DE2508833C3 - Charge-coupled semiconductor device based on the bucket-chain principle - Google Patents

Description

undand

g 10¹⁸ Atome cm"g 10 ¹⁸ atoms cm "

N_D< N_c.N _D <N _c .

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Störstellenkonzentration Ns des Quellenbereichs (2) der MOS-Feldeffekttransistoren (Γι-Γ\> der Bedingung N_s~Nd y genügt. 2. Semiconductor component according to claim 1, characterized in that the impurity concentration Ns of the source region (2) of the MOS field effect transistors (Γι-Γ \> satisfies the condition N _s ~ Nd y.

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Die Erfindung betrifft ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement nach dem Eimerkettenprinzip entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs i,The invention relates to a charge-coupled semiconductor component according to the bucket chain principle according to the preamble of claim i,

Es sind ladungsgekoppelte Halbleiterbauelemente dieser Art bekanntgeworden, die so ausgelegt sind, daß ein Teil einer Signalladung, die in einem der Speicherkondensatoren gespeichert ist, von diesem auf den nächsten übergeführt wird (vgl. z. B. Philips Technische Rundschau, 31 Jahrg., 1970/71, Nr. 4, S. 97 bis 111).There are charge coupled semiconductor components of this type become known which are designed so that a part of a signal charge, which is stored in one of the storage capacitors, from this the next is transferred (see e.g. Philips Technische Rundschau, 31 year, 1970/71, No. 4, p. 97 to 111).

Ein solches Bauelement eignet sich zur Verwendung als Verzögerungsleitung, Schieberegister usw.Such a component is suitable for use as a delay line, shift register, etc.

Bei einem solchen Bauelement wird die in einem der Speicherkondensatoren (dieser Kondensator wird als der erste Kondensator bezeichnet) gespeicherte Signalladung von dieser durch den auf ihn folgenden MOS-Feldeffekttransistor an den nächsten Speicherkondensator (dieser wird als der zweite Kondensator bezeichnet) übergeführt. In diesem Fall ist es erwünscht, daß die gesamte Signalladung, die in dem ersten Kondensator gespeichert ist, auf den zweiten Kondensator übergeführt wird. Der Wirkungsgrad der Ladungsüberführung wird durch das Verhältnis zwischen der in dem ersten Kondensator gespeicherten Ladungsmenge und der auf den zweiten Kondensator übergeführten Ladungsmenge ausgedrückt. Ein Überführungswirkungsgrad von 1 bedeutet, daß die gesamte Signalladung von dem ersten Kondensator auf den zweiten Kondensator übergeführt ist.In such a component, the one in one of the storage capacitors (this capacitor is called the first capacitor denotes) signal charge stored by this through the one following it MOS field effect transistor to the next storage capacitor (this is called the second capacitor designated). In this case, it is desirable that all of the signal charge contained in the first Capacitor is stored, is transferred to the second capacitor. The efficiency of the charge transfer is given by the ratio between the amount of charge stored in the first capacitor and the amount of charge transferred to the second capacitor. A transfer efficiency of 1 means that the entire Signal charge is transferred from the first capacitor to the second capacitor.

Bei bekannten Bauelementen beträgt der Überfüh- (>s rungswirkungsgrad zwischen aufeinanderfolgenden Kondensatoren ungefähr 0,997 und ist somit relativ klein. Mit einer Abnahme des Ladungsüberführungswirkungsgrades nimmt das Signal/Stör-Verhältnis eines Ausgangssignals, dem die in dem Kondensator der letzten Stufe gespeicherte Signalladung zugrunde liegt, ab, verglichen mit dem Signal/Stör-Verhältnir eines an den Kondensator der ersten Stufe gegebenen Eingangs signals. Ferner wird durch ein Anwachsen der Anzahl von Kondensatoren das Signal/Stör-Verhältnis des Ausgangssignals ungünstig. Bei bekannten Bauelementen ist die Anzahl der Kondensatoren, mit denen ein Ausgangssignal mit einem vorgegebenen Signal/Stör-Verhältnis erreicht werden kann, sehr klein da der Ladungsübertragungswirkungsgrad relativ gering ist. Infolgedessen kann ein Ausgangssignal mit einem vorgegebenen Signal/Stör-Verhältnis nicht mit einem Bauelement erhalten werden, in dem eine große Anzahl von Kondensatoren vorliegt.In the case of known components, the overlap (> s The efficiency between successive capacitors is approximately 0.997 and is therefore relative small. As the charge transfer efficiency decreases, the signal-to-noise ratio decreases Output signal based on the signal charge stored in the capacitor of the last stage, compared to the signal / interference ratio of an the capacitor of the first stage given input signal. Furthermore, with an increase in the number of capacitors, the signal / interference ratio of the output signal is unfavorable. With known components is the number of capacitors with which an output signal with a given signal-to-noise ratio can be achieved, very small because the charge transfer efficiency is relatively low. As a result, an output signal with a given signal-to-noise ratio cannot match a Component can be obtained in which there is a large number of capacitors.

Der MOS-Feldeffekttransistor, der in einem solchen Halbleiterbauelement zum Überführen der Signaliadung von dem ersten Kondensator auf den zweiten verwendet wird, hat einen Quellen- und einen Senkenbereich. Diese Bereiche werden in einem Halbleitersubstrat eines ersten Leiterfähigkeitstyps durch Störstellendiffusion von der Hauptoberfläche her gebildet und haben den entgegengesetzten Leitfähig kuitstyp. Eine Isolierschicht befindet sich auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats. Auf der Isolierschicht ist eine Schauerelektrode Steuerelektrode ausgebildet, die der Fläche gegenüberliegt, die von dem Quell- und dem Senkenbereich begrenzt wird. Ein Kanal ist im Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats zwischen der Quelle und der Senke ausgebildet. Wenn eine Steuerspannung, die in Abhängigkeit von dem Potential des Halbleitersubstrats bestimmt wird, an die Steuerelektrode angelegt wird, kehrt sich der Kanal vom ersten Leitfähigkeitstyp zum zweiten Leitfähigkeitstyp um.The MOS field effect transistor, which is used in such a semiconductor component to transfer the signal charge used from the first capacitor to the second has a source and a Sink area. These areas are in a semiconductor substrate of a first conductivity type formed by impurity diffusion from the main surface and have the opposite conductivity kuit type. An insulating layer is located on the main surface of the semiconductor substrate. On the Insulating layer is formed a shower electrode control electrode, which is opposite to the surface of the Source and sink area is limited. A channel is in the surface area of the semiconductor substrate formed between the source and the sink. When a control voltage, which is determined depending on the potential of the semiconductor substrate, to the Control electrode is applied, the channel is reversed from the first conductivity type to the second conductivity type around.

Die in dem ersten Kondensator gespeicherte Signalladung wird dadurch zu dem zweiten Kondensator gebracht, daß ein Strom durch den Senketibereich, den Kanal und den Quellenbereich des Transistors fließt, und zwar in dieser angegebenen Reihenfolge, in diesem Fall nimmt die Spannung, die aufgrund des Potentials des Halbleitersubstrats bestimmt worden ist, in dem Zeitintervall, wenn die Sigp.aüadung überführt wird, ab, d. h., ihr absoluter Wert verringert sich. Eine solche Spannungsänderung im Senkenbereich verringert die Weite einer Sperrschicht des PN-Überganges, die zwischen dem Senkenbereich und den Kanal ausgebildet ist, in diesem Zeitintervall. Ferner wird durc!; die Größenänderung der Sperrschicht die effektive Länge des Kanals vergrößert. Wenn die Dicke der Sperrschicht an der Seite des Kanals, die Spannung des Senkenbereichs und die Störstellenkonzentrationen des Kanals und des Senkenbereiches mit W_c, V_n Nc bzw. No bezeichnet werden, wird die Dicke Wc der Sperrschicht angegeben durchThe signal charge stored in the first capacitor is brought to the second capacitor in that a current flows through the Senketi region, the channel and the source region of the transistor in this specified order, in which case the voltage due to the potential of the increases Semiconductor substrate has been determined, in the time interval when the Sigp.aüadung is transferred, from, that is, its absolute value decreases. Such a voltage change in the drain region reduces the width of a barrier layer of the PN junction, which is formed between the drain region and the channel, in this time interval. Furthermore, byc !; changing the size of the barrier increases the effective length of the channel. When the thickness of the barrier layer on the side of the channel, the voltage of the drain region, and the impurity concentrations of the channel and drain region are denoted by W _c , V _n Nc and No , respectively, the thickness Wc of the barrier layer is represented by

W₁. = F,(,V_t.,N_DVF₂0·',,). W ₁ . = F, (, V _t ., N _D VF ₂ 0 · ',,).

wobei die Funktion Fi (Nc, Nd) durch folgende Gleichung ausgedrückt wird:where the function Fi (Nc, Nd) is expressed by the following equation:

FAN,.N,,)FAN, .N ,,)

! JV,-! JV, -

(2)(2)

und wobei F2 ( Vd) eine Funktion von Vd ist.and where F2 ( Vd) is a function of Vd .

Wenn man die Längenänderung der effektiven Länge les Kanals mit AL bezeichnet, erhält man eine der Gleichung(1) entsprechende Form:If one denotes the change in length of the effective length of the canal with AL , one obtains a form corresponding to equation (1):

IL = F₁(N^N_n)-F₂(V₀) IL = F ₁ (N ^ N _n ) -F ₂ (V ₀ )

(3)(3)

and ferner die effektive Kanallänge mit Le, und mi* L₀ jie Kanallänge, bevor eine Längenänderung aufgetreten ist, so erhr.lt man folgende Beziehung:and furthermore the effective channel length with Le, and mi * L _{0 for the} channel length before a change in length has occurred, the following relationship is obtained:

IL.IL.

(4)(4)

Wenn die effektive Kanallänge L_E gleich L₀ ist, d. h., wenn die effektive Kanallänge nicht von der Kanallänge zu Beginn der Überführung der Signalladungen abweicht, ist der Überführungswirkungsgrad größer als in dem Fall, in dem die effektive Kanallänge LEwährend des Zeitintervalls, währenddessen die ibignalladung überführt wird, langer wird. In entsprechender Weise geht man davon aus, daß in dem Fall, in dem die effektive Kanallänge L_E langer als L₀ innerhalb des Zeitintervalls wird, daß bei der Überführung der Signalladung ein Verlust verglichen mit dem Fall, in dem die effektive Kanallänge L_E gleich L₀ ist, auftritt Wenn man den Verlust mit ε bezeichnet, kann er in folgender Form ausgedrückt werden:If the effective channel length L _{E is} equal to L ₀ , that is, if the effective channel length does not deviate from the channel length at the beginning of the transfer of the signal charges, the transfer efficiency is greater than in the case in which the effective channel length LE during the time interval during which the signal charge is convicted, will be longer. Correspondingly, it is assumed that in the case in which the effective channel length L _E becomes longer than L ₀ within the time interval, there is a loss in the transfer of the signal charge compared with the case in which the effective channel length L _{E is} equal to L ₀ , occurs If the loss is denoted by ε, it can be expressed in the following form:

Bei den bekannten Ladungsgekoppelten Halbleiterbauelementen nach dem Eimerkettenprinzip gelten für die Störstellenkonzentrationen N_D und N_c des Senkenbereichs und des Kanals normalerweise folgende Beziehungen:In the known charge-coupled semiconductor components based on the bucket-chain principle, the following relationships normally apply to the impurity concentrations N _D and N _{c of} the drain region and the channel:

N₀ >N ₀ >

N_n » N_c . N _n » N _c .

(6a) (6b)(6a) (6b)

Bezeichnet man mit Ns die Störstellenkonzentration des Quellenbereichs, so ergibt sich für die Störstellenkonzentrationen Ns und Nc im allgemeinen folgende Beziehungen:If the impurity concentration of the source area is denoted by Ns, the following relationships generally result for the impurity concentrations Ns and Nc:

> ΙΟ¹⁸ Atome-em"³ .> ΙΟ ¹⁸ atoms-em " ³ .

(6c) (6d)(6c) (6d)

Daher kann man die Gleichung (2) in folgender Annäherung ausdrücken:Therefore equation (2) can be expressed in the following approximation:

₁(c₀) ₁ (c ₀ ) =.=.

l N_c l N _c

Für die Gleichung (3) ergibt sich somit:For equation (3) we get:

.\L~ -L=-F₁(V₀).. \ L ~ -L = -F ₁ (V ₀ ).

\'N_C \ 'N _C

AL in der Gleichung (8) wird im folgenden mit AL-, bezeichnet. AL in equation (8) is hereinafter referred to as AL-.

Wenn die Störstellenkonzentrationen Nd und /Vc des Senkenbereichs und des Kanals der folgenden Beziehung gehorchenWhen the impurity concentrations Nd and / Vc of the drain region and the channel obey the following relationship

N₀ < N_c . (9)N ₀ < N _c . (9)

lrann man die Gleichung (3) unter Berücksichtigung der Gleichung (2) in folgender Weise ausdrücken:One ran the equation (3) taking into account the Express equation (2) in the following way:

IL =IL =

(10)(10)

AL in Gleichung (10) wird im folgenden mit AL₂ bezeichnet. AL in equation (10) is referred to as AL ₂ in the following.

Man erhält für AL, d.h. AL\ bei bekannten Vorrichtungen in bezug auf AL, das durch die Gleichung (10) ausgedrückt wird, d. h. A L₂ folgende Beziehung:For AL, ie AL \ in known devices with respect to AL, which is expressed by equation (10), ie AL _{2, the} following relationship is obtained:

IL₁ =IL ₁ =

IL,.IL ,.

In Gleichung (11) sind die Gleichungen (8) und (10) berücksichtigt. Da der Ausdruck unter der Wurzel der Gleichung (11) größer als 1 ist ist AL\ größer als AL₂. Unter Berücksichtigung von Gleichung (5) bedeutet dies, daß bei den bekannten Bauelementen ein großer Verlust verglichen mit einem Bauelement, das die Gleichung (9) erfüllt, auftritt. Infolgedessen ist bei den bekannten Bauelementen der Wirkungsgrad der Signalladungsüberführung klein. Wegen eines solch geringen Überführungswirkungsgrades beträgt der Wirkungsgrad der Signalladungsüberführung bei bekannten Bauelementen ungefähr 0,997, wie es bereits erwähntEquations (8) and (10) are taken into account in equation (11). Since the expression under the root of equation (11) is greater than 1, AL \ is greater than AL ₂ . In consideration of equation (5), this means that the known components have a large loss compared with a component which satisfies the equation (9). As a result, the efficiency of the signal charge transfer is low in the known components. Because of such a low transfer efficiency, the signal charge transfer efficiency in known devices is approximately 0.997, as mentioned earlier

-o worden ist.-o has been.

Bei den bekannten Bauelementen wurden Versuche dahingehend durchgeführt, daß für Nc ein Wert ausgewählt worden ist, um sich dem vonIn the case of the known components, tests have been carried out to the effect that a value has been selected for Nc in order to be different from that of

Nd > 10¹⁸ Atome -cm"³ Nd> 10 ¹⁸ atoms -cm " ³

zu nähern, wobei die Beziehung Nd > Nc aufrechterhalten wurde.with the relationship Nd> Nc maintained.

Bei einer solchen Maßnahme wird AL durch obige Gleichung (10) ausgedrückt AL für diesen Fall wird im folgenden mit AL\' bezeichnet. Entsprechend ist in dem Fall, in dem der Wert Nc sich dem von Nd nähert wobei die Beziehung Nd > Nc aufrechterhalten wird, AL\ kleiner als in dem Fall des obenerwähnten ALu jedoch größer als obiges AL₂. Wenn man für N_c einen Wert wählt, um sich dem von N_D > 10¹⁸ Atome -cm-³ zu nähern, wobei die Beziehung Nd > Nc aufrechterhalten wird, nimmt der Wert von Nc auch entsprechend zu. jedoch ist es notwendig, den Leitfähigkeitstyp des Kanals während der Übertragung der Signalladung umzukehren. Es muß nämlich eine Inversionsschicht gebildet werden.In such a measure, AL is expressed by the above equation (10). AL in this case is hereinafter referred to as AL \ ' . Accordingly, in the case where the value Nc approaches that of Nd while maintaining the relationship of Nd> Nc , AL \ is smaller than in the case of the above-mentioned ALu but larger than the above AL ₂ . If one chooses a value for N _c to approach that of N _D > 10 ¹⁸ atoms -cm- ³ , while maintaining the relationship Nd> Nc, the value of Nc also increases accordingly. however, it is necessary to reverse the conductivity type of the channel during the transfer of the signal charge. Namely, an inversion layer must be formed.

Wenn man den kleinsten Wert, d. h. den Schwellenwert einer Spannung, die an die Steuerelektrode zur Ausbildung einer solchen Inversionsschicht gelegt wird, mit Vth bezeichnet nimmt dieser Schwellenwert mit der Zunahme der Störstellenkonzentration N_c des Kanals zu. In dem Fall, in dem man die Störstellenkonzentration Nc so auswählt, daß sie sich derjenigen Nd mit einem Wert größer als 1O¹⁸ Atome - cm-³ nähert, wobei die Beziehung Nd > Nc aufrechterhalten wird, ist es notwendig, die an die Steuerelektrode angelegte Spannung zu erhöhen.If the smallest value, ie the threshold value of a voltage which is applied to the control electrode to form such an inversion layer , is denoted by Vth, this threshold value increases with the increase in the impurity _{concentration N c of} the channel. In the case where the impurity concentration Nc is selected to approach that of Nd greater than 10 ¹⁸ atoms-cm ^-3 while maintaining the relationship of Nd> Nc , it is necessary to use that applied to the control electrode Increase tension.

Wenn die Störstellenkonzentration Nc sich der von Nd größer als 10¹⁸ Atome · cm-³ nähert, nimmt dieWhen the impurity concentration Nc approaches that of Nd larger than 10 ¹⁸ atoms · cm ^-3 , it decreases

C5 Durchbruchssparir.ur.g des PN-Üherganges zwischen dem Senkenbereich und dem Kanal mit einer Zunahme der Störstellenkonzentration N_c ab. Infolgedessen nimmt die Durchbruchsspannung, die eine der GrößenC5 Durchbruchssparir.ur.g of the PN transition between the sink area and the channel with an increase in the impurity concentration N _c . As a result, the breakdown voltage, which is one of the variables, increases

der Charakteristik des Bauelements ist, ab, wodurch die Charakteristik selbst beeinträchtigt wird.the characteristic of the component, thereby deteriorating the characteristic itself.

Wenn für die Störstellenkonzentration At des Kanals ein Wert von 10'⁸ Atome · cm"³ unter der Bedingung N_n > Nc ausgewählt wird, werden die Schwellenspannung Vm und die Druchbruchsspannung gleich groß, so daß eine Überführung der Signalladung nicht langer erreicht werden kann.If the impurity concentration At of the channel is selected to be 10 ' ⁸ atoms · cm " ³ under the condition of N _n > Nc , the threshold voltage Vm and the breakdown voltage become equal, so that transfer of the signal charge can no longer be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement nach dem Eimerkettenprinzip anzugeben, bei dem ein verglichen mit bekannten Bauelementen höherer Überführungswirkungsgrad der Signalladung vorliegt. Ferner soll das Signal/Stör-Verhältnis eines Ausgangssignals, verglichen mit dem entsprechenden Verhältnis des Eingangssignals, nicht wesentlich beeinflußt sein und ein Ausgangssignal mit einem vorgegebenen Signal/Stör-Verhältnis selbst bei der Verwendung von vielen Kondensatoren zu erhalten sein. Hierbei sollen weder die an die Steuerelektrode des MOS-Feldeffekttransistors angelegte Schwellenspannung erhöht, noch die Durchbruchspannung des PN-Überganges zwischen dem Senkenbereich und dem Kanal eines jeden MOS-Feldeffekttransistors erniedrigt werden müssen.The invention is based on the object of providing a charge-coupled semiconductor component according to the To indicate the bucket chain principle, in which a compared with known components there is a higher transfer efficiency of the signal charge. Furthermore, this should The signal / interference ratio of an output signal, compared with the corresponding ratio of the input signal, cannot be significantly influenced and a Output signal with a given signal-to-noise ratio even when using many Capacitors to be obtained. In this case, neither should the control electrode of the MOS field effect transistor applied threshold voltage increases, nor the breakdown voltage of the PN junction between the drain area and the channel of each MOS field effect transistor must be lowered.

Die Aufgabe wird bei einem ladungsgekoppelten Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.The object is achieved in the case of a charge-coupled semiconductor component of the type mentioned at the beginning solved by the measures specified in the characterizing part of claim 1.

Da bei dem erfindungsgemäßen Bauelement die Signalladungsüberführung groß ist, ist das Signa'./Stör-Verhältnis des Ausgangssignals relativ zu dem des Eingangssignals verglichen mit bekannten Bauelementen wesentlich günstiger.Since the signal charge transfer is large in the component according to the invention, the signal / interference ratio is of the output signal relative to that of the input signal compared to known components much cheaper.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.Embodiments of the invention are described below with reference to the drawings.

F i g. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels.F i g. 1 shows a schematic cross section of a first exemplary embodiment.

F i g. 2 zeigt ein Diagramm der Beziehungen der Störstellenkonzentrationen des Senkenbereichs, des Kanals und des Quellenbereichs eines MOS-Feldeffekttransistors. F i g. Fig. 2 is a diagram showing the relationships of the impurity concentrations of the drain region, des Channel and the source area of a MOS field effect transistor.

F i g. 3 zeigt Kurven, um den Wirkungsgrad der Ladungsübertragung, zu erklären.F i g. 3 shows curves to explain the charge transfer efficiency.

Fig.4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels.Fig.4 shows a schematic cross section of a second embodiment.

Fig.5 zeigt einen schematischen Querschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels.5 shows a schematic cross section of a third exemplary embodiment.

Bei dem gemäß F i g. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist eine Reihe von MOS-Feldeffekttransistoren Γι. Ti, Tz--. Tfj vorhanden, die in einem P-Typ Halbleitersubstrat 1 ausgebildet sind. Der Transistor T₁ (;'=1, 2, 3 ... N) hat einen N-Typ Quellen- und Senkenbereich 2 und 3, die in dem Halbleitersubstrat ΐ ausgebildet sind, beispielsweise durch Diffusion von dessen Hauptoberfläche her. Der Oberflächenbereich des Substrats 1, der von dem Quellen- und Senkenbereich 2 bzw. 3 begrenzt wird, bildet einen Kanal 4. Die Hauptoberfläche des Substrats 1 ist mit einer isolierenden Schicht 5 wie z. B. Siliconnitrid oder Siliccnoxyd bedeckt. Eine Steuerelektrode 6 ist auf der isolierenden Schicht 5 an der Stelle, die dem Kanal 4 entspricht, angeordnet. Ein Speichenkondensator Ci verbindet den Senkenbereich 3 und die Steuerelektrode 6 des Transistors T,. jedoch ist zwischen dem Senkenbercich und der Steuerelektrode 6 des Transistors T)v kein Speieherkondensator vorhanden. Der Senkenbereich lies Transistors T, und der Qucllenbcrcich 2 desIn the case of the FIG. 1 illustrated first embodiment is a number of MOS field effect transistors Γι. Ti, Tz--. Tfj formed in a P-type semiconductor substrate 1. The transistor T ₁ (; '= 1, 2, 3 ... N) has an N-type source and drain region 2 and 3 which are formed in the semiconductor substrate ΐ, for example by diffusion from its main surface. The surface area of the substrate 1, which is delimited by the source and drain area 2 and 3, respectively, forms a channel 4. The main surface of the substrate 1 is covered with an insulating layer 5 such as, for. B. silicon nitride or Siliccnoxyd covered. A control electrode 6 is arranged on the insulating layer 5 at the point which corresponds to the channel 4. A spoke capacitor Ci connects the drain region 3 and the control electrode 6 of the transistor T 1. however, there is no storage capacitor between the sink area and the control electrode 6 of the transistor T) v. The drain area read transistor T, and the source area 2 of the

I] , ι sind über eine Leitung I], ι are over one line

verbunden. Gemäß Fig. 1 sind der Kondensator C, und die Leitung L^₄ ο mit dem Senkenbereich 3 des Transistors Τ, verbunden. Bei einem prakdschen Ausführungsbeispiel wird ein Fenster in der isolierenden Schicht 5 an einer Stelle gebildet, die dem Senkenbereich 3 des Transistors T, entspricht. Eine leitende Schicht wird aufgebracht, die mit dem Senkenbereich 3 durch das Fenster verbunden ist und sich über die isolierende Schicht 5 erstreckt, wobei ein Anschluß des Kondensators C, mit der leitenden Schicht in Verbindung steht.connected. According to FIG. 1, the capacitor C and the line L ^ ₄ ο are connected to the drain region 3 of the transistor Τ . In a practical exemplary embodiment, a window is formed in the insulating layer 5 at a point which corresponds to the drain region 3 of the transistor T 1. A conductive layer is applied, which is connected to the drain region 3 through the window and extends over the insulating layer 5, one terminal of the capacitor C 1 being connected to the conductive layer.

Das andere Ende der Leitung L·^ ₊;) ist in gleicher Weise mit dem Quellenbereich 2 des Transistors 7/ + i verbunden.The other end of the line L · ^ ₊ ;) is connected in the same way to the source region 2 of the transistor 7 / + i.

Unter der Annahme, daß N eine gerade Zahl ist, sind die Steuerelektroden 6 der Transistoren 7Ί, T3... T/v -1 miteinander und mit einem Anschluß eines ersten Taktimpulsgebers Ui verbunden. In ähnlicher Weise sind die Steuerelektroden 6 der Transistoren Ti, Ta .... T_n miteinander und mit einem Anschluß eines zweitenAssuming that N is an even number, the control electrodes 6 of the transistors 7Ί, T3 ... T / v -1 are connected to one another and to one terminal of a first clock pulse generator Ui . In a similar way, the control electrodes 6 of the transistors Ti, Ta .... T _n are connected to one another and to a connection of a second

zo Taktimpulsgebers U2 verbunden. Die anderen Anschlüsse der Impulsgeber Ui und UI sind an dem Halbleitersubstrat 1 angeschlossen. Zwischen dem Quellenbereich 2 des Transistors ΤΊ der ersten Stufe und dem Substrat 1 ist eine Gleichspannungsquelle 10 für eine Vorspannung über einen Widerstand 11 angeschlossen. Ein Signalgeber 12 wird über einen Kondensator 13, der gleichspannungsmäßig trennt, angeschlossen. zo clock pulse generator U2 connected. The other connections of the pulse generators Ui and UI are connected to the semiconductor substrate 1. A DC voltage source 10 for a bias voltage is connected via a resistor 11 between the source region 2 of the transistor ΤΊ of the first stage and the substrate 1. A signal generator 12 is connected via a capacitor 13, which separates in terms of DC voltage.

Zwischen dem Senkenbereich 3 des Transistors Tn der letzten Stufe und dem Substrat 1 ist eine Gleichspannungsquelle 14 über einen Arbeitswiderstand 15 angeschlossen. Ein Ausgangsanschluß 16 führt von dem Senkenbereich 3 des Transistors T_n fort. Wenn von dem Signalgeber 12 kein Signal abgegeben wird, sind die Kondensatoren Q bis Cn-i auf ihren Anfangswert aufgeladen. In diesem Fall werden die Kondensatoren Q bis C_n -, durch Taktimpulse CP1 und CP 2, die von den Taktimpuisqueilen Ui und U 2 abgegeben werden und positiv und zueinander um 180" phasenverschoben sind, nacheinander über den Arbeitswiderstand 15 von der Gleichspannungsquelle 14 in der Richtung von der Seite des Transistors T_n zum Transistor Ti aufgeladen.A DC voltage source 14 is connected via a load resistor 15 between the drain region 3 of the transistor Tn of the last stage and the substrate 1. An output terminal 16 leads from the drain region 3 of the transistor T _n . If no signal is emitted by the signal generator 12, the capacitors Q to Cn-i are charged to their initial value. In this case, the capacitors Q to C _n -, by clock pulses CP 1 and CP 2, which are emitted by the Taktimpuisqueilen Ui and U 2 and are positive and phase shifted by 180 ", one after the other via the load resistor 15 from the DC voltage source 14 in the direction charged from the side of the transistor T _n to the transistor Ti.

Das Aufladen des Kondensators CW-1 wird in folgender Weise erreicht. Der an die Steuerelektrode 6 des Transistors Tn gelangende Taktimpuls CP2bewirkt daß der Kanal 4 des Transistors Tn seinen Leitertyp vor P zu N umkehrt, wodurch ein Strom von dei Gleichspannungsquelle 14 durch den Arbeitswiderstanc 15 und den Senkenbereich 3, den Kanal 4 und dei Quellenbereich 2 des Transistors T_n hinfließt, wodurcl der Kondensator C,v-i aufgeladen wird. Der Kondensa tor Ce(e-2, 3... ν-2) wird in folgender Weise aufgelader Durch Anlegen der Taktimpulse CP1 an die Steueret.Charging of the capacitor CW-1 is achieved in the following manner. The clock pulse CP2 reaching the control electrode 6 of the transistor Tn causes the channel 4 of the transistor Tn to reverse its conductor type before P to N , whereby a current from the DC voltage source 14 through the operating resistance 15 and the sink area 3, the channel 4 and the source area 2 of the The transistor T _n flows in, whereby the capacitor C, vi is charged. The capacitor Ce (e-2, 3 ... ν-2) is charged in the following way: By applying the clock pulses CP 1 to the control.

trode 6 des Transistors Tc₊1 fließt ein Strom aufgnin der in dem Kondensator Ct₊1 gespeicherten Ladvin von diesem Kondensator durch den Senkenbereich, de Kanal und den Quellenbereich 3, 4 bzw. 2 dt Transistors T_t+, zum Kondensator CV, um diesetrode 6 of the transistor Tc ₊ 1 flows a current aufgnin the _{stored in the capacitor Ct +} 1 Ladvin from this capacitor through the drain area, the channel and the source area 3, 4 or 2 dt transistor T _{t +} , to the capacitor CV to this

(* aufzuladen. Der Kondensator CV₁/.-1. in 1) wir dadurch aufgeladen, daß ein Strom von dem Kondens tor Cr₊ 1 aufgrund der in diesem gespeicherten Ladur durch Anlegen der Taktimpulse CP2 an die Stcuerelc trode 6 des Transistors T, , 1 fließt.(* to charge. The capacitor CV ₁ /.-1. in 1) is charged by a current from the capacitor Cr ₊ 1 due to the charge stored in it by applying the clock pulses CP2 to the control electrode 6 of the transistor T, , 1 flows.

(■s Unter der Voraussetzung, daß die Kondensatoren bis Cn-i auf ihren Anfangswert aufgeladen sind, flie ein Strom aufgrund der 1 .adung des Kondensators C_t der Seite der Signalquelk: 12, wenn ein negativ(■ s Assuming that the capacitors are charged to their initial value up to Cn-i, a current flows due to the 1st charge of the capacitor C _t on the signal source side: 12, if one is negative

Eingangssignal Sl von der Signalquelle 12 abgegeben wird, wenn der Taktimpuls CP1 anliegt. Dieser Strom fließt durch den Senkenbereich, den Kanal und den Quellenbereich 3, 4 bzw. 2 des Transistors T\ entsprechend der Spannung des Signals St, um die Ladung von dem Kondensator C\ zu überführen, wodurch die Signalquelle 12 mit dem Element Ci verbunden wird. Beim Erzeugen eines Taktimpulses CP2 fließt aufgrund der Ladung des Kondensators C₂ ein Strom zur Seite des Kondensators Q durch den Senkenbereich, den Kanal und den Quellenbereich 3, 4 bzw. 2 des Transistors T₂, um die Ladung von dem Kondensator Cj zu überführen. Auf diese Weise wird die Ladung des Kondensators Ci zum Speichern auf den Kondensator Ci übergeführt. Der gleiche Vorgang läuft für jeden der folgenden Kondensatoren ab, wodurch die Signalladung schließlich auf den Kondensator Cn-\ übergeführt und dort gespeichert wird. Wenn an die Steuerelektrode 6 des Transistors T* ein Taktimpuls CP 2 gegeben wird und der Kondensator Cn-\ von der Spannungsquelle 14 über den Widerstand 15, den Senkenbereich 3, den Kanal 4 und den Quellenbereich 3 des Transistors Tn aufgeladen wird, erhält man die in dem Kondensator Cn_i gespeicherte Signalladung aufgrund des Ladestroms für den Kondensator Cv-1 als Spannungsabfall am Widerstand 15. Infolgedessen erhält man ein Ausgangssignal S2 am Ausgang 16 mit einer Spannung, die dem des Eingangssignals Sl entspricht.Input signal Sl is emitted from the signal source 12 when the clock pulse CP 1 is applied. This current flows through the drain region, the channel and the source region 3, 4 and 2 of the transistor T \ corresponding to the voltage of the signal St to transfer the charge from the capacitor C \ , whereby the signal source 12 is connected to the element Ci . When a clock pulse CP 2 is generated, due to the charge on the capacitor C _2, a current flows to the side of the capacitor Q through the drain region, the channel and the source region 3, 4 and 2 of the transistor T ₂ in order to transfer the charge from the capacitor Cj . In this way, the charge on the capacitor Ci is transferred to the capacitor Ci for storage. The same process takes place for each of the following capacitors, whereby the signal charge is finally transferred to the capacitor Cn- \ and stored there. If a clock pulse CP 2 is given to the control electrode 6 of the transistor T * and the capacitor Cn- \ is charged from the voltage source 14 via the resistor 15, the drain region 3, the channel 4 and the source region 3 of the transistor Tn , the The signal charge stored in the capacitor Cn_i due to the charging current for the capacitor Cv-1 as a voltage drop across the resistor 15. As a result, an output signal S2 is obtained at the output 16 with a voltage which corresponds to that of the input signal S1.

Die vorgehende Beschreibung des Aufbaus und der Arbeitsweise entspricht im wesentlichen dem bekannten eingangs genannten ladungsgekoppeiten Halbleiterbauelement und wird daher im folgenden nicht weiter im einzelnen beschrieben.The preceding description of the structure and the mode of operation corresponds essentially to the known initially mentioned charge-coupled semiconductor component and will therefore not be discussed further below described in detail.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung gehorchen jedoch die Störstellenkonzentrationen Nd und Nc des Senkenbereichs 3 und des Kanals 4 der oben beschriebenen MOS-Feldeffekttransistoren T₁ folgenden Bedingungen:In the exemplary embodiment of the invention, however, the impurity concentrations Nd and Nc of the drain region 3 and the channel 4 of the MOS field effect transistors T ₁ described above obey the following conditions:

N₀ <; 10¹⁸ Atome cm ~"³ , (12a)N ₀ <; 10 ¹⁸ atoms cm ~ " ³ , (12a)

N„<N_C. (12b) N "<N _C. (12b)

In Praxi gehorchen die Beziehungen der Störstellenkonzentrationen No und Nc den diagrammartig in F i g. 2 dargestellten Beziehungen:In practice, the relationships of the impurity concentrations No and Nc obey the diagram in FIG. 2 relationships shown:

Nf < N ι, g IO¹⁸ Atome -cm"³ . (13a) Nf <N ι, g IO ¹⁸ atoms -cm " ^3. (13a)

N₁ < Nc g l()²⁰Atomc · cm ³ , (13b)N ₁ < Nc gl () ²⁰ atomc cm ³ , (13b)

N„<N_r. (13c) N "<N _o . (13c)

worin /V, die Ladungskonzentration eines ursprünglichen Halbleiters bedeutet, der einen Wert von ungefähr 10¹⁰ Atome ■ cm⁵ bei Zimmertemperatur hat. Der obere Grenzwert 10¹⁸ Atome ■ cm' der Störstellenkonzentration Nn in der Gleichung (12a) oder (13a) hängt von dem Wert der Störstellenkonzcntration N₍-ab. Wenn man für N_c einen Wert oberhalb von 10¹⁸ Atome · cm¹ aufgrund der Gleichung (12b) oder (13c) wählt, könnte der obere Grenzwert von Np entsprechend erhöht werden. In einem solchen Fall jedoch wird tier Schwellenwert Vm der an die Steuerelektrode 6 des Transistors Ti gelegten Spannung genau so groß oder größer als die Durchbruchsspannung des PN-Übcrgan-Kcs zwischen dem Senkenbereich 3 und dem Kanal 4 des Transistors Ti, wodurch eine Signalladungsüberführung unmöglich gemacht wird.where / V, means the charge concentration of an original semiconductor which has a value of about 10 ¹⁰ atoms · cm ⁵ at room temperature. The upper limit value 10 ¹⁸ atoms · cm 'of the impurity concentration Nn in the equation (12a) or (13a) depends on the value of the impurity concentration N ₍ - . If one for N _{c is} a value above 10 ¹⁸ atoms · cm ¹ due to the If equation (12b) or (13c) is selected, the upper limit value of Np could be increased accordingly. In such a case, however, the threshold value Vm of the voltage applied to the control electrode 6 of the transistor Ti is exactly as large or greater than the breakdown voltage of the PN- Transfer-Kcs between the drain region 3 and the channel 4 of the transistor Ti, as a result of which a signal charge transfer is made impossible.

Daher wird der obere Grenzwert der Störstellenkonzentration Np durch die Gleichung (12a) oder (13a) angegeben. Andererseits hängt der obere Grenzwert 10²⁰ Atome · cm-³ der Störstellenkonzentration Nc in der Gleichung (13b) von der Durchbruchsspannung der Isolierschicht 5 zwischen der\ Kanal 4 und der Steuerelektrode 6 des Transistors Ti ab. Wenn die Isolierschicht 5 beispielsweise aus SiO₂ mit einer Dicke von ungefähr 1000 A hergestellt wird, wie es gewöhnlich der Fall ist, beträgt die maximal mögliche Feldstärke an der isolierenden Schicht 5 ungefähr 6 χ 10⁶ Volt/cm. Der Schwellenwert Vth der an die Steuerelektrode 6 angelegten Spannung steigt mit einer Erhöhung der Störstellenkonzentration Nc an. Wenn der obere Grenzwert der Störstellenkonzentration N_c ungefähr 10²⁰ Atome · cm-³beträgt,erhält man einen Schwellenwert V_TH von ungefähr 200 Volt. Die Feldstärke, der die Isolierschicht 5 ausgesetzt ist, wenn der Schwellenwert Vth ungefähr 200 Volt beträgt, ist 2xlO⁷ Volt/cm. Mithin hängt der obere Grenzwert der Störstellenkonzentration Λ/cvon der maximal möglichen Feldstärke in der isolierenden Schicht 5 ab, so daß dieser Wert unterhalb von 10²⁰ Atome · cm~³ in Übereinstimmung mit der Güte der im allgemeinen verwendeten isolierenden Schicht 5 liegt.Therefore, the upper limit value of the impurity concentration Np is given by the equation (12a) or (13a). On the other hand, the upper limit value 10 ²⁰ atoms · cm ^{-3 of} the impurity concentration Nc in the equation (13b) depends on the breakdown voltage of the insulating layer 5 between the channel 4 and the control electrode 6 of the transistor Ti. If the insulating layer 5 is produced, for example, from SiO ₂ with a thickness of approximately 1000 Å, as is usually the case, the maximum possible field strength at the insulating layer 5 is approximately 6 × 10 ⁶ volts / cm. The threshold value Vth of the voltage applied to the control electrode 6 increases with an increase in the impurity concentration Nc . When the upper limit of the impurity concentration N _{c is} about 10 ²⁰ atoms · cm ^-3 , a threshold value V _TH of about 200 volts is obtained. The field strength to which the insulating layer 5 is subjected when the threshold value Vth is approximately 200 volts is 2x10 ⁷ volts / cm. The upper limit value of the impurity concentration Λ / c therefore depends on the maximum possible field strength in the insulating layer 5, so that this value is below 10 ²⁰ atoms · cm ^-3 in accordance with the quality of the insulating layer 5 that is generally used.

Vorzugsweise haben die Störstellenkonzentrationen Λ/ο und Nc folgende Beziehungen: The impurity concentrations Λ / ο and Nc preferably have the following relationships:

2 χ 10¹³AtOIiIe-cnr³<; N_n^ 5 χ 10¹⁶ Atome · cm" \2 10 ¹³ AtOIiIe-cnr ³ <; N _n ^ 5 χ 10 ¹⁶ atoms · cm "\

(14a)(14a)

10¹⁶Atome-crrT³ ^N_c ^ 1O¹⁹AtOiTIe-cm"³. (14b)10 ¹⁶ Atoms-crrT ³ ^ N _c ^ 1O ¹⁹ AtOiTIe-cm " ^3. (14b)

■V|>■ V |>

(14c)(14c)

Wenn man den Transistor Γ, in dem Halbleitersubstrat 1 mit bekannten Verfahren herstellt, erhält man bei Einhaltung der Gleichungen (14a) bis (14c) folgende Eigenschaften, einen Schwellenwert Vth unterhalb von 50 Volt, eine Durchbruchsspannung zwischen dem Senkenbereich 3 und dem Kanal 4 des Transistors T)- von mehr als 20 Volt und einem über 0,99 liegender Wirkungsgrad für die Signalladungsüberführung.If the transistor Γ in the semiconductor substrate 1 is manufactured using known methods, the following properties are obtained if equations (14a) to (14c) are adhered to , a threshold value Vth below 50 volts, a breakdown voltage between the drain region 3 and the channel 4 of the Transistor T) - of more than 20 volts and an efficiency of over 0.99 for the signal charge transfer.

Besonders günstig sind Störstellenkonzentrationer /Vpiind Nc die die folgenden Beziehungen genügen: Impurity concentrations / Vpiind Nc which satisfy the following relationships are particularly favorable:

10^u Atome ■ cm ³ g N₁, S 10"'Atome · cm \ (15a)10 ^u atoms ■ cm ³ g N ₁ , S 10 "'atoms · cm \ (15a)

H)¹⁷Atome ■ cm "³ S N,- g 10¹⁸ Atome ■ cm"³. (15b)H) ¹⁷ atoms ■ cm " ³ SN, - g 10 ¹⁸ atoms ■ cm" ³ . (15b)

N₁₁ < N₁-. (!5<:lN ₁₁ < N ₁ -. (! 5 <: l

Hält man die Beziehungen ein, die durch cli Gleichungen (15a) bis (15c) gegeben sind, so erhält ma für den Schwellenwert Vn/ eine Spannung von wenigeIf you keep the relationships established by cli Equations (15a) to (15c) are given, then ma obtains a voltage of a few for the threshold value Vn /

(,o als 10 Volt, eine Durchbruchsspannung über 50 Volt un einen Signalladungsübertragtingswirkungsgrad ve mehr als 0,999, wenn der Transistor T, in dei Halbleitersubstrat 1 durch normale Verfahren hcrgi stellt worden ist.(, o than 10 volts, a breakdown voltage above 50 volts and a signal charge transfer efficiency ve more than 0.999 when the transistor T 1 is placed in the semiconductor substrate 1 by normal methods.

ds Für die Wahl der Störstellenkonzcntration Ns cli Quellcnbcreichs 2 des Transistors T, geht man aus von:For the selection of the impurity concentration Ns cli source area 2 of the transistor T, one starts from:

N.N.

(IM(IN THE

vorzugsweise von Wertenpreferably of values

10¹²AtOiTIe-cm-³ ^ N₅^ 10¹⁷AtOmC · cm"³ (17)
und von besonders günstigen Werten wie10 ¹² AtOiTIe-cm- ³ ^ N ₅ ^ 10 ¹⁷ AtOmC · cm " ³ (17)
and of particularly favorable values such as

10¹⁴AtOnIe · cm'³ ^ N_s ^ 10¹⁶AtOmC · cm"-¹. (18)10 ¹⁴ AtOnIe · cm ' ³ ^ N _s ^ 10 ¹⁶ AtOmC · cm "- ^1. (18)

In Praxi wird die Störstellenkonzentration Ns so bestimmt, daß Nd~ Ns- In practice, the impurity concentration Ns is determined so that Nd ~ Ns-

Die Beziehung Nd< Nc, von der bei der vorliegenden Erfindung ausgegangen wird, ist zu der N_D> Nc bei bekannten Bauelementen vollkommen verschieden. Man erhält dadurch eine ausgezeichnete Wirkung verglichen mit den bekannten Bauelementen.The relationship Nd <Nc, which is assumed in the present invention, is completely different from the N _D > Nc in known components. This gives an excellent effect compared with the known components.

In dem Fall, in dem die von dem Kondensator G-1 gespeicherte Ladung auf den Kondensator Q übergeführt wird, wie es beschrieben wurde, wird die absolute Spannung Vc über den Kondensator G in dem Zeitintervall, in dem die Ladung übergeführt wird, kleiner als vor der Ladungsüberführung. Eine solche Änderung der Spannung Vc über den Kondensator Q bewirkt eine solche Änderung der Spannung Vo des Senkenbereichs 3 des Transistors T_h daß ihr Wert Vds vor der Überführung der Signalladung auf den Kondensator Q auf einen Wert Vde nach der Übertragung der Signalladung auf den Kondensator G innerhalb des Zeitintervalls verringert wird, wie es in F i g. 3 dargestellt ist. Ferner bewirkt die Änderung der Spannung Vc über den Kondensator G-1 eine solche Änderung, daß eine Spannung Vs des Quellenbereichs 2 des Transistors T,- in gleicher Weise von dem Wert V_Ss vor der Signalladungsübertragung auf den Kondensator G auf einen Wert V_Se nach der Signalladungsübertragung auf den Kondensator G innerhalb des Zeitintervalls ansteigt, wie es in F i g. 3 zu ersehen ist. In F i g. 3 jedoch sieht man, daßIn the case where the charge stored by the capacitor G-1 is transferred to the capacitor Q as described, the absolute voltage Vc across the capacitor G in the time interval in which the charge is transferred becomes smaller than before the transfer of cargo. Such a change in the voltage Vc across the capacitor Q causes such a change in the voltage Vo of the drain region 3 of the transistor T _h that its value Vds before the transfer of the signal charge to the capacitor Q to a value Vde after the transfer of the signal charge to the capacitor G is decreased within the time interval, as shown in FIG. 3 is shown. Furthermore, the change in the voltage Vc across the capacitor G-1 causes such a change that a voltage Vs of the source region 2 of the transistor T, - likewise changes from the value V _S s before the signal charge transfer to the capacitor G to a value V _S After the signal charge transfer to the capacitor G, e increases within the time interval, as shown in FIG. 3 can be seen. In Fig. 3, however, one can see that

werden. Wenn AL bei einem bekannten Bauelement der Beziehung (8) und AL bei dem erfindungsgemäßen Bauelement mit AL\ bzw. ALa bezeichnet werden, ergibt sich der Zusammenhang gemäß Gleichung (11). Der Verlust (im folgenden als ει bezeichnet) wird bei einem bekannten Bauelement gegeben durch:will. If AL in a known component of the relationship (8) and AL in the component according to the invention are denoted by AL \ and ALa , the relationship results from equation (11). The loss (hereinafter referred to as ει) is given in a known component by:

-F(Vo), ^Lo-F (Vo), ^L o

(19)(19)

da die Änderung AL durch die Gleichung (8) ausgedrückt wird. Der Verlust (im folgenden als E^ bezeichnet) bei dem erfindungsgemäßen Bauelement wird angegeben durch:since the change AL is expressed by the equation (8). The loss ( hereinafter referred to as E ^ ) in the component according to the invention is given by:

(20)(20)

1 +1 +

da die Änderung AL durch die Gleichung (10) ausgedrückt wird. Man erhält daher folgende Beziehung: since the change AL is expressed by the equation (10). The following relationship is therefore obtained:

(21)(21)

1 +1 +

Da das erfindungsgemäße Bauelement die Gleichungen (12a) und (12b) berücksichtigt, ist der Wert dei Gleichung (21) kleiner als 1. Das bedeutet aber, daß dei Wirkungsgrad für die Signalladungsübertragung be dem erfindungsgemäßen Bauelement wesentlich oberhalb der einem bekannten Bauelement liegt Ferner wire dadurch impliziert, daß der Wert Vde der Spannung V_L gemäß F i g. 3 sich dem Wert Vss und der Wert Vse dei Spannung Vs dem Wert V_Ds nähert, was in stärkeren-Maße dem Idealfall entspricht.Since the component according to the invention takes into account equations (12a) and (12b), the value of equation (21) is less than 1. However, this means that the efficiency for the signal charge transfer in the component according to the invention is significantly above that of a known component thereby implies that the value Vde of the voltage V _L according to FIG. 3 approaches the value Vss and the value Vse of the voltage Vs _{approaches the value V D} s, which corresponds to a greater extent to the ideal case.

Bei einem Versuch, bei demIn an attempt where

LL.

und daß C = G-1 = G, worin Q,_ ι die von dem Kondensator G-1 gespeicherte Signalladung und Γ die Kapazität der Kondensatoren G/und G-1 bedeutet.and that C = G-1 = G, where Q, _ ι the signal charge stored by the capacitor G-1 and Γ the capacitance of the capacitors G / and G-1.

Wenn der Wirkungsgrad der Signalladungsübertragung von dem Kondensator G-1 auf den Kondensator d ideal ist, erreicht V_De den Wert von Vss. und V_St: erreicht den Wert von Vds. Der Unterschied V_Dt— V_Ss zwischen Vde und Vss oder die Differenz Vas— Vsi: zwischen Vds und Vst: entspricht einem Verlust von Signalladungen während der Überführung. Die Änderung der Spannung Vd, die in der F i g. 3 dargestellt ist, bewirkt eine Abnahme der Dicke der Sperrschicht des PN-Überganges zwischen dem Senkenbereich 3 und dem Kanal 4 des Transistors T/. Die Dicke HV der Sperrschicht auf der Seite des Kanals 4 wird durch die Gleichung (1) angegeben, wie es vorhergehend beschrieben worden ist. Die effektive Länge L/_:des Kanals 4 wird durch die obige Gleichung (4) angegeben, durch die eine Kombination des Wertes L₀ vor der Ladungs- <*> übertragung mit der Änderung AL dargestellt ist. Die Zunahme der effektiven Kanallänge Le von L₀ um AL kann als ein Übertragungsverlust der Signalladung betrachtet werden, wie es durch die Gleichung (15) dargestellt ist. (^If the efficiency of the signal charge transfer from the capacitor G-1 on the capacitor is ideal d, V e _D reaches the value of Vss. and V _S t: reaches the value of Vds. The difference V _D t - _{V S} s between Vde and Vss or the difference Vas - Vsi: between Vds and Vst: corresponds to a loss of signal charges during the transfer. The change in voltage Vd shown in FIG. 3, causes a decrease in the thickness of the barrier layer of the PN junction between the drain region 3 and the channel 4 of the transistor T /. The thickness HV of the barrier layer on the channel 4 side is given by the equation (1) as previously described. The effective length L / _{: of} the channel 4 is given by the above equation (4), which represents a combination of the value L ₀ before the charge <*> transfer with the change AL . The increase in the effective channel length Le from L ₀ by AL can be regarded as a transfer loss of the signal charge as shown by equation (15). (^

Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement wird AL durch die Gleichung (10) ausgedrückt, da die Beziehungen der Gleichungen (12a) und (12b) berücksichtigtIn the device of the present invention, AL is expressed by the equation (10) because the relationships of the equations (12a) and (12b) are taken into account

= 3 χ 10¹⁷Atome ■ cm-³ = 3 χ 10 ¹⁷ atoms ■ cm- ³

Ns = 3 χ 10¹⁵AtOiTIe · cm-³ Ns = 3 χ 10 ¹⁵ AtOiTIe · cm- ³

betrug, lag der Wert AL unterhalb von ¹Ao von dem be bekannten Bauelementen, und der Wirkungsgrad dei Signalladungsübertragung lag oberhalb von 0,999.was, the value AL was below ¹ Ao of the known devices, and the efficiency of the signal charge transfer was above 0.999.

Bei dem erfindungsgemäßen Bauelement kann dei Wert der Störstellenkonzentration N₀ des Senkenbe reichs 3 verringert werden, während die Beziehungei der Gleichungen (12a) und (12b) aufrechterhaltei werden. Dadurch wird die Durchbruchsspannung de PN-Übergangs zwischen dem Senkenbereich 3 und den Kanal 4 verglichen mit bekannten Bauelemente! angehoben.In the device of the present invention, the value of the impurity _{concentration N 0 of} the sink region 3 can be decreased while maintaining the relationship of the equations (12a) and (12b). As a result, the breakdown voltage of the PN junction between the drain area 3 and the channel 4 is compared with known components! raised.

Bei einem Versuch, bei demIn an attempt where

N( = 3 χ l0¹⁷Atome ■ cm ^J N (= 3 χ l0 ¹⁷ atoms ■ cm ^J

N/, = Ns = 3 χ 10^|r> Atome ■ cm ^] N /, = Ns = 3 χ 10 ^{| r} > atoms ■ cm ^]

betrug, lag der Wert obiger Durchbruchsspannung be ungefähr 100 Volt, mithin um lOmal höher als dl Durchbruchsspannung, die man bei bekannten Bauele menten erhält.was, the value above the breakdown voltage was be about 100 volts, therefore, to ten times higher than dl receives breakdown voltage obtained with known elements Bauele.

Ferner wird bei dem erfindungsgemäßen Bauelemen der Wirkungsgrad der Signalladungsübertragung merk lieh erhöht, verglichen mit derjenigen bei bekannte! Bauelementen, weil die Beziehungen der Gleichungei (12a) und (12b) berücksichtigt werden, so daß der WerFurthermore, the efficiency of the signal charge transfer is noted in the structural elements according to the invention borrowed increased compared to that from known ones! Components because the relationships of equations (12a) and (12b) are taken into account, so that the who

der Störstellenkonzentration Mrdes Kanals 4 verringert werden kann. Dadurch wird der Minimalwert, das heißt der Schwellenwert VV//, der an die Steuerelektrode 6 zum Ausbilden der Inversionsschicht im Kanal 4 während der Übertragung der Signalladungen angelegten Spannung verringert. Infolgedessen ist es nicht notwendig, die Spannung der Taktimpulse CPl oder CP 2 zu erhöhen, die an die Steuerelektrode 6 angelegt wird.the impurity concentration Mr of the channel 4 can be reduced. This reduces the minimum value, that is, the threshold value VV //, of the voltage applied to the control electrode 6 for forming the inversion layer in the channel 4 during the transfer of the signal charges. Consequently, it is not necessary to increase the voltage of the clock pulses CP CPL or 2, which is applied to the control electrode. 6

Bei dem in Fig.4 dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen die Teile jenen der F i g. 1 und tragen die gleichen Bezugszahlen bzw. Bezugsbuchstaben. Eine genauere Beschreibung erübrigt sich. Der Speicherkondensator C, und die Leitung L^₊1 j des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 1 sind hier nicht vorhanden. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Senkenbereich 3 des Transistors T₁ und der Quellenbereich 2 des Transistors T)₊ \ anders als beim Transistor Tn und so ausgebildet, daß eine durchgehende Struktur erhalten wird. Die Steuerelektrode 6 des Transistors T, erstreckt sich über den Senkenbereich 3. Ein Speicherkondensator Ci, entsprechend dem Kondensator C₁ gemäß F i g. 1 ist mit einem Paar von Elektroden ausgebildet, die durch die Steuerelektrode 6 und den Senkenbereich 3 gebildet werden, wobei eine dielektrische Schicht durch die isolierende Schicht 5 zwischen der Steuerelektrode 6 und dem Senkenbereich 3 gebildet wird.In the exemplary embodiment shown in FIG. 4, the parts correspond to those in FIG. 1 and have the same reference numbers or letters. A more detailed description is not necessary. The storage capacitor C, and the line L ^ ₊ 1 j of the embodiment according to FIG. 1 are not available here. In the present exemplary embodiment, the drain region 3 of the transistor T ₁ and the source region 2 of the transistor T) ₊ \ are different from those of the transistor Tn and are designed in such a way that a continuous structure is obtained. The control electrode 6 of the transistor T extends over the drain region 3. A storage capacitor Ci, corresponding to the capacitor C ₁ according to FIG. 1 is formed with a pair of electrodes formed by the control electrode 6 and the drain region 3, and a dielectric layer is formed by the insulating layer 5 between the control electrode 6 and the drain region 3.

Bei einer solchen Bauweise ist der Kondensator C zwischen der Steuerelektrode 6 und dem Senkenbereich 3 des Transistors T₁ mit Ausnahme von Transistor T/v verbunden. Der Senkenbereich 3 des Transistors T₁ und der Quellenbereich 2 des Transistors T)₊1 sind miteinander wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 verbunden, so daß genau die gleiche Arbeitsweise wie bei diesem Ausführungsbeispiel erhalten wird.With such a construction, the capacitor C is connected between the control electrode 6 and the drain region 3 of the transistor T ₁ with the exception of the transistor T / v. The drain region 3 of the transistor T ₁ and the source region 2 of the transistor T) ₊ 1 are mutually similar as in the exemplary embodiment according to FIG. 1, so that exactly the same operation as in this embodiment is obtained.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 sind die Störstellenkonzentrationen No, Nc und Ns des Senkenbereichs 3, des Kanals 4 und des Quellenbereichs 2 des Transistors T) den gleichen Beziehungen unterworfen, wie jene bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1. Infolgedessen erhält man mit dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 die gleichen Ergebnisse, wie bei jenem gemäß Fig. 1.In this embodiment according to FIG. 4 too, the impurity concentrations No, Nc and Ns of the drain region 3, the channel 4 and the source region 2 of the transistor T) are subject to the same relationships as those in the embodiment according to FIG the embodiment according to FIG. 4 the same results as that of FIG. 1.

Bei dem in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind diejenigen Teile, die denen der F i g. 4 entsprechen mit den gleichen Bezugszahlen bzw. Bezugsbuchstaben bezeichnet, so daß eine ins einzelne gehende Beschreibung nicht notwendig ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine N-Typ-Schicht gebildet, beispielsweise durch epitaxiales Wachsen auf dem Halbleitersubstrat 1. P-Typ-Schichten sind an Stellen der N-Typ-Schicht von der Oberfläche ausgehend und sich in das Substrat 1 erstreckend ausgebildet. Der Oberflächenabschnitt einer jeden P-Typ-Schicht wird als Kanal 4 verwendet. Die zwischen aufeinanderfolgenden Kanälen 4 liegende N-Typ-Schicht wird in einen Senkenbereich 3 und einen Quellenbereich 2 aufgeteilt, die aneinanderstoßen.In the case of the FIG. 5 illustrated embodiment are those parts that correspond to those of FIG. 4 correspond with the same reference numbers or reference letters, so that a more detailed description is not necessary. In this embodiment, an N-type layer is formed, for example by epitaxial growth on the semiconductor substrate 1. P-type layers are in places of the N-type layer of starting from the surface and extending into the substrate 1. The surface section of each P-type layer is used as channel 4. The one between successive channels 4 N-type layer is divided into a drain area 3 and a source area 2 which abut each other.

Da diese Ausgestaltung genau derjenigen der Fig.4 entspricht, ist es selbstverständlich, daß man die gleiche Arbeits- und Wirkungsweise erhält, die bei der der F i g. 4 und 1 dadurch erhalten wird, daß die Störstellenkonzentrationen Na Nc und Ns der Bereiche 3,4 und 2 so ausgewählt werden, daß die Beziehungen, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 und infolgedessen auch bei dem gemäß F i g. 1 verwendet worden ist, berücksichtigt werden.Since this embodiment corresponds exactly to that of FIG. 4 and 1 is obtained in that the impurity concentrations Na, Nc and Ns of the regions 3, 4 and 2 are selected in such a way that the relationships established in the exemplary embodiment according to FIG. 1 has been used.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Ladungs gekoppeltes Halbleiterbauelement nach dem Eimerkettenprinzip mit einem Halbleitersubstrat, mit mehreren Speicherkondensatoren und MOS-Feldeffekttransistoren, die abwechselnd aufeinanderfolgend längs einer Reihe angeordnet und so untereinander und mit zwei Impuistaktieitungen verbunden sind, daß eine Menge von elektrischer Signalladung, die in einem der Speicherkondensatoren gespeichert ist, von diesem durch den auf ihn folgenden MOS-Feldeffekttriinsistor auf den darauffolgenden Speicherkonderisator überfahrt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Störstellenkonzentration Nodes Senkenbereichs (3) und die Siörstellenkonzentration Nc des Kanals (4) der MOS-Feldeffekttransistoren (Γι - Tm) folgenden Bedingungen genügen1. Charge-coupled semiconductor component according to the bucket-chain principle with a semiconductor substrate, with several storage capacitors and MOS field effect transistors, which are arranged alternately one after the other along a row and are connected to one another and to two pulse generator lines so that a quantity of electrical signal charge is stored in one of the storage capacitors is, is passed from this by the subsequent MOS field effect triinsistor to the subsequent storage capacitor, characterized in that the impurity concentration Nodes sink area (3) and the Siörstellenkonzentration Nc of the channel (4) of the MOS field effect transistors (Γι - Tm) following conditions suffice