NL8702484A - DEVICES COUPLED BY A LOAD. - Google Patents
DEVICES COUPLED BY A LOAD. Download PDFInfo
- Publication number
- NL8702484A NL8702484A NL8702484A NL8702484A NL8702484A NL 8702484 A NL8702484 A NL 8702484A NL 8702484 A NL8702484 A NL 8702484A NL 8702484 A NL8702484 A NL 8702484A NL 8702484 A NL8702484 A NL 8702484A
- Authority
- NL
- Netherlands
- Prior art keywords
- electrode
- charge
- voltage
- substrate
- pulse
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 158
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 68
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 12
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 86
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 74
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 67
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 65
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 59
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 58
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 45
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 43
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 42
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 40
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 40
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 40
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 description 28
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 25
- 230000004044 response Effects 0.000 description 21
- 230000006870 function Effects 0.000 description 20
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 19
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 19
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 19
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 16
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 15
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 13
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 8
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 7
- 239000010408 film Substances 0.000 description 7
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 6
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 5
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 5
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 239000013642 negative control Substances 0.000 description 4
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 3
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BIIBYWQGRFWQKM-JVVROLKMSA-N (2S)-N-[4-(cyclopropylamino)-3,4-dioxo-1-[(3S)-2-oxopyrrolidin-3-yl]butan-2-yl]-2-[[(E)-3-(2,4-dichlorophenyl)prop-2-enoyl]amino]-4,4-dimethylpentanamide Chemical compound CC(C)(C)C[C@@H](C(NC(C[C@H](CCN1)C1=O)C(C(NC1CC1)=O)=O)=O)NC(/C=C/C(C=CC(Cl)=C1)=C1Cl)=O BIIBYWQGRFWQKM-JVVROLKMSA-N 0.000 description 1
- BDEDPKFUFGCVCJ-UHFFFAOYSA-N 3,6-dihydroxy-8,8-dimethyl-1-oxo-3,4,7,9-tetrahydrocyclopenta[h]isochromene-5-carbaldehyde Chemical compound O=C1OC(O)CC(C(C=O)=C2O)=C1C1=C2CC(C)(C)C1 BDEDPKFUFGCVCJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 102000016917 Complement C1 Human genes 0.000 description 1
- 108010028774 Complement C1 Proteins 0.000 description 1
- 108010028773 Complement C5 Proteins 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- VYRNMWDESIRGOS-UHFFFAOYSA-N [Mo].[Au] Chemical compound [Mo].[Au] VYRNMWDESIRGOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- UTSDGYKWHMMTDM-UHFFFAOYSA-N alumane;tungsten Chemical compound [AlH3].[W] UTSDGYKWHMMTDM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- -1 for example Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- XULSCZPZVQIMFM-IPZQJPLYSA-N odevixibat Chemical compound C12=CC(SC)=C(OCC(=O)N[C@@H](C(=O)N[C@@H](CC)C(O)=O)C=3C=CC(O)=CC=3)C=C2S(=O)(=O)NC(CCCC)(CCCC)CN1C1=CC=CC=C1 XULSCZPZVQIMFM-IPZQJPLYSA-N 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- UUWCBFKLGFQDME-UHFFFAOYSA-N platinum titanium Chemical compound [Ti].[Pt] UUWCBFKLGFQDME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/762—Charge transfer devices
- H01L29/765—Charge-coupled devices
- H01L29/768—Charge-coupled devices with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/76808—Input structures
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C19/00—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers
- G11C19/28—Digital stores in which the information is moved stepwise, e.g. shift registers using semiconductor elements
- G11C19/287—Organisation of a multiplicity of shift registers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Description
A'v Λ * VO 9354A'v VO * VO 9354
Door een lading gekoppelde inrichtingen.Devices coupled by a load.
De uitvinding heeft betrekking op door een lading gekoppelde inrichtingen en zij kan meer in het bijzonder worden toegepast op in serie werkende registers.The invention relates to load coupled devices and more particularly it can be applied to serial operating registers.
Het gebruik van door een lading gekoppelde inrichtingen is be-5 schreven door W.S. Boyle en G.D. Smith in een artikel getiteld "Charge Coupled Semiconductor Devices", Bell System Technical Journal, april 1970, biz. 5S7 en door G.F. Amelio, M.F. Tompsett, G.E. Smith in een artikel "Experimental Verification of the Charge Coupled Device Concept" biz. 593 van hetzelfde tijdschrift en in een artikel door M.F. Tompsett, 10 G.F. Amelio en G.E. Smith "Charge Coupled 8-Bit Shift Register",The use of charge-coupled devices has been described by W.S. Boyle and G.D. Smith in an article entitled "Charge Coupled Semiconductor Devices," Bell System Technical Journal, April 1970, biz. 5S7 and by G.F. Amelio, M.F. Tompsett, G.E. Smith in an article "Experimental Verification of the Charge Coupled Device Concept" biz. 593 from the same magazine and in an article by M.F. Tompsett, 10 G.F. Amelio and G.E. Smith "Charge Coupled 8-Bit Shift Register",
Applied Physics Letters, deel 17, 3, blz. 111, augustus 1970 in welke artikelen door een lading gekoppelde halfgeleiderinrichtingen worden besproken. Ladingen worden opgeslagen in potentiaalputten, die aan het oppervlak van een halfgeleider tot stand zijn gebracht en spanningen 15 worden gebruikt om de ladingen langs dit oppervlak te verplaatsen. Meer in het bijzonder zijn deze ladingen minderheidsdragers, die zijn opgeslagen bij de silicium (Si)-silicium-dioxyde (Si02) scheidingsvlakken van MOS-condensatoren. Zij worden van de ene condensator naar de andere condensator op hetzelfde substraat overgebracht door de spanningen over 20 de condensatoren te manipuleren.Applied Physics Letters, Vol. 17, 3, p. 111, August 1970 in which articles are discussed in charge coupled semiconductor devices. Charges are stored in potential wells created on the surface of a semiconductor and voltages 15 are used to displace the charges along this surface. More specifically, these charges are minority carriers stored at the silicon (Si) silicon dioxide (SiO 2) interfaces of MOS capacitors. They are transferred from one capacitor to another capacitor on the same substrate by manipulating the voltages across the capacitors.
De uitvinding kan worden toegepast in een schakeling voorzien van een substraat van een halfgeleidermateriaal van het ene geleidings-type.The invention can be applied in a circuit comprising a substrate of a semiconductor material of one conductivity type.
Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de 25 schakeling verder voorzien van een bron van ladingdragers en bevat een gebied van een ander geleidingstype, dat met de substraat in contact is, en organen, die zich dicht bij de bron bevinden voor het vormen van een potentiaalput in het substraat, waarin dragers van de bron kunnen vloeien. Verder is de schakeling voorzien van een orgaan, dat met de 30 bron is gekoppeld om de stroom ladingdragers vanuit de bron naar de potentiaalput te besturen, en organen om de bron in omgekeerde richting ten opzichte van het substraat voor te spannen.According to a preferred embodiment of the invention, the circuit further includes a source of charge carriers and includes a region of a different conductivity type in contact with the substrate, and members located close to the source to form a potential well in the substrate, into which carriers of the source may flow. Furthermore, the circuit includes means coupled to the source to control the flow of charge carriers from the source to the potential well, and means to bias the source in reverse to the substrate.
Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de schakeling organen, die aanspreken op een enkele impuls voor ’ ' > \ ~ A.According to another preferred embodiment of the invention, the circuit comprises means which respond to a single pulse for "A".
w' 4. .. ' * % • t * -2- het tot stand brengen van een potentiaalput in het substraat, die aan de ene rand van de put aanzienlijk dieper is dan aan de tegenoverliggende rand van de put.w '4. ..' *% • t * -2- creating a potential well in the substrate, which is considerably deeper on one edge of the well than on the opposite edge of the well.
Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding is de scha-5 keling voorzien van een aantal rijen van een betrekkelijk dunne, isolerende laag, die op het substraat is gevormd, waarbij elke dergelijke rij een lengte van het substraat definieert, waarlangs ladingen moeten worden voortgeplant. Verder is de schakeling voorzien van een aantal elektrode-organen, die langs de lengte van de rij naast elkaar liggen. Elk derge-• 10 lijk orgaan brengt een asymmetrische potentiaalbron in het substraat tot stand, die aanzienlijk dieper is aan het gedeelte van de put, dat zich tegenover de gewenste richting bevindt, waarin het signaal zich langs de lengte van zijn rij voortplant dan het gedeelte van de put, dat van de gewenste richting is afgekeerd, waarin het signaal zich voortplant.According to another embodiment of the invention, the circuit comprises a number of rows of a relatively thin insulating layer formed on the substrate, each such row defining a length of the substrate along which charges are to be propagated. Furthermore, the circuit is provided with a number of electrode members, which lie next to each other along the length of the row. Each such member establishes an asymmetric potential source in the substrate which is considerably deeper in the portion of the well opposite the desired direction in which the signal propagates along the length of its row than the portion. from the well facing away from the desired direction in which the signal propagates.
15 Verder is de schakeling voorzien van organen om de ene faze van een twee-fazeschuifspanning aan afwisselende elektrodeorganen van elke rij toe te voeren en de tweede faze van de schuifspanning aan de andere elektrodeorganen van elke rij toe te voeren.Furthermore, the circuit is provided with means for supplying one phase of a two phase shear voltage to alternating electrode members of each row and supplying the second phase of shear voltage to the other electrode members of each row.
Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding 20 is de schakeling voorzien van eerste en tweede zich op een afstand van elkaar bevindende gebieden, die met het substraat contact maken, welke beide gebieden gevormd zijn uit een halfgeleidermateriaal van een gelei-dingstype, dat verschilt van dat van het substraat, organen om het eerste gebied op een zodanige potentiaal te houden, dat het beschikbaar 25 is als een acceptor van minderheidsladingdragers en een stuurelektrode, die zich op een afstand van het substraat bevindt en zich tussen de gebieden uitstrekt om de stroom minderheidsladingdragers vanuit het tweede naar het eerste gebied te besturen. Verder is de schakeling voorzien van organen, die met het substraat zijn gekoppeld om een minderheids-30 ladingdrager op het gedeelte van het substraat te plaatsen, waarop het tweede gebied zich bevindt, terwijl een uitgangsklem is verbonden met het tweede gebied, waaraan een signaal kan worden afgetast, en organen om een signaal aan de stuurelektrode van een aftastinrichting toe te voeren om een lading, die op het gebied aanwezig is, naar het eerste 35 gebied door te laten, waarna het tweede gebied wordt teruggesteld op een referentiespanningsniveau.According to another preferred embodiment of the invention 20, the circuit includes first and second spaced regions which contact the substrate, both regions being formed of a conductivity type semiconductor material different from that of the substrate, means for holding the first region at a potential such that it is available as an acceptor of minority charge carriers and a control electrode which is spaced from the substrate and extends between the regions to flow the minority charge carriers from control the second to the first area. Furthermore, the circuit includes means coupled to the substrate to place a minority charge carrier on the portion of the substrate on which the second region is located, while an output terminal is connected to the second region to which a signal can be scanned, and means for supplying a signal to the control electrode of a sensor to pass a charge contained in the area to the first area, after which the second area is reset to a reference voltage level.
: * . - J.» -—- _ ________^________ 1-. 5 -3-: *. - J. » -—- _ ________ ^ ________ 1-. 5 -3-
Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de schakeling voorzien van een tweetal, door een lading gekoppelde schuldregisters, organen om gelijktijdig ladingssignalen door een van de registers te verschuiven en complementen van deze ladingssignalen 5 door het andere der registers te verschuiven. Verder is de schakeling voorzien van een differentiële signaaldetector, die met de ene ingangs-klem met een trap van een van de registers is gekoppeld en met de andere ingangsklem met een overeenkomstige trap van het andere der schuif-registers.According to another preferred embodiment of the invention, the circuit is provided with two charge-coupled debt registers, means for simultaneously shifting charge signals through one of the registers and shifting complements of these charge signals through the other of the registers. Furthermore, the circuit is provided with a differential signal detector, which is coupled to one input terminal with a stage of one of the registers and to the other input terminal with a corresponding stage from the other of the shift registers.
10 Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de schakeling voorzien van eerste en tweede zich op een betrekkelijk korte afstand van elkaar bevindende gebieden in het substraat, die van een tegengesteld geleidingstype zijn als het substraat, organen, die met het tweede gebied zijn gekoppeld teneinde in het substraat gedurende het 15 ene tijdinterval een geleidingsweg tot stand te brengen, die zich vanaf het tweede gebied naar een referentiespanningsbron (V+) uitstrekt om het tweede gebied op een referentiespanningsbron terug te stellen. Verder is een elektrodeorgaan gekoppeld met het tweede gebied en met het gedeelte van het substraat, dat zich uitstrekt tussen de eerste en tweede 20 gebieden, teneinde het eerste gebied gedurende een tweede tijdinterval naar een spaningsniveau terug te stellen.According to another preferred embodiment of the invention, the circuit comprises first and second regions in the substrate which are relatively shortly spaced, which are of opposite conductivity type to the substrate, members coupled to the second region to establish a conduction path in the substrate during the one time interval which extends from the second region to a reference voltage source (V +) to reset the second region to a reference voltage source. Furthermore, an electrode member is coupled to the second region and to the portion of the substrate extending between the first and second regions to reset the first region to a voltage level during a second time interval.
Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding kan een lading met een grote snelheid vanuit een spanningsput in een substraat onder de ene elektrode naar een gebied van het substraat onder een aan-25 grenzende elektrode worden voortgeplant. Hierbij bevinden de elektroden zich op een afstand van elkaar, dié niet groter is dan de afstand van de elektroden ten opzichte van het substraat en wordt in het substraat onder de aangrenzende elektrode een verarmingsdiepte tot stand gebracht, die met de elektrodebreedte kan worden vergeleken.According to another embodiment of the invention, a charge can be propagated at a high speed from a voltage well in a substrate below one electrode to an area of the substrate below an adjacent electrode. The electrodes are spaced apart from each other, which is no greater than the distance of the electrodes from the substrate, and a depletion depth is established in the substrate below the adjacent electrode, which can be compared with the electrode width.
30 De uitvinding zal nader worden beschreven onder verwijzing naar de tekeningen. Hierin tonen: fig. 1 schematisch, gedeeltelijk in blokvorm, en gedeeltelijk in doorsnede een gedeelte van het stelsel, waarin de uitvinding is toegepast; 35 fig. 2 en 3 blokschema's van verschillende stelsels, waarin de uitvinding is toegepast; v i * *» -4- ? & fig. 4 een doorsnede, die het ingangseinde van een schuifregister volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding laat zien; fig. 5 golfvormen, die in de schakeling van fig. 4 aanwezig zijn; fig. 6a - 6e potentiaalputten, die gevormd zijn in responsie op 5 verschillende spanningen, die aan de schakeling van fig. 4 zijn toegevoerd; fig. 7 schematisch in doorsnede een andere vorm van het ingangseinde van het stelsel, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 8 golfvormen, die gebruikt worden tijdens de werking van de 10. schakeling van fig. 7; fig. 9 een meer realistisch aanzicht in doorsnede door een gedeelte van een schuifregister volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; fig. 10 een schematisch aanzicht in doorsnede door een andere 15 uitvoeringsvorm van een schuifregister, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 11 een meer realistisch aanzicht in doorsnede van de vorm van de uitvinding weergegeven in fig. 10; fig. 12 een aanzicht in doorsnede van een andere vorm van een 20 schuifregister, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 13 zowel golfvormen als spanningsputten en deze figuur wordt gebruikt bij het uiteenzetten van de "werking van de schakelingen van de fig. 9-12; fig. 14 een bovenaanzicht en gedeeltelijk schematisch aanzicht 25' van een twee-dimensionaal schuifregisterstelsel volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding; fig. 15 en 16 doorsneden volgens de lijnen XV - XV respectievelijk XVI - XVI van fig. 14; fig. 17 een bovenaanzicht en gedeeltelijk schematisch aanzicht 30 van een andere vorm van een twee-dimensionaal schuifregisterstelsel, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 18 en 19 dwarsdoorsneden volgens de lijnen XVIII - XVIII respectievelijk XIX - XIX van fig. 17; fig. 20 een bovenaanzicht van een andere vorm van een schuif-35 register, waarin de uitvinding is toegepast; '% , ‘J, J -? I % -5- fig. 21 een bovenaanzicht van een gedeelte van een uit een aantal kanalen bestaand schuifregister, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 22 een doorsnede volgens de lijn XXII - XXII van fig. 21; fig. 23 een bovenaanzicht van een gedeelte van een andere vorm 5 van schuifregister, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 24 een doorsnede langs de lijn XXIV - XXIV van fig. 23; fig. 25 een bovenaanzicht van een gedeelte van een andere vorm van een schuifregister, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 26, 27 en 28 doorsneden volgens de lijnen XXVI - XXVI, 10 XXVII - XXVII respecteivelijk XXVIII - XXVIII van fig. 25; fig. 29 een schematische doorsnede door een vorm van een koppe-lingsconstructie, waarin de uitvinding is toegepast voor een drie-faze-schuifrsgisterstelsel, dat wil zeggen een constructievorm om het uit-gangseinde van het ene register met het ingangseinde van het tweede 15 register te koppelen; fig. 30 laat de ladingsvoortpianting zien in de schakeling van fig. 29; fig. 31 golfvormen, die in de schakeling van fig. 25 worden gebruikt; 20 fig. 32 een schematische doorsnede, die een andere vorm van een koppelingsconstructie laat zien, waarin de uitvinding is toegepast; nu voor een vier-fazeverschuivingsregisterstelsel; fig. 33 golfvormen, die gebruikt worden tijdens de werking van de schakeling van fig. 32; 25 fig. 34 een doorsnede van een andere vorm van een koppelings- keten, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 35 golfvormen, die gebruikt worden tijdens de werking van de schakeling van fig. 34; fig. 36 draagt ertoe bij de werking van de schakeling van fig. 34 30 nader uiteen te zetten; fig. 37 toont meer realistisch een andere vorm van een koppelings-keten, waarin de uitvinding is toegepast, nu een keten voor een vier-fazeverschuivingsstelsel; fig. 38 en 39 zijn doorsneden, die wijzigingen in de ingangs-35 keten van het ontvangende register van fig. 37 laten zien; V *-r -Jf » f 4 -6- fig. 40 een doorsnede van een andere vorm van een koppelings-keten, waarin de uitvinding is toegepast, welke keten gevoed wordt door een twee-fazespanningsbron; fig. 41 golfvormen, die tijdens de werking van de schakeling van 5 fig. 40 worden gebruikt; fig. 42 een bovenaanzicht, die laat zien hoe de schakeling van fig. 40 kan worden ontworpen; fig. 43 een doorsnede door een andere vorm van een koppelings-keten, die door een twee-faze-energievoeding wordt gevoed; 10‘ fig. 44 golfvormen, die gebruikt worden tijdens de werking van de schakeling van fig. 43; fig. 45 een bovenaanzicht, die laat zien hoe de schakeling van fig. 43 kan worden ontworpen; fig. 46 een blokvorm en schematische weergave van een andere 15 vorm van een koppelingsketen, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 47 een blokschema, dat een koppelingsketen voor een vorm van de schakeling, zoals weergegeven in fig. 21 laat zien; fig. 48 een dwarsdoorsnede en een schematische weergave van de daadwerkelijke constructie van de schakeling van fig. 47; 20 fig. 49 een schematische weergave van een andere vorm van de schakeling van fig. 47; fig. 50 een dwarsdoorsnede en schematische weergave van een andere vorm van een koppelingsketen, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 51 een schematische weergave, die zowel een keten voor het . 25 koppelen van het uitgangseinde van het ene register met het ingangs- einde van het andere register als ingangs-uitgangsketens voor het stelsel laat zien; fig. 52a - h dragen ertoe bij een werkwijze voor het vervaardigen van de boven weergegeven stelsels nader uiteen te zetten.The invention will be further described with reference to the drawings. Herein: fig. 1 shows schematically, partly in block form, and partly in section, a part of the system in which the invention is applied; Figures 2 and 3 show block diagrams of various systems in which the invention has been applied; v i * * »-4-? & FIG. 4 is a sectional view showing the input end of a shift register according to an embodiment of the invention; FIG. 5 waveforms contained in the circuit of FIG. 4; 6a-6e potential wells formed in response to 5 different voltages applied to the circuit of FIG. 4; Fig. 7 schematically shows in cross section another form of the entrance end of the system in which the invention is applied; FIG. 8 waveforms used during the operation of the circuit of FIG. 7; FIG. 9 is a more realistic sectional view through a portion of a shift register according to an embodiment of the invention; Fig. 10 is a schematic sectional view through another embodiment of a shift register in which the invention is applied; Fig. 11 is a more realistic cross-sectional view of the shape of the invention shown in Fig. 10; fig. 12 shows a cross-sectional view of another form of a shift register in which the invention is applied; Fig. 13 shows both waveforms and voltage wells and this figure is used in explaining the operation of the circuitry of Figs. 9-12; Fig. 14 is a top view and partly schematic view 25 'of a two-dimensional shift register system according to another embodiment of the invention; fig. 15 and 16 cross-sections according to the lines XV-XV and XVI-XVI of fig. 14; fig. 17 a top view and partly schematic view of another form of a two-dimensional shift register system, in which the invention Figures 18 and 19 are cross-sectional views along lines XVIII-XVIII and XIX-XIX of Figure 17, Figure 20 shows a top view of another form of a shift register in which the invention is applied; Fig. 21 is a top plan view of a portion of a multi-channel shift register in which the invention has been applied, Fig. 22 is a sectional view taken on the line XXII - XXII of f Fig. 21; Fig. 23 is a top plan view of part of another form of shift register in which the invention is applied; FIG. 24 is a section along line XXIV - XXIV of FIG. 23; Fig. 25 is a top plan view of a portion of another form of a shift register in which the invention is applied; 26, 27 and 28 are sectional views along lines XXVI - XXVI, XXVII - XXVII and XXVIII - XXVIII, respectively, of Fig. 25; Fig. 29 is a schematic sectional view through a form of a coupling structure, in which the invention has been applied to a three-phase slide fermenter system, ie a construction form around the output end of the one register with the input end of the second register. to link; Figure 30 shows the charge propagation in the circuit of Figure 29; FIG. 31 waveforms used in the circuit of FIG. 25; Fig. 32 is a schematic sectional view showing another form of a coupling structure in which the invention has been applied; now for a four phase shift register system; FIG. 33 waveforms used during the operation of the circuit of FIG. 32; Fig. 34 is a cross section of another form of a coupling chain, in which the invention is applied; FIG. 35 waveforms used during the operation of the circuit of FIG. 34; FIG. 36 helps to explain in more detail the operation of the circuit shown in FIG. 34; Fig. 37 more realistically illustrates another form of a link circuit employing the invention, now a four phase shift system circuit; Figures 38 and 39 are sectional views showing changes in the input circuit of the receiving register of Figure 37; Fig. 40 shows a cross-section of another form of a coupling circuit, in which the invention is applied, which circuit is fed by a two-phase voltage source; Fig. 41 waveforms used during the operation of the circuit of Fig. 40; Fig. 42 is a top view showing how the circuit of Fig. 40 can be designed; Fig. 43 is a sectional view through another form of a link circuit fed by a two phase power supply; FIG. 44 waveforms used during the operation of the circuit of FIG. 43; FIG. 45 is a top view showing how the circuit of FIG. 43 can be designed; Fig. 46 is a block shape and schematic representation of another form of a coupling chain in which the invention is applied; Fig. 47 is a block diagram showing a circuit circuit coupling circuit as shown in Fig. 21; Fig. 48 is a cross-sectional and schematic representation of the actual construction of the circuit of Fig. 47; Fig. 49 is a schematic representation of another form of the circuit of Fig. 47; Fig. 50 is a cross-sectional and schematic representation of another form of a coupling chain in which the invention is applied; Fig. 51 is a schematic representation showing both a circuit for the. 25 shows coupling the output end of one register to the input end of the other register as input-output circuits for the system; 52a-h help to explain in more detail a method of manufacturing the above-described systems.
30 Alvorens de uitvinding uitvoerig zal worden beschreven wordt eerst een gegeneraliseerde uiteenzetting van een volledig stelsel gegeven. Bij deze uiteenzetting wordt een in serie werkend geheugen, dat uit een aantal schuifregisters bestaat, en dat als een circulerend geheugen kan werken, als een voorbeeld gebruikt. Deze bespreking wordt gevolgd door 35 een meer uitvoerige bespreking van (1) het ingangseinde van het stelsel, (2) het midden van het stelsel, (3) de koppeling tussen de schuifregis- i * -7- ters van het stelsel, (4) het uitgangseinde van het stelsel, (5) algemene beschouwingen betreffende de uitvoering van de door een lading gekoppelde schuifketens, (6) beschouwingen omtrent de zeer snelle werking en (7) vervaardigingswerkwijzen.Before the invention will be described in detail, a generalized explanation of a complete system is given first. In this explanation, a serial memory consisting of a plurality of shift registers which can act as a circulating memory is used as an example. This discussion is followed by a more detailed discussion of (1) the input end of the system, (2) the center of the system, (3) the coupling between the system's shift registers, (4 ) the output end of the system, (5) general considerations regarding the implementation of the load-coupled shift chains, (6) considerations regarding the very fast operation and (7) manufacturing methods.
5 Teneinde de illustratie te vergemakkelijken is het gemeenschappe lijke substraat 10 van fig. 1 in twee gedeelten weergegeven. Het substraat is gevormd uit een halfgeleider, bijvoorbeeld van n-type silicium. Andere alternatieven zijn mogelijk, die later zullen worden besproken. Sen dunne film isolerend materiaal, zoals een film gevormd uit 10 siliciumdioxyde (SiO^) wordt op de delen van het oppervlak van de half-geleidersubstraat aangebracht, waaronder de ladingssignalen zich verplaatsen. De daadwerkelijke dikte kan van 500 - 2000 & bedragen. De . overige gebieden van het siliciumoppervlak (niet weergegeven) kunnen bedekt worden met een laag SiO^ met een dikte van wellicht 10.000 A of 15 dikker.In order to facilitate the illustration, the common substrate 10 of Fig. 1 is shown in two parts. The substrate is formed from a semiconductor, for example, from n-type silicon. Other alternatives are possible, which will be discussed later. A thin film insulating material, such as a film formed from silicon dioxide (SiO2), is applied to the parts of the surface of the semiconductor substrate under which the charge signals travel. The actual thickness can be from 500 - 2000 &. The. other areas of the silicon surface (not shown) may be covered with a layer of SiO 2 with a thickness of perhaps 10,000 A or 15 thicker.
Een aantal geleidende platen of elektroden 14-0, 14-1, 14-2 ...A number of conductive plates or electrodes 14-0, 14-1, 14-2 ...
14-(n+1) gevormd van een metaal, bijvoorbeeld aluminium zijn op de sili-ciumdioxydelaag geplaatst. Een bron van ladingdragers is in het substraat 10 en dicht bij het stuurplaat of elektrode 14-0 aangebracht, en 20 een ander orgaan dat voorzien is van een ladingdragerscollector, is in het substraat dicht bij de stuurplaat 14-(n+1) aangebracht. De bron en de organen zijn alleen als rechthoeken in fig. 1 weergegeven.14- (n + 1) formed of a metal, for example aluminum, are placed on the silicon dioxide layer. A source of charge carriers is disposed in the substrate 10 and close to the control plate or electrode 14-0, and another member provided with a charge carrier collector is located in the substrate close to the control plate 14- (n + 1). The source and members are only shown as rectangles in Figure 1.
Hun werkelijke constructie is in volgende tekeningen weergegeven en wordt later besproken. De volledige constructie werkt als een schuif-25 register, op een wijze, die kort zal worden besproken.Their actual construction is shown in the following drawings and will be discussed later. The entire construction acts as a shift register in a manner which will be briefly discussed.
Een tweede schuifregister gelijk aan het eerste is nabij het eerste schuifregister geplaatst. Het bevat een minderheidsdragersbron S^/ een aantal geleidende platen 16-0, 16-1, 15-2 enz., die op het sili- ciumdioxyde-oppervlak 12 zijn geplaatst en een orgaan C^, dat dezelfde 30 constructie en functie kan hebben als het orgaan C^, dat zich nabij de stuurplaat 16-(n+1) bevindt.A second shift register equal to the first is placed near the first shift register. It contains a minority carrier source S ^ / a number of conductive plates 16-0, 16-1, 15-2 etc., which are placed on the silicon dioxide surface 12 and a member C ^, which can have the same construction and function as the member C ^, which is located near the control plate 16- (n + 1).
De uitgangsklem 18 van het eerste schuifregister is door een signaal regenererende keten verbonden met de ingangsketen van het tweede schuifregister. Deze signaal regenererende keten kan een enkele ver-35 binding tussen de twee registers, weergegeven door de onderbroken lijn 171 bevatten of kan in plaats hiervan een uitwendige keten zijn, die -8- r Λ door het blok 19 is weergegeven en die tussen de twee registers is gekoppeld. De uitgangsleiding 18-1 van het tweede schuifregister kan gekoppeld zijn met de ingangsklem van het volgende schuifregister (niet weergegeven). Deze koppeling kan tot stand worden gebracht op dezelfde 5 wijze als die welke reeds eerder werd besproken. Ook kan de uitgangsleiding 18-1 via een regenererende keten gekoppeld worden met de lading-dragersbron voor het verkrijgen van een circulerend geheugen. Als een derde alternatief of bovendien kan de uitgangsleiding 18-1 de uit-gangsklem van het stelsel zijn. Deze verscheidene alternatieven worden 10 onder verwijzing naar de fig. 2 en 3 in het kort besproken.The output terminal 18 of the first shift register is connected to the input circuit of the second shift register by a signal regenerating circuit. This signal regenerating circuit may contain a single connection between the two registers represented by the broken line 171 or may alternatively be an external circuit represented by the block 19 between the two registers. registers is linked. The output line 18-1 of the second shift register may be coupled to the input terminal of the next shift register (not shown). This coupling can be accomplished in the same manner as that previously discussed. Also, the output line 18-1 can be coupled via a regenerating circuit to the charge carrier source to obtain a circulating memory. As a third alternative or additionally, the output line 18-1 may be the output terminal of the system. These various alternatives are briefly discussed with reference to Figures 2 and 3.
De informatie, geleverd aan het in serie werkende geheugen van fig. 1 kan van trap tot trap door een meervoudige voeding een 3, 4 of hoger-fazesignaal worden voortgeplant, doch bij voorkeur is het een 2-fazespanningsbron, aangezien hierdoor de constructie van het geheugen 15 compacter en onder bepaalde omstandigheden sneller kan zijn. Uit de aard der zaak wordt echter door-het gebruiken van een 2-fazespanningsbron geen signaalvoortplanting in één richting verkregen.The information supplied to the serial memory of FIG. 1 can be propagated from stage to stage by a multiple supply a 3, 4 or higher phase signal, but preferably it is a 2 phase voltage source, since this allows the construction of the memory 15 can be more compact and faster under certain circumstances. By nature, however, using a 2-phase voltage source does not provide one-way signal propagation.
Verder bevat de inrichting van fig. 1 verscheidene gelijkspan-ningsvoorspanningsorganen. Deze zijn niet in fig. 1 weergegeven, doch 20 zijn in latere figuren weergegeven en hun functie zal worden besproken onder verwijzing naar deze figuren.Furthermore, the device of Fig. 1 includes several DC voltage biasing means. These are not shown in Figure 1, but are shown in later Figures and their function will be discussed with reference to these Figures.
Alvorens de werking van de inrichting volgens fig. 1 te bespreken verdient het aanbeveling de algemene theorie van de werking van de door ladinggekoppelde inrichtingen te beschouwen. Indien een negatieve 2.5 spanningspuls aan een plaat of elektrode, zoals 14-2 wordt toegevoerd, wordt er een zogenaamd diep verarmingsgebied in het gedeelte van het n-type substraat gevormd, dat zich 'onmiddellijk onder deze elektrode bevindt. Met andere woorden stoot de toegevoerde negatieve spannings-puls-meerderheidsdragers, elektronen in het geval van een n-type sub-30 straat uit het oppervlak van het substraat rechtstreeks onder de elektrode, zoals 14-2. Hierdoor wordt een spanningsput aan het oppervlak van het n-type silicium gevormd, die overeenkomt met het geïnduceerde verarmingsgebied. De diepte van de potentiaalput is evenredig aan het kwadraat van de diepte van het verarmingsgebied. Hoe hoger de specifieke 35 weerstand van de substraat des te groter is de verarmingsdiepte voor een spanningspuls van een gegeven amplitude. Hoe dikker de laag silicium- J .·- * - -«Λ ' ·'· -i £ * -9- dioxyde onder de elektrode, des te ondieper is de verarmingsdiepte voor een gegeven spanningsamplitude, die aan de elektrode wordt toegevoerd.Before discussing the operation of the device of FIG. 1, it is recommended to consider the general theory of operation of the cargo coupled devices. When a negative 2.5 voltage pulse is applied to a plate or electrode, such as 14-2, a so-called deep depletion region is formed in the portion of the n-type substrate located immediately below this electrode. In other words, the supplied negative voltage pulse majority carriers, in the case of an n-type substrate, eject electrons from the surface of the substrate directly below the electrode, such as 14-2. This creates a voltage well on the n-type silicon surface corresponding to the induced depletion region. The depth of the potential well is proportional to the square of the depth of the depletion region. The higher the specific resistance of the substrate, the greater the depletion depth for a voltage pulse of a given amplitude. The thicker the layer of silicon dioxide below the electrode, the shallower the depletion depth for a given voltage amplitude supplied to the electrode.
Elke spanningsput, gevormd aan het oppervlak van het silicium-substraat, zal de neiging hebben minderheidsdragers te verzamelen (in dit 5 geval gaten). Indien van geen andere plaats beschikbaar, zullen zij vanuit het substraat zelf komen. In dit geval worden de dragers thermisch opgewekt en worden zij in hoofdzaak door een oppervlaktegeneratieproces geleverd. Zij vormen een inversielaag aan het oppervlak van het silicium-substraat, waarin de spanningsput wordt gevormd in een tijd in de orde 10 van grootte van één seconde. Met andere woorden, de potentiaalput, die onder de eleketrode in responsie op een negatieve spanningspuls tot stand wordt gebracht, wordt "natuurlijk" gevuld met minderheidsdragers.Any voltage well formed on the surface of the silicon substrate will tend to collect minority carriers (in this case, holes). If available from no other place, they will come from the substrate itself. In this case, the supports are thermally generated and are mainly supplied by a surface generation process. They form an inversion layer on the surface of the silicon substrate in which the voltage well is formed in a time of the order of one second. In other words, the potential well established under the electrode in response to a negative voltage pulse is "naturally" filled with minority carriers.
De grootte van de lading, die in een dergelijke potentiaalput kan worden verzameld, is gelijk aan de lading die nodig is om het aantal daarvoor 15 "blootgelegde" onbeweegbare ionen (ionen, die daarvóór lading hebben opgegeven) in het diepe verarmingsgebied te vervangen plus de extra lading, verzameld in responsie op de capaciteit tussen het substraat en de elektrode.The magnitude of the charge, which can be collected in such a potential well, is equal to the charge required to replace the number of 15 "exposed" immovable ions (ions, which previously gave up charge) in the deep depletion region plus the charge. additional charge collected in response to the capacitance between the substrate and the electrode.
In de voorkeursuitvoeringsvorm, weergegeven in fig. 1, is de ther-20 mische voortbrenging van ladingdragers niet afhankelijk van de lading, die in een potentiaalput als een signaal wordt ingevoerd. In plaats hiervan wordt een bron gebruikt, welke bron een zwaar gedoteerd p+ gebied kan hebben, gelegen in het substraat, zoals later uitvoeriger zal worden besproken. In responsie op een spanning V , toegevoerd aan de 25 stuurplaat 14-0, welke spanning negatiever is dan de bronpotentiaal en een negatieve spanning, toegevoerd aan de elektrode 14-1, waarvan de voorflank de achterflank van de spanning -V kan overlappen (of eenvoudig door het toevoeren van een spanningspuls aan de elektrode 14-0, die naar de tijd samenvalt met de spanning, toegevoerd aan de 30 elektrode 14-1) wordt een inversielaag gevormd tussen de bron en de potentiaalput, die ontstaan is onder de elektrode 14-1. Ladingdragers verplaatsen zich vanuit de bron door deze inversielaag of "kanaal" tot stand gebracht onder de elektrode 14-0 in de potentiaalput onder de elektrode 14-1 zeer snel in een tijd in de orde van grootte van ëén tot 35 tientallen nanoseconden met een geschikte uitvoering van de schakeling.In the preferred embodiment, shown in Fig. 1, the thermal generation of charge carriers does not depend on the charge input into a potential well as a signal. Instead, a source is used, which source can have a heavily doped p + region located in the substrate, as will be discussed in more detail later. In response to a voltage V applied to the control plate 14-0, which voltage is more negative than the source potential and a negative voltage applied to the electrode 14-1, the leading edge of which can overlap the trailing edge of the voltage -V (or simply by applying a voltage pulse to the electrode 14-0, which in time coincides with the voltage applied to the electrode 14-1), an inversion layer is formed between the source and the potential well, which is created under the electrode 14 -1. Charge carriers move from the source through this inversion layer or "channel" established under the electrode 14-0 into the potential well below the electrode 14-1 very quickly in a time of the order of one to 35 tens of nanoseconds with an appropriate implementation of the circuit.
i λ -10-i λ -10-
De besturing van de doorgang van deze lading kan geschieden via de stuurplaat 14-0 en alternatief of bovendien kan de bron zelf worden gepulseerd, zoals in het kort zal worden besproken.The passage of this charge can be controlled via the control plate 14-0 and alternatively, in addition, the source itself can be pulsed, as will be discussed briefly.
De opslag van de lading onder een elektrode of plaat kan de aan-5 wezigheid van een binair cijfer (bit) zoals "1" voorstellen. De afwezigheid van ladingdragers in het gebied van een substraat onder een elektrode kan de opslag van het bit "0" voorstellen. Andere alternatieven zijn eveneens mogelijk en zullen later in het kort worden beschreven.The storage of the charge under an electrode or plate may represent the presence of a binary digit (bit) such as "1". The absence of charge carriers in the area of a substrate under an electrode may represent the storage of the bit "0". Other alternatives are also possible and will be briefly described later.
In de inrichting volgens fig. 1 worden ladingen vanuit de ene 10 potentiaalput naar de volgende overgebracht, dat wil zeggen vanuit het gebied van het substraat onder de ene elektrode naar het gebied van de substraat onder de eerstvolgende aangrenzende elektrode en wel door meervoudige-fazespanningen. Met andere woorden, de overdracht vindt plaats onder de invloed van een elektrisch veld, dat een loopveld kan 15 worden genoemd. Een ander mechanisme, dat betrokken kan zijn bij de overdracht van lading vanuit "condensator” naar "condensator" (waarbij een condensator kan worden beschouwd te zijn een elektrode, zoals 14-1, het gebied van de n-type halfgeleidersubstraat onder deze elektrode en de siliciumdioxydelaag, die de twee scheidt) is diffusie, die in het ge-20 val van door lading gekoppelde inrichting normaal eveneens leidt tot een geïnduceerd loopveld. Zoals later in het kort zal worden besproken moet om zeer snel te werken de door lading gekoppelde keten zodanig worden uitgevoerd, dat zij onder de invloed van het loopveld in plaats van diffusie werkt.In the device of FIG. 1, charges are transferred from one potential well to the next, ie, from the area of the substrate under one electrode to the area of the substrate under the next adjacent electrode, by multiple phase voltages. In other words, the transfer takes place under the influence of an electric field, which can be called a running field. Another mechanism, which may be involved in the transfer of charge from "capacitor" to "capacitor" (where a capacitor can be considered to be an electrode, such as 14-1, the region of the n-type semiconductor substrate below this electrode and the silicon dioxide layer separating the two) is diffusion, which in the case of charge-coupled device normally also leads to an induced running field As will be discussed briefly below, to work very quickly the charge-coupled chain designed to operate under the influence of the running field instead of diffusion.
25- Wanneer een lading de laatste elektrode 14-n van het schuifregis ter bereikt, kan zij worden afgetast en het gebruikte afgetaste signaal wordt gebruikt voor het besturen van de doorgang van de lading naar de ingangstrappen naar het eerstvolgende register. Bij de overdracht zijn betrokken een stuurplaat 14-(n+l) en de constructie in het orgaan C^.When a charge reaches the last electrode 14-n of the shift register, it can be scanned and the scanned signal used is used to control the passage of the charge to the input stages to the next register. The transfer involves a control plate 14- (n + 1) and the construction in the member C1.
30 De functie van het orgaan is de aanwezigheid van lading waar te nemen, die tot stand wordt gebracht door een spanningsniveau, dat het signaal in het tweede schuifregister kan regenereren en het ladings-signaal uit het eerste schuifregister kan verplaatsen. Bij wijze van voorbeeld kan een drijvende verbinding in worden gebruikt om een 35· signaal met de stuurplaat 16-0 te koppelen, teneinde het aan de bron al dan niet mogelijk te maken lading over te dragen naar het gebied ' /hi.The function of the member is to sense the presence of charge, which is brought about by a voltage level, which can regenerate the signal in the second shift register and displace the charge signal from the first shift register. For example, a floating connection may be used to couple a signal to the control plate 16-0, to enable or disable the transfer of charge to the region '/ hi.
-11- t, * ónder de elektrode 16-1, wanneer een desbetreffende negatieve spannings-puls aan de plaat 16-1 vanuit de bron 20 wordt toegevoerd. Deze verbinding wordt weergegeven door de onderbroken lijn 171 of door 18, 19. In het eerstgenoemde geval is de verbinding zodanig, dat het complement 5 van het bit aanwezig bij 14-n naar het gebied onder 16-1 wordt overgedragen. In het laatstgenoemde geval kan hetzij het bit of zijn complement worden overgedragen. Dit alles zal later uitvoeriger worden besproken.-11- under the electrode 16-1 when a corresponding negative voltage pulse is applied to the plate 16-1 from the source 20. This connection is represented by the broken line 171 or by 18, 19. In the former case, the connection is such that the complement 5 of the bit present at 14-n is transferred to the area below 16-1. In the latter case, either the bit or its complement can be transferred. All this will be discussed in more detail later.
Fig. 2 toont schematisch een vorm, die een stelsel schuifregis-10 ters kan aannemen. De schuifregisters zijn met de einden aan elkaar verbonden via signaal regenererende ketens, zodat één grote ring wordt verkregen. Deze zijn bruikbaar in vele gegevens verwerkende toepassingen, zoals een grote capaciteit bezittende, in serie werkende geheugens en grote circulerende geheugens van dit type kunnen ook worden gebruikt 15 als verversingsgeheugens voor kathodestraalbuisweergaven; in communica-tietoepassingen en in video verwerkende toepassingen. Dè schakeling van fig. 2 is eveneens schematisch weergegeven als een invoer-uitvoerketen 20/ die voorzien is van organen voor het aannemen van nieuwe informatie en organen voor het leveren van uit te voeren informatie. Ketenbijzon-20 derheden zijn weergegeven en zullen later worden besproken.Fig. 2 schematically shows a form which a system of shift registers can take. The shift registers are connected to each other via signal regenerating chains, so that one large ring is obtained. These are useful in many data processing applications, such as large capacity serial memories and large circulating memories of this type can also be used as refresh memories for cathode ray tube displays; in communication applications and in video processing applications. The circuit of Fig. 2 is also schematically shown as an input-output circuit 20 / which includes means for receiving new information and means for supplying information to be output. Chain specialties are shown and will be discussed later.
Het stelsel van fig. 3 is op een verschillende wijze ingericht.The system of Fig. 3 is arranged in different ways.
Kier vormt elk tweetal schuifregisters een ring, die afhankelijk van de afmeting van het schuifregister van bijvoorbeeld 32 - 256 bits kan opslaan. De signaal regenererende en stuurketens 21 kunnen voorzien zijn 25 van decodeerorganen, die aanspreken op de signalen op adreslijnen en stuurorganen, die aanspreken op signalen, aanwezig op de stuurlijnen.Kier each pair of shift registers forms a ring, which, depending on the size of the shift register, can store, for example, 32 - 256 bits. The signal regenerating and control circuits 21 may be provided with decoders which address the signals on address lines and the control units which respond to signals present on the control lines.
De ketens kunnen van hetzelfde type zijn als gebruikt in een geheugen.The chains can be of the same type as used in a memory.
Zij kunnen worden gebruikt om het aflezen van de bits, opgeslagen in een lus mogelijk te maken. Als een alternatief kunnen de verscheidene 30 als een ring verbonden registers worden beschouwd analoog te zijn aan sporen van een trommelgeheugen en het parallel aflezen van de bits. Opgemerkt wordt, dat hier en in fig- 2 hoewel niet expliciet weergegeven, de meervoudige-fazespanningsbron vanzelfsprekend is opgenomen.They can be used to allow reading of the bits stored in a loop. As an alternative, the various registers connected as a ring can be considered to be analogous to tracks of a drum memory and reading the bits in parallel. It should be noted that, although not explicitly shown here, in FIG. 2, the multiple phase voltage source is included.
Ofschoon niet in het bijzonder genoemd in de volgende tekst kun-35 nen de te beschrijven door lading gekoppelde constructies en ketens eveneens worden toegepast in willekeurig toegankelijke, ladingopslaande • ,-** -12- 1 & geheugens en zelf afgetaste foto-aftaststelsels. Bij de laatstgenoemde toepassing kan het lichtsignaal (in plaats van een elektrische impuls) worden gebruikt als de ladingdragersbron voor het door lading gekoppelde schuifregister. In de twee-fazeconstructies die later uitvoerig zullen 5 worden beschreven kan het lichtingangssignaal worden toegevoerd aan de polysiliciumelektroden en het stelsel kan werken als een zelf afgetast foto-aftaststelsel. Bij deze toepassingen kan, indien een analoog uitgangssignaal wordt gewenst, dit worden verkregen uit een gemeenschappelijk afvoergebied, dat gevoed wordt door parallelle, door lading gekop-1(X pelde schuifregisters, die het signaal slechts in één richting verschuiven. Een eenvoudige keuze van de gewenste rij in het stelsel is mogelijk indien één van de meervoudige-fazespanningen onvoorwaardelijk wordt toegevóerd, terwijl de andere van deze spanningen alleen aan de gekozen rij wordt toegevoerd. Deze ene faze wordt gevarieerd tussen een 15 gelijkspanningsniveau, waarbij een ondiepe potentiaalput wordt gevormd en een spanning, waarbij een diepe put wordt gevormd, zodat aan de elektroden, die deze ene faze ontvangen, steeds een potentiaalput aanwezig is, die tussen twee niveaus schommelt. De door licht opgewekte dragers worden aldus bij deze elektroden verzameld en desgewenst kunnen 20 zij (de opgeslagen dragers in een rij) naar een uitgangsklem worden verschoven door de toevoeging aan de rij van de andere faze(n).Although not specifically mentioned in the following text, the charge-coupled structures and chains to be described can also be used in random access, charge-storage, memory and self-scanned photo-scanning systems. In the latter application, the light signal (instead of an electrical impulse) can be used as the charge carrier source for the charge coupled shift register. In the two-phase constructions which will be described in detail later, the light input signal can be applied to the polysilicon electrodes and the system can function as a self-scanned photo-scanning system. In these applications, if an analog output signal is desired, it can be obtained from a common drain region, which is fed by parallel charge-coupled 1 (X peeled shift registers, which shift the signal in one direction only. A simple choice of the desired row in the array is possible if one of the multiple phase voltages is supplied unconditionally, while the other of these voltages is supplied only to the selected row This one phase is varied between a DC voltage level, forming a shallow potential well and a voltage, whereby a deep well is formed, so that the electrodes receiving this one phase always have a potential well which fluctuates between two levels. The carriers generated by light are thus collected at these electrodes and, if desired, they can be stored carriers in a row) are shifted to an output terminal by the addition to the row of the other phase (s).
Invoereinde van het stelselEntry end of the system
In de stand der techniek werd de bron voor ladingdragers (S^ in fig. 1) voor het door lading gekoppelde schuifregister beschreven als 25; een door een stuurelektrode bestuurde PN junctie (voor een n-type substraat, een p+ gebied), die met de substraatpotentiaal werkte. Tijdens de werking van het schuifregister werd de signaallading van dit p+ gebied overgedragen naar de eerste potentiaalput door een negatieve puls (overeenkomende met V van fig. 1) toe te voeren aan de stuurelektrode, zoals 30 14-0 in fig. 1. Voor het besturen van de grootte van de lading, die in de eerste potentiaalput moet worden ingevoerd, was het nodig de grootte en de duur van deze toegevoerde spanning nauwkeurig te besturen.In the prior art, the charge carrier source (S1 in FIG. 1) for the charge coupled shift register was described as 25; a control electrode PN junction (for an n-type substrate, a p + region), which operated with the substrate potential. During the operation of the shift register, the signal charge of this p + region was transferred to the first potential well by applying a negative pulse (corresponding to V of Fig. 1) to the control electrode, such as 14-0 in Fig. 1. controlling the magnitude of the charge to be input into the first potential well, it was necessary to accurately control the magnitude and duration of this applied voltage.
In door lading gekoppelde inrichtingen hangt gedurende de voortplanting van de lading vanuit de bron naar de potentiaalput onder de 35 eerste opslagplaat (zoals 14-1 in fig. 1) en later vanuit het gebied van het substraat onder één opslagplaat naar het gebied van het substraat ... ί, ' i I ί -13- onder de eerstvolgende plaat, de stromingssnelheid van de lading af van de hoeveelheid waarmede de potentiaalput van de eerstvolgende aangrenzende plaat moet worden gevuld. Bijvoorbeeld, indien er een lading onder de plaat 14-2 (fig. 1) aanwezig is en deze lading begint in het "lege" 5 verarmingsgebied onder de plaat 14-3 te stromen, stroomt in het begin de lading zeer snel. Wanneer de lading het gebied onder de plaat 14-3 in een hoe langer hoe grotere mate vult, wordt het hoe langer hoe moei-lijker extra ladingen in te voeren. De reden hiervoor is daarin gelegen, dat wanneer de put vol raakt, de oppervlaktepotentiaal van de put dich-10 ter bij die van het substraat komt (het verschil in potentiaal neemt af). Bovendien werd gevonden, dat indien getracht wordt elke put vanuit de voorgaande, volledig te vullen, een bepaalde lading de neiging heeft in de voorafgaande put te blijven. Deze restlading beïnvloedt in het geval, waarin het eerstvolgende bit dat naar de voorafgaande put moet worden 15 overgedragen, een 0 is (afwezigheid van de lading), nadelig de signaai-ruisverhouding, aangezien zij een neiging heeft een opgeslagen 0 er te laten uitzien als een opgeslagen 1. Dit effect is cummulatief en met een groot aantal trappen wordt het vrij ernstig.In charge-coupled devices, during the propagation of the charge from the source to the potential well hangs under the first storage plate (such as 14-1 in Fig. 1) and later from the area of the substrate under one storage plate to the area of the substrate Under the next plate, the flow velocity of the charge depends on the amount by which the potential well of the next adjacent plate is to be filled. For example, if a charge is present under the plate 14-2 (Fig. 1) and this charge begins to flow in the "empty" depletion region below the plate 14-3, the charge initially flows very quickly. As the charge fills the area under plate 14-3 to an increasing degree, the longer it becomes more difficult to enter additional charges. The reason for this lies in the fact that when the well becomes full, the surface potential of the well becomes closer to that of the substrate (the difference in potential decreases). In addition, it has been found that if an attempt is made to completely fill each well from the previous one, a particular charge tends to remain in the previous well. This residual charge in the case where the next bit to be transferred to the previous well is a 0 (absence of charge) adversely affects the signal-to-noise ratio since it tends to make a stored 0 look like a saved 1. This effect is cumulative and with a large number of stages it becomes quite serious.
Een aspect van de voorkeursuitvoeringsvorm is gelegen in de 20 middelen voor het verkrijgen van een gewenste mate van gedeeltelijke vulling van de eerste potentiaalput (de put onder de plaat 14-1) nagenoeg onafhankelijk van de grootte van de spanning, toegevoerd aan de stuurelektrode 14-0 (zolang de amplitude van de stuurpuls V voldoendeOne aspect of the preferred embodiment resides in the means for obtaining a desired degree of partial filling of the first potential well (the well below the plate 14-1) substantially independent of the magnitude of the voltage applied to the control electrode 14- 0 (as long as the amplitude of the control pulse V is sufficient
OO
groot is). De bijzonderheden van hoe dit geschiedt, worden in het kort 25 na het beschrijven van de constructie gegeven.large). The details of how this is done are given briefly after the construction is described.
Thans wordt verwezen naar fig. 4. De ladingdragersbron bestaat uit een geleidende lijn, gevormd in het n-type siliciumsubstraat. Deze constructie kan gemaakt worden door een aanzienlijke hoeveelheid p-type materiaal, zoals boor in een beperkt gebied van het substraat te diffun-30 deren. Hierdoor wordt dit gebied van het substraat relatief sterk geleidend en een goede bron van positieve ladingdragers gemaakt. Het n-type siliciumsubstraat wordt op een verhoogde spanning, bijvoorbeeld +5 volt gehouden. De reden hiervan is het oppervlak van het silicium, grenzende aan de siliciumdioxydelaag te verarmen, het oppervlak waarlangs de la-35 dingdragers, die het signaal voorstellen, gedurende de werking van het register worden verplaatst. Deze voorspanning heeft als bedoeling het -14-Reference is now made to Fig. 4. The charge carrier source consists of a conductive line formed in the n-type silicon substrate. This construction can be made by diffusing a substantial amount of p-type material, such as boron, into a limited area of the substrate. This makes this region of the substrate relatively highly conductive and a good source of positive charge carriers. The n-type silicon substrate is kept at an increased voltage, for example +5 volts. The reason for this is to depletion the surface of the silicon adjacent to the silicon dioxide layer, the surface along which the charge carriers representing the signal are moved during the operation of the register. The purpose of this pretension is -14-
* A* A
signaalverlies te elimineren, dat een gevolg is van oppervlakte recombi-naties door het aan de meerderheidsdragers (in dit voorbeeld elektronen) van het siliciumsubstraat niet moge lijk te maken aan het oppervlak te komen voor het opnieuw instellen van de vallen voor de minderheidsdragers 5 (in dit geval gaten), die het signaal voorstellen.eliminate signal loss resulting from surface recombinations by making it impossible for the majority carriers (in this example electrons) of the silicon substrate to surface to reset the traps for the minority carriers 5 (in in this case holes), which represent the signal.
Teneinde de besturing van het vullen van de potentiaalput te bereiken, is de bron niet gebonden aan dezelfde potentiaal als het substraat, doch is in plaats hiervan in omgekeerde richting voorgespannen in een mate van bijvoorbeeld -5 volt ten opzichte van aarde (-10 volt 10 ten- opzichte van de substraat). Zoals in het kort zal blijken, verzekert deze voorspanning in tegengestelde richting tezamen met de keuze van impulsen V en φ^ met een desbetreffende amplitude en tempering, dat de potentiaalput, die onder de eerste plaat 14-1 tot stand is gebracht, slechts tot een vooraf vastgesteld niveau wordt gevuld, hetgeen alleen 15 een fractie van de capaciteit van deze potentiaalput kan zijn.In order to achieve the potential well filling control, the source is not tied to the same potential as the substrate, but instead is reverse biased to an extent of, for example, -5 volts relative to ground (-10 volts 10 relative to the substrate). As will be seen briefly, this biasing in the opposite direction, together with the selection of pulses V and φ ^ with an appropriate amplitude and timing, ensures that the potential well established below the first plate 14-1 is only up to predetermined level is filled, which can only be a fraction of the capacity of this potential well.
Bij de nu volgende bespreking van de werking van het gedeelte van het stelsel, weergegeven in fig. 4, zal worden verwezen naar de fig. 5 en 6a - 6e. De rustpotentiaaltoestanden, dat wil zeggen de toestanden voor het tijdstip tQ van fig. 5 zijn, zoals weergegeven in fig.In the following discussion of the operation of the portion of the system shown in FIG. 4, reference will be made to FIGS. 5 and 6a-6e. The resting potential states, i.e., the states for time tQ of FIG. 5 are as shown in FIG.
20 6a. De put onder het brongebied S^, welk gebied zich op -5 volt bevindt, is dieper dan het gebied onder de platen 14-0 en 14-1, zodat de ladingdragers in S in blijven.20 6a. The well below the source region S ^, which region is at -5 volts, is deeper than the region under plates 14-0 and 14-1, so that the charge carriers remain in S.
Wanneer een negatieve spanningsimpuls V , zoals de impuls met 25 een amplitude van -10 volt aan de plaat 14-0 wordt toegevoerd, wordt een. inversielaag, 23 in fig. 6b,gevormd. Deze laag strekt zich vanaf het p+ gebied langs het oppervlak van het siliciumsubstraat onder de stuurelektrode 14-0 uit. Deze inversielaag of het geleidingskanaal is analoog aan het geleidingskanaal, dat gevormd wordt, wanneer de stuur-30 elektrode van een metaaloxyde-halfgeleider (MOS) transistor in voorwaartse richting wordt voorgespannen. De toestand, noodzakelijk voor het vormen van het geleidingskanaal is, dat de aan de stuurelektrode 14-0 toegevoerde negatieve spanning negatiever is dan de voorspanning, waarop de bronelektrode wordt gehouden met een bedrag, dat de drempel-35 spanning V van het n-type substraat overschrijdt. Deze drempelspanning V is dezelfde parameter als de op dezelfde wijze aangeduide parameter in de metaal-oxyde-halfgeleidertransistortechniek. De geleiding van de rrta β ·· " - _ ** .. ' x ΐ ϊ -15- gelnduceerde inversialaag 23 is evenredig aan het verschil tussen.de aangelegde spanning V en (V + V ), waarin V de faronpotentiaal is.When a negative voltage pulse V, such as the pulse having an amplitude of -10 volts, is applied to the plate 14-0, a. inversion layer, 23 in Fig. 6b. This layer extends from the p + region along the surface of the silicon substrate below the control electrode 14-0. This inversion layer or the conduction channel is analogous to the conduction channel which is formed when the driving electrode of a metal oxide semiconductor (MOS) transistor is biased in the forward direction. The condition necessary to form the conduction channel is that the negative voltage applied to the control electrode 14-0 is more negative than the bias voltage at which the source electrode is held by an amount that the n-type threshold voltage V exceeds substrate. This threshold voltage V is the same parameter as the similarly designated parameter in the metal oxide semiconductor transistor technique. The conductivity of the rrta β · "** .. .. x x ΐ ϊ 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 15 is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is” is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is is waarin waarin waarin waarin waarin, waarin, waarin waarin,,,,,, waarin waarin waarin, waarin,,,,,,, waarin waarin waarin,, waarin waarin, waarin waarin, waarin waarin waarin waarin waarin by waarin waarin is
c S1 S1c S1 S1
De ingangsimpuls V moet gelijktijdig optreden met de φ puls, 0 x teneinde het ladingssignaal in de eerste potentiaalput over te dragen.The input pulse V must occur simultaneously with the φ pulse, 0 x in order to transfer the charge signal in the first potential well.
5. Het volgende voorbeeld illustreert het geval waarin de achterflank van de impuls V de voorflank van de puls φ overlapt en de impuls V ein-O i o digt, voordat de impuls eindigt.5. The following example illustrates the case where the trailing edge of pulse V overlaps the leading edge of pulse φ and the pulse V ein-O i o before the pulse ends.
Zoals aangegeven in fig. 5 treedt op het tijdstip t^, terwijl de stuurspanning V nog steeds aanwezig is, de voorflank van de nega-c IQ tieve puls φ^, toegevoerd aan de eerste plaat 14-1 op. Deze impuls kan negatiever zijn dan de stuurpuls en is in het onderhavige voorbeeld weergegeven een amplitude te hebben van -15 volt. De resulterende werking is schematisch in fig. 6c weergegeven. De negatieve spanning, toegevoerd aan plaat 14-1 laat een potentiaalput in. het gebied van het 'sub-15 straat onder deze plaat vormen. De minderheidsdragers, in het onderhavige geval positieve ladingen, vloeien daarna vanaf de bron door het geïnduceerde geleidingskanaal 23 onder de stuurelektrode 14-0 naar de potentiaalput onder de elektrode 14-1. Deze ladingsstroom duurt alleen voort totdat de oppervlaktepotentiaal onder de eerste elektrode 14-1 de 20 potentiaal van de bron bereikt (vooropgezet, dat voldoende tijd in de orde van grootte van nanoseconden voor dit proces wordt toegestaan).As shown in Fig. 5, at the time t ^, while the driving voltage V is still present, the leading edge of the negative pulse I φ ^ applied to the first plate 14-1 occurs. This pulse can be more negative than the control pulse and is shown in the present example to have an amplitude of -15 volts. The resulting operation is shown schematically in Fig. 6c. The negative voltage applied to plate 14-1 allows a potential well to enter. the area of the 'sub-15 street below this plate. The minority carriers, in this case positive charges, then flow from the source through the induced conduction channel 23 below the control electrode 14-0 to the potential well below the electrode 14-1. This charge current only continues until the surface potential under the first electrode 14-1 reaches the potential of the source (provided that sufficient time of the order of nanoseconds is allowed for this process).
Indien het verschil tussen de bronspanning en de stuurspanning V vol-If the difference between the source voltage and the control voltage V is
OO
doende groot is (in dit voorbeeld wordt 5 volt gebruikt, doch een kleiner spanningsverschil zou eveneens geschikt zijn) kan de eerste poten-25 tiaalput op het gewenste niveau worden gevuld. Dit gewenste niveau kan alleen een fractie van de capaciteit van de potentiaalput zijn en in tegenstelling met de stand der techniek kan nauwkeurig worden geregeld zonder dat een nauwkeurige regeling hetzij van de duur of van de amplitude van de stuurimpuls nodig is.is large (in this example 5 volts are used, but a smaller voltage difference would also be suitable) the first potential well can be filled to the desired level. This desired level can only be a fraction of the capacity of the potential well and, unlike the prior art, can be precisely controlled without requiring precise control either of the duration or the amplitude of the control pulse.
30 Fig. 6d laat de werking op het tijdstip t^ zien, dat na de be ëindiging van de stuurpuls V__, doch vóór de beëindiging van de impuls valt. In de eerste plaats wordt opgemerkt, dat wanneer de stuurelektrode 14-0 zich op 0 volt bevindt, dat wil zeggen positiever is dan de bron S^, het geleidingskanaal een hoge impedantie heeft. Op een andere 35 manier gezegd zien de ladingdragers, opgeslagen in de potentiaalput onder de eerste opslagplaats 14-1 een potentiaalheuvel, die hun ontsnapping terug naar de bron verhindert. Derhalve blijven deze ladingen - / ϊ ί -16- onder de plaat 14-1 opgeslagen totdat zij door de eerstvolgende span-ningsfaze naar de volgende plaat 14-2 worden verschoven. Dit zal in het kort worden besproken.FIG. 6d shows the operation at the time t ^, which falls after the termination of the control pulse V_, but before the termination of the pulse. First, it is noted that when the control electrode 14-0 is at 0 volts, i.e., more positive than the source S ^, the conduction channel has a high impedance. Stated another way, the charge carriers stored in the potential well below the first store 14-1 see a potential hill which prevents their escape back to the source. Therefore, these charges - 16 - remain stored under plate 14-1 until shifted to the next plate 14-2 by the next voltage phase. This will be discussed briefly.
De voorgaande beschrijving heeft betrekking op het schrijven van 5 een 1 in de eerste trap van het schuifregister. Om een 0 te schrijven wordt geen spanningsimpuls aan de stuurplaat 14-0 gedurende de periode t^ - t toegevoerd. Het resultaat is, dat zolang de oppervlaktepoten-tiaal onder de stuurelektrode positiever is (in dit voorbeeld daadwerkelijk minder negatief is) (met ongeveer één volt) dan de potentiaal, 10. waarop de bron wordt gehandhaafd, geen lading uit de bron naar de eerste potentiaalput zal worden overgedragen. (De waarde van één volt .levert een meer dan voldoende potentiaalbarrière om de ladingoverdracht door het diffusi'eproces te verhinderen en voorziet tevens in een veilig-heidsfactor om rekening te houden met variaties in de parameters van de 15 inrichting).The foregoing description relates to writing 5 and 1 in the first stage of the shift register. To write a 0, no voltage pulse is applied to the control plate 14-0 during the period t ^ - t. The result is that as long as the surface potential under the control electrode is more positive (actually less negative in this example) (by about one volt) than the potential at which the source is maintained, no charge from the source to the first potential well will be transferred. (The one volt value provides a more than sufficient potential barrier to prevent charge transfer through the diffusion process and also provides a safety factor to account for variations in the parameters of the device).
De bovenbeschreven werking is in een aantal figuren weergegeven. Fig. 6a stelt nog steeds de rusttoestand van de schakeling voor. Op een tijdstip tussen een tQ en is de situatie nog steeds zoals weergegeven in fig. 6a. Aangezien de stuurplaat 14-0 nog steeds in omgekeerde rich-20 ting is voorgespannen ten opzichte van de bron wordt geen inversie- gebied onder de plaat 14-0 gevormd. Op een tijdstip, zoals t is de si tuatie zoals weergegeven in fig. 6e. Hoewel er een potentiaalput onder de eerste plaat 14-1 tot stand is gebracht, kunnen geen ladingdragers vanuit de bron in deze spanningsput vloeien als gevolg van het feit, 25, dat de stuurplaat zich nog steeds op 0 volt bevindt. Zoals reeds eerder opgemerkt stelt geen lading onder de plaat 14-1 de opslag van een 0 voor.The above described operation is shown in a number of figures. Fig. 6a still represents the quiescent state of the circuit. At a time between a tQ and the situation is still as shown in Fig. 6a. Since the control plate 14-0 is still biased in reverse direction to the source, no inversion region is formed below the plate 14-0. At a time such as t the situation is as shown in Fig. 6e. Although a potential well has been established below the first plate 14-1, no charge carriers can flow from this source into this voltage well due to the fact that the control plate is still at 0 volts. As noted previously, no charge below plate 14-1 represents the storage of a 0.
Een tweede vorm van een invoerketen volgens de uitvinding is weergegeven in fig. 7. Het verschil tussen deze keten en de keten van 30 fig. 4 bestaat hierin, dat in de keten van fig. 7 de bron normaal voldoende in omgekeerde richting is voorgespannen (tot -15 volt ten opzichte van de substraat, -20 volt ten opzichte van aarde in dit voorbeeld) , dat wil zeggen in haar rusttoestand, werkt de bron niet als een bron van minderheidsladingdragers voor potentiaalputten met grotere 35 oppervlaktepotentialen dan de bron. Immers een dergelijke voorspanning kan het brongebied als een afvoer (afvoerelektrode) voor de ladingdra- • · ·». / . V -I '.J '4 i t -17- gers vormen, die in een potentiaalput aanwezig zijn. De bron kan worden "ingeschakexd" door aan de bron op een geschikt tijdstip, zoals weergegeven in fig. 8, een spanningsimpuls toe te voeren.A second form of an input circuit according to the invention is shown in Fig. 7. The difference between this circuit and the circuit of Fig. 4 consists in that in the circuit of Fig. 7 the source is normally biased in reverse direction ( to -15 volts relative to the substrate, -20 volts to ground in this example), that is, in its quiescent state, the source does not act as a source of minority charge carriers for potential wells with larger surface potentials than the source. After all, such a bias can be the source region as a drain (drain electrode) for the charge wire. /. V -I '.J' 4 i t -17- gers which are present in a potential well. The source can be "turned on" by applying a voltage pulse to the source at an appropriate time, as shown in FIG. 8.
Tijdens de werking van de inrichting van fig. 7 dragen bij afwe-5 zigheid van een impuls , de impulsen en φ^ een 0 (geen lading) naar de potentiaalput over onder de eerste opslagplaat 14-1. Bij aanwezigheid van een positieve puls V gedurende de pulsen φ. en V wordt echter een w 1 c 1 onder de eerste plaat 14-1 opgeslagen.During the operation of the device of Fig. 7, in the absence of an impulse, the impulses and φ ^ transfer a 0 (no charge) to the potential well under the first storage plate 14-1. In the presence of a positive pulse V during the pulses φ. and V, however, a w 1 c 1 is stored under the first plate 14-1.
De tempering van de impulsen van fig. 7 weergegeven in fig. 8 is 10 van belang. Op het tijdstip tQ wordt de impuls aan de opslagplaat 14-1 toegevoerd. Hierdoor wordt een potentiaalput onder de eerste plaat 14-1 gevormd. Kort na het begin van de impuls φ^, dat wil zeggen op het tijdstip t start de stuurpuls V . Hierdoor wordt een potentiaalput X c onder de elektrode 14-0 gevormd, die verbonden is met de potentiaalput 15 onder de stuurelektrode 14-1. Aangezien bij nog geen ladingen beschikbaar zijn wordt nog geen inversielaag of een geleidingskanaal gevormd.The timing of the pulses of FIG. 7 shown in FIG. 8 is important. At time tQ, the pulse is applied to the storage plate 14-1. This creates a potential well under the first plate 14-1. Shortly after the start of the pulse φ ^, that is, at the time t, the control pulse V starts. This creates a potential well Xc under the electrode 14-0, which is connected to the potential well 15 under the control electrode 14-1. Since no charges are available yet, no inversion layer or a guide channel is formed yet.
Kort hierna op het tijdstip t2 wordt de positieve impuls aan de bron S1 toegevoerd. Deze impuls kan een amplitude van 10 volt hebben, zodat V een zwaai van -15 volt naar -5 volt heeft. De omstandigheden zijn nu 20 precies dezelfde als weergegeven in fig. 6c - een geleidingskanaal is gevormd van naar de potentiaalbron onder de elektrode 14-1 en de positieve minderheidsladingdragers vloeien vanuit de bron en vullen gedeeltelijk de potentiaalput onder de plaat 14-1 tot de vooraf bekende fractie van haar capaciteit. De achterflanken van de impulsen treden op zo- 25 als weergegeven in fig. 8, waarbij de impuls V eindigt vóór de andere c pulsen, teneinde het in omgekeerde richting vloeien van lading te verhinderen, dat wil zeggen terug vanuit de gedeeltelijk gevulde put onder 14-1 naar de bron S^.Shortly after this at time t2, the positive pulse is applied to source S1. This pulse can have an amplitude of 10 volts, so that V has a swing from -15 volts to -5 volts. The conditions are now exactly the same as shown in Fig. 6c - a conduction channel is formed from to the potential source under the electrode 14-1 and the positive minority charge carriers flow from the source and partially fill the potential well under the plate 14-1 to the pre known fraction of its capacity. The trailing edges of the pulses occur as shown in Fig. 8, the pulse V terminating before the other c pulses, in order to prevent reverse flow of charge, ie back from the partially filled well below 14 -1 to the source S ^.
Een belangrijk kenmerk van de keten van fig. 7 bestaat hierin, 30 dat het tijdstip, waarop de ladingen worden ingevoerd, nauwkeurig kan worden geregeld door de tempering van de impulsen V en V met de puls-reeks, zoals weergegeven in fig. 8 te besturen. In het algemene geval levert de impuls de tempering, terwijl de bronpotentiaal het niveau bepaalt waarop de eerste potentiaalput wordt gevuld (of"'"geledigd).An important feature of the circuit of FIG. 7 is that the timing at which charges are input can be precisely controlled by timing pulses V and V with the pulse sequence shown in FIG. 8. control. Generally, the pulse provides the timing, while the source potential determines the level at which the first potential well is filled (or "" "emptied).
35 in dit algemene geval is de tempering zodanig, dat de gehele puls binnen zowel de puls en de puls optreedt.In this general case, the timing is such that the entire pulse occurs within both the pulse and the pulse.
i i -18-i i -18-
In de uitvoeringsvormen van de ingangsketens die tot zover zijn besproken wordt een signaal, zoals V als het stuursignaal gebruikt.In the embodiments of the input circuits discussed so far, a signal such as V is used as the control signal.
OO
Het is echter gemakkelijk mogelijk logica op de ingangssignalen uit te voeren. Bijvoorbeeld kunnen de eerste twee platen, die aangeduid zijn 5 met 14-0 en 14-1 in fig. 4 de stuurplaten zijn, die kunnen worden aangeduid met 14-01 en 14-02. Hier kunnen de aan de twee stuurplaten toegevoerde signalen twee informatiebits voorstellen en in dit geval zullen de twee stuurplaten de EN functie simuleren. Desgewenst kan de eerste elektrode 14-01 een betrekkelijk langer signaal ontvangen en kan de 10 elektrode 14-02 een korter signaal ontvangen, dat samenvalt met het signaal toegevoerd aan 14-01. Hier kan één of beide signalen informatie voorstellen of het eerste signaal, dat wil zeggen het langere signaal, .kan informatie voorstellen en het kortere signaal kan een temperings-of strobe-impuls zijn.However, it is easily possible to implement logic on the input signals. For example, the first two plates, designated 14-0 and 14-1 in Figure 4, may be the control plates, which may be designated 14-01 and 14-02. Here, the signals applied to the two control plates can represent two information bits and in this case the two control plates will simulate the AND function. If desired, the first electrode 14-01 can receive a relatively longer signal and the electrode 14-02 can receive a shorter signal, which coincides with the signal supplied to 14-01. Here, one or both signals may represent information or the first signal, i.e. the longer signal, may represent information and the shorter signal may be a timing or strobe pulse.
15 Als een alternatief kunnen de twee ingangssignalen de signalen en Vc van fig. 7 zijn, waarbij dit eerste signaal aan de bron wordt toegevoerd en het tweede signaal aan de stuurelektrode 14-0. Hier kan de positiefgaande impuls V een 1 voorstellen en de negatiefgaande impuls V kan eveneens een 1 voorstellen en met deze conventie voert de keten c 20 tevens de EN functie uit.Alternatively, the two input signals may be the signals and Vc of FIG. 7, this first signal being applied to the source and the second signal to the control electrode 14-0. Here the positive going pulse V can represent 1 and the negative going pulse V can also represent 1 and with this convention the circuit c 20 also performs the AND function.
In het algemeen kan in door lading gekoppelde ketens, zoals bovenstaand besproken, een multipele ingangs'ΞΝ-poort-werking worden gerealiseerd door samenvallend een aantal negatieve impulsen aan een overeenkomstig aantal stuurelektrodên toe te voeren en een positieve 25 impuls aan de bron S^. Een OF functie kan worden gerealiseerd door een aantal bronnen te gebruiken, die alle parallel een ladingsinvoer naar de eerste potentiaalput (onder elektrode 14-1) leveren. Hier zal een positieve impuls, toegevoerd aan een bronelektrode samenvallend met de onvoorwaardelijk toegevoerde positiefgaande stuurimpuls V een ladings- c 30 signaal met de eerste potentiaalput koppelen. Ook andere alternatieven zijn mogelijk.Generally, in charge coupled circuits, as discussed above, multiple input gate operation can be accomplished by coincidentally applying a number of negative pulses to a corresponding number of drivers and a positive pulse at source S1. An OR function can be realized by using a number of sources, all of which supply a charge input to the first potential well (below electrode 14-1) in parallel. Here, a positive pulse applied to a source electrode coinciding with the unconditionally supplied positive going control pulse V will couple a charge c signal to the first potential well. Other alternatives are also possible.
Het is ook mogelijk de ingangsketen zodanig te laten werken, dat ladingen van verschillende grootte de bits 1 respectievelijk 0 voorstellen. Ingangssignalen op deze twee niveaus kunnen worden verkregen 35 door het gelijkspanningsniveau van het signaal, toegevoerd aan de stuurelektrode 14-0 te gebruiken voor het opwekken van de 0 bij een lagerIt is also possible to operate the input circuit such that charges of different sizes represent bits 1 and 0, respectively. Input signals at these two levels can be obtained by using the DC voltage level of the signal supplied to the control electrode 14-0 to generate the 0 at a lower
"v λ · A"v λ · A
w . ... .: - j -» f i -19- ladingsniveau dan de 1 invoer of door de potentiaal van de bron zodanig te besturen, dat de eerste potentiaalput op een lager niveau voor 0 en op een hoger niveau voor 1 wordt gevuld of door een combinatie van deze methoden.w. ...: - j - »fi -19- charge level than the 1 input or by controlling the potential of the source such that the first potential well is filled at a lower level for 0 and at a higher level for 1 or by a combination of these methods.
5 Het middelste gedeelte van het stelsel5 The middle section of the system
De overdracht van lading van onder een elektrode, zoals 14-1 (fig. 4) naar onder een aangrenzende elektrode, zoals 14-2 geschiedt door een negatieve spanningsimpuls toe te voeren aan de elektrode 14-2, terwijl de amplitude van de spanningsimpuls wordt verminderd.The transfer of charge from below an electrode, such as 14-1 (Fig. 4), to below an adjacent electrode, such as 14-2, occurs by applying a negative voltage pulse to the electrode 14-2, while increasing the amplitude of the voltage pulse. reduced.
10 Het gevolg is, dat terwijl de potentiaalput onder de elektrode 14-1 ondieper wordt gemaakt, de potentiaalput onder de elektrode 14-2 dieper wordt gemaakt en dat de lading vanuit de ondiepe naar de diepere put overstroomt. Het gebruik van elkaar overlappende klokpulsen is gebruikelijk voor met 2, 3, 4 en hogere fazebedreven door lading gekoppelde 15 ketens. Echter wordt terloops opgemerkt, dat niet elkaar overlappende klokpulsen in verband met de twee-fazewerking kunnen worden gebruikt (en tevens bij drie- en vier-fazewerking), indien aan bepaalde voorwaarden wordt voldaan, zoals in het kort zal worden besproken.As a result, while the potential well under the electrode 14-1 is made shallower, the potential well under the electrode 14-2 is made deeper and the charge overflows from the shallow to the deeper well. The use of overlapping clock pulses is common for 2, 3, 4 and higher phase operated charge coupled chains. However, it is noted in passing that non-overlapping clock pulses may be used in connection with the two-phase operation (and also in three- and four-phase operation), if certain conditions are met, as will be briefly discussed.
In een inrichting, zoals weergegeven in fig. 1, bestaat er geen 20 probleem betreffende de signaalvoortplanting in één richting, indien de bron 20 een drie- of hogere fazebron is. In deze gevallen wordt er, wanneer lading, bijvoorbeeld vanuit onder de elektrode 14-2 naar onder de elektrode 14-3 (fig. 1) wordt overgedragen, geen negatieve spannings-impuls aan de elektrode 14-1 toegevoerd. Derhalve werkt de zeer ondiepe 25 potentiaalput onder de elektrode 14-1 (de enige dergelijke put zal aanwezig zijn als gevolg van een gelijkspanningsvoorspanning tussen de elektrode en het substraat) als een barrière voor de ladingsstroom in achterwaartse richting, zodat alleen de voorwaartse richting voor de ladingsstroom beschikbaar is, wanneer de bron 20 drie of meer fazen levert.In an arrangement, as shown in Fig. 1, there is no problem with one-way signal propagation if the source 20 is a three or higher phase source. In these cases, when charge is transferred, for example, from below the electrode 14-2 to below the electrode 14-3 (Fig. 1), no negative voltage pulse is applied to the electrode 14-1. Therefore, the very shallow potential well below the electrode 14-1 (the only such well will be present due to a DC bias voltage between the electrode and the substrate) acts as a barrier to the charge current in the reverse direction, so that only the forward direction for the charge current is available when the source 20 provides three or more phases.
30 Een dergelijke ladingsstroom in één richting is niet aanwezig in het geval van een twee-fazebron. Om hier een ladingsstroom in één richting te verkrijgen moeten speciale technieken worden gebruikt, zoals onderstaand wordt besproken.Such a one-way charge current is not present in the case of a two-phase source. In order to obtain a one-way charge current here, special techniques must be used, as discussed below.
Een aspect van de voorkeursuitvoeringsvorm is gelegen in het 35 feit, dat volgens de uitvinding speciale elektrodeconstructies werden gevonden, die betrekkelijk goedkoop kunnen worden gemaakt om te bereiken, £ i -20- dat de lading met twee-fazespanningen in één richting stroomt. In het algemeen bestaat elke elektrode niet uit een enkele plaat, doch uit twee platen, die elkaar overlappen. Een inrichting weergegeven in fig. 9 hangt wat haar werking betreft in hoofdzaak af van de geometrie van de 5 elektroden en meer in het bijzonder in hoofdzaak van de afstand van de ene elektrode van een tweetal verder van het substraat af dan de andere elektrode. De tweede inrichting, schematisch weergegeven in fig. 10 en meer realistisch weergegeven in fig. 11 hangt in hoofdzaak af van een spanningsverspringing, die tussen de twee elektroden van elk 10- paar wordt gehandhaafd . Een derde alternatief is het combineren van de geometrie van fig. 9 met de spanningsverspringing van fig. 11. Een uitvoeringsvorm hiervan van de uitvinding is in fig. 12 weergegeven.One aspect of the preferred embodiment resides in the fact that, according to the invention, special electrode structures have been found, which can be made relatively inexpensive to achieve that the charge flows in one direction with two phase voltages. In general, each electrode does not consist of a single plate, but of two plates which overlap each other. In terms of operation, a device shown in Fig. 9 depends mainly on the geometry of the electrodes and more particularly mainly on the distance of one electrode from two further from the substrate than the other electrode. The second device, schematically shown in Fig. 10 and more realistically shown in Fig. 11, depends mainly on a voltage offset maintained between the two electrodes of each 10 pair. A third alternative is to combine the geometry of Fig. 9 with the stress offset of Fig. 11. An embodiment of the invention is shown in Fig. 12.
In alle bovengeneomde gevallen is de constructie zodanig, dat een asymmetrisch verarmingsgebied onder een elektrodepaar wordt gevormd 15 in responsie op een hieraan toegevoerde negatieve potentiaal (of potentialen) . De richting van de asymmetrie van het verarmingsgebied is zodanig, dat een hierin ingevoerde lading zich aan de voorrand van het verarmingsgebied zal verzamelen, aangezien de potentiaalput bij dit gebied aanzienlijk dieper is dan in de rest van het gebied.In all of the above cases, the construction is such that an asymmetric depletion region is formed below an electrode pair in response to a negative potential (or potentials) supplied thereto. The direction of the asymmetry of the depletion region is such that a charge introduced herein will accumulate at the leading edge of the depletion region, since the potential well at this region is considerably deeper than in the rest of the region.
20 Thans zal worden verwezen naar fig. 9. Elke elektrode overeen komende met 14-1, 14-2, enz. in fig. 1 bestaat uit twee elektroden, die elkaar overlappen. Eén van de elektroden bestaat uit een metaal, bijvoorbeeld aluminium en is weergegeven met 26-1, 26-2 enz. en de andere elektrode van elk paar bestaat uit een p+ polysiliciumgebied, zo-25' als weergegeven bij 28-1, 28-2, enz., die rechtstreeks elektrisch is verbonden met de ovéreenkomstige aluminiumelektrode. De uitdrukking "polysilicium" heeft betrekking op een polykristallijne vorm van silicium. Deze wordt verkregen door het silicium bij een verhoogde temperatuur neer te slaan of door amorf silicium neer te slaan, vervolgens te 30 verhitten tot 900PC of meer gedurende tien of meer minuten, teneinde de amorfe structuur te veranderen in een polykristallijne structuur.Reference will now be made to Fig. 9. Each electrode corresponding to 14-1, 14-2, etc. in Fig. 1 consists of two electrodes overlapping each other. One of the electrodes consists of a metal, for example, aluminum and is shown with 26-1, 26-2 etc. and the other electrode of each pair consists of a p + polysilicon region, such as -25 'as shown at 28-1, 28- 2, etc., which is directly electrically connected to the aluminum alloy electrode. The term "polysilicon" refers to a polycrystalline form of silicon. This is obtained by depositing the silicon at an elevated temperature or by depositing amorphous silicon, then heating to 900 ° C or more for ten or more minutes, to change the amorphous structure to a polycrystalline structure.
(Het gebruiken van polysiliciummateriaal is in de MOS-technologie op zichzelf bekend.) De polysiliciumelektrode van elk paar bevindt zich dichter bij het n-type siliciumsubstraat dan de aluminiumelektrode van 35 dit paar. Elke aluminiumelektrode, zoals 26-2 overlapt de voorrand van de bijbehorende polysiliciumelektrode 28-2 en overlapt tevens de ach- Γ - : - - , 1 * ' -r / ij I * -21- terrand van de polys iliciumelektrode 28-1 van het voorafgaande paar.(The use of polysilicon material is known per se in MOS technology.) The polysilicon electrode of each pair is closer to the n-type silicon substrate than the aluminum electrode of this pair. Each aluminum electrode, such as 26-2, overlaps the leading edge of the associated polysilicon electrode 28-2 and also overlaps the trailing edge of the polysilicon electrode 28-1 of the previous pair.
De overlappende polysilicium-aluminiumelektrodeconstructie maakt een zeer korte afstand tussen elke aluminiumelektrode en de twee poly-siliciumelektroden die zij overlapt, mogelijk. Typische afmetingen worden 5 later echter gegeven, hoewel hier kan worden opgemerkt, dat een dergelijke afstand 1.000 A of minder kan bedragen. Bovendien maken de ver-vaardigingstechnieken, die gebruikt worden voor het maken van de constructie, welke technieken later uitvoerig zullen worden besproken, een zelf uitrichten van de aluminiumelektroden ten opzichte van de poly-1Q siliciumelektroden mogelijk. De enige kritische uitrichting heeft te maken met het etsen van de aluminiumelektroden boven de polysilicium-elektroden. De fabricagetechniek maakt het tevens mogelijk, dat de twee verschillende dikten van de kanaaloxyde (a en b in fig. 9) gemakkelijk kunnen worden verkregen.The overlapping polysilicon-aluminum electrode construction allows a very short distance between each aluminum electrode and the two poly-silicon electrodes it overlaps. However, typical dimensions are given later, although it may be noted here that such a distance may be 1,000 Å or less. In addition, the manufacturing techniques used to make the structure, which will be discussed in detail later, allow for self alignment of the aluminum electrodes with respect to the poly-1Q silicon electrodes. The only critical alignment has to do with the etching of the aluminum electrodes above the polysilicon electrodes. The manufacturing technique also allows the two different thicknesses of the channel oxide (a and b in Fig. 9) to be easily obtained.
15 Tijdens de werking van de keten van fig. 9, wanneer bijvoorbeeld een negatieve spanningsimpuls aan het elektrodepaar 26-2, 28-2 wordt toegeveerd, is het verarmingsgebied, dat tot stand wordt gebracht asymmetrisch, zoals weergegeven door de onderbroken lijn 30. Dit gebied is aanzienlijk dieper onder de elektrode 28-2 dan onder de aluminiumelek-20 trode 28-2, waarbij zij behoort. Hiervoor zijn twee redenen. De ene bestaat hierin, dat de elektrode 28-2 vaster is gekoppeld met het n-type silicium als gevolg van de kortere afstand tot het n-type silicium. Dit leidt tot een kleiner spanningsverval over het siliciumdioxyde onder de elektrode 23-2 (het gebied c) dan onder de elektrode 26-2 (het gebied 25 b), waardoor een diepere potentiaalput onder de polysiliciumelektrode 28-2 wordt gevormd dan onder de aluminiumelektrode 26-2.. De andere reden is, dat de werkfunctie voer p-r polysilicium gebruikt op n-type substraten lager is dan die voor aluminium met ongeveer 1 volt. Dit impliceert, dat voor een bepaalde negatieve spanning, toegevoerd aan een polysilicium-30 elektrode zij een groter aantal elektronen uit het aangrenzende gebied van het substraat zal afstoten dan een aluminiumelektrode van dezelfde afmeting, die zich op dezelfde afstand van het substraat bevindt en waaraan dezelfde spanning wordt toegevoerd.During the operation of the circuit of FIG. 9, for example, when a negative voltage pulse is applied to the electrode pair 26-2, 28-2, the depletion region created is asymmetrical, as shown by the broken line 30. This area is considerably deeper under the electrode 28-2 than under the aluminum electrode 28-2 to which it belongs. There are two reasons for this. One is that the electrode 28-2 is more tightly coupled to the n-type silicon due to the shorter distance to the n-type silicon. This leads to a smaller voltage drop across the silicon dioxide under the electrode 23-2 (the area c) than under the electrode 26-2 (the area 25b), creating a deeper potential well under the polysilicon electrode 28-2 than under the aluminum electrode 26-2 .. The other reason is that the work function for pr polysilicon used on n-type substrates is lower than that for aluminum with about 1 volt. This implies that for a given negative voltage applied to a polysilicon electrode it will repel a greater number of electrons from the adjacent region of the substrate than an aluminum electrode of the same size, which is the same distance from the substrate and to which the same voltage is applied.
Aangezien de hoofdfunctie van de aluminiumelektrode is een 35 barrière voor de ladingsstroom te verschaffen wanneer een fasespanning, toegevoerd aan een tweetal elektroden, positiever wordt gemaakt (in wer- -22- i > kelijkheid minder negatief), gedurende welke periode de lading "overloopt" naar de potentiaalput onder het eerstvolgende elektrodepaar, het "actieve gebied" (het gedeelte, dat zich het dichtst bij het substraat bevindt, dat de afmeting k heeft) van deze elektrode korter wordt ge-5 maakt dan de overeenkomstige afmeting c van de polysiliciumelektrode.Since the main function of the aluminum electrode is to provide a barrier to the charge current when a phase voltage applied to two electrodes is made more positive (in reality less negative) during which time the charge "overflows" to the potential well below the next electrode pair, the "active region" (the portion closest to the substrate having the dimension k) of this electrode is made shorter than the corresponding dimension c of the polysilicon electrode.
Een dergelijke constructie leidt tot een snellere overdrachtstijd en tot de mogelijkheid van een grotere verpakkingsdichtheid. Deze afmeting (die bij benadering gelijk is aan de afstand k tussen twee aangrenzende poly-siliciumelektroden) kan zo klein als 2,5 micron of minder worden geld maakt met behulp van de bekende fabricagetechnologie van metaal-oxyde-halfgeleiders.Such a construction leads to a faster transfer time and to the possibility of a greater packing density. This size (which is approximately equal to the distance k between two adjacent polysilicon electrodes) can be as small as 2.5 microns or less using the known metal oxide semiconductor manufacturing technology.
Als bovenstaand besproken wordt de ladingsoverdracht in één richting in een twee-fazeconstructie verkregen, zoals weergegeven in fig. 9 door asymmetrische potentiaalputten onder op elkaar volgende elek-15 trodeparen op de beschreven wijze aan te brengen. Voor het verkrijgen van een betrekkelijk grote asymmetrie in deze putten zonder dat men zeer grote verschillen tussen de twee dikten (bij b en c respectievelijk) van de siliciumdioxydelaag moet hebben, is het gewenst siliciumsubstra-ten met een betrekkelijk lagere specifieke weerstand, zoals bijvoor-20 beeld een specifieke weerstand kleiner dan 3 ohm-centimeter en bij voorkeur in het gebied van 1 ohm-centimeter te gebruiken. Echter kan een substraat met een iets grotere specifieke weerstand worden gebruikt indien een betrekkelijk grote substraatvoorspanning voor +10 volt of meer wordt gebruikt. Een grotere voorspanning van het substraat in com-25 binatie met de twee dikten van het oxyde veroorzaakt een diepere potentiaalput onder de elektrode die zich op een kortere afstand bij het oppervlak van het substraat bevindt.As discussed above, the unidirectional charge transfer in a two-phase construction is obtained, as shown in Figure 9, by applying asymmetric potential wells to successive electrode pairs in the manner described. In order to obtain a relatively large asymmetry in these wells without having to have very large differences between the two thicknesses (at b and c respectively) of the silicon dioxide layer, it is desirable to have silicon substrates with a relatively lower specific resistance, such as 20 use a specific resistance of less than 3 ohm-centimeter and preferably in the range of 1 ohm-centimeter. However, a substrate with a slightly greater specific resistance can be used if a relatively large substrate bias for +10 volts or more is used. Greater bias of the substrate in combination with the two thicknesses of the oxide causes a deeper potential well below the electrode which is a shorter distance from the surface of the substrate.
Tijdens de werking van de constructie, weergegeven in fig. 9 wordt aangenomen, dat een positieve lading zich in het diepere gedeelte 30 van de put 30 verzamelt, zoals bij 31 aangegeven in responsie op een negatieve impuls φ^. Naar de achterflank van deze impuls toe wordt een negatieve impuls toegevoerd aan het eerstvolgende elektrodepaar 26-3, 28-3 (tijdstip t^ in fig. 13) . In responsie op de samenvallende aanwezigheid van het laatste gedeelte van de impuls φ2 en het eerste gedeelte 35 van de impuls Φ , zal de lading 31 de neiging hebben naar rechts te stromen, waarbij de reeks gebeurtenissen is, zoals weergegeven in fig. 13.During the operation of the construction shown in Fig. 9, it is assumed that a positive charge accumulates in the deeper portion 30 of the well 30, as indicated at 31 in response to a negative pulse φ ^. Towards the trailing edge of this pulse, a negative pulse is applied to the next electrode pair 26-3, 28-3 (time t ^ in Figure 13). In response to the coincidence of the last portion of the pulse φ2 and the first portion 35 of the pulse Φ, the charge 31 will tend to flow to the right, where the sequence of events is as shown in Fig. 13.
f * -23-f * -23-
Wanneer de potentiaalput onder de elektrode 28-2 ondieper wordt, wordt de potentiaalput onder het elektrodepaar 26-3, 23-3 dieper en loopt de lading, aanwezig bij 31 over in deze potentiaalput en verzamelt zich onder de elektrode 28-3.When the potential well under the electrode 28-2 becomes shallower, the potential well under the electrode pair 26-3, 23-3 becomes deeper and the charge present at 31 overflows into this potential well and collects under the electrode 28-3.
5 Hoewel het juist is, dat samenvallend met het toevoeren van de φ^ impuls aan het elektrodepaar 26-3, 28-3 deze zelfde puls wordt toegevoerd aan het voorafgaande elektrodepaar 26-1, 28-1, het stromen van de lading in de tegengestelde richting wordt verhinderd door de potentiaal-barriëre, die onder de aluminiumelektrode 26-2 aanwezig is. Even vóór 10- het toevoeren van de impuls is alle lading onder de aluminiumelektrode 26-2 opgeslagen in de diepere put onder de elektrode 28-2 (tijdstip t^ in fig. 13). Wanneer derhalve de negatieve impuls verder gaat en de Φ2 impuls begint af te sterven (tijdstip t^ in fig. 13), zal de lading in dit diepere gedeelte van de potentiaalput overstromen in de voor-15 waartse richting, de richting waarin de opgeslagen positieve lading de meer negatieve potentiaal "ziet", en verhinderd worden zich in de tegengestelde richting te verplaatsen door de potentiaalheuvel (de minder negatieve spanning), die zij in deze richting ziet.Although it is true that coinciding with the supply of the φ ^ pulse to the electrode pair 26-3, 28-3, this same pulse is applied to the previous electrode pair 26-1, 28-1, the flow of charge into the opposite direction is prevented by the potential barrier, which is present under the aluminum electrode 26-2. Just before the pulse is applied, all of the charge under the aluminum electrode 26-2 is stored in the deeper well under the electrode 28-2 (time t ^ in Figure 13). Therefore, when the negative pulse continues and the Φ2 pulse begins to die (time t ^ in Figure 13), the charge in this deeper portion of the potential well will overflow in the forward direction, the direction in which the stored positive charge "sees" the more negative potential, and is prevented from moving in the opposite direction through the potential hill (the less negative voltage) it sees in this direction.
Verder kan op dit punt worden opgemerkt, dat indien de construc-20 tie van fig. 9 met een voldoend grote voorspanning, toegevoerd aan het substraat wordt bedreven, zodat het ladingsignaal in de diepere potentiaalput door de voorspanning alleen kan worden gehandhaafd, de twee fazespanningsimpulsen elkaar dan niet overlappen. Een dergelijke leiding kan leiden tot eenvoudigere signaalregenererende ketens, zoals 25 later zal worden beschreven.Furthermore, it may be noted at this point that if the construction of FIG. 9 is operated with a sufficiently large bias voltage supplied to the substrate so that the charge signal in the deeper potential well can be maintained by the bias voltage alone, the two phase voltage pulses then do not overlap. Such a lead can lead to simpler signal regenerating circuits, as will be described later.
Typische afmetingen voor de constructie van fig. 9 zijn bij wijze van voorbeeld:Typical dimensions for the construction of Fig. 9 are by way of example:
a = 1.000 A b = 2.000 Aa = 1,000 A b = 2,000 A.
30 c = 10 - 13 micron '( ji) d = 3.000 - 10.000 A e = 7,5 - 12,5 micron f = 500 - 1.000 A g = 3.000 - 10.000 A 35 h = groter dan 100 micron j = 5 - 7,5 micron J i ï i -24- k = 2,5 - 5 micron 1 = 2,5 micron30 c = 10 - 13 microns' (ji) d = 3,000 - 10,000 A e = 7.5 - 12.5 microns f = 500 - 1,000 A g = 3,000 - 10,000 A 35 h = greater than 100 microns j = 5 - 7.5 micron J i i -24- k = 2.5-5 micron 1 = 2.5 micron
De afmetingen (behalve voor b in fig. 11) zijn dezelfde voor de constructies van de fig. 11 en 12.The dimensions (except for b in Fig. 11) are the same for the structures of Figs. 11 and 12.
5 Fig. 10 toont schematisch een tweede manier om asymmetrische ver- armingszones tot stand te brengen. Ook hier weer bestaat elke opslagplaats, overeenkomende met 14-2, 14-3, enz. van fig. 1 uit twee zich op een zeer korte afstand van elkaar bevindende elektroden, zoals 30-la en 30-lb, waartussen een vaste gelijkspanningsverspringing, die schematisch 10. door de batterij 32 wordt aangegeven. In responsie op een klokimpuls, zoals een impuls, wordt de eerste elektrode van elk paar, bijvoorbeeld 30-1 niet even negatief gemaakt als de tweede elektrode, zoals 30-lb van elk tweetal. In de praktijk kan de spanningsverspringing op een van een aantal conventionele manieren worden bereikt in de multi-15 faze-energievoeding. Als een eenvoudig voorbeeld kan de spanning, toegevoerd aan de elektrode 30-la worden afgenomen van een punt langs een spanningsdeler en de spanning, toegevoerd aan de elektrode 30-lb kan van een ander punt langs de spanningsdeler worden afgenomen. Het effect van de spanningsverspringing is het verkrijgen van een asymmetrische poten-20 tiaalput, zoals wordt aangegeven door de onderbroken lijn 34, die schematisch de situatie voor de spanning toont.FIG. 10 schematically shows a second way of creating asymmetric depletion zones. Again, each store corresponding to 14-2, 14-3, etc. of FIG. 1 consists of two very short spaced electrodes, such as 30-la and 30-lb, between which a fixed DC offset, which is indicated schematically by the battery 32. In response to a clock pulse, such as a pulse, the first electrode of each pair, for example, 30-1, is not made as negative as the second electrode, such as 30-lb of each pair. In practice, the voltage offset can be achieved in one of a number of conventional ways in the multi-15 phase power supply. As a simple example, the voltage applied to the electrode 30-1A can be taken from one point along a voltage divider and the voltage applied to the electrode 30-1A can be taken from another point along the voltage divider. The effect of the voltage offset is to obtain an asymmetric potential well, as indicated by the broken line 34, which schematically shows the situation for the voltage.
Een dwarsdoorsnede en gedeeltelijk schematisch aanzicht van een praktische uitvoering van de inrichting volgens fig. 10 is weergegeven in fig. 11. De constructie komt zeer veel overeen met die van fig. 9, 25· echter kunnen de aluminiumelektroden 30-la, 30-2a, enz. zich op dezelfde afstand bevinden van de substraat als de polysiliciumelektroden 30-lb, 30-2b, enz. dat wil zeggen a = b.A cross-section and partial schematic view of a practical embodiment of the device according to Fig. 10 is shown in Fig. 11. The construction is very similar to that of Fig. 9, 25, however the aluminum electrodes 30-1a, 30-2a , etc. are at the same distance from the substrate as the polysilicon electrodes 30-lb, 30-2b, etc., i.e. a = b.
Hoewel het asymmetrische verarmingsgebied op een andere wijze in fig. 1 wordt verkregen, dan in fig. 9, komt de werking van de con-30 structie van fig. 11 in responsie op de twee fazespanningsimpulsen zeer dicht overeen met die van de constructie van fig. 9. De werking wordt in fig. 13 weergegeven.Although the asymmetric depletion region is obtained in a different manner in FIG. 1 than in FIG. 9, the operation of the construction of FIG. 11 in response to the two phase voltage pulses is very similar to that of the construction of FIG. 9. Operation is shown in Figure 13.
De in dwarsdoorsnede in fig. 12 weergegeven constructie combineert de kenmerken zowel van fig. 9 als van fig. 11. Gezien de vorige 35 uiteenzetting behoeft fig. 12 niet uitvoerig te worden besproken.The construction shown in cross-section in Fig. 12 combines the features of both Fig. 9 and Fig. 11. In view of the previous explanation, Fig. 12 need not be discussed in detail.
r i -25-r i -25-
In de verscheidene boven besproken constructies is, zoals reeds werd geïmpliceerd, voor een lege potsntiaalput (een put die nog geen ladingdragers heeft verzameld) voor een bepaald spanningsverval over het siliciumdioxyde de specifieke weerstand van het substraat des te hoger 5 naar mate de put dieper is, die wordt gevormd. Wanneer een potentiaal-put met beweegbare ladingen wordt gevuld, wordt meer en meer van de spanning, geleverd door de elektrode, die voor de put aansprakelijk is, als een spanningsval over het siliciumdioxyde verbruikt. Hierdoor wordt de asymmetrie van de potentiaalput bevorderd. Echter geven mathema-10 tische berekeningen met betrekking tot de elektrische velden in door lading gekoppelde ketens aan, dat hoe lager de specifieke weerstand van het substraat des te kleiner het franjevormige elektrische veld is, dat bij een elektrode ontstaat en zoals later zal worden besproken geeft de huidige theorie aan, dat hoe kleiner het franjevormige veld is des te 15 langzamer de ladingsverschuivingssnelheid is, die kan worden verkregen. Derhalve kan bij bepaalde toepassingen een voordeel worden verkregen door gebruik te maken van substraten met een hogere specifieke weerstand. De uitvoeringsvormen van de uitvinding, weergegeven in de fig. 11 en 12, die voor de potentiaalput-asymmetrie afhangen van de gelijkspannings-20 verspringing tussen de twee elektroden van een tweetal, maken dit laatstgenoemde type constructie mogelijk, dat wil zeggen zij maken het mogelijk, dat de asymmetrische potentiaalputten worden gevormd onder gebruikmaking van substraten met een hogere specifieke weerstand. Bijvoorbeeld blijkt een werking uitvoerbaar te zijn onder gebruikmaking van twee 25 fazespanningen en substraten met specifieke weerstanden van bijvoorbeeld 10 ohm.cm en hoger om de gebruikmaking van de constructie van de fig. 11 en 12 met de reeds eerder besproken afmetingen en met een gelijkspan-ningsverspringing van bijvoorbeeld 5 volt.In the various constructions discussed above, for an empty potential potential well (a well that has not yet collected charge carriers) for a given voltage drop across the silicon dioxide, the specific resistance of the substrate is higher the deeper the well is, as has been implied. which is formed. When a potential well is filled with movable charges, more and more of the voltage supplied by the electrode responsible for the well is consumed as a voltage drop across the silicon dioxide. This promotes the asymmetry of the potential well. However, mathematical calculations regarding the electric fields in charge-coupled circuits indicate that the lower the specific resistance of the substrate, the smaller is the fringed electric field generated at an electrode and as will be discussed later. current theory, that the smaller the fringed field, the slower the charge shift rate that can be obtained. Therefore, in certain applications, an advantage can be obtained by using substrates with a higher specific resistance. The embodiments of the invention, shown in Figs. 11 and 12, which depend for the potential well asymmetry on the DC voltage offset between the two electrodes of a pair, enable the latter type of construction, i.e. they make it possible that the asymmetric potential wells are formed using substrates of higher specific resistance. For example, an operation appears to be feasible using two phase voltages and substrates with specific resistances of, for example, 10 ohm.cm and above to utilize the construction of Figures 11 and 12 of the dimensions discussed earlier and with a DC voltage. jump off, for example, 5 volts.
Fig. 14 laat een gedeelte zien van een twee-dimensionaal, door 30 lading gekoppeld condensatorstelsel, waarin tweetallen elektroden worden gebruikt, zoals beschreven in verband met fig. 9. (Twee-dimensionaal impliceert meer dan de enkele rij elektroden.) De aluminiumelektroden 40-la, 40-2a, enz. nemen een zig-zagvormige weg in de ene zin en de polysiliciumelektroden 40-lb, 40-2b, enz. nemen een zig-zagvormige weg 35 in de tegengestelde zin. Dit betekent bijvoorbeeld, dat in het bovenste gebied van de constructie de rechter hand van de elektrode 40-la gekop- i i -26- peld is met haar bijbehorende elektrode 40-lb aan de rechter rand van de elektrode 40-la en aan de linker rand van de elektrode 40-lb, terwijl in het midden van de constructie de linker rand van de elektrode 40-la gekoppeld is met de rechter rand van de elektrode 40-lb. De reden 5 om de constructie aldus uit te voeren is de ladingen in één richting (naar rechts) in het bovenste, dunne filmgebied te laten bewegen, zoals in het kort meer uitvoerig werd besproken en de ladingen in de tegengestelde richting (naar links) in het aangrenzende, dunne filmgebied te laten bewegen.Fig. 14 shows a portion of a two dimensional charge coupled capacitor array using two electrodes as described in connection with FIG. 9. (Two dimensional implies more than the single row of electrodes.) The aluminum electrodes 40-1a , 40-2a, etc. take a zig-zag path in one sense and the polysilicon electrodes 40-lb, 40-2b, etc. take a zig-zag path 35 in the opposite sense. This means, for example, that in the upper region of the construction, the right hand of the electrode 40-la is coupled to its associated 40-lb electrode on the right edge of the electrode 40-la and on the left edge of the 40-lb electrode, while in the center of the construction the left edge of the 40-la electrode is coupled to the right edge of the 40-lb electrode. The reason for doing the construction in this way is to cause the charges to move in one direction (to the right) in the upper thin film region, as discussed in more detail briefly, and the charges to move in the opposite direction (to the left). moving the adjacent thin film region.
10; De polysiliciumelektroden 40-lb (en de aluminiumelektroden) vol gen tevens een zig-zagvormige weg in de derde afmeting, dat wil zeggen in de afmeting in en uit het papier van fig. 14. Derhalve bevindt in het bovenste gedeelte van de figuur een elektrode, zoals 40-lb zich zeer dicht bij het substraat en is derhalve hiermee gekoppeld. In het vol-15 gende gebied is de afstand tussen de elektrode 40-lb en het substraat betrekkelijk ver, teneinde de elektrode 40-lb effectief van het substraat te ontkoppelen. De dunne film Si02 kan een diepte hebben van bijvoorbeeld 500-2.000 A en de dikke film kan dieper zijn dan 10.000 A. Deze verschillende dunne film- en dikke filmgebieden worden aangeduid rechts 20 van fig. 14. Elke elektrode, zoals 40-la is elektrisch rechtstreeks verbonden met haar bijbehorende elektrode, zoals de elektrode 40-lb. Deze verbindingen zijn in fig. 14 door de diagonale, gekruiste lijnen schematisch weergegeven.10; The polysilicon electrodes 40-lb (and the aluminum electrodes) also follow a zig-zag path in the third size, that is, in the size in and out of the paper of Fig. 14. Thus, in the top portion of the figure, there is an electrode such as 40-lb is very close to the substrate and is therefore coupled to it. In the next region, the distance between the electrode 40-lb and the substrate is relatively far, to effectively decouple the electrode 40-lb from the substrate. The Si02 thin film may have a depth of, for example, 500-2,000 A and the thick film may be deeper than 10,000 A. These different thin film and thick film areas are indicated on the right-hand side of Fig. 14. Each electrode, such as 40-1a, is electrically connected directly to its associated electrode, such as the 40-lb electrode. These connections are shown schematically in FIG. 14 by the diagonal, crossed lines.
De constructie van het bovenste dunne filmgebied langs IX-IX 25. van fig. 14 komt overeen met die, weergegeven in doorsnede in fig. 9 (de verwijzingscijfers zijn echter verschillend). De zig-zagvormige constructie in de derde dimensie (in en uit het papier in fig. 14) van de polysilicium- en aluminiumelektroden en de verbinding van een aluminium-elektrode met haar bijbehorende polysiliciumelektrode zijn in doorsnede 30 weergegeven volgens de lijn XV-XV en XVI-XVI in fig. 14. Deze doorsneden zijn respectievelijk in de fig. 15 en 16 weergegeven. Naar alle drie figuren kan worden verwezen bij de nu volgende bespreking van de werking.The construction of the top thin film region along IX-IX 25. of Fig. 14 is similar to that shown in section in Fig. 9 (however, reference numerals are different). The zig-zag structure in the third dimension (in and out of the paper in Fig. 14) of the polysilicon and aluminum electrodes and the connection of an aluminum electrode with its associated polysilicon electrode are shown in section 30-XV and XVI-XVI in FIG. 14. These cross sections are shown in FIGS. 15 and 16, respectively. All three figures can be referred to in the following discussion of the operation.
Voor het doel van deze bespreking wordt aangenomen, dat in responsie op een impuls, een lading bij A fig. 14 zich in het bovenste 35 schuifregister onder de elektrode 40-lb van het tweetal 40-lb, '40-la heeft verzameld. Opgemerkt wordt, dat de constructie van dit elektrode- ... · .. ,For the purpose of this discussion, it is believed that in response to an impulse, a charge at A FIG. 14 has accumulated in the upper shift register below the 40-lb, 40-lb-electrode electrode. It should be noted that the construction of this electrode ... · ..,
i Ii I
-27- paar gelijk is aan die besproken in verband met fig. 9 zodanig, dat de cotentiaaiput asymmetrisch is. In responsie op de faze-2 impuls verplaatst de lading, opgeslagen onder elektrode 40-lb zich naar rechts en wordt opgeslagen bij 3 onder de elektrode 40-2b van het eerstvolgende 5 elektrodepaar 40-2a, 40-2b. In responsie op de eerstvolgende φ^ impuls, blijft deze lading zich naar rechts verplaatsen en wordt bij C onder de elektrode 4Q-3b van het paar 40-3a, 40-3b enz. opgeslagen. Wanneer een lading het einde van het schuifregister (niet weergegeven in fig. 14) bereikt, voert een lading regenererende keten (weergegeven en later IQ besproken) een lading of haar complement (afhankelijk van de gebruikte regenererende keten) aan het eerstvolgende schuifregister toe. De richting waarin het iadingssignaal stroomt, wordt aangegeven door de onderbroken lijn 42.The pair is similar to that discussed in connection with Fig. 9 such that the potential well is asymmetrical. In response to the phase 2 pulse, the charge stored under electrode 40-lb moves to the right and is stored at 3 under electrode 40-2b of the next 5 electrode pair 40-2a, 40-2b. In response to the next φ ^ impulse, this charge continues to move to the right and is stored at C under the electrode 4Q-3b of the pair 40-3a, 40-3b etc. When a charge reaches the end of the shift register (not shown in Fig. 14), a charge regenerating circuit (shown and discussed later IQ) feeds a charge or its complement (depending on the regenerating chain used) into the next shift register. The direction in which the charge signal flows is indicated by the broken line 42.
Voor het doel van de onderhavige uiteenzetting wordt aangenomen, 15 dat deze lading gedurende faze 1 tijd (gedurende de negatieve impuls φ^) bij het gebied E onder de elektrode 40-4b van het tweetal 40-4a, 40-4b is aangekomen. Het zou duidelijk zijn, dat nu de asymmetrierichting van de potentiaalput is omgekeerd. Bij E bevindt de aluminiumelektrode 40-4a zich rechts van haar bijbehorende elektrode 40-4b, terwijl bij D 20 de aluminiumelektrode 40-4a zich links van haar bijbehorende elektrode 4Q-4b bevindt. Derhalve zal in responsie op de eerstvolgende impuls de bij Ξ opgeslagen -lading zich naar links naar F verplaatsen.For the purpose of the present explanation, it is assumed that this charge has arrived at phase E under the electrode 40-4b of the pair 40-4a, 40-4b during phase 1 time (during the negative pulse φ ^). It would be understood that the asymmetry direction of the potential well is now reversed. At E, the aluminum electrode 40-4a is to the right of its associated electrode 40-4b, while at D 20, the aluminum electrode 40-4a is to the left of its associated electrode 4Q-4b. Therefore, in response to the next impulse, the charge stored at Ξ will move to the left towards F.
Uit het bovenstaande zal het duidelijk zijn, dat het met de constructie van fig. 14 mogelijk is, op een enkele substraat een aantal 25 schuifregisters aan te brengen (zoals schematisch weergegeven in fig. 2), die de werking van één, zeer lang schuifregister simuleren. Zoals reeds werd opgemerkt en zoals in het kort zal worden besproken, kunnen middelen, die de uitgangsklem van elk schuifregister met de ingangsklem van het volgende schuifregister verbinden, op hetzelfde substraat als de re-30 gisters zijn geïntegreerd. Wat betreft de afmeting versus opslagcapaciteit is het, indien elke opslagplaats een gebied van bijvoorbeeld 4 25 - 50 micron inneemt, mogelijk een 10 bitregister op een substraat te hebben met een oppervlakte van 2,5 mm x 2,5 mm.From the above it will be clear that with the construction of fig. 14 it is possible to arrange a number of shift registers on a single substrate (as schematically shown in fig. 2), which show the operation of one, very long shift register simulate. As already noted and as will be briefly discussed, means connecting the output terminal of each shift register to the input terminal of the next shift register may be integrated on the same substrate as the registers. Regarding size versus storage capacity, if each storage location occupies an area of, for example, 4 - 50 microns, it is possible to have a 10 bit register on a substrate with an area of 2.5 mm x 2.5 mm.
Het vervaardigingsproces, dat later zal worden besproken is ge-35 lijk aan dat hetwelk gebruikt wordt bij het vervaardigen van silicium-stuur MOS-veldeffecttransistors en is welbekend. Elke opslagplaats ver-The manufacturing process, which will be discussed later, is similar to that used in the manufacture of silicon control MOS field effect transistors and is well known. Each warehouse is
A IA I
-28- eist slechts een enkel element (een enkele lading opslagcondensator) bij elke plaats in tegenstelling met de eis bijvoorbeeld van 4 of 6 transistors per plaats, gebruikt in vele geheugens, die nu in de handel verkrijgbaar zijn.-28- requires only a single element (a single charge storage capacitor) at each site as opposed to the requirement, for example, of 4 or 6 transistors per site, used in many memories now commercially available.
5 Een tweede uitvoeringsvorm van een twee-dimensionale constructie is weergegeven in fig. 17. Zij bevat een n-type siliciumsubstraat 43, een siliciumdioxydelaag 44, die in bepaalde gebieden dik is en in andere dun is, en p+ type polysiliciumlijnen 65 - 69, die zich op het silicium-dioxyde bevinden. De doorsnedeaanzichten van fig. 18 en 19 zullen de 10 lezer helpen zich een beeld te vormen van de constructie. Het dunne-filmgebied (doorsnede IX'-IX', is in doorsnede gelijk aan fig. 9).A second embodiment of a two-dimensional construction is shown in Fig. 17. It contains an n-type silicon substrate 43, a silicon dioxide layer 44, which is thick in certain areas and thin in others, and p + type polysilicon lines 65 - 69, which are on the silicon dioxide. The cross-sectional views of Figures 18 and 19 will help the reader visualize the construction. The thin film region (section IX'-IX ', is similar in section to Fig. 9).
Het laatste gedeelte van de constructie, dat zich op het bovenste oppervlak van fig, 17 bevindt, bevat de aluminiumlijnen 50 en 52. Deze strekken zich uit naar de interdigitale constructie, bijvoorbeeld 15 in het ene geval lippen 53 - 58, en in een ander geval lippen 59 - 63 als een tweede voorbeeld. De lijn 50 is verbonden met de spanningsbron en de lijn 52 is verbonden met de spanningsbron. De lijn 50 is verbonden met afwisselende polysiliciumelektroden 66 en 68 en de lijn 52 is verbonden met afwisselende polysiliciumelektroden 65, 67 en 69 in 20 beide gevallen op dezelfde wijze als reeds werd besproken onder verwijzing naar fig. 14.The last part of the construction, which is on the top surface of Fig. 17, contains the aluminum lines 50 and 52. These extend to the interdigital construction, for example 15 in one case lips 53 - 58, and in another case lips 59-63 as a second example. Line 50 is connected to the voltage source and line 52 is connected to the voltage source. The line 50 is connected to alternating polysilicon electrodes 66 and 68 and the line 52 is connected to alternating polysilicon electrodes 65, 67 and 69 in both cases in the same manner as already discussed with reference to Fig. 14.
Bij een opslagplaats zou bijvoorbeeld een fase-1 paar elektroden de lip 75 en de elektrode 68 zijn; het eerstvolgende elektrode-paar, een faze-2 paar, bestaande uit de lip 56 en de elektrode 67; het 25 eerstvolgende paar is een faze-1 paar en bestaat uit de lip 74 en de elektrode 66 enz..For example, at a storage location, a phase-1 pair of electrodes would be the lip 75 and the electrode 68; the next electrode pair, a phase-2 pair, consisting of the lip 56 and the electrode 67; the next pair is a phase-1 pair and consists of the lip 74 and the electrode 66, etc.
Tijdens de werking van de inrichting volgens fig. 17 zal, indien een lading oorspronkelijk wordt opgeslagen onder het elektrodepaar 75-78 gedurende een faze-1 impuls, gedurende de eerstvolgende faze-2 impuls, 30 de lading zich naar links riaar een plaats onder het elektrodepaar 56-67 verplaatsen; gedurende de eerstvolgende faze-impuls, zal de lading voortgaan zich naar links te verplaatsen en zal onder het elektrodepaar 74, 66 worden opgeslagen enz. Derhalve zal in het register langs de lijn IX'-IX' de opgeslagen lading zich. naar links voortplanten. Anderzijds 35 is het duidelijk, dat voor het eerstvolgende schuifregister, dat begrensd wordt door lippen 53, 60, 55, enz. elke opgeslagen lading zich ' f‘" . - A i • * ï ' ‘ - I * -29- naar rechts voortplanten zal. Met andere woorden, evenals in de uitvoeringsvorm van fig. 9 zal, indien elk stel lippen langs een horizontale lijn als een schuifregister wordt beschouwd, de twee-faze negatieve spanningsimpulsen, toegevoerd aan de elektroden 50 en 52 ladingen zich 5 in tegengestelde richtingen in opeenvolgende registers laten voortplanten.During the operation of the device of FIG. 17, if a charge is originally stored under the electrode pair 75-78 during a phase-1 pulse, during the next phase-2 pulse, the charge will move to the left under the move electrode pair 56-67; during the next phase impulse, the charge will continue to move to the left and will be stored below the electrode pair 74, 66, etc. Therefore, the stored charge will be stored along the line IX'-IX '. propagate to the left. On the other hand, it is clear that for the next shift register, which is bounded by lips 53, 60, 55, etc., each stored charge is "f". In other words, as in the embodiment of Figure 9, if each set of lips along a horizontal line is considered a shift register, the two phase negative voltage pulses applied to the electrodes 50 and 52 charges will be in opposite directions. propagate directions in successive registers.
Een schuifregister, dat voorzien is van de constructie van fig.A shift register, which is provided with the construction of fig.
11 of fig. 12 is weergegeven in fig. 20. Zij bevat een gemeenschappelijke geleider 90, die verbonden is met interdigitale lippen 91, 92, 93, 10 elk bestaande uit één elektrode van een paar. De polysiliciumelektrode 94 is de tweede elektrode van het paar 91, 94; de polysiliciumelektrode 95 is de tweede elektrode van het paar 92, 95. De polysiliciumelektroden 94 en 95 zijn bij 96 en 97 rechtstreeks verbonden met de aluminium-geleider 98. De faze-2 elektroden zijn wat de constructie betreft, ge- 15 lijk aan en symmetrisch met de faze-1 elektroden en bevinden zich op de plaatsen zoals weergegeven.11 or FIG. 12 is shown in FIG. 20. It includes a common conductor 90 connected to interdigital tabs 91, 92, 93, 10 each consisting of one electrode of a pair. The polysilicon electrode 94 is the second electrode of the pair 91, 94; the polysilicon electrode 95 is the second electrode of the pair 92, 95. The polysilicon electrodes 94 and 95 are directly connected to the aluminum conductor 98 at 96 and 97. The phase 2 electrodes are similar in construction and symmetrical with the phase-1 electrodes and are positioned as shown.
Evenals in de vorige reeds eerder besproken inrichtingen bevat het gedeelte van de constructie van fig. 20, waarop opgeslagen ladingen zich voortplanten, bij XI'-XI' een dunne-film siliciumdioxydegebied.As in the previous devices discussed previously, the portion of the structure of FIG. 20 on which stored charges propagate at XI'-XI 'contains a thin film silicon dioxide region.
20 De dwarsdoorsnede langs dit dunne-filmgebied lijkt op die van fig. 11. Alternatief kan de doorsnede zijn zoals die weergegeven in fig. 12. De werking van het schuifregister van fig. 20 is vrij gelijk aan die van de reeds eerder besproken uitvoeringsvormen.The cross section along this thin film region resembles that of Fig. 11. Alternatively, the cross section may be as shown in Fig. 12. The operation of the shift register of Fig. 20 is quite similar to that of the previously discussed embodiments.
De constructie van fig, 20 is enigszins onefficiënt, gezien 25 vanaf het gezichtpunt van de verpakkingsdichtheid. Extra ruimte is nodig voor de geleiders 98 en 98’. Desondanks zijn wijzigingen van deze constructie, zoals weergegeven in fig. 21 bruikbaar en economisch. In deze figuur vormt in het gebied 100 elke polysiliciumelektrode, zoals 104b een aantal opslagplaatsen in plaats van dan een enkele dergelijke plaats-30 Dit is weergegeven in fig. 22, die een doorsnede is volgens de lijn XXII-XXII van fig. 21.The construction of Fig. 20 is somewhat inefficient from the viewpoint of packaging density. Extra space is required for conductors 98 and 98 ". Nevertheless, modifications of this construction, as shown in Fig. 21, are useful and economical. In this figure, in the region 100, each polysilicon electrode, such as 104b, forms a plurality of stores rather than a single such location. This is shown in Figure 22, which is a section taken along line XXII-XXII of Figure 21.
Tijdens de werking van de inrichting, weergegeven in fig. 21 is er een aantal brcnelektroden (niet weergegeven) die in het eerste "elek-trodepaar" een aantal ladingen invoeren, overeenkomende met één informa-35 tiebyte. Bijvoorbeeld kan elke polysiliciumelektrode van een paar acht of meer dunne siliciumdioxydefilmgebieden 104 van fig. 22 bevatten,During the operation of the device shown in Fig. 21, there are a plurality of source electrodes (not shown) which input a number of charges into the first "electrode pair" corresponding to one information byte. For example, each polysilicon electrode of a pair of eight or more silicon dioxide thin film regions 104 of FIG. 22 may contain,
M t. SM t. S
. : j ~} i ï -30- waaronder 8 bits informatie respectievelijk kunnen worden opgeslagen.. : j ~} i ï -30- under which 8 bits of information can be stored respectively.
Deze bits, aangegeven door de aanwezigheid of afwezigheid van lading bijvoorbeeld worden een byte tegelijk van het ene elektrodepaar naar een ander elektrodepaar verschoven. Zij (8 bits) kunnen bijvoorbeeld 5 van het elektrodepaar 104-la, 104-lb'worden verschoven naar het elektrodepaar 104-2a, 1C4-2b, waarbij in elk geval de a elektrode de aluminium-elektrode op het oppervlak en de b elektrode de polysiliciumelektrode is.For example, these bits, indicated by the presence or absence of charge, are shifted one byte at a time from one electrode pair to another electrode pair. For example, they (8 bits) can be shifted 5 from the electrode pair 104-la, 104-lb 'to the electrode pair 104-2a, 1C4-2b, in which case at least the a electrode is the aluminum electrode on the surface and the b electrode the polysilicon electrode.
Indien getracht wordt een signaal langs een betrekkelijk lange polysiliciumlijn, die zich op een korte afstand van een siliciumsub-10 straat bevindt te zenden, zal er een aanzienlijke vertraging in de signaaloverdracht optreden. De reden hiervoor is, dat de polysiliciumlijn een betrekkelijk hoge plaatweerstand in de orde van grootte van 10 - 20 ohm per vierkant heeft, zodat de lijn er uitziet als een weerstand-condensatoroverdracht- of vertragingslijn, waarbij de "condensator" de 15 verdeelde capaciteit tussen de lijn en het substraat is. De oplossing voor dit probleem in de inrichtingen van de fig. 20 en 21 is een aantal betrekkelijk korte polysiliciumlijnen, zoals 94 en 95 van fig. 20 te gebruiken, die alle parallel zijn geschakeld met een betrekkelijk goed geleidende lijn, zoals de aluminiumlijn 98, die zich op een vrij grote 20 afstand (10.000 A of meer) van het substraat bevindt.If an attempt is made to transmit a signal along a relatively long polysilicon line located a short distance from a silicon substrate, there will be a significant delay in signal transmission. The reason for this is that the polysilicon line has a relatively high sheet resistance on the order of 10 - 20 ohms per square, so that the line looks like a resistor capacitor transfer or delay line, the "capacitor" being the divided capacitance between the line and the substrate. The solution to this problem in the devices of Figs. 20 and 21 is to use a number of relatively short polysilicon lines, such as 94 and 95 of Fig. 20, all of which are connected in parallel with a relatively good conducting line, such as the aluminum line 98, which is quite a distance (10,000 A or more) from the substrate.
De inrichting volgens fig. 23 lost het bovengenoemde probleem op een andere wijze op, waarbij geen extra ruimte wordt vereist. Kier bestaat het schuifregister uit een interdigitale constructie gelijk aan die weergegeven in fig. 20 en in doorsnede weergegeven in fig. 11 en het 25 polysiliciumgedeelte omvat tevens een interdigitale constructie. De geleider analoog aan 98 van fig. 20 bestaat uit een stuk polysiliciumlijn, zoals 106, die met haar gehele omvang onder de overeenkomstige aluminiumlijn 108 ligt. De afstand f (fig. 24) tussen deze twee lijnen kan in de orde van grootte van 500 - 1.000 A bedragen, hetgeen minder is dan of 30 vergelijkbaar is met de afstand a (fig. 11) tussen de polysiliciumlijn en het substraat in het dunne siliciumdioxydegebied. De afstand tussen de polysiliciumlijn 106 en het substraat in het dikke siliciumdioxydegebied (afmeting q, fig. 24) kan in de orde van grootte van 10.000 A of meer bedragen.The device of Fig. 23 solves the above-mentioned problem in a different way, whereby no extra space is required. Kier, the shift register consists of an interdigital construction similar to that shown in FIG. 20 and sectioned in FIG. 11, and the polysilicon portion also includes an interdigital construction. The conductor analogous to 98 of FIG. 20 consists of a length of polysilicon line, such as 106, which, in its entirety, lies below the corresponding aluminum line 108. The distance f (fig. 24) between these two lines may be of the order of 500 - 1,000 Å, which is less than or comparable to the distance a (fig. 11) between the polysilicon line and the substrate in the thin silicon dioxide area. The distance between the polysilicon line 106 and the substrate in the thick silicon dioxide region (dimension q, Fig. 24) may be of the order of 10,000 Å or more.
35 Het resultaat van de bovengenoemde geometrie is, dat de capaci teit tussen de polysiliciumlijn en de aluminiumelektrode aanzienlijk ;-v «5 η .; λThe result of the above geometry is that the capacitance between the polysilicon line and the aluminum electrode is considerable; λ
f ' ;«Bf '; «B
i t -31- groter wordt gemaakt dan die tussen de polysiliciumlijn en het substraat.i t -31- is made larger than that between the polysilicon line and the substrate.
De reden hiervoor is, dat er een veel groter gebied van polysilicium is, dat zich over een kleine afstand van het aluminium bevindt, dan dat er een vergelijkbare afstand ten 'opzichte van het substraat is. Bovendien 5 kan de constructie, zoals bovenstaand reeds werd opgemerkt, zodanig zijn, dat de polysiliciumlijn, die het dichtst- bij het siliciumsubstraat komt, 1.000 - 2.000 A bedraagt, terwijl de afmeting f 500 A kan zijn.The reason for this is that there is a much larger area of polysilicon which is a small distance from the aluminum than there is a comparable distance from the substrate. In addition, as noted above, the construction may be such that the polysilicon line closest to the silicon substrate is 1,000-2,000 A, while the size may be 500 A.
De koppeling tussen een aluminiumlijn en haar overeenkomstige 10 polysiliciumlijn kan ook op andere wijze worden vergroot. Bijvoorbeeld kan de siliciumdioxydelaag van fig. 24 worden vervangen door bijvoorbeeld een laag met een dikte van 500 A van siliciumnitride of ander diêlektrisch materiaal, dat een hogere diêlektrische constante heeft dan siliciumdioxyde. Als een ander alternatief kan de siliciumdioxydelaag 15 worden vervangen door een vrij dun gedoteerd oxyde, dat een neiging heeft een PN junctie te vormen aan het oppervlak van het polysilicium, waardoor rechtstreekse kortsluitingen worden gemeten als gevolg van de speldengaten, die als gevolg van het zeer dunne oxyde kunnen ontstaan, die minder dik dan 500 A kan zijn.The coupling between an aluminum line and its corresponding polysilicon line can also be increased in other ways. For example, the silicon dioxide layer of FIG. 24 can be replaced by, for example, a 500Å thick layer of silicon nitride or other dielectric material, which has a higher dielectric constant than silicon dioxide. As another alternative, the silicon dioxide layer 15 can be replaced with a fairly thinly doped oxide, which tends to form a PN junction at the surface of the polysilicon, thereby measuring direct short circuits due to the pinholes, due to the very thin oxide can be formed, which can be less than 500 A.
20 Met de constructie, ingericht als bovenstaand besproken, worden de aluminiumlijnen vanaf een wisselspanningsstandpunt gezien, vastgekoppeld met de respectievelijke polysiliciumlijnen. Wanneer derhalve bijvoorbeeld een Φ^ impuls aan de lijn 108' wordt toegevoerd, wordt zij "ogenblikkelijk'' capacitief gekoppeld met de polysiliciumlijn 1061, 25 terwijl gelijktijdig de twee lijnen wat de spanning betreft ten opzichte van elkaar op de reeds eerder besproken wijze in verband met vroegere uitvoeringsvormen zijn versprongen.With the structure, arranged as discussed above, the aluminum lines seen from an AC voltage standpoint are coupled to the respective polysilicon lines. Thus, for example, when an impulse is applied to line 108 ', it is capacitively coupled "instantaneously" to polysilicon line 1061, while simultaneously the two lines are voltage to each other in the manner previously discussed in connection with each other. have staggered with earlier embodiments.
Een twee-dimensionaal stelsel, dat volgens de beginselen, besproken in verband met de fig. 23 en 24 werkt, is in fig. 25 weergegeven.A two-dimensional system operating according to the principles discussed in connection with Figures 23 and 24 is shown in Figure 25.
30 Dit stelsel heeft nagenoeg dezelfde verpakkingsdichtheid als de inrichting van fig. 17 en het gebruikt een spanningsverspringing, zoals in de constructie, besproken in verband met deze figuur en de fig. 11 en 12. Evenals in vroegere inrichtingen zijn er dunne siliciumdioxydefilm- en dikke siliciumdioxvdefilmgebieden. Dergelijke dunne filmgebieden zijn 35 bijvoorbeeld aanwezig bij XI-XI in fig. 25. De doorsnede bij deze ge-. bieden kan zijn zoals weergegeven in fig. 11 of zoals weergegeven in λ ' ·; 1 } -32- fig. 12. De dikke filmgebieden bevinden zich tussen de dunne filmgebieden. Twee dwarsdoorsneden langs de lijnen XXVII-XXVII respectievelijk XXVIII-XXVIII, die in de fig. 27 en 28 zijn weergegeven, zijn beide de dikke en dunne filmgebieden.This system has substantially the same packing density as the device of Figure 17 and it uses a voltage offset, as in the construction, discussed in connection with this Figure and Figures 11 and 12. As in previous devices, there are thin silicon dioxide film and thick silicon dioxide film areas. Such thin film areas are present, for example, at XI-XI in Fig. 25. The cross-section at these. bidding can be as shown in Fig. 11 or as shown in λ '·; 1} -32- Fig. 12. The thick film areas are located between the thin film areas. Two cross sections along lines XXVII-XXVII and XXVIII-XXVIII, respectively, shown in Figures 27 and 28, are both the thick and thin film areas.
5 Een extra van belang zijnd kenmerk in fig. 25 is de wijze waar op de twee fazespanningen naar de lippen van het stelsel worden geleid. Indien bijvoorbeeld de faze-1 spanning wordt genomen, deze wordt rechtstreeks via de aluminiumgeleider 116 naar de alternatieve aluminium-lijnen 118, 120, 124 geleid. De meer negatieve faze-1 spanning wordt via 10- de aluminiumgeleider 126 naar de polysiliciumlijn 128 langs de gehele omvang van deze lijn geleid. Deze direkte verbinding is duidelijker weergegeven in fig. 26, die een doorsnede is volgens de lijn XXVI-XXVI van fig. 25. De lange polysiliciumlijn 128 is parallel geschakeld met de polysiliumlijnen 118a, 120a, 124a. Een soortgelijke constructie 15 wordt gebruikt voor de faze-2 spanning.An additional feature of interest in FIG. 25 is the manner in which the two phase voltages are conducted to the lips of the system. For example, if the phase 1 voltage is taken, it is conducted directly through the aluminum conductor 116 to the alternative aluminum lines 118, 120, 124. The more negative phase-1 voltage is conducted through 10th aluminum conductor 126 to polysilicon line 128 along the entire extent of this line. This direct connection is more clearly shown in Figure 26, which is a section taken along line XXVI-XXVI of Figure 25. The long polysilicon line 128 is connected in parallel with the polysilium lines 118a, 120a, 124a. A similar construction 15 is used for the phase-2 voltage.
In de inrichting van fig. 25, evenals in de inrichting van fig. 23 is de capaciteit tussen elke aluminiumlijn, zoals 118 en de overeenkomstige polysiliciumlijn, zoals de lijn 118a veel groter gemaakt dan die tussen de polysiliciumlijn en het substraat. De reden hiervan is de 20 betrekkelijk kleine afstand tussen de lijnen 118 en 118a over een betrekkelijk groot oppervlaktegebied juist zoals in verband.met fig. 23 werd besproken.In the device of Fig. 25, as well as in the device of Fig. 23, the capacitance between each aluminum line, such as 118, and the corresponding polysilicon line, such as the line 118a, is made much larger than that between the polysilicon line and the substrate. The reason for this is the relatively small distance between lines 118 and 118a over a relatively large surface area just as discussed in connection with Fig. 23.
De werking van de inrichting volgens fig. 25 zal duidelijk zijn uit datgene wat reeds in verband met fig. 23 werd besproken. Een lading 25- kan in een schuifregister worden ingevoerd op de wijze die in verband met het ingangseinde van het stelsel werd besproken. Wanneer deze lading eenmaal in een schuifregister aanwezig is, verplaatst zij zich in één richting (naar rechts) in het allerbovenste schuifregister; zij verplaatst zich in de tegengestelde richting (naar links) in het eerst-30 volgende schuifregister enz.. De koppelingen tussen de registers bevatten regenererende ketens, die in het kort zullen worden besproken. Koppeling tussen aangrenzende schuifregisters van het stelselThe operation of the device of Fig. 25 will be apparent from what has already been discussed in connection with Fig. 23. A charge 25- can be entered into a shift register in the manner discussed in connection with the input end of the system. Once present in a shift register, this charge moves in one direction (to the right) in the topmost shift register; it moves in the opposite direction (to the left) in the next shift register, etc. The links between the registers contain regenerating chains, which will be discussed briefly. Coupling between adjacent system shift registers
Fig. 29 toont in doorsnede de koppeling tussen het uitgangs-einde van het ene register en het ingangseinde van een tweede register. 35 Voor het doel van de onderhavige bespreking zijn de platen of elektroden 14-(n-l), 14-n, 16-0, enz. eenvoudig als enkelvoudige elementen weer- X * -33- gegeven. Hun daadwerkelijke constructie kan gelijk zijn aan die welke reeds werd besproken in verband met de fig. 9, 11 en 12 en zal later worden besproken en weergegeven. Het substraat 10 is een gewone substraat en de siliciumdioxydelaag 12 is eveneens een gewone laag.Fig. 29 is a sectional view of the coupling between the output end of one register and the input end of a second register. For the purpose of the present discussion, the plates or electrodes 14- (n-1), 14-n, 16-0, etc. are simply shown as X * -33- as single elements. Their actual construction may be similar to that already discussed in connection with Figures 9, 11 and 12 and will be discussed and illustrated later. The substrate 10 is an ordinary substrate and the silicon dioxide layer 12 is also an ordinary layer.
5 De nieuwe constructie van fig. 29 die niet eerder is weergegeven, is voorzien van een drijvend gebied of junctie F en een afvoer D, die beide in het substraat zijn gevormd. Deze zijn sterk gedoteerde p+ sili-ciumgebieden gelijk aan ce bron S^, weergegeven in de fig. 4 en 7. De drijvende junctie F en de afvoer D komen overeen met de bron, respec-10 tievelijk met de afvoerelektroden van een metaalcxydehalfgeleider MOS-transistor en de elektrode 14-(n+l) komt overeen met de stuurelektrode van een dergelijke transistor. De afvoer D is verbonden met een span— ningsvoeding V , die een spanning van een waarde, bijvoorbeeld -10 volt levert..The new construction of Fig. 29, not shown before, includes a floating area or junction F and a drain D, both of which are formed in the substrate. These are highly doped p + silicon regions equal to the source S ^ shown in Figures 4 and 7. The floating junction F and the drain D correspond to the source and the drain electrodes of a metal oxide semiconductor MOS-, respectively. transistor and the electrode 14- (n + 1) corresponds to the control electrode of such a transistor. The drain D is connected to a voltage supply V, which supplies a voltage of a value, for example -10 volts.
15 Het ingangseinde van het eerstvolgende schuifregister is voor zien van een bron S2 en een stuurelektrode 17, waarvan de functie en structuur gelijk zijn aan die van de bron en stuurelektrode 14-0, die respectievelijk in vorige figuren zijn weergegeven. De functie van de elektrode 17, bestuurd door de spanningsimpuls is te zorgen voor 20 de tempering voor de overdracht van het ladingssignaal vanuit de bron 52 naar de potentiaalput onder de eerste elektrode 16-1. Z-oals reeds eerder werd beschreven kan deze potentiaalput onder de eerste elektrode van het tweede schuifregister met lading in een vooraf bekende omvang worden gevuld zodanig, dat haar oppervlaktespanning de spanning van de 25 bron 5^ benadert, dat wil zeggen de spanning van de voeding V^, die een waarde kan hebben zoals bijvoorbeeld -5 volt.The input end of the next shift register is provided with a source S2 and a control electrode 17, the function and structure of which are the same as that of the source and control electrode 14-0, which are shown in previous figures, respectively. The function of the electrode 17, controlled by the voltage pulse, is to provide the timing for the transfer of the charge signal from the source 52 to the potential well below the first electrode 16-1. As previously described, this potential well below the first electrode of the second shift register can be charged with charge in a previously known magnitude such that its surface voltage approaches the voltage of the source 5, ie the voltage of the power supply V ^, which can have a value such as -5 volts.
Fig. 29 toont tevens enige van de capaciteiten in het stelsel.Fig. 29 also shows some of the capabilities in the system.
Deze worden onderstaand gedefinieerd en hun betekenis in de werking van het stelsel zal later in het kort worden besproken.These are defined below and their significance in the operation of the system will be briefly discussed later.
30 = de capaciteit tussen de elektrode 14-n en30 = capacitance between electrode 14-n and
de drijvende junctie Fthe floating junction F
C, = de capaciteit tussen de terugstelelektrode bC, = the capacitance between the reset electrode b
14-(n+l) en de junctie F14- (n + 1) and the junction F
C3 = de capaciteit tussen de junctie F en de substraat 10 35 C4 = de capaciteit tussen de stuurelektrode 16-0 en de substraat 10 S ·-.* * . 3 tl -34- = de capaciteit tussen de substraat 10 en de geleider 140, die de juncties F met de stuurelektrcde 16-0 verbindt C = C + C, + C ' + C. + C_ = de totale effectieve F a b 3 4 5 5 capaciteit van de drijvende junctie F.C3 = the capacitance between the junction F and the substrate 10 C4 = the capacitance between the control electrode 16-0 and the substrate 10 S -. * *. 3 tl -34- = the capacitance between the substrate 10 and the conductor 140, which connects the junctions F to the control electrode 16-0 C = C + C, + C '+ C. + C_ = the total effective F ab 3 4 5 5 capacity of the floating junction F.
De werking van het stelsel van fig. 29 zal eerst worden besproken voor hèt geval, waarin de capaciteiten en aanzienlijk kleiner zijn dan C . Verder zal voor het doel van deze uiteenzetting worden aangenomen, dat de schuifregisters worden bedreven met een 3-faze-spannings-10 bron, aangezien dit een van de meer eenvoudige werkmodi is. De werking van andere constructies met 4-faze-spanningsbronnen en 2-faze-spannings-bronnen zal later worden beschreven.The operation of the system of Fig. 29 will be discussed first for the case where the capacities are considerably less than C. Furthermore, for the purpose of this explanation, it will be assumed that the shift registers are operated with a 3 phase voltage source, as this is one of the more simple operating modes. The operation of other structures with 4-phase voltage sources and 2-phase voltage sources will be described later.
De golfvormen, gebruikt tijdens de werking van de schakeling van fig. 29 zijn in fig. 31 weergegeven. Fig. 30 laat op een schema-15 tische wijze de potentiaalputten zien, die gevormd worden en de wijze waarop lading in responsie op het toevoeren van de golfvorm van fig. 31 wordt overgebracht.The waveforms used during the operation of the circuit of Figure 29 are shown in Figure 31. Fig. 30 schematically illustrates the potential wells that are formed and the manner in which charge is transferred in response to the feeding of the waveform of FIG. 31.
Fig. 30(a) laat de werking zien gedurende de φ2 impuls (tijdstipFig. 30 (a) shows the operation during the φ2 impulse (time
t van fig. 31). Een terugstelimpuls V , die bij voorkeur meer negatief X Rt of Fig. 31). A reset pulse V, which is preferably more negative X R.
20 is dan de voedingsspanning V valt samen met de negatieve φ2 impuls.20 is then the supply voltage V coincides with the negative φ2 pulse.
Fig. 30(a) toont, dat een lading 142 in de potentiaalput onder de elektrode 14-(n-l) in responsie op de φ2 impuls is opgezameld. SamenvallendFig. 30 (a) shows that a charge 142 is collected in the potential well below the electrode 14- (n-1) in response to the φ2 pulse. Coinciding
heeft de -15 volt V impuls, toegevoerd aan de terugstelelektrode Rhas the -15 volt V pulse applied to the reset electrode R.
14-(n+l) een laag impedantiekanaal, schematisch aangegeven met 144 tus-25 sen de bron F en de af voerelektrode D tot stand gebracht, dat het gebied F op een referentiespanning terugstelt dicht bij de waarde van V^, terwijl de lading, opgezameld in F gedurende de vorige cyclus naar de af-voerelektrode D wordt overgebracht.14- (n + 1) a low impedance channel, schematically indicated by 144 between the source F and the drain electrode D, which resets the region F to a reference voltage close to the value of V ^, while the charge accumulated in F during the previous cycle is transferred to the drain electrode D.
Fig. 30(b) laat de situatie zien, nadat de faze-2 impuls is be-30 eindigd en de faze-3 impuls φ^ is begonnen. Het tijdstip kan van fig. 31 zijn. De lading die daarvoor aanwezig was onder de elektrode 14-(n-l) is overgelopen in de gecombineerde potentiaalput onder de elektrode 14-n en de junctie F. In het gegeven voorbeeld is de put onder de elektrode 14-n dieper dan die onder de elektrode F (14-n bevindt zich 35 op -15 volt en F bevindt zich op ongeveer -10 volt), zodat de lading een neiging heeft zich in het eerstgenoemde gebied van de potentiaalbron te t * -35- verzameien, zoals weergegeven. Gedurende deze tijd t0 bedraagt de terug-steispanning V 0 volt. Derhalve is er geen potentiaalbarrière tot stand gebracht onder de terugsteielektrode of, anders gezegd het kanaal tussen de junctie. F en de afvoer D bevindt zich in zijn hoge impedantietoestand, 5 Indien man F als een bron beschouwt, is de elektrode 14-(n+l) een stuur-elektrode en is D een afvoerelektrode, dit alles van een MOS-transistor, welke transistor is afgeschakeld, en niets van de lading passeert naar D.Fig. 30 (b) shows the situation after the phase-2 pulse has ended -30 and the phase-3 pulse φ ^ has started. The time can be from Fig. 31. The charge previously present under the electrode 14- (nl) spilled into the combined potential well under the electrode 14-n and the junction F. In the example given, the well under the electrode 14-n is deeper than that under the electrode F (14-n is at -15 volts and F is at about -10 volts), so that the charge tends to collect in the former region of the potential source, as shown. During this time t0, the return voltage V is 0 volts. Therefore, no potential barrier has been established under the return electrode or, in other words, the channel between the junction. F and the drain D is in its high impedance state. If man considers F as a source, the electrode 14- (n + 1) is a control electrode and D is a drain electrode, all of this from a MOS transistor. transistor is turned off, and none of the charge passes to D.
Wanneer de eerstvolgende impuls optreedt, is de situatie zoals weergegeven in fig. 30(c). Deze figuur laat zien, dat na de positieve 10 overgang van de impuls φ. (zoals op het tijdstip t in fig. 31), deWhen the next impulse occurs, the situation is as shown in Fig. 30 (c). This figure shows that after the positive transition of the impulse φ. (as at time t in Fig. 31), the
«JJ
lading, indien aanwezig onder een elektrode 14-n, naar de drijvende junctie F zal worden overgebracht. Aannemende, dat de lading aanwezig is aan de drijvende junctie F, wordt de potentiaal van deze drijvende junctie betrekkelijk positief (daadwerkelijk wordt zij minder negatief).charge, if present under an electrode 14-n, will be transferred to the floating junction F. Assuming that the charge is present at the floating junction F, the potential of this floating junction becomes relatively positive (it actually becomes less negative).
.15 Wanneer deze drijvende junctie rechtstreeks is verbonden met de stuur- elektrode 16-0, brengt zij deze stuurelektrode op een betrekkelijk positieve spanning, zodat de potentiaalput onder deze elektrode zeer ondiep wordt. Deze ondiepe potentiaalput werkt als een.spanningsbarrière. Gedurende deze zelfde periode, zoals bijvoorbeeld van fig. 31, wordt 20 de puls toegevoerd. Deze impuls laat een geleidingskanaal zich uitstrekken vanaf de toevoerelektrode S, die zich op een spanning van -5 volt bevindt, na een gebied van de substraat onder de elektrode 17. Wanneer de stuurelektrode 16-0 zich op een aanzienlijk meer positieve spanning dan V^-5 volt bevindt, de spanning van het geleidende kanaal, 25 kunnen de ladingen uit de bron niet in de potentiaalput vloeien, die ontstaan is onder de elektrode 16-1 door de negatieve φ^ spannings-impuls, die aan deze elektrode werd toegevoerd..15 When this floating junction is directly connected to the control electrode 16-0, it applies this control electrode to a relatively positive voltage, so that the potential well below this electrode becomes very shallow. This shallow potential well acts as a voltage barrier. During this same period, as for example of Fig. 31, the pulse is applied. This pulse allows a conduction channel to extend from the supply electrode S, which is at a voltage of -5 volts, after an area of the substrate below the electrode 17. When the control electrode 16-0 is at a considerably more positive voltage than V ^ -5 volts, the voltage of the conductive channel, the charges from the source cannot flow into the potential well created under the electrode 16-1 by the negative φ ^ voltage pulse applied to this electrode.
Het geval, waarin het laatste bit, opgeslagen in het eerste register een 0 is in plaats van een 1 is weergegeven in fig. 3.0(d).The case where the last bit stored in the first register is 0 instead of 1 is shown in Figure 3.0 (d).
30 Hier wordt gedurende de impuls een 0 onder de elektrode 14-n opgeslagen. De drijvende junctie F blijft derhalve negatief in een mate van ruwweg -10 volt, de spanning, waarop zij gedurende de φ impuls werd geladen. Deze spanning, toegevoerd aan de stuurelektrode 16-0 is in de voorwaartse richting, zodat gedurende de puls een geleidend kanaal 35 146 zich uitstrekt vanaf de bron naar het gebied van het substraat, juist onder de elektroden 17 en 16-0 naar de potentiaalbron, die tot i * -36- stand is gebracht onder de eerste elektrode 16-1 door de -15 volt impuls. Hierdoor kunnen de positieve ladingdragers, beschikbaar bij de bron , naar de potentiaalput onder de elektrode 16-1 vloeien totdat de oppervlaktepotentiaal van de put de potentiaal van de bron begint 5 te naderen. Aldus wordt in responsie op een 0, opgeslagen onder de laatste plaat 14-n van het eerste schuifregister, een 1 overgebracht naar de eerste plaat 16-1 van het eerstvolgende schuifregister.A 0 is stored here under the electrode 14-n during the pulse. The floating junction F therefore remains negative to a degree of roughly -10 volts, the voltage at which it was charged during the φ pulse. This voltage applied to the control electrode 16-0 is in the forward direction, so that during the pulse a conductive channel 35 146 extends from the source to the region of the substrate, just below the electrodes 17 and 16-0 to the potential source, which is brought to i * -36 under the first electrode 16-1 by the -15 volt pulse. This allows the positive charge carriers available at the source to flow to the potential well below the electrode 16-1 until the surface potential of the well begins to approach the potential of the source. Thus, in response to a 0 stored under the last plate 14-n of the first shift register, a 1 is transferred to the first plate 16-1 of the next shift register.
Resumerende wat tot dusver werd besproken kan gedurende de φ impuls een lading, die het bit 1 opgeeft, onder de elektrode 14-(n-l) 10' worden opgeslagen. Gedurende de φ^ impuls wordt het bit 1 naar de potentiaalput onder de elektrode 14-n overgebracht. Gedurende de impuls wordt de afwezigheid van een lading, die een aanduiding van het bit 0 is, onder de eerste elektrode 16-1 van het eerstvolgende schuifregister opgeslagen. Het is derhalve duidelijk, dat wanneer het laatste bit in het 15 eerste register een 1 is-, zijn complement 0 in het tweede schuifregister wordt geschoven. Uit de bespreking bleek verder, dat wanneer het laatste bit in het eerste register een 0 is, zijn complement 1 in het tweede schuifregister wordt geschoven.To summarize what has been discussed so far, during the φ pulse, a charge specifying bit 1 can be stored under electrode 14- (n-1) 10 '. During the φ ^ pulse, bit 1 is transferred to the potential well under the electrode 14-n. During the impulse, the absence of a charge, which is an indication of bit 0, is stored under the first electrode 16-1 of the next shift register. It is therefore clear that when the last bit in the first register is 1, its complement 0 is shifted into the second shift register. The discussion further showed that when the last bit in the first register is 0, its complement 1 is shifted into the second shift register.
De schakeling van fig. 32 is dezelfde als die in fig. 29, ech-20 ter wordt een 4-faze-spanningsbron in plaats van een 3-faze-spanningsbron gebruikt. Het gebruik van een 4-faze-spannignsbron in plaats van een 3-faze-spanningsbron vereenvoudigt de tempering enigszins aangezien de φ^ impuls aan de elektrode 14-(n+l) kan worden toegevoerd in plaats van da VR pul..The circuit of FIG. 32 is the same as that in FIG. 29, however, a 4-phase voltage source is used instead of a 3-phase voltage source. Using a 4-phase voltage source instead of a 3-phase voltage source simplifies the tempering somewhat since the φ ^ pulse can be applied to the electrode 14- (n + 1) instead of the VR pulse.
25 Tijdens de werking van de uitvoeringsvorm van fig. 32 wordtDuring the operation of the embodiment of Fig. 32
gedurende de φ^ impuls (tijdstip t^ van fig. 33) een lading, indien aanwezig, onder de elektrode 14-(n-2) verplaatst. Dezelfde puls, toegevoerd aan de elektrode 14-(n+1) laat een inversielaag vormen tussen het drijvende junctiegebied F en de afvoerelektrode D, waardoor het gebied 30 F de positieve lading ontlaadt, die zij kan hebben opgezameld tijdens de vorige cyclus en een negatief spanningsniveau van ongeveer -10 volt aannemen. Gedurende de φ^ impuls wordt de lading, aanwezig onder de plaat 14-(n-2) naar het gebied van het substraat onder de plaat 14-(n-1) verplaatst. Gedurende de φ^ impuls (tijd t^ van fig. 33) wordt de lading 35 naar het gebied onder de plaat 14-n verplaatst en kan beginnen'zich bij het drijvende gebied F te verzamelen. De overdracht van de lading in Fduring the φ ^ impulse (time t ^ of Fig. 33) a charge, if present, moves under the electrode 14- (n-2). The same pulse applied to the electrode 14- (n + 1) forms an inversion layer between the floating junction area F and the drain electrode D, whereby the area 30 F discharges the positive charge which it may have accumulated during the previous cycle and a negative assume voltage level of about -10 volts. During the φ ^ pulse, the charge present under the plate 14- (n-2) is moved to the area of the substrate under the plate 14- (n-1). During the φ impuls impulse (time t ^ of FIG. 33), the charge 35 is moved to the area below the plate 14-n and may begin to collect at the floating area F. The transfer of cargo in F
, , : · Λ t. » -37- wordt voltooid tegen het einde van de § impuls en hierdoor wordt de stuurelektrode 16-0 op een betrekkeiijk positieve waarde ten opzichte van de potentiaal 3^ gebracht, indien F een positieve lading heeft verzameld, die het bit 1 voorstelt en op een negatieve waarde, indien het 5 gebied F negatief blijft, waardoor het bit 0 wordt voorgesteld.,,: · Λ t. -37- is completed towards the end of the impuls pulse, and this brings the control electrode 16-0 to a relatively positive value with respect to the potential 3 ^, if F has accumulated a positive charge representing the bit 1 and a negative value, if the area F remains negative, representing the bit 0.
Gedurende de φ negatieve impuls, toegevoerd aan de elektrode 16-1 wordt de stuurspannihgsimpuls V aan de elektrode 17 toegevoerd.During the φ negative pulse applied to the electrode 16-1, the control voltage pulse V is applied to the electrode 17.
Dit vindt op tijdstip t van fig. 33 plaats. Afhangende van het feit of de elektrode 16-0 betrekkelijk negatief of betrekkelijk positief ten 10 opzichte van 3^ is, zal het geleidende kanaal zich al dan niet vanaf bron S2 uitstrekken naar de potentiaalput onder de elektrode 16-1. Met andere woorden, de positieve dragers, beschikbaar aan het gebied zullen al dan niet naar het gebied van de spanningsput onder de elektrode 16-1 passeren.This takes place at time t of Fig. 33. Depending on whether the electrode 16-0 is relatively negative or relatively positive with respect to 3 ^, the conducting channel will or will not extend from source S2 to the potential well below the electrode 16-1. In other words, the positive carriers available at the region will or will not pass to the region of the voltage well below the electrode 16-1.
15 In de bovenstaande bespreking werd de werking van het systeem met overlappende pulsen beschouwd. Een dergelijke werking veroorzaakt de iadingoverdracht van de ene put naar de eerstvolgende, doordat de oppervlaktepotentiaal van een volgende put wordt verlaagd, terwijl de potentiaal van de put, die de over te dragen lading bevat, wordt ver-20 hoogd, waardoor haar lading gedwongen wordt over te vloeien in de eerstvolgende potentiaalput. Door een betrekkelijk grote substraatvoorspan-ning V , zoals een voorspanning van 10 - 15 volt te gebruiken, is het mogelijk het stelsel te laten werken met multipele fazepulsen, die elkaar niet overlappen. Onder dergelijke omstandigheden kan de stuur-25 impuls V worden vervangen door een desbetreffende impuls van de multi-fazespannir.gspulsen. In dit geval of de stuurimpuls V al dan niet zal worden geëlimineerd zal geheel afhangen van hoe snel de lading van onder de elektrode 14-n naar het gebied onder het drijvende gebied F kan worden overgebracht. Indien deze Iadingoverdracht voldoende snel is (een 30 korter interval in beslag neemt dan het interval tussen de niet-over-lappende pulsen en (fig. 29) dan wordt een juiste werking verkregen.In the above discussion, the operation of the system with overlapping pulses was considered. Such action causes the charge transfer from one well to the next, by lowering the surface potential of a subsequent well while increasing the potential of the well containing the charge to be transferred, forcing its charge to flow into the next potential well. By using a relatively large substrate bias V, such as 10-15 volts bias, it is possible to operate the system with multiple phase pulses which do not overlap. Under such conditions, the control pulse V can be replaced by a corresponding pulse from the multi-phase voltage pulses. In this case, whether or not the control pulse V will be eliminated will depend entirely on how quickly the charge can be transferred from below the electrode 14-n to the area below the floating area F. If this charge transfer is sufficiently fast (occupies a shorter interval than the interval between the non-overlapping pulses and (Fig. 29), proper operation is obtained.
Teruggekeerd wordt naar fig. 29, indien de capaciteiten Ca en meer bedragen dan een geringe fractie van de waarde van de totale capa-35 citeit van het drijvende F gebied, kan de werking van de uitgangs-keten aanzienlijk verschillen van de zojuist besproken werking. EerstReturning to Fig. 29, if the capacities are Ca and more than a small fraction of the value of the total capacity of the floating F region, the operation of the output circuit may differ significantly from the operation just discussed. First
1 J1 J
-38- zal het effect van de caoaciteit C, worden beschouwd. Indien de waarde b van deze capaciteit niet verwaarloosd kan worden vergeleken met de totale capaciteit C , dan zal aan de achterflank van de terugstelpuls V , toe-gevoerd aan de elektrode 14-(n+l), waar de positief gaande spannings-5 overgang plaatsvindt, deze positieve overgang capacitief worden gekoppeld met het gebied F, met als gevolg een positieve stap in de potentiaal van F. Het resultaat hiervan is, dat aan het einde van deze terug- stelimpuls V het gebied F zich op een hogere (meer positieve) poten--38- the effect of the capacity C will be considered. If the value b of this capacitance cannot be neglected compared to the total capacitance C, then at the trailing edge of the reset pulse V, applied to the electrode 14- (n + 1), where the positive going voltage-5 transition occurs, this positive transition is capacitively coupled to the region F, resulting in a positive step in the potential of F. The result of this is that at the end of this reset pulse V, the region F is at a higher (more positive ) legs-
RR
tiaal zal bevinden dan (de gelijkspanning, waarop het afvoergebied D 10, wordt gehandhaafd). Aangezien alle in aanmerking komende ketens de waarde van zo klein mogelijk moeten hebben, moet de grootte van de overlapping tussen de elektrode 14~(n+l) en het drijvende gebied F minimaal zijn. Een manier om de minimum overlapping te bereiken is een "zelf uitgerichte polysiliciumpoort" te gebruiken, zoals weergegeven bij 14-(n+l) '15 in fig. 37. Dit kan geschieden door de later te beschrijven procedure.will then be (the DC voltage at which the drain region D10 is maintained). Since all eligible chains should have the value of as small as possible, the size of the overlap between the electrode 14 ~ (n + 1) and the floating area F should be minimal. One way to achieve the minimum overlap is to use a "self-aligned polysilicon port", as shown at 14- (n + 1) '15 in Figure 37. This can be done by the procedure to be described later.
Hoewel de aanwezigheid van de capaciteit moet worden vermeden, kan de capaciteit C met voordeel worden gebruikt voor het bereiken van een andere werkmodus van de uitgangsketen. De keten kan schematisch op precies dezelfde wijze als figuur 29 voor het geval van een 3-faze door 20 lading gekoppeld schuifregister worden voorgesteld, echter kan de negatieve temperingsstuurspanningsimpuls V__ worden geëlimineerd.While the presence of the capacitance is to be avoided, the capacitance C can be advantageously used to achieve a different mode of operation of the output circuit. The circuit can be schematically represented in exactly the same manner as Figure 29 for the case of a 3-phase charge-coupled shift register, however, the negative timing control voltage pulse V_ can be eliminated.
Tijdens de werking bestaat het voornaamste verschil tussen deze vorm van de keten en die welke reeds in verband met fig. 29 werd beschreven daarin, dat als gevolg van de betrekkelijk grote capacitieve 25 koppeling C , de potentiaal van het drijvende F gebied een neging heeft ci de spanningszwaai van de overlappende elektrode 14-n te volgen, die door de φ^ spanningsimpuls wordt bestuurd. .Gedurende de impuls wordt derhalve het F gebied betrekkelijk sterk negatief. Het is derhalve mogelijk rechtstreeks de potentiaal van het drijvende gebied F te gebruiken 30 om de doorgang van lading vanuit de bron naar de eerste potentiaal-put (onder elektrode 16-1) van het tweede schuifregister te gebruiken.During operation, the main difference between this shape of the circuit and that already described in connection with Fig. 29 consists in that due to the relatively large capacitive coupling C, the potential of the floating F region has a negation ci follow the voltage swing of the overlapping electrode 14-n, which is controlled by the φ ^ voltage pulse. Therefore, during the impulse, the F region becomes relatively strongly negative. It is therefore possible to directly use the floating region potential F to use the passage of charge from the source to the first potential well (under electrode 16-1) of the second shift register.
Met andere woorden, indien er gedurende een negatieve φ^ impuls geen lading onder de elektrode 14-n aanwezig is, waardoor de opslag van het bit 0 wordt aangegeven, zal het drijvende gebied F de stuurelektrode 35 16-0 voldoende negatief houden om het de lading mogelijk te maken uit de bron naar het gebied onder de elektrode 16-1 te vloeien, gedurende t. * -39- de tijd, waarin ca voorflank van de negatieve puls φ-^ de achterflank van de negatieve puls i, overlapt, anderzijds, indien er.gedurende de φ impuls een positieve lading aanwezig is, die een 1 onder de plaat 14-n vcorstelt, wordt het drijvende F gebied voldoende positief: om het 5 stromen van lading uit; de bron naar het gebied onder de elektrode 16-1 gedurende de eerstvolgende impuls te verhinderen. Dit alles is mogelijk zonder dat de extra tempeerstuurpuls 7 nodig is.In other words, if no charge is present under the electrode 14-n during a negative φ ^ pulse, indicating the storage of the bit 0, the floating region F will keep the control electrode 35 16-0 sufficiently negative to allow charge to flow from the source to the area below the electrode 16-1, during t. * -39- the time during which the leading edge of the negative pulse φ- ^ overlaps the trailing edge of the negative pulse i, on the other hand, if, during the φ pulse, a positive charge is present, which is 1 below the plate 14- n Adjusts, the floating F region becomes sufficiently positive: to allow the flow of charge out; prevent the source to the area under the electrode 16-1 during the next impulse. All this is possible without the need for the additional timing control pulse 7.
Er zijn een aantal andere eigenschappen van de werking van de schakeling, waarvangeproditeerd kan worden wanneer er een aanzienlijke 10 caoaciteit bij C is. Aan het einde van de φ imouls (tijdstip t_ , fig. 31) levert de positieve spanningszwaai van φ^ esn positieve span-ningsstap aan het gebied F op, die een neiging heeft het proces van het terugstellen van F naar de referentiespanning ’-J te wijzigen. Dit effect kan ’worden gebruikt om de uitgangsketen op twee wijzen te vereen-15 vcudigen- In de eerste plaats kan de terugstelimpuls V worden vervan-gen door een gelijkspanningsniveau, bijvoorbeeld aardniveau (aangezien het substraat zich op een spanning +7 bevindt) of een iets meer negatieve potentiaal, zoals 7,. Ten tweede kan de constructie van de uitgangsketen worden vereenvoudigd door de terugstelelektrode 14-(n+1), 20 alsmede de afvoer D en de bronelektrode met dezelfde potentiaal, bijvoorbeeld te bedrijven. Tenslotte kan een speciale stuurgolfvorm 7 van fig. 35 worden gebruikt om de werking van de keten te bevorderen.There are a number of other circuit operation properties that can be benefited from when there is a significant capacitance at C. At the end of the φ imouls (time t_, Fig. 31), the positive voltage swing of φ ^ esn yields positive voltage step to the region F, which tends to reset the process of returning F to the reference voltage '-J to change. This effect can be used to simplify the output circuit in two ways. Firstly, the reset pulse V can be replaced by a DC voltage level, for example ground level (since the substrate is at a voltage +7) or a slightly more negative potential, such as 7 ,. Second, the construction of the output circuit can be simplified by operating the reset electrode 14- (n + 1), as well as the drain D and the source electrode with the same potential, for example. Finally, a special control waveform 7 of FIG. 35 can be used to promote chain operation.
Een schakeling, die de bovengenoemde kenmerken combineert is weergegeven in fig. 34. De gemeenschappelijke spanning V , waarop de 25 elektroden D en 3^ worden gehouden kan -5 volt bedragen, terwij1 het substraat 10 op +5 volt kan zijn voorgespannen.A circuit combining the above characteristics is shown in Fig. 34. The common voltage V at which the electrodes D and 3 ^ are held may be -5 volts, while the substrate 10 may be biased to +5 volts.
In de volgende beschrijving van de werking van de schakeling van fig. 34, meet worden verwezen naar de fig. 34, 35 en 36. Op het tijdstip t7, kan een lading aanwezig zijn onder de elektrode 14-(n-2). De samen-30 gestelde golfverm V bevindt zich op haar meest positieve waarde, die d aarde kan zijn. In responsie op deze positieve impuls, wordt het drijvende gebied F, dat zoals men zich zal herinneren, capacitief gekoppeld is met de elektrode 14-n door bepaalde aanzienlijke waarde van de capaciteit C , eveneens betrekkelijk positief gemaakt. Dientengevolge werkt d 35 het gebied F als een betrekkelijk sterk in voorwaartse richting voorgespannen toevoerelektrode van een MOS-transistcr en elke lading, die daarvoor kan zijn opgezameld, wordt via het kanaalgebied onder de elek- i r -40- trode 14-(n+l) naar de afvoerelektrode D overgebracht. Tijdens het proces bereikt de elektrode F een negatieve waarde, die niet zo negatief is als -5 volt. De daadwerkelijke waarde is -5 volt + Vfc, waarbij V de reeds eerder besproken drempelspanning is. De configuratie van de poten-5 tiaalputten op het tijdstip t is weergegeven in fig. 36(a).In the following description of the operation of the circuit of Fig. 34, reference is made to Figs. 34, 35 and 36. At time t7, a charge may be present under the electrode 14- (n-2). The composite wave power V is at its most positive value, which can be d earth. In response to this positive impulse, the floating region F, which, as will be remembered, is capacitively coupled to the electrode 14-n by some significant value of the capacitance C, is also made relatively positive. As a result, the region F acts as a relatively strongly forward biased supply electrode of an MOS transistor and any charge which may have been collected therefor is channeled through the channel region below the electrode 14- (n + 1). ) transferred to the drain electrode D. During the process, the electrode F reaches a negative value, which is not as negative as -5 volts. The actual value is -5 volts + Vfc, where V is the threshold voltage discussed earlier. The configuration of the potential wells at time t is shown in Fig. 36 (a).
Daarna treedt de impuls op en wordt de lading, aanwezig onder de elektrode 14-(n-2) naar het gebied van het substraat onder de elektrode 14-(n-l) overgebracht. Dit gedeelte van de werking vindt zonder complicaties plaats en is niet in fig. 36 weergegeven.Then the impulse occurs and the charge present under the electrode 14- (n-2) is transferred to the area of the substrate under the electrode 14- (n-1). This part of the operation takes place without complications and is not shown in Fig. 36.
10.- Op het tijdstip t is de stuurspanning V op haar meest nega- 2. cl tieve waarde. De negatieve impuls is begonnen en de φ^ impuls is aan het eindigen. Aannemende, dat de φ^ impuls een maximum negatieve waarde van -15 volt heeft, is de daadwerkelijke spanning, die op dit ogenblik aanwezig is bij de elektrode 14-(n-l) ongeveer -8 volt. De potentiaal- 15 putten, die op dit ogenblik tot stand zijn gebracht, zijn, zoals weer gegeven in fig. 36(b). De lading, die daarvoor aanwezig is in de poten-tiaalput onder de elektrode 14-(n-l) stroomt over in de potentiaalput onder de elektroden 14-n en in F. De capacitieve koppeling tussen de elektrode 14-n en het gebied F heeft het gebied F een meer negatieve 20 waarde gegeven dan de elektrode 14-n, aangezien F oorspronkelijk nega tief was en wel ongeveer -5 volt. Derhalve bevindt de diepste potentiaalput zich in het gebied F en indien de lading oorspronkelijk was opgeslagen onder de elektrode 14-(n-2) verzamelt zij zich tenslotte in het gebied F. Verder kan worden opgemerkt, dat de afvoerelektrode D 25.. niet zo negatief is als het gebied F en verder, dat aangezien de elektrode 14-(n+l) zich op een afstand van het substraat bevindt, de zich hieronder bevindende oppervlaktepotentiaal enigszins minder negatief is dan die van de afvoerelektrode D.10.- At time t, the control voltage V is at its most negative value. The negative impulse has started and the φ ^ impulse is ending. Assuming that the φ ^ pulse has a maximum negative value of -15 volts, the actual voltage present at the electrode 14- (n-1) at this time is about -8 volts. The potential wells currently established are as shown in Fig. 36 (b). The charge previously present in the potential well below the electrode 14- (nl) flows into the potential well below the electrodes 14-n and in F. The capacitive coupling between the electrode 14-n and the region F has the region F given a more negative value than the electrode 14-n, since F was originally negative and was about -5 volts. Therefore, the deepest potential well is located in the region F, and if the charge was originally stored under the electrode 14- (n-2) it finally collects in the region F. Furthermore, it can be noted that the drain electrode D 25 .. negative if the region F and further, since since the electrode 14- (n + 1) is at a distance from the substrate, the surface potential below is slightly less negative than that of the drain electrode D.
Gedurende de bovengenoemde tijdperiode is de φ^ puls in.During the above time period, the φ ^ pulse is in.
30 Deze puls wordt ergens anders in het stelsel bijvoorbeeld aan de plaat 16-3 van fig. 34 toegevoerd, teneinde een lading die daarvoor onder de plaat 16-2 was opgeslagen, voort te planten naar de plaat 16-3. Men zou desgewenst in plaats van de stuurspanning V te gebruiken, de φ_ puls 3. «j kunnen toevoeren aan d'e elektrode 14-n, zoals reeds eerder werd bespro-35 ken, echter wordt niet zo'n veelzijdige besturing verkregen van de ladingoverdracht en signaalregeneratie, zoals in het kort zal worden aangetoond.This pulse is applied elsewhere in the array to, for example, plate 16-3 of Figure 34 to propagate a charge previously stored under plate 16-2 to plate 16-3. If desired, instead of using the control voltage V, it would be possible to supply the φ_ pulse 3. «j to the electrode 14-n, as discussed earlier, however, no such versatile control is obtained from the charge transfer and signal regeneration, as will be shown briefly.
i -41-i -41-
Op het tijdstip is de impuls in. Gedurende deze zelfde periode wordt de spanning V verhoogd 3.At the time the impulse is in. During this same period, the voltage V is increased 3.
tot een waarde tussen 0 en -15 volt. De gebruikte daadwerken jice waarde is een functie van ketenparameters, zoals 5 de grootte van de capaciteit C (fig, 29) en anaere ver- 3l deelde ketencapaciteiten.to a value between 0 and -15 volts. The action value used is a function of chain parameters, such as the size of the capacitance C (Fig. 29) and other distributed chain capacities.
De stijging van de waarde van Y& tot -Y maakt de potentiaalput onder de elektrode F iets ondieper, doch deze blijft nog steeds voldoende diep om te ver- 10 hinderen, dat het meeste van de lading bij F naar het gebied D passeert. De waarde van -V is zodanig gekozen, dat in het geval, waarin er lading bij F aanwezig is, die het hit 1 voorstelt, de spanning bij 16-0 verhindert, dat de lading vanuit de toevoerelektrode &0 naar het gebied onder 15 16-1 stroomt. Dit stel omstandigheden is bij (c) in fig.The increase in the value of Y & to -Y makes the potential well below the electrode F slightly shallower, but it still remains sufficiently deep to prevent most of the charge from passing at F to the area D. The value of -V is chosen such that in the case where charge at F representing the hit 1 is present, the voltage at 16-0 prevents the charge from the supply electrode & 0 to the region below 16- 1 flows. This set of conditions is at (c) in FIG.
3ö weergegeven. De waarde van de spanning moet ook zodanig zijn, dat bij afwezigheid van de lading bij F, hetgeen duidt op het opslaan van het bit 0, een geleidend kanaalgebied tot stand is gebracht onder de elektrode 16-0, 11 dat de lading vanuit de bron laat overbrengen naar het gebied onder de elektrode ló-l. Deze situatie is bij (d) in fig. 36 weergegeven.3ö is displayed. The value of the voltage must also be such that in the absence of the charge at F, which indicates storing the bit 0, a conductive channel region is established under the electrode 16-0, 11 such that the charge is from the source transfer to the area under the electrode 10-1. This situation is shown at (d) in Fig. 36.
De schakeling van fig. 3½ is bijzonder aantrekkelijk wanneer zij is uitgevoerd met MOS in- 25 richtingen (F, ΐ4-(η+1.) , D) van het bevorderingstype, die lage drempelspannihgen hebben. Verder moet worden op-gemerkt, dat andere uitvoeringsvormen van de uitvinding, die reeds eerder zijn beschreven, met voordeel speciale golfvormen, zoals V van fig. 35 gebruiken om de elektrode 30 te besturen, die het drijvende junctiegebied F overlapt.The circuit of FIG. 3½ is particularly attractive when it is equipped with MOS devices (F, -4- (η + 1.), D) of the promotion type, which have low threshold voltages. Furthermore, it should be noted that other embodiments of the invention, previously described, advantageously use special waveforms, such as V of Fig. 35, to control the electrode 30 overlapping the floating junction area F.
Dit maakt een betere regeling van de tempering van de potentiaal mogelijk, die bij het drijvende gebied F wordt ontwikkeld en maakt het tevens mogelijk, dat de potentiaal bij F naar een meer negatieve waarde wordt verschoven t * -42- (wanneer F een lading van onder een elektrode, zoals l^-(n-2) (fig. 3*0 ontvangt) en na een mineer negatieve waarde -V in fig. 35i die gekozen is voor het verschaffen van het gewenste drempelniveau voor signaalregenere-5 ring, wanneer de potentiaalput onder de eerste opslagelek-trode ló-l van het eerstvolgende register gereed is een lading te aanvaarden. Dit betekent, dat de positieve stap &V bij Va(capacitief gekoppeld met F) tevens een extra besturing is om te verzekeren, dat wanneer het gebied van 10. de substraat nabij F in de toelaatbare mate met lading is gevuld, de spanning bij F (toegevoerd aan de elektrode l6-0) de stroming van lading vanuit de toevoerelektrode 32 naar het gebied onder de eerste opslagelektrode 16-1 zal afsnijden* 15 Fig. 37 toont op een meer realistische wijze de daadwerkelijke constructie, die kan worden gebruikt voor het gedeelte van het stelsel, dat schematisch in fig. 29 is w'éergegeven. Echter wordt opgemerkt, dat hier en elders de dikte van de elektroden (hun vertikale 20 afmetingen) niet op schaal zijn weergegeven en dat zij in een veel grotere verhouding zijn getekend dan de horizontale (lengte) afmetingen van de elektroden. Deze zelfde constructie en de alternatieven van de fig. 38, 39 en kO zijn eveneens geschikt voor de constructie, die schematisch 25 in de fig* 32 en 3*<· is weergegeven.This allows for better control of the tempering of the potential developed at the floating region F and also allows the potential to be shifted at F to a more negative value t * -42- (when F is a charge of below an electrode such as 1 ^ - (n-2) (Fig. 3 * 0) and after a less negative value -V in Fig. 35i selected to provide the desired signal regeneration threshold level, when the potential well below the first storage electrode 10-1 of the next register is ready to accept a charge, this means that the positive step & V at Va (capacitively coupled with F) is also an additional control to ensure that when the region of 10. the substrate near F is charged to the extent permissible, the voltage at F (applied to the electrode 16-0) will cut off the flow of charge from the supply electrode 32 to the region below the first storage electrode 16-1 * 15 shows Fig. 37 more realistically the actual construction which can be used for the portion of the system schematically shown in FIG. 29. However, it is noted that here and elsewhere the thickness of the electrodes (their vertical dimensions) are not shown to scale and that they are drawn in a much larger ratio than the horizontal (length) dimensions of the electrodes. This same construction and the alternatives of Figs. 38, 39 and k0 are also suitable for the construction shown schematically in Figs. 32 and 3.
Fig· 37 stelt een silicium-poort- uitvoering van het ^--faze door lading gekoppelde stelsel voor, dat daarvoor werd beschreven onder verwijzing naar de fig. 32 en 33· Fig· 3^ toont het onderste van de twee 30 schuifregisters van fig, 37 in een gewijzigde versie.Fig. 37 depicts a silicon gate embodiment of the phase-coupled charge coupled system previously described with reference to Figs. 32 and 33. Fig. 3 ^ shows the bottom of the two shift registers of Figs. , 37 in a modified version.
Hier geschiedt de signaalregenerering door het samenvallen van twee stuurimpulsen V en V . In dit geval verschaft de c 3 spannings impuls V de tempering om de lading in het tweede c schuifregister in te voeren. De stuurimpuls bepaalt of 35 al dan niet en hoeveel lading naar de eerste potentiaalput τ t -43- vaa her weede schuilre"ister moer worden overdobracht.Here, the signal regeneration is effected by the coincidence of two control pulses V and V. In this case, the c3 voltage pulse V provides the timing to input the charge into the second c shift register. The control impulse determines whether or not 35 and how much charge is to be transferred to the first potential well τ t -43 from the second hidden nut.
De selectieve tempering van deze twee sruurimpuls en werd reeas beschreven in her gedeelte, dat handelde over het invoereinde van het stelsel, 5 Fig, 39 is een gegeneraliseerde weergave van het invoereinde van een register gelijk aan dat van fig, 38, doch bedoeld voor een 2-fazewerking, De siguaalregenerering in een specifiek, soortgelijk 2-faze door'lading gekoppeld stelsel wordt later onder verwijzing 10 naar de fig. h2, hj en kk uitvoeriger beschreven,·The selective tempering of these two surges and reeas was described in the section dealing with the input end of the system. Fig. 39 is a generalized representation of the input end of a register similar to that of Fig. 38, but intended for a 2 phase operation, The signal regeneration in a specific, similar 2 phase charge coupled system is described in more detail later with reference to FIGS. H2, hj and kk,
Teruggekeerd wordt naar fig, 38·Returning to fig. 38
Hier, juist zoals in het geval van het stelsel, weergegeven in. de fig. 37, 39 en ^0 is het drijvende gebied F verbonden met een aluminium elektrode ló-0, die van het zelf 15 uitgerichte type is en die zodanig kan worden gemaakt, dat zij een betrekkelijk kleine capaciteit ten opzichte van de substraat 10 heeft. Hoewel de elektrode 16-0 zich op een betrekkelijk kleine afstand van de extra stuurelektrod'e 17 - een polysilicium elektrode, in het gebied 170 bevindt, 20 is dit gebied I70 zeer klein in de orde van grootte van een halve micron. Derhalve draagt de aanwezigheid van de elektrode 17 niet noemenswaardig bij tot.de capaciteit van de elektrode 16-0. Voor de rest van het overlapte gedeelte, gebied 171* kan de silicium dioxyde betrekkelijk dik worden 25 gemaakt in de orde van grootte van verscheidene duizenden angstroms (de tekening is niet op schaal), Deze betrekkelijk grote afstand over een betrekkelijk groot gebied betekent, dat de capaciteit in dit gebied betrekkelijk klein is, De reeds eerder genoemde polysilicium elektrode 17 is gelegen 30 tussen de aluminium elektrode 16-0 en de toevoerelektrode ö2*Here, just as in the case of the system, shown in. 37, 39 and 0 0, the floating region F is connected to an aluminum electrode 10-0, which is of the self-aligned type and which can be made such that it has a relatively small capacity relative to the substrate 10 has. Although the electrode 16-0 is located a relatively small distance from the additional control electrodes 17 - a polysilicon electrode, in the region 170, this region 170 is very small on the order of half a micron. Therefore, the presence of the electrode 17 does not contribute significantly to the capacity of the electrode 16-0. For the remainder of the overlapped portion, area 171 *, the silicon dioxide can be made relatively thick on the order of several thousand angstroms (the drawing is not to scale). This relatively large distance over a relatively large area means that the capacitance in this region is relatively small. The aforementioned polysilicon electrode 17 is located between the aluminum electrode 16-0 and the supply electrode ö2 *.
Qpgemerkt moet worden, dat in het geval van het vier-fazestelsel, zoals beschreven onder verwijzing naar fig, waarbij echter nog gebruik wordt gemaakt van 35 polysilicium en aluminium elektroden, en een uityoertrap, t i -44- gelijk aan die van fig. ko, het drijvende gebied p· van het eerste register kan worden verbonden met de elektrode 17 van het tweede register, weergegeven in fig. 37, In dit geval wordt de spanning toegevoerd aan 16-0, &2 aan 5 16-1, aan 96-2 en aan 16-3·It should be noted that in the case of the four-phase system, as described with reference to FIG., Using still polysilicon and aluminum electrodes, and an output stage, similar to that of FIG. the floating region p · of the first register can be connected to the electrode 17 of the second register, shown in Fig. 37, In this case the voltage is applied to 16-0, & 2 to 5 16-1, to 96-2 and to 16-3
Alle bovenbeschreven constructies voor het invoereinde van het tweede register kunnen aan het invoereinde van het eerste en alle andere registers worden gebruikt. Met andere woorden, de constmcties, die 10 schematisch in de fig. k en 7 zijn weergegeven, kunnen in ' de· praktijk zijn, zoals weergegeven in een of meer van de drie het laatst besproken figuren,All of the above-described constructions for the input end of the second register can be used at the input end of the first and all other registers. In other words, the constructions shown schematically in Figures k and 7 may be practical, as shown in one or more of the three figures discussed last,
Fig. kO laat een versie van de koppe-lingsketen zien, die geschikt is voor de 2-faze- werking, 15 waarbij, zoals eerder onder verwijzing naar fig. 3k werd beschreven, de overlappende capaciteit C een betrekkelijk grote fractie van de totale capaciteit C_ van de drijvende • junctie F is. De constructie is in vele opzichten gelijk aan die, welke reeds werd besproken. De tijdens de werking 20 van de schakeling gebruikte golfvormen zijn weergegeven in fig. kl»Fig. k0 shows a version of the coupling chain suitable for the 2-phase operation, wherein, as previously described with reference to Fig. 3k, the overlapping capacity C is a relatively large fraction of the total capacity C_ of the floating • junction is F. The construction is similar in many respects to that already discussed. The waveforms used during the operation of the circuit are shown in FIG.
Tijdens de werking treedt gedurende de negatieve 4. impuls de negatieve spannings impuls V op. Hierdoor wordt elke ladingsdrager, die in het drijvende ge-25 bied F kan zijn verzameld, ontladen en het drijvende gebied F' neemt een negatieve potentiaal aan, die dicht gelegen is bij die van de spanningsbron V^. Gedurende de eerstvolgende ib0 impuls wordt de eventuele lading verzameld onder het elektrodenpaar l4-(n-l)a, l4-(n-l)b overgedragen naar het 30 gebied onder de elektrode 1^-n en het drijvende gebied F. Kort na het begin van de negatieve impuls, treedt de negatieve stuurpuls V op en hierdoor wordt een geleidendDuring operation, the negative voltage pulse V occurs during the negative 4. pulse. This discharges any charge carrier which may be accumulated in the floating region F 'and the floating region F' assumes a negative potential close to that of the voltage source V1. During the next ib0 pulse, any charge collected under the electrode pair 14- (nl) a, 14- (nl) b is transferred to the area below the electrode 1 ^ -n and the floating area F. Shortly after the start of the negative pulse, the negative control pulse V occurs and this makes a conductive
OO
kanaal gevormd onder de polysilicium elektrode 17, waardoor effectief het bron gebied wordt uitgebreid. Nu zal de 35. lading van al dan niet naar de eerste potentiaalput i. * -45- onder de elektrode lö-i strcisen, hetgeen afhangt van het feit of de elektrode 16-0 betrelckelijlc negatief (geen positieve lading bij F) of betrekkelijk positief (waardoor het bij i4-n en F opgeslagen bit 1 wordt aangegeven) verge-5 leken niet de potentiaal van de bron S^is.channel formed under the polysilicon electrode 17, effectively expanding the source region. Now the 35. charge from or not to the first potential well i. * -45- under the electrode lö-i strcisen, which depends on whether the electrode 16-0 betrelckelijlc is negative (no positive charge at F) or relatively positive (indicating the bit 1 stored at i4-n and F) compare is not the potential of the source S1.
Fig. 42 is een bovenaanzicht van een gedeelte van een twee dimensionaal, schuifregister-stelsel, waarvan een gedeelte in doorsnede in fig. 4q is weergegeven. Teneinde het de lezer te vergemakkelijken Ij fig. 42 te begrijpen, zijn delen in fig» 42, die overeenkomen met die in fig. 4o, van dezelfde verwijzingscijfers voorzien. De besparing aan de uitvoering, die moge lijk is met een 2-fazewerking blijkt uit fig. 42.Fig. 42 is a plan view of a portion of a two dimensional shift register system, a portion of which is shown in section in FIG. 4q. In order to facilitate the reader's understanding of Fig. 42, parts in Fig. 42 corresponding to those in Fig. 4o are given the same reference numerals. The saving in the embodiment, which is possible with a 2-phase operation, is shown in Fig. 42.
Sen andere vorm van een 2-fazekoppe-15 lingsketen is weergegeven in fig. k3. Hier bestaat de laatste elektrode van het eerste schuifregister uit een elektrode-paar 1^-na, l4~nb in plaats van de enkele elektrode van fig. b0. Bovendien wordt de eerste elektrode ló-l van het tweede schuifregister bestuurd door een faze 1 impuls in 23 plaats van door een faze 2 impuls. Bovendien verschillen de temperingsgolfvormen van fig. iets van die welke gebruikt worden voor de schakeling van fig, 4o,Another form of a 2 phase coupling chain is shown in Fig. K3. Here, the last electrode of the first shift register consists of an electrode pair 1 ^-na, 14 ~ na instead of the single electrode of Fig. B0. In addition, the first electrode 10-1 of the second shift register is controlled by a phase 1 pulse instead of a phase 2 pulse. In addition, the timing waveforms of FIG. Are slightly different from those used for the circuit of FIG. 40,
Tijdens de werking van de schakeling ven fig. 43 treedt gedurende de impuls, de terugstelimpulsDuring the operation of the circuit of Fig. 43, the reset pulse occurs during the pulse
25 v op en de drijvende elektrode wordt teruggesteld op het R25 v and the floating electrode is reset to R
referentie negatieve spanningsniveau. Wanneer de eerstvolgende 42 impuls optreedt, wordt de lading eventueel onder het elektrodepaar l4-(n-l)a, l4-(h-l)b overgebracht naar de potentiaalput onder het elektrodepaar 14-na, 14-nb en 30 vandaar stroomt de lading in de potentiaalput onder de drijvende elektrode F indien gedurende de impuls de elektrode F zich op een meer negatieve potentiaal bevindt dan het elektrodepaar l4-na, l4-nb.reference negative voltage level. When the next 42 impulse occurs, the charge is optionally transferred under the electrode pair 14- (nl) a, 14- (hl) b to the potential well below the electrode pair 14-na, 14-nb and 30, hence the charge flows into the potential well below the floating electrode F if during the pulse the electrode F is at a more negative potential than the electrode pair 14-na, 14-na.
De ladingsoverdracht vanuit de laatste 35 potentiaalput van het schuifregister naar het drijvende ί * -46- gebiecl F wordt voltooid gedurende de achterflank van tb .The charge transfer from the last potential well of the shift register to the floating area F is completed during the trailing edge of tb.
Op dit tijdstip strekt gedurende de impuls V (die geduren-de het' eerste gedeelte van de negatieve puls 4 optreedt), een geleidend kanaal zich vanaf de bron tot onder de . 5 elektrode 17 uit. Indien op hetzelfde ogenblik de drijvende elektrode F betrekkelijk negatief is, vloeit de lading van S2 door dit kanaalgebied en door het kanaalgebied, gevormd onder de elektrode 16-0 naar de potentiaalput onder de elektrode 16-1, tot stand gebracht door 4 . Indien ander-10 zijds de elektrode 16-0 betrekkelijk positief is, waardoor de opslag van een 1 bij de drijvende elektrode F wordt aangegeven, wordt een barrière onder de elektrode 16-0 tot stand gebracht en vloeit geen lading van S2 naar de potentiaalput onder de elektrode ló-l.At this time, during the pulse V (which occurs during the first portion of the negative pulse 4), a conductive channel extends from the source to below. 5 electrode 17 out. At the same time, if the floating electrode F is relatively negative, the charge of S2 flows through this channel region and through the channel region formed under the electrode 16-0 to the potential well below the electrode 16-1 established by 4. On the other hand, if the electrode 16-0 is relatively positive, indicating the storage of a 1 at the floating electrode F, a barrier is established below the electrode 16-0 and no charge of S2 flows to the potential well under the electrode ló-1.
15 ICort nadat de stuurimpuls V is be- ëindigd en nog steeds gedurende de negatieve puls 4.^, treedt de terugstelimpuls V op om de drijvende elektrode X\ F terug te stellen, d.w.z. haar op haar referentiepoten-tiaal te brengen. Op dit ogenblik kan echter geen lading 20 uit de bron vloeien, aangezien Vc zich op aardpotentiaal bevindt, waardoor een barrière voor de ladings overdracht uit de bron wordt gevormd,Shortly after the control pulse V has ended and still during the negative pulse 4. ^, the reset pulse V occurs to reset the floating electrode X \ F, i.e. to bring it to its reference potential. At this time, however, no charge 20 can flow from the source, since Vc is at ground potential, creating a barrier to charge transfer from the source,
Fig. 45 is een bovenaanzicht Van een gedeelte van een twe e-dimens ionaal, schuifregisters:tels el, 25 zoals gedeeltelijk weergegeven in fig. 43, Ook hier spreekt de besparing aan uitvoering voor zichzelf.Fig. 45 is a plan view of a portion of a two-dimensional ion shift registers count el, 25 as shown in part in FIG. 43, Here again the saving in implementation speaks for itself.
Hoewel niet weergegeven, zal het duidelijk zijn, dat verscheidene andere permutaties en combinaties van de verscheidene beschreven inrichtingen -kunnen 30 worden gebruikt. Om slechts één voorbeeld te geven is het duidelijk, dat de vereenvoudigde constructie van fig. 34 in de 2-fazeversie van het schuifregister kan worden gebruikt .While not shown, it will be appreciated that various other permutations and combinations of the various devices described may be used. To give just one example, it is clear that the simplified construction of Fig. 34 can be used in the 2-phase version of the shift register.
In het kort wordt teruggekeerd naar 35 fig· 4o« Zoals reeds eerder werd opgemerkt, kan de con- V > -47- 3:ruc;ie var, de het signaal regenererende trap enigszins worden vereenvoudigd., zoal? uit de uitvoering in fig. 42 bii j.<t , indien de schakeling wo-rdt ontvorpen om zonder de terug-stellende stuurspannings impuls V te werken. Deze wijzi-5 ging van de schakeling is schematisch weergegeven door de onderbroken lijn, die de elektrode l4-(n+l) met dezelfde energiebron verbindt ais gebruikt wordt voor de afvoer-eiektrode D. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een gemeenschappelijke energievoeaing gβίο bruikt D, l4-(n+l) en S2 op dezelfde wijze als eerder werd aangegeven in fig. 34 voor het geval van een 3-faze-stelsel.Briefly, it is returned to FIG. 4o. As noted previously, the con- v> -47- 3: ruc; ie var, the signal regenerating stage can be somewhat simplified, such as? from the embodiment shown in FIG. 42 at <t, if the circuit is depleted to operate without the reset control voltage pulse V. This circuit modification is schematically shown by the broken line connecting the electrode 14- (n + 1) to the same power source as is used for the drain electrode D. In a preferred embodiment of the invention, a common power supply gβίο uses D, l4- (n + 1) and S2 in the same manner as previously indicated in Fig. 34 for the case of a 3 phase system.
Xn de tot dusverre weergegeven uitvoeringsvorm van de uitvinding ontvangt elk schuifregis-15 ter de complementen van de bits, die in het voorafgaande schuifregister zijn opgeslagen. De schematisch in fig. 46 weergegeven schakeling maakt het mogelijk, dat elk schuifregister de bits zelf aan het eerstvolgende schuifregister levert, De drijvende elektrode F in plaats van recht-20 streeks verbonden te zijn met de stuurelektrode 16-0 van het eerstvolgende register is hiermede verbonden over een inverter I. In andere opzichten is de werking dezelfde ais die welke reeds eerder werd besproken. De inverter kan ook in de verscheidene andere besproken uitvoerings-25 vormen van de uitvinding worden gebruikt. In de praktijk kan de inverter worden gemaakt uit meOaal-o.xyde-halfgelei— der inrichtingen, die in dezelfde substraat zijn gexnteg-reerd als de rest van het stelsel of alternatief kan het een schakeling buiten de substraat zijn.In the hitherto shown embodiment of the invention, each shift register receives the complements of the bits stored in the previous shift register. The circuit schematically shown in FIG. 46 allows each shift register to supply the bits themselves to the next shift register. The floating electrode F instead of being directly connected to the control electrode 16-0 of the next register is thereby connected across an inverter I. In other respects, the operation is the same as that discussed previously. The inverter can also be used in the various other discussed embodiments of the invention. In practice, the inverter can be made from metal-oxide-semiconductor devices integrated in the same substrate as the rest of the system or alternatively it can be a circuit outside the substrate.
30 In de uitvoeringsvorm van de uit vinding , weergegeven in fig. 21, worden een aantal bits parallel in het gebied 11 overgebracht. Bij het bespreken van deze figuur werd opgemerkt, dat dit aantal bits een informatie-byte kan zijn. Ben meer in het bijzonder voor— delige werking kan worden bereikt, indien bovendien het f ï -48- complement van het byte sauenvallend wordt overgedragen.In the embodiment of the invention shown in Fig. 21, a number of bits are transferred in parallel in the region 11. When discussing this figure, it was noted that this number of bits may be an information byte. More particularly, an advantageous effect can be achieved if, moreover, the β-48 complement of the byte is transferred in a falling manner.
Een stelsel van ait type omvat derhalve n paren door lading gekoppelde schuifregisters (waarin n een- geheel getal is, dat in het bepericende geval 1 bedraagt, dat 5 normaal β of 8 is en dat een aanzienlijk groter getal kan zijn). Een scnuifregister van elk paar slaat de bits op en het andere de complementen van de bits en elk dergelijk paar kan verbonden worden met een balansdetector, zoals weergegeven in fig. 4-7.Thus, an ait type system includes n pairs of charge coupled shift registers (wherein n is an integer, which in the case of limitation is 1, which is 5 normally β or 8, and which may be a significantly larger number). A shift register of each pair stores the bits and the other the complements of the bits, and each such pair can be connected to a balance detector, as shown in Figures 4-7.
10 Een belangrijk voordeel van het op deze wijze werken is, dat het signaal kan worden gedetecteerd zonder dat het een bepaald drempelniveau moet bereiken. Voor een betrouwbare werking van de balansdetector is het alleen nodig, dat er een voldoende 15 verschil in amplitude tussen de twee ingangssignalen is, waarvan het ene het bit 1 en de andere het bit O voorstelt. Een ander voordeel van het gebruiken van een balansdetec-tie-inrichting is, zoals in het kort onder verwijzing naar fig. 49 zal worden besproken, het relatieve gemak, 20 waarop nieuwe informatie in de opslaglus kan worden ingevoerd en uitgangsinformatie uit de opslaglus kan worden verkregen. De reden hiervan is de extra signaalversterking, die beschikbaar is, en die het mogelijk maakt, dat de balansdetector op enige afstand van de door lading gekoppel-25 de schuifregisters wordt aangebracht.An important advantage of working in this way is that the signal can be detected without having to reach a certain threshold level. For reliable operation of the balance detector it is only necessary that there is a sufficient amplitude difference between the two input signals, one representing bit 1 and the other representing bit O. Another advantage of using a balance detection device is, as will be briefly discussed with reference to Fig. 49, the relative ease at which new information can be input to the storage loop and output information from the storage loop. obtained. The reason for this is the additional signal amplification, which is available, which allows the balance detector to be located some distance from the charge-coupled shift registers.
Een uitvoeringsvorm van het balans-detectieschema is weergegeven in fig. 48. Aangenomen wordt, dat het bovenste, linker register l4-(n+l), l4-n enz. bits opslaat en dat het bovenste, rechter register l4a-(n+l), 30 l4a-n enz. complementen van de bits opslaat, In de praktijk worden deze twee registers naast elkaar aangebracht en de bits en hun complementen verplaatsen zich in dezelfde rieh-"bitig, hier zijn zij echter gemakshalve eenvoudig convergerend weergegeven.An embodiment of the balance detection scheme is shown in Fig. 48. It is assumed that the top left register 14- (n + 1) stores 14-n etc. bits and that the top right register 14a (n + 1) stores 1), 14a-n etc. stores complements of the bits. In practice, these two registers are arranged side by side and the bits and their complements move in the same sequence, however here they are shown simply converging for convenience.
3.53.5
De balansdetector is voorzien van twee w -*—· j v ♦ f ï -49- transis tors 200, 201, die ia dezelfde substraat ais de rest vaa het stelsel zijn. geïntegreerd. Verder wordt gebruik gemaakt van de uitvoerconstructies van de twee schuif registers als de belas tings inrichting of ’‘veers tanden” 5 voor de twee kruiselings gekoppelde transistors 200, 201. Aldus bestaat de balansdetector in vericelijkheid uit een vier-transistor, flip-flop, waarvan twee transistors als belastingsveerstanden werken en deel uitmaken van de uit-voerschakeling van de schuifregisters.The balance detector is provided with two transistors 200, 201, which are the same substrate as the rest of the system. integrated. Furthermore, use is made of the output constructions of the two shift registers as the load device or "spring tines" 5 for the two cross-coupled transistors 200, 201. Thus, the balance detector consists, in alliance, of a four-transistor, flip-flop, two of which transistors act as load resistors and are part of the output circuit of the shift registers.
XG Tijdens de werking van het stelsels van fig/ ^3 kan gedurende de £, impuls, V betrekkelijk sterk negatief worden gemaakt en V gelijk aan V, worden gemaakt, °1XG During the operation of the systems of FIG. 3, during the pulse, V can be made relatively strongly negative and V equal to V can be made, ° 1
Als gevolg hiervan ontladen de drijvende gebieden F- en F„ elke lading, die een van hen kan hebben verzameld en worden 15 teruggesteld op een vaarde dicht bij -V^. Derhalve worden de klemmen 202 en 203 op dezelfde negatieve potentiaal dicht bij -V. gebracht en wanneer V nul wordt gemaakt (V blijft op -V^) , worden alle vier transistors afgesneden en bevinden de F, en F gebieden zich in een open keten.As a result, the floating areas F- and F „discharge any charge that one of them may have collected and are reset to a vessel close to -V ^. Therefore, terminals 202 and 203 become close to -V at the same negative potential. and when V is made zero (V remains at -V ^), all four transistors are cut off and the F, and F regions are in an open chain.
JL. c.JL. c.
20 De overdracht van het ladingssignaal naar de F^ en F^ gebieden brengt de toestand tot stand, die de flip-flop zal aannemen wanneer zij opnieuw wordt bekrachtigd of met andere woorden gezegd, wanneer de vier-transistor flip-flop in een werkzame, toestand wordt gebracht.The transfer of the charge signal to the F1 and F1 regions establishes the state that the flip-flop will assume when it is energized again or, in other words, when the four-transistor flip-flop is in an active state, condition.
25 De flip-flop worctt opnieuw bekracnrigd door eerst V_ posi- G1 tiever (daadwerkelijk minder negatief) te maken en vervolgens (of samenvallend) terug te brengen tot een negatieve potentiaal teneinde de transistorbelastingen (f^, 14—(n+l), D en Fg» l4a-(n+l), D) in'de keten terug te brengen, hauw-30 keuriger gezegd kan Viets meer positief worden gemaakt dan aan het terugstelgedeelte van de cyclus, echter'wordt zij nog steeds op een potentiaal gehouden, die voldoende negatief is, zodat de twee belas tings transistors zich nog steeds in hun geleidende toestand bevinden. De stuurspanning i 1 -50- V wordt relatief positief ten opzichte van V, gemaakt; 1 ' 4 zij kan bijvoorbeeld, worden verhoogd tot of een iets meer positieve potentiaal (de daadwerkelijke waarde, gekozen voor V zal afhangen van de spanningen, ge-U1 5 wenst aan 202 en 203·The flip-flop is reclassified by first making V_positive G1 more (actually less negative) and then (or coincidentally) reducing it to a negative potential in order to transistor loads (f ^, 14— (n + 1), D and Fg144a (n + 1), D) in the chain, more precisely, Viets can be made more positive than the reset portion of the cycle, however it is still being set at a potential sufficiently negative that the two load transistors are still in their conducting state. The control voltage i 1 -50- V is made relatively positive with respect to V; 1 '4 it can be increased, for example, to or a slightly more positive potential (the actual value chosen for V will depend on the voltages, desired at 202 and 203)
Zoais bovenstaand werd opgemerkt, zal de toestand, die de flip-flop aanneemt afhangen van de waarden van de bits, opgeslagen in de twee schuifre-gisters. Bijvoorbeeld, indien het bit, opgeslagen onder Γ0. -het elektrodepaar 14-n gedurende de impuls een 0 is (geen lading) blijft F^ betrelckelijk negatief. Dienovereenkomstig zal er een lading onder het elektrodepaar l4a-n zijn, zodat aan het einde van de è2 impuls deze lading zal worden overgebracht naar F~ en F„ zal betrek-15 kelijk positief zijn. De betrekkelijk negatieve spanning aan 202 zal.de flip-flop uit balans brengen en wanneer de flip-flop opnieuw wordt bekrachtigd zal het gevolg zijn, dat de transistor 201 geleidend wordt gemaakt en derhalve zal de betrekkelijk positieve spanning aan 203 ertoe 20 leiden, dat de transistor 200 wordt afgesneden. Het verschil in spanning tussen F-^ en F^ bepaalt de nieuwe toestand wanneer de flip-flop opnieuw wordt bekrachtigd» Derhalve zal de klem 202 betrekkelijk negatief dicht bij de waarde ~V^ min de spanningsval van D naar F^ worden ge-25 maakt, terwijl het punt 203 zich op een betrekkelijk positieve waarde zal bevinden, dicht bij de potentiaal V ,As noted above, the state the flip-flop assumes will depend on the values of the bits stored in the two shift registers. For example, if the bit is stored under Γ0. -the electrode pair 14-n is 0 during the impulse (no charge), F ^ remains relatively negative. Accordingly, there will be a charge under the electrode pair 14a-n, so that at the end of the impuls2 pulse this charge will be transferred to F F and F „will be relatively positive. The relatively negative voltage at 202 will unbalance the flip-flop, and when the flip-flop is energized again, the result will be to make the transistor 201 conductive, and therefore the relatively positive voltage at 203 will cause transistor 200 is cut off. The difference in voltage between F- ^ and F ^ determines the new state when the flip-flop is energized again. Therefore, the clamp 202 will be relatively negative close to the value ~ V ^ minus the voltage drop from D to F ^. while the point 203 will be at a relatively positive value, close to the potential V,
Ci die hetzelfde kan zijn als .Ci which can be the same as.
Gedurende de impuls zal de informatie , opgeslagen bij 202 en 203j die aan de stuurelektro-30 den 16-0 respectievelijk l6a-0 samenvallend met een nega-During the impulse, the information stored at 202 and 203j associated with the control electrodes 16-0 and 16a-0 will coincide with a negative
tieveinpuls V , toegevoerd aan de elektroden 17 en 17a Oselective pulse V applied to electrodes 17 and 17a O
worden toegevoerd, een geleidingskanaal onder de elektrode 16-0 aanwezig laten zijn en geen geleidingskanaal onder de elektrode l6a-Q. D.w.z. na het begin van de impuls, * Li s Jr -51- warme er de flip-flop r*aar de nieuwe toes rand wordt ge-, senaiceid, wordt de süuurpuls V-, negatief* gemaakt en wordt de lading vanuit 32 naar het gebied onder de opslagplaat ió-1 overgedragen. Aangezien de elektrode lóa-0 betrekke-5 lijk positief is ten opzichte van V, vindt geen lading-overdracnt vanuit de bron 3^ naar het gebied onder de opslagplaat lóa-i plaats.be supplied, have a guide channel under the electrode 16-0 and no guide channel under the electrode 16a-Q. I.e. after the start of the impulse, * Li s Jr -51- warm the flip-flop before the new toe edge is sensed, the acid pulse V- is made negative, * and the charge from 32 to the area below the storage plate ió-1. Since the electrode 10a-0 is relatively positive with respect to V, no charge transfer from the source 3i to the region below the storage plate 10a-i takes place.
Fig. 49 toont op een meer schematische wijze een alternatieve inrichting. De constructie 13 van de bovenste ea onderste schuifregisters is dezelfde als die van fig. 48 en alleen de drijvende juncties F , en de elektroden ló—0 en lóa-0 zijn weergegeven. In deze uitvoeringsvorm worden de drijvende juncties niet als belastings element en voor de balansdetector gebruikt. De 15 transistors 200 en 201 zijn dezelfde als die van fig. 48. Bovendien zijn er echter afzonderlijke transistors 204 en 205i waarvan het doel is de signalen, aanwezig bij F^reapectievelijk Fn te versterken. Bovendien zijn er transistors 207 en 208, die de tweevoudige taak hebben 20 ais transistorbelastingen voor de flip-flop 200,.201 te werken en als een middel om nieuwe informatie in de flipflop in te voeren. Verder kan worden opgemerkt, dat nieuwe informatie in de schakeling van fig, 48 kan wordexi ingevoerd door een tweetal transistors, zoals 207 en 208, weer-25 gegeven in fig. 49.Fig. 49 shows in a more schematic manner an alternative device. The construction 13 of the upper ea lower shift registers is the same as that of Fig. 48 and only the floating junctions F, and the electrodes 10-10 and 10-0 are shown. In this embodiment, the floating junctions are not used as a load element and for the balance detector. The transistors 200 and 201 are the same as those of Fig. 48. In addition, however, there are separate transistors 204 and 205i whose purpose is to amplify the signals present at F1 and Fn, respectively. In addition, there are transistors 207 and 208 which have the dual task of operating as transistor loads for the flip-flop 200, .201 and as a means of inputting new information into the flip-flop. It may further be noted that new information in the circuit of FIG. 48 may be input by two transistors, such as 207 and 208, shown in FIG. 49.
-pijdens de werKing van de inrichting volgens fig, 4Q wordt de flip-flop eerst teruggesteld door de beide transistors 207en 2o8 geleidend te maken (EXT = EXT = V, terwijl J2i = IN^ = bepaalde negatieve waarde, 30 bijvoorbeeld -V, van flS- 43), De transistors 207 eh 208 4- ___ worden dan uitgeschakeld, bijvoorbeeld door EXT = EXT = aarde te maken, terwijl Vq eveneens gelijk is aan -V^, zodat de transistors 200 ea 201 worden uitgeschakeld. Derhalve zijn de beide punten 202 en 203 op dezelfde refe-35 rentiepotexxtiaal (-Vteruggesteld.During the operation of the device of FIG. 4Q, the flip-flop is first reset by making both transistors 207 and 208 conductive (EXT = EXT = V, while J2i = IN ^ = certain negative value, for example -V, of flS-43), The transistors 207 eh 208 4- ___ are then turned off, for example by making EXT = EXT = ground, while Vq is also equal to -V ^, so that the transistors 200 and 201 are turned off. Hence, both points 202 and 203 are on the same reference potency (-Reset).
< ί -52--52-
Op het ogenblik waarop de flip-flop wordt teruggesteld en de ladingssignal en bij F^ en F^ beschikbaar'zijn, wordt een negatieve impuls V , die negatiever 0 2 is dan toegevoerd aan de afvoerelektroden van de tran- 5 sistors 2¾½ en 20p. Indien nu bijvoorbeeld Ui (de spanning bij F^) betrekkelijk negatief is en IN (de spanning bij F2) betrekkelijk positief is, zal de transistor 204 meer geleiden dan de transistor 203* Hierdoor wordt de flip-flop uit evenwicht gebracht, zodat op dezelfde wijze als be-10. schreven voor de schakeling van fig. 48, wanneer de flipflop opnieuw wordt bekrachtigd (eerst door de spanningen IN' = IN terug te brengen naar -V^ en vervolgens terug te brengen naar V^) zal de flip-flop in een nieuwe1 toestand worden ingesteld, waarin het spanningsverschil 15 tussen de punten 202 en 203 een versterkte versie van het spanningsverschil zal zijn, dat oorspronkelijk aanwezig was tussen F^ en F2.At the time when the flip-flop is reset and the charge signal is available at F1 and F1, a negative pulse V, which is more negative 0 2, is applied to the drain electrodes of transistors 2½ and 20p. For example, if Ui (the voltage at F ^) is relatively negative and IN (the voltage at F2) is relatively positive, transistor 204 will conduct more than transistor 203 * This will unbalance the flip-flop so that at the same way as be-10. for the circuit of Fig. 48, when the flip-flop is energized again (first by returning the voltages IN '= IN to -V ^ and then returning to V ^) the flip-flop will be in a new state in which the voltage difference 15 between points 202 and 203 will be an amplified version of the voltage difference originally present between F1 and F2.
Nieuwe informatie kan aan de onderste registers via de transistors 207 en 208 op een wijze worden 20 toegevoegd, die bijvoorbeeld gebruikt wordt in een P-M0SNew information can be added to the bottom registers via transistors 207 and 208 in a manner used, for example, in a P-M0S
geheugenstelsel. De EXT en EXT signalen voeren de functie van de woordkiespulsen uit, terwijl de IN' en IX signalen de functie van de bitsignalen uitvoeren, die nieuv/e informatie invoeren. De uitwendige ingangs signalen kunnen 25 de flip-flop in de gewenste toestand instellen bij afwezigheid van de stuuringangs impuls V,, .memory system. The EXT and EXT signals perform the function of the word dialing pulses, while the IN 'and IX signals perform the function of the bit signals which input new information. The external input signals can set the flip-flop to the desired state in the absence of the control input pulse V1.
L 2L 2
Aan de uitwendige sigxialen kan ook een voldoende amplitude worden gegeven, teneinde élk signaal te overwinnen, dat gedurende Vn bij F, en F_ 30 aanwezig kan zijn. Met andere woorden, de werking is gelijk aan die beschreven in verband met fig. 48. Dit betekent, dat gedurende het regenereringsproces van de informatie, de transistors 207 en 208 de functie van de belastingsinrichtingen in de flip-flop uitoefenen, die 35 in de schakeling van fig. 48 deel uitmaakten van de .. . ï η. * -53- ui cgangscons true tie van ae complementaire schuifregisters.The external signals may also be given a sufficient amplitude to overcome any signal which may be present at Fn and F-30 during Vn. In other words, the operation is the same as that described in connection with Fig. 48. This means that during the regeneration process of the information, transistors 207 and 208 perform the function of the load devices in the flip-flop, which are in the circuit of Fig. 48 were part of the. ï η. * -53- output consonation of the complementary shift registers.
Derhalve, he bovenbesproken'eigenschappen van he fig. Id en 49 zijn de gebruikte flip-flop-pen geschikte ciida ei en o ra de door lading gekoppelde in-5 formatie om te zetter» in statische informatie, ongeslagen in een flip-flop. Vanneer bijvoorbeeld een byte en haar complement naar door lading gekoppelde schuifregis-ters, zoals in fig. 21 aan een uitgangsklem van dit stelsel worden overgedragen, kunnen er n flip—floppen 13 zijn, zoals weergegeven in de fig. 48 en 49, waarbij n het aantal bits in een byte is. Deze n bits kunnen’ge-makkelijk in elke geschikte vorm van een geheugen-worden geschoven. Bijvoorbeeld kan de signaal regenererende flip-flop, zoals in fig, 49 met extra transistors 204 15 en 20p voor het versterken van het signaal, afgenomen van F en F0 als een halfgeleidergeheugen werken, dat als een bufferopsiag kan worden gebruikt tussen de door een lading gekoppelde geheugeniussen en uitwendige schakelingen· 21 In de stelsels van fig. 43 en 49 wordt de ingangsinformatie afgetast bij de drijvende juncties, zoals F^ en F^· Opgemerkt wordt, dat het stelsel ook kan werken onder gebruikmaking van drijvende aluminium elektroden, zoals l4-n van fig. pö om signalen 25 capacitief met de flip-flop te koppelen. De verandering in capaciteit van derge lijke drijvende elektroden als functie van het ladingssignaal zal duidelijk worden uit de beschrijving, die in het kort zal worden gegeven van de werking van de schakeling van fig, pQ.Therefore, the features discussed above in Figs. Id and 49 are the flip-flops used to convert suitable charge-coupled information into static information unbeaten in a flip-flop. For example, when a byte and its complement to charge-coupled shift registers, such as in FIG. 21, are transferred to an output terminal of this array, there may be n flip-flops 13, as shown in FIGS. 48 and 49, where n is the number of bits in a byte. These n bits can easily be slipped into any suitable form of memory. For example, the signal regenerating flip-flop, as in Fig. 49, with additional transistors 204 and 20p for amplifying the signal taken from F and F0 can act as a semiconductor memory, which can be used as a buffer storage between the charges coupled memory loops and external circuits · 21 In the systems of FIGS. 43 and 49, the input information is scanned at the floating junctions such as F ^ and F ^. It is noted that the system may also operate using floating aluminum electrodes such as 14 -n of FIG. p0 to capacitively couple signals to the flip-flop. The change in capacitance of such floating electrodes as a function of the charge signal will become apparent from the description which will be given briefly of the operation of the circuit of FIG. PQ.
52 Hoewel de fig. 47 - 49 voor de hui- - • «t dige bespreking zijn weergegeven in termen van een 2-faze_ inrichting, zal het duidelijk zijn, dat de beschreven technieken eveneens van toepassing zijn op 3» 4 en hogere faze, een lading voortplantende schakelingen.52 Although FIGS. 47-49 are presented for the present discussion in terms of a 2-phase device, it will be appreciated that the techniques described also apply to 3-4 and higher phase, a load of propagating circuits.
25 In de bespreking die tot dusver heeft 4 * -54- plaats gevonden, was de koppeling tussen twee registers voorzien van een drijvend junctiegebied, zoals F, F^ enz.In the discussion that has so far taken place 4 * -54-, the link between two registers was provided with a floating junction area, such as F, F, etc.
Dit drijvende junctiegebied is gelegen in een n-type substraat en bestaat uit een p + gebied, Het is ook moge-5 lijk als het, het signaal aftastende orgaan een drijvende aluminium elektrode te gebruiken, zoals weergegeven in fig- 50. Hier is de drijvende aluminium elektrode 1^-n aan het uitvoereinde van het ene register gekoppeld met een stuurelektrode lo-O aan het invoereinde van het 10 eerstvolgende register.This floating junction region is located in an n-type substrate and consists of a p + region. It is also possible to use the signal sensing member a floating aluminum electrode as shown in Fig. 50. Here the floating aluminum electrode 1-n at the output end of one register coupled to a control electrode 10 0 at the input end of the next register.
Tijdens de werking van het stelsel volgens fig. 50, een vier-fazestelse 1 wordt aangenomen, dat de elektrode l4-n door de negatieve stuurimpuls V-, op een bepaalde spanning is teruggesteld, die niet zo negatief is 15 als en zich in een open keten bevindt (drijvend laten) door de stuurimpuls V te verwijderen. Hierdoor ontstaat een potentiaalput onder de elektrode l4-n. Op het 4^ tijdstip wordt de lading (of geen lading) naar het gebied van de substraat onder de laatste opslagelektrode l4-(n-l) 20 overgedragen. Op het ogenblik wordt aangenomen, dat er een lading aanwezig is, Gedureride de achterflank van de 4^ impuls, die de negatieve 4^ impuls overlapt, loopt, aangezien de potentiaalput onder de elektrode l4-(n-l) ondieper is gemaakt, de daarin aanwezige lading over in de potentiaal-25 put onder de drijvende aluminium elektrode l4~n. Aoals in deze techniek duidelijk is, wordt door de verhoging van de lading in de potentiaalput onder de elektrode lU-n de effectieve capaciteit tussen de elektrode l4-n en de substraat verhoogd, Aangezien een vaste lading daarvóór op deze drij-30 vende elektroden tot stand was gebracht, wordt hierdoor df aan de elektrode llt--n en derhalve aan 16-0 aanwezige spanning verlaagd,During the operation of the system of FIG. 50, a four-phase device 1, it is assumed that the electrode 14-n is reset by the negative control pulse V- to a certain voltage which is not as negative as and is in a open circuit (leave floating) by removing the control pulse V. This creates a potential well under the electrode 14-n. At the time of the charge, the charge (or no charge) is transferred to the region of the substrate under the last storage electrode 14- (n-1) 20. Currently, a charge is assumed to be present, during the trailing edge of the 4 ^ pulse overlapping the negative 4 ^ pulse, since the potential well is made shallower under the electrode 14- (nl), the one contained therein charge into the potential well below the floating aluminum electrode 14 ~ n. As is apparent in this technique, increasing the charge in the potential well below the electrode 1U-n increases the effective capacitance between the electrode 14-n and the substrate, since a solid charge prior to these floating electrodes increases to has been brought about, this reduces df at the electrode llt - n and therefore at the voltage present at 16-0,
Wanneer de 4^ impuls is beëindigd, wordt de ladings overdracht naar de potentiaalput onder de -55- elektrode 14-n voltooid. en op dit tijdstip worde ae aega-11ave stuur?oanningsimpuls V\, aan de elextroda 17 toege— voera. hu zijn de oas oanaigheden juist om lading vanuit 3, door net geleidingsKanaal onuer de elektrode 17 te 5 laten vloeien en afhankelijk van het feit of de elektrode 16-0 negatief of positief is ten opzichte van dc potentiaal van de bron 5^ al dan niet naar de potent.iaalput onder de apslagelektrode ió-I te laten vloeien.When the 4 ^ pulse is finished, the charge transfer to the potential well below the -55 electrode 14-n is completed. and at this time, the aega-11ave control pulse V1 is supplied to the elextroda 17. hu are the oas conditions appropriate to allow charge to flow from 3 through the conduction channel on the electrode 17 and depending on whether the electrode 16-0 is negative or positive relative to the potential of the source 5 ^ or not to flow to the potential well below the storage electrode 10-1.
Onder ideale omstandigheden en vanneer 10 een volmaakte diële.<trische-silicium dioxydelaag met geen lekken wordt aangenomen, kan een vaste lading in de elektrode l4-n door de capacitieve spanningsdelingswerking worden gehandhaafd. Voor het doel van de onderhavige bespreking wordt een betrekkelijk grote gelijkspanningsbron V^, 15 en een betrekkelijk kleine condensator in de schake- ^ Ü-ng aangenomen om dit doel te bereiken, In de praktijk echter heeft zelfs een diëlektrisch materiaal, dat even goed is als silicium dioxyde een eindige, specifieke weerstand, die in het algemeen zal trachten de referentiespanning van 20 de elektrode 1^-n onder deze omstandigheden afhankelijk te maken van de vorige toestand van het schuifregister. Bovendien zal bij deze drijvende elektroden een langzame span.-ningsioop ontstaan, indien het geleidingsvermogenlvan deze twee condensatoren niet nauwkeurig evenredig is met hun res-25 peetievelijke capaciteiten en hierdoor zouden verdere fouten worden ingevoerd. Teneinde dergelijke problemen te vermijden en ook de noodzaak van een betrekkelijk hoge, gelijkspanningsbron te vermijden, wordt volgens de uitvinding een terugstelspanningsorgaan, bijvoorbeeld defMOS inrich- 30 ting F, Vc , aangebracht om de elektrode l4-n op een k refereatieniveau terug te stellen. Telkens wanneer de negatieve stuurimpuls V optreedt, wordt de drijvende alu-minium elektrode 14-n op de spanning van teruggesteld. Hoewel desgewenst een negatieve impuls V gedurende elke 35 & immils kan worden toeeevoerd, behoeft in werkelijkheid 4 i -56- de elektrode lk-α niet zo dikwijls te worden teruggesteld. Desgewenst kan zij bijvoorbeeld worden teruggesteld synchroon met een negatieve impuls bijvoorbeeld elke millis ec ond e.Under ideal conditions and when a perfect dielectric-silicon dioxide layer with no leakage is assumed, a solid charge in the electrode 14-n can be maintained by the capacitive voltage dividing action. For the purpose of the present discussion, a relatively large DC voltage source V15, and a relatively small capacitor is assumed in the circuit to achieve this goal. However, in practice, even a dielectric material which is equally good as silicon dioxide a finite, specific resistance, which will generally attempt to make the reference voltage of the electrode 1n under these conditions dependent on the previous state of the shift register. In addition, these floating electrodes will develop a slow voltage if the conductivity of these two capacitors is not accurately proportional to their respective capacities and further errors would be introduced. In order to avoid such problems and also avoid the need for a relatively high DC voltage source, according to the invention a reset voltage means, for example defMOS device F, Vc, is provided to reset the electrode 14-n to a k reference level. Whenever the negative control pulse V occurs, the floating aluminum electrode 14-n is reset to the voltage of. Although, if desired, a negative pulse V can be applied during every 35 µms, in reality, the electrode 1k-α does not need to be reset as often. If desired, it can be reset, for example, synchronously with a negative impulse, for example, every millisecond.
5 Een ander kenmerk van de schakeling van fig. pO bestaat hierin-* dat de spanning van de elektrode ló-O gemoduleerd kan worden door een uitwendige spanningsbron via een koppelcondensator, die met onder broken lijnen mei is aangegeven. De stuurspanning Vc 10 kan synchroon zijn met de stuurspanning V . Het doel ^ hiervan is het niveau van de spanning, aanwezig bij 16-0 op een geschikt niveau te verschuiven, bijvoorbeeld in het ene geval om het kanaal onder de elektrode 16-0 volledig af te sluiten en in een ander geval om dit kanaal sterk 15 geleidend te maken. Dit komt inderdaad overeen met hetgeen reeds werd beschreven voor het geval, waarbij er een aanzienlijk overlappende capaciteit G is.Another feature of the circuit of FIG. 10 is that the voltage of the electrode 10-O can be modulated by an external voltage source through a coupling capacitor, which is indicated by broken lines. The control voltage Vc 10 can be synchronous with the control voltage V. The purpose of this is to shift the level of the voltage present at 16-0 to a suitable level, for example in one case to completely close off the channel under the electrode 16-0 and in another case to strongly close this channel 15 conductive. This indeed corresponds to what has already been described for the case where there is a significantly overlapping capacity G.
aa
Een alternatief voor het bovenstaand beschreven terugstelmiddel is de drijvende elektrode l^-n 20 op een vaste referentiespanning te houden door deze elektrode via een weerstand met een betrekkelijk grote waarde die met gebroken lijnen met Rc is aangegeven, te verbinden met een voedingsbronklem. Deze weerstand kan de vorm hebben van een betrekkelijk dunne strook polysilicium film 25 van dezelfde samenstelling als gebruikt wordt voor de poly-silicium elektroden.An alternative to the above-described reset means is to keep the floating electrode 1 to 20 at a fixed reference voltage by connecting this electrode to a power source terminal through a relatively large value resistor indicated by broken lines with Rc. This resistor can be in the form of a relatively thin strip of polysilicon film 25 of the same composition used for the poly-silicon electrodes.
Uitvoereinde van het stelselExit of the system
Fig. 51 toont schematisch een vorm van een invoar-uitvoerschakeling voor het stelsel volgens de 30 uitvinding. Tevens laat deze figuur het gebruik van door lading gekoppelde logische schakelingen zien. Deze schakeling is ontworpen voor de 2-faze-uitvoeringsvormen, 'echter kunnen soortgelijke schakelingen worden gebruikt voor de 3, ^ en hogere faze-uitvoeringsvormen.Fig. 51 schematically shows a form of an input-output circuit for the system according to the invention. This figure also shows the use of charge-coupled logic circuits. This circuit is designed for the 2 phase embodiments, however, similar circuits can be used for the 3 and higher phase embodiments.
35 Het gedeelte van de schakeling, dat * > -57- ca eie.ctro<ie;i iU-(r-2) , i4-(n-i) enz. in het bovenste ll‘“'er b5'"eeite bevat, kan zich aan het einde van het x*. a. ,,0-..3 "s^iS:er van het stelsel bevinden en de schake- » ,lxe Ge elektroden 16-2 en io-1 enz, bevat kan zich 5 aan net oe^ixl van het eerste register van het stelsel be- validen, tezamen maken zij deel uit van een gesloten lus .The portion of the circuit containing *> -57- ca eie.ctro <ie; i iU- (r-2), i4- (ni) etc. in the top 11 '' 'er b5' "eeite, may be at the end of the xa. "0 -. 3" s: the array and contains the switching electrodes 16-2 and 10-1, etc. 5 validated at the first half of the first register of the system, together they form part of a closed loop.
ihGxen het gewenst is de informatie eenvoudig te laten hercxrcuxeren hebben ae impulsen V. esnbepaalüe tepa- xLG __ ° tieve vaarde ten opzichte van de bron 3„ en VT1T,_ is ^ Ί . *£ XvLG- be ^ jk positief ten opzicnte van de bron 3^, bij- i_3 vooroeeld ,<asi ge laatstgenoemde zich op aardpotentiaal bevinden.It is desirable to allow the information to be easily recalculated to have impulses V. esnbepaalüe tepa-xLG __ ° active value with respect to the source 3 and VT1T is. * XVLG- be positive with respect to the source 3 ^, for example i3, <as the latter are at earth potential.
De elektroden 17a, lóa-O, iöa-l en ióa—2 stellen het invoereinde van een schuifregister voor om nat uitgangssignaal uit het bovengenoemde stelsel 15 te verwijderen} ga- ae gesloten lus kan zijn. In het kort gezegd werkt dit register van het stelsel als volgt. De uitvoer vordt alleen verkregen haaien de negatieve stuurxmpuis trein V (toegevoerd aan de e lektrode 17a) aanwezig is. vamxeer V impulsen betrekkelijk negatief IC zijn en V, betrekkelijk positief is, kan nieuwe informa-The electrodes 17a, 10a-10, 10a-1, and 10a-2 represent the input end of a shift register to remove wet output from the above system 15, which may be closed loop. In short, this register of the system works as follows. The output is obtained only when the negative control tube train V (supplied to the electrode 17a) is present. V pulses are relatively negative IC pulses and V is relatively positive, new information can
IviVgr tie in het gesloten lusstelsei onder de besturing van het ingangssignaal worden ingevoerd. Overigens is de functie van de stuur impuls en V V, en V gelijk aan die van de tempeerpuis van fig. 4o.Input in closed loop system under the control of the input signal. Incidentally, the function of the control pulse and V V, and V is equal to that of the timing pulse of Fig. 4o.
25 Voor het doei van deze beschrijving wordt aangenomen, dat de spanningsbron V^ die de potentialen van 3^, 3^ en 3,. regelt -5V zal bedragen. De bronnen S0, 3^ en kunnen uit hetzelfde enkelvoudige brongebied bestaan, doch voor het verkrijgen van een extra besturing 72 over de werking van de uitvoertrap, kunnen afzonderlijke stuur spanningen aan de bronnen S0, S0 en worden toegevoerd op een wijze, die bijvoorbeeld reeds werd beschreven in verband met fig. 7·For the purpose of this description, it is assumed that the voltage source V ^ representing the potentials of 3, 3, and 3. controls -5V will be. The sources S0, 3 ^ and may consist of the same single source region, but in order to obtain an additional control 72 over the operation of the output stage, separate control voltages can be applied to the sources S0, S0 and in a manner, for example, already was described in connection with fig. 7
De werking van de gesloten Lus zal i t -58- reeds duidelijk zijn. geworden uit de vorige besprekingen, bijvoorbeeld cle bespreking vau de schakeling van fig. bo (met dien verstande, dat d»2 in fig. kö in fig. pl is).The operation of the closed loop will already be clear. from the previous discussions, for example the discussion of the circuit of FIG. bo (with the proviso that d d2 in FIG. kö in FIG. pl).
Gedureij.de de negatieve impuls wordt het complement van 5 het bit opgeslagen in de ls.atste trap van het laatste schuifregister in de eerste trap (l6-l) van het eerste schuifregister geschoven, Gedurende de eerstvolgende impuls plant het bit, opgeslagen ouder 16 —1, zich naar links naar de potentiaalput onder het elektrodepaar 16-2 10 voort.During the negative impulse, the complement of the bit stored in the last stage of the last shift register is shifted into the first stage (16-1) of the first shift register. During the next impulse the bit, stored parent 16 —1, advance to the left to the potential well below the electrode pair 16-210.
Bij de voorflank van deze &2 impuls en de achterflank van de impuls, die aan het beëindigen is, loopt de positieve lading, die bij F, aanwezig isAt the leading edge of this & 2 pulse and the trailing edge of the pulse, which is finishing, the positive charge, which is present at F, runs
XX
over in de potentiaalput die onder l4ma, l^mb tot stand 15 is gebracht. Opgemerkt wordt, dat F^ zich op een geringe afstand van l^-(n-l) bevindt, en dat de aluminium elektrode 1^4-n deze afstand overlapt. De elektrode lk-1 werkt als een stuurelektrode gedurende de achterflank van de impuls, teneinde te verhinderen, dat een lading bij 20 F^ zich terug naar lU-(n-l) voortplant. Wanneer 4^ afneemt, neemt de potentiaalput onder de elektrode 1^·-η af en samenvallend hiermede neemt de potentiaalput onder het elektrodepaar l4-ma en l^-mb toe, waardoor deze -ladings-overdracht plaats vindt. De ladingsoverdracht van F^ naar 25 Fo stopt, wanneer de elektrode F, de potentiaal van & in de drèrapelspanning bereikt, d.w.z. (-15 volt + V ). Dit is de terugstel- of referentiespanning voor F^.into the potential well established under 14ma, 11mb. It should be noted that F ^ is a small distance from 1 ^ - (n-1), and the aluminum electrode 1 ^ 4-n overlaps this distance. The electrode 1k-1 acts as a control electrode during the trailing edge of the pulse, to prevent a charge at 20 F 1 from propagating back to 1U- (n-1). When 4 ^ decreases, the potential well below the electrode 1 ^ -η decreases and, concomitantly, the potential well below the electrode pair 14-ma and 1 ^ -mb increases, causing this charge transfer. The charge transfer from F ^ to 25 Fo stops when the electrode F reaches the potential of & in the three-stage voltage, i.e. (-15 volts + V). This is the reset or reference voltage for F ^.
Aam het begin van de &2 impuls, bevindt F0 zich op een negatieve spanning V dicht bij 30 + b2 (aannemende een sterke capacitieve koppeling van ϋ>2 met F2) , aangezien zij reeds op de eerder beschreven wijze daarvoor werd teruggesteld, Derhalve worden de positieve ladingsdragers verzameld in de potentiaalput onder F2. De potentiaal van F^ bedraagt, indien geen lading uit 35 wordt overgedragen, + 2>2, waarbij wordt aangenomen, s * -59- dat -e.pacit32.-c var, de elektrode i^—mb.aanzienlijk groter v .n de capaciteit van F, ten opzichte van de substraat paus ae capaciteit van de eientroce l6a-0. Overigens zal de potentiaal van F2 +£d2 zijn, waarbijü afhangt »..n de * -XA.ouaicg van c.e capaciteit tussen de elektrode i'r—ffib en en ge totale capaciteit van ?2«At the beginning of the & 2 pulse, F0 is at a negative voltage V close to 30 + b2 (assuming a strong capacitive coupling of ϋ> 2 with F2), since it has already been reset as previously described, therefore the positive charge carriers collected in the potential well under F2. The potential of F ^ is, if no charge is transferred from 35, + 2> 2, assuming, s * -59-that -e.pacit32.-c var, the electrode i ^ -mb. is considerably larger v. n the capacity of F, relative to the substrate pope ae capacity of the egg process 16a-0. Incidentally, the potential of F2 + will be d2, where the * -XA.ouaicg depends on the capacitance between the electrode i'r-ffib and the total capacitance of? 2 «.
De bovengenoemde iaöingsstroom, indien aan* ezx0, ^eidz tot een positieve verandering in de potentiaal aan s2 en aangezien deze is verbonden met ióa-Q, tou een overeenkomstige spanningsverandering aan l6a-0.The above discharge current, if connected to exx, zidz to a positive change in the potential at s2 and since it is connected to ia-Q, tou a corresponding voltage change at 16a-0.
De laava^üenoemae elektrode is de stuurelektrode voor een ander oChuifregister l6a-l, lóa-2 enz.The laava ^ uenoemae electrode is the control electrode for another housing register 16a-1, lóa-2 etc.
Indien gedurende de &2 tijd de stuur-spanning betrekkeiijk negatief is ten opzichte van de i: vron , zal de lading vanuit zich door het geleidings- .vanaal onder 17a voortplauten. Afhangende van het feit of xoa-0 betrekkelijK negatief (geen lading bij F0) of betrekke lx j k positief ten opzichte van S2 (lading aanwezig bij ?2) is, zal de lading uit al dan niet naar de eerste po-tentiaalbron, de ene elektrode lóa-1, passeren. Hierna plant deze informatie zich naar rechts voort. Indien anderzijds betrekkelijk positief is, bijvoorbeeld op aard- potentiaal is, dan kan geen informatie uit F naar het ióa-2 ... register passeren.If the control voltage is relatively negative with respect to the beam during the & 2 time, the charge will continue to propagate through the guide vane below 17a. Depending on whether xoa-0 is relatively negative (no charge at F0) or relatively 1x jk positive with respect to S2 (charge present at? 2), the charge will or will not go to the first potential source, the one pass electrode 1a-1. After this, this information propagates to the right. On the other hand, if it is relatively positive, for example, is at ground potential, then no information from F can pass to the 100-2 register.
25 Na de beëindiging van V , beëindigt de impuls, terwijl de impuls nog aan de gang is en de tweec.3 stuuigt armings impuls Vb, optreedt. Deze impuls laat C2 het gebied van de substraat onder de stuurelektrode l^-(n+l) als een ge leadingskanaal werken en elke lading bij Fn wordt 30 via dit kanaal naar de afvoer D gevoerd. Nadat de ladingen zijn overgebracht, wordt de tweede drijvende elektrode F0 op een. negatieve waarde, dicht bij die van door de stuurimpuls Y teruggesteld. V^, kan een bepaalde waarde, 2 bijvoorbeeld -5 volt hebben· i £ -60-After the termination of V, the impulse terminates while the impulse is still in progress and the two-second arming impulse impulse Vb occurs. This impulse causes C2 the region of the substrate under the control electrode 1 ^ - (n + 1) to act as a conduction channel and each charge at Fn is fed through this channel to the drain D. After the charges are transferred, the second floating electrode F0 becomes one. negative value, close to that of reset by the control pulse Y. V ^, can have a certain value, 2 for example -5 volts · i £ -60-
Vauneer het gewenst is nieuwe informatie in het schuifrcgister in te voeren, wordt de elektrode '17 betrekkelijk positief ten opzichte van genaakt, d.w.z, zij wordt op een potentiaal, bijvoorbeeld aarcipoten-5 tiaal gebracht en een betrekkelijk negatieve impuls of impuls trein wordt aan 17-b toegevoerd. De betrekke- HüiG* _______ lijk positieve ^ spanning laat de elektrode 1? de aoorgang van 1adingsdragers vanuit de bron naar de potentiaalput onder de elektrode ló-l verhinderen ;onafhanke-10 lijk van de potentiaal aan 16-0. Indien geexi informatie bij V_v wordt ingevoerd, zal derhalve VriT,_ inderdaad een 0 in JJN bÜL/Kjr het schuifregister invoeren in responsie op elke impuls, waardoor effectief de opeenvolgende bits, opgeslagen in het schuifregisterstels el worden uitgewist.When it is desired to enter new information into the slide fermenter, the electrode '17 is made relatively positive with respect to, ie, it is brought to a potential, for example, arcipotential, and a relatively negative impulse or impulse train is applied to 17 -b supplied. The relative positive * voltage leaves the electrode 1? prevent the progression of charge carriers from the source to the potential well below the electrode 10-1, regardless of the potential at 16-0. Therefore, if geexi information is input at V_v, VriT, _ indeed will enter a 0 in JJN bÜL / Kjr the shift register in response to each pulse, effectively erasing the successive bits stored in the shift register systems e1.
15 Nieuwe informatie kan worden ingevoerd15 New information can be entered
door een desbetreffende spanning V toe te voeren aan de stuurelektrode lób-0, samenvallend mot de impuls Vby applying a corresponding voltage V to the control electrode lób-0, coinciding with the pulse V.
Ki) Cr die gedurende elke negatieve impuls aan 17-b wordt toegevoerd. Indien V gedurende de ά impuls negatief is,Ki) Cr which is supplied to 17-b during each negative pulse. If V is negative during the ά impulse,
J—ti XJ-ti X.
20 draagt de toevoerelektrode lading over naar de potentiaalput onder de elektroden ló-l en lób-l. Deze twee elektroden zijn in wezen dezelfde elektrode, een gemeenschappenjke elektrode, die in de tekening gemakshalve afzonderlijk zijn weergegeven, welke elektrode in staat is lading hetzij via 25 het kanaal, bestuurd' door de elektroden 17 en ló-O of via het kanaal bestuurd door de elektroden 17-b en lób-0 te ontvangen. Indien anderzijds \r . betrekkelijk positief is.20, the supply electrode transfers charge to the potential well below the electrodes 10-1 and 1b-1. These two electrodes are essentially the same electrode, a common electrode, shown separately for convenience in the drawing, which electrode is capable of charging either through the channel, controlled by the electrodes 17 and 10, or through the channel controlled by receive electrodes 17-b and lób-0. If, on the other hand, \ r. is relatively positive.
ININ
bijvoorbeeld op aardpotentiaal gedurende de negatieve impuls VREG’ dan wordÏ er een potentiaalbarrióre onder de elektrode 30 lób-0 tot stand gebracht en wordt geen lading vanuit naar de potentiaalput overgebracht, die door & onder de elektrode lób-l, ló-l tot stand is gebracht.for example, at ground potential during the negative pulse VREG ', then a potential barrier is established under the electrode 30 lób-0 and no charge is transferred from to the potential well, which is established by & under the electrode lób-1, ló-1 brought.
Het doel van de speciale trap, be-• staande uit de elektroden 14-ma en l4-mb en het F2 gebied 35 is het moge lijk te maken een uitgangssignaal te verkrijgen, -51- x.The purpose of the special stage, consisting of the electrodes 14-ma and 14-mb and the F2 region 35, is to make it possible to obtain an output signal, -51-x.
Gat .;:e: een halve periode is vertraagd uit het uitgangssignaal, nat beschikbaar is aan het eerste schuifregister zonnar eer. extra capacitieve belasting van de eerste uit-gaugszrap, De constructie van deze speciale uitgangs-5 trap kan worden uitgebreid tot een multitrapsconstructie, waarbij elke trap bestaat uit 14-ma, l4-mb, F0 , welke opeenvolgende trappen door opeenvolgende fazen worden bestuurd. Deze nieuwe en verbeterde constructie is nuttig als een z.g. "bucket-brigade" schakeling, zoals beschre-13 ven door p. L. J. Sangster, "Integrated MOS and BipolarGap .: e: half a period is delayed from the output signal, wet is available at the first shift register solar. additional capacitive load of the first output stage, The construction of this special output stage 5 can be extended to a multi-stage construction, each stage consisting of 14-ma, l4-mb, F0, which successive stages are controlled by successive phases. This new and improved construction is useful as a so-called "bucket brigade" circuit, as described by p. L. J. Sangster, Integrated MOS and Bipolar
Analog Delay Lines using Bucket-Brigade Capacitor Storage", ISSCC Digest Technical Papers, biz. jk, 1970* Dergelijke "bucket brigade" schakelingen worden gemaakt met behulp van een standaard p-MOS proces. De nieuwe constructie volle gens fig. pi wordt gemaakt onder gebruikmaking van zichzelf uitrichtende silicium poorttechnieken, die later sullen worden besproken en zij maakt de constructie van aanzienlijk, meer compacte schakelingen mogelijk. Verder verschaft zij een werkwijze om de capaciteit van de eiek— 20 trode (elektrode l4-mb), die de gediffundeerde drijvende juncties overlapt, meer reproduceerbaar te maken. Een ander kenmerk van deze schakeling is de virtuele eliminatie van de ongewenste terugkoopelcapaciteit tussen de trappen. Dit laatste is mogelijk omdat de' drijvende junctie— 25 gebieden worden gediffundeerd, waarbij de silicium-poorten, zoals 14-ma en 14-(^n-i-1) in het geval weergegeven in fig. 51» als het masker worden gebruikt.Analog Delay Lines using Bucket-Brigade Capacitor Storage ", ISSCC Digest Technical Papers, biz. Jk, 1970 * Such bucket brigade circuits are made using a standard p-MOS process. The new construction according to fig. Pi is made using self-aligning silicon gate techniques, which will be discussed later, and allows the construction of considerably more compact circuits, it further provides a method of measuring the capacitance of the electrode (electrode 14-mb) which diffuses the overlapping floating junctions, making them more reproducible Another feature of this circuit is the virtual elimination of the unwanted inter-stage redemption capability, the latter being possible because the floating junction regions are diffused, whereby the silicon gates, such as 14 -ma and 14 - (^ ni-1) in the case shown in Fig. 51 »if the mask are used.
De nieuwe constructies voor "bucket-brigade" schuifregisters, die ook kunnen worden gebruikt 30 als een zelf afgetast foto-aftaststelsel kan op dezelfde wijze worden gemaakt als twee-faze door een lading gekoppelde schuifregisters, onder gebruikmaking van twee dikten van kanaaioxyöe voor het verkrijgen van de asymmetrische potentiaa.lputten, zoals weergegeven in de fig.The new "bucket brigade" shift registries, which can also be used as a self-scanned photo-scan system, can be made in the same way as two-phase charge-coupled shift registers, using two thicknesses of channel dioxide to obtain of the asymmetric potential wells, as shown in FIG.
-- 14 of 17« Xn nieuwe "bucket-brigade” constructies- 14 of 17 «New new bucket brigade constructions
£ U£ U
-62- zijn de twee verschillende· diKten van het kanaalaxyde niet essentieel voor de werking» doch kunnen worden gebruikt als een extra besturing· over de betreffende waarden van de silicium-poort en de aluminiumcapaciteiten 5 bij het optimaliseren van liet ontwerp van deze schake-1ingen.-62- the two different thicknesses of the channel oxide are not essential for operation, but can be used as an additional control over the respective values of the silicon gate and the aluminum capacities 5 in optimizing the design of these switches. 1ingen.
Tijdens de werking van de bovengenoemde "bucket-brigade" schakeling worden ladingen, die informatie voorstellen, tussen in tegengestelde richting 10. voorgespannen drijvende juncties, zoals het gebied FDuring operation of the above bucket-brigade circuit, charges representing information are biased between oppositely biased floating junctions, such as area F
in fig. 51 onder besturing van de twee-fazekloks pannings impulsen, zoals ch 0 overgebracht , die parallel worden bestuurd, waarbij de zelf-uitgerichte polysilicium poorten, zoals l4~ma de drijvende junctiegebieden, zoals F2 over-15 lappen.in Fig. 51 under the control of the two-phase clock voltage pulses, such as ch0, which are transmitted in parallel, the self-aligned polysilicon gates, such as 14 ~ ma, overlap the floating junction regions, such as F2.
Algemene beschouwingen betreffende het ontwerp van door lading gekoppelde schuifket ens__General Considerations Regarding Design of Cargo Coupled Sliding Shackles__
Een aantal factoren, waarbij reke-20 ning moet worden gehouden bij het ontwerpen van 'de bovenbesproken schakelingen zijn reeds eerder aangeroerd.A number of factors that must be taken into account when designing the circuits discussed above have been previously addressed.
Wanneer fig. ^·0 als voorbeeld wordt genomen, dient de energiebron om het drijvende gebied F op' een bepaalde re f erentiespanning YT^_^f= . De energievo edingspo ten— 25. tiaal V1 (gec ombineerd met (fig. 29) , indien deze aan wezig is) bepaalt de hoeveelheid lading, die aan de po-tentiaalput onder de eerste opslagelektrode 16-1 wordtTaking FIG. 0 as an example, the energy source serves to drive the floating region F at a given reference voltage YT. The power supply voltage - 25. V1 (combined with (Fig. 29), if present) determines the amount of charge applied to the potential well below the first storage electrode 16-1.
toegevoerd. De potentiaal V van het drijvende gebied Fsupplied. The potential V of the floating area F
£ is de spanning, toegevoerd aan de stuurelektrode 16-0.£ is the voltage applied to the control electrode 16-0.
30 Wanneer = V^p (geen ladingssignaal aanwezig bij F) dan kan de lading, beschikbaar gemaakt bij S2,.op een desbetreffend tijdstip naar de potentiaalput onder 16-1 worden overgedragen. Anderzijds moet de waarde van V ,When = V ^ p (no charge signal present at F) then the charge made available at S2 can be transferred to the potential well below 16-1 at an appropriate time. On the other hand, the value of V,
FF
wanneer lading aanwezig is, voldoende zijn om'het stromen 35. van lading vanuit S2 naar de put onder 16-1. ±e„verhinderen„.when charge is present, it is sufficient to flow charge 35 from S2 to the well below 16-1. ± e "prevent".
•ck -63-• ck -63-
Deze waarde moet positiever zijn da λ (-V^ + > waarin _V„ de drempelwaarde is, behorende bij , ló—G« Voor de onderhavige doeleinden wordt aangenomen.,, dat V van fig.This value should be more positive than λ (-V ^ +> where _V "is the threshold value associated with, 10 - G" For the present purposes, it is assumed that V of FIG.
Uq volaoence negatief is, zodat een sterk geleidend ka-5 naai onder de elektrode 17 tot stand wordt gebracht*Uq volaoence is negative, so that a highly conductive bead under electrode 17 is produced *
Uit het bovenstaande is het duidelijk, dat door een oordeelkundige keuze van de waarden van V^ en V, een desbetreffende waarde van V in het ene geval (geen lading bij F) kan worden verkregen om het mogelijk 12 te maken, dat een lading in een gewenste mate vanuit 3^ naar de potentiaalput onder 16-1 stroomt en in het andere geval (lading bij F) om te verhinderen, dat lading vanuit S0 naar de potentiaalput onder lo-l stroomt* De spanningszwaai bij F - de grootte van de afwijking van 15 y ten opzichte van V . , kan worden vergroot door de grootte van (±n fig* 4o) te vergroten, waardoor een diepere potentiaalbron bij F wordt gevormd en wanneer ladingen aanwezig zijn meer dergelijke ladingen worden verzameld en daardoor een grotere positieve zwaai van V_ £ 20 wordt veroorzaakt,From the above it is clear that by judicious choice of the values of V ^ and V, an appropriate value of V can be obtained in one case (no charge at F) to allow a charge in a desired amount flows from 3 ^ to the potential well below 16-1 and otherwise (charge at F) to prevent charge from S0 from flowing to the potential well below lo-1 * The voltage swing at F - the magnitude of the deviation of 15 y from V. , can be increased by increasing the magnitude of (± n fig * 4o), forming a deeper potential source at F and when charges are present more such charges are collected thereby causing a greater positive swing of V_ £ 20,
Bij het bespreken van fig. 29 werden de verscheidene verdeelde capaciteiten van de schakeling ingevoerd* De totale- capacitieve belasting C van het drijvende gebied F is ; - 23 CF = °a + Cb + C3 + Ck + C5In discussing Fig. 29, the various distributed capacitances of the circuit were input * The total capacitive load C of the floating region F is; - 23 CF = ° a + Cb + C3 + Ck + C5
De verandering in spanning 4. V_ veroorzaakt bij F als gevolg van de ladxngsoverdracht Q. naar F is. tThe change in voltage 4. V_ caused at F due to the charge transfer Q. is to F. t
Voor een substraat met een betrekkelijk hoge specifieke 30 weerstand kunnen de voornaamste bijdragen aan wordenFor a substrate with a relatively high specific resistance, the main contributions can be
gevormd door G en G^. Derhalve kan in dit milieu^V a D Fformed by G and G ^. Therefore, in this environment ^ V a D F
aanzienlijk worden vergroot voor ..een gegeven Q, door Ccan be significantly increased for ..a given Q, by C.
* ... cL* ... cL
en tot een minimum te verminderen. Dit‘impliceert een korte afmeting van fig. ko (aannemende, dat de., capaciteitand to a minimum. This implies a short dimension of fig. Ko (assuming that the .capacity
Jh * ' -64- •ε us s en 17 en 1.6-0 betrekkelijk laag in fig. i+o is) en een miniiaum overlapping tusseu l^-n en F, zoals bijvoorbeeld is weergegeven in fig. ^3 · Zoals echter besproken, in verband met fig. A3, zijn enigszins meer gecompliceerde 5 terapeersignalen nodig en het kan soms gewenst zijn iets van de spanningsversterking in het belang van de vereenvoudiging van de tempering en andere overwegingen op te offeren. Het effect op de werking van de schakeling als gevolg van het verhogen van de capaciteit bij C wérd a ICf reeds besproken, ¥ erksnelhoidJh * '-64- • ε us s and 17 and 1.6-0 is relatively low in fig. I + o) and a minimal overlap between l-n -n and F, as shown for example in fig. ^ 3 Discussed in connection with Fig. A3, somewhat more complicated tapering signals are needed and it may sometimes be desirable to sacrifice some of the voltage gain for the sake of simplification of the timing and other considerations. The effect on the operation of the circuit as a result of increasing the capacitance at C has already been discussed,
De werksnelheid, die met de bovenbeschreven door lading gekoppelde $chuifregisters kan worden bereikt hangt gedeeltelijk af van de tijd, die nodig 15 is om een lading van de ene potentiaalput naar de eerstvolgende potentxaalput over te dragen. Deze ladingsover-dracht kan op drie verschillende wijzen worden.uitgevoerd : 1, Diffusie, 20 2, Met behulp van een zelf.geïnduceerd loopveld, dat een gevolg is van de gradient van de oppervlak-tepotentiaal als gevolg van een ongelijke ladingsverdeling in of tussen de twee potentiaalputten, en 3· Door een uitwendig geïnduceerd loop-25 veld, dat een gevolg is van het franjevormige veld tussen de twee elektroden.The operating speed attainable with the charge-coupled shift registers described above depends in part on the time required to transfer a charge from one potential well to the next potential well. This charge transfer can be performed in three different ways: 1, Diffusion, 20 2, Using a self-induced running field, which is due to the gradient of the surface potential due to an uneven charge distribution in or between the two potential wells, and 3 · By an externally induced loop field, which is a result of the fringed field between the two electrodes.
Uit computerberekeningen, betrekking hebbende op 3 is gebleken, dat voor een. substraat met een voldoend hoge specifieke weerstand de bovenbesproken self — 30 uitgerichte elektrodeconstructies, die het mogelijk maken, dat de scheiding tussen twee aangrenzende elektroden gelijk zijn aan of kleiner zijn dan de afstand van een elektrode ten opzichte Van de substraat zodanig kunnen worden gemaakt, dat de volledige ladings overdracht in hoofdzaak in responsie 35 op het franjevormige veld en in een tijd in de orde van ij. * -65- & -TO o z t a van nanoseconden wordt ui tgévo erd. Anderzijds leidt lie« bovengenoemde mechanisme 2, dat .beschouwd kan worden.Computer calculations relating to 3 have shown that for one. substrate with a sufficiently high specific resistance, the self-aligned electrode structures discussed above which allow the separation between two adjacent electrodes to be equal to or less than the distance of an electrode from the substrate can be made such that the full charge transfer mainly in response to the fringed field and in a time of the order of ij. * -65- & -TO o z t a of nanoseconds is performed. On the other hand, the above mentioned mechanism 2, which can be considered.
een rdi.t usiesecnainsRis met een dxffusiecoefficient evenre— dig a.ar» de Is.dxngsdxch'ckexd t e zijn, to t de ladings over— 5 dracnt op een soortgelijke wijze als de ontlading van een weerstaud-capacxceit (RC) overdrachtslijn. lichter in te- genstellxng hiermede wordt met het mechanisme 2 de ladings-' overdracht. progressief langzamer dan de RC ti jdc ons tante ais functie van de hoeveelheid lading, die uit de potentiaal— .10· Pu“ is verwijderd. Bij de afwezigheid van 3 bovengenoemd, die verwacht wordt voor zich op een grote afstand van el— k·8·8·? en/of lange elektroden, begint, wanneer de potentiaal— put leeg wordt, het ladingoverdrachtsmechanisme geheel af te hangen van de diffusie van ladingsdragers, onafhankelijk 15 van hun, concentratie met een karakteristieke tijdconstante 1,2.a rd.susseecnainsRis with a coefficient of diffusion is proportional to the Is.dxngsdxch'ckexd te, until the charge transmit in a similar manner to the discharge of a withstand capacitance (RC) transmission line. lighter in contrast, with the mechanism 2, the charge transfer becomes. progressively slower than the RC time our aunt as a function of the amount of charge removed from the potential .10 · Pu “. In the absence of 3 mentioned above, which is expected to be at a great distance from each other · 8 · 8 ·? and / or long electrodes, when the potential well becomes empty, the charge transfer mechanism begins to depend entirely on the diffusion of charge carriers, independent of their concentration, with a characteristic time constant 1.2.
van tt— waarin L de el elctrod e lengt e en D de diffusie-coëfficiënt in„crn /sec is. Xn de gevallen 1 en 2 wordt verwacht, dat de ladingsoverdrachteffxciency (de mate van volledigheid van ladingsoverdracht) omgekeerd evenredig te 20 zijn aan de werkfrequentie. Bij methode 3 editer kan een volledige ladingsoverdracht in wezen in een enkele looptijd van de ladingsdragers plaats vinden en dit impliceert een buitengewoon snelle werking, alsmede een volledige ladings overdracht. Derhalve is, hoewel het mechanisme 2 aan-25 zienlijk kan "bijdragen tot de initiële ladingsoverdracht, een volledige en snelle ladingsoverdracht. alleen bij aanwezigheid van het mechanisme 3 moge li jk.of tt - where L is the elctrod e length e and D is the diffusion coefficient in crn / sec. In cases 1 and 2, the charge transfer efficiency (the degree of charge transfer completeness) is expected to be inversely proportional to the operating frequency. In method 3 editer, a full charge transfer can essentially take place in a single transit time of the charge carriers and this implies an extremely fast operation as well as a full charge transfer. Therefore, while the mechanism 2 can significantly contribute to the initial charge transfer, a complete and rapid charge transfer is possible only in the presence of the mechanism 3.
Fanneer de verarmingsdiepten kunnen ' worden vergeleken met of groter zijn dan de elektrodelengten 30 Li en de scheiding tussen de elektroden gelijk is aan of kleiner is dan da-dikte van de silicium dioxydelaag, kan de effectieve ladingsoverdrachttijd t als gevolg van het franjevormige veld voor een substraat met oneindige specifieke weerstand benaderd warden door : 3b tc = /U cv T7FZ ^ j. τ -66- waarbij de bovenstaande vergelijking· is afgeleid van Ξ . =2 Jï'a. Üi V ( 2)When the depletion depths can be compared to or greater than the electrode lengths 30 Li and the separation between the electrodes is equal to or less than da thickness of the silicon dioxide layer, the effective charge transfer time t due to the fringed field can be substrate with infinite specific resistance were approximated by: 3b tc = / U cv T7FZ ^ j. τ -66- where the above equation is derived from Ξ. = 2 Jï'a. On V (2)
LL
t = L / \ c .ui; (3) / min waarin = bet elektrische veld, aanwezig onder de 5 elektrode (zie onaerstaand) 2 = de bewegelijkheid = 250 cm / volt-sec voor n-type silicium.t = L / \ c .ui; (3) / min where = the electric field, present under the 5 electrode (see independent) 2 = the mobility = 250 cm / volt-sec for n-type silicon.
stelt het verschil tussen de spanningen vo or, toegevoerd aan twee aangrenzende, door lading 10- gekoppelde elektroden. De vergelijking werd afgeleid voor een 3-faze door lading gekoppeld schuifregister, toen de & ? - spanning toenam, de spanning toenam en de spanning 0 was. De lading werd vanuit de potentiaalput onder een &2- elektrode overgebracht naar de potentiaalput onder de 15 elektrode. Op het van belang zijnde tijdstip bedroegen de waarden van de aan deze twee elektroden toegevoerde .spanningen 4^=0 volt, volt en = -2V volt, hetgeen A? = ? maakt.represents the difference between the voltages applied to two adjacent charge-coupled electrodes. The equation was derived for a 3-phase charge-coupled shift register, when the &? voltage increased, voltage increased and voltage was 0. The charge was transferred from the potential well under a & 2 electrode to the potential well under the 15 electrode. At the time of interest, the values of the voltages applied to these two electrodes were 4 ^ = 0 volts, volts and = -2V volts, which is A? =? makes.
a = de dikte van het silicium dioxyde, 20 d.w.z. de afstand van een elektrode ten opzichte van de substraat.a = the thickness of the silicon dioxide, i.e. the distance of an electrode from the substrate.
Hoewel in het bovengenoemde geval de waarde van B . analytisch werd verkregen (door een nauwkeurige oplossing van de potentiaalveldvergelijking), 25 kunnen dergelijke analytische methoden, wanneer het gaat om een eindige specifieke weerstand, niet worden toegepast. Hier zijn computerberekeningen nodig, die met benaderingen gepaard gaan (de oplossing van vergelijkingen van Poisson). Uit dergelijke numerieke oplossingen van 50 het potentiaalveld van door lading gekoppelde constructies, waarbij rekening moet worden gehouden met de eindige X. * -67- specifiek:© weerstand van de substraat, d.w.z. waarbij re-kening moet worden gehouden met de ruimte-ontlading van het verarsingsgebied, is het volgende gebleken. Voor een configuratie van elektroden, waarbij L - 4 micron (yu) , 5 de afstand f tussen elektroden = 0,2yU, a = 2,000 S, specifieke weerstand van de substraat p = 20 ohra-ca en de spanningen, aanwezig op drie aangrenzende elektroden 7 respectievelijk 12 volt bedraagt, is het minimum franjevormige veld aan het oppervlak van de silicium sub-13 straat (het veld, dat bijdraagt tot de ladings overdracht) 2,5 x dO"^ volt/cm. Dit komt met een looptijd - tijd die de lading nodig heeft om zich van de ehe potentiaalput... naar de volgende te verplaatsen, 0, 5n, s ec. Kei f ran j evormx — ge veld L = 10 yU met alle andere factoren hetzelfde, is 4 x 10 volt/cm, overeenkomende mét een looptijd van 10η.sec.Although in the above case the value of B. was obtained analytically (by an accurate solution of the potential field equation), such analytical methods cannot be applied when it comes to finite specific resistance. This requires computer calculations, which involve approximations (the solution of Poisson's equations). From such numerical solutions of 50 the potential field of charge-coupled constructions, taking into account the finite X. * -67- specifically: © resistance of the substrate, ie taking into account the space discharge of the area of exchange, the following has emerged. For a configuration of electrodes, where L - 4 micron (yu), 5 the distance f between electrodes = 0.2yU, a = 2.000 S, specific resistance of the substrate p = 20 ohra-ca and the voltages, present on three adjacent electrodes 7 and 12 volts respectively, the minimum fringed field on the surface of the silicon substrate (the field which contributes to the charge transfer) is 2.5 x dO "^ volts / cm. This comes with a transit time - time it takes for the charge to move from the potential well ... to the next, 0, 5n, sec. Kei f ran j evormx - field L = 10 yU with all other factors the same, is 4 x 10 volts / cm, corresponding with a transit time of 10η.sec.
Het franjevorraigo void eeiiSr-p af (en dienovereenkomstig neemt de looptijd toe) wanneer de verarmingsdiepte kleiner wordt, dan de elektrodelengte L. De -grootte van het f ran j evormige veld is o. a. een functie van de elelctrodespanning (hoe groter de spanning tussen de elektroden en hoe groter hun absolute waardeq,, des te groter is het veld), de specifieke weerstand-p van de substraat (hoe groter p, des te groter het franjevormige veld voor een 25 gegeven elektrodespanning) en de afmeting a (hoe kleiner .. a, des te groter het franjevormige veld voor een gegeven elektrodespanning.) , G-evonden werd, dat wanneer de' verar-raingsdiepte kleiner wordt dan 6a, het franjevormige veld zeer snel begint af. te nemen met de vermindering van de 30 specifieke weerstand van de substraat. De voorwaarde, waarbij de verarmingsdiepte.gelijk is aan 6a komt overeen met de situatie,, waarin de effectieve dikte van het silicium dioxyde (die gelijk is aan ongeveer 3a) gelijk is aan l/2xd> de effectieve verarmingsdiepte* De bovengenoemde voorwaar— 35 de komt overeen-met de situatie, wanneer de spanningsval -68- ί . V .The fringe variation void eeiiSr-p (and the runtime increases accordingly) when the depletion depth becomes smaller than the electrode length L. The size of the franformed field is among other things a function of the electrode voltage (the greater the voltage between the electrodes and the greater their absolute value, the greater the field), the specific resistance p of the substrate (the greater p, the greater the fringed field for a given electrode voltage) and the dimension a (the smaller. a, the larger the fringe-shaped field for a given electrode voltage. It was found that when the depth of charge becomes less than 6a, the fringe-shaped field begins to decay very quickly. take with the reduction of the specific resistance of the substrate. The condition where the depletion depth is equal to 6a corresponds to the situation where the effective thickness of the silicon dioxide (which is equal to about 3a) equals 1 / 2xd> the effective depletion depth * The above condition— 35 the corresponds to the situation when the voltage drop -68- ί. V.
-'"Pr het silicium dioxyde gelijk is aan de spanning over de verarmingsdiepte van het silicium»- '"Pr the silicon dioxide is equal to the voltage across the depletion depth of the silicon»
Een andere methode om het franjevor- mige veld voor een vaste elektrodeconstructie te vergro- 5 ten in het geval van een betrekkelijk lage specifieke weerstand van de substraat, bestaat hierin, de twee- fazeconstructies met een betrekkelijk grote substraat- voorspanning te bedrijven. Een grote substraatvoor- spanningj door het. vergroten van de verarmingsdiepte van IQ· de potentiaalputten leidt tot grotere franjevormige velden»Another method of increasing the fringed field for a solid electrode construction in the case of a relatively low specific resistance of the substrate is to operate the two-phase structures with a relatively large substrate bias. A large substrate bias through the. increasing the depletion depth of IQ · the potential wells lead to larger fringed fields »
Bijvoorbeeld blijkt uit de numerieke oplossingen van de potentiaalvelden, dat voor substraatdotering van 5 χ.,.ΙΟ'*"'* “3 cm (hetgeen overeenkomt - met een specifieke weerstand van 0,8 ohm-cm voor een n-type substraat) en elektroden, die 15 k micron lang zijn en gescheiden worden door een afstand van 0,2 micron op 2,000 kanaaloxyde, het minimum franje— vormige veld 300 volt/cm voor fazespanningen van 2, 7 en 12 volt is, Voor dezelfde constructie wordt echter het minimum franjevormige veld verhoogd tot 1,200. volt/cm 2Ό voor faze spanning en van 12, 1.7 en 22 volt» Dit betekent, dat in dit geval het minimum franjevormige veld vergroot wordt met een factor vier, wanneer de substraatvoorspan—For example, from the numerical solutions of the potential fields, it appears that for substrate doping of 5 χ.,. ΙΟ '* "' *“ 3 cm (which corresponds - with a specific resistance of 0.8 ohm-cm for an n-type substrate) and electrodes, which are 15 k microns long and separated by a distance of 0.2 microns on 2,000 channel oxide, the minimum fringe-shaped field is 300 volts / cm for phase voltages of 2, 7 and 12 volts. However, for the same construction, the minimum fringed field increased to 1,200 volts / cm 2Ό for phase voltage and from 12, 1.7 and 22 volts. This means that in this case the minimum fringed field is increased by a factor of four when the substrate bias.
ning van V = +2 volt veranderd wordt in V.: = +12 volt. ii Nning from V = +2 volts is changed to V .: = +12 volts. ii N
De constructies volgens de uitvinding 25 kunnen worden gebruikt voor het bereiken van een zeer snelle werking* De overlappende elektrodeconstructie maakt het mogelijk, dat de aangrenzende elektrodeh dicht bij elkaar worden geplaatst. De afstand tussen de elektroden f (zie fig. 9) kan zeer klein worden gemaakt 30 -1,000 £ of minder (d.w.z. 0,1 yU of minder). De lengte LThe structures according to the invention can be used to achieve very fast operation. * The overlapping electrode construction allows the adjacent electrode h to be placed close together. The distance between the electrodes f (see Fig. 9) can be made very small from 30 -1,000 £ or less (i.e., 0.1 µU or less). The length L.
(fig. 9) kan klein zijn, 13 yU of minder - wellicht zo klein als 5 yU, hetgeen ook het geval is met de lengte k (fig. 9), die 2-5 yU kan bedragen. De geringe lengte k wordt -gemakkelijk verkregen met behulp van de zelf-35’ uitgelijnde silicium poort techniek*(Fig. 9) can be small, 13 yU or less - perhaps as small as 5 yU, as is the length k (Fig. 9), which can be 2-5 yU. The short length k is easily obtained using the self-35 aligned silicon gate technique *
• 5 X• 5 X
-69--69-
Voorgaand in het kort besproken coniputeranalyae geeft aan, dat bet gebruik van een substraat'met een betrekkelijk hoge specifieke weerstand.Coniputer analyte, discussed briefly above, indicates that the use of a substrate having a relatively high specific resistance.
(10 of meer ohm-cm) bitsnelheden in de orde van grootte 5 van lö bits per seconde of meer kan opleveren. Ecjiter kunnen schakelingen met een hoge pakkingsdichtheid, zoals deze gewenst zijn voor in serie werkende geheugentoepas-singen, kunnen het best worden verkregen door twee-faze-construc ties voor de door lading gekoppelde ketens te 10 gebruiken. Van deze constructies, gebruikt de constructie , die slechts de twee dikten van het silicium dioxyde en zonder spanningsverspringing, (zoals weergegeven in fig· 9) gebruikt, een substraat met een betrekkelijk lage specifieke weerstand, bijvoorbeeld een substraat met een 15 specifieke weerstand in de orde van grootte van drie tot . één ohm-cm. Deze registers zijn bestemd om ' te werken in H Q * h£t gebied van 10' tot 10 bit per seconde. Om met deze constructies hogere bitsnelheden te bereiken kan een betrekkelijk hoge voorspanning V van de substraat, bij— 20 voorbeeld +10 volt of meer worden gebruikt.· Voor het ver- g krijgen van bitsnelheden hoger dan 10 wordt de voorkeur gegeven aan de twee-fazeconstructies, die versprongen gelijkspanningen (zoals weergegeven in fig. ll) gebruiken, aangezien deze kunnen worden gemaakt met substraten met 25 een hoge, alsmede een lage) specifieke weerstand.(10 or more ohm-cm) may yield bit rates of the order of 5 bits per second or more. In particular, high packing density circuits, such as are desired for serial memory applications, are best obtained by using two phase constructions for the charge coupled circuits. Of these constructions, the construction, which uses only the two thicknesses of the silicon dioxide and without stress offset (as shown in Fig. 9), uses a substrate with a relatively low specific resistance, for example, a substrate with a specific resistance in the order of magnitude from three to. one ohm-cm. These registers are intended to operate in H Q * h £ t range from 10 'to 10 bit per second. To achieve higher bit rates with these constructions, a relatively high substrate bias voltage V, for example, +10 volts or more may be used. · To obtain bit rates greater than 10, preference is given to the two- phase constructions that use staggered DC voltages (as shown in Figure 11), since they can be made with substrates with a high (as well as a low) specific resistance.
Een andere factor, waarbij rekening moet worden gehouden bij het vaststellen van de werksnel-. heid. van de bovenbesproken schakelingen is de responsie-tijd van de signaal regenererende ketens (ketens zoals 30 besproken onder verwijzing bijvoorbeeld naar de fig.Another factor to consider when determining the working speed. ness. of the circuits discussed above, the response time of the signal regenerating circuits (circuits as discussed with reference to, for example, FIG.
37-i*0), Hier moet rekening worden gehouden met de t ijd die nodig is om de drijvende, junctie F op een referentie-poténtiaal terug te stellen, alsmede de tijd die nodig is om lading naar de drijvende junctie over te dragen en de 35 tijd die nodig is om lading in de eerste potentiaaiput £ Τ' -70- van het eerstvolgende register (de put onder elektrode lö-l) onder besturing van de drijvende junctie te plaatsen. De 1adingoverdracht in de drijvende junctie kan in beginsel even snel zijn als de tijd die nodig is orn lading tussen 5 twee aangrenzende potentiaalputten over te brengen. De tijd die nodig is om de drijvende junctie op de referentie-potentiaal (de potentiaal Y^) terug te stellen kan worden vergeleken met de ladingsoverdrachttijd en kan versneld worden door een voldoend grote terugstelpuls VR te gebruiken. 10 De overblijvende factor, n.l* de tijd die nodig is om lading naar de potentiaalput onder de elektrode lé-l over te brengen, is de voornaamste beperking in de responsie-tijd van de het signaal regenererende keten. Dit is echter niet een ernstige beperking, aangezien kan worden aange-15 toond, dat voor een spanning van twee volt of meer deze ladingsoverdrachttijd in de orde van grootte van verscheidene nanoseconden kan zijn.37-i * 0), this should take into account the time required to reset the floating junction F to a reference potential, as well as the time required to transfer charge to the floating junction and the time required to place charge in the first potential well £ Τ '-70- of the next register (the well below electrode 10-1) under the control of the floating junction. The charge transfer in the floating junction can in principle be as fast as the time it takes to transfer charge between two adjacent potential wells. The time required to reset the floating junction to the reference potential (the potential Y ^) can be compared to the charge transfer time and can be accelerated by using a sufficiently large reset pulse VR. The residual factor, n.l * the time it takes to transfer charge to the potential well below the electrode lé-1, is the major limitation in the response time of the signal regenerating circuit. However, this is not a serious limitation, since it can be shown that for a voltage of two volts or more, this charge transfer time can be on the order of several nanoseconds.
Yervaardigingsme tho'den De nu volgende bespreking van de fa-20 bricagetechniekea, die gebruikt kunnen worden bij het vervaardigen van de beschreven, door lading gekoppelde inrichtingen, heeft betrekking op processen, die op zichzelf in de geïntegreerde ketenteGhniek bekend zijn.Manufacturing Methods The following discussion of the fabrication techniques that can be used in the manufacture of the described charge-coupled devices relates to processes known per se in integrated chain engineering.
Derhalve is de beschrijving enigszins bekort en bekende 25 stappen, zoals het reinigen van de plaatjes , het aan brengen van fotoresist, het afschrikken van het kanaal-oxyde, het legeren van het silicium met aluminiumcontac-ten en andere gebruikte procedures spreken voor zichzelf en worden niet uitvoerig besproken.Therefore, the description has been somewhat shortened and known steps such as cleaning the platelets, applying photoresist, quenching the channel oxide, alloying the silicon with aluminum contacts and other procedures used are self-explanatory and not discussed in detail.
30 'Thans wordt verwezen naar fig. 52.Reference is now made to Fig. 52.
Zoals weergegeven in fig. 52a wordt een dikke, silicium-dioxydelaag 2hO (ongeveer 10,000 2 dik) thermisch op de silicium substraat 2h2 gegroeid. Zoals weergegeven in fig. 52b wordt vervolgens het gedeelte van het silicium 35 dio<xyde, waarop de elektroden en de gediffundeerde' tAs shown in Fig. 52a, a thick silicon dioxide layer 2hO (about 10,000 2 thick) is grown thermally on the silicon substrate 2h2. As shown in Fig. 52b, then the portion of the silicon becomes dioxyde, on which the electrodes and the diffused
-V ' / "t V-V '/ "t V
-71- ' gebieden D, F en zullen worden gevormd, weggeëtst.-71- 'regions D, F and will be formed, etched away.
Zoals weergegeven xn fig. 52c wordt vervolgens een dunne.Then, as shown in Fig. 52c, a thin one.
laag-244 van silicium dioxyde (wellicht 500 A - 2,000 jL dik) thermisch op de substraat gegroeid.layer 244 of silicon dioxide (perhaps 500 Å - 2,000 µL thick) grown thermally on the substrate.
5 Zoals in fig. 52d is weergegeven wordt vervolgens een polysiliciutn laag 246 (ongeveer 3,000 -5,000 R dik)epltaxiaal over het silicium plaatje' 242 zowel over de dunne als de dikke silicium dioxyde gebieden aangebracht. Daarna wordt een masker gebruikt voor het 10 begrenzen van de gebieden van de substraat,waarop de p+ gebieden zullen worden gevormd door al het polysilicium te verwijderen, dat niet voor de stuurelektroden wordt gebruikt. In het kort gezegd kan een fotoresist door dit masker worden aangebracht en delen van het polysilicium 15 en het silicium dioxyde begrensd door de niet-geharde ge bieden op de fotoresist weggeëtst, teneinde de in fig, 52e weergegeven constructie achter te laten* Hierdoor zijn bepaalde gebieden 248 - 250 van de substraat blootgelegd. Vervolgens wordt een bron van p + materiaal. Zoals boor 20 gebruikt, om de PN juncties te vormen, zoals weergegeven in fig. 521*. Bij deze bewerking wordt opgemerkt, dat de polysilicium gebieden en, in de andere plaatsen, het dikke silicium dioxyde als het diffus iemasker worden gebruikt,As shown in Fig. 52d, a polysilicon layer 246 (about 3,000-5,000 R thick) is then deposited ectaxially over the silicon wafer '242 over both the thin and thick silicon dioxide regions. Then, a mask is used to define the regions of the substrate on which the p + regions will be formed by removing all the polysilicon not used for the control electrodes. Briefly, a photoresist can be applied through this mask and parts of the polysilicon 15 and silicon dioxide bounded by the uncured regions are etched on the photoresist to leave the construction shown in Fig. 52e. areas 248-250 of the substrate. It then becomes a source of p + material. As drill 20 uses, to form the PN junctions, as shown in Fig. 521 *. In this operation, it is noted that the polysilicon areas and, in the other places, the thick silicon dioxide are used as the diffusion mask,
Na de bovengenoemde stappen kan een 25 tweede, dunne, silicium dioxyde laag 2,000 2, - 6,000 2 dik over het gehele monster worden iaangebracht, zoals weergegeven in lig. 52g. De functie van dit oxyde bestaat.hierin, dat het dient als de diëlektrische isolatie, tussen het polysilicium en de aluminium elektroden mn de verschillende 30 fazespenningen. Dit oxyde kan ook wordeneangebracht„alvo rens, de toevoërelektroden en afvoerelektroden worden aangebracht* Vervolgens kan een ander masker worden gebruikt om de weggeëtste gebieden in fig. 52h te begrenzen. Vervolgens vindt het. etsen plaats om de polysilicium gedeel-35 ten van elk elektrodepaar, zoals weergegeven bij 252-257 achter te laten. Tn fiar. 52h kan het d+ sebied in de <5· ' -72- *· substraat de toevoerelektrode zijn, het drijvende gebied F en de afvoerelektrode D. De elektrode 250 kan de stuur-elektrode zijn, die gebruikt wordt om de drijvende elektrode F op de spanning van de afvoerelektrode D terug 5 te stellen»After the above steps, a second, thin, silicon dioxide layer 2,000, 6,000, 2 thick can be applied over the entire sample as shown in FIG. 52g. The function of this oxide is to serve as the dielectric isolation between the polysilicon and the aluminum electrodes, in particular the different phase tokens. This oxide can also be applied before the supply electrodes and drain electrodes are applied. Another mask can then be used to define the etched areas in Fig. 52h. Then find it. etching to leave the polysilicon portions of each electrode pair, as shown at 252-257. Tn fiar. 52h, the d + region in the <5> -72- * substrate may be the supply electrode, the floating region F and the drain electrode D. The electrode 250 may be the control electrode, which is used to connect the floating electrode F to the reset the voltage of the drain electrode D »
De overige stappen van het proces zullen voor zichzelf spreken en worden niet nader toegelicht. Eerst wordt een extra silicium dioxydelaag thermisch gegroeid of aangebracht voor het verkrijgen van de gewenste IQ. dikte van het kanaaloxyde onder de aluminium elektroden en om de polysilicium elektroden te isoleren. Vervolgens worden met een ander masker op de p+ gebieden in de substraat en op plaatsen op het polysilicium contact openingen gemaakt,· die een verbinding met later aan te brengen aiu-15 minium geleiders of elektroden vereisen. Vervolgens kan een continue aluminium laag over het monster worden aangebracht. Vervolgens kan een ander masker worden gebruikt voor het begrenzen van de aluminium elektroden» Vervolgens kunnen delen van het aluminium worden weggeëtst voor het 20 begrenzen van de aluminium elektrodeconstructie.The other steps of the process will speak for themselves and will not be explained in more detail. First, an additional silicon dioxide layer is thermally grown or applied to obtain the desired IQ. thickness of the channel oxide under the aluminum electrodes and to insulate the polysilicon electrodes. Subsequently, openings are made with another mask on the p + regions in the substrate and on locations on the polysilicon, which require connection to aluminum conductors or electrodes to be applied later. A continuous aluminum layer can then be applied over the sample. Then, another mask can be used to define the aluminum electrodes. Then parts of the aluminum can be etched away to define the aluminum electrode construction.
Tijdens de stap, weergegeven in fig. 52h kan desgewenst een gedeelte van het silicium dioxyde kanaal-gebied Zkk worden weggeëtst. Of dit al dan niet geschiedt hangt af van het feit hoe dicht men de aluminium elektrode 25 bij de substraat wenst aan te brengen. Indien het gewenst is, dat de aluminium elektrode zo dicht bij de substraat is als de polysilicium elektrode, moeten delen van de laag 2hb in Verband met de eerstvolgende laag. silicium dioxyde worden weggeëtst, die zal worden aangebracht. Anderzijds 30 indien.de aluminium elektroden zich op een grotere afstand van de silicium substraat moeten bevinden dan de polysilicium elektroden, dan kan het etsen, worden gestopt, zoals in fig, 52h is weergegeven»During the step shown in Fig. 52h, a portion of the silicon dioxide channel region Zkk can be etched if desired. Whether or not this is done depends on how close it is desired to apply the aluminum electrode 25 to the substrate. If it is desired that the aluminum electrode be as close to the substrate as the polysilicon electrode, parts of the layer should be 2hb in association with the next layer. silicon dioxide is etched away, which will be applied. On the other hand, if the aluminum electrodes are to be more distant from the silicon substrate than the polysilicon electrodes, etching can be stopped, as shown in FIG. 52h.
Volgens een tweede vervaardigings-35 methode kan in wezen dezelfde constructie, doch zonder ·?. * “73- zelf-uitjelljnde diffusie worden gemaakt door de volgorde van cie behandelingen te wijzigen* In dit geval kunnen, de gebieden in de n-type substraat worden gevormd voor het groeien van het dikke silicium dioxyde (vóór de stap, 5 weergegeven in fig. 52 a). Wanneer het dikke oxyde wordt gegroeid, zullen de p+ gebieden nu dieper in de substraat worden gedreven. Bovendien kan met deze techniek een van de maskers zowel voor het etsen van de poiysilicium elektroden 252 - 257 als de poiysilicium stuurelektrode 10 258 worden gebruikt. .According to a second manufacturing method, essentially the same construction can be used, but without? * 73- self-aligned diffusion are made by changing the order of cie treatments * In this case, the regions in the n-type substrate can be formed to grow the thick silicon dioxide (before the step 5 shown in Fig. 52 a). As the thick oxide is grown, the p + regions will now be driven deeper into the substrate. In addition, with this technique, one of the masks can be used both for etching the polyisilicon electrodes 252-257 and the polyisilicon control electrode 258. .
Hoewel in het grootste gedeelte van deze beschrijving specifieke materialen zijn genoemd om de uitvinding nader toe te lichten, is het. duidelijk, dat dit slechts voorbeelden zijn. In vele gevallen kunnen an-15 dere materialen worden gebruikt dan die welke werden genoemd. Bijvoorbeeld hoewel thans gemeend wordt, dat silicium een substraat materiaal is, waaraan de voorkeur wordt gegeven, kunnen bijvoorbeeld andere materialen, zoals..germanium of gallium arsenide in plaats hiervan 20 worden gebruikt. Verder kan zelfs ih het geval van silicium in bepaalde gevallen de voorkeur aan p-type substraten in plaats van n-type substraten worden gegeven,While in most of this specification specific materials have been mentioned to further illustrate the invention, it is. clearly, these are just examples. In many cases, other materials than those mentioned may be used. For example, although it is now believed that silicon is a preferred substrate material, for example, other materials such as germanium or gallium arsenide may be used instead. Furthermore, even in the case of silicon, in certain cases preference may be given to p-type substrates instead of n-type substrates,
In p-type substraten zijn de ladingdragers elektronen en hun bewegelijkheid is ongeveer tweemaal die van gaten 25 en dit impliceert, dat op deze wijze snellere door lading gekoppelde constructies kunnen worden vervaardigd. Bovendien in plaats van poiysilicium en aluminium voor elektroden te gebruiken, kunnen andere materialen, zoals poiysilicium en een van de molybdeen, of molybdeen-goud 30 of platina-titaan-goub, of wolfraam-aluminium of aluminium silicium legeringen of een van een aantal dergelijke metalen in plaats hiervan worden gebruikt. Ook is het mogelijk het poiysilicium te vervangen onder gebruikmaking van de twee-laag metalliseringstechnologie» Ben voorbeeld is het ge— 35 bruik van geanodiseerd aiuminium voor de eerste metaallaag ·£ Φ -74- (aluminium oxycle in dit gevaj. zou de isolator oi' een van de isolatoren· russen deze metalen elektrode en de tweede elektrode van het paar zijn)* Hoewel silicium dioxyde vele voordelige eigenschappen heeft, kunnen oolc andere isoleren-5 de material en, zoals aluminium oxyde en silicium nitride op silicium substraten worden gebruikt en vele andere di*élektroca van uitstekende kwaliteit kunnen op substraten, die geen silicium substraten zijn, worden gebruikt*In p-type substrates, the charge carriers are electrons and their mobility is about twice that of holes 25 and this implies that faster charge coupled structures can be manufactured in this way. Additionally, instead of using poly silicon and aluminum for electrodes, other materials such as poly silicon and one of the molybdenum, or molybdenum gold or platinum-titanium goub, or tungsten aluminum or aluminum silicon alloys or any of a number of such metals are used instead. It is also possible to replace the polyilicon using the two-layer metallization technology. An example is the use of anodized aluminum for the first metal layer (aluminum oxycle in this case. one of the insulators are between this metal electrode and the second electrode of the pair) * Although silicon dioxide has many advantageous properties, other insulating materials such as aluminum oxide and silicon nitride can be used on silicon substrates and many other high quality dielectrics can be used on substrates that are not silicon substrates *
Het is duidelijk, dat de bij wijze lö' van voorbeeld gegeven afmetingen gelden voor het geval van stelsels, gemaakt met behulp van geïntegreerde ketentechnieken, zoals door gebruik te maken van contact- of projectiedrukken voor het ontwikkelen van de fotoresist. Hetzelfde type constructies kan wat de afmeting'betreft, 15 aanzienlijk kleiner worden gemaakt, hetgeen betekent, dat het zodanig kan worden gemaakt, dat het een veel snellere prestatie heeft, door gebruik te -maken van· een aftastende elektronenstraal voor het belichten van het fotoresist, of zelfs voor het direkt maken van de elektroden. Hier 20 kan het uitrichten tussen de verschillende· lagen van de constructie worden geautomatiseerd door gebruik te maken van terugkoppeltechnieken, en een digitale computer voor de besturing. Vaameer deze vervaardigingstechniek wordt gebruikt, worden lengte-afmetlngen van elektroden verkre-25 gen in de orde van grootte van één micron (10 ^ meter) of kleiner.Obviously, the exemplary dimensions apply to the case of systems made using integrated circuit techniques, such as using contact or projection pressures to develop the photoresist. The same type of constructions can be made considerably smaller in size, which means that it can be made to have a much faster performance by using a scanning electron beam to expose the photoresist , or even for making the electrodes directly. Here, alignment between the different layers of the structure can be automated using feedback techniques and a digital computer for control. Before using this manufacturing technique, electrode length measurements are obtained in the order of one micron (10 µm) or less.
/'*, ft -s f/ '*, ft -s f
Claims (5)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US10638171A | 1971-01-14 | 1971-01-14 | |
US10638171 | 1971-01-14 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NL8702484A true NL8702484A (en) | 1988-02-01 |
Family
ID=22311099
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NL8702484A NL8702484A (en) | 1971-01-14 | 1987-10-16 | DEVICES COUPLED BY A LOAD. |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
JP (4) | JPS533209B1 (en) |
CA (1) | CA1080847A (en) |
IT (1) | IT946550B (en) |
NL (1) | NL8702484A (en) |
SE (4) | SE382879B (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS56162917U (en) * | 1980-05-08 | 1981-12-03 | ||
JPS579230U (en) * | 1980-06-18 | 1982-01-18 | ||
JPS57201607A (en) * | 1981-06-04 | 1982-12-10 | Uroko Seisakusho Co Ltd | Method and device for manufacturing veneer |
NL8400453A (en) * | 1984-02-13 | 1985-09-02 | Philips Nv | CHARGE SENSOR. |
JPS6236177U (en) * | 1985-08-20 | 1987-03-03 |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3514765A (en) * | 1969-05-23 | 1970-05-26 | Shell Oil Co | Sense amplifier comprising cross coupled mosfet's operating in a race mode for single device per bit mosfet memories |
JPS5026910A (en) * | 1973-07-13 | 1975-03-20 |
-
1971
- 1971-12-09 CA CA129,812A patent/CA1080847A/en not_active Expired
-
1972
- 1972-01-13 JP JP656972A patent/JPS533209B1/ja active Pending
- 1972-01-13 SE SE7200369A patent/SE382879B/en unknown
- 1972-01-13 JP JP656872A patent/JPS533208B1/ja active Pending
- 1972-01-13 IT IT19335/72A patent/IT946550B/en active
-
1975
- 1975-01-17 SE SE7500505A patent/SE403205B/en unknown
- 1975-01-17 SE SE7500504A patent/SE404639B/en unknown
- 1975-01-17 SE SE7500506A patent/SE403206B/en unknown
-
1976
- 1976-12-10 JP JP51149304A patent/JPS5267278A/en active Granted
- 1976-12-10 JP JP51149305A patent/JPS5267279A/en active Granted
-
1987
- 1987-10-16 NL NL8702484A patent/NL8702484A/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
SE403205B (en) | 1978-07-31 |
SE7500504L (en) | 1975-01-17 |
JPS5267278A (en) | 1977-06-03 |
SE7500506L (en) | 1975-01-17 |
CA1080847A (en) | 1980-07-01 |
SE382879B (en) | 1976-02-16 |
SE7500505L (en) | 1975-01-17 |
JPS556305B2 (en) | 1980-02-15 |
SE403206B (en) | 1978-07-31 |
JPS533209B1 (en) | 1978-02-04 |
JPS559831B2 (en) | 1980-03-12 |
JPS533208B1 (en) | 1978-02-04 |
IT946550B (en) | 1973-05-21 |
JPS5267279A (en) | 1977-06-03 |
SE404639B (en) | 1978-10-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE2201150C3 (en) | Charge-coupled circuit arrangement and method for transferring a charge at high speed | |
US4112456A (en) | Stabilized charge injector for charge coupled devices with means for increasing the speed of propagation of charge carriers | |
US3967254A (en) | Charge transfer memory | |
US4188597A (en) | Process for the operation of a transversal filter | |
JPS6258673A (en) | Semiconductor storage device | |
US4646119A (en) | Charge coupled circuits | |
US4316258A (en) | Digitally programmable filter using electrical charge transfer | |
US4110777A (en) | Charge-coupled device | |
NL8702484A (en) | DEVICES COUPLED BY A LOAD. | |
JPS588150B2 (en) | How a charge-coupled semiconductor device operates | |
US4024514A (en) | Multiphase series-parallel-series charge-coupled device registers with simplified input clocking | |
US4639940A (en) | Charge coupled device with meander channel and elongated, straight, parallel gate electrodes | |
US4347656A (en) | Method of fabricating polysilicon electrodes | |
US4040077A (en) | Time-independent ccd charge amplifier | |
US4163239A (en) | Second level phase lines for CCD line imager | |
FI63127B (en) | KONDENSATORMINNE | |
US4227202A (en) | Dual plane barrier-type two-phase CCD | |
US3921195A (en) | Two and four phase charge coupled devices | |
US3935477A (en) | Analog inverter for use in charge transfer apparatus | |
EP0314215A2 (en) | A charge-coupled device | |
US4196389A (en) | Test site for a charged coupled device (CCD) array | |
US4280067A (en) | Semiconductor charge transfer device having a decoupling gate for stopping reverse charge flow | |
CA1075811A (en) | Charge coupled device | |
US4504930A (en) | Charge-coupled device | |
US4211937A (en) | Multi-channel charge coupled transfer device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A1A | A request for search or an international-type search has been filed | ||
BB | A search report has been drawn up | ||
BC | A request for examination has been filed | ||
BV | The patent application has lapsed |