DE2638976A1 - Ladungsuebertragungsanordnung - Google Patents

Description

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Ladungsüb er t ϊ· agungsanordnung

Die Erfindting bezieht s^ch. auf eine Ladungs-Übertragungsanordnung,

LadungsUbertragungsanordnungen sind bereits in verschiedenen Ausführungsformen, wie in Form des Eimerkettenspeichers, der ladungsgekoppelten Anordnung mit Oberflächentransport und der ladungsgekoppelten Anordnung mit Volumen-Transport, beschrieben« Im allgemeinen enthalten sie einen Halbleiterkörper mit einer Reihe von Ladungsspeicherstellen zur■ Speicherung von Paketen freier Ladungsträger im Halbleiterkörper, wobei die Grosse der Ladungspakete, deh," ihre Ladungsmenge, zur Darstellung von Informationen benutzt- wird.' Weiter ist

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bei diesen Anordnungen ein Elektrodensystem voxrtianden, wobei durch das Anlegen geeigneter Taktsignale an die Elektroden Ladungspakete von einer Speicher st eile zu einer nächstfolgenden Speichersteile und so weiter entlang der Reihe von Speicherstellen zu einem in der Nähe des Endes der Reihe- angeordneten Ausleseglied transportiert werden können,, Die Reihe von Ladungsspeicherstellen und das Elektrodensystem bilden zusammen also ein Schieberegister.

Diese Ladungstransportregister sind nicht nur bereits in vielen Ausfuhrungsformen beschrieben, sondern auch sind bereits viele auf diesem Prinzip basierende Anwendungen bekannt,' Z.B. können sie in Bildaufnahmeanordnungen oder -sensoren verwendet werden, wobei ein oder mehr Ladungstransportregister Selbst strahlungsempfindlich sind und die Ladungsspeicherstellen des Registers zugleich die Bildaufnahmeelemente bilden, oder ζ,Β« eine Reihe von Bildaufnahmeelementen, wie Halbleiterdioden, vorhanden ist, deren Ladungsmuster nach einer gewissen Integrationszeit zu gleicher Zeit parallel auf ein Ladungstransportregister übertragen wird, wonach dieses Ladungsmuster in dem Register zu einem Ausleseglied transportiert wird und als sequentielles(Video)Ausgangssignal zur Verfügung steht.· Der Transport im Register erfolgt im letzteren Falle in der Regel während der folgenden Integrationsperiode,- in der in der Reihe von

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Bildaufnahmeelementen ein neues Ladungsmuster aufgebaut wird.

Andere bekannte Anwendungen sind u₍a,^! elektronische Filter und sogenannte Reihen-Parallel-Reihen- oder SPS-Speicher. Der Kürze -wegen sei weiter verwiesen auf ζ.Β» DAS 1541954, Dt-OS 1920077, DAS 1917324, DBP 2144235, Dt-OS 2241917, Dt-OS 2252148, Dt-OS 2412699, Dt-OS 2439799i Dt-OS 2414753 und Dt-OS 2504088.

Bei verschiedenen der integrierten Schaltungen mit Ladungstransportregistern kommt es vor, dass der Informationsinhalt einer Reihe von Speicherelementen oder Ladungsspeicherstellen gleichzeitig einem Ladungstransportregister angeboten und dann von diesem Register zu einem Ausgang transportiert wird, an dem der Informationsinhalt in sequentieller Form zur Verfugung steht.' Dabei ist in der integrierten Schaltung die Dichte der Ladungs— speicherstellen, d.h. die Anzahl von Ladungspaketen pro Längeneinheit, die dem Ladungstransportregister angeboten werden kann, beschrankt und höchstens gleich der Anzahl von Ladungspaketen, die gleichzeitig pro Längen-, einheit in dem Ladungstransportregister vorhanden sein kann und von diesem Register transportiert werden kann. Obgleich es oft technologisch an sich möglich wäre, die Dichte von Ladungsspeicherstellen in dem Halbleiterkörper grosser zu machen, hat dies keinen Zweck, weil das Ladungstransportregister eine derartige grössere

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Informationsdichte .nicht verarbeiten kann« Es ist bereits bekannt, bei Zeilensensoren,

d.h. Bildaufnahmeanordnungen mit einer Zeile von Bildaufnahmeelementen, die Dichte der Bildaufnahmeelemente um einen Faktor Z zu vergrössem, wobei auf beiden Seiten, der Zeile von Bildaufnahmeelementen ein Ladungstransportregister angeordnet wird, wobei das eine Register den Inhalt aller Bildaufnahmeelemente mit einer ungeraden Rangnummer und das andere den Inhalt der Aufnahmeelemente mit einer geraden Rangnummer verarbeitet»' Siehe z»B. "New Approaches to solidstate cameras" in "Electronics and Power", Juli 1972, S. S>40.

Im allgemeinen tritt bei einem Uebergang von paralleler Verarbeitung zu Reihenverarbeitung - und oft auch umgekehr.t bei Transformation von Reihen- zu Parallelverarbeitung - das Problem auf, dass der Informationsinhalt· pro Längeneinheit quer zu dem Informationsstrom bei der parallelen Verarbeitung direkt dem Informationsinhalt pro Längeneinheit parallel zu dem Informationsstrom bei der Reihenverarbeitung entsprechen muss, wobei häufig insbesondere die letzte Informationsdichte für die für die Festkörperschaltung benötigte Halbleiteroberfläche bestimmend, ist. »

Die vorliegende Erfindung bezweckt u_oa₀, diese praktische Begrenzung in günstiger Richtung zu verschieben,

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und ihr liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine grössere Dichte quer zu dem parallelen Informationsstrom erzielt und gestattet werden kann, wenn die angebotene Information einfach über mehrere nebeneinander liegende Ladungstransportregister Verteilt werden kann, und dass vor allem das Prinzip von Ladungsübertragung sich besonders gut zur Herstellung von Querverbindungen zwischen den nebeneinander liegenden Ladungstransportregistern eignet, wodurch die beabsichtigte Verteilung der angebotenen Information Über diese Register erzielt werden kann.

Nach der Erfindung enthält eine Ladungstransportanordnung e±nexi Halbleiterkörper mit einer Reihe von Ladurigsspeicherstellen zur Speicherung voneinander getrennter Ladungspakete und N" praktisch parallel nebeneinander angeordnete Ladungsübertragungsregister, die Je eine Reihe von Elektroden besitzen, die durch eine Sperre von einer Halbleiterschicht des Hälbleiterkörpers getrennt sind und mit dem unterliegenden Halbleitermaterial eine Reihe von Kapazitäten bilden, in denen Ladungspakete gespeichert und entlang der Reihe zu einem Ausleseglied transportiert werden können, wobei zwischen der Reihe von LadungsSpeichersteilen und dem angrenzenden Register und zwischen den Registern untereinander Elektroden vorhanden sind, die ebenfalls durch eine Sperre von der Halbleiterschicht getrennt sind und mit deren Hilfe in der

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Reihe von Ladungsspeicherstellen gespeicherte Ladungspakete über die Register verteilt werden können, wobei jedes der Register den (-)-tea Teil der Anzahl zu verteilender Ladungspakete empfangt, wobei für jedes der Register die zu empfangenden Ladting spake te ursprünglich in der Reihe von Speicherstellen durch (N-1) über die N Register zu verteilende Ladungspakete voneinander getrennt sind, und wobei die von dem η-ten Register (n^ N) zu empfangenden Ladungspakete mit Hilfe der zwischen— liegenden Elektroden und über die (n-1) zwischen dem η-ten Register und der Reihe von Speicherstellen liegenden Register durch die Halbleiterschicht dem η-ten Register : zugeführt werden können, um entlang der Reihe von Kapazitäten dieses η-ten Registers zu den^ Ausleseglied dieses Registers transportiert izu werden»·

Indem bei Parallel-Reihen-Transformation die angebotene Information über mehrere Ladungstransport— register verteilt wird, wobei in jedem dieser Register ein proportionaler Teil dieser Information zu dem zugehörigen Ausleseglied transportiert wird, und wobei am Ausgang der Informationsinhalt dieser Register meist auf einfache Weise wieder zusammengefügt werden kann, wird eine erhebliche Verbesserung erzielt. Dabei ist es für die Verteilungsweise kennzeichnend, dass Querverbindungen zwischen den Registern vorhanden sind, wodurch in einer

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Richtung quer zu den Registern Information von dem einen an das nächstliegende Register weitergeleitet werden kann»

Vorzugsweise ist die Anzahl parallel angeordneter Ladungstransportregister N gleich 2»

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Ladungstransportanordnung nach der Erfindung ist die Anzahl der Speicherstellen pro Längeneinheit der Reihe von Ladungsspeicherstellen nicht grosser als und Vorzugsweise gleich der Anzahl Kapazitäten pro Längeneinheit wenigstens des ersten dieser Reihe am nächsten liegenden Ladungstransportregisters, in dem gleichzeitig voneinander getrennte Ladungspakete gespeichert werden können. Bei dieser AusfUhrungsform wird die Tatsache benutzt, dass während des Transports in einem Ladungsübertragungsregister die Anzahl mit einem Information darstellenden Ladungspaket besetzter Kapazitäten kleiner als die Gesamtzahl der Kapazitäten ist, weil nur dann mit' geringer/ Störung transportiert werden kann, wenn der Transport stets von einer besetzten zu einer nichtbesetzten Kapazität stattfindet«¹ Z.B₀ kann bei einem Zweiphasenladungstransportregister, bei dem unter jeder der Elektroden eine asymmetrische Potentialmulde erzeugt wird, höchstens jede zweite LadungsSpeicherkapazität ein Ladungspaket enthalten, das zu dem Ausgang transportiert wird. Solange aber das Register stillsteht, d.h. die an die Elektroden angelegten

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Spanrumgert konstant gehalten werden, können bei geeigneten ¥erten dieser Spannungen wohl zu gleicher Zeit in allen LadungsSpeicherkapazitäten Ladungspakete gespeichert -werden. Diese Ladungspakete sind nach wie vor voneinander getrennt, so lange jede zweite Kapazität auf das übliche Referenzniveau gebracht wird, indem ihr Informations— inhalt auf ein zweites ähnliches Ladungsübertragungsregister übertragen wird, ehe an die Elektroden Taktsignale für den Transport zu dem Ausleseglied angelegt werden.

Obgleich dies nicht notwendig ist, sind die

parallel angeordneten Ladungstransportregister vorzugsweise von gleicher Art und Ausführung. Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind entsprechende Elektroden der Ladungs-

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transportregister miteinander verbunden, so dass der Transport in diesen Ladungstransportregistern mit denselben Taktsignalen gesteuert wird.

Eine besondere Au.sführungsform der Ladungstransport anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, 'dass die Ladungstransportwege zwischen zwei benachbarten Ladungstransportregistern, über die Information vom einen Register.· an das andere weitergeleitet werden kann, mit Hilfe einer gemeinsamen-Elektrode gesteuert werden, die sich über diese Transportwege erstreckt.¹

Eine weitere wichtige Ausführungsform der

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Ladungstransportanordnung nach der Erfindung, bei der entsprechende Elektroden der Ladungstransportregister miteinander verbunden sind, ist ausserdem dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungstransportwege zwischen benachbarten Ladungstransportregistern, über die Information von einem an das andere Register weitergeleitet werden kann, sich zwischen ersten Kapazitäten des einen und zweiten Kapazitäten des benachbarten anderen Registers befinden, wobei für jede der ersten Kapazitäten die zu dieser ersten Kapazität gehörige Elektrode einen Teil, einer anderen Gruppe miteinander verbundenerientsprechender Elektroden als die zu der über einen Ladungstransportweg mit dieser ersten Kapazität gekoppelten zweiten Kapazität gehörige Elektrode bildet. Vorzugsweise sind die verbindenden Ladungstransportwege derart angebracht, dass die verteilte Information endgültig in den N Registern in Form von Ladungspaketen in Kapazitäten gespeichert ist, die alle mit ein und demselben (derselben) gemeinsamen Leiter (Taktleitung) verbunden·sind.

Auf diese Weise kann die über die Ladungstransportregister verteilte Ladung gleichzeitig zu den Auslesegliedern dieser Register transportiert werden. Dies bedeutet eine verhältnismässig einfache Organisation, wobei auf übrigens bekannte Weise einfach z.B.' dadurch, dass Z₀Be die Länge der Transportregister pas sende· gewählt

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wird, wobei aufeinanderfolgende Register stets eine oder zwei Kapazitäten langer sind, die an den Auslesegliedern erscheinenden Ausgangssignale summiert werden können, wobei ein sequentielles Signal erhalten wird, dessen Reihenfolge exakt der Stelle in der Reihe von Speicherstellen entspricht, von der der betreffende Informationsinhalt stammt»

Vorzugsweise bilden die Speicherstellen der Reihe einen Teil einer Reihe von Bildelementen oder sind wenigstens mit einer solchen Reihe gekoppelt. Dieser gemäss der Erfindung ausgeführte Zeilensensor hat wesentliche Vorteile in bezug auf die bisher bekannten Zeilensensoren. Die Reihe von Bildauf nahraeelementen kann bei einer· gleichbleibenden Anzahl von Elementen wesentlich "Z; kürzer werden, wodurch das Länge/Breite-Verhältnis, das bei den Üblichen Sensoren durch die grosse Anzahl gewünschter Auf nähme elemente häufig ungünstig ist, verbessert wird»^T Dieser Vorteil ist von besonderer Bedeutung für Zeilensensoren, weil dadurch eine erhebliche Einsparung der benötigten Halbleiteroberfläche möglich wird.⁴. Bei den üblichen Zeilensensoren mit 500 oder 1000 oder mehr Bildaufnahmeelementen ist die benötigte Halbleiteroberfläche durch die Länge der Zeile von Aufnahmeelementen und die der Länge vom Gesichtspunkt der Hantierbarkeit des Halbleiterkristalls entsprechende mindestzulässige

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Breite bestimmt. Diese mindestzulässige Breite ist viel grosser als für die Zeile von Aufnahmeelementen und die zugehörigen Ladungstransportregister erforderlich ist. Eine Verdopplung der Anzahl von Registern ergibt hier eine Einsparung an Halbleitermaterial von mehr als einem Paktor 2, auch weil die durch die Hantierbarkeit bestimmte Breite meistens mehr als linear mit der Länge des Kristalls zunimmt.⁵

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung' dargestellt und werden im folgenden näher beschriebene Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Teil einer Bildaufnahmeanordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt¹, längs der Linie II-II durch die Anordnung nach Figo¹ 1 *

Fig.' 3 einen Querschnitt längs der Linie III-III durch die Anordnung nach Figo 1 »

Fig.¹ 4a bis 4P eine Anzahl Spannungen zum Betreiben der Anordnung nach den Fig. 1,2 und 3 als Funktion der Zeit, .

Fig.¹ 5A bis 5E auf der Stelle einer Anzahl Schnitte durch die Anordnung nach den Fig.- 1,2 und während der in Fig. k angegebenen Uebertragungszeit T_? auftretende Mindestpotentiale,

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6A bis 6E für die gleichen Stellen, wie die Figo 5A bis 5E die auftretenden Mindestpotentiale währe,. . eines Teiles der Int egr at ions ζ ext "f.. ,

Fig.' TA.» 7B und 7C für drei verschiedene Zeitpunkte Mindestpotentiale bei Zweiphasenbetrieb der Anordnung nach den Fig. I₉ 2 und 3< >

Fig. 8 eine Draufsicht auf einen Teil einer weiteren Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 9 schematisch den Aufbau einer anderen Ausführungsform der Anordnung nach der Erfindung, und

Figo 1OA bis 1OH eine Anzahl Spannungen als Funktion der Zeit zum Betreiben der Anordnung nach Fig. '9·

Fig." 1 zeigt eine Draufsicht auf eine zellenförmige Bildaufnahmeanordnung oderfeinen Zeilensensor nach der Erfindung zum /—«ffangen eines zellenförmigen Strahlungsbildes vcxä. zu dessen Umwandlung in ein elektrisches Signal, Das Strahlungsbild, das auf der Oberseite der Anordnung eingefangen werden kann, ist in dem Querschnitt nach Fig. 2 schematisch durch die Pfeile 1 angedeutet» Die Anordnung enthält einen Siliciumhalbleiterkörper 2, aber dieser Körper kann statt aus Silicium auch aus anderen geeigneten Halbleitermaterialien bestehen, Der Körper 2 enthält eine an die Oberfläche 3 grenzende Schicht 4j die im wesentlichen vom n-Leitungstyp ist. und sich im vorliegenden Beispiel auf einer p-leitenden

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Unterschicht 23 befindet, die hier das Substrat bildet ₀' In der Schicht 4 ist eine Reihe 5 photo—"-

empfindlicher Elemente gelegen, die je einfallende Strahlung absorbieren -und in Lad-ungsträger umwandeln können, die während der Integrationszeit in den photoeiupfindlichen Elementen in Form von Ladungspaketen gespeichert werden können, bevor sie ausgelesen werden₀

Für das Auslesen ist die Schicht h mit Auslesemitteln versehen, die u.a₀ ein Ladungsübertragungsregister und ein Ladungsubertragungsregister 7 enthalten. Im vorliegenden Ausftihrungsbeispiel werden diese Ladungsubertragungsregister durch ladungsgekoppelte Anordnungen mit Volumen-Transport (in der Literatur auch als pccd oder als bced bezeichnet) gebildet« Stattdessen können auch andere Typen .von Ladungsübertragungsregistern, wie Eimer— kettenspeicher oder ladungsgekoppelte Anordnungen mit Oberflächentransport, Anwendung finden,, Die LadungsSbertragungsregister enthalten eine Reihe von Elektroden 8, 9, 10 und 11, die sich auf einer auf der Oberfläche 3 des Körpers 2 angebrachten Isolierschicht 12 befinden, die die Elektroden von dem unterliegenden Halbleitermaterial trennt»

Es sei bemerkt, dass die Elektroden 8 und tatsächlich durch die hervorragenden Teile zweier kammförmiger Blektrodenstrukturen gebildet. werden_? deren

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streifenfSrmige Basisteile, die die Elektroden miteinander verbinden, mit 13 bzw» 14 bezeichnet sind_o Die Elektroden 9 und 11 sind Leiterstreifen, die durch einen streifenförmigen Leiter 15 bzw. 16 miteinander verbunden sindo ¥eiter sei bemerkt, dass die als durchsichtig gedachte Isolierschicht .12, die gewöhnlich aus Siliciumoxid besteht, aber für die auch andere Materialien verwendet werden können, der Deutlichkeit halber in Figo 1 nicht dargestellt ist.

Die Elektroden 8, 9, 10 und 11 bilden mit dem unterliegenden Halbleitermaterial der Halbleiterschicht h eine Reihe "von Kapazität en _f über die Information in Form von Ladungspake ten zu einem in Fig_e' 1 schematisch als ein Kontakt 17 bzw. 18 mit der Halbleiterschicht h angegebenen Ausleseglied weitergeschoben werden kann.

Die BiJ.!aufnahmeanordnung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gehört zu dem Typ von Sensoren, in dem die photoempfindlichen Elemente (lateral) von dem Ladungsübertragtaagsregister getrennt sindo Dieser Typ von Bildaufnahmeanordnungen hat im Vergleich zu Bildaufnahmeanordnungen» in denen das Ladungsübertragungsregister zugleich die photoemepfindlichen Elemente bildet, .wichtige Vorteile, u.a.· den Vorteil, dass nach jeder Integrationszeit die Ladungspakete in das Ladungsübertragungsregister geschoben und dann gegexi einfallende

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Strahlung 1 während des Auslesens abgeschirmt werden können.

Die photοempfindliehen Elemente der Reihe 5

enthalten je eine Photodiode mit einer an die Oberfläche grenzenden p-leitenden Oberflächenzone 199' die mit der η-leitenden Halbleiterschicht h einen photοempfindliehen pn-Uebergang 20 bildet« Ausserdem enthalten die photoempfindlichen Elemente je eine Gate-Elektrode 21₉ die auf der auf der Oberfläche 3 liegenden Isolierschicht angebracht ist und neben der entsprechenden Photodiode liegt und wenigstens, auf die Oberfläche 3 gesehen, an diese Photodiode grenzte In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Gate-Elektroden 21 als ein ununterbrochender langgestreckter Streifen aus einem leitenden Material ausgebildet _v aber es wird "'klar sein, dass die Gate~Elektrod,e 21 auch in Form einer Anzahl voneinander getrennter Schichten aus einem leitenden Material angebracht werden können. Die Gate-Elektroden 21, bilden zusammen mit dem unterliegenden Material der Halbleiterschicht h eine Reihe von Kapazitäten, in denen Ladungsträger, die durch Absorption von Strahlung in und/oder nahe bei den pn-Uebergangen erhalten werden, während des Integrationsintervalls gespeichert werden kö*nnen₉ bevor sie auf die Ladungsübertragungsanordnung 6 tibertragen werden.

Die p-leitenden Zonen I9 sind mit einem elektrischen Anschluss 22, 23 versehen, während die

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Gate—Elektrode(η) 21 mit einem elektrischen Anschluss versehen ist (sind)« Ueber diese Anschlüsse können an die Zonen 19 und die Gate-Elektroden 21 - in gegenseitiger Unabhängigkeit - Spannungen angelegt werden, die mit Rücksicht auf eine befriedigende Wirkung der Anordnung erwünscht sind,. Wie aus den Figuren hervorgeht, sind die p-leitenden OberflScheuzoneix 19 nicht mit je einem gesonderten Anschluss, sondern mit einem allen Zonen 19 der Reihe 5 gemeinsamen Anschluss versehen. So bildet ebenso der Anschluss 24 einen gemeinsamen Anschluss für die Gate-Elektroden 21.

Der gemeinsame Anschluss 22, 23 der p—leitenden Oberflächenzonen wird durch ein angrenzendes p-leitend.es Oberf lacliengebiet 22 gebildet, das 'isich von der Oberfläche bis zu der der Oberfläche 3 gegenüber liegenden Seite der Schicht 4 erstreckt.· Auf dieser Seite ist das p-leitende Gebiet mit dem p—leitenden Substrat 23 verbunden, das mit der η-leitenden Halbleiterschicht 4 den pn-Uebergang bildet und das mit dem p—leitenden Oberflächengebiet 22 einen Teil des elektrischen Anschlusses 22, 23 der p-leitenden Oberflächenzonen 19 bildet.

Die Ladungsspeichergebiete der photοempfindlichen Elemente werden durch die Teile der Halbleiterschicht 4 gebildet, die unter den p-leitenden Oberflächenzonen 19 und den angrenzenden Gate-Elektroden 21 liegen. Dazu sind die

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Dicke und die Dotierungskonzentration der Halbleiter—,
schicht h an den Stellen der Photodioden 19 und der
Gate-Elektroden 21 derart niedrig gewählt, dass Verarmungsgebiete gebildet werden können,·die sich über die ganze
Dicke der Halbleiterschicht k erstrecken und Ladungsspeicherräume für Elektronen bilden.

Das Gebiet 22 bildet ausserdem eine laterale
Begrenzung der photoempfindlichen Elemente. Die Begrenzung zwischen den photοempfindliehen Elementen wird durch die sieh lateral in der Schicht h erstreckenden p-leitenden
Finger gebildet, die sich von der Oberfläche 3 ebenfalls bis zu dem Substrat 23 erstrecken. Die Finger.:erstrecken sich bis unterhalb der Gate-Elektroden 21 und bis zu dem Ladungsübertragungsregister 6* Die\Ladungsspeicherstellen unter den Gate-Elektroden 21 - die vorzugsweise zwischen den Photodioden 19 ναχά dem Ladungsübertragungsregister 6 liegen, um eine möglichst gedrängte Struktur in der
Längsrichtung der Zeile zu erhalten - werden so ebenfalls durch die p-leitenden Finger voneinander getrennte'

Bei einer besonderen. Ausführungsform der
Anordnung nach dem vorliegenden Beispiel weist das

Halbleitersubstrat 23 eine Dicke von etwa 250yura und

14 ' / eine Dotierungskonzentration von etwa 2 . 10 Atomen/cm auf. Die übrigen Abmessungen sind als genügend gross
angenommen, um die Anordnung völlig enthalten zu können'.

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Die η-leitende Halbleiterschicht h wird in diesem be-, sonderen Beispiel durch eine auf dem Substrat 23 niedergeschlagene epitaktische Schicht mit einer Dicke von etwa 2/um und einer Dotierungskonzentration von etwa 10 Atomen/cm gebildet·' Statt durch Epitaxie könnte eine derartige Schicht naturgemäss auch durch Ionenimplantation geeigneter Atome, z.B. Phosphor, in dem Substrat 23 und eine anschliessen.de Diffusionsbehandlung erhalten werden»

Das p-leitende Gebiet 23j dessen Dotierungskonzentration nicht kritisch ist, kann durch Diffusion von Boratamen von der Oberfläche 3 des Halbleiterkörpers 2 her erhalten werden. Es dient zur lateralen Begrenzung der photoempfindlichen Gebiete und derNLadungsspeicherstellen der Bildaufnahmeelemente sowie zur Begrenzung und gegenseitigen Trennung der Ladungsttbertragungsregister 6 und 7·'

Die p-leitenden Oberflächenzonen 1p können z.B, durch Implantation einer p-leitenden Verunreinigung in der epitaktischen Schicht h mit einer Implantations-

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dosis von etwa 10 Atomen/ cm und einer Implantationstiefe von etwa 0,3/tun erhalten werden. Ebenfalls durch Ionenimplantation kann in den Ladungsübertragungsanordnungen die Dotierungskonzentration des Oberflächengebietes 26 der epitaktischen Schicht 4, an der Oberfläche

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mit einer Implantationsdosis von etwa 2 . .10 Atomen/ein

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und einer Implantatiqnstiefe von etwa 0,3/um. erhöht . werdeiio Das stärker dotierte Gebiet 26 erstreckt sich, über praktisch die ganze Oberfläche des Ladungsübertragungsregisters 6 und dient, wie u,a₀ in. der Dt-OS 052412699 beschrieben ist, zur Erhöhung der Ladungskapazität (charge handling capacity) der ladungsgekoppelten Anordnung. In Figo 1 ist das höher dotierte Gebiet 26 mit gestrichelten Linien angegeben.

Die isolierende Siliciumoxidechicht 12 weist eine Dicke von etwa 0,T/um- auf„ Die Elektroden 21 werden durch eine Schicht dotierten polykristallinen Siliciums gebildet, die auf übliche Weise mit Hilfe eines photolith.ograpjii.sch.-eix Aetzvorgangs in Muster gebracht ist. Nach dieser ersten Schicht polykristallinen Siliciums ist eine zweite Schicht polykristallinen Siliciums angebracht, aus der die Elektroden 9 und 11 ge'rildet sind. Die gegenseitige Isolierung dieser beiden Sch.ich.ten wird durch Siliciumoxid gebildet, das durch teilweise Oxidation der ersten polykristallinen Siliciumschicht erhalten ist. Auch die zweite polykristalline. Siliciumschicht ist mit einer· Oxidschicht versehen. Die Elektroden 8 und 10 der Ladungsübertragungsregister sowie die Verbindungsleiter oder Taktleitungen 13» 1^, 15 und 16 werden durch eine Aluminiumschicht gebildet. Die Taktleitungen sind mit schematisch dargestellten Anschlüssen 27 bzw_e ^! 28, 29 und

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versehene Zugleich, mit diesen Elektroden und Taktleitungen können auch Kontakte, wie z.B_o die Ausgangskontakte 17 und 18, angebracht werden.

Die bisher beschriebene Ladungstransportanordnung enthält somit einen Halbleiterkörper 2 mit einer Reihe 5 von Speicherstellen 19» 21 zur Speicherung voneinander getrennter Ladungspakete und mehrere praktisch parallel nebeneinander angeordnete Ladungsübertragungsregister 6 bzw* 7» Jedes der Ladungsübertragungsregister enthält eine Reihe von Elektroden 8, 9 ι 10 und 11, die durch eine Sperre, die in diesem Falle durch die Isolierschicht 12 gebildet wird, von einer Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers 1 getrennt sind. Diese Elektroden 8 bis 11 bilden mit dem unterliegenden Halbleitermaterial und der zwischenliegenden Sperre eine Reihe von Kapazitäten, in denen Ladungspakete gespeichert und über die Reihe zu einem Ausleseglied transportiert werden können, das in diesem Beispiel einfach aus einem in der Nähe eines Endes der Reihe von Kapazitäten liegenden leitenden Kontakt 17 bzw. 18 mit der Halbleiterschicht h bestehen kann.

Zwischen der Reihe 5 von Ladungsspeicherstellen und dem angrenzenden Ladungsübertragungsregister 6 und zwischen den Registern 6 und 7 untereinander sind Elektroden 21 bzw₀ 31 vorhanden, die ebenfalls -durch eine

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durch die Isolierschicht 12 gebildete Sperre von der Halbleiterschicht 4 getrennt sindo Die Elektrode 31 ist mit einem Anschluss 32 versehene

Zwischen den beiden Ladungsttbertragungsregistern befinden sich Ladungstransportwege 33» deren Begrenzung in Fig» 1 rait gestrichelten Linien angedeutet ist₀ Ueber diese Transportwege 33» die mittels der daraufliegenden gemeinsamen Elektrode 31 steuerbar sind, kann Information von dem Register 6 an das Register 7 weitergeleitet werden«· Das Weiterleiten von Information von der Reihe 5 von Ladungsspeicherstellen an das erste Ladungsübertragungsregister 6 wird mittels der Elektrode 21 gesteuerte

Die beiden Ladungsübertr-agungsregister 6 und sind an sich bekannte Vierphasenregister mit Volumen-Transporto Während des Transports von Information über ein Register kann nur unter einer von je vier Elektroden Ladung gespeichert sein, um die gespeicherten Ladungspakete voneinander getrennt zu halten· Für die Verarbeitung von Information weist das Register pro Informationsbit eine Länge auf, die durch vier nebeneinander liegende Elektroden 8, 9, 10 und 11 bestimmt wird. Diese Länge wird weiter als die Bitlänge des Registers bezeichnet.

Im vorliegenden Beispiel umfasst die Bitlänge eines Registers also vier Kapazitäten» Obgleich während

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des Transports über das Register nicht mehr als ein Ladungspaket pro Bitlänge vorhanden sein darf, können, wie nachstehend noch verdeutlicht werden wird, solange das Register stillsteht, d,h, die Taktleitungen auf konstanter Spannung gehalten werden., in zwei Kapazitäten pro Bitlänge voneinander getrennte Ladungspakete gespeichert werden. Diese Tatsache wird im vorliegenden Beispiel dazu benutzt, die Anzahl von Bildaufnahme el em ent en pro Längeneinheit zu vergrö*ssern₀ Ausser den Speicherstellen unter den Elektroden 9 sind auch die Speicherstellen unter den Elektroden 11 des Registers 6 mit einem Bildauf nähme el em ent aus der Reihe 5 gekoppelt. Die letzteren Speicherstellen sind über Ladungstransportwege 33 mit den Ladungsspeicherstelien unter den Elektroden 9 des zweiten Registers 7 gekoppelte Das Ladungsmuster der Reihe 5 von Bildaufnahme element en wird über zwei Register verteilt, wobei jedes der Register eine proportionale Anzahl der Ladungspakete, und zwar je die Hälfte, empfängt, Ausserdem werden an das zweite Register Ladungspakete weitergeleitet, die je in der ursprünglichen Reihe an Ladungspakete grenzen, die an das erste Register weitergeleitet werden. Das angewandte System kann einfach erweitert werdend Mit Sechsphasenregistern können drei nebeneinander liegende Register verwendet werden." Bei Anwendung von K parallelen Registern empfängt jedes

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Register den ~ -ten Teil der Anzahl zu verteilenden Ladungspakete, wobei für jedes äer Schieberegister die zu empfangenden Pakete von Stellen in der ursprünglichen Reihe von Speicherstellen herrühren, die um (Ν-!) zwischen liegende Stellen voneinander entfernt sind. Von den (Ν·-! ) über die Register zu verteilenden Paketen dieser (Ν·-!) zwischenliegenden Stellen empfängt jedes der übrigen (N-1) Register eins.

Im vorliegenden Beispiel ist die Dichte der Bildaufnahmeelemente weiter vergrössert, indem der bisher beschriebene Teil der Festkörperschaltung auf der anderen Seite der mit einer strichpunktierten Linie 3k angegebenen Translations- und Spiegelachse nochmals angebracht ist,¹ Die so erhaltenen Reihen 5 und 5¹ von Bildaufnahmeelementen bilden zusammen den photoempfindlichen Streifen des Zeilensensors, wobei auf jeder Seite dieses Streifens zwei Ladungstransportregister zum Auslesen des Ladungs— musters der Zeile vorhanden sind_c

Beim Betrieb wird das Substrat 23 z,B,^s an ein Bezugspotential, z,B_e Erde (null Volt), gelegt, während die Ausgangskontakte 17 tmd 18 an eine Spannung von z„B. etwa 16 Volt angelegt werden. Den Elektroden 8, 9, und 11 der. ladungsgekoppelten Register 6 und 7 'und 6¹ und 7¹) können Taktsignale zugeführt werden, die z.B. zwischen 1,5 V und ~7j5 V variieren. Der Elektrode 21 kann über

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prof 08127. -11.8.76· - Zk -

den Anschluss 2k eine Spannung zugeführt werden, die zwischen 6_t5 V und -3 V variiert. Die Spannung an der Elektrode 31 variiert Z₀B, zwischen etwa -7»5 V und -20 V_c Die Spannungen an den Taktleitungen 14, 16, 13 und 15 und die an den Elektroden 31 und 21 sind als Funktion der Zeit in den Figo ^A. bis 4F dargestellt und mit 0^₁ 0^_t 0r>_t 0j,_t 0, und 0Jj₁J- bezeichnet. Die Intagrationszeit £"1, in der in den Registern vorhandene Information zu den Auslesegliedern transportiert und zu gleicher Zeit ein neues Ladungsmuster in den Bildaufnahme el ement en aufgebaut wird, und die Uebertragungszeit £,,, in der das in den Aufnahmeelementen aufgebaute Ladungsmuster auf die Register übertragen und über diese Register verteilt wird, wechseln einander zeitlich ab. ^J

Bei den angegebenen Spannungen wird das ganze Gebiet der epitaktischen Schicht 4, das von. den photoempfind lieh en Elementen und von den Ladungsübertragungsregistern eingenommen wird, erschöpft werden, d.h.¹, dass ohne Erzeugung von Elektronen praktisch alle in diesem Gebiet vorhandenen Elektronen über die Ausgangskontakte 17 und 18 abgeführt werden. Während der sogenannten Integrationszeit wird an die Elektrode 21 eine Spannung von etwa +6,5 V angelegt, während an die p-leitenden Zonen I9 über die p-leitenden Zonen 22 und das p-leitende Substrat 23 eine Spannung von 0 V angelegt ist.

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PHN.8127.

' · 11c8o76.

• - 25 -

Die Elektrode 31 befindet sich dann auf etwa -20 V. . Unter den p-leitenden Zonen 19 und den Elektroden 21
wird ein Potentialrauster (für Elektronen) erhalten,
das in der zweiten Spalte der Pig«· 6B₉ 6D und 6E angegeben ist und das ein Minimum unter der Gate-Elektrode aufweist. Die Strahlung 1 fällt auf die Photodioden 19 ein und erzeugt in der Nähe der gesperrten pn-Uebergänge Loch-Elektronen-Paare. Dadurch, dass über den Zonen 19 keine Elektroden vorhanden sind, ist auch die Empfindlichkeit für Licht mit kleinerer Wellenlänge (blaues Licht) verhältnismässig gross.' Von den erzeugten Elektron-Loch-Paaren werden die Löcher zu den p-leitenden Zonen 19 und und/oder zu dem Substrat 23 abgeführt.¹ Die erzeugten

Elektronen können in den Potentialmulden unter den

Elektroden 21 gesammelt werden. Die Ladungsspeicher-

12

kapazität unter den Elektroden 21 beträgt etwa 10 Elektro-

2 '

nen/cm und ist erheblich grosser als die LadungsSpeicherkapazität unter den p-leitenden Zonen 19» die nur etwa

11 2

2 . 10 Elektronen/cm beträgt. Die Anordnung kombiniert daher eine hohe Lichtempfindlichkeit mit einer grossen Speicherkapazität pro Oberflächeneinheit dadurch, dass die Funktionen von Strahlungsabsorption und Speicherung von Ladungsträgern voneinander getrennt sind.

In Fig. 5 ist der Verlauf des Minimums des
Potentials in der Halbleiterschicht h während der

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PHN.&127. 11.8.76."

- ze -

Uebertragungszeit .O^ dargestellte Die Figo 5A bis 5D' zeigen den. Potentialverlauf auf der Höhe von Querschnitten in einer zu der der Querschnitte nach den Figo' 2 und 3 parallelen Richtung} wobei Figo 5A auf der Höhe der Elektroden 10, Fig₀ 5B auf der Höhe der Elektroden 11, Figo' 50 auf der Höhe der Elektroden 8 und Fig, 5D auf der Hö*he der Elektroden 9 gilt» Vergleichsweise ist in Fig«* 5E der Potentialverlauf in einem Schnitt dargestellt, der auf der Höhe der Elektrode 11 durch das Bildeleinent und das Register 6 und dann schräg entlang des Ladungstransportweges 33 zu dem Register 7 und anschliessend wieder gerade durch, das Register 7 auf der Höhe der Elektrode 9 verläuft.

Äusserst links und aussehest rechts ist das Potential des Substrats 23 und der p-leitenden Zonen angegeben. Die äusserst linke erste Spalte gibt das Potential im η-leitenden Gebiet unter der Diodenzone bzw»· das der p-leitenden Zone 22 an« Die angrenzende zweite Spalte gilt für das Gebiet unter der Elektrode Die dritte Spalte gilt für das von den Elektroden 9 bzw. 11 bedeckte η-leitende Gebiet, das sich zwischen der Elektrode 21 und dem höher dotierten Gebiet 26 erstreckt, bzw.· für die p-leitende Zone 22 unter den Elektroden 8 und 10. Die vierte Spalte stellt das Potential in-dem n-1 ei tend en Gebiet des Registers 6 dar, während

' ' 70 9 8 1 1/0959

PHN.8127. 11.8»76.^! - 27 ■-■-'·-

die fünfte und die sechste Spalte das Potential unter der Elektrode 31 bzw« das Potential in dem n-leitenden Gebiet des Registers 7 darstellen.

Aus den Figo 5B und 5D ist ersichtlich, dass etwaige unter der Elektrode 21 in den Bildaufnahmeelementen gespeicherte Ladung in dieser Periode zu dem Gebiet unter den Elektroden 11 und 9 des Registers 6 fHessen wird, wobei sich" das Gebiet unter der Elektrode einem Verbindungsweg 33 zn dem Gebiet unter der Elektrode <? des Registers 7 anschliesst. Ladungstransport in der Transportrichtung der Register wird durch die Potentiale unter den Elektroden 8 und 10 verhindert. Am Ende der Hebertragungszeit t„ wird sich alle Information darstellende Ladung unter den Elektroden 9 befinden.

Fig.' 6A bis 6E zeigen den Potentialverlauf in der Halbleiterschicht auf der Höhe derselben Schnitte wie die Fig. 5A bis 5E, abei- nun während des ersten Teiles der Integrationszeit ^/t*· Die Bildaufnahmeelemente sind nun durch die in der dritten Spalte angegebenen Potential— sperren auf der Höhe der Elektroden 9 und 11 (Fig. 6B, 6D und 6E) vom Register 6 getrennt, während auch in der Spalte 5 in den Ladungstransportwegen 33 eine Potentialsperre sichtbar ist» Diese Sperre trennt der. Inhalt des Registers 6 von dem des Registers 7«' Durch das übliche Ladungstransportverfahren

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PHN". Si 2'/Y

11.8.76ο·^; - 28 -

können die in den verschiedenen phot ο empfind lichen Elementen erzeugten Elektronen paketweise zu den Ausgängen 17 und 18 transportiert werden» Wenn das Register eine halbe Bitlänge länger als das Register 7 ist, können die Signale der Ausgänge 17 und 18 einfach zu einem sequentiellen (Video-)Signal summiert werden, in der die zeitliche Reihenfolge direkt der Stellenreihenfolge in der Reihe 5 von Bildaufnahmeelementen entspricht. Der Ladungstransport erfolgt im wesentlichen im Inneren der Halbleiterschicht h und daher in einem endlichen Abstand von der Oberfläche 3» wodurch ein durch Oberflächenzustände herbeigeführter Verlust an Information vermieden wird .^;

Es sei bemerkt, dass iu^er hier beschriebenen Anordnung die- Ladungsübertragungsregister 6 und 7 nur dazu dienen, die erzeugte Ladung auszulesen, und nicht selbst die photoempfindlichen Elemente bilden₀ ^: Dadurch ist es möglich, die Register 6 und 7 mit einer für Strahlung undurchlässigen Schicht zu bedecken« ¥enn alle Elektroden in Aluminium ausgeführt werden, wird meist keine zusätzliche undurchlässige Schicht benötigte Die Ladungspakete, die nach der Integrationsperiode in die Register 6 und 7 geschoben werden, können mit Vorteil beim Auslesen geg&n Strahlung 1 abgeschirmt werden. Ausschmieren von Information über verschiedene Ladungspakete während

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ίΐ·8·76ο^: ■ - 29 -

des Auslesens wird, dadurch, wenigstens grösstenteils in Bildaufnahmeanordnungen dieses Typs vermieden»

Wie bereits bemerkt wurde, ist die hier beschriebene Anordnung ein Zeilensensor zum Auffangen eines zeilenfSrmigen Strahlungsbildes« Um die Gedrängtheit der Anordnung in der Längsrichtung der Zeile möglichst gross zu machen, sind die Photodioden 19 und die zugehörigen Gate-Elektroden in einer Richtung quer zu der Längsrichtung der Zeile nebeneinander angeordnet, derart, dass die Gate-Elektroden 21 zwischen den Dioden 19 und der Ladungsübertragungsanordnung 6 liegen."

Die Anordnung der an Hand des vorliegenden Ausführungsbeispiels beschriebenen Art kann zu einem zweidimensionalen Bildsensor dadurch, erweitert werden,

* . ■ ■

dass einfach eine Anzahl der beschriebenen Zeilensensoren nebeneinander angebracht werden« Eine derartige Anordnung bietet grosse Vorteile, u.a.¹ in jenen Fällen, in denen die Anzahl von Bildpunkten in der Längsrichtung der Zeilen grosser als in der Richtung quer zu der Längsrichtung ist.'

Der Vollständigkeit halber sei bemerkt, dass die angegebenen Potentialverteilungen des Mindstpotentials global sind und dass bei diesen Verteilungen keine Rücksicht auf den Einfluss etwa vorhandener gespeicherter und/öder zu transportierender Ladungsträger genommen ist»'

■■.■'".- 70981 1/0959

PHN.8127. 11.8.76.

Die Erfindung ist nicht auf Vierphasenregister beschränkt₀ Statt der beschriebenen Vierphasenregister, bei denen die Potentialmulden unter den Elektroden symmetrisch sind, können Z₀B. auch Zweiphasenregister mit asymmetrischen Potentialmulden unter den Elektroden, wie Eimerkettenspeicher, verwendet werden. Auch können die beschriebenen Register dadurch als Zweiphasenregister betrieben werden, dass extern zwischen den Elektroden und 9 bzw." zwischen den Elektroden 10 und 11 ein fester Potentialunterschied angelegt wird, Z.B. kann zwischen den Anschlüssen 27 und 2$) eine Gleichspannungsquelle von z.B. etwa 8 V_t gleich wie zwischen den Anschlüssen 28 und 30» angebracht werden, derart, dass die Elektroden

■v

und 11 stets um 8 V positiver als dxe Elektroden 8 und sind» Wenn die so miteinander verbundenen Elektroden 8 und 9 zwischen z.B. -2,5 V und.+6,5 V in der Spannung mittels eines Taktspannungsgenerators geändert werden und die Elektroden 10 und 11 zusammen gegenphasig zwischen denselben Spannungswerten variieren, werden die Mindest-Potentiale in der Halbleiterschicht unter den Elektroden etwa so sein wie sie in Fig. 7 für verschiedene Zeitpunkte dargestellt sind. Fig. 7A zeigt die Potentiale in der Uebertragiingszeit TT«, wobei die äusserst linke erste Spalte das Potential unter der Elektrode 21, die zweite Spalte das Potential unter der Elektrode 31 und die dritte Spalte

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PHR»81Ü7 11.8.76·. - 31 -

das Potential unter den Elektroden 10, 11 und 8, 9 der Transportrichtung der Register 6 und 7 darstellt.

Aufs neue ist das Substrat mit Erde verbunden." Die Elektrode 21 weist ein Potential von etwa -3 V» die Elektrode 31 von".etwa +()Ϊ5 V auf, und die Elektroden 10, 11 bzw,, 8, 9 liegen an einem Potential von etwa -0,5 V bzw. +6,5 Vo

Die Figo 7B und 70 zeigen die Mindestpotentiale unter denselben Elektroden während des zweiten Teiles bzw. des ersten Teiles einer Periode der periodischen Taktsignale während der Integrationszeit. Im ersten Teil dieser Periode ist an die Elektrode 8,9 eine Spannung von 6_t5 V angelegt, während die Elektrode 10, 11 au τ2,5 V liegt. Im zweiten Teil dieser Periode liegt die Elektrode 8, 9 an -2,5 Y, während-dann die Elektrode 10, 11 eine Spannung von 6_t5 V aufweist. Während der ganzen Integrationszeit liegt die Elektrode 21 z.B. an etwa 10 V und ist das Potential der Elektrode 31 z.B_o etwa -20 V..

Während der Integrationszeit verhindert die Elektrode 31» dass Austausch von Ladung zwischen den Registern 6 und 7 stattfindet _e ^; Dabei verhindert die in die Verbindung zwischen den Aufnahme el ement en und den (Teil)Elektroden 9 und 11 eingebaute Schwelle auch in diesem Beispiel, dass Ladung von den Bildaufnahmeelementen in das Register 6 fliesst. Diese Schwelle wird durch

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FHK", S127.

- . 11.-8.76.

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den Dotierungsunterschied in dem unter den (Teil)Elektroden liegenden und an die Bildaufnahmeelemente grenzenden Teil der η-leitenden Schicht k und dem höher dotierten η-leitenden Gebiet 26 herbeigeführte' Im ersten Teil jeder Periode (Fig, 7C) findet

Ladungstransport von dem Gebiet unter den (Teil)Elektroden zu dem Gebiet unter den (Teil)Elektroden 9 statt, während im zweiten Teil der Periode (Fig„ 7S) Ladungstransport von dem Gebiet unter den (Teil)Elektroden 9 zu dem Gebiet unter den (Teil)Elektroden 11 erfolgt«

Während der TJebertragungszeit (Fig, 7A) wird die in den mit dem Gebiet unter den (Teil)Elektroden 9 verbundenen Bildaufnahmeelementen gespeicherte Ladung zu diesem Gebiet fliessen.¹ Für die^anderen Bildaufnähmeelemente gilt, dass die Ladung über das Gebiet unter den (Teil)Elektroden 11 und die Verbindungswege 33 unter der Elektrode 31 direkt zu dem Gebiet unter den (Teil)Elektroden 9 des zweiten Registers fliessen wird.

Es ist einleuchtend, dass somit alle Arten von Zweiphaseixladungsübertragungsregistern, wie Eimerkettenspeicher und ladungsgekoppelte Anordnungen mit eingebauten Schwellen zum Erhalten asymmetrischer Potentialmulden unter den Elektroden, verwendet werden können« Derartige Schwellen lassen sich auf verschiedene leisen erzielen, z»B«' durch Anwendung eines Unterschiedes in der

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PHN.8127. 11.8.76ο

Dotierung des unterliegenden Halbleitermaterial und/oder einer, örtlich verschiedenen Konzentration an Ladung in der Isolierschicht und/oder eines örtlichen Unterschiedes in der Dicke und/oder im Material der Isolierschicht und/oder durch Anwendung verschiedener Materialien fur die Elektroden,

Die Bildaufnahmeelemente können Z₀B₀' Photodioden oder Leiter-Isolierschicht-Halbleiterkapazitäten sein. Bei Anwendung von Eimerkettenspeichern können die Verbindungen zwischen den Bildaufnahmeelementen und dem ersten Register und die Querverbindungen zwischen den Registern die Form als Schalter wirkender Feldeffekttransistoren mit isolierten Gate-Elektroden aufweisen, wobei die Gate-Elektroden pro Reihe\ von Schaltern miteinander verbunden sein können.

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel wird in der tJebertragungszeit 2^₂ Ladung von den Bildaufnahmeelementen über die Gebiete unter den Elektroden 11 des Registers 6 direkt zu den Gebieten unter den Elektroden des Registers 7 befördert.' Dieser Transport kann auch in zwei Schritten durchgeführt werden, wobei während der Uebertragungszeit 'Co di-^e Elektroden 11 und 9 an dem gleichen Potential liegen und die Ladung der Bildaufnahmeelemente unter diesen Elektroden gespeichert wird. Dann kann mit Hilfe der Spannung an der Elektrode 21 die

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PIIN. 8127. 11.8.76.· - 3k -

Verbindung zwischen den Bildaufnähme el em ent en und dem Register unterbrochen werden und die Integrationszeit beginnt, in der in den Bildaufnahmeelementen ein neues Ladungsrauster aufgebaut wird,. Am Anfang dieser Integrationszeit werden die Spannungen an den Elektroden der Register noch unverändert gelassen und werden zunächst mittels der Elektrode 31 die Verbindungswege 33 geöffnete Anschliessend wird das Potential der Elektrode 11 auf den negativsten Wert der Takt spannungen gebracht· "Wird nun das Potential der Elektrode 31 wieder auf seinen negativsten Wert gebracht, so ist die unter den Elektroden 11 des Registers 6 gespeicherte Ladung auf das Register 7 übertragen und dort unter den Elektroden 9 gespeichert.

Dann kann die Information mit HilfO₄ der üblichen Transport-

wirkung zu den Auslesegliedern transportiert werden. Im allgemeinen wird der letztere Arbeitsmodus den Vorteil aufweisen, dass man mit weniger voneinander verschiedenen Spannungswerten für die Elektroden auskommen kann.

Bei dem zuletzt beschriebenen "Arbeitsraodus wird der Informationsinhalt der Reihe von Bildaufnahmeelementen gleichzeitig auf Kapazitäten des Registers 6 übertragen und dann über die Register 6 und 7 verteilt. Hier ergibt sich, dass die Reihe von Speicherstellen mit dem ersten Register zusammenfallen kann, in dem Sinne, dass die Speicherstellen als Kapazitäten einen Teil des

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PHM.8127. 11ο8.7βο

ersten Registers bilden, wobei der Informationsinhalt der Reihe über das erste und das zweite Register verteilt wird, derart, dass in diesem Falle die Hälfte der Anzahl von Ladungspaketen im ersten Register zurückbleibt und die andere Hälfte der Anzahl von Ladungspaketen auf das zweite Register· übertragen wird₀

Es ist einlernen tend, dass die benötigten Spannungspegel u.a_o von den Dotierungskonzentrationen unter den betreffenden Elektroden abhängig sind und dass diese Spannungspegel durch Anpassung dieser Konzentrationen geändert werden können." Z,Bj ist bei dem beschriebenen Beispiel angenommen, dass das höher dotierte n-leitende Gebiet 26 sich nicht nur in den Registern 6 und 7» sondern auch in den Verbindungswegen 33 erstreckt. ¥ird das Gebiet 26 auf die Register selber beschränkt und somit der in den Fig.^: 2 und 3 von einer gestrichelten Linie begrenzte höher dotierte Teil fortgelassen, so bildet sich zwischen den Verbindungswegen 33 einerseits und den an deren beiden Enden liegenden Registern 6 und 7 andererseits eine eingebaute Schwelle, die es ermöglicht, die Elektrode 31 unmittelbar und dauernd mit den Elektroden zu verbinden, wenn während der Uebertragungszeit an die Elektroden 9 eine positivere Spannung von z,B₀ 15 V. angelegt wird.

In den Beispielen sind die Elektroden 8, 9,

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11.8.76.

und 11 als gerade Streifen ausgebildet, die sich, quer' zu den Registern erstrecken, während die Verbindungswege im Halbleiterkörper schräg von der Elektrode 11 zu der Elektrode 9 verlaufen. Die Verbindungswege 33 können jedoch, auch gerade und quer zu den Registern verlaufen, wobei die Elektroden 8, $_f 10 und 11 zwischen den Registern schräg verlaufen und auf diese Weise ihre Lage von Register zu Register wechseln.' Bei Anwendung von mehr als zwei Registern können, je nach, der Ausführungsform, die Verbindungswege oder die schrägen Verbindungen in den Elektroden von Register zu Register miteinander fluchten oder z.B. auch zickzackförmig verlaufen» Während des Transports in den Registern zu den AusIesegliedern befindet sich die Information in den Verschiedenen Registern unter den die:gleiche Taktspannung führenden Elektroden. Nötigenfalls können über den Verbindungswegen zwischen den Registern mehrere Elektroden hintereinander angeordnet werden, so dass die Information in den Verbindungswegen entlang mehrerer Speichersteilen transportiert wird. Mit dieser Anzahl und/oder den diesen Elektroden zugeführten Spannungen kann die Gesamtverweilzeit der Information in den Verbindungswegen gesteuert und angepasst werdenj derart ₉ dass die Information aus einem Verbindungsweg zu dem richtigen Zeitpunkt einem Register angeboten wirdj und zwar wenn unter der betreffenden

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8127»

Elektrode des Registers ein. Potentialminimum für die · freien Ladungsträger vorhanden ist₀' Vorzugsweise wird aber; eine derartige zusätzliche Verzögerung in den Verbindungswegen, die zwar mittels der Länge der Register ausgeglichen werden kann, damit am Ausgang die ursprüngliche Reihenfolge des Ladungsrausters wiederhergestellt wird, vermieden·'

Vorzugsweise ist, wie in den beschriebenen Beispielen, die Anzahl von Speichersteilen pro Längeneinheit in der Reihe 5 gleich der Anzahl von kapazitäten pro Längeneinheit des Registers 6, in dem voneinander getrennte Ladungspakete gespeichert werden können. Das Vierphasenregister 6 enthält vier Elektroden, also vier Kapazitäten pro Bitlänge, Beim Transport entlang des Registers kann aber nur ein-Informationsbit pro Bitlänge vorhanden sein, während solange das Register stillsteht, zwei voneinander getrennte Bits gespeichert werden können. Im Zusammenhang damit sind pro Bitlänge des Registers in der Reihe 5 auch genau zwei Bildaufnahmeelemente angeordnet,¹ Unter Umständen kann aber von dieser Regel abgewichen werden· Bei Registern mit einer grosser en Anzahl von Phasen könnte die Anzahl von Speicherstellen in der Reihe kleiner als die Anzahl voneinander getrennter Kapazitäten des Registers sein. Auch kann die Anzahl von Speicherstellen in der Reihe grosser a,ls die Anzahl'

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PIW, 8127.

getrennter Kapazitäten des Registers sein₀' ZoB₀ kann bei Anwendung von Bimerkettenspeichern zwischen den Speicherstellen der Reihe und den Speicherkapazitäten eine Reihe von Feldeff ekttz-ansistoren als Schalter angebracht werden, wobei jede Speicherkapazität, die ein Ladungspaket von einem Bildelement empfangen muss, Über zwei gesondert steuerbare Schalter mit zwei gesonderten Bildaufnahme el ement en verbunden ist, wobei zunächst der Iniaalt des einen Bildaufnahme elements auf die Speicherkapazität übertragen und dann an ein weiteres Register weitergeleitet und anschliessend der Inhalt des zweiten Bildaufnahme elements auf dieselbe Speicherkapazität des ersten Registers übertragen wird»'

Bei einer anderen Abwandelung können, indem die

Elektroden zur Steuerung der Querverbindungen auf geeignete Weise in Gruppen unterteilt werden, auch Dreiphasenregister mit symmetrischen Potentialmulden unter den Elektroden verwendet werden. ¥enn zunächst der Verbindungsweg zwischen e inem ersten Bildaufnahme el ement und einer mit der ersten Phase verbundenen Elektrode eines ersten Registers geöffnet und ein Ladungspaket übertragen und dann diese Verbindung unterbrochen und die Verbindung zwischen dieser Registerkapazität und der durch eine mit der zweiten Phase verbundene Elektrode gebildeten Kapazität eines zweiten Registers geöffnet" und das

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11.8.76ο¹

• -39-

Ladungspaket mit Hilfe der· Spannung an der ersten Phase zeitweilig in diesem Verbindungsweg gespeichert wird, kann dieses Paket danach auf die Kapazität des zweiten Registers tibertragen und kann zugleich oder danach der Inhalt eines zweiten Aufnahmeelements auf die mit der zweiten Phase verbundene nächstliegende Elektrode des ersten Registers übertragen werden» Dieser Vorgang kann an~ schliessend wiederholt werden, aber nun in der Weise, dass Ladung von den Kapazitäten unter der zweiten Phase auf Kapazitäten unter der dritten Phase im nächstfolgenden Register übertragen wird.' Dann kann die Information mit Hilfe der üblichen Dreiphasentransportwirkung zu den Auslesegliedern transportiert werden.

Fig. 8 zeigt noch eine weitere Elektrodenstruktur, die vor allem bei.Anwendung von Zweiphasenregistern geeignet ist. Der Halbleiterkörper 4θ besitzt zwei parallel angeordnete Register 4l und 42, z.B. Eimerkettenspeieher, die weiter nicht im Detail dargestellt sind,· Auf beiden Seiten des Registers 4l liegt eine Elektrode 43 bzw«* 44 zur Steuerung von Informationsübertragung z.B. von einer Reihe nicht dargestellter Bildaufnahmeelemente auf das Register 41 bzw. zur Steuerung der Weiterleitung von Information von dem Register 41 an das Register 42.· Diese Uebertragung von Information erfolgt mit Hilfe von Ladungstransport 45 bzw.' 46. " ·

. ΪΟ98 11ΑΟ959-. .

PHN.β 127« 11.8 c 7.6; - 40 -

Die Anzahl vorhandener Ladungstransportwege 45 ist zweimal grosser als die Anzahl vorhandener Ladungstransportwege 46 im Zusammenhang mit der Tatsache, dass die Hälfte der über die Wege 45 dem Register 41 zugeführten Information in diesem Register zurückbleibt und die andere Hälfte auf das Register 42 übertragen wird. Die Ladungstransportwege 45 und 46 verlaufen praktisch parallel zu den Registern 41 und 42 und jeder Transportweg 46 fluchtet mit einem Transportweg 45· Das daran angepasste Elektrodensystem der Register 41 und 42 weist eine harkenartige Struktur 47» deren Basis sich parallel zu den Registern und über der Elektrode 43 erstreckt, bzw. eine im unteren Teil der Figur dargestellte harkenartige Struktur 48 auf. Diese harkenartigen Strukturen 47 und 48 bilden zusammen die eine Phas'e und können über eine Verbindung 49 miteinander verbunden sein« Die andere Phase wird durch eine harkenartige Struktur 50 gebildet, deren Basis sich zwischen den Registern und über der Elektrode 44 erstreckt. Diese Basis weist auf beiden Seiten Ausläufer oder Zähne auf, die sich abwechselnd über dem Register 41 und über dem Register 42 erstrecken.

Die bisher beschriebenen Zeilensensoren können einen Teil eines zweidimensionalen Bildsensors bilden₉ der aus einer Anzahl parallel angeordneter Zeilensensoren ■aufgebaut ist. Sie können aber auch einfache Zeilensensoren

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HNo8127. 11.8-. 76.

bildeno^: Im letzteren Falle und vor allem bei Zeilenseiisoren mit einer Vielzahl von BiIdaufnahmeelementen von z.B_e oder mehr bringt die Anwendung der Erfindung eine erhebliche Einsparung der benötigten Halbleiteroberfläche mit sich» Diese Einsparung hängt mit dem günstigeren Länge/Breite-Verhältnis der Zeile zusammen. In der Praxis wird bei Zeilensensoren die Grosse des benötigten Halbleiterkristalls durch die für die Reihe von Bildaufnahme- ■ elementen erforderliche Lange bestimmt. Diese Länge ist meistens derart gross, dass die Breite des Kristalls durch die Anforderungen in bezug auf die Hantierbarkeit des Kristalls bestimmt wird, wobei die Breite beträchtlich grosser gewählt werden muss als für die Reihe von Aufnahmeelementen und die zu beiden Seiten ^dieser Reihe angebrachten Register eigentlich erforderlich ist. Das verbesserte Länge/Breite-Verhältnis des Zeilensensors selber ergibt dadurch eine Verkleinerung des benötigten Kristalls, Hinzu kommt, dass die mit Rücksicht auf die Hantierbarkeit mindestzulässige Breite meistens mehr als proportional mit der erforderlichen Länge des Kristalls zunimmt.

Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf Sensoren, sondern eignet sich allgemein zur Anwendung bei Parallel/Reihen- oder Reihen/Paralleltransformation. In Fig. 9 ist schematisch ein an sich bekannter und Z₀B* in der Dt-OS 22^1917 beschriebener Reihen/parallel/Reihen»

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PEN.8127. 11 ο"· 8."76.

- kZ -

speicher dargestellt, wobei Information in Form, von Ladungspaketen dem Eingang eines Registers 61 angeboten wird, Wenn das Register 61 voll ist, wird dessen Inhalt gleichzeitig auf eine Anzahl paralleler Register 63'übertragene Am Ende der Register 63 erfolgt wieder Uebertragung der Information auf ein Register 64, wonach diese Information zu dem Ausgang dieses Registers transportiert wird und bei 66 als sequentielles Signal zur Verfügung steht. Xd. diesem Speicher erfolgt somit sowohl eine Reihen/Parallel— transformation als auch eine Parallel/Reihentransformation.

Nach der Erfindung ist am Eingang neben dem Register 61 ein zweites Register 62 vorhanden, wobei zwischen dem ersten Register 61 und dem zweiten Register Ladungstransportwege 67 angebracht \sind.^: Ausser den Ladungstransportwegen 68 zwischen dem Register 61 und den parallelen Registern 63* die in den bisher bekannten SPS-Speichern auch vorhanden sind, sind zwischenliegende Transportwege 69 vorhanden, wodurch bei gleichbleibender Länge des Registers 61 die Anzahl paralleler Register 63 verdoppelt werden kann.

Auf entsprechende Weise sind auch am Ausgang ein zweites Register 65 vaxd ausser den Transportwegen 70 weitere Transportwege 71 vnd 72 vorgesehen,

Z₀B,' ist die Anordnung mit Eimerkettenspeichern ausgeführt, in denen der Ladungstransport in Form von

fO9811/0959

4108,76 ·^: -Λ3 -

Transport von Elektronen stattfindet. Der Halbleiterkörper· 73 ist im wesentlichen vom p-Leitungstyp₀ Darin sind mit Hilfe η-leitender Oberflächengebiete und durch eine Isolierschicht von dem Halbleiterkörper getrennter Elektroden auf an sich bekannte Weise Eimerkettenspeicher 61, 62, 63» 64 und 65 als Ladungstransportregister gebildet« Die Register sind Zweiphasenregister, wobei die Bitlänge der Register 61, 62, 64 und 65 gleich gross ist und bei 74 angegeben ist_o ^: Die Bit länge des Registers 63 ist "bei angegeben.

Die Register 61 und 62 sind um eine halbe Bitlänge gegeneinander verschoben und ähnliches gilt für . · die Register 64 und 65ο Am Ende dieser Register befindet sich, wie üblich, ein Rücksetzglied,, in diesem Falle in

Form einer Diode D₁,

An dem der Oberseite der Fig. 9 zugekehrten

Anfang der Register 63 befinden sich Ladungsspeichersteilen oder Kapazitäten, wie z_oB, bereits in der Dt,OS 2241917 beschrieben ist,¹ Die Verbindungswege 67» '68, 69, 70, 71 und 72 bilden zusammen mit den Elektroden 77, 76, 78 und zur Steuerung dieser Wege Schalter, die als n—Kanal-Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate ausgebildet sind,

■ Die Eingänge 80 und 81 der Eingangsregister und 62 sind mit eineir mit gestrichelten Linien angegebenen Eingangsschaltung 82 verbundene Diese Eingangsschaltung 82'

■".'-. Ϋ0981 1/0959

PIBT. 01 £7. 11.8.76.

-■hk -

kann, zu einem mehr oder weniger gros-sen Teil in dem Halbleiterkörper 73 integriert sein und kann Z₀B.' aus einer Gleichspannungsquelle 83, die eine Spannung der angegebenen Pola.rität etwa gleicli der Hälfte der Amplitude der für die Register 61 und 62 verwendeten Taktspannungen liefert, einer Eingangssignalquelle, die· durch die Wechselspannungsquelle V. dargestellt ist, einem Reihenwiderstand R und einem η-Kanal-Feldeffekttransistor 84 bestehen, mit dessen Hilfe die Verbindung zwischen der Eingangssignalquelle V. und den Eingängen der-Register 61 und 62 nötigenfalls zeitweilig unterbrochen werden kann. Naturgemäss können auch andere übliche Eingangsschaltungen Anwendung finden»

Die Register 61 und 62 weisen gemeinsame Takt-

leitungen 85 und 86 auf, die mit den Anschlüssen A bzw« B einer Schaltspannungsquelle oder eines Impulsgenex^ators S verbunden sind. Dieser Impulsgenerator kann praktisch völlig oder teilweise in dem Halbleiterkörper 73 integriert sein. Die gemeinsamen Taktleitungen 87 und 88 der Register 63 sind mit den Anschlüssen F bzw. G des Impulsgenerators S verbunden» Die gemeinsamen Taktleitungen 89 und 90 der Register 6k und 65 sind mit den Anschlüssen A bzw, H des Impulsgenerators S verbunden. Die Frequenz der Taktsignale V_ und V„ der ParalleLregister ist niedriger als die Frequenz der Taktsignale V , V und V der

^09811/0959

PIIK. 8127. • .11.8.76.

Reihenregister· 61, 62, 63 und 64» derart, dass die für das" Füllen eines Reihenregisters mit Information bzw.· für ein vollständiges Auslesen eines eingeschriebenen Reihenregisters benötigte. Zeitdauer gleich der Zeitdauer ist, in der die Information in den Parallelregistern über eine Bitlänge transportiert wird*'

Der gemeinsame Leiter^ 76 zur Steuerung der Ladungstransportwege 67 ist, wie der gemeinsame Leiter zur Steuerung der Ladungstransportwege·70 und 71» mit dem Anschluss D des Impulsgenerators S verbunden,- Die gemeinsamen Leiter 77 und 79» *l±e ^zur Steuerung der Ladungstransportwege 68 bzw.' 72 dienen, sind mit dem Anschluss E des Impulsgenerators S verbunden.

Die Gate~Elektrode des Transistors 84 ist mit dem Anschluss C des Impulsgenerators S verbunden.

Die Ausgänge der Reihenregister 64 und 65 sind über Dioden Dp mit einem Signalausgang 66 verbunden.

Die beschriebene Anordnung kann z.B. auf folgende Weise betrieben werden. Die Schaltspannungsquelle S liefert die in den Fig. 1OA bis 1OH als Punktion der Zeit t dargestellten Spannungen V,. bis V„*

Im Zeitintervall % * ist der Schalter 84 (V«') geschlossen und ist die Eingangssignalquelle V. mit den Registern 61 und 62 verbunden. Mit Hilfe der Taktspannungen V. und V_B wird auf die in der DAS 1541954

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11.8.76.

beschriebene Weise Information in Form von Ladungspaketen in die Register 61 und 62 eingeschrieben, bis das erste in das Register 62 eingeschriebene Informationsbit in der letzten Speicherstelle dieses Registers gespeichert ist« Das zweite Informationsbit befindet sich dann in der zweitletzten Speicherstelle des Registers 61V Der Schalter (V₀) wird nun während des ZeitintervallsT^ geöffnet, so dass die Register 61 und '62 gegen die Signalquelle V. isoliert' sind.?

Es sei "bemerkt, dass erwünschtenfalls statt eines einzigen Schalters 84 auch in jeden der Eingämge und 81 ein gesonderter Schalter aufgenommen werden kann, wobei diese zwei Schalter mit derselben Spannung V„

gesteuert werden. In Abhängigkeit ήοη der praktischen Anwendung des SPS-Speichers kann der Schalter 84 auch fortgelassen werden_o Wenn der Speicher z.B. als Bildspeicher verwendet wird, kann das Zeitintervall Tf? in der Austastzeit des Videosignals V. liegen, wobei V. während der Zeit t'o konstant sein kann.

Während des Zeitintervalls TTp ^wi^r(i die in die Register 61 und 62 eingeschriebene Information auf die erste Speicherkapazität der Parallelregister 63 übertragene Dazu wird an die Elektroden 76 und 77 eine Spannung gleich etwa dem Zweifachen der Amplitude der Takt spannungen V. und V- angelegte Das Potentialminimum in den Ladungs-

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transportwegen 67» 68 und 69 wird sich dann etwa auf dem gleichen Pegel wie das der Speicherstellen der Register 61 und 62 befinden_f in denen Information gespeichert ist, d,ho' die Speicherstellen, die mit der Spannung V_R angesteuert werden«

Zugleich mit den Spannungen V_ und V„ wird

auch die Spannung V. erhöht, so dass die zwischenliegenden Ladungsspeicherstellen der Register 61 und 62 auch in den Zustand, in dem sie ein Ladungspaket enthalten können, gebracht werden »

«* Nun wird die Taktspannung V^, die die ersten Speicherstellen der Register 63 ansteuert, auf ihren positivsten ¥ert gebracht» Venn danach nacheinander die Spannungen V₇,, V_, V. und V._ auf ihren negativsten ¥ert

JO JD A .£> ι

gebracht werden, ist am Ende des Zeitintervalls ν der Informationsinhalt der Register 61 und 62 auf die Register 63 übertragen und sind die Register 61, 62 und aufs neue gegeneinander isoliert, so dass einneues Zeitintervall tX, anfangen kann, in dem neue Information, in die Register 61 und 62 eingeschrieben wird«· In diesem Zeitintervall ^f₁ wird die Information in den Registern einmal dadurch weitergeleitet, dass die Spannung V„

Jb

auf ihren negativsten Wert und zugleich die Spannung V_p auf ihren positivsten Wert gebracht wird. Diese Spannungsänderung ist in den Fig. 1OF und 1OG nicht dargestellt,-

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11·8·76Ι. ■ - 48 -'

Die Speicherkapazitäten am Ende der Register werden mit der Spannung V_r angesteuerte In demselben Zeitintervall 'cX,» ^¹¹ dem Information von den Registern 61 und 62 auf die Register 63 übertragen wird, kann auch Information von den Registern 63 auf die Registex^ 64 und übertragen werden.

Die verbindenden Ladungstransportwege 70 und werden mit derselben Spannung V wie die Ladungstransportwege 67 angesteuert. Ebenso werden die Ladungstransportwege 72 mit derselben Spannung V_, wie die Ladungstransport— wege 68 und 69 angesteuert. Am Anfang des Zeitintervalls ^ werden die Ladungstransportwege 70, 71 und 72 für Ladungstransporti geöffnet „^f

Zu gleicher Zeit wird di-e mit dem Anschluss A verbundene eine Taktleitung.der Ausgangsregister 64 und auf ihren positivsten Wert gebracht. An die zweite Taktleitung dieser Register ist die Spannung V angelegt, die beim XJebergang von dem Zeitintervall T^. zu dem Zeitintervall L auf ihren positivsten Wert gehalten wird. In den Zeitintervallen £. _Λ ist die Spannung V gleich der Talctspannung V_n der Eingangsregister 61 und 62_e'

Alle Ladungsspeicherkapazitäten der Atisgangsregister 64 und 65 sowie die letzten Speicherkapazitäten der Register 63 befinden sich nun in dem Zustand, in dem sie ein Ladungspaket enthalten können. Nacheinander gehen

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PKN^-, 81 27.

nun die Spannungen V-, V-, V. und Y„ zu ihrem negativsten Wert, wodurch Uebertragung von Information von den
Registern 63 auf die Register 64 und 65 stattfindet und die Register.63» 64 und 65 wieder gegeneinander isoliert werden. Dabei erscheint das in einem der vorhergehenden Zeitintervalle ^-\ι als erstes eingelesenes Informationsbit, das über die letzte Speicherstelle des Registers 62 und entlang der letzten Speicherstelle des Registers 61 und des Susserst rechts dargestellten Registers 63 in die
letzte Speieherstelle des Registers 64 gelangt ist, am Ausgang 66ο Wird beim Uebergang von dem Zeitintervall ^ zu dem nächstfolgenden Zeituntervall Ti* die Spannung V, auf ihren positivsten Wert und die Spannung V„ auf ihren

Xl

negativsten Wert gebracht, so wird\die letzte Speicher—

ν . ■ · ■

stelle des. Registers 64 Über die Diode D- zurückgesetzt und verschiebt sich zugleich das als zweites eingelesene Informationsbit zu der letzten Speicherkapazität des
Registers 65· Dabei nimmt der Ausgang 66 den durch dieses Informationsbit bestimmten Signalwert an. Die Information steht also in der gleichen Reihenfolge, in der sie
eingelesen wurde, wieder am Ausgang 66 zur Verfügung.

Während der Zeit, in der das obengenannte zweite Informationsbit am Ausgang 66.-verfügbar ist, ,wird ein
neues Informationsbit am Anfang des Registers 62 eingelesen. Die beiden Register 64 und 65 können auch um je eine halbe

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Bitlänge verlängert v/erdend In diesem Falle wird das Auslesen des obengenannten ersten Bits mit dem Einschreiben eines ersten Informationsbits am Anfang des Registers zusammenfallen. Das letzte Bit der auszulesenden Reine erscheint dann gerade "vor dem Ende des betreffenden Zeit— Intervalls T"-» wonach, dieses Signal festgehalten wird, bis die letzte Speicherkapazität des (verlängerten) Registers 65 gerade vor dem Ende des anschliessenden Zeitintervalls T^o» ^wenn die Spannung V. zu ihrem negativsten Wert geht, zurückgesetzt (reset) wird.

Es dürfte einleuchten, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abwandlungen möglich sind. So_v können z.B. die bei den Beispielen angegebenen Leitfähigkeitstypen untereinander verwechselt werden, wobei auch die Polaritäten der angewandten Spannungen angepasst werden. Weiter können alle Typen und Ausführungsformen von Ladungstransportregistern verwendet werden, während man auch für die verbindenden Ladungstransportwege aus für Ladungstransportanordnungen bekannten Strukturen wählen kann.'

Ausser der in Fig» 9 gezeigten Diodenschaltung können an den Ausgängen der parallel angeordneten nebeneinander liegenden Ladungsübertragungsregister auch andere Aus gangs schaltungen verwendet werden. Ferner kann

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am Eingang das Signal angepasst und kam z,B,^; Hintergrundladung (fat zero) den LadungsSpeicherkapazitäten zugegeben werden. Bei dem Zeilensensör kann dies z.B₀· mittels einer gleichmassigen Hintergrundstrahlung erfolgen, die auf die Bildaufnahmeelemente einfällt, oder eines oder beide Register können mit einem elektrischen Eingang versehen wei>den, über den die Hintergrundladung auf elektrischem Wege zugeführt wird,¹ " '

Vorzugsweise ist bei Anwendung von Registern mit asymmetrischen Potentialmulden unter den Elektroden die Anzahl parallel angeordneter Register, über die die Information verteilt ist oder wird, gleich der Anzahl für jedes der Register benötigter Phasen oder Taktleitungen und bei Registern mit symmetrischen^ Potentiälmulden unter den Elektroden gleich der Hälfte der Anzahl Phasen der Register. ^{

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Claims (1)

1. PATENTANSPKÜECHE

   1 , J Ladinagsühertragungsanordnung, die einen Halbleiterkörper rait einer Reihe von Ladungsspeicher/stellen zur Speicherung voneinander getrennter Ladungspakete und n(N^2) parallel angeordnete nebeneinander liegende Ladungsübertragungsregister enthält, die je eine Reihe von Elektroden aufweisen,- die durch eine Sperre von einer Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers getrennt sind und die mit dem unterliegenden Halbleitermaterial eine Reihe von Kapazitäten bilden, in denen Ladungspakete gespeichert und zu einem Ausleseglied weitergeschoben werden können, wobei zwischen der Reihe von Ladungsspeicherstellen und dem angrenzenden Schieberegister un,d zwischen den Schiebe« registern untereinander Elektroden vorhanden sind, die ebenfalls durch eine Sperre von der Halbleiterschicht getrennt sind und mit deren Hilfe in der Reihe von Ladungsspeicherstellen gespeicherte Ladungspakete über die Schieberegister verteilt werden ko"nnen₉ wobei jedes der Schieberegister den τ= -ten Teil der Anzahl zu verteilender Ladungspakete empfängt, wobei für jedes Schieberegister die zu empfangenden Pakete ursprünglich in der Reihe von Speicherstellen durch (n-1) zwischenliegende₃ über die N Register zu verteilende Ladungspakete voneinander getrennt waren,, und wobei die von dem η-ten Schieberegister (n <L N)

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   empfangenen Ladungspakete mit Hilfe der zwischenliegenden Elektroden und mit Ausnahme des ersten Registers über die (n-1) zwischen dem n-ten Register und der Reihe von Speicherstellen liegenden Register zugeführt werden können, und wobei die über die N Register verteilten Ladungspakete zu den N Auslesegliedern verschoben werden können» 2e Ladungsübertragungsanordnung, die einen Halbleiterkörper mit mindestens zwei parallel angeordneten nebeneinander liegenden Ladungsübertragungsregistern enthält, die je eine Reihe von Elektroden aufweisen, die durch eine Sperre von einer Halbleiterschicht des Halbleiterkörpers getrennt sind und mit dem unterliegenden Halbleitermaterial und der zwischenliegenden Sperre eine Reihe von Kapazitäten bilden, in dehnen Ladungspakete gespeichert und entlang der Reihe von Kapazitäten weitergeleitet werden können,, während weiter Mittel zum Einschreiben von Information in Form von Ladungspaketen in jedes der Register vorgesehen sind, wobei eine Reihe von Lädungsspeichersteilen zur Speicherung voneinander getrennter Ladungspakete vorhanden ist, wobei zwischen den Registern untereinander und zwischen einem neben der Reihe von · Speicherstellen liegenden Register und dieser Reihe Elektroden vorhanden sind, die ebenfalls durch eine Sperre -von dem Halbleiterkörper getrennt sind und mit deren Hilfe Uebertragung von Ladungspaketen vom einen

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   auf das andere Register und von dem neben der Reihe von Speicherstellen liegenden Register auf die Speicherstellen der Reihe steuerbar ist, wobei in den Registern gespeicherte ilber diese Register verteilte Ladungspalcete auf die Reihe von Speicherstellen übertragen werden können, wobei die Reihenfolge in der Reihe durch eine zyklische Abwechslung von Speicher st eilen für den Empfang eines Ladungspakets von nacheinander jedem der parallelen Register bestimmt ist, um von den Registern stammende Information regelmiissig über die Reihe von Speicherstellen zu verteilen. 3 ο Ladungsübertragungsanordnung nach Anspruch 1 , oder 2, .dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl parallel angeordneter Ladungstransportregister (n) gleich 2 ist. h» Ladungsübertragungsanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl Speicherstellen pro' Längeneinheit der Reihe von Speicherstellen höchstens gleich und vorzugsweise gleich der Anzahl Kapazitäten pro Längeneinheit wenigstens des dieser Reihe am nächsten liegenden Ladungstransportregisters ist, in dem gleichzeitig voneinander getrennte- Ladungspakete gespeichert werden können» 5» Ladungsübertragungsanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungstransportwege zwischen zwei benachbarten Ladungstransportregistern, über die Information von dem

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   PBU„8"27ο

   einen Register an das andere weitergeleitet werden kann, mittels einer geraeinsamen Elektrode steuerbar sind, die sich über diese Transportliege erstreckt ₀ 6. Ladungsübertragungsanordnung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechende Elektroden der verschiedenen Ladungstransportregister miteinander verbunden sind, 7·' Ladirngsüberträgungsanordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Ladungstransportwege zwischen benachbarten Ladungstransportregistern, über die Information von dem einen an das andere Register weitergeleitet werden kann, sich zwischen ersten Kapazitäten des einen Registers und zweiten Kapazitäten des benachbarten anderen Registers befinden, ^wobei für jede der ersten Kapazitäten die zu dieser ersten Kapazität gehörige Elektrode einen Teil einer anderen Gruppe miteinander verbundener entsprechender Elektroden als die zu der über einen Ladungstransportweg mit dieser ersten Kapazität gekoppelten zweiten Kapazität gehörige Elektrode bildete' .

   8o^! ' Ladungsübertragungsanordnung nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe von Ladungsspeicherstellen und die parallel angeordneten Register einen Teil einer Bildaufnahmeanordnung bilden, wobei die Register zum Auslesen von Bildinformation dienen»'

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   PHJSF₀ 51 ^7° 11.8.76ο^;

   9© Ladungsül^ertragungsanordnung nach. Anspruch S, dadux'ch gekennzeichnet, dass die Bildaufnahmeanordnung eine Reihe von Bildaufnahmeelementen enthält und die LadungsSpeichersteilen der Reihe mit je einem Bildaufnähmeelement der Reihe von Bildaufnähmeelementen gekoppelt sind_o 10. Ladungsübertragungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden gegenüberliegenden Seiten der Reihe von Bildaufnahmeelementen mindestens zwei parallel angeordnete Register ztxni Auslesen von Bildinformation vorhanden sind.

   11 o^: Ladungstlbertragungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7s dadurch gekennzeichnet, · dass die Reihe von Ladungsspeicherstellen und die parallel angeordneten Ladungsübertragungsregdster einen Teil eines Reihen/Parallel/Reihenspeichers bilden, wobei die Ladungsspeicherstellen der Reihe je eine LadungsSpeicherkapazität eines Hilfsladungstransportregisters enthalten, wobei die Hilfsregister nebeneinander und quer zu der Reihe von Ladungsspeicherstellen angeordnet sind und die Anzahl von Hilf sr e gis tern gleich der Anzahl von Speicherstellen der Reihe ist, und wobei Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe Ladungstransport in den parallel zu der Reihe von Ladungsspeicherstellen liegenden Registern schneller mit einer grösseren Vorschubgeschwindigkeit als Ladungstransport in den Hilfsregistem stattfinden kanne·

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