uit een cmkeerschakeling 102 die via een schakelelement 106 (bijvoorbeeld 25 een MOS-transistor) verbonden is met een ingangssignaal. Voor de eerste trap van het register 13 wordt het ingangssignaal aangeboden op de ingangsklem 107 terwijl voor de overige trappen de ingangsspanning wordt geleverd door de uitgang van een vorige trap. Elk van. de trappen behoudt zijn spanning aan de uitgang via een doorgaans parasitaire 3q capaciteit 103 aan de ingang van de omkeerschakeling 102 die in

Figuur 2 via een leiding 104 schematisch verbonden is met een aard-contact 105. Deze capaciteit is voldoende groot om voldoende lang aan de uitgang de gewenste potentiaal te behouden. De schakele-lementen 106 worden aan- of uitgeschakeld met behulp van klokspanningen 35 op de kloklijnen 116, 117. Als bijvoorbeeld de kloklijn 116 zodanig geschakeld wordt dat de schakelelementen 106 gesloten worden krijgt de uitgang van de eerste trap een niveau (hoog (1) of laag (0)) dat bepaald wordt door het signaal op de ingangsklem 107. De uitgang van 8401311

« I

PHN 10.997 11 de tweede trap blijft, evenals alle andere uitgangen van trappen die door de kloklijn 117 bestuurd worden, onveranderd. De uitgangen van alle andere trappen die door kloklijn 116 worden bestuurd kunnen eventueel veranderen, afhankelijk van de niveaux op de uitgangen van de voorgaande trappen.

5 Voor een meer uitgebreide beschrijving van dit soort dynamische schuif-registers zij verwezen naar het boek "MOS Integrated Circuits" van W.M. Penney en L. Lau, uitgegeven 1979 bij R.E, Krieger Publishing Company, in het bijzonder pagina 260 e.v.

Het is mogelijk door kloksignalen op kloklijn 116 en klöklijn 10 117 tegelijk actief te maken de trappen 101 in register 13 als het ware door te verbinden zodat bij een laag niveau (0) op ingangsklem 107 op de elektroden 21,22,31,32,121,122,131,132,141 een 010101010-patroon verkregen wordt (zie tabel 2, regel a). Indien dit patroon wordt gehandhaafd vindt in het beeldopneemdeel 2 integratie plaats onder de e-15 ven elektroden 22,32,122,132;door op de ingangsklem 107 een hoog niveau (1) aan te bieden kan een complementair patroon op de elektroden worden verkregen zodat integratie onder de oneven elektroden (21,31,121,131,141) mogelijk is.

Voor verdere bewerking wordt namelijk de opgeslagen lading, 20 die overeenkomt met een opgenomen beeld doorgaans omgezet in een signaal voor een televisie-ontvanger. Hierbij is het gebruikelijk afwisselend de even en oneven .lijnen van het beeldscherm te activeren. Ten behoeve van dit zogenaamde interliniëren is het dan Ook gewenst dat binnen één beeldperiode (1/30 - 1/25 seconde) twee. maal een overdracht plaatsvindt 25 van het stralingsgevoelige gedeelte naar een opslagregister, waarbij de ladingsopslag afwisselend in verschillende delen van het stralingsgevoelige deel plaatsvindt. Hiertoe worden in de betreffende beeldopneem-inrichting de ladingpakketten binnen één beeldperiode afwisselend op verschillende plaatsen verzameld, namelijk afwisselend onder de elektro-30 den 21,31,121, etc en de elektroden 22,32,122,etc.

Op het tijdstip t^ (tabel 1, Figuren 2,3) bezitten de elektroden 22,32,122,132 een hoge potentiaal, m.a.w. onder deze elektroden bevinden zich potentiaalkuilen waarin door invallende straling gegenereerde lading wordt verzameld. Doordat de spanning op de ingangsklem 107 gedu-35 rende de tijdstippen t^ niet verandert blijft deze situatie gehandhaafd (regels a,b,c).

Op het tijdstip t^ wordt het signaal op de ingangsklem 107 hoog (1). Doordat de kloklijn 116 (<f1) niet actief is verandert de uit- 8 4 0 1 3 1 1 PHN 10.997 12 gang van de eerste trap niet. Wel wordt de potentiaalkuil onder elektrode 22 a.h.w. verdubbeld doordat zich nu een potentiaalkuil onder de e-lektroden 21,22 bevindt waarover dezedading zich verdeelt (regel d).

____TABEL 2_ 5 Tijdstip Klok Ingang (107) Elektroden Regel 2lektrode 21 22 31 32 121 122 131 132 141 fc1 (p1| 0 10 1 0 10 j~TT 0 a b2 (p2 0 1 0 1 0 1 0 | 1 , 0 b 10 ^ φ-| 0 1 0 1 0 1 0 1 1 j 0 c fc4 φ2 1 101010110 d

* I

fc5 1f 1 1 0 0 10 101110 e fc6 ^2 0 011 0 1 01110 f 15 17 Ifi 0 1 1 0 0 1 0 ’ 1 j 0 g *8 <J?2 1 100 1 1 0!1|0 h tg (f1 1 0 0 1 1 0 0 I 1 ! 0 i f2 o 0 1 1 0 0 Γ i _1_, 0 j t-ι-, lp<| 0 110 0 rr_ 1_| 0 0 k 20 h2 Ϋ2 1 1 0 0 | 1 ~_1 [ 0 0 1 1 .^3 (ft 1 0 qiT _1_Γ° 0 11 m t]4 ip2 0 0 ί 1 1 | 0 0 1 1 0 n t-|5 φ^ι _o____| 1 j J o o 1 1 o o o *^5 (f2 lJ____1 I 0 0 1 1 0 0 1 p 25 t17 1 0 0 1 1 0 0 1 1 q *ή8 ((>2 1 0 110 0 110 r tjg (?1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 s *20 Φ2 1 0 10 110 0 1 t 30 121 if1 1 0 10 10 0 11 u *22 ip2 1 0 10 10 110 v t23 ψΐ 1 0101010 0 w 8401311 24 (f2 1 0 1 o 1 0 1 o 1 x 35 ^5 Ψ1 1 0 1 o 1 0 1 o 1 y *"26 (f2 1 0 1 o 1 0 1 0 1 z ______

Op het tijdstip t^ wordt door het activeren van kloklijn 116 PHN 10.997 13 (*Ρι) de uitgang van de eerste trap laag (0) (het ingangssignaal is nog steeds hoog (1)). Hierdoor verschuift de genoemde lading naar een po-tentiaalkuil onder elektrode 21 (regel e), omdat elektrode 22 laag (0) wordt.

5 Op het tijdstip tg (regel f) is het ingangssignaal laag (0) ge worden, echter zonder effect op de uitgang van de eerste trap oirdat (kloklijn 116) niet actief is. Wel is de potentiaalkuil;onder elektrode 21 verdwenen, maar door een goede onderlinge synchronisatie van de registers 13,13' is een potentiaalkuil ontstaan onder de elektroden 41,42 10 in het geheugengedeelte 3 (Figuur 2) waarin de lading uit deze potentiaalkuil is opgeslagen. Doordat nu ijl (kloklijn 117) actief is wordt de verandering van de uitgangsspanning van de eerste trap, m.a.w. de spanning op elektrode 22, doorgegeven via de omkeertrap van de derde trap zodat elektrode 31 hoog (1) wordt, terwijl geen invloed heeft op elektrode 15 32, die hoog (1) blijft.

Op vrijwel identieke wijze als beschreven aan de hand van Figuur 1 en Tabel 1 worden nu de ladingpakketten die zich onder de even elektroden 22,32,122,132 bevonden getransporteerd naar het geheugendeel, door met een geschikt gekozen afwisseling van het signaal op de ingangs-2o klem 107 een zodanig patroon,opde elektroden 21,22,31,32,121,122,131,132, 141 te genereren dat de ladingpakketten één voor één getransporteerd worden, waarbij in dit voorbeeld tijdens het transport de ladingpakketten verdeeld zijn over.potentiaalkuilen"ander twee elektroden.. In tabel 2 is door middel van een streeplijn weer aangegeven hoe het transport 25 van het tot het tijdstip t^ onder elektrode 132 opgeslagen ladingpakket optreedt. Dit bereikt op het tijdstip t^g (regel p) een potentiaalkuil onder de elektroden 21,22. De ingangsklem 107 (elektrode 21) is op dat moment hoog (1) en blijft nu vooralsnog hoog, zodat op tijdstip t , bij het opkomen van (kloklijn 116) de uitgang van de eerste trap 30 101 van schuifregister 13 laag (0) wordt (regel g). Hierdoor wordt op het tijdstip t^Q onder invloed van ψα (kloklijn 117) de uitgang van de volgende trap en daarmee elektrode 31 hoog (1) (regel r). Soortgelijke veranderingen vinden in de volgende trappen plaats op de tijdstippen t^g t/m t23 totdat op tijdstip t.^ (regel x) de elektroden 21,22,31,32, 3g 121,122,131,132,141 en 101010101-patroon bezitten. Vanaf nu is op de tijdstippen t^ t/m t2g (regels x,y,z) integratie onder de oneven elektroden mogelijk.

In Figuur 4 en Tabel 3 wordt voor een iéts andere inrichting 8401311 PHN 10.997 14 aangegeven hoe voor een complete beeldopneeminrichting de besturing ten behoeve van integratie, lading-transport, opslag in het geheugendeel etc. kan plaatsvinden. De inrichting verschilt in zoverre van die van de Figuren 2 en 3 dat de elektroden 21 en 51 nu niet elektrisch geleidend 5 verbonden zijn met de ingangsklerrmen 107,107' van de registers 13,13' , maar aangestuurd worden door de uitgang van de eerste trap 101 in elk van deze registers. Voor de eenvoud is de inrichting beperkt tot een beeldopneemdeel en een geheugendeel met elk zes elektroden.

Op het tijdstip t^ (regel a in Tabel 3) zijn de elektroden 10 22,32 en 82 in het beeldopneemdeel hoog (1) zodat, onder dezeëLektroden een ladingpatroon wordt verzameld, overeenkomend met het weer te geven beeld. De elektroden 22,32 en 82 blijven gedurende de periode t^ t/m t^ op deze spanning omdat de ingangsklem 107 van register 13 op een hoge spanning (1) blijft. Deze spanning wordt laag (0) op t^, maar doordat 15 dan φχ actief is (regel d) werkt dit nog niet direct door op de e-lektrode 22. In het geheugendeel worden de elektroden 51,52,151,152,41 en 42 voorzien van kloksignalen, mede doordat de spanning op de ingangsklem 107' periodiek wisselt tussen hoog en laag.en wel zodanig dat op tijdstip tg zich een potentiaalkuil bevindt onder elektrode 42 terwijl 2Q zich onder de elektroden 41,52 een potentiaalbarrière bevindt (regel f). Op het tijdstip t^ wordt namelijk door het laag worden van ingangsklem 107 op tijdstip t^, zodra de kloklijn 116 (Lft) hoog wordt de uitgang van de eerste trap 101 van register 13 hoog en daarmee elektrode 21. De potentiaalkuil die zich eerst onder elektrode 22 bevond verdeelt zich nu 25 onder de elektroden 21 en 22 (regel e).

Op het tijdstip tg bevindt dit lading-pakket zich door de genoemde keuze van klokpulssignalen in een potentiaalkuil onder de elektroden 42,21 waarna het gedurende de tijdstippen t^ t/m t^ getransporteerd wordt naar een potentiaalkuil onder de elektroden 51,52. Inmiddels werden op soortgelijke wijze doorhet aanbieden van een periodiek signaal op in-

oU

gangsklem 107 de elektroden 31,32,81 en 82 ook voorzien van klokpulssignalen zodat ook lading gegenereerd onder de elektroden 32 en 82 getransporteerd wordt naar het geheugendeel en daar wordt opgeslagen onder respectievelijk de elektroden 151 en 41. Opgemerkt wordt dat in het ge-35 deelte waar transport plaatsvindt de potentiaalkuilen zowel als de - barrières een breedte van 2 elektrodebreedten bezitten, terwijl in het opslagstadium dit slechts 1 elektrodebreedte is.

Vanaf het tijdstip t.n (regel j) wordt ingang 107' van re- 8401311 PHN 10.997 15 gister 13' tijdelijk laag (0). Dit heeft op t^ geen effect op elektrode 51 omdat '·γζ (kloklijn 117)op dat moment actief is. Op het tijdstip t wordt nu echter kloklijn 116 cfl hoog en daarmee ook de uitgang van de eerste trap, d.w.z. elektrode 51 wordt hoog (1).

5 _:_T A B E L 3_=========_====^

Tijdstip Klok Ingang Elektroden Regel 107' 107 geheugendeel J Beeldopneemdeel 51 52 151 152 41 42 j 21 22 31 32 81 82 10 ^ <pi 1 100 1 10o 0 1 1 j 0 1 o 1 a t2 0 1 0 1 1 00 1 011*01 0 1 b t3 0 1 1 1 0 0 1 i o j 1| 0 1 0 1 c t4 f2 1 010 0 11 0 OIllOl ol d t5 ^ 1 0 0 0 1 1 0 0 |T’ ij 0 1 0 1 e 15 tg lp2 o 10 11 0 _° Π _1 o" 0 1 0 1 f t? o 1 1 1 o _o! 1 1 j“ o' o 1 1 o 1 g tg ψ2 1 0 10 oj ί Jjv 0 110 0 1 h t9 <f, 1 0 0 _0_ | 1 jJ o“ o 1 1 0 0 1 1 i t10 tp2 0 1 oj 1 J J 0 0 T 10 0 110 j 20 φ-ι 0 1 |i 1_! o 0 1 1 0 0 1 1 0 o k t12 ^2 0 0 |1 jÖ 0 1 1 o 0 1 1 0 0 1 1 t13 o 0 |1 |0 1 1 0 0 1 1 0 O 1 1 m t14 lf2 0 1 1 (0 1 0 0 1 1 O 0 1 1 0 n t15 f-i 0 1 1 |0 1 0 1 1 o 0 1 1 0 o o

25 ^6 ^2 0 0 h |0 1 0 1 o 0 1 1 o 0 1 P

t17 Lp-j 0 o |1 |0 1 0 1 o 1 1 0 o 1 1 q t18 cp2 ° o |1 |0 1 0 1 0 1 0 O 1 1 0 r t19 tf1 0 0|10 1010 101100 s t20 »f2 1 0 II jO 10 10 10 10 0 1 t 30 t21 1 0)0 1 010 1010 1 1 u t22 tp2 0 0 ) 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 v ^23 'Pi® 0 11 0 0 1 o |l 0 1 0 1 0 w t24 ip2 1 0 10 0 110 10 10 10 x .

I__j_ l_ 35 Elektrode 52 blijft hoog maar wordt op tijdstip t.^ laag door het opkomen van , terwijl aan de ingangsklem 107' geen verandering optreedt. Op het tijdstip t wordt elektrode 151 blijvend hoog en op t^4 wordt 152 blijvend laag, zodat onder elektrode 151 een potentiaalkuil gevormd wordt voor het 8401311 PHN 10.997 16 volgende ladingpakket. Dit gaat door totdat in het geheugendeel alle elektroden afwisselend een hoge en een lage potentiaal bezitten en de ladingpakketten uit het beelddeel naar het geheugendeel zijn getransporteerd (tijdstip ^6' regel p). De ingang 107 wordt op tijdstip t^^ 5 laag zodat op dezelfde wijze als juist beschreven voor het geheugendeel de elektroden in het opneemgedeelte weer afwisselend op een hoge en lage spanning worden gebracht (t^ t/m , regel g t/m regel u), zij het dat nu t.b.v. interlinëring de oneven elektroden 21,31 en 81 een hoge potentiaal bezitten. Vanaf het tijdstip t^ wordt de ingangsklem 10 1071 van het register 13' niet langer op een laag niveau (0) gehouden maar worden hier weer zodanigespanningen ^aangeboden dat op de elektroden 51,52,151,152,41,42 geleidelijk weer een transport- of kloksignaal verschijnt.

Figuur 5 toont (gedeeltelijk) een voorkeursuitvoering van het 15 register 13, die gerealiseerd is met behulp van QYDS-technologie. Hierbij bevat elke trap 1a van het register een omkeerschakeling bestaande uit een p-type MOS-transistor 109 en een n-type MOSrtransistor 108, die in serie geschakeld zijn tussen een positieve voedingslijn 110 en een aardlijn 111. De poorteléktroden van de transistoren 108 en 109 20 zijn onderling doorverbonden; de uitgang van de omkeerschakeling (het punt 113 waar de transistoren 108 en 109 zijn doorverbonden) bepaalt de spanning op de elektroden 21,22,31,32 van de ladinggekoppelde halfgeleider inrichting. Deze spanning blijft gehandhaafd doordat afhankelijk van de toestand van de uitgang (hoog of laag) een parasitaire capaciteit 25 1.03 al dan niet is opgeladen door het schakelgedrag van de omkeerscha- keling. Dit schakelgedrag wordt bepaald door de klokpulsèlektroden 116, 117 die een n-type MOS-transistor 106 aan-of uitschakelen zodat informatie van een vorige trap wordt doorgegeven naar de gemeenschappelijke poortelektroden van de transistoren 108 en 109. Als bijvoorbeeld klok-3Q lijn 116 hoog wordt wordt transistor 106 geleidend (analoog aan het aanschakelen van de schakelelementen 106 in Figuur 3). Afhankelijk van de spanning op elektrode 22 neemt de uitgang 113 een complementaire spanning aan door de werking van de omkeerschakeling 108, 109. Zoals hierboven beschreven verandert 113 echter alleen als in een vorige 35 fase door werking van de klokpuls 117 de spanning op uitgang 113* (ten gevolge van een verandering op capaciteit 103*) is veranderd.

Figuur 6 toont schematisch een equivalent van een gedeelte van de inrichting van Figuur 2 waarbij delen van het register 13 aan 8401311 t | PHN 10.997 17 beide zijden van het stelsel van elektroden 21,22....141,142 zijn gerealiseerd. Voor de eenvoud zijn in dit voorbeeld geen kloklijnen getekend.

De eerste elektrode 21 wordt direct bestuurd door ingangsklem 5 107; in dit voorbeeld bevindt de elektrode 21 zich tussen ingangsklem 107 en de eigenlijke ingang van de eerste trap 101 maar dit is niet noodzakelijk. De elektroden 22,31 en 32 zijn, evenals in Figuur 2 aangesloten op de uitgangen van respectievelijk de eerste,, tweede en derde trap. Het andere uiteinde van de elektrode 32 is verbonden 10 met een ingangsklem 107" van een tweede serie van 3 trappen 101 waarvan de uitgangen de spanning op de elektroden 121,122 en 131 bepalen. Elektrode 131 vormt op zijn beurt weer een verbinding tussen de uitgang van het tweede deel-register en de ingang van een volgend deelregister van drie trappen 101. Op deze wijze kan het register 13 worden 15 opgedeeld in een aantal deelregisters die aan beide zijden van het elektrodenstelsel worden gerealiseerd hetgeen lay-out technisch van voordeel is.

Uiteraard is de uitvinding niet beperkt tot de hier getoonde voorbeelden. Zo kan in plaats van een tweefasenklok ook een driefasen-20 klok, een vierfasenklok of zelfs een enkelvoudige klok worden gekozen voor het besturen van het register 13.

Figuur 7 toont een deel van een register 13 ten behoeve van een driefasenklok met kloklijnen 116 (^) ,117 (<p2), 114 (p3), terwijl tabel 4, analoog aan de tabellen 2 en 3 het schakelgedrag symbolisch 25 weergeeft voor driefasentransport. Op dezelfde wijze toont Figuur 8 een deel van een register 13 ten behoeve van een vierfasenklok, met klokelektroden 116 (fy), 117 ((p ), 114 (f3) en 119 (Cp ) dat elektroden 21,22,23,24,31,32,33,34 kan voorzien van spanningen ten behoeve van vierfasentransport. Het bijbehorende schakelgedrag is weergegeven in 3g Tabel 5.

Ook is het mogelijk een register 13 te kiezen dat met een enkelvoudige klók bestuurd wordt mits de trappen 101 met een zodanige vertraging van status veranderen dat de verandering van één trap ten gevolge van het opkamen van een klokpuls geen invloed fheeft op de 35 volgende trap, zoals dit het geval is bij flankgestuurde (edge-triggered) trappen 101. Figuur 9 toont een deel van een dergelijk register 13 met kloklijn 116 ( vp) dat elektroden 21,22,23,24,31,32,33,34 kan voorzien van spanningen ten behoeve van vierfasentransport. Het bijbehorende 8401311 FHN 10.997 18 schakelgedrag is weergegeven in Tabel 6; hierbij wordt opgemerkt dat regels t^, t^ etc de verandering weergeven na opkomen van de klok ip waarbij de informatie aan de ingangsklem 107 tijdig aanwezig is, rekening houdend met synchronisatietij den._ 5 Tijdstip Ingang Klok Elektroden (107) 21 22. 23 31 32 33 . 121 122 t 0 Ψ 0 T3 01 0:1 0 10 1 t 0 Φ 1 Ύ1 1 1 0 1 0 1 0 1 10 ° ^2.1-00101 0 1 fc3 ° ^3 10 110 1 0 1 0 ^110 10 0 10 1 *5 0 ^2 10 10 1 1 0 1 Η 0 ^3 101010 0 1 15 t 1 Ψ 7 *10010101 1 ^ 1 ^2 0 110 10 1 0 fc9 1 ^3010010 1 0 "ho 0 ^1110 110 1 0 fc11 0 ^2 1 0 0 1 0 0 1 o 20 fc12 0 ^3 10 110 1 1 0 fc13 1 ^1 0 0 1 0 0 1 0 0 fc14 1 ^2 0 110 11 0 1 Ή 5 1 ^3 0 1 0 0 1 0 0 1 fc16 ° ^1110 110 1 1 25 fc17 0 ^2 1 0 0 1 0 0 1 0 *Ί8 0 ^3 1 0 1 1 0 1 1 0 TABEL 4

In. dit voorbeeld, zowel als in de beide vorige is ervan uitgegaan dat 30 op tQ de ingangsklemmen (107) voldoende lang een constante waarde (1 of 0) hebben gehad om onder de elektroden een 010101-patroon in te stellen.

De registers 13 kunnen ook vervaardigd worden met behulp van niet-inverterende trappen die dan bijvoorbeeld weer door schakelelementen (transistoren) onderling verbonden kunnen zijn. Een inrichting volgens de 35 uitvinding met registers 13,13' met niet-inverterende trappen 101, 101' is schematisch weergegeven in Figuur 10. Een trap 101 bevat in dit voorbeeld een schakelelement 106, een niet-inverterende schakeling 120 en 84 0 1 3 1 1 PHN 10.997 19 een capaciteit 103. De capaciteiten 103 zijn weer elektrisch geleidend verbonden met elektroden 21,22,31,32,121,122,131,132,141,142 van een elektrodenstelsel ten behoeve van ladingopslag en ladingtransport, bijvoorbeeld in een beeldopneemdeel van een soortgelijke inrichting 5 als getoond in Figuur 2. Onder andere om bij het integreren de elektroden 21,22,31,32....141,142 afwisselend een lage en een hoge potentiaal te kunnen geven zijn de oneven elektroden 21,31,121,131,141 en de even : elektroden 22,32,122,132,142 elektrisch geleidend verbonden met de uitgangstrappen van afzonderlijke registers 13, respectievelijk 13', 10 die bijvoorbeeld aan beide zijden van het elektrodenstelsel zijn aan-gehracht.

Een mogelijke realisatie in complementaire iOS-technologie van een .dergelijke registertrap 101 wordt getoond in Figuur 11. Tussen een voedingslijn 110 en een aardlijn 111 zijn twee serieschakelingen 15 van een p-type MOS-trans istor 109, 109' en een n-type MOS-transistor 108, 108' aangebracht. De poortelektroden van de transistoren 108 en 109 respectievelijk 1081 en 109' zijn onderling doorverbonden waarbij de gemeenschappenj ke poortelektrode van de transistoren 108 en 109 verbonden is met het gemeenschappelijke punt van de transistoren 108' en 2q 109'. Het punt 113 waar de transistoren 108 en 109 zijn doorverbonden bepaalt de spanning op één van de elektroden 21,22....141,142; in het voorbeeld van Figuur 11 is dit punt verbonden met elektrode 31. De capaciteit 103 is al dan niet opgeladen afhankelijk van het schakelge-drag van een vorige trap 101, en wordt mede bepaald door signalen 25 op de ingangsklem 107 en de klokpulslijnen 116 (tp ), 117 (<p2) en 114 die een n-type MOS-transistor 106 aan- of uitschakelen zodat informatie van ingang 107 of een vorige trap al dan nief^clfergegeven. Als bijvoorbeeld in „de trap 101,getekend in Figuur 11,kloklijn 117, hoog wordt, wordt transisotr 106 geleidend. De uitgang van 101, en daarmee eléktro-30 de 31, neemt dan de spanning aan van elektrode 21 die verbonden is met de uitgang van de vorige trap. Elektrode 31 verandert alleen als in een vorige fase bij het hoog worden van kloklijn 116 de spanning op elektrode 21 is veranderd.

Tabel 7 toont symbolisch het schakelgedrag van de elektroden 35 21,22,31,32,121,122,131,132,141,142 als deze bestuurd worden met behulp van dergelijke registers met niet-inverterende trappen 101. De oneven elektroden 21,31,121,131,141 worden daarbij bestuurd vanuit het register 13 met trappen 101 en ingangsklem 107, terwijl de even elektroden 22, 8401311 PHN 10.997 20 32,122,132,142 bestuurd worden vanuit het register 13' met trappen 101' (zie Figuur 10). ___

Tijdstip Klok Ingang Elektroden (107) 21 22 23 24 31 32 33 34 5 _____ t0 φ4 o 0 10 10 10 1 t-, Ip1 0 110 10 10 1 t2 if3 0 110 10 10 1 t3 (^>4 0 110 10 10 1 10 t4 (jp2 1 10 0 10 10 1 t5 l^3 1 10 110 10 1 tg tp1 1 0 0 110 10 1 t7 φ2 1 0 1110 10 1 tg 1^4 0 0 1 1 0 0 1 0 1 15 tg I^1 o 1110 110 1 t10 l^3 o 110 0110 1 tqi if4 0 1-1 O 1 11 O 1 t12 φ2 1 1 0 0 1 1 0 0 1 t13 ^3 1 10 1110 11 20 t14 ^ 1 0 0 1 1 0 0 1 1 t15 if2 1 0 1110 111 t16 f4 I o O 1100 1 1 o t17 ^ I O 1110 1110 -—----- 25 TABEL 5

Op het tijdstip t^ zijn alle even elektroden 22,32,122,132,142 gedurende enige tijd hoog (1) geweest zodat onder de even elektroden integratie van ten gevolge van een stralingsbeeld gegenereerde ladingdragers (elektronen) onder deze elektroden heeft plaatsgevonden. De 3Q ingang 107 van register 13 is hoog (1) maar aangezien ψ ^ (lijn 116) niet actief is, heeft dit op de eerste trap van register 13 en derhalve op de door de uitgang van deze trap bestuurde elektrode 21 geen invloed; taangeslotenj evenmin worden de andere trappen die op kloklijn 117 (tj?2) ^ijnVaoor net opkomen van(^2 op t^ beïnvloed.

35 Op het tijdstip t^ is ψ ^ (kloklijn 116) hoog (1). De informa tie aan de ingangsklem 107, die nu hoog is wordt doorgegeven. De andere uitgangen en daarmee verbonden elektroden (131,32,142) die t.g.v. het opkomen van(p zouden kunnen veranderen blijven gelijk omdat de in- 8401311 PHN 10.997 21 gangen van de betreffende trappen (elektroden 121,22,132) niet veranderd zijn ten opzichte van tijdstip t^. De lading die zich eerst onder elektrode 22 bevond, bevindt zich nu onder de elektroden 21,22.

Tijdstip Ingang (107) Elektroden 5 21 22 23 24 31 32 33 34 t1 1 0 10 10 10 1 t2 0 110 10 10 1 t3 0 1 0 0 1 0 1 0 1 io ta 1 0 0 110 10 1 t5 1 0 110 0 10 1 tg 0 110 0 110 1 t7 0 10011001 tg 1 0 0 1 1 0 0 1 1 15 tg 1 0 110 0 110 __:_ TABEL 6

Op het tijdstip is (p ^ (kloklijn 114) hoog (1). Aangezien kloklijn 114 de eerste trap van register 13' bestuurt wordt de informa-20 tie van de ingangsklem 107', die laag (0) is, doorgegeven aan de uitgang van deze trap en daarmee aan elektrode 22. Ingangsklem 107 heeft inmiddels ook een laag signaal gekregen, maar dit heeft geen invloed op e-lektrode 21 omdat ify niet actief is; doordat elektrode 22 laag wordt bevindt de lading, die zich oorspronkelijk onder elektrode 22 bevond, 25 zich nu onder elektrode 21. Het opkomen van de kloklijn 114 (j^J zou verder nog de elektroden 121 en 132 kunnen beïnvloeden, maar deze . blijven hun waarde (0 resp. 1) behouden omdat de uitgangen van de voorafgaande trappen respectievelijk de elektroden 31 en 122 onveranderd zijn.

Op het tijdstip tg is (kloklijn 117) hoog. Het feit dat 30 ingangsklem 107' hoog geworden is heeft geen invloed op de uitgang van de eerste trap 101' van register 13' en dus op elektrode 22.

Kloklijn 117 (^) beïnvloedt wel elektrode 31, zodat de hoge spanning (1) die de elektrode 21 kreeg op tijdstip t^ ten gevolge van (kloklijn 116) nu doorgegeven wordt aan elektrode 31. De overige 35 uitgangen (141,122) vandoor^ bestuurde trappen 101, 101' blijven nog onveranderd. Op de volgende tijdstippen worden aan de ingangsklemmen 107, 107' zodanige ingangsspanningen aangeboden dat ten gevolge van het bijbehorende klokpulspatroon op de kloklijnen 116,117,114 onder steeds meer elektroden ladingtransport gaat optreden zoals duidelijk blijkt uit 1401311 PHN 10.997 22 tabel.7. Op het tijdstip tg verdeelt de lading die tot dan geconcentreerd was onder elektrode 142 zich onder de elektroden 141,142 waarna op de tijdstippen t^ t/m t^ deze lading zich verplaatst naar elektrode 32.

5 Tijdstip Klok Ingangen Elektroden 107 107' 21 22 31 32 121 122.131 132 141 142 tQ vp 10 0 10 10 10 1 0 1 t1 (p1 1 0 110 10 10 1 0 1 io t2 φ3 oo ιοοίοιοι o 1 t3 (p2 0 1 10 110 10 1 0 1 t4 ip1 01 00100101 01 t5 φ3 11 011 0.1 1 0 1 01 tg lp2 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 15 t7 φ1 10 110 110 1 1 0 1 tg ψ3 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 tg φ2 οι 10 110 110 11 t10 ip1 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 t^ φ3 11 0 110 110 1 10 20 t12 lf2 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 t13 ^ 1 o 110 110 1 1 0 1 t14 ip3 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 0 1 TABEL 7 25 Het verdere verloop is in tabel 7 niet weergegeven maar is analoog aan dat vanaf tg.· Op dezelfde wijze als beschreven voor de inrichting van Fig. 2 kan na het uitlezen van de informatie ten behoeve van inter-liniëring met behulp van een hoog (1) signaal op ingang 107 en een laag signaal op ingang 107' een 1010101010-patroon onder de elektroden 30 21,22,31,32,121,122,131,132,141,142 worden verkregen waarna integratie onder de oneven elektroden mogelijk is.

Ook in de realisatie van het register 13 zijn diverse variaties mogelijk, zowel qua opbouw van de trappen als qua gebruikte technologie. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk een statisch schuifregister te kiezen 35 waarbij de trappen dan bijvoorbeeld kruisgekoppelde transistoren bevatten.

Daarnaast kan de uitvinding worden toegepast op tal van la-dinggekoppelde halfgeleiderinrichtingen, zoals bijvoorbeeld serie-para- 8401311 * ' * » PHN 10.997 23 llel-serie geheugens, de reeds genoemde vertragingslijnen en multiplexers. Ook op andere typen stralingsgevoelige inrichtingen kan zij worden toegepast bijvoorbeeld op lijnsensoren zoals beschreven in de tegelijkertijd ingediende aanvrage No. (PHN 10.998) van Aanvraagster.

5 Ook kunnen in de inrichting van de Figuren 10,11 de elektro den op het gemeenschappelijk punt 113' van de transistoren 108' en 109' worden aangesloten.

Figuur 12 tenslotte toont een uitvoeringsvoorbeeld waarbij een elektrodenstelsel 21,22,23,24,31,32,33,34...dat. geschikt is voor 10 4-fasentransport wordt bestuurd met behulp van twee schuifregisters 13,13' met inverterende trappen die een gemeenschappelijke ingangsklem 107 bezitten. De eerste trap 101 van het schuifregister 13 is verbonden met elektrode 21 en wordt bestuurd door een kloklijn 116 .(^), terwijl de tweede trap verbonden is met elektrode 22 en wordt bestuurd door 15 kloklijn 117 (^) · De volgende twee trappen worden weer. door de kloklijnen 116,117 bestuurd en zijn verbonden met elektroden 31,32. Evenzo zijn de eerste twee trappen 101 van schuifregister 13' verbonden met elektroden 23,24 en worden bestuurd door kloklijnen 114 611 119 (ψ^). De volgende twee trappen van register 13' worden weer door de kloklijnen 114,119 be-2o stuurd en zijn verbonden met elektroden 33,34. Hiermee wordt bereikt dat bijvoorbeeld de elektroden 21,23,31,33 die doorgaans in êên bedra-dingslaag worden gerealiseerd afwisselend vanuit register 13 en register 13' worden aangestuurd. Dit vóórkant bedradingsproblemen die met name optreden wanneer vanuit meerdere naast de elektroden gelegen trappen 25 verschillende elektroden worden aangestuurd. Bovendien hoeven nu niet, zoals in het voorbeeld van Figuur 6 elektroden van het elèktrodenstelsel als doorverbinding tussen trappen 101 te worden gebruikt. Het schakelge-drag van de inrichting van Figuur 11 is symbolisch weergegeven in Tabel 8.

30 84 0 1 3 1 1 35 PHN 10.997 24 ' * ft

Tijdstip Klok Ingang (107) Elektroden 21 22 23 24 31 32 33 34 5 tQ <p4 1 10 10 10 10 ψΊ 1 0 0 1 01010 t2 γ2 1 0 110 10 10 t3 1 0 10 0 10 10 t4 (p4 0 0 1 0 1 1 0 1 0 10 t5 ^ 0 110 10 0 10 tg lp2 0 1 0 0 1 0 1 1 0 t7 φ3 o 10 110 10 0 tg t|»4 1 10 10 0 10 1 tg (|)1 1 0 0 1 0 110 1 15 t10 φ2 1 0 11 0 10 0 1 t^ cp 1 0 10 0 10 11 t12 φ4 o 0 10 110 10 ___:__ TABEL 8 20 25 30 1 8401311

Claims (10)

1. Ladinggekoppelde halfgeleiderinrichting bevattende een halfge- leiderlichaam waarin aan een hoofdoppervlak ten minste een ladingtrans-portkanaal is gedefinieerd welk halfgeleiderlichaam aan hetzelfde hoofdoppervlak voorzien is van een stelsel van elektroden waarop ten behoeve 5 van ladingopslag een instelsignaal en ten behoeve van ladingtransport een kloksignaal kan worden aangeboden met het kenmerk dat de halfgeleiderinrichting tenminste een met een één-, of meerfasenklok bestuurbaar schuif-register bevat met meerdere trappen waarbij de elektroden afzonderlijk electrisch geleidend verbonden zijn met trappen van het schuifregister.

2. Ladinggekoppelde beeldopneeminrichting bevattende een halfge leiderlichaam waarin aan een hoofdoppervlak meerdere ladingtransport-kanalen zijn gedefinieerd welk halfgèMder aan, hetzelfde hoofdöppervlak voorzien is van een stelsel van elektroden waarop ten behoeve van ladingopslag een instelsignaal en ten behoeve van ladingtransport een klok-15 signaal kan worden aangeboden met het kenmerk dat.de halfgeleiderinrichting ten minste een met één- of meerfasenklok bestuurbaar schuifregister bevat met meerdere trappen waarbij de elektroden afzonderlijk elektrisch geleidend verbonden zijn met trappen van het schuifregister.

3. Ladinggekoppelde inrichting volgens conclusie 1 of 2 met het 20 kenmerk dat de inrichting een dynamisch schuifregister bevat.

4. Ladinggekoppelde inrichting volgens êên der vorige conclusies met hetkenmerk dat het schuifregister meerdere omkeerschakelingen bevat die onderling verbonden zijn door middel van door de klok bestuurde . doorschakeltransistoren.

5. Ladinggekoppelde inrichting volgens conclusie 4 met het kenmerk dat de omkeerschakeling twee complementaire MOS-transistoren bevat.

6. Ladinggekoppelde inrichting volgens conclusie 4 of 5 met het kenmerk dat tenminste een elektrode van het stelsel van elektroden twee opeenvolgende trappen van het schuifregister elektrisch geleidend ver- gg bindt.

7. Ladinggekoppelde inrichting volgens conclusie 4 of 5 met het kenmerk dat. de inrichting tenminste.twee deelregisters bevat die aan weerszijden van het stelsel van elektroden zijn aangebracht.

8. Ladinggekoppelde inrichting volgens êên der conclusies 1 t/m 3 35 met het kenmerk dat de inrichting, ten behoeve van het aanbieden van in-. stelsignalen en kloksignalen tenminste twee schuifregisters met niet- inverterende trappen bevat waarbij-opeenvolgende elektroden van ' het stelsel van elektroden afwisselend elektrisch geleidend verbonden 8401311 ^ k P « PEN 10.997 26 zijn met opeenvolgende trappen van de schuifregisters.

9. Ladinggékoppelde inrichting volgens één der conclusies 1 t/m 5 met het kenmerk dat de inrichting ten behoeve van het aanbieden van instelsignalen en kloksignalen twee schuifregisters met inverterende 5 trappen bevat waarbij groepen opeenvolgende elektroden van het stelsel van elektroden afwisselend elektrisch geleidend verbonden zijn met opeenvolgende groepen van trappen van de schuifregisters.

10. Ladinggekoppelde inrichting volgens conclusie 9 met het kenmerk dat de ingangen van de eerste trappen van de beidé registers geleidend 10 met elkaar verbonden zijn. 15 20 25 30 1 8401311