SE407637B - Laddningsoverforingsanordning - Google Patents

Description

7403507-2 2 I denna kända anordning uppstår problemet att, då ett stort antal steg an- vändas, den korrekta driften störes till följd av det faktum att, i varje steg av anordningen signalen försämras något. Detta blir tydligt om man observerar steg- svaret hos den kända anordningen. Med detta avses att då ingångssignalen exempel- vis hoppar från 0 volt till V volt utgångssignalen vid anordníngens utgång hoppar från D till (V~ çf ) volt, varvid af är felspänningen. Om värdet på ingångssigna- len därefter förblir V volt kommer utgångssignalen också att anta detta värde. Den nämnda effekten påverkar skadligt anordníngens frekvenskurva. Den nämnda signalför- sämringen är bl a förorsakad av det faktum att tröskelspänníngen hos en transistor beror på det överförda signalvärdet ¿§ V. Om ett jämförelsevis litet antal steg an- vändes blir den beskrivna skadliga effekten minimal eller noll men då ett relativt stort antal steg användës, t ex några hundra, ger effekten upphov till större prob- lem. Effekten uppträder särskilt då fälteffekttransistorer användes. Detta beror å ena sidan på det faktum att elektrostatisk reaktion äger rum från kollektorn via substratet till kanalen mellan emitter- och kollektorelektroden i den använda fält- effekttransistorn och å andra sidan att längden av kanalen beror något på spän- ningen vid kollektorelektroden. För fälteffekttransistorer med ett högohmigt sub- strat blir den elektrostatiska verkan dominerande, medan i fälteffekttransistorer med ett lågohmígt substrat den andra effekten blir dominerande.

Ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en lösning på nämnda problem och uppfinningen kännetecknas av att medel är anordnade för att förspänna elektro- derna med sådana spänningar och att ytzonerna har en sådan ledningsförmåga att,'t vid var och en av lagringsställena mellan nämnda andra kohdensatorelektrod och en underliggande halvledardel, då signalbärare är lagrade där, alstras ett första ka- pacitansvärde och vid överföring av nämnda lagrade signalbärare alstras ett andra kapacitansvärde, varvid nämnda första kapacitansvärde är väsentligt större i stor- lek än det andra kapacitansvärdet, varigenom signalförsämring under laddningsöver- föringen reduceras.

Uppfinningen är blfa grundad på den upptäckten att den nämnda sig~ nalförsämringen, i litteraturen även benämnd "signal-step-response error (SSRE)“, under varje laddningsöverföring mellan den första och den andra kapacitansen i varje steg också beror på kvoten Cr/G2, där Cl är den första kapacitansens kapacitansvärde och 02 är den andra kapacitansens kapacitans- värdes I den tidigare beskrivna kända anordningen är denna kvot lika med 1, emedan G1 = G2. Om under laddningsöverföringen mellan en första och en andra kapacitans värdet på den första kapacitansen minskas och/eller värdet på den andra kapacitansen ökas, blir C1/C2<<: 1, varför det nämnda värdet SSRE också reduceras med denna faktor. ' Uppfinningen beskrives med hänvisning till ritningen, där fig 1 visar en laddningsöverföringsanordning, fig 2 visar de spänningar, som uppträder 71103507-2 i olika punkter i den kända anordningen som funktion av tiden, fig 3 visar ett snitt genom en integrerad laddningsöverföringsanordning enligt uppfin- ningen, fig 4 visar en planvy av en integrerad halvledaranordning enligt uppfinningen, fig 5 visar ett kurvdiagram för signalerna, som skall matas till klockledningarna i anordningen enligt fig 3 och 4, fig 6 visar utarm- ningskapacitanserna som användes i anordningen enligt fig 3 och 4 som funktion av laddningen däri, fig 7 visar ett snitt genom en annan integrerad utförings- form av laddningsöverföringsanordningen enligt uppfinningen, fig 8 visar en planvy av utföringsformen enligt fig 7, fig 9 visar ett schematiskt snitt genom en modifikation av anordningen enligt fig 7 och 8, fig 10 visar ett schematiskt snitt genom en annan utföringsform, fig ll visar ett schema- tiskt snitt genom enšannan utföringsform, fig i2 visar ett schematiskt snitt genom ytterligare en annan utföringsform och fig 13 visar ett schematiskt snitt genom en modifikation av anordningen enligt fig 3.

I anordningen enligt fig 1 är huvudströmbanorna hos fälteffekttran- ,sistorerna T0,....T1.....Tn kopplade i serie. Kapacitansen Co är anordnad mellan transistorns TO kollektor och styrelektrod. Kapacitansen G1 är anord- nad mellan transistorns T1 kollektor och styre. Kapacitansen Cn är anordnad mellan transistorns Tn kollektor och styre. Transistorns T1 styre är anslu- tet till omkopplingsspänningskällans S0 utgång S2. Transistorernas To och Tn styren är anslutna till omkopplingsspänningskällans S0 utgång S1. En ände av dioden Dn är ansluten till transistorns Tn kollektor och den andra än- den är ansluten till omkopplingsspänningskällans S0 utgång S2, Transistorns To lingen av motståndet R 0 Funktionen hos den kända anordningen beskrives under hänvisning till fig 2. emitter är ansluten till en punkt med konstant potential via seriekopp- , ingångsspänningskällan Vi och likspänningskällan El.

I fig 2b respektive 2c visas de spänningar, som uppträder vid ut- gångarna S2 och S1 som funktion av tiden. De är symmetriska klockspänningar med ett maximum på O volt och ett minimum på -E volt. Under den tid då spän- ningen i punkten S1 är negativ i förhållande till jord överföres information avseende storleken hos ingångssignalen Vi till kapacitansen CO, dvs under tidsintervallen 1'2, 1"4, ¶'6 och 1-8 i fig 2b, Under tidsintervallet T_2 ~ är ingångssignalen Vi liten medan under tidsintervallet 7_Q och efterföl- jande ingångssignalen Vi är stor. Under tidsintervallet 1.2 kommer att fly- ta en ström i transistorn TO, som är ungefär lika med Vy/Ro ampere, Därvid är Vi storleken hos ingångssignalen under ifrågavarande tidsintervallet ?_2 och RO värdet på resistansen Ro i fig 1. Denna ström kommer att bringa spän- ningen på transistorns To kollektor att öka med ett belopp Zl V1, se fig 2d.

Under tidsintervallet 1'3 urladdas kapacitansen Co genom transistorn T1 tills spänningen över nämnda kapacitans har blivit lika med -(E-Vd) volt, där V d är transistorns Ti tröskelvärde, varvid storleken av nämnda trös- 7403507-2 h kelvärde också bestämmes av 'signalvärdet A V1. Under tidsintervallet 7-4 matas en laddning återigen via transistorn TO till kapacitansen CO, så att spänningen på transistorns To kollektor kommer att öka med ett belopp A V2 volt, se fig-2d. Under tidsintervallelt rä urladdas kapacitansen CO via tran- sistorn Tl tills spänningen över nämnda kapacitans lika med -(E-Vd') volt, varvid Vd' är lika med transistorns Tl tröskelvärde i förening med signal- värdet V2. Det har visat sig att det med signalvärdet V2 förenade _ tröskelvärdet Vd: ärèett belopp J volt högre än det med signalvärdet ÅVI .förenade tröskelvärdet Vd., Detta betyder att spänningsminskningen över ka- 0 under tidsintervallet f; blir lika med V2- volt i! stället för Å V . I det ögonblick då tidsintervallet TG börjar kommer , 2 spänningen påtransistorns To kollektor att vara lika med -(2E - (i) + pacitansen C volt, se fig 2d. Vid slutet av det nämnda tidsintervallet blir spänningen på transistorns TO kollektor lika med f-(2E- d) + J-I- A V2 . Under nämnda tidsintervall är därför spänningsminskningen över kapacitansen CO lika med A V2 vfllt.

Under tidsintervallet I; uppladdas kondensatorn G1 via transistorn Tlrtills spänningen över nämnda kapacitans har ökat med ett belopp på A V1 volt, se fig 2c. Under tidsintervallet 1-4 urladdas kapacitansen G1 via. transistorn T2 tills spänningen över kapacitansen är lika med -(E-Vd) volt, varvid Vd är det med signalvärdet A V1 förenade tröskelvärdet i transistorn Ta. I tidsintervallet Z: uppladdas kapacitansen G1 via transistorn Tl.

Spänning-sökningen över kapacitansen C blir då lika med spänningsfallet över kapacitansen CO i det betraktade tidsintervallet. Den nämnda spänningsök-I ningen blir följaktligen lika med (ÅV2 Jf) volt., I tidsintervallet 7-6 urladdas kapacitansen Cl via transistorn T2 tills spänningen över denna ka- pacitans är lika 'med -(E-Vd") volt, varvid V11" är lika med den med signal- värdet ( ÅVz- förenade tröskelspänningen hos transistorn Ta. Då f är avsevärt mindre än Å V2, är Vdf' = Vd' en mycket god approximation. Detta 1 i iidsiniervallet TG blir lika med V2_2 volt istället för Å V2 volt, som det skulle vara.

En enkel beräkning visar att spänningsfallet över kapacitansen Cn svarande betyder att spänningsfallet över kapacitansen C mot spänningsfallet ( ÅV2 -J) volt över kapacítansen CO i tidsinterval- let 2.5 blir lika med Vg-n. volt, varvid n är ordningstalet hos ka- pacitansen (En, Detta är emellertid sant endast om n .J är litet relativt A V2. om n . J blir jämförbart med A V2, avs om m väljas högre, blir det motsvarande spänningsfallet lika med (1 -tf ) n volt. Detta kan därvid också ge upphov till effekter av andra och tredje ordningen. Detta betyder att i motsats till de under hänvisning till figurerna 2:1 och 2c diskuterade exemplen, där endast ett signalvärde ej var korrekt (se fig 2d, intervallet m, och fig 20, intervallet TG), två eller flera på. varandra följande 7403507-2 5 signalvärden ej kommer att vara korrekta, såsom är schematiskt angivet i fig 2f. I denna figur är signalvärdena i intervallen ZFQ och 2_¿+2 ej kor- rekta. I intervallet Zflg är signalvärdet lika med ( ÅÄ V2 -Gfll) volt och i intervallet 7¥m+2 är signalvärdet lika med ( ZÄ V2 - GI22) volt. Signalvär- det kommer ej att vara korrekt och lika med la V2 volk förrän tidsinter- valle t ZÉHA . ' § I de kända laddningsöverfäringsanordningarna av denna typ har lag- ringskapacitanserna C till Cn ett virtuellt konstant värde. Men enligt uppfinningen är kapacgtanserna G0 till Cn i en anordning enligt fig 1 variab- la kapacitanser. Detta gör det möjligt att minska den nämnda felspänningentf.

Ett exempel på en praktisk utföringsform av en sådan anordning med variabla och speciellt spänningsberoende kapacitanser är schematiskt vi- sat i figurerna 3 och 4.

Halvledaranordningen enligt fig 3 och 4 innefattar ett substrat 50, som kan vara gjort av ett isolerande material försett med'en eller flera ytområden av ett halvledarmaterial eller som kan bestå av ett halvledar- material, såsom i den aktuella utföringsformen. I ett ytområde av substra- tet 50 är en serie halvledarzoner 51, 52, 53, 54 och 55 anordnade. Halvle- darzonerna 51, 52, 53, 54 och 55 i förening med de ledande skikten 60, 62, 64 och 66 bildar en serie fälteffekttransistorer, vilkas huvudströmbanor är seriekopplade. Halvledarzonerna 52, 53 och 54 tillsammans med de ledan- de skikten 61, 63 och 65 belägna ovanför dem vid emittertiden bildar s k utarmningskapacitanser av den typ som exempelvis är beskriven i "Solid State Electronics", Pergamon Press, 1965, vol 8, sid 153 och 154. Halvledarzonen 51 är via kontakten 70 ansluten till seriekombinationen av motståndet 12 och ingångssignalkällan 10. Halvledarzonen 54 är försedd med en kontakt 71, på vilken utgångssignalen är tillgänglig. Halvledarzonen 55 är ansluten till en kontakt 72, vilken kan vara ansluten till en negativ spänning eller till' styret 66. Styrena 60 och 64 är anslutna till klockledningen 18 och styrena 62 och 66 är anslutna till klockledningen 15. De ledande skikten 61 och 65 är anslutna till klockledningen 17. Det ledande skiktet 63 är anslutet till klockledningen 16. En omkopplingsspänningskälla 11, vilken styr laddnings- överföringen, är anordnad mellan klockledningarna 15 och 18. En likspännings- källa 13 är inkopplad mellan klockledningarna 15 och 16 och en likspännings- källa 14 är inkopplad mellan klockledningarna 17 och 18. Fig 4 visar hur de ledande skikten 60, 62 och 64 är anslutna till sina respektive klockledningar.

Det ledande skiktet 60 är anslutet via kontakten 81 till en halvledarzon 58, som passerar under ledaren 17, vilken zon via kontakten 80 är ansluten till klockledningen 18. Det ledande skiktet 62 är anslutet via kontakten 85 till halvledarzonen 57, vilken zon via kontakten 84 är ansluten till klockled- ningen 15. Via kontakten 83 är det ledande skiktet 64 anslutet till halv- ledarzonen 56, vilken zon via kontakten 82 är ansluten till klockledningen 18 vuozsovfz * 6 Halvledaranordningen enligt figurerna 8 och 4 kan framställas helt i enlighet med konventionell haivledarteknik. Substratet kan exempelvis bestå av kisel av n-typ. Zonerna 51, 52, 53, 54 och 55 kan exempelvis åstadkommas med hjälp av jonimplantation och,kan exempelvis ha en ytdopningskoncentration 3. Det isolerande skiktet:90 är exempelvis gjort av storleksordningen lülâ/cm av kiseloxid och/eller kiselnitrid och under styrena ÉO, 62, 64 och 66 är det exempelvis 0,1 till 0,äfÉm tjockt. Utanför fälteffekttransistorernas kanalregioner och utanför de delar av det isolerande skiktet, som är beläg- na ovanför zonerna 52, 53 och 54, vilka är täckta av de ledande skikten öl, 63 och 65, skall det isolerande skiktet företrädesvis vara tjockare än 1/um (ej visat)§ För att förhindra ej önskad bildning av kanaler är det vidare möjligt att anordna kanalstopp, t ex diffuserade kanalstopp.

OmkopplingsspänningskällanII avger signaler av den i fig Sa och5 b visade formen. I fig Sa är spänningen på klockledningen 15 avsatt som funk- 'tion av tiden och i fig 5b är spänningen på klockledningen 18 visad som funk- tion av tiden. I fig äc är spänningen på klockledningen 16 visad som funk- tion av tiden och i fig 5d är spänningen på klockledningen 17 visad som funktion av tiden. I figurerna 5c och äd visas storleken av de av likspän- níngskällorna 13 och 14 alstrade förspänningarna. Medelst nämnda förspän- ningar är företrädesvis utarmningskapacitanserna förspända, så att då dessa kapacitanser innehåller informationsladdningar värdena på nämnda kapacitan- ser är maximum, medan värdena hos dessa kapacitanser är minimum då kapa- citanserna har referensladdningar. Detta är illustrerat i fig 6, I denna figur är informationsladdningen avsatt på den vertikala axeln och kapaci- tansvärdet på den horisontella axeln. Mellan värdena QMAX och QMIN, även benämnt dynamiskt område D, kan informationsladdningen anta varje värde vid en virtuellt konstant kapacitans CMÄX. Då efter en laddningsöverföringsope- ration informationsladdningen från en första utarmningskapacitans har över- förts till en andra utarmningskapacitans är värdet på den första marmnings- kapacitansen företrädesvis lika med CRES och värdet på den andra utarmnings- kapacitansen lika med %¿Ax. Reduktionen av signalförsämringen blir nu lika med CMAX/CEES. I detta sammanhang skall observeras att vid början av ladd- ningsöverföringen kvoten 02/C1 är stor, så att det blir en avsevärd verkan.

Men denna del av laddningsöverföringen påverkar knappast den nämnda signal- försämringen, vilken huvudsakligen är bestämd av den sista delen av ladd- ningsöverföringen. En extra fördel med åtgärden enligt uppfinningen är det faktum att urladdningsförloppet för den sista laddningen från utarmnings- kapacitansen genomföres snabbare, emedan urladdningstidskonstanten, vilken är proportionell mot den aktuella utarmningskapacitansens kapacitansvärde, också minskar under övergången från CMAX___§CREs. Till följd härav kan anord- ningen enligt fig 3 drivas med högre klockfrekvenser än den kända anordningen 71403507-2 7 med konstanta kapacitanser. Istället för de i fig 3 visade MOS-utarmnings- kapacitanserna är det också möjligt att använda pn-övergångskapacitanser.

.Vidare kan exempelvis kapacitansen i Schottky-barriärer användas. Genom lämpligt val av dopningskoncentratíonen och zondjupet kan CRES bringas att approximera överlappningskapacitansen mellan styrelektrcderna hos den Ångränsande fälteffekttransistorn och den aktuella zonen, varvid utarm- Äingszoner bildas under de ledande skikten 61, 63 och 65, vilka zoner sträcker sig över hela tjockleken av zonerna 52, 53 och 54.

Istället för de i 1addningsöverföríngsanordningarna enligt figurer- na 3 och 4 använda utarmningskapacitanserna är det också möjligt att an- vända s k inversionskapacítanser som spänningsberoende kapacitanser. En ut- föringsform av en laddningsöverföringsanordning enlígfl uppfinningen, vilken utnyttjar en inversiånskapacitans och en spänningsberoende kapacitans, är visad i figurerna 7 och 8. Halvledaranordningen enligt dess figurer inne- fattar ett substrat 50, som kan vara gjort av ett isolerande material, som är försett med ett eller flera ytområden av ett halvledarmateríal, eller som exempelvis kan bestå av ett halvledarmaterial såsom i den aktuella ut- föringsformen. I substratets 50 ytområde är en serie halvledarzoner 52, 53 och 54 anordnade. Zonerna 52 och 53 tillsammans med ledningsplattan 62 bil- dar en första fälteffekttransistor. Zonerna 53 och 54 tillsammans med led- ningsplattorna 64 bildar en andra fälteffekttransistor. Ledarplattan 62, som också är styrelektroden i den första fälteffekttransistorn, är anslu- ten via kontakthålet 82 till klockledningen 15. Ledarplattan 64, som också är styrelektroden i den andra fälteffekttransistcrn, är ansluten till klock- ledningen 18 via kontakthålet 84. Ledarplattan 63 bildar också ena plattan i en inversionskapacitans och är ansluten till klockledningen 16 via kontakt- hålet 83. Ledarplattan 61 bildar ena plattan i en föregående inversíonska- pacitans och är ansluten till klockledningen 17 via kontakthälet 81. Ledar- plattan 65 bildar en platta i en efterföljande inversionskapaoitans och är ansluten till klockledningen 17 via kontakthålet 85. Ledarplattorna 61, 62, 63, 64 och 65 kan exempelvis vara gjorda av aluminium. Dock kan även poly- kristallint kisel med en lämpligt vald förorening med fördel användas.

Funktionen hos den integrerade laddningsöverföringsanordningen enligt figurerna 7 och 8 är följande. Till klockledningarna 15, 16, 17 och 18 matas klocksignaler av den typ som är visade i fig 5. Den med den första fältef- fekttransistorn förenade lagringskapacitansen utgöres, i frånvaro av inver- sionsskikt under kapacitanselektroden 63, av den s k överlappningskapaci- tansen som finns mellan elektroderna 62 och 63 och zonen 53. Då som bekant i kisel-grindteknologin de ledande skikten 61 till 65 också användes som en mask vid anbringandet av zonerna 53 till 54, så blir denna överlappnings- kapacitans relativt liten. Minimikapacitansen CRES, som den variabla lag- ringskapacitansen kan anta, bestämmas också av den nämnda överlappnings- d7hÛ3507-2 8 kapaóitansen. Mellan det ledande skiktet 63 och inversionsskiktet, som finns under det ledande skiktet 63 och substratet 50, finns en relativt hög kapa- citans, vilken är parallell med den nämnda överlappníngskapacitanscn. Kupa- çitansvärdet hos den variabla lagringskapacitansen är då maximum och lika med CMAX. Förspänningen p i fig 5 väljes nu så att, om den nämnda variabla kapacitansen innehåller en informationsladdning, värdet hos kapacitansen är maximum och förblir maximum tills nämnda kapacitans har överfört denna informationsladdning till en efterföljande variabel lagringskapacitans.

Strax innan lagringskapacitansen bringas till referensnivå antar lagrings- kapacitansen sitt minimivärde CRES. På liknande sätt som beskrivits tidi- gare för utarmningskapacitanserna i anordningarna enligt fig 3 så har den nämnda felspänningen dfiminskat med en faktor, som är i huvudsak lika med CMÅX/CRES. Genom lämplig dimensionering av anordningen kan storleken av' .nämnda reduktion ställas in efter önskan inom vissa gränser. En reduktion i med en faktor av 10-15 kan lätt uppnås.

I den med hänvisning till figurerna 7 och 8 beskrivna utföringsfor- men av laddningsöverföringsanordningen utnyttjas inversionskapacitanser.

Emellertid är det lika väl möjligt att använda utarmningskapacitanser i den nämnda utföringsformen. För detta ändamål är den måttligt dopade zo- nen 53a, såsom är schematiskt visat i snittet enligt fig 9 exempelvis anordnat under ledarplattan 63, vilken zon är av samma ledningsförmågetyp som zonen 53.

I denna utföringsform ligger fälteffekttransistorerna och kapacitan- serna inom linjerna 110 och 111 i fig 8. Utanför dessa linjer finns ett tjockt isolerande skikt, t.ex i form av ett isolerande skikt som är infällt i halvledarkroppen över åtminstone en del av dess tjocklek. Ett sådant in- fogat isolerande skikt kan erhållas på känt sätt genom lokal oxidatíon.av halvledarkroppen 50. Ytzonen 53 är u-formad, varvid benen i u-et bildar kol- lektorn i transistorerna 52, 62, 53 och emittern i transistorerna 53, 64, 54.

Remszonen 53 omger i huvudsak den del av ytområdet i substratet 50, som är _ täckt av kapacitanselektroden.

De ledande skikten 62 och 63 är "självinställande" skikt, dvs skikt som vid anbringande av ytzonerna 52, 53 och 54 användes som en mask. Till följd härav är kapacitanselektroden belägen nästan helt ovanför substratet 50.

I de så långt beskrivna utföringsformerna användes fälteffekttransis- torerna såsom elektroniska strömställare. Men det är också möjligt att an- vända bipolära transistorer såsom elektroniska strömställare. Fig 10 vi- sar en integrerad utföringsform av detta. I denna utföringsform är en serie av två bipolära transistorer integrerade i en halvledarkropp 50. En första transistor bildas av zonerna 52, 53 och 70. Zonen 52 är emitterzonen, zo- nen 53 är kollektorzonen och zonen 70 är baszonen. Den andra transistorn utgöres av zonerna 51, 54 och 71. Zonen 51 är emitterzonen, zonen 54 är 7lr03507-2 9 kollektorzonen och zonen 71 är baszonen i den andra transistorn. Via en kraftigt dopad zon 20 och kontakten 83 är kollektorzonen i den första tran- sistorn ansluten till emitterzonen 51 i den andra trunsistorn. Baszonen 70, som angränsar till ytan av halvledarkroppen 50, omger emitterzonen 52 som ligger nära ytan av kroppen 50. Baszonen 70 ligger nära kollektorzo- nen 53 1 den första transistorn. Ytzonen 20 har anordnats för att öka bas- kollektorkapacitansen i den första transistorn. Denna ytzon 20 är direkt ansluten till kollektorzonen, medan baszonen 70 är belägen nära den nämnda ytzonen 20 och bildar en pn-övergång med densamma. Baszonerna 70 har en mellandel 100 som sträcker sig mellan kollektorzonen 53 och åtminstone en del av ytzonen 20. Tjocklekeu och dopningskoncentrationen hos mellandelen 100 är sådana att bildandet av en utarmningszon är möjlig över hela tjock- leken av mellandelen utan uppträdande av genomslag. Den andra transistorn är uppbyggd på samma sätt som beskrivits i det föregående för den första transistorn. Således hur exempelvis baszonerna 70 och 71 i den första och den andra transistorn en dopningskoncentration på 1016 atomer/cm3. Till följd av den kraftiga dopningen av zonen 20 och den relativt ringa dop- ningen av baszonen 70 kommer delen av kollektor-bas-övergången mellan bas- zonen 70 och ytzonen 20 att utgöra huvuddelen av kollektor-baskapacitansen i den första transistorn. Då mellandelen 100 är helt utarmad blir följakt- ligen den återstående kollektor-baskapacitansen liten och lika med_det förut nämnda värdet CRES. Då mellandelen inte är utarmad blir kol1ektor-baskapa- citansen hög och lika med det tidigare nämnda värdet CMAX. Den resulterande reduktionen av den förut nämnda felspänningen Ö blir approximativt CMAX/CRES också i detta exempel.

För fullständighets skull hänvisas till den svenska patentansök- ningen 5711/69 i vilken integrerade laddningsöverföringsanordningar,sum utnyttjar bipolära transistorer, är utförligt beskrivna. Särskilt ger denna ansökning också en layout för en anordning, som utnyttjar transistorer med förstorade bas-kollektorkapacitanser med en uppbyggnad enligt fig 10,varvid zonen 20 överlappar en avsevärd del av baszonen 70 och den tillhörande delen av pn-övergången 60 utgör upp till 80% av kollektor-baskapacitansen.Bildandet av en utarmningszon över hela tjockleken av mellandelen 100 gör det då lätt att reducera bas-kollektor kapacitansen med en faktor på 3-5.

I den nämnda svenska patentansökningen 571L/69 beskrives också en utföringsform, som utnyttjar sk "laterala" bipolära transistorer. De därvid använda transistorerna har ett tvärsnitt som är schematiskt visat i fig ll. Emitterzonen 52 är omgiven av en kollektorzon 53, vilka zoner är ytzoner som sträcker sig från ytan till ett omrâde 70 med motsatt led- ningsförmågetyp, som utgör baszonen i transistorn. Baszonen 70 är försedd med ett kraftigare dopet inbäddat skikt 70a för att reducera serieresistan- sen. Vid ytan är en ytterligare ytzon 20 anordnad för att öka kollektor- baskapacitansen, vilken zon 20 täcker en avsevärd del av den ringformiga 2,. ~ _14ozso?å2 » 1o_ kollektorzonen 53. I motsats till det föregående exemplet bildar den ytterligare ytzonen 20 här en del av baszonen 70, medan mellandelen 100, i vilken under laddningsöverföringen en utarmningszon bildas på beskrivet sätt, tillhör kollektorzonen 53.

Utföringsformen enligt fig 12 visar två av en sekvens av seriekopplade fälteffekttransistorer. Den första transistorn utgöres av ytzonerna 52 och 53, vilka tjänar som emitter- och kollektorelektroder, samt styrelektroden 62, som sträcker sig ovanför kanalomrâdet mellan zonerna 52 och 53. Den andra transistorn, som följer efter den första, bildas på motsvarande sätt av ytzonerna 53a och 54 och styrelektroden 64.

I motsats till det föregående exemplet är kollektorelektroden 53 i den första transistorn, ytzonen 103 i den variabla kapacitansen och emitter- elektroden 53a i nästa transistor inte kombinerade till ett kontinuerligt yt- område. Zonerna 52 och 53 är förbundna, vilket är schematiskt representerat genom en förbindning 102 mellan det ledande skiktet 63 och det ledande skiktet 112, som står i kontakt med zonen 53a. Ytzonen 103 i kapacitansen är en ytzon av samma ledningsförmågetyp som zonerne 52,53,53 och 54, vilka är omgivna av ett infällt isolerande skikt. Ytkoncentrationen i nämnda . zon är maximalt l017atomer/cma och är företrädesvis mellan 1014 och ungefär 1016 atomen/cma. Via en kraftigare dopad kontaktzon 106 och det ledande skiktet 63a är zonen 103 förbunden med en klockledning 16. Kapacitanselek- troden utgöres av det ledande skiktet 63 som är anslutet till zonen 53, var- vid skiktet 63 är isolerat från ytzonen 103 genom det isolerande skiktet 90.

I detta fall är den spänningsberoende kapacitansen en inversionskapacitans.

Den tidigare nämnda förspänningen inställes nu så att, då ett högt kapaci- tansvärde krävs, ett inversionsskikt förefinnes under det ledande skiktet 63 i ytzonen 103, medan nämnda inversionsskikt ej finnes då ett lågt kapaci- tansvärde krävs.För att möjliggöra snabb uppbyggnad av inversionsskiktet är en ytzon 107 av samma ledningsförmågetyp som substratet anordnad,varvíd pn-övergången mellan nämnda zon 107 och zonen 103 vid ytan är kortsluten genom det ledande skiktet 63a. Ytzonen 107 tjänar å ena sidan att snabbt tillhanda- hålla laddningsbärare som krävs för uppbyggnad av inversionsskiktet och ut- gör å andra sidan förbindningen mellan det ledande skiktet 63a och inver- sionsskiktet, vilket vid ett högt kapacitansvårde tar över funktionen av den andra elektroden i kapacitansen från zonen 103.

I de så långt beskrivna utföringsformerna, som utnyttjar fälteffekt- transistorer, användes fyra klocklinjer, varvid kapacitanselektroderna är anslutna till respektive klockledningar 16 och 17. Medelst likspännings- källorna 13 och 14 förspännes de respektive kapacitanserna. Figur 13 visar att det också är möjligt att använda endast tvä klockledningar 15 och 18.

Kapacitanselektroden 61 är ett ledande skikt, som är isolerat från ytzonen 52 av det isolerande skiktet 90, som utgör en barriär, Företrädesvis skall i huvudsak hela den del av ytzonen 52 respektive 53, som är belägen under ' ' 7403507-2 11 kapacítanselektroden 61, ha en dopningskoncentration på maximalt 1017 >atomer/cma. Företrädesvis ligger den maximala dopningskoncentrationon mellan ungefär 1014 och ungefär 1016 atomen/cma. Dopningen väljes så att en utarmningszon kan bildas över hela tjockleken av den nämnda ytzonen 52 (53) utan att genomslag inträffar. I utföringsformen enligt fig 13 är kapacitans- elektroderna 61,63 och 65 anslutna till styrelektroderna 60,62 och 63 i fälteffekttransistorerna i samma steg därigenom att de utgöres av kontinu- erliga ledande skikt 66,61; 62,63 och 64,65. Fig 13 visar schematiskt att å ena sidan genom att anordna området av den andra ledningsförmågetypen, substratet 50, vid stället för kanalområdena i fälteffekttransistorerna med delar 108 nära ytan, vilka har en högre dopningskonoentration än delarna av detta område, som är belägna därunder, och å andra sidan genom att under styrelektroden anordna ett isolerande skikt 90a med större tjocklek än det isolerande skiktet under kapacitanselektroden två klockledningar kan undvaras. Det är tydligt att båda stegen kan kombineras i en och samma fälteffekttransistor. Liknande åtgarder kan också användas i utförings- formerna med inversionskapacitanser, där det i allmänhet är möjligt att er- sätta den yttre förspänningen helt efler delvis av en "inre" skillnad mellan den tröskelspänning, som krävs för bildandet av den ledande kanalen i fält- effekttransistorerna, och den tröskelspänning som krävs för bildandet av inversionsskiktet i lagringskapacitansen. Sådana "inre" förspänningar kan också erhållas genom att använda isolerande skikt, som har olika dielektriska konstanter och genom att använda ledande skikt av material, som har en annan arbetsfunktion.

Det observeras att uppfinningen inte är begränsad till de beskrivna utföringsformerna och att för fackmannen många variationer är möjliga inom uppfinningens ram. Exempelvis kan kortare eller längre kedjor av tran- sistorer användas, varvid kompensation för de eventuella resulterande för- lusterna åstadkommas genom införande av en eller flera laddningsförstärkare.

Det är också möjligt att ansluta flera kedjor av transistorer parallellt med användning av en gemensam ingång och/eller en gemensam utgång. Vidare kan konventionella samplingskretsar och/eller utgångskretsar användas, vilka liksom eventuella laddningsförstärkare helt eller delvis kan integreras i samma halvledarkropp tillsammans med laddningsöverföringsanordningen.Dessa och andra möjligheter är exempelvis beskrivna i de svenska patentansökningarna nr 1.l»,5h9/67, 5711/69, 5712/69, n.97|/71 respektive 15.177/72.

Förutom elektriska signaler är det vidare också möjligt att använda in- gångssignaler av ett annat slag, t ex elektromagnetiska signaler. Således kan exempelvis fotokänsligheten hos bas-kollektorövergången i en transistor använ- das. ..._ -~... . ..._ a-.a-w- .._- ...i- i. ~»-......-~.-...~. ...w-man ~ 7403507-2 12 I laddningsöverföringsanordníngen är det alternativt möjligt att använda fälteffekttransistorer med en styrelektrod, som är isolerad från kanalområdet genom en likriktande övergång, varvid förutom de här beskrivna fälteffekttransistorerna med isolerat styre av "enhancement"-typ det lika- väl är möjligt att använda sådana av utarmningstyp.

De spänningsberoende lagringskapacitanserna i laddningsöverförings- anordningen behöver inte vara identiska med varandra, varken med avseende på sitt värde eller sin uppbyggnad.

I de integrerade utfäringsformerna kan andra material än de nämnda användas. Som halvledarmatarial kan exempelvisfgermanium eller en AIIIBV- förening användas. Bortsett från det nämnda polykrisàallina halvledarma- terialet kan de olika ledande skikten också be%tå av molybden eller volfram eller av sammansatta skikt, såsom titan-platina-guld; Styrelektroderna kan också bestå av ett annat material än materialet i kapacitanselektroderna och/eller klockledningarna.

Den nämnda maximala koncentrationen i ytzonen, som är tillordnad den variabla kapacitansen, är'i allmänhet lika med eller i huvudsak lika med ytkoncentrationen i denna zon. Detta gäller också för i huvudsak homogent dopade ytzoner, vilka såsom känt kan erhållas på känt sätt genom jonimplanta- tion.

I exemplen är styrelektroderna och kapacitanselektroderna anslutna gruppvis för att erhålla två förbindningar. Emellertid är det likaväl möjligt att dela upp elektroderna i mer än två grupper.

Claims (10)

1. Patentkrav. l. Laddningsöverföringsanordning av den typ som är utförd för temporär lagring vid ett flertal lagringsställen och serieöveriöring genom lagringsställena i en för- utbestämd riktning av varierande mängder av rörliga laddningsbärare, som represente- _rar signalinformation, innefattande en halvledarzon av en ledningsförmågetyp och med en huvudyta, ett isolerande skikt anordnat över och i beröring med ytan, ett flertal elektroder anordnade över nämnda skikt för att bilda en bana, längs vilken nämnda rörliga laddningsbärare kan överföras genom halvledarzonen i nämnda förut- bestämda riktning som svar på successivt tillförda spänningar till nämnda elektro- der, ett flertal åtskilda ytzoner av en ledningsförmågetyp som är motsatt nämnda ena ledníngsförmågetyp belägna i halvledarzonen längs nämnda bana under elektroder- na, varvid varje lagringsställe innefattar en av nämnda ytzoner, en Första överför ringselektroddel som överbryggar rummet mellan nämnda ena ytzon och den Föregående ytzonen och en andra kondensatorelektroddel över nämnda ena ytzon, k ä n n e t e c k- n a d av att medel är anordnade för att Förspänna elektroderna med sådana spänning- ar och att ytzonerna har en sådan ledningsförmâga att vid var och en av lagringsstäl- lena mellan nämnda andra kondensatorelektrod och en underliggande halvledardel, då signalbärare är lagrade där, alstras ett första kapacitansvärde och vid överföring av nämnda lagrade signalbärare alstras ett andra kapacitansvärde, varvid nämnda förs- ta kapacitansvärde är väsentligt större i storlek än det andra kapacitansvärdet, var- igenom signalförsämring under laddningsöverföringen reduceras.

2. Laddningsöverföringsanordning enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda Första kapacitansvärde,är åtminstone tre gånger större än det andra kapacitansvärdet.

3. Laddningsöverföringsanordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda-motsatta typ av ytzoner var och en har en sådan tjocklek och en sådan dopningskoncentration att den kan utarmas utefter i huvudsak hela sin tjocklek under drift i frånvaro av signalbärare. _ Ü.

4. Laddningsöverföringsanordnlng enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a d av att dopningskoncentrationen i nämnda ytzon är l0]7 atomer/cm3 eller mindre.

5. S. Laddningsöverföringsanordning enligt patentkravet H, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda dopningskoncentration varierar mellan ungefär IOIA och l0l6 atomer/cm3. _ s I- g . , 7lr03507 2 ' _ ' 11;

6. Laddnlngsöverföringsanordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att nämnda medel som alstrar första och andra kapacítansvärden innefattar en ot- armningskondensator.

7. ¿ Laddnïngsöverföringsanordning enligt patentkravet 2,'k ä n n e t e c k n a d av att nämnda medel för alstríng av första och andra kapacítansvärden innefattar en inversions-kondensator.

8. ötáddningsöverföringsanordnïng enligt patentkravet 2,§k ä n n e t e c k n a d av att den andra kondensatorelektroden är likströmsförspänd i förhållande till den f-\ första överföringselektršden.

9. Laddningsöverföringsanordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d {“\- av att varje lagringsställe innefattar första och andra ytzoner, en första elektrod som överbryggar den första ytzonen och den föregående ytzonen samt en andra elektrod över den första och den andra zonen.

10. Laddníngsöverföríngsanordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d av att varje lagringsställe innefattar en ytzon, en elektrod över ytzonen och den angränsande halvledarzonen samt medel för att förorsaka utarmning utefter i huvud- ' sak hela ytzonens_tjocklek och alstra nämnda första och andra kapacitansvärde. r\ ANFÜRDA PUBLIKATIONER: IBM technical disclosure bullëtin. 13(1970/71):12, p. 3734-3735. Electronics. 45(1972):Febr. 28, p. 64-71. ~ - ¿-.