DE1919507C3 - Kondensatorüberladungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kondensatorüberladungsvorrichtung für ein Schieberegister entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Schaltungsanordnung mit einer solchen Kondensatorüberladungsvorrichtung.

Eine solche Kondensatorüberladungsvorrichtung bildet einen Kondensatorspeicher und wird unter anderen häufig als Speicher für analoge Information verwendet, z. B. in Verzögerungsleitungen für Audio- oder Videofrequenzsignale oder in Filterschaltungen. Dabei ist es mit Rücksicht auf die Integration wichtig, daß für diese Speicher keine Selbstinduktionen erforderlich sind, dies in Gegensatz zu vielen anderen Speichern und b5 Schieberegistern, bei denen Selbstinduktionen unvermeidlich sind.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung für einen Kondensatorspeicher dieser Art, der in »Electronics

Letters«, Dezember 1967, 3 Nr. 12, Seiten 544-546, beschrieben worden ist, sind der Kollektor und der Emitter aufeinanderfolgender Transistoren über die Reihenschaltung einer Diode und eines Widerstandes miteinander verbunden. Dabei ist die Durchlaßrichtung der erwähnten Diode gleich derjenigen der Emitter-Basis-Dioden der Transistoren gewählt Die Kondensatoren sind mit den Verbindungspunkten in der Schaltung zwischen den erwähnten Dioden und dem erwähnten Widerstand verbunden. Die von diesen Verbindungspunkten abgekehrten Anschlüsse der Kondensatoren mit gerader Ordnungszahl in der Folge sind galvanisch miteinander verbunden und liegen über eine Schaltspannungsquelle an Erde. Die von den erwähnten Verbindungspunkten abgekehrten Anschlüsse der Kondensatoren mit ungerader Ordnungszahl sind galvanisch miteinander verbunden und liegen über eine zweite Schaltspannungsquelle an Erde. Ferner sind die Basiselektroden an Erde gelegt Das Verschieben von Ladung von einem Kondensator zum nächsten wird mittels der beiden Schaltspannungsquellen gesteuert, wobei die durch diese Quelle abgegebenen Spannungen zueinander gegenphasig sind. Die Transistoren, die als elektronische Schalter dienen, sind dabei abwechselnd im leitenden und im nichtleitenden Zustand.

Ein Nachteil dieser Schaltungsanordnung ist, daß ein Teil der Information in der parasitären Kollektor-Basis-Kapazität der Transistoren festgehalten wird, weil die Diode die Aufladung dieser parasitären Kapazität über den Emitter des nächsten Transistors verhindert. Dies verursacht besonders bei höheren Frequenzen sine verhältnismäßig große Dämpfung.

Um diese Dämpfung zu verringern, wurde in dem erwähnten Aufsatz bereits eine andere Schaltungsanordnung vorgeschlagen, die gleichfalls eine Folge von Transistoren enthält, bei der jedoch der Kollektor eines Transistors galvanisch mit der Basis des nächsten Transistors verbunden ist. Die Speicherkapazitäten sind bei dieser Schaltungsanordnung in die Kollektorkreise der Transistoren aufgenommen, wobei die vom Kollektor abgekehrten Anschlüsse der Kondensatoren galvanisch mit einer Schaltspannungsquelle verbunden sind. Der Emitter jedes Transistors liegt über einen Widerstand an Erde, während der Kollektor jedes Transistors über eine Diode ebenfalls an Erde liegt. Die Durchlaßrichtung dieser Diode und die Durchlaßrichtung des Kollektor-Basis-Überganges des betreffenden Transistors sind dabei entgegengesetzt gewählt.

Ein Nachteil dieser Schaltungsanordnung ist, daß im Vergleich zu der erstgenannten, bekannten Schaltungsanordnung bei dieser alternativen Schaltungsanordnung Schwankungen in den Abmessungen und Dotierungskonzentrationen der einzelnen Transistoren und Dioden einen größeren Einfluß auf die Übertragungsfunktion des Speichers haben. Durch diesen Einfluß auf die Übertragungsfunktion, die bei der alternativen Schaltungsanordnung um einen Faktor von etwa 100 größer ist, wird bei Integration die Ausbeute verringert. Ferner besteht die Folge von Transistoren wechselweise aus npn- und pnp-Transistoren, während bei Integration eine Schaltung mit nur npn- oder nur pnp-Transistoren zu bevorzugen ist.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß in der DE-AS 12 95 021 ein Schieberegister als integrierter Schaltkreis mit einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Transistorstufen vorgeschlagen wurde, bei dem die Speicherung (von Minoritätsladungsträgern) in einer Transistorstruktur stattfindet, wobei der mit dem

Basis-Kollektor-PN-Übergang übereinstimmende

Übergang als in Vorwärts-Richtung betriebene Speicherdiode und der mit dem Emitter-Basis-PN-Übergang übereinstimmende Übergang als raschkop-■-, pelnde Diode betrieben wird

Die Erfindung geht aus von einer Kondensatorüberladungsvorrichtung, wie sie im Patent 15 41 954 beschrieben ist, die sich infolge der geringen Anzahl von Bauelementen besonders zur Integration eignet Bei dieser

κι Vorrichtung, deren Prinzip in F i g. 1 dargestellt ist ist der vom Kollektor abgekehrte Anschluß jedes Kondensators galvanisch, d. h. gleichstrommäßig mit der Basis des betreffenden Transistors verbunden. Bei dieser Vorrichtung erübrigen sich Dioden in den Kollektor-Emit-

!; ter-Strecken, wodurch der erwähnte Nachteil der als erste beschriebenen bekannten Schaltungsanordnung vermieden wird. Ferner enthält die Folge von Transistoren im Gegensatz zur zweiten beschriebenen bekannten Schaltungsanordnung keine komplementären Transistoren, während kleine Unterschiede zwischen den Transistoren verhältnismäßig wenig Einfluß auf die Übertragungsfunktion des Speichers ausüben.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die Vorrichtung nach F i g. 1 sich nicht nur besonders zur Integration eignet, sondern daß auch ihre Wirkungsweise bei Integration verbessert werden kann.

Im allgemeinen wird die Verwendung der Vorrichtung nach F i g. 1 auch durch die parasitäre Emitter-Kollektor-Kapazität der Transistoren beschränkt. Infolge

Jo des Vorhandenseins dieser parasitären Kapazitäten kann ein elektrisches Übersprechen zwischen benachbarten Speicherkapazitäten auftreten, so daß die in einer Speicherkapazität gespeicherte Information nicht völlig von der Information in den weiteren Speicherka-

J5 pazitäten getrennt ist.

Bei den üblichen Transistoren, bei denen sich der Halbleiterkörper in einer Hülle befindet, besteht die parasitäre Emitter-Kollektor-Kapazität zu einem erheblichen Teil aus der Kapazität zwischen den Anschlußleitern des Emitters und des Kollektors. Bei integiicrten Schaltungen sind für den Anschluß der Transistoren jedoch nur verhältnismäßig kurze Anschlußleiter erforderlich, die meistens aus Leitbahnen bestehen.

4ϊ Die sich dadurch ergebende Verringerung der Emitter-Kollektor-Kapazität hat bei der vorliegenden Schaltung eine Verringerung des elektrischen Übersprechens zur Folge.
Auf Grund der Verringerung des elektrischen Übersprechens können die Speicherkapazitäten in einem integrierten Kondensatorspeicher kleiner bemessen werden, wodurch die Schaltgeschwindigkeit zunimmt und der Speicher bei höheren Frequenzen Anwendung finden kann.

Die Erfindung geht weiter von der wichtigen Erkenntnis aus, daß die Kondensatorüberladungsvorrichtung dadurch in besonders kompakter und einfacher Form integriert werden kann, daß die Kondensatoren weggelassen und die Kollektor-Basis-Kapazitäten der

bo Transistoren als Speicherkapazitäten benutzt werden.

Die genannte Aufgabe, eine Kondensatorüberladungsvorrichtung mit geringer Dämpfung, geringem Übersprechen, hoher Schaltgeschwindigkeit und einfacher Integrierbarkeit zu schaffen, wird, ausgehend von einer Kondensatorüberladungsvorrichtung der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Transistoren als bipolare Transistoren ausgebildet sind, deren Kollektor-Basis-Kapazitäten die Kon-

densatoren bilden, wobei die Basiselektroden der Transistoren mit dem elektrischen Eingang, bzw. den elektrischen Eingängen für die Steuersignale verbunden sind.

Auf diese Weise ergibt sich eine sehr einfache integrierte Kondensatorüberladungsvorrichtung, die eine sehr gute Wirkung mit einem geringen Bedarf cn Flächeninhalt je Speicherelement verbindet, weil jedes Speicherelement aus nur einem Transistor besteht. Dabei werden die bei Informationsübertragung auftretenden Verluste praktisch durch den Verstärkungsfaktor der Transistoren bestimmt. Je mehr sich dieser Kollektor-Emitter-Stromverstärkungsfaktor dem Wert 1 nähert, um so länger können die Ketten von Speicherelementen sein, ohne daß eine störende Dämpfung auftritt.

Die Kondensatorüberladungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann unter anderem für Laufzeitverzögerung von z. B. Audio- und/oder Videofrequenzsignalen Anwendung finden. Dabei ist eine lange Verzögerungszeit je Speicherelement, d. h. je Transistor, gewünscht, weil die Abschwächung des verzögerten Signals in beträchtlichem Maße von der Gesamtzahl der Transistoren der Verzögerungsleitung abhängig ist. Bei Anwendung einer Folge von Transistoren (siehe F i g. 1) ergibt sich eine maximale Verzögerungszeit je Speicherelement, wenn sämtliche Basiselektroden über je eine Schaltspannungsquelle an Erde oder ein anderes Bezugspotential gelegt werden. Durch eine derartige Wahl der Schaltsignale (F i g. 2), daß diese je während einesf -- J ten Teils jeder Abtastperiode Γ einen Wert von E Volt und während des übrigen Teiles dieser Periode einen Wert von 0 Volt haben, wobei sie außerdem um den ( -λ ten Teil der Periode Γ zeitlich

gegeneinander versetzt sind, derart, daß zunächst der π-te Transistor und dann der (n-l)te, der (n-2)te usw. leitend wird, wird die Verzögerungszeit je

Speicherelement maximal und gleich

In der Praxis ist man jedoch bestrebt, die Zahl der erforderlichen Schaltspannungsquellen auf Kosten einer geringen Verringerung der Verzögerungszeit der Speicherelemente zu beschränken. Dies ist dadurch erreichbar, daß mehrere Basiselektroden von Transistoren miteinander verbunden werden und eine Weiterbildung der Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektroden einer Anzahl von Transistoren der Folge galvanisch miteinander verbunden sind; wobei diese Anzahl von Transistoren keine zwei aufeinanderfolgenden Transistoren enthält

Es ist offensichtlich ein möglichst günstiger Kompromiß zwischen der Anzahl der zu verwendenden Schaltspannungsquellen und der Anzahl der erforderlichen Transistoren erwünscht. Dabei ist es wichtig, daß die Verzögerungszeit je Speicherelement ferner von der Art abhängig ist, in der die Basiselektroden mehrerer Transistoren der Folge galvanisch miteinander verbunden sind.

Obgleich es für die Wirkungsweise als Schieberegister genügt, wenn bei dieser Verbindung von Basiselektroden mehrerer Transistoren die Bedingung erfüllt wird, daß zwei benachbarte Transistoren nicht gleichzeitig leitend sein können, werden mn einen günstigen Kompromiß zu erreichen, größere Speicher gemäß einer Weiterbildung der Erfindung so aufgebaut, daß die

—- rSekun-Folge von Transistoren mindestens zwei aufeinanderfolgende, aneinandergrenzende Gruppen mit je der gleichen Anzahl von aufeinanderfolgenden Transistoren enthält, wobei die Basiselektroden derjenigen Transi-) stören, die zu verschiedenen Gruppen gehören, aber in ihrer Gruppe die gleiche Ordnungszahl tragen, galvanisch miteinander verbunden sind.

Dieser Aufbau macht es möglich, bei einer vorherbestimmten Anzahl anzuwendender Schaltspannungsquel-H) len die maximale Verzögerungszeit je Speicherelement zu erzielen. Die Anzahl der Transistoren jeder Gruppe ist dabei durch die Anzahl der zu verwendenden Schaltquellen bestimmt.

Die Transistoren der Folge können je in einer π getrennten Halbleiterinsel angebracht sein, wobei die Transistoren auf übliche Weise durch ein sich über eine Isolierschicht erstreckendes Muster von Leitbahnen miteinander verbunden sein können. Es können sich jedoch die Halbleiterzonen einer Anzahl von Transistoren, deren Basiselektroden galvanisch miteinander verbunden sind, zweckmäßig in einer gemeinsamen Insel erstrecken, wobei die Halbleiterinsel eine gemeinsame Basiszone bildet, während die Emitter- und die Kollektorzone in Form von Oberflächenzonen ange-2j bracht sind. Dadurch wird das erforderliche Leiterbahnmuster vereinfacht, während ferner die je Speicherelement erforderliche Halbleiterfläche erheblich vermindert wird. Zwar ist dabei im allgemeinen der Stromverstärkungsfaktor von Transistoren dieses Typs jo etwas kleiner, aber das ist für verschiedene Anwendungen unbedenklich.

Die Folge von Transistoren einer Kondensatorüberladungsvorrichtung nach der Erfindung kann eine Endgruppe enthalten, die eine Vorrichtung, z. B. einen Transistor oder eine Diode, enthält, die mindestens einmal je Abtastperiode Γ die etwaige Information, die in der letzten Speicherkapazität des Speichers enthalten ist, löscht. Außer dieser abschließenden Vorrichtung kann die Endgruppe eine Anzahl von Transistoren der Folge enthalten, die kleiner ist als die Anzahl der Transistoren der vorhergehenden Gruppe oder Gruppen. Auch für diese Endgruppe gilt, daß mit Rücksicht auf die Verzögerungszeit je Speicherelement das Element bzw. die Elemente der Endgruppe, einschließlieh der erwähnten abschließenden Vorrichtung, vorzugsweise gleichzeitig mit dem Speicherelement bzw. den Speicherelementen der anderen Gruppe oder Gruppen geschaltet werden, die in ihrer Gruppe die gleiche Ordnungszahl haben.

Wie bereits bemerkt, sind die Frequenzen, bei denen der Speicher Anwendung Finden kann, unter anderem voir. Wert der Speicherkapazitäten abhängig. Im allgemeinen müssen die Speicherkapazitäten um so größer sein, je niedriger die verwendeten Frequenzen sind. Infolgedessen kann die Kollektor-Basis-Kapazität üblicher integrierter Transistoren z. B. bei Verwendung niedriger Frequenzen zu klein sein.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erstrecken sich daher die Halbleiterzonen einer Anzahl von Transistoren der Folge, deren Basiselektroden galvanisch miteinander verbunden sind, in einer gemeinsamen HalbleiterinseL wobei die Halbleitermsel eine gemeinsame Basiszone für die Transistoren bildet, während die Emitter- und Kollektorzonen in Form von Oberflächenzonen angebracht sind.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird dabei ein TeB der Oberfläche der Koüektorzone mindestens eines der Transistoren der Folge durch eine

weitere Oberflächenzone eingenommen, die vom gleichen Leitungstyp ist wie die Basiszone und galvanisch mit ihr verbunden ist.

Durch die Anwendung der weiteren Oberflächenzone wird die Kollektor-Basis-Kapazität des Transistors erheblich vergrößert, wodurch ein integrierter Speicher mit einer Folge derartiger Transistoren auch bei niedrigen Frequenzen ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis aufweist.

Eine andere Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone mindestens eines der Transistoren der Folge eine Oberflächenzone ist, von der ein erster Oberflächenteil durch die Emitterzone und ein zweiter Oberflächenlei! durch eine zweite Zone eingenommen wird, wobei die zweite Zone, die vom gleichen Leitungstyp wie die Emitterzone ist, galvanisch mit der an diese Basiszone grenzenden Kollektorzone verbunden ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nimmt die zweite Zone vorzugsweise wenigstens ein Drittel der Oberfläche des Basiszone ein. Vorzugsweise sind sämtliche Transistoren der Folge gleich ausgebildet.

Bei diesen Transistoren mit vergrößerter Basis-Kollektor-Kapazität ist der Flächeninhalt des Basis-Kollektor-Übergangs wirkungsvoll vergrößert, wobei außerdem die Dotierung der zweiten Zone bei doppeltdiffundierten Transistoren höher sein kann als die des Kollektors, wodurch die Kapazität je Flächeneinheit des Überganges zwischen der zweiten Zone und der Basiszone größer als die des übrigen Teils des Basis-Kollektor-Überganges ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Basiszone mit einem Anschlußleiter versehen, der an einer zwischen der Emitterzone und der zweiten Zone liegenden Stelle die Basiszone kontaktiert.

Auf diese Weise ergibt sich ein kompakter Aufbau, bei dem der Basiskontakt auf einer möglichst langen Strecke sowohl an die Emitterzone als auch an die zweite Zone grenzt und der Reihenwiderstand in der Basiszone sowohl für den aktiven Teil dieses Transistors als auch für seinen kapazitiven Teil möglichst beschränkt wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Basiszone einen dicken und einen dünnen Teil auf, wobei die zweite Zone wenigstens einen Oberflächenteil des dicken Teiles der Basiszone einnimmt

Auf diese Weise wird der Reihenwiderstand des kapazitiveren Teiles der Basiszone, d. h. des Teiles unter der zweiten Zone, weiter verringert.

Weiterhin kann beispielsweise bei doppeltdiffundierten Transistoren, zumal wenn die Basiszone einen dicken und einen dünnen Teil aufweist, der Kollektorserienwiderstand so groß sein, daß er eine wichtige Rolle spielt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung enthält die Kollektorzone eines Transistors mit vergrößerter Kollektor-Basis-Kapazität außer einem hochohmigen Teil einen niederohmigen Teil, der sich wenigstens teilweise unter dem dicken Teil der Basiszone erstreckt.

Infolgedessen wird der Kollektorserienwiderstand insbesondere in dem Teil der Kollektorzone, der unter dem dicken Teil der Basiszone liegt und daher dünner als der übrige Teil der KoDektorzone ist, verringert. Dabei ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung der Transistor so ausgebildet, daß der niederohmige Teil der KoHektorzone an den dicken Teil der Basiszone grenzt, wodurch nicht nur ein weiterer Kapazitätsgewinn erzielbar ist, weil infolge der höheren Dotierung die Kapazität je Flächeneinheit im Gebiet, in dem der niederohmige Teil der KoHektorzone und der dicke Teil der Basiszone aneinander grenzen, größer als außerhalb dieses Gebietes ist, sondern auch die Herstellung eines ϊ Transistors mit einer Basiszone mit einem dicken und einem dünnen Teil vereinfacht werden kann, wie nachstehend näher erläutert wird.

Es sei bemerkt, daß die Basis-Kollektor-Kapazität auch dadurch vergrößert werden kann, daß die

κι KoHektorzone höher dotiert wird. In der Praxis ist dies jedoch insbesondere bei doppeltdiffundierten Transistoren schwer durchführbar. Es können auch Transistoren mit einer Basiszone gleichmäßiger Dicke verwendet werden, die sich bis zum niederohmigen Teil der Kollektorzone erstreckt. Eine derartige Struktur ist z. B. mit Hilfe eines Substrats herstellbar, das mit einer epitaktischen Schicht versehen ist, die entweder aus einem niederohmigen und einem hochohmigen Teil aufgebaut ist oder gleichmäßig dotiert sein kann, wobei im letzteren Fall eine vergrabene Schicht Anwendung findet. Dabei können die Dicke der epitaktischen Schicht und/oder der vergrabenen Schicht so klein bzw. so groß bemessen werden, daß sich eine diffundierte Basiszone üblicher Dicke bis zum niederohmigen Teil der Kollektorzone erstreckt. Eine derartige Lösung ist jedoch in den Fällen, in denen die Schaltungsanordnung auch andere Transistoren mit anderen Eigenschaften, z. B. einer hohen Kollektor-Basis-Durchbruchspannung, enthält, schwer ausführbar.

Transistoren mit vergrößerter Kollektor-Basis-Kapazität können auch mit Vorteil als Bauelemente, z. B. in einer Kondensatorüberladungsvorrichtung in nichtintegrierter Form, oder als Millerintegrator benutzt werden. Eine Schaltungsanordnung mit einer erfindungsgemäßen Kondensatorüberladungsvorrichtung ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß dem Emitter eines oder mehrerer Transistoren der Folge Eingangssignale zugeführt werden können, und ein Ausgangskreis vorhanden ist, um dem Kollektor mindestens eines Transistors der Folge elektrische Signale zu entnehmen, wobei mit Hilfe mindestens einer Schaltspannungsquclle den Basiselektroden der Transistoren der Folge Steuersignale zugeführt werden, die Transistoren der Folge zum Weitergeben von Ladung in den leitenden Zustand bringen, wobei die angrenzenden Transistoren jedes leitenden Transistors der Folge nichtleitend sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 das Prinzip der Schaltung, die in einer Kondensatorüberladungsvorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird.
F i g. 2 Schaltsignale der Schaltspannungsquelle nach F i g. 1 in Abhängigkeit von der Zeit,

F i g. 3 schematisch eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Kondensatorüberladungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig.4 schematisch eine Draufsicht, die dem durch eine strichpunktierte linie umgebenen Teil der F i g. 3 entspricht,

Fig.5 schematisch einen gemäß der Linie V-V der F i g. 4 geführten Querschnitt durch die Insel 4,
Fig.6 ein Schaltbild der Kondensatorüberladungsvorrichtung nach den F ig. 3,4 und 5,

F i g. 7 den Verlauf der Spannungen in Abhängigkeit von der Zeit für einige Punkte des Schaltbildes nach Fig. 6,

F i g. 8 schematisch einen Querschnitt durch einen Transistor, der sich ebenfalls zur Anwendung in einer Kondensatorüberladungsvorrichtung nach der Erfindung eignet,

F i g. 9 schematisch einen Querschnitt durch eine andere wichtige Ausführungsform eines Transistors für eine Kondensatorüberladungsvorrichtung,

Fig. 10 schematisch eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Kondensatorüberladungsvorrichtung gemäß der Erfindung,

F i g. 11 schematisch einen gemäß der Linie XI-XI der Fig. 10 geführten Querschnitt durch einen der in der Kondensatorüberladungsvorrichtung nach Fig. 10 verwendeten Transistoren.

Die Kondensatorüberladungsvorrichtung gemäß den F i g. 3,4 und 5 enthält eine Folge von Kapazitäten, bei der mit Hilfe von Steuersignalen Ladung aus einer Kapazität der Folge über einen Transistor T_n (wobei in F i g. 3 η von 1 bis 12 geht) zur nächsten Kapazität der Folge verschoben werden kann, zu welchem Zweck zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Kapazitäten ein solcher Transistor T_n vorgesehen ist, wobei diese Transistoren T_n ebenfalls eine Folge bilden, während der Kollektor η eines solchen Transistors T_n an der Stelle eines Kontaktfensters 17 mit einer Metalleiterbahn 18 Kontakt macht, die diesen Kollektor η für die Verschiebung von Ladung an der Stelle eines Kontaktfensters 15 mit dem Emitter 52 des nächstfolgenden Transistors verbindet, wobei die Vorrichtung ein Substrat 50 aufweist, das mit isolierten Halbleiterinseln 1 bis 13 versehen ist, in denen sich die Transistoren T_n befinden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht das Substrat 50 aus einem Halbleitermaterial vom einen Leitungstyp, auf dem eine epitaktische Schicht vom anderen Leitungstyp angebracht ist. Diese epitaktische Schicht ist durch Isolierzonen 63 vom einen Leitungstyp in Inseln 1 bis 13 unterteilt Ferner ist die Oberfläche der epitaktischen Schicht mit einer Isolierschicht versehen, in der unter anderem Kontaktfenster 15 bis 17 angebracht sind. Die Inseln 1 bis 12 enthalten je einen Transistor T_n, die in F i g. 3 der Deutlichkeit halber nur schematisch durch die Kontaktfenster 15,16,17 für den Emitter, die Basis bzw. den Kollektor jedes Transistors angedeutet sind.

Gemäß der Erfindung bestehen die Speicherkapazitäten aus der Kollektor-Basis-Kapazität der Transistoren T_n, wobei die Basiselektroden der Transistorer T_n je durch ein Fenster 16 mit einer der Metalleitbahnen 19 und 20 Kontakt machen und somit zum elektrischen Eingang bzw. zu den elektrischen Eingängen für die Steuersignale gehören, die mittels der Metalleitbahnen 19 und 20 zugeführt werden können.

Diese Kondensatorüberladungsvorrichtung hat eine kompakte einfache Struktur, bei der die je Speicherelement erforderliche Fläche klein ist, weil jedes Speicherelement aus nur einem Transistor besteht Dabei sind die Verluste infolge eines elektrischen Obersprechens durch kapazitive Kupplung praktisch vernachlässigbar und die Dämpfung wird nahezu völlig durch das Ausmaß bestimmt, in dem der Stromverstärkungsfaktor der Transistoren vom Wert 1 verschieden ist

Die Basiselektroden mehrerer Transistoren T_n sind durch Fenster 16 und die Metalleitbahn 19 oder 20 galvanisch miteinander verbunden, wobei die Anordnung derart getroffen ist, daß diese miteinander verbundenen Transistoren keine zwei aufeinanderfolgenden Transistoren enthalten. Infolgedessen kann das gleiche Steuersignal gleichzeitig den Basiselektroden verschiedener Transistoren zugeführt werden, so daß weniger Schaltspannungsquellen erforderlich sind, als wenn jedem Transistor ein eigenes Steuersignal

s zugeführt werden würde. Wie bereits erwähnt, bringt diese Vereinfachung jedoch eine Verringerung der Verzögerungszeit je Speicherelement mit sich.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Basiselektroden der ungeradzahligen Transistoren T_n mittels der Leiterbahn 19 und die der geradzahligen Transistoren T_n durch die Leiterbahn 20 galvanisch miteinander verbunden. Die Folge von Transistoren T_n weist infolgedessen sechs aufeinanderfolgende, aneinandergrenzende Gruppen auf, die je die gleiche Anzahl

i^r> von aufeinanderfolgenden Transistoren enthalten, wobei die Basiselektroden der Transistoren, die zu verschiedenen Gruppen gehören, jedoch in ihrer Gruppe die gleiche Ordnungszahl haben, galvanisch miteinander verbunden sind.

2ü Durch diese Verbindungsweise ergibt sich ein günstiger Kompromiß zwischen der Zahl der zu verwendenden Schaltspannungsquellen und der Verzögerungszeit je Speicherelement. Bei Verwendung von aus je zwei Transistoren bestehenden Gruppen beträgt

die Verzögerungszeit je Speicherelement ^ T Sek.,

wobei rdie Abtastperiode darstellt. Bei einer größeren Anzahl von Transistoren je Gruppe ist die Verzögerungszeit je Speicherelement proportional der Anzahl von Transistoren je Gruppe, die gleichzeitig Information enthalten.

Der Kondensatorspeicher nach den F i g. 3, 4 und 5 enthält weiter eine Endgruppe, die in diesem Fall aus einer Diode besteht, die in der Insel 13 untergebracht ist.

Diese Diode enthält Zonen 21 und 22 von entgegengesetzten Leitungstypen, wobei die Zone 22 die Zone 21 in der Halbleiterinsel umgibt. Die Zone 21 ist an der Stelle des Kontaktfensters 23 mit der Metalleitbahn 24 verbunden, die an der Stelle eines Fensters 17 mit dem Kollektor des Transistors Tn Kontakt macht. Durch das Kontaktfenster 25 sind die Zone 22 und die Insel 13 mit der Metalleitbahn 19 verbunden, wobei der pn-Übergang zwischen der Zone 22 und der Insel 13 an der Stelle des Fensters 25 kurzgeschlossen ist.

Die Vorrichtung kann mit üblichen Planartransistoren aufgebaut werden. Die Kollektor-Basis-Kapazität solcher Transistoren beträgt etwa 1 pF. Die Größe dieser Kapazität läßt sich dadurch steigern, daß der Flächeninhalt der Basiszone vergrößert wird.

so Beim Ausführungsbeispiel gemäß den F i g. 3,4 und 5 findet eine wirkungsvollere Maßnahme zur Vergrößerung der Basis-Kollektor-Kapazität Anwendung. Die Kollektorzone des Transistors T_n besteht aus der insel η (siehe F i g. 5, in der η = 4 ist). Die Basiszone ist eine Oberflächenzone 51. Ein erster OberflächenteU dieser Oberflächenzone wird durch die Emitterzone 52, ein zweiter durch eine zweite Zone 53 eingenommen, wobei die zweite Zone 53 vom gleichen Leitungstyp wie die Emitterzone 52 ist und galvanisch mit der an die Basiszone 51 grenzenden Kollektorzone 4 dadurch verbunden ist, daß der Randteil 54 der Zone 53 einen Oberflächenteil der Kollektorzone einnimmt

Der pn-Übergang 55 erstreckt sich zwischen der Basiszone 51 einerseits und der Kollektorzone 4 und der zweiten Zone 53 andererseits. Dabei ist der Flächeninhalt dieses pn-Obergangs 55 und somit auch die Kollektor-Basis-Kapazität erheblich größer als beim Fehlen der Zone 53. Ferner kann die Dotierung der

Zone 53 höher als die der Kollektorzone 4 und ζ. B. gleich der der Emitterzone 52 sein. Dies hängt mit der Tatsache zusammen, daß die Dotierung der Kollektorzone verhältnismäßig niedrig gewählt werden muß, wenn in der Insel 4 mit Hilfe der üblichen Photoätz- und Diffusionsverfahren eine Basiszone 51 und eine Emitterzone 52 angebracht werden müssen. Durch den Unterschied in der Dotierung zwischen der Kollektorzone 4 und der zweiten Zone 53 ist die Kapazität je Flächeneinheit des Teiles des np-Übergangs, der sich zwischen der Zone 53 und der Basiszone 51 befindet, erheblich größer als die des übrigen Teiles dieses Überganges 55.

Vorzugsweise nimmt die zweite Zone 53 mindestens ein Drittel der Oberfläche der Basiszone 51 ein. Bei Anwendung von für Planartransistoren üblichen Dotierungskonzentrationen und Zonendicken ist die Koiiektor-Basis-Kapazität sodann um einen Faktor von mindestens 2 größer als bei einer Basiszone gleicher Größe, jedoch ohne zweite, zusätzliche Zone.

Der Ort des Basiskontaktfensters 16 wird vorzugsweise so gewählt, daß dieses Fenster auf einer möglichst langen Strecke sowohl an die Emitterzone 52 als auch an die zweite Zone 53 grenzt, wodurch sowohl der Basiswiderstand des aktiven Teils des Transistors als auch der Serienwiderstand des kapazitiveren Teils der Basiszone 51 möglichst beschränkt werden. Der Anschlußleiter 20 kontaktiert deshalb die Basiszone 51 an einer Stelle, die durch das Kontaktfenster 16 bestimmt wird, das zwischen der Emitterzone 52 und der zweiten Zone 53 liegt.

Die Kondensatorüberladungsvorrichtung nach den F i g. 3,4 und 5 ist völlig auf eine in der Halbleitertechnik übliche Weise herstellbar. Das Substrat 50 besteht z. B. aus p-ieitendem Silicium. Auf dem Substrat kann eine epitaktische Schicht aus η-leitendem Silicium mit einer Dicke von z. B. 10 μίτι angebracht sein. Mittels üblicher Photoätz- und Diffusionsverfahren können dann die p-leitenden Isolierzonen 63 angebracht werden, wodurch sich die isolierten Inseln 1 bis 13 ergeben. Die Inseln 1 bis 12, in denen die Transistoren Γι bis Γ_]2 untergebracht sind, haben z. B. die Abmessungen 125 μηι χ 135 μπι. Die Abmessungen der diffundierten Basiszonen 51 können 85 μιτι χ 95 μηι betragen. Die Emitterzone 52 ist z. B. 1 μπι dick und nimmt einen Oberflächenteil von 20 μιτι χ 30 μπι der Basiszone 51 ein. Die Dicke der zweiten, zusätzlichen Zone 53 beträgt gleichfalls 1 μπι, wenn sie gleichzeitig mit der Emitterzone hergestellt worden ist. Die Breite der Zone 53 ist z. B. 35 μπι, während der Randteil 54 ζ. B. 5 μιτι aus der ursprünglichen Begrenzung der Basiszone 51 herausragL Die Zonen 21 und 22 der Diode in der Insel 13 können gleichzeitig mit der Basiszone 5ί bzw. der Emitterzone 52 angebracht werden.

Die Oberfläche des Halbleiterkörpers ist mit einer Isolierschicht 56, z.B. aus Siliciumoxyd und/oder Siliciumnitrid, überzogen. Auf dieser Isolierschicht können auf übliche Weise Metalleitbahnen 18,19,20,24 und 26 angebracht werden, die durch in der Schicht 56 hergestellte Fenster 15, 16, 17, 23 und 25 mit den darunterliegenden Halbleiterzonen Kontakt machen. Die Metalleitbahnen 19, 20, 24 und 26 weisen femer Gebiete 27, 28, 29 und 30 zu Kontaktierungszwecken auf. Diese Gebiete 27 bis 30 können auf übliche Weise mit Kontaktstiften eines üblichen Gehäuses verbunden werden. Das Gebiet 30 gehört zum elektrischen Eingang des Speichers, durch den der Kollektor-Basis-Kapazität des Transistors Γι Information zugeführt werden kann.

Über das Gebiet 29 können dem Kollektor des Transistors Γ_]2 Ausgangssignale entnommen werden. Über die Gebiete 27 und 28 kann die Verschiebung der Ladung im Speicher mit Hilfe von Steuersignalen gesteuert werden.

F i g. 6 zeigt ein Schaltbild, bei dem der innerhalb der strichpunktierten Linie liegende Teil der Vorrichtung nach den F i g. 3 bis 5 entspricht.

Der elektrische Eingang der Kondensatorüberladungsvorrichtung ist mit einem Eingangskreis verbunden, der aus der Reihenschaltung eines Widerstandes R₀ und einer ein Ausgangssignal V, liefernden Quelle besteht, wobei die vom Widerstand R₀ abgekehrte Klemme dieser Quelle an ein Bezugspotential, z. B. an Erde, gelegt ist. Zwischen den Gebieten 27 und 28 ist eine Schaltspannungsquelle S\ angebracht, die ein Steuersignal V₅, liefert, während das Gebiet 28 an ein Bezugspotential gelegt ist. Mit Hilfe des Steuersignals V₅, werden, wie nachstehend näher erläutert wird, Transistoren der Folge zwecks der Verschiebung von Ladung in den leitenden Zustand gebracht, wobei aie benachbarten Transistoren jedes leitenden Transistors der Folge nichtleitend sind. Ausgangssignale können dem Kollektor eines oder mehrerer der Transistoren T_n, z. B., wie in der Figur dargestellt ist, dem Kollektor des Transistors Γ12, entnommen werden. Der Kollektor dieses Transistors Γ12 ist mit einem Ausgangskreis verbunden, der scht-matisch durch den Block U angegeben ist und dessen Aufbau für die Beschreibung der Erfindung unwichtig ist. Der Ausgangskreis i/kann z. B. einen Impedanztransformator und einen Tiefpaß oder eine weitere Verzögerungsleitung erhalten.

Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise des Speichers sind in F i g. 7 die wichtigsten Spannungszeitdiagramme in einigen Punkten der Schaltung nach Fig.6 dargestellt. Fig. 7a zeigt das Zeitdiagramm der Spannung V₅₁ der Schaltspannungsquelle S]. Die Spannung ist eine symmetrische Rechteckspannung mit einer positiven Spitze von +FVoIt und einer negativen Spitze von — E Volt, wobei die Periodenzeit der Rechteckspannung gleich TSekunden ist. D'ese Periode Γ, die Abtastperiode, muß um mindestens einen Faktor 2 kleiner als die Periodenzeit der höchsten in der Eingangsspannung V, auftretenden Signalfrequenz sein. Die Eingangsspannung V, ist in Fig. 7b dargestellt. Während der Zeitintervalle τι, Ty, Γ5 und τ? hat der Punkt 27 der F i g. 6 ein Potential von — FVoIt in bezug auf den Punkt 28, der mit Erde verbunden ist. Der Transistor Γι ist während der erwähnten Zeitintervalle nichtleitend, wenn die Eingangsspannung Vj> — £Volt ist Wenn angenommen wird, daß die Kapazitäten C_n auf eine Spannung zwischen 0 Volt und + E Volt geladen sind, so sind aucn die weiteren üngeräuzäniigen Transistoren Ty, Ty, usw. nichtleitend. Die Transistoren Γ2, Γ4, usw. sind in diesen Zeitintervallen leitend, wenn die Spannungen über den Speicherkapazitäten Ci, C3, usw. kleiner als +E Volt sind. Sodann werden diese Kapazitäten Ci, d, usw. auf eine Spannung von +E Volt geladen, während die Spannungen über den Kapazitäten Cz, Ci, usw. je um den gleichen Betrag absinken, um den die Spannung über der vorhergehenden ungeradzahligen Kapazität ansteigt Dabei wird angenommen, daß sämtliche Kapazitäten C_n gleich groß sind.

Während der Zeit, in der der Punkt 27 eine Spannung von + £"Volt in bezug auf den Punkt 28 hat, d. h. gemäß F i g. 7a während der Zeitintervalle Tz, ^*, Te und rs, wird Information über die Größe des Eingangssignals Y; an

die Kapazität Ci weitergegeben. Die Größe des Eingangssignals während dieser Zeitintervalle ist gleich -EO, +E bzw. O VoI*. Während dieser Zeitintervalle wird der Transistor Ti von einem Strom durchflossen,

der gleich Ampere ist und die Spannung von E

Ko -r r

Veit über der Kapazität Ci verringert Dabei stellt rden inneren Basis-Emitter-Widerstand des Transistors dar. Die Ströme, die während der erwähnten Zeitintervalle den Transistor Ti durchfließen, sind in Fig.7c dargestellt, während der Verlauf der Spannung über der Kapazität Ci in F i g. 7d und der derSpannung über der Kapazität C₂ in F i g. 7e dargestellt sind. Aus F i g. 7d geht hervor, daß die Spannungsabsenkungen über der Kapazität Ci während der Zeitintervalle T2, t4, τβ und τ« linear mit der Zeit verlaufen, was jedoch in Wirklichkeit nur dann der Fall ist wenn der Widerstand Ro vielfach größer als der innere Basis-Emitterwiderstand rdes Transistors Ti ist Die größte Spannungsabsenkung, nämlich Δ V = EVoIt, tritt im Zeitintervall Γ2 auf, während die Spannungsabsenkung im Intervall te gleich Null Volt ist. Infolgedessen besteht nur für die Eingangssignale, welche im Intervall — E< V,< + E Volt liegen, eine lineare Beziehung zwischen der Spannungsabsenkung V über der Kapazität Ci und dem erwähnten Eingangssignal. Der Widerstand Ro muß dabei so groß bemessen werden, daß bei einem Eingangssignal von O Volt die Spannung über der Kapazität Ci während der Zeit, in der der Punkt 27 ein Potential von +· E Volt gegen Erde

hat, genau gleich -y E Volt wird. Der zu diesem Zweck erforderliche mittlere Ladestrom
. _ E

wird durch die Größe der Kapazität Ci und die Zeitdauer τ jeder Abtastperiode T, während der das Potential des Punktes 27 gleich + E Volt ist, bestimmt.

C E
Dieser Ladestrom ist gleich -^—, wobei E/2 die Spannungsabsenkung über der Kapazität Ci bei einem Eingangssignal von O Volt ist. Daraus folgt, daß für eine richtige Einstellung des mittleren Ladestroms τ gleich

—γ- sein muß. Günstige Werte für den mittleren

Ladestrom mit Rücksicht auf ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis und auf die erforderliche Schaltleistung liegen zwischen 1 μΑ und 1 mA.

Dem letzten Transistor der Folge, Ti 2, folgt eine Vorrichtung, beim vorliegenden Beispiel die Diode D, welche dazu dient, um die Spannung über der Kapazität Ci 2 auf den Bezugspegel von +E Volt zu bringen, jeweils bevor neue Information an diese Kapazität Ci 2 weitergegeben wird. Dies wird dadurch erreicht, daß die vom Kollektor des Transistors T12 abgekehrte Seite der Diode D mit den Basiselektroden der ungeradzahligen Transistoren T_n verbunden ist, wodurch die Diode D gleichzeitig mit diesen ungeradzahligen Transistoren T_n in den leitenden Zustand kommt.

Aus der Erläuterung der Schaltung nach F i g. 6 geht hervor, daß die Information in Form eines Ladungsmangels von einer Speicherkapazität C_n-1 an die nächste Speicherkapazität C_n weitergeleitet wird. Jedesmal wird eine Kapazität C_n-1 aus der nachfolgenden Kapazität C_n wieder auf den Bezugspegel von EVoIt nachgeladen, so daß die Informationsübertragung und die Ladungsverschiebung in entgegengesetzten Richtungen erfol- gen.

Es dürfte weiterhin einleuchten, daß die Eingangssi- -gnale auch dem Emitter eines anderen als des ersten Transistors der Folge sowie gleichzeitig den Emittern mehrerer Transistoren zugeführt werden können.

Das Ausführungsbeispiel nach den Fig.3, 4 und 5 einer Kondensatorübedadungsvorrichtung enthält Transistoren T_n mit erhöhter Kollektor-Basis-Kapazität Ein derartiger Transistor mit erhöhter Kollektor-Basis-Kapazität wurde insbesondere an Hand der Fi g. 4 und 5 beschrieben.

Ein anderes Ausführungsbeispiel eines Transistors mit erhöhter Kollektor-Basis-Kapazität, der auch in einer Kondensatorüberladungsvorrichtung gemäß der Erfindung Anwendung finden kann, wird nunmehr an Hand der Fig.8 beschrieben. Fig.8 zeigt einen dem Querschnitt der Fig.5 entsprechenden Querschnitt durch einen Transistor mit erhöhter Kollektor-Basis-Kapazität, wobei in den beiden Figuren entsprechende Teile mit den gleichen Elezugsziffern bezeichnet sind. Beim Transistor nach Fig.8 besteht die zweite zusätzliche Zone aus mehreren Teilen, die in der F i g. mit 60 und 61 bezeichnet sind. Diese Teile 60 und 61 können Teile einer zusammenhängenden zusätzlichen

2^r> Zone sein und/, .der z. B. durch Fenster und eine Metalleitbahn galvanisch miteinander verbunden sein. Ferner kann auch eine zusätzliche Zone Anwendung finden, die im Halbleiterkörper völlig von der Basiszone umgeben und z. B. durch eine Metalleitbahn mit der Kollektorzone verbunden ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 ist zwar der Oberflächenteil der Basiszone, der durch die zweite, zusätzliche Zone eingenommen wird, kleiner als beim Transistor nach F i g. 5, aber dem steht gegenüber, daß die Randlänge der zweiten Zone an der Oberfläche des Halbleiterkörpers größer ist Bei einer diffundierten Basiszone ist die Konzentration der Dotierung an der Oberfläche am höchsten. Infolgedessen ist die Kapazität je Flächeneinheit des pn-Überganges zwischen der zusätzlichen Zone und der Basiszone gerade am Rande, in der Nähe der Oberfläche des Halbleiterkörpers, am größten. Im allgemeinen hängt es von den Dotierungskonzentrationen und den Dicken der Basiszone und der zusätzlichen Zone ab, welche Geometrie die größte Kapazitätserhöhung ergibt. Dies ermöglicht es dem Fachmann, von Fall zu Fall zu bestimmen, ob ein möglichst großer Flächeninhalt, eine möglichst große Randlänge oder eine zwischen diesen beiden Extremen liegende Zwischenform mit Rücksicht auf die Möglichkeiten und die Beschränkungen der zur Verfügung stehenden Herstellungsverfahren zu bevorzugen ist.

Ferner kann die Kollektorzone 4, wie dies in F i g. 8 dargestellt ist, außer einem hochohmigen Teil einen niederohmigen Teil 4a umfassen, wodurch der Kollektorserienwiderstand herabgesetzt wird. Dieser niederohmige Teil 4a kann z. B. auf die dargestellte, übliche Weise die Form einer vergrabenen Schicht haben.

F i g. 9 zeigt einen Schnitt durch eine weitere wichtige Ausführungsform eines Transistors mit erhöhter KoI-

bo lektor-Basis-Kapazität. Dabei weist die Basiszone einen dicken Teil 51a und einen dünnen Teil 516 auf, während die zweite Zone 53 wenigstens einen Oberflächenteil des dicken Teils 51a einnimmt. Durch Verwendung einer Basiszone mit einem dicken und einem dünnen Teil wird

b5 der Basiswiderstand, insbesondere des kapazitiveren Teiles der Basiszone, erniedrigt. Dabei kann jedoch der Serienwiderstand zwischen dem Teil der Kollektorzone 4, der unter der Emitterzone 52 liegt, und der zweiten.

zusätzlichen Zone 53 infolge der geringeren Dicke der Kollektorzone 4 unter dem dicken Teil 51a der Basiszone größer sein. Es ist deshalb bei Anwendung einer Basiszone mit einem dicken und einem dünnen Teil erwünscht, daß die Kollektorzone außer einem hochohmigen Teil einen niederohmigen Teil 4a enthält, der sich wenigstens teilweise unter dem dicken Teil 51a der Basiszone erstreckt

Außer einer Erniedrigung des Basisserienwiderstandes gibt die Anwendung einer Basiszone mit einem dicken Teil den weiteren Vorteil eines Beitrags zur erhöhten Kollektor-Basis-Kapazität, weil der Flächeninhalt des pn-Oberganges zwischen der Kollektorzone 4 und der Basiszone 51 vergrößert ist. Dieser Beitrag wird dann noch etwas weiter vergrößert, wenn der dicke Teil 51a der Basiszone an den niederohmigen Teil 4a der Kollektorzone grenzt Die zuletzt beschriebene Ausführungsform hat außerdem den Vorteil, daß der dicke Teil 51a der Basiszone bei der Herstellung des Transistors gleichzeitig mit den Isolierzonen 63 angebracht werden kann. Während sich die Isolierzonen 63 bis in das Substrat 50 erstrecken, stößt der dicke Teil 51a der Basiszone auf den niederohmigen Teil 4a der Kollektorzone, wodurch kein Kurzschluß zwischen der Basiszone 51 und dem Substrat 50 auftritt.

Auf diese Weise erfordert weder die Anwendung einer zweiten, zusätzlichen Zone noch die einer Basiszone mit einem dicken und einem dünnen Teil einen zusätzlichen Diffusionsvorgang bei der Herstellung. Die zusätzliche Zone kann gleichzeitig mit der Emitterzone, der dicke Teil der Basiszone gleichzeitig mit den Isolierzonen hergestellt werden.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer Kondensatorüberladungsvorrichtung gemäß der Erfindung, von dem Fig. 10 eine Draufsicht zeigt, ist durch die Verwendung eines Transistors von einem anderen Typ der erforderliche Flächeninhalt je Speicherelement erheblich verkleinert. Dieses Ausführungsbeispiel enthält eine Folge von 9 Transistoren Γ70— Tn, die drei aufeinanderfolgende aneinandergrenzende Gruppen von je drei aufeinanderfolgenden Transistoren, nämlich 7>o - T₇₂, T₁₃ - T₇₅ und T₇₆ - T₇₈, umfaßt. Die Kollektorzone 80 jedes der Transistoren Γ70 bis T₇₇ macht an der Stelle eines Fensters 81 in einer Isolierschicht Kontakt mit einer auf der Isolierschicht liegenden Metallenbahn 82, die diese Kollektorzone 80 mit der Emitterzone

83 des nächsten Transistors der Folge durch ein Fenster

84 hindurch verbindet. Die Halbleiterzonen der Transistoren, die zu verschiedenen Gruppen gehören, aber in ihrer Gruppe die gleiche Ordnungszahl tragen, d. h. die Transistoren T₇₀, T₇₃, T₇₆; T_n, T₇₄, T₇₇; und T₇₂, Γ75, Tn, erstrecken sich in der gleichen Halbleiterinsel 85, 86 bzw. 87, wobei diese Halbleiterinseln eine gemeinsame Basiszone für die betreffenden Transistoren bilden, während die Emitter- und Kollektorzonen in Form von Oberflächenzonen 83 bzw. 80 angebracht sind. Dabei können den gemeinsamen Basiszonen 85,86 und 87 Steuersignale über die Metalleitbahnen 88, 89 und 90 zugeführt werden, die an der Stelle der Fenster 91 mit den Basiszonen Kontakt machen. Die Basiszonen können je durch ein Fenster hindurch, wie dies beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Fall ist, oder durch mehrere Fenster hindurch kontaktiert sein, die z. B. an entgegengesetzten Seiten der Halbleiterinscl liegen können. Die Emitterzone 83 des Transistors T₇₀ ist mit der Metalleitbahn 95 verbunden, die zum elektrischen Eingang des Speichers gehört. Über die Leitbahn 96, die an der Stelle des Fensters 81 mit der Kollektorzone 80 des Transistors 7}₈ Kontakt macht, können Ausgangssignale abgenommen werden.

Ein Teil der Oberfläche der Kollektcrzone 80 wird durch eine weitere Oberflächenzone 92, 93 bzw. 94 eingenommen, die vom gleichen Leitungstyp wie die Basiszonen 85 bis 87 ist Jede der weiteren Oberflächenzonen 92,93 und 94 nimmt auch einen Teil der Oberfläche der betreffenden Basiszone 85,86 bzw. 87 ein, wodurch die weiteren Oberflächenzonen mit der betreffenden Baiszone galvanisch verbunden sind.

Zur Erläuterung zeigt F i g. 11 einen gemäß der strichpunktierten Linie XI-XI der Fig. 10 gelahrten Schnitt durch den Transistor T₇O, wobei entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Der Transistor T₇O enthält einen Halbleiterkörper, der durch ein Substrat 100 aus z. B. p-leitendem Silicium und eine auf diesem angebrachte epitaktische Schicht 85 aus η-leitendem Silicium gebildet wird, wobei eine Emitterzone 83 und eine Kollektorzone 80, die beide aus p-leitendem Silicium bestehen, sich von der gleichen Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper hinein erstrekken, wobei sie innerhalb des Halbleiterkörpers durch eine Basiszone 85 umgeben sind. Gemäß der Erfindung wird ein Teil der Oberfläche der Kollektorzone durch eine weitere Oberflächenzone 92 eingenommen, die vom gleichen Leitungstyp ist wie die Basiszone 85 und galvanisch mit dieser verbunden ist

Die Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers ist mit einer Isolierschicht 102 überzogen, in der die Fenster 81, 84 und 91 angebracht sind, in denen Metalleitbahnen 82, 95 und 88 die Kollektorzone 80, die Emitterzone 83 bzw. die Basiszone 85 kontaktieren. Ferner kann zur Verringerung von Serienwiderstand in der Basiszone 85 ein niederohmiger Teil 103, der in F i g. 11 als eine gestrichelt gezeichnete Schicht dargestellt ist und vom gleichen Leitungstyp ist wie die Basiszone 85, jedoch einen niedrigeren spezifischen Widerstand hat, vorgesehen sein.

Die an Hand der Fig. 10 und 11 beschriebene Vorrichtung weist eine besonders kompakte Struktur mit einem einfachen Leitbahnmuster auf. Ferner erstrecken sich die Leiterbahnen 82, welche die Emitterzonen 83 des einen Transistors mit der Kollektorzone 80 des nächstfolgenden Transistors verbinden, nur auf einer sehr kurzen Strecke unmittelbar über der Kollektorzone 80 dieses einen Transistors, wodurch die parasitären Emitter-Kollektor-Kapazitäten, über die ein elektrisches Übersprechen stattfinden kann, sehr klein sind.

Auch tritt die parasitäre Substraktkapazität bei dieser Ausführungsform zwischen den Basiselektroden der Transistoren und dem Substrat auf, was schaltungstechnisch günstiger ist als wenn sie zwischen den Kollektorelektroden und dem Substrat auftritt, wie dies bei der Vorrichtung nach den F i g. 3,4 und 5 der Fall ist. Außerdem ist bei der Vorrichtung gemäß den F i g. 3, 4 und 5 die Emitter-Basis-Durchbruchspannung maßgebend für die höchstzulässige Spannung über den Speicherkapazitäten, wobei diese Durchbruchspannung bei doppeltdiffundierten Transistoren mit gutem Emitterwirkungsgrad nur wenige Volt beträgt. Dagegen ist beim Transistor gemäß Fig. 11 die Basis-Kollektor-Durchbruchspannung maßgebend, weil sie die niedrigste Durchbruchspannung ist, wobei diese Durchbruchspannung leicht höher als bei einem doppeltdiffundierten Transistor sein kann.

Ebenso wie die Kondensatorüberladungsvorrichtung gemäß den F i g. 3,4 und 5 kann die Vorrichtung gemäß

1/

den F i g. 10 und 11 völlig auf eine in der Halbleitertechnik übliche Weise hergestellt werden.

Die Struktur der Vorrichtung nach F i g. 3 läßt sich dadurch noch etwas kompakter gestalten, da3 die Leitbahnen 19 und 20 nicht völlig über den Isolierzonen 63, sondern teilweise über den Kollektorzonen derjenigen Transistoren, deren Basiszone mit der betreffenden Leitbahn verbunden ist, angebracht werden. Die Isolierzonen 63 können in diesem Fall schmaler ausgebildet werden, ohne daß zusätzliche parasitäre Kapazitäten, über die ein elektrisches Übersprechen stattfinden kann, zwischen den Leitbahnen 19 und 20 und Kollektorzonen von Transistoren, die nicht nut der betreffenden Leitbahn verbunden sind, eingeführt werden. Ferner können kürzere oder längere Transistorfolgen Anwendung finden, wobei erforderlichenfalls die Verluste, die im wesentlichen dadurch verursacht werden, daß der Verstärkungsfaktor der Transistoren kleiner als 1 ist, durch Zwischenschaltung eines oder mehrerer Ladungsverstärker ausgeglichen werden können. Auch können mehrere Transistorfolgen parallel geschaltet werden, wobei ein gemeinsamer Eingang und/oder ein gemeinsamer Ausgang verwendet werden kann. Ferner können übliche Abtastkreise und/oder Ausgangskreise benutzt werden, die ebenso wie die etwaigen Ladungsverstärker ganz oder teilweise zusammen mit dem Kondensatorspeicher integriert werden können. Diese und weitere Möglichkeiten der Schaltung sind bereits im Patent 15 41 954 erwähnt worden.

Auch können als Eingangssignale nicht nur elektrische, sondern auch andersartige, z. B. Elektromagnetische, Signale Anwendung finden. Es kann z. B. die Photoempfindlichkeit des Kollektor Basis-Übergangs ausgenutzt werden, wobei es wichtig ist, daß die Photoempfindlichkeit dieses pn-Übergangs bei einem Transistor mit erhöhter Kollektor-BasLs-Kapazität infolge des Vorhandenseins der zweiten, zusätzlichen Zone bzw. der weiteren Oberflächenzone gesteigert ist.

Diese gesteigerte Photoempfindlichkeit hängt nicht nur mit den größeren Flächeninhalt des pn-Überganges, sondern auch mit der Tatsache zusammen, daß ein Teil dieses pn-Überganges, d. h. der Teil zwischen der zusätzlichen Zone und der Basiszone bzw. zwischen der weiteren Oberflächenzone und der Kollektorzone, sich in einem geringeren Abstand von der Halbleiteroberfläche befindet, als beim Fehlen einer derartigen zweiten zusätzlichen Zone bzw. weiteren Oberflächenzone der Fall wäre.

Die Transistoren können sowohl npn- als auch pnp-Transistoren sein, während auch andere übliche Geometrien, Isolierverfahren und Materialien benutzt werden können. Auch können Transistoren mit erhöhter Kollektor-Basis-Kapazität in einem üblichen Gehäuse untergebracht und als Bauelemente, z. B. in Kondensatorspeichern, oder als Millerintegrator verwendet werden. Dabei können die Isolierzonen entfallen und et kann z. B. ein niederohmiges Halbleitersubstrat vom gleichen Leitungstyp wie die Kollektorzo-

jo ne Anwendung finden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1. Patentansprüche:

   J. Kondensatorüberladungsvorrichtung für ein Schieberegister, welche aufeinanderfolgende, in gleicher Weise aufgebaute Stufen mit je einem Kondensator und einem Transistor aufweist, wobei der Kondensator jeder Stufe an der Kollektorelektrode des Transistors angeschlossen und über -die Kollektor-Emitter-Strecke dieses Transistors mit dem Kondensator der vorangehenden Stufe verbunden ist und die Basiselektroden der Transistoren mit einer Schaltspannungsquelle verbunden sind, bei der nach Patent 15 41 954 die Basiselektroden der Transistoren (T_n) der aufeinanderfolgenden Stufen zum Empfangen einer das fortschreitende Oberladen steuernden Schaltspannung in an sich bekannter Weise mit unterschiedlichen Schaltspannungen der Schaltspannungsquelle (Su 5?, S3...) verbunden sind und in jeder Stufe der von der Kollektor-Emitter-Strecke abgekehrte Anschluß des Kondensators fCy mit der Basiselektrode des Transistors (T„,)dieser Stufe verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren ^77als bipolare Transistoren ausgebildet sind, deren Kollektor-Basiskapazitäten die Kondensatoren (C) bilden, wobei die Basiselektroden der Transistoren mit dem elektrischen Eingang bzw. den elektrischen Eingängen für die Steuersignale verbunden sind.
2. 2. Kondensatorüberladungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiselektroden einer Anzahl von Transistoren der Folge galvanisch miteinander verbunden sind, wobei.diese Anzahl von Transistoren keine zwei aufeinanderfolgenden Transistoren enthält.
3. 3. Kondensatorüberladungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge von Transistoren mindestens zwei aufeinanderfolgende aneinandergrenzenden Gruppen mit je der gleichen Anzahl von aufeinanderfolgenden Transistoren enthält, wobei die Basiselektroden derjenigen Transistoren, die zu verschiedenen Gruppen gehören, aber in ihrer Gruppe die gleiche Ordnungszahl tragen, galvanisch miteinander verbunden sind.
4. 4. Kondensatorüberladungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone (51) mindestens eines der Transistoren der Folge eine Oberflächenzone ist, von der ein erster Oberflächenteil durch die Emitterzone (52) und ein zweiter Oberflächenteil durch eine zweite Zone (53) eingenommen wird, wobei die zweite Zone, die vom gleichen Leitungstyp wie die Emitterzone ist, galvanisch mit der an diese Basiszone grenzenden Kollektorzone (4) verbunden ist.
5. 5. Kondensatorüberladungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone (51) mit einem Anschlußleiter (16) versehen ist, der an einer zwischen der Emitterzone (52) und der zweiten Zone (53) liegenden Stelle die Basiszone kontaktiert.
6. 6. Kondensatorüberladungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zone (53) wenigstens ein Drittel der Oberfläche der Basiszone (51) einnimmt.
7. 7. Kondensatorüberladungsvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone (51) einen dicken

   (51a^und einen dünnen {5\b)Tt\\ aufweist, wobei die zweite Zone (53) wenigstens einen Oberflächenteil des dicken Teiles (51a,) der Basiszone einnimmt (F ig. 9).
8. 8. Kondensatorüberladungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorzone (4) außer einem hochohmigen Teil einen niederohmigen Teil (4a) enthält, welcher niederohmige Teil sich wenigstens teilweise unter dem dicken Teil (Slander Basiszone (51) erstreckt.
9. 9. Kondensatorüberladungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der niederohmige Teil (4a) der Kollektorzone (4) an den dicken Teil (51 ajder Basiszone (51) grenzt
10. 10. Kondensatorüberladungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterzonen einer Anzahl von Transistoren der Folge, deren Basiselektroden galvanisch miteinander verbunden sind, sich in einer gemeinsamen Halbleiterinsel (85) erstrecken, wobei die Halbleiterinsel eine gemeinsame Basiszone für die Transistoren bildet, während die Emitter- (83) und Kollektorzonen (80) in Form von Oberflächenzonen angebracht sind.
11. 11. Kondensatorüberladungsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Oberfläche der Kollektorzone (80) mindestens eines der Transistoren der Folge durch eine weitere Oberflächenzone (92) eingenommen wird, die vom gleichen Leitungstyp ist wie die Basiszone und galvanisch mit ihr verbunden ist.
12. 12. Schaltungsanordnung mit einer Kondensatorüberladungsvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Emitter (30) eines oder mehrerer Transistoren der Folge Eingangssignale zugeführt werden können, und ein Ausgangskreis (D) vorhanden ist, um dem Kollektor mindestens eines Transistors der Folge elektrische Signale zu entnehmen, wobei mit Hilfe mindestens einer Schaltspannungsquelle (S\) den Basiselektroden der Transistoren der Folge Steuersignale zugeführt werden, die Transistoren der Folge zum Weitergeben von Ladung in den leitenden Zustand bringen, wobei die angrenzenden Transistoren jedes leitenden Transistors der Folge nichtleitend sind.