DD231682A1

DD231682A1 - Eingangsschaltung fuer ladungsgekoppelte bauelemente

Info

Publication number: DD231682A1
Application number: DD84271185A
Authority: DD
Inventors: Burghard Korneffel
Original assignee: Werk Fernsehelektronik Veb
Priority date: 1984-12-20
Filing date: 1984-12-20
Publication date: 1986-01-02
Also published as: FR2575317B1; GB2169445B; JPS61181162A; DE3543665A1; GB2169445A; FR2575317A1; GB8531521D0

Abstract

Die Erfindung beinhaltet ein neuartiges Konzept einer Eingangsschaltung fuer ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD). Solcherart Bauelemente finden vielfaeltige Anwendung in der Mikroelektronik und in der Optoelektronik, sowohl in Form einzelner Zeilen, als auch in zu flaechenfoermigen Anordnungen zusammengefassten Zeilen. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Eingangsschaltung fuer ladungsgekoppelte Bauelemente zu konstruieren, die sowohl fuer elektrische Signaleingabe als auch fuer die Generierung von Referenzladungen genutzt werden kann, keine besondere Impulsspannung benoetigt und Referenzladungen mit grosser Genauigkeit erzeugt. Nach der Erfindung wird ein neuartiges Konzept der Ladungseingabe verwirklicht. In der erfindungsgemaessen Schaltung wird eine raeumliche Trennung der Gebiete, die zum "Auffuellen" einer Potentialmulde mit Ladung dienen, von Gebieten, die zum Abfliessen ueberschuessiger Ladung bestimmt sind, erreicht. Das Wesen der Erfindung wird erlaeutert unter der Annahme, dass das CCD-Schieberegister ein Zweiphasen-Register (bzw. Vierphasen-Register) ist, bei dem an einer Phase die Taktimpulsfolge liegt, waehrend die andere Phase auf Gleichspannungspegel gehalten wird.

Description

Titel der Erfindung

Eingangsschaltung für ladungsgekoppelte Bauelemente

Die Erfindung beinhaltet ein neuartiges Konzept einer Eingangsschaltung für ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD). Solcherart Bauelemente finden vielfältige Anwendung in der Mikroelektronik und in der Optoelektronik, sowohl in Form einzelner Zeilen, als auch in zu flächenförmigen Anordnungen zusammengefaßten Zeilen.

'Charakteristik der bekannten technischen lösungen

Bei ladungsgekoppelten Bauelementen (CCD) sind zwei Arten von Eingabeschaltungen bekannt. Zum einen die sogenannten elektrischen Signaleingänge und zum anderen Referenzladungsgeneratoren. Ein typischer Vertreter der ersten Gruppe ist die Eingangsschaltung nach der "fill and spill "-Methode. Dabei grenzt an die erste Elektrode eines CCD-Schieberegisters ein Diodengebiet an. An diese erste Elektrode wird eine Gleichspannung gelegt. Die zweite Elektrode ist die eigentliche Eingangselektrode. An sie^wird das elektrische Signal gelegt, zu dem proportionale Ladungspakete erzeugt werden sollen, die dann im nachfolgenden CCD-Register, die dritte, vierte und alle weiteren Elektroden sind bereits Registerelektroden,,im Shytmus der Taktfrequenz von Zelle zu Zelle verschoben werden. .. Zum Betrieb wird an das Eingangsdiodengebiet eine Impulsspannung gelegt, deren Frequenz gleich der Taktfrequenz

9Π

ist und durch die das.. Diodengebiet von einem ausreichend hohen Sperrpegel für jeweils einen kurzen Zeitraum auf eine definierte kleinere Sperrspannung gebracht wird. Deshalb nur ein "kurzer Zeitraum", weil nach dem "Auffüllen" (fill) der Potentialmulde unter der zweiten Elektrode (der Eingangselektrode), das während der kleinen Sperrspannung geschieht, genügend Zeit zum "Zurückfließen" (spill) der überschüssigen Ladung aus der Potentialmulde unter der zweiten Elektrode über die Potentialbarriere unter der ersten Elektrode ins Eingangsdiodengebiet vorhanden sein muß, bevor die Ladung aus der Potentialmulde in die nachfolgende Registerzelle übernommen wird. Dieses "Zurückfließen" kann nur erfolgen, wenn das Eingangsdiodengebiet auf dem ausreichend hohen Sperrpegel liegt.

Sin typischer Vertreter der zweiten Gruppe ist ein sogenannter Weißwertgenerator, wie er bei optischen CCD-Sensorzeilen angewandt wird (z.. 3. CCD 133 von Fair child und L 133 von VEB 'A⁷P). Der Weißwert generator wird mit demjenigen Impuls gesteuert, der den Transfer der optisch erzeugten Signalladungen aus den Sensoren ins CCD-Schieberegister auslöst. Dieser Impuls liegt an den Elektroden des Weißwertgenerators, während das wiederum an die erste Elektrode angrenzende Diodengebiet auf einem konstanten Gleichspannungspegel gehalten wird.,

Üblicherweise ist ein CCD-Register nur mit einer Eingangsschaltung einer der beiden Gruppen versehen. In der DD-Pat ent anmel dung WP H 01 L/2 53669/1 wird eine komplexe Eingangsschaltung vorgeschlagen, mit der sowohl eine elektrische Signaleingabe als auch eine Generierung von Weiß-Signalen möglich ist. Damit wird eine gleichzeitige Verarbeitung von elektrischen und optischen Signalen ermöglicht.

Zur Punktion des elektrischen Signaleingangs wird dabei die oben erläuterte spezielle Impulsspannung am Eingangs-

-Ji-

diodengebiet benötigt, während die Weißwertgenerierung über den erwännten Transferimpuls geschieht. .

Bei den bekannten Weißwertgeneratoren steht für das "Zurückfließen" von überschüssiger Ladung nur die Zeitdauer einer.faktflanke des Iransferimpulses zur Verfügung. Dadurch ist bei sehr steilen Impulsen die Größe der gene^- rierten Referenzladung nicht allzu präzise bestimmt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung war, die dem Stand der Technik anhaftenden Mängel zu beseitigen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfinaung lag die Aufgabe zugrunde, eine Eingangsschaltung für ladungsgekoppelte Bauelemente zu konstruieren, die sowohl für elektrische Signaleingabe als auch für die Generierung von Referenzladungen genutzt werden kann, keine besondere Impuls spannung benötigt und Pieferenzladungen mit großer Genauigkeit erzeugt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Eingangsschaltung konstruiert, die ein neuartiges Konzept der Ladungseingäbe verwirklicht. ?/eiterhin wird in dieser Schaltung eine räumliche Trennung der Gebiete, die zum "Auffüllen" einer Potentialmulde mit Ladung dienen, von Gebieten, die zum Abfließen überschüssiger Ladung bestimmt sind, erreicht .

Das V/es en der Erfindung wird erläutert unter der Annahme, daß das CCD-Schieberegister ein Zweiphasen-Regist er (bzw. Vierphasen-Register) ist, bei dem an einer Phase die Taktimpulsfolge liegt, während die andere Phase auf einem Gleichspannungspegel gehalten wird. Damit ist gleichzeitig der Betriebsmodus eines Einphasenregisters

mit erfaßt. Sollen die erfindungsgemäßen Gedanken für ein Dreiphasenregister wie auch für ein Zweiphasen-Register (bzw. Vierphasen-Register), bei dem an beiden Phasen Taktimpulsfolgen liegen, verwendet werden, so ergeben sich für die Steuerspannungen der einzelnen Elektroden der Eingangsschaltung gewisse Pegelverschiebungen, die dem Fachmann nicht näher erläutert werden brauchen.

Erfindungsgemäß ist die Eingangsschaltung folgendermaßen konstruiert:

um Anfang des CCD-Schieberegisters, nur durch eine Steuerelektrode mit dem darunterliegenden Steuergebiet von diesem getrennt, ist ein Signalgebiet angeordnet, welches vorzugsweise von einer Signalelektrode kontrolliert wird, in dem sich eine Potentialniulde ausbildet. Die !Tiefe dieser Mulde ist bei Vorhandensein einer Signalelektrode proportional zu der an ihr liegenden Spannung, Zwischen dem Signalgebiet und einem Diodengebiet ist ein Abflußgebiet, welches von einer Abflußelektrode kontrolliert sein kann, positioniert, das etwa die gleiche Breite wie das Signalgebiet hat (unter Breite wird das geometrische Maß senkrecht zur Transportrichtung des CCD-Registers verstanden). Senkrecht zur Transportrichtung des CCD-Registers grenzt das Signalgebiet an ein Zuflußgebiet, welches von einer Zuflußelektrode kontrolliert sein kann, an das sich wiederum ein Schöpfgebiet mit darüberliegender Schöpfelektrode anschließt. Dieses letztere wird durch ein Übertragungsgebiet mit darüberliegender Übertragungselektrode von einem Ddodengebiet getrennt, wobei dieses Diodengebiet vorzugsweise mit demjenigen, welches an das Abflußgebiet grenzt, elektrisch verbunden ist. Klassifiziert man die erwähnten Elektroden nach den bei Zweiphasen-CCD's üblichen 3egriffen, so zählen die Signal- und die Schöpfelektrode zu Speieherelektroden, d. h. unter ihnen bilden sich Potentialmulden heraus, in denen ladungen gespeichert werden können. Die Abfluß-, Zufluß-, Übertragungs- und

Steuerelektrode sind danach 'Transferelektroden, d. Ü. unter ihnen bilden sich gegenüber den Speichergebieten Potentialbarrieren aus, die Signalladungen passieren diese Bereiche nur während des Transfers von einem Speichergebiet zum anderen bzw. beim Transfer zwischen Diodengebieten und Speichergebieten. Me an die Steuerelektrode, angrenzende erste CCD-Registerelektrode ist eine Speicherelektrode, an der die Täktimpulsfolge liegt.

Die elektrische Signaleingabe wird erfindungsgemäß folgendermaßen realisiert:

Die übertragungs-, Schöpf- und Steuerelektrode werden mit der für das CCD-Register benötigten Taktimpulsfolge gespeist. Falls das Zuflußgebiet von einer Elektrode kontrolliert wird, so wird diese Zuflußelektrode mit einer Gleichspannung versorgt, vorzugsweise wird sie dazu mit der zweiten Phase des CCD-Hegisters, welches auf einem Gleichspannungspegel liegt, verbunden. Die beiden Diodengebiete, welche vorzugsweise miteinander verbunden sind, werden mit einer Gleichspannung ausreichender Größe, wozu weiter unten nähere 3rläuterungen erfolgen, in Sperrichtung gepolt. Ao. die Signalelektrode wird normalerweise das elektrische Eingangssignal gelegt. Falls das Abflußgebiet von einer Elektrode kontrolliert wird, so wird diese Abflußelektrode auf einem Gleichspannungspegel gehalten, wofür vorzugsweise die die zweite Phase des CCD-Registers steuernde Gleichspannung genommen wird. Ein Betrieb ist jedoch auch mit vertauschten Zuführungen für diese beiden Elektroden möglich, d. h. das Eingangssignal wird an die Abflußelektrode gelegt, während die Signalelektrode mit der erwähnten Gleichspannung gespeist wird.

Die Sperrspannung am an die Übertragungselektrode angrenzenden Diodengebiet wird so groß gewählt, daß beim High-Pegel der Taktimpulsfolge die Potentialbarriere unter der übertragungselektrode so weit abgesenkt wird, daß

Ladungen (bezüglich Substrat sind es Minoritätsträger) aus dem Biodengebiet ungehindert in die Potentialmulde unter der Schöpfelektrode fließen können. Das Potentialniveau in Diodengebiet muß jedoch auf alle Fälle tiefer sein, als der Extremwert des Potentials: im völlig an Liinoritätsträgern verarmten Zuflußgebiet, so daß während des High-Pegels die aus dem Diodengebiet stammenden Ladungsträger nur in die Mulde unter der "Schöpfelektrode fließen können. - .

Beim folgenden Low-Pegel der Taktimpulsfolge wird das Potential unter Übertragungs- und Schöpfelektrode angehoben, und zwar so weit, daß die Potentialmulde unter der Schöpfelektrode selbst bei völliger "Verarmung dieses Gebietes an Minoritätsladungsträgern immer noch flacher ist gegenüber dem !Tiefpunkt des Potentials im Zufluß gebiet. Sämtliche Minoritätsiadungsträger fließen somit während . des Low-Pegels aus der Potentialmulde, unter der Schöpfelektrode über das Zuflußgebiet in die Potentialmulde unter der Signal elektrode. Unter der ebenfalls auf Lo w-Pegel liegenden Steuerelektrode ist eine Potentialbarriere vorhanden, so daß ein Ladungstransfer ins nachfolgende CCD-Register unterbunden ist. Die Potentialbarriere des Abflußgebietes ist wesentlich kleiner als diejenige des Steuergebietes. Sämtliche überschüssigen Ladungsträger aus dem Signalgebiet fließen über die Barriere des Abflußgebietes in das angrenzende Diodengebiet ab, bis das Potential im Signalgebiet den Barrierenwert im Abflußgebiet erreicht. Proportional zur Größe des an die Signalelektrode angelegten elektrischen Signals verbleibt im Signalgebiet ein Ladungspaket, welches beim nachfolgenden High-Pegel der !Taktimpulsfolge ins CCD-Register hineinfließt. Denn mit der Taktspannung" werden die Steuerelektrode und die erste CCD-Register-Speicherelektrode versorgt. Dadurch wird die Potentialbarriere unter der Steuerelektrode abgebaut, und die Ladungsträger können vom Signalgebiet (unter der Signalelektrode) ungehindert

in die Potentialmulde unter der ersten CCD-Register-Speicherelektrode fließen. Während dieses High-Pegels fließen erneut Ladungsträger aus dem Diodengebiet über das von der Übertragungselektrode kontrollierte Übertragungsgebiet in die Potentialmulde unter der Schöpfelektrode, und der gesamte bis hierher geschilderte Vorgang der Ladungseingabe wiederholt sich.

Dadurch, daß das Abflußgebiet durch die erfindungsgemäße Konstruktion etwa die Breite des Signalgebietes aufweist, ist gesichert, daß das Potential im Signalgebiet durch Abfluß der überschüssigen Ladungsträger den durch die Potentialbarriere des Abflußgebietes festgelegten Wert erreicht. Die Größe der im Signalgebiet verbleibenden- und danach ins CCD-Register fließenden Ladungspakete kann damit präzise durch die an der Signalelektrode anliegenden Spannung definiert werden. Außerdem sei darauf hingewiesen, daß im geschilderten erfindungsgemäßen Betriebsmodus jeweils die Zeitdauer einer gesamten Low- bzw. High-Phase des Taktimpulses für das Auffüllen bzw. Abfließen zur Verfügung steht. Bei der bekannten Uli- and Spill-Methode müssen Auffüllen und Zurückfließen während der alleinigen Zeitdauer der Low-Phase abgewickelt werden, was die Präzision der Ladungseingabe besonders bei hohen Taktfrequenzen gegenüber dem erfindungsgemäßen Verfahren verschlechtert.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß keine spezielle Impulsspannung für die Eingangsschaltung benötigt wird. Die vorgeschlagene Eingangsschaltung benutzt die für das CCD-Register bereitgestellte Impulsspannung, die Eingangsdioden liegen auf einer Gleichspannung.

Die Verwendung des Eingangsteiles zur Eingabe einer Referenzladung (beispielsweise eines "Weißwertes") bei optischen CCD-Sensor-Zeilen geschieht erfindungsgemäß fol-

gendermaßen:

Die Übertragungs-, Schöpf- und Steuerelektrode werden mit den zur Realisierung des ladungstransportes zwischen Sensorzelle und CCD-Register benötigten Transferimpulsen gespeist. Die übrigen Elektroden werden genauso wie bei der elektrischen.Signaleingabe versorgt. Der an der Signalelektrode anliegende Spannungswert bestimmt die Größe der Referenzladung. Die Transferimpulsfolge besteht aus kurzen High-Phasen, die während der High-Phase eines

TO Taktimpulses erfolgen, in ihrer Zeitdauer kurzer oder gleich der High-Phase eines Taktimpulses sind, -nährend der gesamten Lichtintegrationsphase der Sensorzeile dauert der Low-Pegel des Transferimpulses an«

Die Erzeugung der Referenzladung geschieht prinzipiell genauso wie oben bei der elektrischen Signaleingabe geschildert. Nur mit dem Unterschied, daß das infolge eines Transferimpulses erzeugte Ladungspaket nicht gleich ins CCD-Register weitergegeben, sondern über die Lichtintegrationsphase und damit Low-Pegel-Phase der Transferimpulsfolge hinweg im Signalgebiet gespeichert und erst beim nächstfolgenden Transferimpuls ins CCD-Register übergeben wird·

Die Referenzladung verändert dabei nicht ihren Wert, da sämtliche zusätzlich hinzukommenden Ladungsträger, wie zum Beispiel die thermisch generierten, ständig über das Abflußgebiet in die Eingangsdiode abfließen.

Wie geschildert, kann die erfindungsgemäße Eingangsanordnung durch entsprechende umschaltung der Versorgung für übertragungs-, Schöpf- und Steuerelektrode entweder zur .30 elektrischen Signaleingabe oder zur Referenzladungsgewinnung genutzt werden·

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist

gleichzeitig eine elektrische Signaleingabe und eine Referenzladungsgewinnung möglich. Dabei wird zusätzlich zur bisher beschriebenen Eingangs anordnung eine weitere-, ähnliche Anordnung benutzt. Die bisher beschriebene und vor der ersten CCD-Register-Elektrode positionierte Anordnung dient in diesem Falle vorzugsweise der elektrischen Signaleingabe. Die zusätzliche Unordnung wird seitlich an das CCD-Register angesetzt, dient vorzugsweise der Referenzladungsgewinnung und muß die generierte Ladung nicht unbedingt in die erste CCD-Register-Speicherelektrode übergeben. Je.nach konstruktiver Ausführung kann die generierte Ladung in die zweite, dritte oder noch weiter positionierte Speicherelektrode des CCD-Registers erfolgen. "Seitliche" Anordnung heißt, daß Abfluß-, Signal- und Steuergebiet, welche sich in der oben geschilderten Grundanordnung in der verlängerten "Achse" des CCD-Registers befanden, nunmehr zusammen mit den übrigen Gebieten der Eingangsschaltung senkrecht von der "Achse" weg angebracht sind. Durch diese Anordnung bedingt, kann das Abflußgebiet nicht mehr so breit sein, wie in der Grundanordnung. Bei einer Referenzpegelgewinnung mit dem Transferimpuls (Weißwerterzeugung) ist die Abflußphase überschüssiger Ladung zeitlich sehr lang, nämlich die gesamte Lichtintegrationsphase. Dadurch ist trotz des schmaleren Abflußgebietes eine hohe Genauigkeit des Referenzpegels (Weißwert) gesichert.

Die seitliche Anordnung kann mehrfach angebracht- sein. Bei einer Weißreferenz empfiehlt es sich, zwei Weißwerte hintereinander durch das CCD-Register zu schieben. Dabei kann der erste Weißwert, durch Transferverluste bedingt, am Ende des Registers in seiner Höhe reduziert sein, während der zweite quasi unverfälscht und damit als eigentlicher Referenzpegel den Zeilenausgang erreicht.

Pur weitere Details der zusätzlichen, seitlich angebrachten Referenzpegelanordnung sei auf das entsprechende Aus-

führungsbeispiel verwiesen

Ausfuhrungsbeispiel

Die Erfindung soll an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigen:

Pig. 1: Schematischer Aufbau der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung

Fig. 2a: Querschnitt längs der Linie AA¹ aus Pig. 1

Pig. 2b, c: Potentialdiagramme

Pig. 3a: Querschnitt längs der Linie BB^f aus Pig. 1

Pig. 3b, c: Potentialdiagramme

Pig. 4: Layoutzeichnung einer praktischen Ausführung der Eingangsschaltung nach Pig. 1-3

Pig. 5: Layoutzeichnung einer Ausführung der Eingangsschaltung zur zweifachen Referenzρegeleingabe

Die Erfindung ist sowohl für Oberflächen-CCD's als auch für Buried-ehannel-CCD's verwendbar· Im Ausführungsbeispiel wird von einem Zweiphasen-3CCD mit einem p-leitendem Substrat ausgegangen. Selbstverständlich ist die Erfindung auch mit η-leitenden Substraten realisierbar.

In Pig. 1 ist der schematische Aufbau der erfindungsgemäßen Eingangsschaltung dargestellt. Dabei werden die Potentiale in sämtlichen Gebieten durch darüber angeordnete Elektroden kontrolliert. Ss bedeuten: 18 übertragungselektrode, 19 Schöpfelektrode, -20 Zuflußelektrode, 21.Abfluß-

elektrode, 22 Signalelektrode, 23 Steuerelektrode, 24 erste BCCD-Register-Speicherelektrode, 25 Transferelektrode der zweiten Registerzelle, 26 Speicherelektrode der zweiten Registerzelle, 27 und 28 Transfer- und Speicherelektrode der dritten Registerzelle, 29 und 30 Transfer- und Speicherelektrode der vierten Registerzelle, 31 Transferelektrode der fünften Eegist erz eile» Die an die iToertragungselektrode 18 und an die Abflußelektrode 21 angrenzenden Dioden sind als gemeinsames Gebiet 17 gezeichnet, welches mit der Gleichspannung TJ^ über die Leitung 10 versorgt wird» Die Elektroden 24, 27, 28 und 31 werden über die Taktimpulsleitung 13 mit der Taktimpulsfolge U, gespeist, in die Gleichspannung IL sind die Elektroden 25, 2b, 29 und 30 über die Gleichspannungsleitung 14 angeschlossen.

Die Zuflußelektrode 20 wird mit der Gleichspannung LV und die Abflußelektrode 21 mit der Gleichspannung IL, gespeist, Vorzugsweise kann für U> und TJu die für das BCCD-Register benötigte Gleichspannung IL genommen werden. Die der Signalelektrode 22 über die Leitung 11 zugeführte Spannung llr bestimmt die Größe des erzeugten Ladungspaketes, Die übertragungs-, Schöpf- und Steuerelektrode (18, 19 und 23) werden über die Eingangsimpulsspannungsleitung 12 mit der Eingangsimpulsspannung U₂ versorgt. Für U„ wird bei elektrischer Signaleingabe die Taktimpulsfolge U^ genommen, bei einer Referenzpegelgewinnung für optische Sensorzeilen (Weißwerterzeugung) wird als U₂ die Transferimpulsfolge verwendet.

In Fig. 2a ist ein vertikaler Schnitt längs der. Linie AA¹ dargestellt. In Pig. 2b und 2c sind die Potentialverläufe für die entscheidenden Stappen der Erzeugung des Ladungspeketes unter der Signalelektrode 22 festgehalten, Die büried-channel-Speichergebiete sind mit 15, die potentialbarrierenerzeugenden Dotierungen mit 16, das Substrat mit 32, der Gateisolator mit 33 und der Feldisolator mit 34 bezeichnet.

Das n⁺-Gebiet 17 wird auf dem Sperrpotential 36 gehalten (Pig. 2b). Im Kanal-Stopper-Gebiet 38 unter dem Feldisolator 34 erreicht das Potential den Substratwert 35. Liegt an den Elektroden 18 und 19 der High-Pegel von U₂, so

fließen Elektronen aus.dem n⁺-Gebiet 17 in Pfeilrichtung 42 in die· Potentialmulde 46 unter der Schöpfelektrode 19, bis das Potential unter den Elektroden 18 und 19 den Wert 36 erreicht. Im völlig an Elektronen verarmten Gebiet unter der Übertragungselektrode 18 würde das Potential den Wert 37 erreichen. Beim nachfolgenden Low-Pegel von U₂ (Pig. 2c) fließt die Ladung unter der Schöpfelektrode 19 in Pfeilrichtung 44 über die Potentialbarriere '39, welche unter der Zuflußelektrode 20 aufrechterhalten wird, in die Potentialmulde 40 unter der Signalelek- trode 22. Da zunächst die Mulde 46 (Pig. 2b) mit Elektronen "überfüllt" war, fließt, Je nach Steilheit der Impulsflanke High-Low, ein kleiner Teil der Ladung in Pfeilrichtung 43 ins n^T-Gebiet 17 zurück. In den schließlich völlig an Elektronen verarmten Gebieten unter den Elektroden 18 und 19 nimmt das Potential den Yerlauf 48 und 49 ein. Das Passungsvermögen der Potentialmulde 40 wird durch ihre relative Tiefe zur Potentialbarriere 41 unter der Abflußelektrode 21 bestimmt. Sämtliche überschüssigen Elektronen fließen in Pfeilrichtung 45 ins n⁺-Gebiet 17 ab, bis das Potential unter der Signalelektrode 22 den Barrierenwert 41 erreicht.

In Pig. 3a ist ein vertikaler Schnitt längs der Linie 33' dargestellt, in Pig. 3b und 3c sind die Potentialverläufe für die entscheidenden Etappen bei der Eingabe des unter der Signalelektrode 22 lokalisierten Ladungspakete& in das 3CCD-Register festgehalten.

Pig. 3b entspricht dem gleichen zeitlichen Moment, für den Pig. 2c gezeichnet war. Unter der Steuerelektrode 23 ist die Potentialbarriere 48 aufgebaut, denn die Impulsspannung U₂ hat gerade ihren Low-Pegel.

7/ürde die Eingangs schaltung für die elektrische Signal eingabe genutzt, so wäre U₂ gleich U, und es ergäben sich unter den Elektroden 24, 27 und 28 (bei völliger Verarmung an Elektronen) die Potentialverläufe 50, 52 und wiederum

50. Unter den von der Gleichspannung TL gespeisten Elektroden stellt sich (bei völliger Verarmung an Elektronen) Lii Trans fergebiet das Potential 39 und. im Speichergebiet: das Potential 51 ein. Für den Pail einer Weiß?/erterzeugung stellt Pig. 3b einen Moment während der Lichtintegrationsphase dar, in dem gerade die Takt impulsfolge TJ-, den Low-Pegel erreicht. Pur U₂, welches bei der Weißwerterzeugung die Transferimpulsfolge wäre, herrscht dann über die gesainte Lichtintegrationsphase hinweg, der low-Pegel· Unter der Signalelektrode 22 ändert sich das Potential infolge der eingespeicherten Ladung auf den Wert 47.

Pig. 3c zeigt den Moment, in dem die Impulsspannung Up den High-Pegel annimmt. Sowohl bei elektrischer Signal eingabe als auch bei Referenzpegelgewinnung fallen die High-Phasen an U₂ und ü« zeitlich zusammen. Unter den Elektroden 27 und 28 stellen sich für den Pail der Verarmung an Elektronen die Potentiale 53 und 54 ein. Die unter der Signalelektrode 22 lokalisierte Ladung fließt in Pfeilrichtung 56 über die abgesenkte Barriere 37 in die Mulde 54, wodurch sich das Potential unter der ersten GGD-Register-Speicherelektrode 24 auf den Wert 55 erhöht. Gleichzeitig mit dem in Fig. 3c gezeigten Vorgang fließen wiederum Elektronen aus dem n⁺-Gebiet 17 in die Potentialmulde 46 (siehe Fig. 2b), und der gesamte geschilderte Vorgang wiederholt sich.

In Pig. 4 ist das Layout der wichtigsten Ebenen einer praktischen Ausführung der Eingangsschaltung nach Pig. 1, 2 und 3 dargestellt. Die Speicherelektroden 24, 26 und 28 des BCCD-Registers haben die Abmessungen 10 χ 30 /um². Die einzelnen Linien bedeuten: 60 Grenze zwischen PeIdisolator (plus Kanal-Stopper-Gebiet) und Gateisolator,

61 Elektroden der ersten Elektrodenebene (z. B. erste Poly-Si-Schicht), 62 Elektroden der zweiten Elektrodenebene (z. B. zweite Poly-Si-Schicht), 63 Leitbaiinebene (z. B. 11), 64 Kontaktfenster. Die Zuflußelektrode 20 sowie die Abflußelektrode 21 sind in Fig. 4 direkt mit der Elektrode 25 verbunden und damit an die Gleichspannung U, angeschlossen. Pur die Funktion der Schaltung aus Fig. -4 gilt das anhand der Fig. 1, 2 und 3 erklärte.

In Fig. 5 ist das Layout der wichtigsten Ebenen einer Ausführung der Eingangsschaltung dargestellt, die seitlich vom CCD-Register angebracht ist und vorzugsweise der Eeferenspegelgewinnung dient. Fig. 5 ist ein Ausschnitt aus dam Anfangsteil einer typischen BCCD-Sensorzeile. Die Transportrichtungen der beiden BGCD-Register, in Fig. 5 oben und unten angedeutet, werden durch die Pfeile 80 und 81 symbolisiert. Die Transferelektroden 69,

73 und 77 werden ebenso wie die Speichereiektroden 70,

74 und 78 von der Taktimpulsfolge Uo versorgt. Die Transferelektroden 71 und 75 sowie die Speicherelektroden 72 und 76 werden von der Glaichspannung U, gespeist. Ebenfalls an U^ sind die Zufluß-, Abfluß- und Signalelektrode 20, 21 und 22 angeschlossen.

In jedes der beiden BCCD-Register werden zwei Weißwerte hintereinander eingegeben, als Up wird die Transferimpulsfolge genommen. Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, kann die Abflußelektrode 21 nicht mehr so breit ausgeführt werden, wie es bei der Grundausführung in Fig. 1 möglich ist. Da die Low-Pegel-Phase des 'Transferimpulses und damit die Abflußzeit überschüssiger Ladung sehr lang ist, nämlich die Zeitdauer der gesamten Lichtintegrationsphase, werden die Weißwerte mit großer Genauigkeit generiert.

Über die Kontaktfenster 82 und 84 werden den Elektroden und 19 die Impulsspannung U₂ zugeführt, das n⁺-Gebiet 17 erhält durch das Kontakt!enster 83 die Gleichspannung U₁.

Die entsprechenden Al-Bahnen sind der besseren Übersichtlichkeit wegen nicht in Fig. 5 eingezeichnet. Die mit 86 gekennzeichnete Ecke des Kanal-Stopper-Gebietes ragt unter die Signalelektrode 22, damit bei Verschiebungen der Ebenen gegeneinander auf Grund von Justier- und Präparationstoleranzen eine Änderung der wirksamen Signalelektrodenfläche durch das ebenfalls unter die Elektrode 22 ragende Kanal-Stopper-Gebiet 85 ausgeglichen vdrd.

Ansonsten sind in Pig. 5 die gleichen Bezugszahlen eingetragen, wie in den Pig. 1 bis 4. Pur die Punktion der Anordnung aus Pig. 5 gilt das anhand der Pig. 1 bis 3 erklärte..

Claims

Erfindungsanspruch

1. Eingangssehaltiang für ladungsgekoppelte Bauelemente, gekennzeichnet dadurch, daß sich an ein erstes in Sperriclitung gepoltes Diodengebiet in Heine ein übertragungsgebiet, ein Schöpfgebiet, ein Zuflußgebiet und ein Signalgebiet anschließen, und daß sich an dieses Signalgebiet zwei weitere Gebiete, nämlich ein Abflußgebiet und ein Steuergebiet anschließen, vrabei das Abflußgebiet das Signalgebiet von einem zweiten in Sperrichtung gepolten ÜLodengebiet trennt, und daß dem Steuergebiet ein CCD-Schieberegister, welches seinerseits mit einem Speichergebiet beginnt, nachgeordnet ist, und daß die das Übertragungsgebiet, das Schöpfgebiet und das Steuergebiet kontrollierenden Elektroden sn die gleiche Eingangsimpulsspannung angeschlossen sind, und daß das erste und zweite Diodengebiet vorzugsweise miteinander verbunden sind, und daß falls das Zuflußgebiet, das Abflußgebiet und das Signalgebiet von Elektroden kontrolliert werden, diese (Elektroden) vorzugsweise an Gleichspannungen angeschlossen sind, und daß zur Realisierung einer elektrischen Signal eingabe die Eingangsimpulsspannungsleitung mit derjenigen Taktiinpulsspannungsleitung des CCD-Schieberegisters, welche das dem Steuergebiet nachfolgende Speichergebiet kontrolliert, verbunden ist, und das zur Realisierung einer Referenzpegeleingabe die Eingangsimpulsspannungsleitung mit der Transferimpulsleitung der CCD-Sensoranordnung verbunden ist,

2. Eingangssehaltung' für- ladungsgekoppelte Bauelemente nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Steuer-, Signal- und Abflußgebiete in der verlängerten Achse des CCD-Registers angeordnet sind, wobei das Abflußgebiet etwa die gleiche Breite aufweist wie das Signalgebiet, während die Übertragungs-, Schöpf- und Zuflußgebiete seitlich von CCD-Register angeordnet sind.

3. Eingangsschaltung für ladungsgekoppelte Bauelemente nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß für ein 2 Phasen-CCD, bei welchem eine Phase mit einer Taktimpulsfolge und die andere Phase mit einer Gleichspannung gespeist sind, die das Zufluß- und Abflußgebiet kontrollierenden Elektroden an die Gleichspannungsleitung des CCD-Schieberegisters angeschlossen 3ind.

4. Eingangsschaltung für ladungsgekoppelte Bauelemente nach Punkt 1 bis 3» gekennzeichnet dadurch, daß zur •Realisierung einer zweifachen Referenzpegeleingabe die gesamte Schaltung 'seitlich vom CCD-Regist er angeordnet ist und in der speziellen Konstruktion nach Fig.

5 ausgeführt ist.

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen