NL8702484A

NL8702484A - Door een lading gekoppelde inrichtingen.

Info

Publication number: NL8702484A
Application number: NL8702484A
Authority: NL
Original assignee: Rca Corp
Priority date: 1971-01-14
Filing date: 1987-10-16
Publication date: 1988-02-01
Also published as: JPS5267279A; JPS556305B2; SE404639B; SE403206B; SE382879B; SE7500505L; JPS533208B1; CA1080847A; JPS559831B2; SE403205B; SE7500504L; JPS5267278A; JPS533209B1; SE7500506L; IT946550B

Description

A'v Λ * VO 9354

Door een lading gekoppelde inrichtingen.

De uitvinding heeft betrekking op door een lading gekoppelde inrichtingen en zij kan meer in het bijzonder worden toegepast op in serie werkende registers.

Het gebruik van door een lading gekoppelde inrichtingen is be-5 schreven door W.S. Boyle en G.D. Smith in een artikel getiteld "Charge Coupled Semiconductor Devices", Bell System Technical Journal, april 1970, biz. 5S7 en door G.F. Amelio, M.F. Tompsett, G.E. Smith in een artikel "Experimental Verification of the Charge Coupled Device Concept" biz. 593 van hetzelfde tijdschrift en in een artikel door M.F. Tompsett, 10 G.F. Amelio en G.E. Smith "Charge Coupled 8-Bit Shift Register",

Applied Physics Letters, deel 17, 3, blz. 111, augustus 1970 in welke artikelen door een lading gekoppelde halfgeleiderinrichtingen worden besproken. Ladingen worden opgeslagen in potentiaalputten, die aan het oppervlak van een halfgeleider tot stand zijn gebracht en spanningen 15 worden gebruikt om de ladingen langs dit oppervlak te verplaatsen. Meer in het bijzonder zijn deze ladingen minderheidsdragers, die zijn opgeslagen bij de silicium (Si)-silicium-dioxyde (Si02) scheidingsvlakken van MOS-condensatoren. Zij worden van de ene condensator naar de andere condensator op hetzelfde substraat overgebracht door de spanningen over 20 de condensatoren te manipuleren.

De uitvinding kan worden toegepast in een schakeling voorzien van een substraat van een halfgeleidermateriaal van het ene geleidings-type.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de 25 schakeling verder voorzien van een bron van ladingdragers en bevat een gebied van een ander geleidingstype, dat met de substraat in contact is, en organen, die zich dicht bij de bron bevinden voor het vormen van een potentiaalput in het substraat, waarin dragers van de bron kunnen vloeien. Verder is de schakeling voorzien van een orgaan, dat met de 30 bron is gekoppeld om de stroom ladingdragers vanuit de bron naar de potentiaalput te besturen, en organen om de bron in omgekeerde richting ten opzichte van het substraat voor te spannen.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de schakeling organen, die aanspreken op een enkele impuls voor ’ ' > \ ~ A.

w' 4. .. ' * % • t * -2- het tot stand brengen van een potentiaalput in het substraat, die aan de ene rand van de put aanzienlijk dieper is dan aan de tegenoverliggende rand van de put.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding is de scha-5 keling voorzien van een aantal rijen van een betrekkelijk dunne, isolerende laag, die op het substraat is gevormd, waarbij elke dergelijke rij een lengte van het substraat definieert, waarlangs ladingen moeten worden voortgeplant. Verder is de schakeling voorzien van een aantal elektrode-organen, die langs de lengte van de rij naast elkaar liggen. Elk derge-• 10 lijk orgaan brengt een asymmetrische potentiaalbron in het substraat tot stand, die aanzienlijk dieper is aan het gedeelte van de put, dat zich tegenover de gewenste richting bevindt, waarin het signaal zich langs de lengte van zijn rij voortplant dan het gedeelte van de put, dat van de gewenste richting is afgekeerd, waarin het signaal zich voortplant.

15 Verder is de schakeling voorzien van organen om de ene faze van een twee-fazeschuifspanning aan afwisselende elektrodeorganen van elke rij toe te voeren en de tweede faze van de schuifspanning aan de andere elektrodeorganen van elke rij toe te voeren.

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding 20 is de schakeling voorzien van eerste en tweede zich op een afstand van elkaar bevindende gebieden, die met het substraat contact maken, welke beide gebieden gevormd zijn uit een halfgeleidermateriaal van een gelei-dingstype, dat verschilt van dat van het substraat, organen om het eerste gebied op een zodanige potentiaal te houden, dat het beschikbaar 25 is als een acceptor van minderheidsladingdragers en een stuurelektrode, die zich op een afstand van het substraat bevindt en zich tussen de gebieden uitstrekt om de stroom minderheidsladingdragers vanuit het tweede naar het eerste gebied te besturen. Verder is de schakeling voorzien van organen, die met het substraat zijn gekoppeld om een minderheids-30 ladingdrager op het gedeelte van het substraat te plaatsen, waarop het tweede gebied zich bevindt, terwijl een uitgangsklem is verbonden met het tweede gebied, waaraan een signaal kan worden afgetast, en organen om een signaal aan de stuurelektrode van een aftastinrichting toe te voeren om een lading, die op het gebied aanwezig is, naar het eerste 35 gebied door te laten, waarna het tweede gebied wordt teruggesteld op een referentiespanningsniveau.

: * . - J.» -—- _ ________^________ 1-. 5 -3-

Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de schakeling voorzien van een tweetal, door een lading gekoppelde schuldregisters, organen om gelijktijdig ladingssignalen door een van de registers te verschuiven en complementen van deze ladingssignalen 5 door het andere der registers te verschuiven. Verder is de schakeling voorzien van een differentiële signaaldetector, die met de ene ingangs-klem met een trap van een van de registers is gekoppeld en met de andere ingangsklem met een overeenkomstige trap van het andere der schuif-registers.

10 Volgens een andere voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding is de schakeling voorzien van eerste en tweede zich op een betrekkelijk korte afstand van elkaar bevindende gebieden in het substraat, die van een tegengesteld geleidingstype zijn als het substraat, organen, die met het tweede gebied zijn gekoppeld teneinde in het substraat gedurende het 15 ene tijdinterval een geleidingsweg tot stand te brengen, die zich vanaf het tweede gebied naar een referentiespanningsbron (V+) uitstrekt om het tweede gebied op een referentiespanningsbron terug te stellen. Verder is een elektrodeorgaan gekoppeld met het tweede gebied en met het gedeelte van het substraat, dat zich uitstrekt tussen de eerste en tweede 20 gebieden, teneinde het eerste gebied gedurende een tweede tijdinterval naar een spaningsniveau terug te stellen.

Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding kan een lading met een grote snelheid vanuit een spanningsput in een substraat onder de ene elektrode naar een gebied van het substraat onder een aan-25 grenzende elektrode worden voortgeplant. Hierbij bevinden de elektroden zich op een afstand van elkaar, dié niet groter is dan de afstand van de elektroden ten opzichte van het substraat en wordt in het substraat onder de aangrenzende elektrode een verarmingsdiepte tot stand gebracht, die met de elektrodebreedte kan worden vergeleken.

30 De uitvinding zal nader worden beschreven onder verwijzing naar de tekeningen. Hierin tonen: fig. 1 schematisch, gedeeltelijk in blokvorm, en gedeeltelijk in doorsnede een gedeelte van het stelsel, waarin de uitvinding is toegepast; 35 fig. 2 en 3 blokschema's van verschillende stelsels, waarin de uitvinding is toegepast; v i * *» -4- ? & fig. 4 een doorsnede, die het ingangseinde van een schuifregister volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding laat zien; fig. 5 golfvormen, die in de schakeling van fig. 4 aanwezig zijn; fig. 6a - 6e potentiaalputten, die gevormd zijn in responsie op 5 verschillende spanningen, die aan de schakeling van fig. 4 zijn toegevoerd; fig. 7 schematisch in doorsnede een andere vorm van het ingangseinde van het stelsel, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 8 golfvormen, die gebruikt worden tijdens de werking van de 10. schakeling van fig. 7; fig. 9 een meer realistisch aanzicht in doorsnede door een gedeelte van een schuifregister volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding; fig. 10 een schematisch aanzicht in doorsnede door een andere 15 uitvoeringsvorm van een schuifregister, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 11 een meer realistisch aanzicht in doorsnede van de vorm van de uitvinding weergegeven in fig. 10; fig. 12 een aanzicht in doorsnede van een andere vorm van een 20 schuifregister, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 13 zowel golfvormen als spanningsputten en deze figuur wordt gebruikt bij het uiteenzetten van de "werking van de schakelingen van de fig. 9-12; fig. 14 een bovenaanzicht en gedeeltelijk schematisch aanzicht 25' van een twee-dimensionaal schuifregisterstelsel volgens een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding; fig. 15 en 16 doorsneden volgens de lijnen XV - XV respectievelijk XVI - XVI van fig. 14; fig. 17 een bovenaanzicht en gedeeltelijk schematisch aanzicht 30 van een andere vorm van een twee-dimensionaal schuifregisterstelsel, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 18 en 19 dwarsdoorsneden volgens de lijnen XVIII - XVIII respectievelijk XIX - XIX van fig. 17; fig. 20 een bovenaanzicht van een andere vorm van een schuif-35 register, waarin de uitvinding is toegepast; '% , ‘J, J -? I % -5- fig. 21 een bovenaanzicht van een gedeelte van een uit een aantal kanalen bestaand schuifregister, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 22 een doorsnede volgens de lijn XXII - XXII van fig. 21; fig. 23 een bovenaanzicht van een gedeelte van een andere vorm 5 van schuifregister, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 24 een doorsnede langs de lijn XXIV - XXIV van fig. 23; fig. 25 een bovenaanzicht van een gedeelte van een andere vorm van een schuifregister, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 26, 27 en 28 doorsneden volgens de lijnen XXVI - XXVI, 10 XXVII - XXVII respecteivelijk XXVIII - XXVIII van fig. 25; fig. 29 een schematische doorsnede door een vorm van een koppe-lingsconstructie, waarin de uitvinding is toegepast voor een drie-faze-schuifrsgisterstelsel, dat wil zeggen een constructievorm om het uit-gangseinde van het ene register met het ingangseinde van het tweede 15 register te koppelen; fig. 30 laat de ladingsvoortpianting zien in de schakeling van fig. 29; fig. 31 golfvormen, die in de schakeling van fig. 25 worden gebruikt; 20 fig. 32 een schematische doorsnede, die een andere vorm van een koppelingsconstructie laat zien, waarin de uitvinding is toegepast; nu voor een vier-fazeverschuivingsregisterstelsel; fig. 33 golfvormen, die gebruikt worden tijdens de werking van de schakeling van fig. 32; 25 fig. 34 een doorsnede van een andere vorm van een koppelings- keten, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 35 golfvormen, die gebruikt worden tijdens de werking van de schakeling van fig. 34; fig. 36 draagt ertoe bij de werking van de schakeling van fig. 34 30 nader uiteen te zetten; fig. 37 toont meer realistisch een andere vorm van een koppelings-keten, waarin de uitvinding is toegepast, nu een keten voor een vier-fazeverschuivingsstelsel; fig. 38 en 39 zijn doorsneden, die wijzigingen in de ingangs-35 keten van het ontvangende register van fig. 37 laten zien; V *-r -Jf » f 4 -6- fig. 40 een doorsnede van een andere vorm van een koppelings-keten, waarin de uitvinding is toegepast, welke keten gevoed wordt door een twee-fazespanningsbron; fig. 41 golfvormen, die tijdens de werking van de schakeling van 5 fig. 40 worden gebruikt; fig. 42 een bovenaanzicht, die laat zien hoe de schakeling van fig. 40 kan worden ontworpen; fig. 43 een doorsnede door een andere vorm van een koppelings-keten, die door een twee-faze-energievoeding wordt gevoed; 10‘ fig. 44 golfvormen, die gebruikt worden tijdens de werking van de schakeling van fig. 43; fig. 45 een bovenaanzicht, die laat zien hoe de schakeling van fig. 43 kan worden ontworpen; fig. 46 een blokvorm en schematische weergave van een andere 15 vorm van een koppelingsketen, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 47 een blokschema, dat een koppelingsketen voor een vorm van de schakeling, zoals weergegeven in fig. 21 laat zien; fig. 48 een dwarsdoorsnede en een schematische weergave van de daadwerkelijke constructie van de schakeling van fig. 47; 20 fig. 49 een schematische weergave van een andere vorm van de schakeling van fig. 47; fig. 50 een dwarsdoorsnede en schematische weergave van een andere vorm van een koppelingsketen, waarin de uitvinding is toegepast; fig. 51 een schematische weergave, die zowel een keten voor het . 25 koppelen van het uitgangseinde van het ene register met het ingangs- einde van het andere register als ingangs-uitgangsketens voor het stelsel laat zien; fig. 52a - h dragen ertoe bij een werkwijze voor het vervaardigen van de boven weergegeven stelsels nader uiteen te zetten.

30 Alvorens de uitvinding uitvoerig zal worden beschreven wordt eerst een gegeneraliseerde uiteenzetting van een volledig stelsel gegeven. Bij deze uiteenzetting wordt een in serie werkend geheugen, dat uit een aantal schuifregisters bestaat, en dat als een circulerend geheugen kan werken, als een voorbeeld gebruikt. Deze bespreking wordt gevolgd door 35 een meer uitvoerige bespreking van (1) het ingangseinde van het stelsel, (2) het midden van het stelsel, (3) de koppeling tussen de schuifregis- i * -7- ters van het stelsel, (4) het uitgangseinde van het stelsel, (5) algemene beschouwingen betreffende de uitvoering van de door een lading gekoppelde schuifketens, (6) beschouwingen omtrent de zeer snelle werking en (7) vervaardigingswerkwijzen.

5 Teneinde de illustratie te vergemakkelijken is het gemeenschappe lijke substraat 10 van fig. 1 in twee gedeelten weergegeven. Het substraat is gevormd uit een halfgeleider, bijvoorbeeld van n-type silicium. Andere alternatieven zijn mogelijk, die later zullen worden besproken. Sen dunne film isolerend materiaal, zoals een film gevormd uit 10 siliciumdioxyde (SiO^) wordt op de delen van het oppervlak van de half-geleidersubstraat aangebracht, waaronder de ladingssignalen zich verplaatsen. De daadwerkelijke dikte kan van 500 - 2000 & bedragen. De . overige gebieden van het siliciumoppervlak (niet weergegeven) kunnen bedekt worden met een laag SiO^ met een dikte van wellicht 10.000 A of 15 dikker.

Een aantal geleidende platen of elektroden 14-0, 14-1, 14-2 ...

14-(n+1) gevormd van een metaal, bijvoorbeeld aluminium zijn op de sili-ciumdioxydelaag geplaatst. Een bron van ladingdragers is in het substraat 10 en dicht bij het stuurplaat of elektrode 14-0 aangebracht, en 20 een ander orgaan dat voorzien is van een ladingdragerscollector, is in het substraat dicht bij de stuurplaat 14-(n+1) aangebracht. De bron en de organen zijn alleen als rechthoeken in fig. 1 weergegeven.

Hun werkelijke constructie is in volgende tekeningen weergegeven en wordt later besproken. De volledige constructie werkt als een schuif-25 register, op een wijze, die kort zal worden besproken.

Een tweede schuifregister gelijk aan het eerste is nabij het eerste schuifregister geplaatst. Het bevat een minderheidsdragersbron S^/ een aantal geleidende platen 16-0, 16-1, 15-2 enz., die op het sili- ciumdioxyde-oppervlak 12 zijn geplaatst en een orgaan C^, dat dezelfde 30 constructie en functie kan hebben als het orgaan C^, dat zich nabij de stuurplaat 16-(n+1) bevindt.

De uitgangsklem 18 van het eerste schuifregister is door een signaal regenererende keten verbonden met de ingangsketen van het tweede schuifregister. Deze signaal regenererende keten kan een enkele ver-35 binding tussen de twee registers, weergegeven door de onderbroken lijn 171 bevatten of kan in plaats hiervan een uitwendige keten zijn, die -8- r Λ door het blok 19 is weergegeven en die tussen de twee registers is gekoppeld. De uitgangsleiding 18-1 van het tweede schuifregister kan gekoppeld zijn met de ingangsklem van het volgende schuifregister (niet weergegeven). Deze koppeling kan tot stand worden gebracht op dezelfde 5 wijze als die welke reeds eerder werd besproken. Ook kan de uitgangsleiding 18-1 via een regenererende keten gekoppeld worden met de lading-dragersbron voor het verkrijgen van een circulerend geheugen. Als een derde alternatief of bovendien kan de uitgangsleiding 18-1 de uit-gangsklem van het stelsel zijn. Deze verscheidene alternatieven worden 10 onder verwijzing naar de fig. 2 en 3 in het kort besproken.

De informatie, geleverd aan het in serie werkende geheugen van fig. 1 kan van trap tot trap door een meervoudige voeding een 3, 4 of hoger-fazesignaal worden voortgeplant, doch bij voorkeur is het een 2-fazespanningsbron, aangezien hierdoor de constructie van het geheugen 15 compacter en onder bepaalde omstandigheden sneller kan zijn. Uit de aard der zaak wordt echter door-het gebruiken van een 2-fazespanningsbron geen signaalvoortplanting in één richting verkregen.

Verder bevat de inrichting van fig. 1 verscheidene gelijkspan-ningsvoorspanningsorganen. Deze zijn niet in fig. 1 weergegeven, doch 20 zijn in latere figuren weergegeven en hun functie zal worden besproken onder verwijzing naar deze figuren.

Alvorens de werking van de inrichting volgens fig. 1 te bespreken verdient het aanbeveling de algemene theorie van de werking van de door ladinggekoppelde inrichtingen te beschouwen. Indien een negatieve 2.5 spanningspuls aan een plaat of elektrode, zoals 14-2 wordt toegevoerd, wordt er een zogenaamd diep verarmingsgebied in het gedeelte van het n-type substraat gevormd, dat zich 'onmiddellijk onder deze elektrode bevindt. Met andere woorden stoot de toegevoerde negatieve spannings-puls-meerderheidsdragers, elektronen in het geval van een n-type sub-30 straat uit het oppervlak van het substraat rechtstreeks onder de elektrode, zoals 14-2. Hierdoor wordt een spanningsput aan het oppervlak van het n-type silicium gevormd, die overeenkomt met het geïnduceerde verarmingsgebied. De diepte van de potentiaalput is evenredig aan het kwadraat van de diepte van het verarmingsgebied. Hoe hoger de specifieke 35 weerstand van de substraat des te groter is de verarmingsdiepte voor een spanningspuls van een gegeven amplitude. Hoe dikker de laag silicium- J .·- * - -«Λ ' ·'· -i £ * -9- dioxyde onder de elektrode, des te ondieper is de verarmingsdiepte voor een gegeven spanningsamplitude, die aan de elektrode wordt toegevoerd.

Elke spanningsput, gevormd aan het oppervlak van het silicium-substraat, zal de neiging hebben minderheidsdragers te verzamelen (in dit 5 geval gaten). Indien van geen andere plaats beschikbaar, zullen zij vanuit het substraat zelf komen. In dit geval worden de dragers thermisch opgewekt en worden zij in hoofdzaak door een oppervlaktegeneratieproces geleverd. Zij vormen een inversielaag aan het oppervlak van het silicium-substraat, waarin de spanningsput wordt gevormd in een tijd in de orde 10 van grootte van één seconde. Met andere woorden, de potentiaalput, die onder de eleketrode in responsie op een negatieve spanningspuls tot stand wordt gebracht, wordt "natuurlijk" gevuld met minderheidsdragers.

De grootte van de lading, die in een dergelijke potentiaalput kan worden verzameld, is gelijk aan de lading die nodig is om het aantal daarvoor 15 "blootgelegde" onbeweegbare ionen (ionen, die daarvóór lading hebben opgegeven) in het diepe verarmingsgebied te vervangen plus de extra lading, verzameld in responsie op de capaciteit tussen het substraat en de elektrode.

In de voorkeursuitvoeringsvorm, weergegeven in fig. 1, is de ther-20 mische voortbrenging van ladingdragers niet afhankelijk van de lading, die in een potentiaalput als een signaal wordt ingevoerd. In plaats hiervan wordt een bron gebruikt, welke bron een zwaar gedoteerd p+ gebied kan hebben, gelegen in het substraat, zoals later uitvoeriger zal worden besproken. In responsie op een spanning V , toegevoerd aan de 25 stuurplaat 14-0, welke spanning negatiever is dan de bronpotentiaal en een negatieve spanning, toegevoerd aan de elektrode 14-1, waarvan de voorflank de achterflank van de spanning -V kan overlappen (of eenvoudig door het toevoeren van een spanningspuls aan de elektrode 14-0, die naar de tijd samenvalt met de spanning, toegevoerd aan de 30 elektrode 14-1) wordt een inversielaag gevormd tussen de bron en de potentiaalput, die ontstaan is onder de elektrode 14-1. Ladingdragers verplaatsen zich vanuit de bron door deze inversielaag of "kanaal" tot stand gebracht onder de elektrode 14-0 in de potentiaalput onder de elektrode 14-1 zeer snel in een tijd in de orde van grootte van ëén tot 35 tientallen nanoseconden met een geschikte uitvoering van de schakeling.

i λ -10-

De besturing van de doorgang van deze lading kan geschieden via de stuurplaat 14-0 en alternatief of bovendien kan de bron zelf worden gepulseerd, zoals in het kort zal worden besproken.

De opslag van de lading onder een elektrode of plaat kan de aan-5 wezigheid van een binair cijfer (bit) zoals "1" voorstellen. De afwezigheid van ladingdragers in het gebied van een substraat onder een elektrode kan de opslag van het bit "0" voorstellen. Andere alternatieven zijn eveneens mogelijk en zullen later in het kort worden beschreven.

In de inrichting volgens fig. 1 worden ladingen vanuit de ene 10 potentiaalput naar de volgende overgebracht, dat wil zeggen vanuit het gebied van het substraat onder de ene elektrode naar het gebied van de substraat onder de eerstvolgende aangrenzende elektrode en wel door meervoudige-fazespanningen. Met andere woorden, de overdracht vindt plaats onder de invloed van een elektrisch veld, dat een loopveld kan 15 worden genoemd. Een ander mechanisme, dat betrokken kan zijn bij de overdracht van lading vanuit "condensator” naar "condensator" (waarbij een condensator kan worden beschouwd te zijn een elektrode, zoals 14-1, het gebied van de n-type halfgeleidersubstraat onder deze elektrode en de siliciumdioxydelaag, die de twee scheidt) is diffusie, die in het ge-20 val van door lading gekoppelde inrichting normaal eveneens leidt tot een geïnduceerd loopveld. Zoals later in het kort zal worden besproken moet om zeer snel te werken de door lading gekoppelde keten zodanig worden uitgevoerd, dat zij onder de invloed van het loopveld in plaats van diffusie werkt.

25- Wanneer een lading de laatste elektrode 14-n van het schuifregis ter bereikt, kan zij worden afgetast en het gebruikte afgetaste signaal wordt gebruikt voor het besturen van de doorgang van de lading naar de ingangstrappen naar het eerstvolgende register. Bij de overdracht zijn betrokken een stuurplaat 14-(n+l) en de constructie in het orgaan C^.

30 De functie van het orgaan is de aanwezigheid van lading waar te nemen, die tot stand wordt gebracht door een spanningsniveau, dat het signaal in het tweede schuifregister kan regenereren en het ladings-signaal uit het eerste schuifregister kan verplaatsen. Bij wijze van voorbeeld kan een drijvende verbinding in worden gebruikt om een 35· signaal met de stuurplaat 16-0 te koppelen, teneinde het aan de bron al dan niet mogelijk te maken lading over te dragen naar het gebied ' /hi.

-11- t, * ónder de elektrode 16-1, wanneer een desbetreffende negatieve spannings-puls aan de plaat 16-1 vanuit de bron 20 wordt toegevoerd. Deze verbinding wordt weergegeven door de onderbroken lijn 171 of door 18, 19. In het eerstgenoemde geval is de verbinding zodanig, dat het complement 5 van het bit aanwezig bij 14-n naar het gebied onder 16-1 wordt overgedragen. In het laatstgenoemde geval kan hetzij het bit of zijn complement worden overgedragen. Dit alles zal later uitvoeriger worden besproken.

Fig. 2 toont schematisch een vorm, die een stelsel schuifregis-10 ters kan aannemen. De schuifregisters zijn met de einden aan elkaar verbonden via signaal regenererende ketens, zodat één grote ring wordt verkregen. Deze zijn bruikbaar in vele gegevens verwerkende toepassingen, zoals een grote capaciteit bezittende, in serie werkende geheugens en grote circulerende geheugens van dit type kunnen ook worden gebruikt 15 als verversingsgeheugens voor kathodestraalbuisweergaven; in communica-tietoepassingen en in video verwerkende toepassingen. Dè schakeling van fig. 2 is eveneens schematisch weergegeven als een invoer-uitvoerketen 20/ die voorzien is van organen voor het aannemen van nieuwe informatie en organen voor het leveren van uit te voeren informatie. Ketenbijzon-20 derheden zijn weergegeven en zullen later worden besproken.

Het stelsel van fig. 3 is op een verschillende wijze ingericht.

Kier vormt elk tweetal schuifregisters een ring, die afhankelijk van de afmeting van het schuifregister van bijvoorbeeld 32 - 256 bits kan opslaan. De signaal regenererende en stuurketens 21 kunnen voorzien zijn 25 van decodeerorganen, die aanspreken op de signalen op adreslijnen en stuurorganen, die aanspreken op signalen, aanwezig op de stuurlijnen.

De ketens kunnen van hetzelfde type zijn als gebruikt in een geheugen.

Zij kunnen worden gebruikt om het aflezen van de bits, opgeslagen in een lus mogelijk te maken. Als een alternatief kunnen de verscheidene 30 als een ring verbonden registers worden beschouwd analoog te zijn aan sporen van een trommelgeheugen en het parallel aflezen van de bits. Opgemerkt wordt, dat hier en in fig- 2 hoewel niet expliciet weergegeven, de meervoudige-fazespanningsbron vanzelfsprekend is opgenomen.

Ofschoon niet in het bijzonder genoemd in de volgende tekst kun-35 nen de te beschrijven door lading gekoppelde constructies en ketens eveneens worden toegepast in willekeurig toegankelijke, ladingopslaande • ,-** -12- 1 & geheugens en zelf afgetaste foto-aftaststelsels. Bij de laatstgenoemde toepassing kan het lichtsignaal (in plaats van een elektrische impuls) worden gebruikt als de ladingdragersbron voor het door lading gekoppelde schuifregister. In de twee-fazeconstructies die later uitvoerig zullen 5 worden beschreven kan het lichtingangssignaal worden toegevoerd aan de polysiliciumelektroden en het stelsel kan werken als een zelf afgetast foto-aftaststelsel. Bij deze toepassingen kan, indien een analoog uitgangssignaal wordt gewenst, dit worden verkregen uit een gemeenschappelijk afvoergebied, dat gevoed wordt door parallelle, door lading gekop-1(X pelde schuifregisters, die het signaal slechts in één richting verschuiven. Een eenvoudige keuze van de gewenste rij in het stelsel is mogelijk indien één van de meervoudige-fazespanningen onvoorwaardelijk wordt toegevóerd, terwijl de andere van deze spanningen alleen aan de gekozen rij wordt toegevoerd. Deze ene faze wordt gevarieerd tussen een 15 gelijkspanningsniveau, waarbij een ondiepe potentiaalput wordt gevormd en een spanning, waarbij een diepe put wordt gevormd, zodat aan de elektroden, die deze ene faze ontvangen, steeds een potentiaalput aanwezig is, die tussen twee niveaus schommelt. De door licht opgewekte dragers worden aldus bij deze elektroden verzameld en desgewenst kunnen 20 zij (de opgeslagen dragers in een rij) naar een uitgangsklem worden verschoven door de toevoeging aan de rij van de andere faze(n).

Invoereinde van het stelsel

In de stand der techniek werd de bron voor ladingdragers (S^ in fig. 1) voor het door lading gekoppelde schuifregister beschreven als 25; een door een stuurelektrode bestuurde PN junctie (voor een n-type substraat, een p+ gebied), die met de substraatpotentiaal werkte. Tijdens de werking van het schuifregister werd de signaallading van dit p+ gebied overgedragen naar de eerste potentiaalput door een negatieve puls (overeenkomende met V van fig. 1) toe te voeren aan de stuurelektrode, zoals 30 14-0 in fig. 1. Voor het besturen van de grootte van de lading, die in de eerste potentiaalput moet worden ingevoerd, was het nodig de grootte en de duur van deze toegevoerde spanning nauwkeurig te besturen.

In door lading gekoppelde inrichtingen hangt gedurende de voortplanting van de lading vanuit de bron naar de potentiaalput onder de 35 eerste opslagplaat (zoals 14-1 in fig. 1) en later vanuit het gebied van het substraat onder één opslagplaat naar het gebied van het substraat ... ί, ' i I ί -13- onder de eerstvolgende plaat, de stromingssnelheid van de lading af van de hoeveelheid waarmede de potentiaalput van de eerstvolgende aangrenzende plaat moet worden gevuld. Bijvoorbeeld, indien er een lading onder de plaat 14-2 (fig. 1) aanwezig is en deze lading begint in het "lege" 5 verarmingsgebied onder de plaat 14-3 te stromen, stroomt in het begin de lading zeer snel. Wanneer de lading het gebied onder de plaat 14-3 in een hoe langer hoe grotere mate vult, wordt het hoe langer hoe moei-lijker extra ladingen in te voeren. De reden hiervoor is daarin gelegen, dat wanneer de put vol raakt, de oppervlaktepotentiaal van de put dich-10 ter bij die van het substraat komt (het verschil in potentiaal neemt af). Bovendien werd gevonden, dat indien getracht wordt elke put vanuit de voorgaande, volledig te vullen, een bepaalde lading de neiging heeft in de voorafgaande put te blijven. Deze restlading beïnvloedt in het geval, waarin het eerstvolgende bit dat naar de voorafgaande put moet worden 15 overgedragen, een 0 is (afwezigheid van de lading), nadelig de signaai-ruisverhouding, aangezien zij een neiging heeft een opgeslagen 0 er te laten uitzien als een opgeslagen 1. Dit effect is cummulatief en met een groot aantal trappen wordt het vrij ernstig.

Een aspect van de voorkeursuitvoeringsvorm is gelegen in de 20 middelen voor het verkrijgen van een gewenste mate van gedeeltelijke vulling van de eerste potentiaalput (de put onder de plaat 14-1) nagenoeg onafhankelijk van de grootte van de spanning, toegevoerd aan de stuurelektrode 14-0 (zolang de amplitude van de stuurpuls V voldoende

O

groot is). De bijzonderheden van hoe dit geschiedt, worden in het kort 25 na het beschrijven van de constructie gegeven.

Thans wordt verwezen naar fig. 4. De ladingdragersbron bestaat uit een geleidende lijn, gevormd in het n-type siliciumsubstraat. Deze constructie kan gemaakt worden door een aanzienlijke hoeveelheid p-type materiaal, zoals boor in een beperkt gebied van het substraat te diffun-30 deren. Hierdoor wordt dit gebied van het substraat relatief sterk geleidend en een goede bron van positieve ladingdragers gemaakt. Het n-type siliciumsubstraat wordt op een verhoogde spanning, bijvoorbeeld +5 volt gehouden. De reden hiervan is het oppervlak van het silicium, grenzende aan de siliciumdioxydelaag te verarmen, het oppervlak waarlangs de la-35 dingdragers, die het signaal voorstellen, gedurende de werking van het register worden verplaatst. Deze voorspanning heeft als bedoeling het -14-

* A

signaalverlies te elimineren, dat een gevolg is van oppervlakte recombi-naties door het aan de meerderheidsdragers (in dit voorbeeld elektronen) van het siliciumsubstraat niet moge lijk te maken aan het oppervlak te komen voor het opnieuw instellen van de vallen voor de minderheidsdragers 5 (in dit geval gaten), die het signaal voorstellen.

Teneinde de besturing van het vullen van de potentiaalput te bereiken, is de bron niet gebonden aan dezelfde potentiaal als het substraat, doch is in plaats hiervan in omgekeerde richting voorgespannen in een mate van bijvoorbeeld -5 volt ten opzichte van aarde (-10 volt 10 ten- opzichte van de substraat). Zoals in het kort zal blijken, verzekert deze voorspanning in tegengestelde richting tezamen met de keuze van impulsen V en φ^ met een desbetreffende amplitude en tempering, dat de potentiaalput, die onder de eerste plaat 14-1 tot stand is gebracht, slechts tot een vooraf vastgesteld niveau wordt gevuld, hetgeen alleen 15 een fractie van de capaciteit van deze potentiaalput kan zijn.

Bij de nu volgende bespreking van de werking van het gedeelte van het stelsel, weergegeven in fig. 4, zal worden verwezen naar de fig. 5 en 6a - 6e. De rustpotentiaaltoestanden, dat wil zeggen de toestanden voor het tijdstip tQ van fig. 5 zijn, zoals weergegeven in fig.

20 6a. De put onder het brongebied S^, welk gebied zich op -5 volt bevindt, is dieper dan het gebied onder de platen 14-0 en 14-1, zodat de ladingdragers in S in blijven.

Wanneer een negatieve spanningsimpuls V , zoals de impuls met 25 een amplitude van -10 volt aan de plaat 14-0 wordt toegevoerd, wordt een. inversielaag, 23 in fig. 6b,gevormd. Deze laag strekt zich vanaf het p+ gebied langs het oppervlak van het siliciumsubstraat onder de stuurelektrode 14-0 uit. Deze inversielaag of het geleidingskanaal is analoog aan het geleidingskanaal, dat gevormd wordt, wanneer de stuur-30 elektrode van een metaaloxyde-halfgeleider (MOS) transistor in voorwaartse richting wordt voorgespannen. De toestand, noodzakelijk voor het vormen van het geleidingskanaal is, dat de aan de stuurelektrode 14-0 toegevoerde negatieve spanning negatiever is dan de voorspanning, waarop de bronelektrode wordt gehouden met een bedrag, dat de drempel-35 spanning V van het n-type substraat overschrijdt. Deze drempelspanning V is dezelfde parameter als de op dezelfde wijze aangeduide parameter in de metaal-oxyde-halfgeleidertransistortechniek. De geleiding van de rrta β ·· " - _ ** .. ' x ΐ ϊ -15- gelnduceerde inversialaag 23 is evenredig aan het verschil tussen.de aangelegde spanning V en (V + V ), waarin V de faronpotentiaal is.

c S1 S1

De ingangsimpuls V moet gelijktijdig optreden met de φ puls, 0 x teneinde het ladingssignaal in de eerste potentiaalput over te dragen.

5. Het volgende voorbeeld illustreert het geval waarin de achterflank van de impuls V de voorflank van de puls φ overlapt en de impuls V ein-O i o digt, voordat de impuls eindigt.

Zoals aangegeven in fig. 5 treedt op het tijdstip t^, terwijl de stuurspanning V nog steeds aanwezig is, de voorflank van de nega-c IQ tieve puls φ^, toegevoerd aan de eerste plaat 14-1 op. Deze impuls kan negatiever zijn dan de stuurpuls en is in het onderhavige voorbeeld weergegeven een amplitude te hebben van -15 volt. De resulterende werking is schematisch in fig. 6c weergegeven. De negatieve spanning, toegevoerd aan plaat 14-1 laat een potentiaalput in. het gebied van het 'sub-15 straat onder deze plaat vormen. De minderheidsdragers, in het onderhavige geval positieve ladingen, vloeien daarna vanaf de bron door het geïnduceerde geleidingskanaal 23 onder de stuurelektrode 14-0 naar de potentiaalput onder de elektrode 14-1. Deze ladingsstroom duurt alleen voort totdat de oppervlaktepotentiaal onder de eerste elektrode 14-1 de 20 potentiaal van de bron bereikt (vooropgezet, dat voldoende tijd in de orde van grootte van nanoseconden voor dit proces wordt toegestaan).

Indien het verschil tussen de bronspanning en de stuurspanning V vol-

O

doende groot is (in dit voorbeeld wordt 5 volt gebruikt, doch een kleiner spanningsverschil zou eveneens geschikt zijn) kan de eerste poten-25 tiaalput op het gewenste niveau worden gevuld. Dit gewenste niveau kan alleen een fractie van de capaciteit van de potentiaalput zijn en in tegenstelling met de stand der techniek kan nauwkeurig worden geregeld zonder dat een nauwkeurige regeling hetzij van de duur of van de amplitude van de stuurimpuls nodig is.

30 Fig. 6d laat de werking op het tijdstip t^ zien, dat na de be ëindiging van de stuurpuls V__, doch vóór de beëindiging van de impuls valt. In de eerste plaats wordt opgemerkt, dat wanneer de stuurelektrode 14-0 zich op 0 volt bevindt, dat wil zeggen positiever is dan de bron S^, het geleidingskanaal een hoge impedantie heeft. Op een andere 35 manier gezegd zien de ladingdragers, opgeslagen in de potentiaalput onder de eerste opslagplaats 14-1 een potentiaalheuvel, die hun ontsnapping terug naar de bron verhindert. Derhalve blijven deze ladingen - / ϊ ί -16- onder de plaat 14-1 opgeslagen totdat zij door de eerstvolgende span-ningsfaze naar de volgende plaat 14-2 worden verschoven. Dit zal in het kort worden besproken.

De voorgaande beschrijving heeft betrekking op het schrijven van 5 een 1 in de eerste trap van het schuifregister. Om een 0 te schrijven wordt geen spanningsimpuls aan de stuurplaat 14-0 gedurende de periode t^ - t toegevoerd. Het resultaat is, dat zolang de oppervlaktepoten-tiaal onder de stuurelektrode positiever is (in dit voorbeeld daadwerkelijk minder negatief is) (met ongeveer één volt) dan de potentiaal, 10. waarop de bron wordt gehandhaafd, geen lading uit de bron naar de eerste potentiaalput zal worden overgedragen. (De waarde van één volt .levert een meer dan voldoende potentiaalbarrière om de ladingoverdracht door het diffusi'eproces te verhinderen en voorziet tevens in een veilig-heidsfactor om rekening te houden met variaties in de parameters van de 15 inrichting).

De bovenbeschreven werking is in een aantal figuren weergegeven. Fig. 6a stelt nog steeds de rusttoestand van de schakeling voor. Op een tijdstip tussen een tQ en is de situatie nog steeds zoals weergegeven in fig. 6a. Aangezien de stuurplaat 14-0 nog steeds in omgekeerde rich-20 ting is voorgespannen ten opzichte van de bron wordt geen inversie- gebied onder de plaat 14-0 gevormd. Op een tijdstip, zoals t is de si tuatie zoals weergegeven in fig. 6e. Hoewel er een potentiaalput onder de eerste plaat 14-1 tot stand is gebracht, kunnen geen ladingdragers vanuit de bron in deze spanningsput vloeien als gevolg van het feit, 25, dat de stuurplaat zich nog steeds op 0 volt bevindt. Zoals reeds eerder opgemerkt stelt geen lading onder de plaat 14-1 de opslag van een 0 voor.

Een tweede vorm van een invoerketen volgens de uitvinding is weergegeven in fig. 7. Het verschil tussen deze keten en de keten van 30 fig. 4 bestaat hierin, dat in de keten van fig. 7 de bron normaal voldoende in omgekeerde richting is voorgespannen (tot -15 volt ten opzichte van de substraat, -20 volt ten opzichte van aarde in dit voorbeeld) , dat wil zeggen in haar rusttoestand, werkt de bron niet als een bron van minderheidsladingdragers voor potentiaalputten met grotere 35 oppervlaktepotentialen dan de bron. Immers een dergelijke voorspanning kan het brongebied als een afvoer (afvoerelektrode) voor de ladingdra- • · ·». / . V -I '.J '4 i t -17- gers vormen, die in een potentiaalput aanwezig zijn. De bron kan worden "ingeschakexd" door aan de bron op een geschikt tijdstip, zoals weergegeven in fig. 8, een spanningsimpuls toe te voeren.

Tijdens de werking van de inrichting van fig. 7 dragen bij afwe-5 zigheid van een impuls , de impulsen en φ^ een 0 (geen lading) naar de potentiaalput over onder de eerste opslagplaat 14-1. Bij aanwezigheid van een positieve puls V gedurende de pulsen φ. en V wordt echter een w 1 c 1 onder de eerste plaat 14-1 opgeslagen.

De tempering van de impulsen van fig. 7 weergegeven in fig. 8 is 10 van belang. Op het tijdstip tQ wordt de impuls aan de opslagplaat 14-1 toegevoerd. Hierdoor wordt een potentiaalput onder de eerste plaat 14-1 gevormd. Kort na het begin van de impuls φ^, dat wil zeggen op het tijdstip t start de stuurpuls V . Hierdoor wordt een potentiaalput X c onder de elektrode 14-0 gevormd, die verbonden is met de potentiaalput 15 onder de stuurelektrode 14-1. Aangezien bij nog geen ladingen beschikbaar zijn wordt nog geen inversielaag of een geleidingskanaal gevormd.

Kort hierna op het tijdstip t2 wordt de positieve impuls aan de bron S1 toegevoerd. Deze impuls kan een amplitude van 10 volt hebben, zodat V een zwaai van -15 volt naar -5 volt heeft. De omstandigheden zijn nu 20 precies dezelfde als weergegeven in fig. 6c - een geleidingskanaal is gevormd van naar de potentiaalbron onder de elektrode 14-1 en de positieve minderheidsladingdragers vloeien vanuit de bron en vullen gedeeltelijk de potentiaalput onder de plaat 14-1 tot de vooraf bekende fractie van haar capaciteit. De achterflanken van de impulsen treden op zo- 25 als weergegeven in fig. 8, waarbij de impuls V eindigt vóór de andere c pulsen, teneinde het in omgekeerde richting vloeien van lading te verhinderen, dat wil zeggen terug vanuit de gedeeltelijk gevulde put onder 14-1 naar de bron S^.

Een belangrijk kenmerk van de keten van fig. 7 bestaat hierin, 30 dat het tijdstip, waarop de ladingen worden ingevoerd, nauwkeurig kan worden geregeld door de tempering van de impulsen V en V met de puls-reeks, zoals weergegeven in fig. 8 te besturen. In het algemene geval levert de impuls de tempering, terwijl de bronpotentiaal het niveau bepaalt waarop de eerste potentiaalput wordt gevuld (of"'"geledigd).

35 in dit algemene geval is de tempering zodanig, dat de gehele puls binnen zowel de puls en de puls optreedt.

i i -18-

In de uitvoeringsvormen van de ingangsketens die tot zover zijn besproken wordt een signaal, zoals V als het stuursignaal gebruikt.

O

Het is echter gemakkelijk mogelijk logica op de ingangssignalen uit te voeren. Bijvoorbeeld kunnen de eerste twee platen, die aangeduid zijn 5 met 14-0 en 14-1 in fig. 4 de stuurplaten zijn, die kunnen worden aangeduid met 14-01 en 14-02. Hier kunnen de aan de twee stuurplaten toegevoerde signalen twee informatiebits voorstellen en in dit geval zullen de twee stuurplaten de EN functie simuleren. Desgewenst kan de eerste elektrode 14-01 een betrekkelijk langer signaal ontvangen en kan de 10 elektrode 14-02 een korter signaal ontvangen, dat samenvalt met het signaal toegevoerd aan 14-01. Hier kan één of beide signalen informatie voorstellen of het eerste signaal, dat wil zeggen het langere signaal, .kan informatie voorstellen en het kortere signaal kan een temperings-of strobe-impuls zijn.

15 Als een alternatief kunnen de twee ingangssignalen de signalen en Vc van fig. 7 zijn, waarbij dit eerste signaal aan de bron wordt toegevoerd en het tweede signaal aan de stuurelektrode 14-0. Hier kan de positiefgaande impuls V een 1 voorstellen en de negatiefgaande impuls V kan eveneens een 1 voorstellen en met deze conventie voert de keten c 20 tevens de EN functie uit.

In het algemeen kan in door lading gekoppelde ketens, zoals bovenstaand besproken, een multipele ingangs'ΞΝ-poort-werking worden gerealiseerd door samenvallend een aantal negatieve impulsen aan een overeenkomstig aantal stuurelektrodên toe te voeren en een positieve 25 impuls aan de bron S^. Een OF functie kan worden gerealiseerd door een aantal bronnen te gebruiken, die alle parallel een ladingsinvoer naar de eerste potentiaalput (onder elektrode 14-1) leveren. Hier zal een positieve impuls, toegevoerd aan een bronelektrode samenvallend met de onvoorwaardelijk toegevoerde positiefgaande stuurimpuls V een ladings- c 30 signaal met de eerste potentiaalput koppelen. Ook andere alternatieven zijn mogelijk.

Het is ook mogelijk de ingangsketen zodanig te laten werken, dat ladingen van verschillende grootte de bits 1 respectievelijk 0 voorstellen. Ingangssignalen op deze twee niveaus kunnen worden verkregen 35 door het gelijkspanningsniveau van het signaal, toegevoerd aan de stuurelektrode 14-0 te gebruiken voor het opwekken van de 0 bij een lager

"v λ · A

w . ... .: - j -» f i -19- ladingsniveau dan de 1 invoer of door de potentiaal van de bron zodanig te besturen, dat de eerste potentiaalput op een lager niveau voor 0 en op een hoger niveau voor 1 wordt gevuld of door een combinatie van deze methoden.

5 Het middelste gedeelte van het stelsel

De overdracht van lading van onder een elektrode, zoals 14-1 (fig. 4) naar onder een aangrenzende elektrode, zoals 14-2 geschiedt door een negatieve spanningsimpuls toe te voeren aan de elektrode 14-2, terwijl de amplitude van de spanningsimpuls wordt verminderd.

10 Het gevolg is, dat terwijl de potentiaalput onder de elektrode 14-1 ondieper wordt gemaakt, de potentiaalput onder de elektrode 14-2 dieper wordt gemaakt en dat de lading vanuit de ondiepe naar de diepere put overstroomt. Het gebruik van elkaar overlappende klokpulsen is gebruikelijk voor met 2, 3, 4 en hogere fazebedreven door lading gekoppelde 15 ketens. Echter wordt terloops opgemerkt, dat niet elkaar overlappende klokpulsen in verband met de twee-fazewerking kunnen worden gebruikt (en tevens bij drie- en vier-fazewerking), indien aan bepaalde voorwaarden wordt voldaan, zoals in het kort zal worden besproken.

In een inrichting, zoals weergegeven in fig. 1, bestaat er geen 20 probleem betreffende de signaalvoortplanting in één richting, indien de bron 20 een drie- of hogere fazebron is. In deze gevallen wordt er, wanneer lading, bijvoorbeeld vanuit onder de elektrode 14-2 naar onder de elektrode 14-3 (fig. 1) wordt overgedragen, geen negatieve spannings-impuls aan de elektrode 14-1 toegevoerd. Derhalve werkt de zeer ondiepe 25 potentiaalput onder de elektrode 14-1 (de enige dergelijke put zal aanwezig zijn als gevolg van een gelijkspanningsvoorspanning tussen de elektrode en het substraat) als een barrière voor de ladingsstroom in achterwaartse richting, zodat alleen de voorwaartse richting voor de ladingsstroom beschikbaar is, wanneer de bron 20 drie of meer fazen levert.

30 Een dergelijke ladingsstroom in één richting is niet aanwezig in het geval van een twee-fazebron. Om hier een ladingsstroom in één richting te verkrijgen moeten speciale technieken worden gebruikt, zoals onderstaand wordt besproken.

Een aspect van de voorkeursuitvoeringsvorm is gelegen in het 35 feit, dat volgens de uitvinding speciale elektrodeconstructies werden gevonden, die betrekkelijk goedkoop kunnen worden gemaakt om te bereiken, £ i -20- dat de lading met twee-fazespanningen in één richting stroomt. In het algemeen bestaat elke elektrode niet uit een enkele plaat, doch uit twee platen, die elkaar overlappen. Een inrichting weergegeven in fig. 9 hangt wat haar werking betreft in hoofdzaak af van de geometrie van de 5 elektroden en meer in het bijzonder in hoofdzaak van de afstand van de ene elektrode van een tweetal verder van het substraat af dan de andere elektrode. De tweede inrichting, schematisch weergegeven in fig. 10 en meer realistisch weergegeven in fig. 11 hangt in hoofdzaak af van een spanningsverspringing, die tussen de twee elektroden van elk 10- paar wordt gehandhaafd . Een derde alternatief is het combineren van de geometrie van fig. 9 met de spanningsverspringing van fig. 11. Een uitvoeringsvorm hiervan van de uitvinding is in fig. 12 weergegeven.

In alle bovengeneomde gevallen is de constructie zodanig, dat een asymmetrisch verarmingsgebied onder een elektrodepaar wordt gevormd 15 in responsie op een hieraan toegevoerde negatieve potentiaal (of potentialen) . De richting van de asymmetrie van het verarmingsgebied is zodanig, dat een hierin ingevoerde lading zich aan de voorrand van het verarmingsgebied zal verzamelen, aangezien de potentiaalput bij dit gebied aanzienlijk dieper is dan in de rest van het gebied.

20 Thans zal worden verwezen naar fig. 9. Elke elektrode overeen komende met 14-1, 14-2, enz. in fig. 1 bestaat uit twee elektroden, die elkaar overlappen. Eén van de elektroden bestaat uit een metaal, bijvoorbeeld aluminium en is weergegeven met 26-1, 26-2 enz. en de andere elektrode van elk paar bestaat uit een p+ polysiliciumgebied, zo-25' als weergegeven bij 28-1, 28-2, enz., die rechtstreeks elektrisch is verbonden met de ovéreenkomstige aluminiumelektrode. De uitdrukking "polysilicium" heeft betrekking op een polykristallijne vorm van silicium. Deze wordt verkregen door het silicium bij een verhoogde temperatuur neer te slaan of door amorf silicium neer te slaan, vervolgens te 30 verhitten tot 900PC of meer gedurende tien of meer minuten, teneinde de amorfe structuur te veranderen in een polykristallijne structuur.

(Het gebruiken van polysiliciummateriaal is in de MOS-technologie op zichzelf bekend.) De polysiliciumelektrode van elk paar bevindt zich dichter bij het n-type siliciumsubstraat dan de aluminiumelektrode van 35 dit paar. Elke aluminiumelektrode, zoals 26-2 overlapt de voorrand van de bijbehorende polysiliciumelektrode 28-2 en overlapt tevens de ach- Γ - : - - , 1 * ' -r / ij I * -21- terrand van de polys iliciumelektrode 28-1 van het voorafgaande paar.

De overlappende polysilicium-aluminiumelektrodeconstructie maakt een zeer korte afstand tussen elke aluminiumelektrode en de twee poly-siliciumelektroden die zij overlapt, mogelijk. Typische afmetingen worden 5 later echter gegeven, hoewel hier kan worden opgemerkt, dat een dergelijke afstand 1.000 A of minder kan bedragen. Bovendien maken de ver-vaardigingstechnieken, die gebruikt worden voor het maken van de constructie, welke technieken later uitvoerig zullen worden besproken, een zelf uitrichten van de aluminiumelektroden ten opzichte van de poly-1Q siliciumelektroden mogelijk. De enige kritische uitrichting heeft te maken met het etsen van de aluminiumelektroden boven de polysilicium-elektroden. De fabricagetechniek maakt het tevens mogelijk, dat de twee verschillende dikten van de kanaaloxyde (a en b in fig. 9) gemakkelijk kunnen worden verkregen.

15 Tijdens de werking van de keten van fig. 9, wanneer bijvoorbeeld een negatieve spanningsimpuls aan het elektrodepaar 26-2, 28-2 wordt toegeveerd, is het verarmingsgebied, dat tot stand wordt gebracht asymmetrisch, zoals weergegeven door de onderbroken lijn 30. Dit gebied is aanzienlijk dieper onder de elektrode 28-2 dan onder de aluminiumelek-20 trode 28-2, waarbij zij behoort. Hiervoor zijn twee redenen. De ene bestaat hierin, dat de elektrode 28-2 vaster is gekoppeld met het n-type silicium als gevolg van de kortere afstand tot het n-type silicium. Dit leidt tot een kleiner spanningsverval over het siliciumdioxyde onder de elektrode 23-2 (het gebied c) dan onder de elektrode 26-2 (het gebied 25 b), waardoor een diepere potentiaalput onder de polysiliciumelektrode 28-2 wordt gevormd dan onder de aluminiumelektrode 26-2.. De andere reden is, dat de werkfunctie voer p-r polysilicium gebruikt op n-type substraten lager is dan die voor aluminium met ongeveer 1 volt. Dit impliceert, dat voor een bepaalde negatieve spanning, toegevoerd aan een polysilicium-30 elektrode zij een groter aantal elektronen uit het aangrenzende gebied van het substraat zal afstoten dan een aluminiumelektrode van dezelfde afmeting, die zich op dezelfde afstand van het substraat bevindt en waaraan dezelfde spanning wordt toegevoerd.

Aangezien de hoofdfunctie van de aluminiumelektrode is een 35 barrière voor de ladingsstroom te verschaffen wanneer een fasespanning, toegevoerd aan een tweetal elektroden, positiever wordt gemaakt (in wer- -22- i > kelijkheid minder negatief), gedurende welke periode de lading "overloopt" naar de potentiaalput onder het eerstvolgende elektrodepaar, het "actieve gebied" (het gedeelte, dat zich het dichtst bij het substraat bevindt, dat de afmeting k heeft) van deze elektrode korter wordt ge-5 maakt dan de overeenkomstige afmeting c van de polysiliciumelektrode.

Een dergelijke constructie leidt tot een snellere overdrachtstijd en tot de mogelijkheid van een grotere verpakkingsdichtheid. Deze afmeting (die bij benadering gelijk is aan de afstand k tussen twee aangrenzende poly-siliciumelektroden) kan zo klein als 2,5 micron of minder worden geld maakt met behulp van de bekende fabricagetechnologie van metaal-oxyde-halfgeleiders.

Als bovenstaand besproken wordt de ladingsoverdracht in één richting in een twee-fazeconstructie verkregen, zoals weergegeven in fig. 9 door asymmetrische potentiaalputten onder op elkaar volgende elek-15 trodeparen op de beschreven wijze aan te brengen. Voor het verkrijgen van een betrekkelijk grote asymmetrie in deze putten zonder dat men zeer grote verschillen tussen de twee dikten (bij b en c respectievelijk) van de siliciumdioxydelaag moet hebben, is het gewenst siliciumsubstra-ten met een betrekkelijk lagere specifieke weerstand, zoals bijvoor-20 beeld een specifieke weerstand kleiner dan 3 ohm-centimeter en bij voorkeur in het gebied van 1 ohm-centimeter te gebruiken. Echter kan een substraat met een iets grotere specifieke weerstand worden gebruikt indien een betrekkelijk grote substraatvoorspanning voor +10 volt of meer wordt gebruikt. Een grotere voorspanning van het substraat in com-25 binatie met de twee dikten van het oxyde veroorzaakt een diepere potentiaalput onder de elektrode die zich op een kortere afstand bij het oppervlak van het substraat bevindt.

Tijdens de werking van de constructie, weergegeven in fig. 9 wordt aangenomen, dat een positieve lading zich in het diepere gedeelte 30 van de put 30 verzamelt, zoals bij 31 aangegeven in responsie op een negatieve impuls φ^. Naar de achterflank van deze impuls toe wordt een negatieve impuls toegevoerd aan het eerstvolgende elektrodepaar 26-3, 28-3 (tijdstip t^ in fig. 13) . In responsie op de samenvallende aanwezigheid van het laatste gedeelte van de impuls φ2 en het eerste gedeelte 35 van de impuls Φ , zal de lading 31 de neiging hebben naar rechts te stromen, waarbij de reeks gebeurtenissen is, zoals weergegeven in fig. 13.

f * -23-

Wanneer de potentiaalput onder de elektrode 28-2 ondieper wordt, wordt de potentiaalput onder het elektrodepaar 26-3, 23-3 dieper en loopt de lading, aanwezig bij 31 over in deze potentiaalput en verzamelt zich onder de elektrode 28-3.

5 Hoewel het juist is, dat samenvallend met het toevoeren van de φ^ impuls aan het elektrodepaar 26-3, 28-3 deze zelfde puls wordt toegevoerd aan het voorafgaande elektrodepaar 26-1, 28-1, het stromen van de lading in de tegengestelde richting wordt verhinderd door de potentiaal-barriëre, die onder de aluminiumelektrode 26-2 aanwezig is. Even vóór 10- het toevoeren van de impuls is alle lading onder de aluminiumelektrode 26-2 opgeslagen in de diepere put onder de elektrode 28-2 (tijdstip t^ in fig. 13). Wanneer derhalve de negatieve impuls verder gaat en de Φ2 impuls begint af te sterven (tijdstip t^ in fig. 13), zal de lading in dit diepere gedeelte van de potentiaalput overstromen in de voor-15 waartse richting, de richting waarin de opgeslagen positieve lading de meer negatieve potentiaal "ziet", en verhinderd worden zich in de tegengestelde richting te verplaatsen door de potentiaalheuvel (de minder negatieve spanning), die zij in deze richting ziet.

Verder kan op dit punt worden opgemerkt, dat indien de construc-20 tie van fig. 9 met een voldoend grote voorspanning, toegevoerd aan het substraat wordt bedreven, zodat het ladingsignaal in de diepere potentiaalput door de voorspanning alleen kan worden gehandhaafd, de twee fazespanningsimpulsen elkaar dan niet overlappen. Een dergelijke leiding kan leiden tot eenvoudigere signaalregenererende ketens, zoals 25 later zal worden beschreven.

Typische afmetingen voor de constructie van fig. 9 zijn bij wijze van voorbeeld:

a = 1.000 A b = 2.000 A

30 c = 10 - 13 micron '( ji) d = 3.000 - 10.000 A e = 7,5 - 12,5 micron f = 500 - 1.000 A g = 3.000 - 10.000 A 35 h = groter dan 100 micron j = 5 - 7,5 micron J i ï i -24- k = 2,5 - 5 micron 1 = 2,5 micron

De afmetingen (behalve voor b in fig. 11) zijn dezelfde voor de constructies van de fig. 11 en 12.

5 Fig. 10 toont schematisch een tweede manier om asymmetrische ver- armingszones tot stand te brengen. Ook hier weer bestaat elke opslagplaats, overeenkomende met 14-2, 14-3, enz. van fig. 1 uit twee zich op een zeer korte afstand van elkaar bevindende elektroden, zoals 30-la en 30-lb, waartussen een vaste gelijkspanningsverspringing, die schematisch 10. door de batterij 32 wordt aangegeven. In responsie op een klokimpuls, zoals een impuls, wordt de eerste elektrode van elk paar, bijvoorbeeld 30-1 niet even negatief gemaakt als de tweede elektrode, zoals 30-lb van elk tweetal. In de praktijk kan de spanningsverspringing op een van een aantal conventionele manieren worden bereikt in de multi-15 faze-energievoeding. Als een eenvoudig voorbeeld kan de spanning, toegevoerd aan de elektrode 30-la worden afgenomen van een punt langs een spanningsdeler en de spanning, toegevoerd aan de elektrode 30-lb kan van een ander punt langs de spanningsdeler worden afgenomen. Het effect van de spanningsverspringing is het verkrijgen van een asymmetrische poten-20 tiaalput, zoals wordt aangegeven door de onderbroken lijn 34, die schematisch de situatie voor de spanning toont.

Een dwarsdoorsnede en gedeeltelijk schematisch aanzicht van een praktische uitvoering van de inrichting volgens fig. 10 is weergegeven in fig. 11. De constructie komt zeer veel overeen met die van fig. 9, 25· echter kunnen de aluminiumelektroden 30-la, 30-2a, enz. zich op dezelfde afstand bevinden van de substraat als de polysiliciumelektroden 30-lb, 30-2b, enz. dat wil zeggen a = b.

Hoewel het asymmetrische verarmingsgebied op een andere wijze in fig. 1 wordt verkregen, dan in fig. 9, komt de werking van de con-30 structie van fig. 11 in responsie op de twee fazespanningsimpulsen zeer dicht overeen met die van de constructie van fig. 9. De werking wordt in fig. 13 weergegeven.

De in dwarsdoorsnede in fig. 12 weergegeven constructie combineert de kenmerken zowel van fig. 9 als van fig. 11. Gezien de vorige 35 uiteenzetting behoeft fig. 12 niet uitvoerig te worden besproken.

r i -25-

In de verscheidene boven besproken constructies is, zoals reeds werd geïmpliceerd, voor een lege potsntiaalput (een put die nog geen ladingdragers heeft verzameld) voor een bepaald spanningsverval over het siliciumdioxyde de specifieke weerstand van het substraat des te hoger 5 naar mate de put dieper is, die wordt gevormd. Wanneer een potentiaal-put met beweegbare ladingen wordt gevuld, wordt meer en meer van de spanning, geleverd door de elektrode, die voor de put aansprakelijk is, als een spanningsval over het siliciumdioxyde verbruikt. Hierdoor wordt de asymmetrie van de potentiaalput bevorderd. Echter geven mathema-10 tische berekeningen met betrekking tot de elektrische velden in door lading gekoppelde ketens aan, dat hoe lager de specifieke weerstand van het substraat des te kleiner het franjevormige elektrische veld is, dat bij een elektrode ontstaat en zoals later zal worden besproken geeft de huidige theorie aan, dat hoe kleiner het franjevormige veld is des te 15 langzamer de ladingsverschuivingssnelheid is, die kan worden verkregen. Derhalve kan bij bepaalde toepassingen een voordeel worden verkregen door gebruik te maken van substraten met een hogere specifieke weerstand. De uitvoeringsvormen van de uitvinding, weergegeven in de fig. 11 en 12, die voor de potentiaalput-asymmetrie afhangen van de gelijkspannings-20 verspringing tussen de twee elektroden van een tweetal, maken dit laatstgenoemde type constructie mogelijk, dat wil zeggen zij maken het mogelijk, dat de asymmetrische potentiaalputten worden gevormd onder gebruikmaking van substraten met een hogere specifieke weerstand. Bijvoorbeeld blijkt een werking uitvoerbaar te zijn onder gebruikmaking van twee 25 fazespanningen en substraten met specifieke weerstanden van bijvoorbeeld 10 ohm.cm en hoger om de gebruikmaking van de constructie van de fig. 11 en 12 met de reeds eerder besproken afmetingen en met een gelijkspan-ningsverspringing van bijvoorbeeld 5 volt.

Fig. 14 laat een gedeelte zien van een twee-dimensionaal, door 30 lading gekoppeld condensatorstelsel, waarin tweetallen elektroden worden gebruikt, zoals beschreven in verband met fig. 9. (Twee-dimensionaal impliceert meer dan de enkele rij elektroden.) De aluminiumelektroden 40-la, 40-2a, enz. nemen een zig-zagvormige weg in de ene zin en de polysiliciumelektroden 40-lb, 40-2b, enz. nemen een zig-zagvormige weg 35 in de tegengestelde zin. Dit betekent bijvoorbeeld, dat in het bovenste gebied van de constructie de rechter hand van de elektrode 40-la gekop- i i -26- peld is met haar bijbehorende elektrode 40-lb aan de rechter rand van de elektrode 40-la en aan de linker rand van de elektrode 40-lb, terwijl in het midden van de constructie de linker rand van de elektrode 40-la gekoppeld is met de rechter rand van de elektrode 40-lb. De reden 5 om de constructie aldus uit te voeren is de ladingen in één richting (naar rechts) in het bovenste, dunne filmgebied te laten bewegen, zoals in het kort meer uitvoerig werd besproken en de ladingen in de tegengestelde richting (naar links) in het aangrenzende, dunne filmgebied te laten bewegen.

10; De polysiliciumelektroden 40-lb (en de aluminiumelektroden) vol gen tevens een zig-zagvormige weg in de derde afmeting, dat wil zeggen in de afmeting in en uit het papier van fig. 14. Derhalve bevindt in het bovenste gedeelte van de figuur een elektrode, zoals 40-lb zich zeer dicht bij het substraat en is derhalve hiermee gekoppeld. In het vol-15 gende gebied is de afstand tussen de elektrode 40-lb en het substraat betrekkelijk ver, teneinde de elektrode 40-lb effectief van het substraat te ontkoppelen. De dunne film Si02 kan een diepte hebben van bijvoorbeeld 500-2.000 A en de dikke film kan dieper zijn dan 10.000 A. Deze verschillende dunne film- en dikke filmgebieden worden aangeduid rechts 20 van fig. 14. Elke elektrode, zoals 40-la is elektrisch rechtstreeks verbonden met haar bijbehorende elektrode, zoals de elektrode 40-lb. Deze verbindingen zijn in fig. 14 door de diagonale, gekruiste lijnen schematisch weergegeven.

De constructie van het bovenste dunne filmgebied langs IX-IX 25. van fig. 14 komt overeen met die, weergegeven in doorsnede in fig. 9 (de verwijzingscijfers zijn echter verschillend). De zig-zagvormige constructie in de derde dimensie (in en uit het papier in fig. 14) van de polysilicium- en aluminiumelektroden en de verbinding van een aluminium-elektrode met haar bijbehorende polysiliciumelektrode zijn in doorsnede 30 weergegeven volgens de lijn XV-XV en XVI-XVI in fig. 14. Deze doorsneden zijn respectievelijk in de fig. 15 en 16 weergegeven. Naar alle drie figuren kan worden verwezen bij de nu volgende bespreking van de werking.

Voor het doel van deze bespreking wordt aangenomen, dat in responsie op een impuls, een lading bij A fig. 14 zich in het bovenste 35 schuifregister onder de elektrode 40-lb van het tweetal 40-lb, '40-la heeft verzameld. Opgemerkt wordt, dat de constructie van dit elektrode- ... · .. ,

i I

-27- paar gelijk is aan die besproken in verband met fig. 9 zodanig, dat de cotentiaaiput asymmetrisch is. In responsie op de faze-2 impuls verplaatst de lading, opgeslagen onder elektrode 40-lb zich naar rechts en wordt opgeslagen bij 3 onder de elektrode 40-2b van het eerstvolgende 5 elektrodepaar 40-2a, 40-2b. In responsie op de eerstvolgende φ^ impuls, blijft deze lading zich naar rechts verplaatsen en wordt bij C onder de elektrode 4Q-3b van het paar 40-3a, 40-3b enz. opgeslagen. Wanneer een lading het einde van het schuifregister (niet weergegeven in fig. 14) bereikt, voert een lading regenererende keten (weergegeven en later IQ besproken) een lading of haar complement (afhankelijk van de gebruikte regenererende keten) aan het eerstvolgende schuifregister toe. De richting waarin het iadingssignaal stroomt, wordt aangegeven door de onderbroken lijn 42.

Voor het doel van de onderhavige uiteenzetting wordt aangenomen, 15 dat deze lading gedurende faze 1 tijd (gedurende de negatieve impuls φ^) bij het gebied E onder de elektrode 40-4b van het tweetal 40-4a, 40-4b is aangekomen. Het zou duidelijk zijn, dat nu de asymmetrierichting van de potentiaalput is omgekeerd. Bij E bevindt de aluminiumelektrode 40-4a zich rechts van haar bijbehorende elektrode 40-4b, terwijl bij D 20 de aluminiumelektrode 40-4a zich links van haar bijbehorende elektrode 4Q-4b bevindt. Derhalve zal in responsie op de eerstvolgende impuls de bij Ξ opgeslagen -lading zich naar links naar F verplaatsen.

Uit het bovenstaande zal het duidelijk zijn, dat het met de constructie van fig. 14 mogelijk is, op een enkele substraat een aantal 25 schuifregisters aan te brengen (zoals schematisch weergegeven in fig. 2), die de werking van één, zeer lang schuifregister simuleren. Zoals reeds werd opgemerkt en zoals in het kort zal worden besproken, kunnen middelen, die de uitgangsklem van elk schuifregister met de ingangsklem van het volgende schuifregister verbinden, op hetzelfde substraat als de re-30 gisters zijn geïntegreerd. Wat betreft de afmeting versus opslagcapaciteit is het, indien elke opslagplaats een gebied van bijvoorbeeld 4 25 - 50 micron inneemt, mogelijk een 10 bitregister op een substraat te hebben met een oppervlakte van 2,5 mm x 2,5 mm.

Het vervaardigingsproces, dat later zal worden besproken is ge-35 lijk aan dat hetwelk gebruikt wordt bij het vervaardigen van silicium-stuur MOS-veldeffecttransistors en is welbekend. Elke opslagplaats ver-

A I

-28- eist slechts een enkel element (een enkele lading opslagcondensator) bij elke plaats in tegenstelling met de eis bijvoorbeeld van 4 of 6 transistors per plaats, gebruikt in vele geheugens, die nu in de handel verkrijgbaar zijn.

5 Een tweede uitvoeringsvorm van een twee-dimensionale constructie is weergegeven in fig. 17. Zij bevat een n-type siliciumsubstraat 43, een siliciumdioxydelaag 44, die in bepaalde gebieden dik is en in andere dun is, en p+ type polysiliciumlijnen 65 - 69, die zich op het silicium-dioxyde bevinden. De doorsnedeaanzichten van fig. 18 en 19 zullen de 10 lezer helpen zich een beeld te vormen van de constructie. Het dunne-filmgebied (doorsnede IX'-IX', is in doorsnede gelijk aan fig. 9).

Het laatste gedeelte van de constructie, dat zich op het bovenste oppervlak van fig, 17 bevindt, bevat de aluminiumlijnen 50 en 52. Deze strekken zich uit naar de interdigitale constructie, bijvoorbeeld 15 in het ene geval lippen 53 - 58, en in een ander geval lippen 59 - 63 als een tweede voorbeeld. De lijn 50 is verbonden met de spanningsbron en de lijn 52 is verbonden met de spanningsbron. De lijn 50 is verbonden met afwisselende polysiliciumelektroden 66 en 68 en de lijn 52 is verbonden met afwisselende polysiliciumelektroden 65, 67 en 69 in 20 beide gevallen op dezelfde wijze als reeds werd besproken onder verwijzing naar fig. 14.

Bij een opslagplaats zou bijvoorbeeld een fase-1 paar elektroden de lip 75 en de elektrode 68 zijn; het eerstvolgende elektrode-paar, een faze-2 paar, bestaande uit de lip 56 en de elektrode 67; het 25 eerstvolgende paar is een faze-1 paar en bestaat uit de lip 74 en de elektrode 66 enz..

Tijdens de werking van de inrichting volgens fig. 17 zal, indien een lading oorspronkelijk wordt opgeslagen onder het elektrodepaar 75-78 gedurende een faze-1 impuls, gedurende de eerstvolgende faze-2 impuls, 30 de lading zich naar links riaar een plaats onder het elektrodepaar 56-67 verplaatsen; gedurende de eerstvolgende faze-impuls, zal de lading voortgaan zich naar links te verplaatsen en zal onder het elektrodepaar 74, 66 worden opgeslagen enz. Derhalve zal in het register langs de lijn IX'-IX' de opgeslagen lading zich. naar links voortplanten. Anderzijds 35 is het duidelijk, dat voor het eerstvolgende schuifregister, dat begrensd wordt door lippen 53, 60, 55, enz. elke opgeslagen lading zich ' f‘" . - A i • * ï ' ‘ - I * -29- naar rechts voortplanten zal. Met andere woorden, evenals in de uitvoeringsvorm van fig. 9 zal, indien elk stel lippen langs een horizontale lijn als een schuifregister wordt beschouwd, de twee-faze negatieve spanningsimpulsen, toegevoerd aan de elektroden 50 en 52 ladingen zich 5 in tegengestelde richtingen in opeenvolgende registers laten voortplanten.

Een schuifregister, dat voorzien is van de constructie van fig.

11 of fig. 12 is weergegeven in fig. 20. Zij bevat een gemeenschappelijke geleider 90, die verbonden is met interdigitale lippen 91, 92, 93, 10 elk bestaande uit één elektrode van een paar. De polysiliciumelektrode 94 is de tweede elektrode van het paar 91, 94; de polysiliciumelektrode 95 is de tweede elektrode van het paar 92, 95. De polysiliciumelektroden 94 en 95 zijn bij 96 en 97 rechtstreeks verbonden met de aluminium-geleider 98. De faze-2 elektroden zijn wat de constructie betreft, ge- 15 lijk aan en symmetrisch met de faze-1 elektroden en bevinden zich op de plaatsen zoals weergegeven.

Evenals in de vorige reeds eerder besproken inrichtingen bevat het gedeelte van de constructie van fig. 20, waarop opgeslagen ladingen zich voortplanten, bij XI'-XI' een dunne-film siliciumdioxydegebied.

20 De dwarsdoorsnede langs dit dunne-filmgebied lijkt op die van fig. 11. Alternatief kan de doorsnede zijn zoals die weergegeven in fig. 12. De werking van het schuifregister van fig. 20 is vrij gelijk aan die van de reeds eerder besproken uitvoeringsvormen.

De constructie van fig, 20 is enigszins onefficiënt, gezien 25 vanaf het gezichtpunt van de verpakkingsdichtheid. Extra ruimte is nodig voor de geleiders 98 en 98’. Desondanks zijn wijzigingen van deze constructie, zoals weergegeven in fig. 21 bruikbaar en economisch. In deze figuur vormt in het gebied 100 elke polysiliciumelektrode, zoals 104b een aantal opslagplaatsen in plaats van dan een enkele dergelijke plaats-30 Dit is weergegeven in fig. 22, die een doorsnede is volgens de lijn XXII-XXII van fig. 21.

Tijdens de werking van de inrichting, weergegeven in fig. 21 is er een aantal brcnelektroden (niet weergegeven) die in het eerste "elek-trodepaar" een aantal ladingen invoeren, overeenkomende met één informa-35 tiebyte. Bijvoorbeeld kan elke polysiliciumelektrode van een paar acht of meer dunne siliciumdioxydefilmgebieden 104 van fig. 22 bevatten,

M t. S

. : j ~} i ï -30- waaronder 8 bits informatie respectievelijk kunnen worden opgeslagen.

Deze bits, aangegeven door de aanwezigheid of afwezigheid van lading bijvoorbeeld worden een byte tegelijk van het ene elektrodepaar naar een ander elektrodepaar verschoven. Zij (8 bits) kunnen bijvoorbeeld 5 van het elektrodepaar 104-la, 104-lb'worden verschoven naar het elektrodepaar 104-2a, 1C4-2b, waarbij in elk geval de a elektrode de aluminium-elektrode op het oppervlak en de b elektrode de polysiliciumelektrode is.

Indien getracht wordt een signaal langs een betrekkelijk lange polysiliciumlijn, die zich op een korte afstand van een siliciumsub-10 straat bevindt te zenden, zal er een aanzienlijke vertraging in de signaaloverdracht optreden. De reden hiervoor is, dat de polysiliciumlijn een betrekkelijk hoge plaatweerstand in de orde van grootte van 10 - 20 ohm per vierkant heeft, zodat de lijn er uitziet als een weerstand-condensatoroverdracht- of vertragingslijn, waarbij de "condensator" de 15 verdeelde capaciteit tussen de lijn en het substraat is. De oplossing voor dit probleem in de inrichtingen van de fig. 20 en 21 is een aantal betrekkelijk korte polysiliciumlijnen, zoals 94 en 95 van fig. 20 te gebruiken, die alle parallel zijn geschakeld met een betrekkelijk goed geleidende lijn, zoals de aluminiumlijn 98, die zich op een vrij grote 20 afstand (10.000 A of meer) van het substraat bevindt.

De inrichting volgens fig. 23 lost het bovengenoemde probleem op een andere wijze op, waarbij geen extra ruimte wordt vereist. Kier bestaat het schuifregister uit een interdigitale constructie gelijk aan die weergegeven in fig. 20 en in doorsnede weergegeven in fig. 11 en het 25 polysiliciumgedeelte omvat tevens een interdigitale constructie. De geleider analoog aan 98 van fig. 20 bestaat uit een stuk polysiliciumlijn, zoals 106, die met haar gehele omvang onder de overeenkomstige aluminiumlijn 108 ligt. De afstand f (fig. 24) tussen deze twee lijnen kan in de orde van grootte van 500 - 1.000 A bedragen, hetgeen minder is dan of 30 vergelijkbaar is met de afstand a (fig. 11) tussen de polysiliciumlijn en het substraat in het dunne siliciumdioxydegebied. De afstand tussen de polysiliciumlijn 106 en het substraat in het dikke siliciumdioxydegebied (afmeting q, fig. 24) kan in de orde van grootte van 10.000 A of meer bedragen.

35 Het resultaat van de bovengenoemde geometrie is, dat de capaci teit tussen de polysiliciumlijn en de aluminiumelektrode aanzienlijk ;-v «5 η .; λ

f ' ;«B

i t -31- groter wordt gemaakt dan die tussen de polysiliciumlijn en het substraat.

De reden hiervoor is, dat er een veel groter gebied van polysilicium is, dat zich over een kleine afstand van het aluminium bevindt, dan dat er een vergelijkbare afstand ten 'opzichte van het substraat is. Bovendien 5 kan de constructie, zoals bovenstaand reeds werd opgemerkt, zodanig zijn, dat de polysiliciumlijn, die het dichtst- bij het siliciumsubstraat komt, 1.000 - 2.000 A bedraagt, terwijl de afmeting f 500 A kan zijn.

De koppeling tussen een aluminiumlijn en haar overeenkomstige 10 polysiliciumlijn kan ook op andere wijze worden vergroot. Bijvoorbeeld kan de siliciumdioxydelaag van fig. 24 worden vervangen door bijvoorbeeld een laag met een dikte van 500 A van siliciumnitride of ander diêlektrisch materiaal, dat een hogere diêlektrische constante heeft dan siliciumdioxyde. Als een ander alternatief kan de siliciumdioxydelaag 15 worden vervangen door een vrij dun gedoteerd oxyde, dat een neiging heeft een PN junctie te vormen aan het oppervlak van het polysilicium, waardoor rechtstreekse kortsluitingen worden gemeten als gevolg van de speldengaten, die als gevolg van het zeer dunne oxyde kunnen ontstaan, die minder dik dan 500 A kan zijn.

20 Met de constructie, ingericht als bovenstaand besproken, worden de aluminiumlijnen vanaf een wisselspanningsstandpunt gezien, vastgekoppeld met de respectievelijke polysiliciumlijnen. Wanneer derhalve bijvoorbeeld een Φ^ impuls aan de lijn 108' wordt toegevoerd, wordt zij "ogenblikkelijk'' capacitief gekoppeld met de polysiliciumlijn 1061, 25 terwijl gelijktijdig de twee lijnen wat de spanning betreft ten opzichte van elkaar op de reeds eerder besproken wijze in verband met vroegere uitvoeringsvormen zijn versprongen.

Een twee-dimensionaal stelsel, dat volgens de beginselen, besproken in verband met de fig. 23 en 24 werkt, is in fig. 25 weergegeven.

30 Dit stelsel heeft nagenoeg dezelfde verpakkingsdichtheid als de inrichting van fig. 17 en het gebruikt een spanningsverspringing, zoals in de constructie, besproken in verband met deze figuur en de fig. 11 en 12. Evenals in vroegere inrichtingen zijn er dunne siliciumdioxydefilm- en dikke siliciumdioxvdefilmgebieden. Dergelijke dunne filmgebieden zijn 35 bijvoorbeeld aanwezig bij XI-XI in fig. 25. De doorsnede bij deze ge-. bieden kan zijn zoals weergegeven in fig. 11 of zoals weergegeven in λ ' ·; 1 } -32- fig. 12. De dikke filmgebieden bevinden zich tussen de dunne filmgebieden. Twee dwarsdoorsneden langs de lijnen XXVII-XXVII respectievelijk XXVIII-XXVIII, die in de fig. 27 en 28 zijn weergegeven, zijn beide de dikke en dunne filmgebieden.

5 Een extra van belang zijnd kenmerk in fig. 25 is de wijze waar op de twee fazespanningen naar de lippen van het stelsel worden geleid. Indien bijvoorbeeld de faze-1 spanning wordt genomen, deze wordt rechtstreeks via de aluminiumgeleider 116 naar de alternatieve aluminium-lijnen 118, 120, 124 geleid. De meer negatieve faze-1 spanning wordt via 10- de aluminiumgeleider 126 naar de polysiliciumlijn 128 langs de gehele omvang van deze lijn geleid. Deze direkte verbinding is duidelijker weergegeven in fig. 26, die een doorsnede is volgens de lijn XXVI-XXVI van fig. 25. De lange polysiliciumlijn 128 is parallel geschakeld met de polysiliumlijnen 118a, 120a, 124a. Een soortgelijke constructie 15 wordt gebruikt voor de faze-2 spanning.

In de inrichting van fig. 25, evenals in de inrichting van fig. 23 is de capaciteit tussen elke aluminiumlijn, zoals 118 en de overeenkomstige polysiliciumlijn, zoals de lijn 118a veel groter gemaakt dan die tussen de polysiliciumlijn en het substraat. De reden hiervan is de 20 betrekkelijk kleine afstand tussen de lijnen 118 en 118a over een betrekkelijk groot oppervlaktegebied juist zoals in verband.met fig. 23 werd besproken.

De werking van de inrichting volgens fig. 25 zal duidelijk zijn uit datgene wat reeds in verband met fig. 23 werd besproken. Een lading 25- kan in een schuifregister worden ingevoerd op de wijze die in verband met het ingangseinde van het stelsel werd besproken. Wanneer deze lading eenmaal in een schuifregister aanwezig is, verplaatst zij zich in één richting (naar rechts) in het allerbovenste schuifregister; zij verplaatst zich in de tegengestelde richting (naar links) in het eerst-30 volgende schuifregister enz.. De koppelingen tussen de registers bevatten regenererende ketens, die in het kort zullen worden besproken. Koppeling tussen aangrenzende schuifregisters van het stelsel

Fig. 29 toont in doorsnede de koppeling tussen het uitgangs-einde van het ene register en het ingangseinde van een tweede register. 35 Voor het doel van de onderhavige bespreking zijn de platen of elektroden 14-(n-l), 14-n, 16-0, enz. eenvoudig als enkelvoudige elementen weer- X * -33- gegeven. Hun daadwerkelijke constructie kan gelijk zijn aan die welke reeds werd besproken in verband met de fig. 9, 11 en 12 en zal later worden besproken en weergegeven. Het substraat 10 is een gewone substraat en de siliciumdioxydelaag 12 is eveneens een gewone laag.

5 De nieuwe constructie van fig. 29 die niet eerder is weergegeven, is voorzien van een drijvend gebied of junctie F en een afvoer D, die beide in het substraat zijn gevormd. Deze zijn sterk gedoteerde p+ sili-ciumgebieden gelijk aan ce bron S^, weergegeven in de fig. 4 en 7. De drijvende junctie F en de afvoer D komen overeen met de bron, respec-10 tievelijk met de afvoerelektroden van een metaalcxydehalfgeleider MOS-transistor en de elektrode 14-(n+l) komt overeen met de stuurelektrode van een dergelijke transistor. De afvoer D is verbonden met een span— ningsvoeding V , die een spanning van een waarde, bijvoorbeeld -10 volt levert..

15 Het ingangseinde van het eerstvolgende schuifregister is voor zien van een bron S2 en een stuurelektrode 17, waarvan de functie en structuur gelijk zijn aan die van de bron en stuurelektrode 14-0, die respectievelijk in vorige figuren zijn weergegeven. De functie van de elektrode 17, bestuurd door de spanningsimpuls is te zorgen voor 20 de tempering voor de overdracht van het ladingssignaal vanuit de bron 52 naar de potentiaalput onder de eerste elektrode 16-1. Z-oals reeds eerder werd beschreven kan deze potentiaalput onder de eerste elektrode van het tweede schuifregister met lading in een vooraf bekende omvang worden gevuld zodanig, dat haar oppervlaktespanning de spanning van de 25 bron 5^ benadert, dat wil zeggen de spanning van de voeding V^, die een waarde kan hebben zoals bijvoorbeeld -5 volt.

Fig. 29 toont tevens enige van de capaciteiten in het stelsel.

Deze worden onderstaand gedefinieerd en hun betekenis in de werking van het stelsel zal later in het kort worden besproken.

30 = de capaciteit tussen de elektrode 14-n en

de drijvende junctie F

C, = de capaciteit tussen de terugstelelektrode b

14-(n+l) en de junctie F

C3 = de capaciteit tussen de junctie F en de substraat 10 35 C4 = de capaciteit tussen de stuurelektrode 16-0 en de substraat 10 S ·-.* * . 3 tl -34- = de capaciteit tussen de substraat 10 en de geleider 140, die de juncties F met de stuurelektrcde 16-0 verbindt C = C + C, + C ' + C. + C_ = de totale effectieve F a b 3 4 5 5 capaciteit van de drijvende junctie F.

De werking van het stelsel van fig. 29 zal eerst worden besproken voor hèt geval, waarin de capaciteiten en aanzienlijk kleiner zijn dan C . Verder zal voor het doel van deze uiteenzetting worden aangenomen, dat de schuifregisters worden bedreven met een 3-faze-spannings-10 bron, aangezien dit een van de meer eenvoudige werkmodi is. De werking van andere constructies met 4-faze-spanningsbronnen en 2-faze-spannings-bronnen zal later worden beschreven.

De golfvormen, gebruikt tijdens de werking van de schakeling van fig. 29 zijn in fig. 31 weergegeven. Fig. 30 laat op een schema-15 tische wijze de potentiaalputten zien, die gevormd worden en de wijze waarop lading in responsie op het toevoeren van de golfvorm van fig. 31 wordt overgebracht.

Fig. 30(a) laat de werking zien gedurende de φ2 impuls (tijdstip

t van fig. 31). Een terugstelimpuls V , die bij voorkeur meer negatief X R

20 is dan de voedingsspanning V valt samen met de negatieve φ2 impuls.

Fig. 30(a) toont, dat een lading 142 in de potentiaalput onder de elektrode 14-(n-l) in responsie op de φ2 impuls is opgezameld. Samenvallend

heeft de -15 volt V impuls, toegevoerd aan de terugstelelektrode R

14-(n+l) een laag impedantiekanaal, schematisch aangegeven met 144 tus-25 sen de bron F en de af voerelektrode D tot stand gebracht, dat het gebied F op een referentiespanning terugstelt dicht bij de waarde van V^, terwijl de lading, opgezameld in F gedurende de vorige cyclus naar de af-voerelektrode D wordt overgebracht.

Fig. 30(b) laat de situatie zien, nadat de faze-2 impuls is be-30 eindigd en de faze-3 impuls φ^ is begonnen. Het tijdstip kan van fig. 31 zijn. De lading die daarvoor aanwezig was onder de elektrode 14-(n-l) is overgelopen in de gecombineerde potentiaalput onder de elektrode 14-n en de junctie F. In het gegeven voorbeeld is de put onder de elektrode 14-n dieper dan die onder de elektrode F (14-n bevindt zich 35 op -15 volt en F bevindt zich op ongeveer -10 volt), zodat de lading een neiging heeft zich in het eerstgenoemde gebied van de potentiaalbron te t * -35- verzameien, zoals weergegeven. Gedurende deze tijd t0 bedraagt de terug-steispanning V 0 volt. Derhalve is er geen potentiaalbarrière tot stand gebracht onder de terugsteielektrode of, anders gezegd het kanaal tussen de junctie. F en de afvoer D bevindt zich in zijn hoge impedantietoestand, 5 Indien man F als een bron beschouwt, is de elektrode 14-(n+l) een stuur-elektrode en is D een afvoerelektrode, dit alles van een MOS-transistor, welke transistor is afgeschakeld, en niets van de lading passeert naar D.

Wanneer de eerstvolgende impuls optreedt, is de situatie zoals weergegeven in fig. 30(c). Deze figuur laat zien, dat na de positieve 10 overgang van de impuls φ. (zoals op het tijdstip t in fig. 31), de

«J

lading, indien aanwezig onder een elektrode 14-n, naar de drijvende junctie F zal worden overgebracht. Aannemende, dat de lading aanwezig is aan de drijvende junctie F, wordt de potentiaal van deze drijvende junctie betrekkelijk positief (daadwerkelijk wordt zij minder negatief).

.15 Wanneer deze drijvende junctie rechtstreeks is verbonden met de stuur- elektrode 16-0, brengt zij deze stuurelektrode op een betrekkelijk positieve spanning, zodat de potentiaalput onder deze elektrode zeer ondiep wordt. Deze ondiepe potentiaalput werkt als een.spanningsbarrière. Gedurende deze zelfde periode, zoals bijvoorbeeld van fig. 31, wordt 20 de puls toegevoerd. Deze impuls laat een geleidingskanaal zich uitstrekken vanaf de toevoerelektrode S, die zich op een spanning van -5 volt bevindt, na een gebied van de substraat onder de elektrode 17. Wanneer de stuurelektrode 16-0 zich op een aanzienlijk meer positieve spanning dan V^-5 volt bevindt, de spanning van het geleidende kanaal, 25 kunnen de ladingen uit de bron niet in de potentiaalput vloeien, die ontstaan is onder de elektrode 16-1 door de negatieve φ^ spannings-impuls, die aan deze elektrode werd toegevoerd.

Het geval, waarin het laatste bit, opgeslagen in het eerste register een 0 is in plaats van een 1 is weergegeven in fig. 3.0(d).

30 Hier wordt gedurende de impuls een 0 onder de elektrode 14-n opgeslagen. De drijvende junctie F blijft derhalve negatief in een mate van ruwweg -10 volt, de spanning, waarop zij gedurende de φ impuls werd geladen. Deze spanning, toegevoerd aan de stuurelektrode 16-0 is in de voorwaartse richting, zodat gedurende de puls een geleidend kanaal 35 146 zich uitstrekt vanaf de bron naar het gebied van het substraat, juist onder de elektroden 17 en 16-0 naar de potentiaalbron, die tot i * -36- stand is gebracht onder de eerste elektrode 16-1 door de -15 volt impuls. Hierdoor kunnen de positieve ladingdragers, beschikbaar bij de bron , naar de potentiaalput onder de elektrode 16-1 vloeien totdat de oppervlaktepotentiaal van de put de potentiaal van de bron begint 5 te naderen. Aldus wordt in responsie op een 0, opgeslagen onder de laatste plaat 14-n van het eerste schuifregister, een 1 overgebracht naar de eerste plaat 16-1 van het eerstvolgende schuifregister.

Resumerende wat tot dusver werd besproken kan gedurende de φ impuls een lading, die het bit 1 opgeeft, onder de elektrode 14-(n-l) 10' worden opgeslagen. Gedurende de φ^ impuls wordt het bit 1 naar de potentiaalput onder de elektrode 14-n overgebracht. Gedurende de impuls wordt de afwezigheid van een lading, die een aanduiding van het bit 0 is, onder de eerste elektrode 16-1 van het eerstvolgende schuifregister opgeslagen. Het is derhalve duidelijk, dat wanneer het laatste bit in het 15 eerste register een 1 is-, zijn complement 0 in het tweede schuifregister wordt geschoven. Uit de bespreking bleek verder, dat wanneer het laatste bit in het eerste register een 0 is, zijn complement 1 in het tweede schuifregister wordt geschoven.

De schakeling van fig. 32 is dezelfde als die in fig. 29, ech-20 ter wordt een 4-faze-spanningsbron in plaats van een 3-faze-spanningsbron gebruikt. Het gebruik van een 4-faze-spannignsbron in plaats van een 3-faze-spanningsbron vereenvoudigt de tempering enigszins aangezien de φ^ impuls aan de elektrode 14-(n+l) kan worden toegevoerd in plaats van da VR pul..

25 Tijdens de werking van de uitvoeringsvorm van fig. 32 wordt

gedurende de φ^ impuls (tijdstip t^ van fig. 33) een lading, indien aanwezig, onder de elektrode 14-(n-2) verplaatst. Dezelfde puls, toegevoerd aan de elektrode 14-(n+1) laat een inversielaag vormen tussen het drijvende junctiegebied F en de afvoerelektrode D, waardoor het gebied 30 F de positieve lading ontlaadt, die zij kan hebben opgezameld tijdens de vorige cyclus en een negatief spanningsniveau van ongeveer -10 volt aannemen. Gedurende de φ^ impuls wordt de lading, aanwezig onder de plaat 14-(n-2) naar het gebied van het substraat onder de plaat 14-(n-1) verplaatst. Gedurende de φ^ impuls (tijd t^ van fig. 33) wordt de lading 35 naar het gebied onder de plaat 14-n verplaatst en kan beginnen'zich bij het drijvende gebied F te verzamelen. De overdracht van de lading in F

, , : · Λ t. » -37- wordt voltooid tegen het einde van de § impuls en hierdoor wordt de stuurelektrode 16-0 op een betrekkeiijk positieve waarde ten opzichte van de potentiaal 3^ gebracht, indien F een positieve lading heeft verzameld, die het bit 1 voorstelt en op een negatieve waarde, indien het 5 gebied F negatief blijft, waardoor het bit 0 wordt voorgesteld.

Gedurende de φ negatieve impuls, toegevoerd aan de elektrode 16-1 wordt de stuurspannihgsimpuls V aan de elektrode 17 toegevoerd.

Dit vindt op tijdstip t van fig. 33 plaats. Afhangende van het feit of de elektrode 16-0 betrekkelijk negatief of betrekkelijk positief ten 10 opzichte van 3^ is, zal het geleidende kanaal zich al dan niet vanaf bron S2 uitstrekken naar de potentiaalput onder de elektrode 16-1. Met andere woorden, de positieve dragers, beschikbaar aan het gebied zullen al dan niet naar het gebied van de spanningsput onder de elektrode 16-1 passeren.

15 In de bovenstaande bespreking werd de werking van het systeem met overlappende pulsen beschouwd. Een dergelijke werking veroorzaakt de iadingoverdracht van de ene put naar de eerstvolgende, doordat de oppervlaktepotentiaal van een volgende put wordt verlaagd, terwijl de potentiaal van de put, die de over te dragen lading bevat, wordt ver-20 hoogd, waardoor haar lading gedwongen wordt over te vloeien in de eerstvolgende potentiaalput. Door een betrekkelijk grote substraatvoorspan-ning V , zoals een voorspanning van 10 - 15 volt te gebruiken, is het mogelijk het stelsel te laten werken met multipele fazepulsen, die elkaar niet overlappen. Onder dergelijke omstandigheden kan de stuur-25 impuls V worden vervangen door een desbetreffende impuls van de multi-fazespannir.gspulsen. In dit geval of de stuurimpuls V al dan niet zal worden geëlimineerd zal geheel afhangen van hoe snel de lading van onder de elektrode 14-n naar het gebied onder het drijvende gebied F kan worden overgebracht. Indien deze Iadingoverdracht voldoende snel is (een 30 korter interval in beslag neemt dan het interval tussen de niet-over-lappende pulsen en (fig. 29) dan wordt een juiste werking verkregen.

Teruggekeerd wordt naar fig. 29, indien de capaciteiten Ca en meer bedragen dan een geringe fractie van de waarde van de totale capa-35 citeit van het drijvende F gebied, kan de werking van de uitgangs-keten aanzienlijk verschillen van de zojuist besproken werking. Eerst

1 J

-38- zal het effect van de caoaciteit C, worden beschouwd. Indien de waarde b van deze capaciteit niet verwaarloosd kan worden vergeleken met de totale capaciteit C , dan zal aan de achterflank van de terugstelpuls V , toe-gevoerd aan de elektrode 14-(n+l), waar de positief gaande spannings-5 overgang plaatsvindt, deze positieve overgang capacitief worden gekoppeld met het gebied F, met als gevolg een positieve stap in de potentiaal van F. Het resultaat hiervan is, dat aan het einde van deze terug- stelimpuls V het gebied F zich op een hogere (meer positieve) poten-

R

tiaal zal bevinden dan (de gelijkspanning, waarop het afvoergebied D 10, wordt gehandhaafd). Aangezien alle in aanmerking komende ketens de waarde van zo klein mogelijk moeten hebben, moet de grootte van de overlapping tussen de elektrode 14~(n+l) en het drijvende gebied F minimaal zijn. Een manier om de minimum overlapping te bereiken is een "zelf uitgerichte polysiliciumpoort" te gebruiken, zoals weergegeven bij 14-(n+l) '15 in fig. 37. Dit kan geschieden door de later te beschrijven procedure.

Hoewel de aanwezigheid van de capaciteit moet worden vermeden, kan de capaciteit C met voordeel worden gebruikt voor het bereiken van een andere werkmodus van de uitgangsketen. De keten kan schematisch op precies dezelfde wijze als figuur 29 voor het geval van een 3-faze door 20 lading gekoppeld schuifregister worden voorgesteld, echter kan de negatieve temperingsstuurspanningsimpuls V__ worden geëlimineerd.

Tijdens de werking bestaat het voornaamste verschil tussen deze vorm van de keten en die welke reeds in verband met fig. 29 werd beschreven daarin, dat als gevolg van de betrekkelijk grote capacitieve 25 koppeling C , de potentiaal van het drijvende F gebied een neging heeft ci de spanningszwaai van de overlappende elektrode 14-n te volgen, die door de φ^ spanningsimpuls wordt bestuurd. .Gedurende de impuls wordt derhalve het F gebied betrekkelijk sterk negatief. Het is derhalve mogelijk rechtstreeks de potentiaal van het drijvende gebied F te gebruiken 30 om de doorgang van lading vanuit de bron naar de eerste potentiaal-put (onder elektrode 16-1) van het tweede schuifregister te gebruiken.

Met andere woorden, indien er gedurende een negatieve φ^ impuls geen lading onder de elektrode 14-n aanwezig is, waardoor de opslag van het bit 0 wordt aangegeven, zal het drijvende gebied F de stuurelektrode 35 16-0 voldoende negatief houden om het de lading mogelijk te maken uit de bron naar het gebied onder de elektrode 16-1 te vloeien, gedurende t. * -39- de tijd, waarin ca voorflank van de negatieve puls φ-^ de achterflank van de negatieve puls i, overlapt, anderzijds, indien er.gedurende de φ impuls een positieve lading aanwezig is, die een 1 onder de plaat 14-n vcorstelt, wordt het drijvende F gebied voldoende positief: om het 5 stromen van lading uit; de bron naar het gebied onder de elektrode 16-1 gedurende de eerstvolgende impuls te verhinderen. Dit alles is mogelijk zonder dat de extra tempeerstuurpuls 7 nodig is.

Er zijn een aantal andere eigenschappen van de werking van de schakeling, waarvangeproditeerd kan worden wanneer er een aanzienlijke 10 caoaciteit bij C is. Aan het einde van de φ imouls (tijdstip t_ , fig. 31) levert de positieve spanningszwaai van φ^ esn positieve span-ningsstap aan het gebied F op, die een neiging heeft het proces van het terugstellen van F naar de referentiespanning ’-J te wijzigen. Dit effect kan ’worden gebruikt om de uitgangsketen op twee wijzen te vereen-15 vcudigen- In de eerste plaats kan de terugstelimpuls V worden vervan-gen door een gelijkspanningsniveau, bijvoorbeeld aardniveau (aangezien het substraat zich op een spanning +7 bevindt) of een iets meer negatieve potentiaal, zoals 7,. Ten tweede kan de constructie van de uitgangsketen worden vereenvoudigd door de terugstelelektrode 14-(n+1), 20 alsmede de afvoer D en de bronelektrode met dezelfde potentiaal, bijvoorbeeld te bedrijven. Tenslotte kan een speciale stuurgolfvorm 7 van fig. 35 worden gebruikt om de werking van de keten te bevorderen.

Een schakeling, die de bovengenoemde kenmerken combineert is weergegeven in fig. 34. De gemeenschappelijke spanning V , waarop de 25 elektroden D en 3^ worden gehouden kan -5 volt bedragen, terwij1 het substraat 10 op +5 volt kan zijn voorgespannen.

In de volgende beschrijving van de werking van de schakeling van fig. 34, meet worden verwezen naar de fig. 34, 35 en 36. Op het tijdstip t7, kan een lading aanwezig zijn onder de elektrode 14-(n-2). De samen-30 gestelde golfverm V bevindt zich op haar meest positieve waarde, die d aarde kan zijn. In responsie op deze positieve impuls, wordt het drijvende gebied F, dat zoals men zich zal herinneren, capacitief gekoppeld is met de elektrode 14-n door bepaalde aanzienlijke waarde van de capaciteit C , eveneens betrekkelijk positief gemaakt. Dientengevolge werkt d 35 het gebied F als een betrekkelijk sterk in voorwaartse richting voorgespannen toevoerelektrode van een MOS-transistcr en elke lading, die daarvoor kan zijn opgezameld, wordt via het kanaalgebied onder de elek- i r -40- trode 14-(n+l) naar de afvoerelektrode D overgebracht. Tijdens het proces bereikt de elektrode F een negatieve waarde, die niet zo negatief is als -5 volt. De daadwerkelijke waarde is -5 volt + Vfc, waarbij V de reeds eerder besproken drempelspanning is. De configuratie van de poten-5 tiaalputten op het tijdstip t is weergegeven in fig. 36(a).

Daarna treedt de impuls op en wordt de lading, aanwezig onder de elektrode 14-(n-2) naar het gebied van het substraat onder de elektrode 14-(n-l) overgebracht. Dit gedeelte van de werking vindt zonder complicaties plaats en is niet in fig. 36 weergegeven.

10.- Op het tijdstip t is de stuurspanning V op haar meest nega- 2. cl tieve waarde. De negatieve impuls is begonnen en de φ^ impuls is aan het eindigen. Aannemende, dat de φ^ impuls een maximum negatieve waarde van -15 volt heeft, is de daadwerkelijke spanning, die op dit ogenblik aanwezig is bij de elektrode 14-(n-l) ongeveer -8 volt. De potentiaal- 15 putten, die op dit ogenblik tot stand zijn gebracht, zijn, zoals weer gegeven in fig. 36(b). De lading, die daarvoor aanwezig is in de poten-tiaalput onder de elektrode 14-(n-l) stroomt over in de potentiaalput onder de elektroden 14-n en in F. De capacitieve koppeling tussen de elektrode 14-n en het gebied F heeft het gebied F een meer negatieve 20 waarde gegeven dan de elektrode 14-n, aangezien F oorspronkelijk nega tief was en wel ongeveer -5 volt. Derhalve bevindt de diepste potentiaalput zich in het gebied F en indien de lading oorspronkelijk was opgeslagen onder de elektrode 14-(n-2) verzamelt zij zich tenslotte in het gebied F. Verder kan worden opgemerkt, dat de afvoerelektrode D 25.. niet zo negatief is als het gebied F en verder, dat aangezien de elektrode 14-(n+l) zich op een afstand van het substraat bevindt, de zich hieronder bevindende oppervlaktepotentiaal enigszins minder negatief is dan die van de afvoerelektrode D.

Gedurende de bovengenoemde tijdperiode is de φ^ puls in.

30 Deze puls wordt ergens anders in het stelsel bijvoorbeeld aan de plaat 16-3 van fig. 34 toegevoerd, teneinde een lading die daarvoor onder de plaat 16-2 was opgeslagen, voort te planten naar de plaat 16-3. Men zou desgewenst in plaats van de stuurspanning V te gebruiken, de φ_ puls 3. «j kunnen toevoeren aan d'e elektrode 14-n, zoals reeds eerder werd bespro-35 ken, echter wordt niet zo'n veelzijdige besturing verkregen van de ladingoverdracht en signaalregeneratie, zoals in het kort zal worden aangetoond.

i -41-

Op het tijdstip is de impuls in. Gedurende deze zelfde periode wordt de spanning V verhoogd 3.

tot een waarde tussen 0 en -15 volt. De gebruikte daadwerken jice waarde is een functie van ketenparameters, zoals 5 de grootte van de capaciteit C (fig, 29) en anaere ver- 3l deelde ketencapaciteiten.

De stijging van de waarde van Y& tot -Y maakt de potentiaalput onder de elektrode F iets ondieper, doch deze blijft nog steeds voldoende diep om te ver- 10 hinderen, dat het meeste van de lading bij F naar het gebied D passeert. De waarde van -V is zodanig gekozen, dat in het geval, waarin er lading bij F aanwezig is, die het hit 1 voorstelt, de spanning bij 16-0 verhindert, dat de lading vanuit de toevoerelektrode &0 naar het gebied onder 15 16-1 stroomt. Dit stel omstandigheden is bij (c) in fig.

3ö weergegeven. De waarde van de spanning moet ook zodanig zijn, dat bij afwezigheid van de lading bij F, hetgeen duidt op het opslaan van het bit 0, een geleidend kanaalgebied tot stand is gebracht onder de elektrode 16-0, 11 dat de lading vanuit de bron laat overbrengen naar het gebied onder de elektrode ló-l. Deze situatie is bij (d) in fig. 36 weergegeven.

De schakeling van fig. 3½ is bijzonder aantrekkelijk wanneer zij is uitgevoerd met MOS in- 25 richtingen (F, ΐ4-(η+1.) , D) van het bevorderingstype, die lage drempelspannihgen hebben. Verder moet worden op-gemerkt, dat andere uitvoeringsvormen van de uitvinding, die reeds eerder zijn beschreven, met voordeel speciale golfvormen, zoals V van fig. 35 gebruiken om de elektrode 30 te besturen, die het drijvende junctiegebied F overlapt.

Dit maakt een betere regeling van de tempering van de potentiaal mogelijk, die bij het drijvende gebied F wordt ontwikkeld en maakt het tevens mogelijk, dat de potentiaal bij F naar een meer negatieve waarde wordt verschoven t * -42- (wanneer F een lading van onder een elektrode, zoals l^-(n-2) (fig. 3*0 ontvangt) en na een mineer negatieve waarde -V in fig. 35i die gekozen is voor het verschaffen van het gewenste drempelniveau voor signaalregenere-5 ring, wanneer de potentiaalput onder de eerste opslagelek-trode ló-l van het eerstvolgende register gereed is een lading te aanvaarden. Dit betekent, dat de positieve stap &V bij Va(capacitief gekoppeld met F) tevens een extra besturing is om te verzekeren, dat wanneer het gebied van 10. de substraat nabij F in de toelaatbare mate met lading is gevuld, de spanning bij F (toegevoerd aan de elektrode l6-0) de stroming van lading vanuit de toevoerelektrode 32 naar het gebied onder de eerste opslagelektrode 16-1 zal afsnijden* 15 Fig. 37 toont op een meer realistische wijze de daadwerkelijke constructie, die kan worden gebruikt voor het gedeelte van het stelsel, dat schematisch in fig. 29 is w'éergegeven. Echter wordt opgemerkt, dat hier en elders de dikte van de elektroden (hun vertikale 20 afmetingen) niet op schaal zijn weergegeven en dat zij in een veel grotere verhouding zijn getekend dan de horizontale (lengte) afmetingen van de elektroden. Deze zelfde constructie en de alternatieven van de fig. 38, 39 en kO zijn eveneens geschikt voor de constructie, die schematisch 25 in de fig* 32 en 3*<· is weergegeven.

Fig· 37 stelt een silicium-poort- uitvoering van het ^--faze door lading gekoppelde stelsel voor, dat daarvoor werd beschreven onder verwijzing naar de fig. 32 en 33· Fig· 3^ toont het onderste van de twee 30 schuifregisters van fig, 37 in een gewijzigde versie.

Hier geschiedt de signaalregenerering door het samenvallen van twee stuurimpulsen V en V . In dit geval verschaft de c 3 spannings impuls V de tempering om de lading in het tweede c schuifregister in te voeren. De stuurimpuls bepaalt of 35 al dan niet en hoeveel lading naar de eerste potentiaalput τ t -43- vaa her weede schuilre"ister moer worden overdobracht.

De selectieve tempering van deze twee sruurimpuls en werd reeas beschreven in her gedeelte, dat handelde over het invoereinde van het stelsel, 5 Fig, 39 is een gegeneraliseerde weergave van het invoereinde van een register gelijk aan dat van fig, 38, doch bedoeld voor een 2-fazewerking, De siguaalregenerering in een specifiek, soortgelijk 2-faze door'lading gekoppeld stelsel wordt later onder verwijzing 10 naar de fig. h2, hj en kk uitvoeriger beschreven,·

Teruggekeerd wordt naar fig, 38·

Hier, juist zoals in het geval van het stelsel, weergegeven in. de fig. 37, 39 en ^0 is het drijvende gebied F verbonden met een aluminium elektrode ló-0, die van het zelf 15 uitgerichte type is en die zodanig kan worden gemaakt, dat zij een betrekkelijk kleine capaciteit ten opzichte van de substraat 10 heeft. Hoewel de elektrode 16-0 zich op een betrekkelijk kleine afstand van de extra stuurelektrod'e 17 - een polysilicium elektrode, in het gebied 170 bevindt, 20 is dit gebied I70 zeer klein in de orde van grootte van een halve micron. Derhalve draagt de aanwezigheid van de elektrode 17 niet noemenswaardig bij tot.de capaciteit van de elektrode 16-0. Voor de rest van het overlapte gedeelte, gebied 171* kan de silicium dioxyde betrekkelijk dik worden 25 gemaakt in de orde van grootte van verscheidene duizenden angstroms (de tekening is niet op schaal), Deze betrekkelijk grote afstand over een betrekkelijk groot gebied betekent, dat de capaciteit in dit gebied betrekkelijk klein is, De reeds eerder genoemde polysilicium elektrode 17 is gelegen 30 tussen de aluminium elektrode 16-0 en de toevoerelektrode ö2*

Qpgemerkt moet worden, dat in het geval van het vier-fazestelsel, zoals beschreven onder verwijzing naar fig, waarbij echter nog gebruik wordt gemaakt van 35 polysilicium en aluminium elektroden, en een uityoertrap, t i -44- gelijk aan die van fig. ko, het drijvende gebied p· van het eerste register kan worden verbonden met de elektrode 17 van het tweede register, weergegeven in fig. 37, In dit geval wordt de spanning toegevoerd aan 16-0, &2 aan 5 16-1, aan 96-2 en aan 16-3·

Alle bovenbeschreven constructies voor het invoereinde van het tweede register kunnen aan het invoereinde van het eerste en alle andere registers worden gebruikt. Met andere woorden, de constmcties, die 10 schematisch in de fig. k en 7 zijn weergegeven, kunnen in ' de· praktijk zijn, zoals weergegeven in een of meer van de drie het laatst besproken figuren,

Fig. kO laat een versie van de koppe-lingsketen zien, die geschikt is voor de 2-faze- werking, 15 waarbij, zoals eerder onder verwijzing naar fig. 3k werd beschreven, de overlappende capaciteit C een betrekkelijk grote fractie van de totale capaciteit C_ van de drijvende • junctie F is. De constructie is in vele opzichten gelijk aan die, welke reeds werd besproken. De tijdens de werking 20 van de schakeling gebruikte golfvormen zijn weergegeven in fig. kl»

Tijdens de werking treedt gedurende de negatieve 4. impuls de negatieve spannings impuls V op. Hierdoor wordt elke ladingsdrager, die in het drijvende ge-25 bied F kan zijn verzameld, ontladen en het drijvende gebied F' neemt een negatieve potentiaal aan, die dicht gelegen is bij die van de spanningsbron V^. Gedurende de eerstvolgende ib0 impuls wordt de eventuele lading verzameld onder het elektrodenpaar l4-(n-l)a, l4-(n-l)b overgedragen naar het 30 gebied onder de elektrode 1^-n en het drijvende gebied F. Kort na het begin van de negatieve impuls, treedt de negatieve stuurpuls V op en hierdoor wordt een geleidend

O

kanaal gevormd onder de polysilicium elektrode 17, waardoor effectief het bron gebied wordt uitgebreid. Nu zal de 35. lading van al dan niet naar de eerste potentiaalput i. * -45- onder de elektrode lö-i strcisen, hetgeen afhangt van het feit of de elektrode 16-0 betrelckelijlc negatief (geen positieve lading bij F) of betrekkelijk positief (waardoor het bij i4-n en F opgeslagen bit 1 wordt aangegeven) verge-5 leken niet de potentiaal van de bron S^is.

Fig. 42 is een bovenaanzicht van een gedeelte van een twee dimensionaal, schuifregister-stelsel, waarvan een gedeelte in doorsnede in fig. 4q is weergegeven. Teneinde het de lezer te vergemakkelijken Ij fig. 42 te begrijpen, zijn delen in fig» 42, die overeenkomen met die in fig. 4o, van dezelfde verwijzingscijfers voorzien. De besparing aan de uitvoering, die moge lijk is met een 2-fazewerking blijkt uit fig. 42.

Sen andere vorm van een 2-fazekoppe-15 lingsketen is weergegeven in fig. k3. Hier bestaat de laatste elektrode van het eerste schuifregister uit een elektrode-paar 1^-na, l4~nb in plaats van de enkele elektrode van fig. b0. Bovendien wordt de eerste elektrode ló-l van het tweede schuifregister bestuurd door een faze 1 impuls in 23 plaats van door een faze 2 impuls. Bovendien verschillen de temperingsgolfvormen van fig. iets van die welke gebruikt worden voor de schakeling van fig, 4o,

Tijdens de werking van de schakeling ven fig. 43 treedt gedurende de impuls, de terugstelimpuls

25 v op en de drijvende elektrode wordt teruggesteld op het R

referentie negatieve spanningsniveau. Wanneer de eerstvolgende 42 impuls optreedt, wordt de lading eventueel onder het elektrodepaar l4-(n-l)a, l4-(h-l)b overgebracht naar de potentiaalput onder het elektrodepaar 14-na, 14-nb en 30 vandaar stroomt de lading in de potentiaalput onder de drijvende elektrode F indien gedurende de impuls de elektrode F zich op een meer negatieve potentiaal bevindt dan het elektrodepaar l4-na, l4-nb.

De ladingsoverdracht vanuit de laatste 35 potentiaalput van het schuifregister naar het drijvende ί * -46- gebiecl F wordt voltooid gedurende de achterflank van tb .

Op dit tijdstip strekt gedurende de impuls V (die geduren-de het' eerste gedeelte van de negatieve puls 4 optreedt), een geleidend kanaal zich vanaf de bron tot onder de . 5 elektrode 17 uit. Indien op hetzelfde ogenblik de drijvende elektrode F betrekkelijk negatief is, vloeit de lading van S2 door dit kanaalgebied en door het kanaalgebied, gevormd onder de elektrode 16-0 naar de potentiaalput onder de elektrode 16-1, tot stand gebracht door 4 . Indien ander-10 zijds de elektrode 16-0 betrekkelijk positief is, waardoor de opslag van een 1 bij de drijvende elektrode F wordt aangegeven, wordt een barrière onder de elektrode 16-0 tot stand gebracht en vloeit geen lading van S2 naar de potentiaalput onder de elektrode ló-l.

15 ICort nadat de stuurimpuls V is be- ëindigd en nog steeds gedurende de negatieve puls 4.^, treedt de terugstelimpuls V op om de drijvende elektrode X\ F terug te stellen, d.w.z. haar op haar referentiepoten-tiaal te brengen. Op dit ogenblik kan echter geen lading 20 uit de bron vloeien, aangezien Vc zich op aardpotentiaal bevindt, waardoor een barrière voor de ladings overdracht uit de bron wordt gevormd,

Fig. 45 is een bovenaanzicht Van een gedeelte van een twe e-dimens ionaal, schuifregisters:tels el, 25 zoals gedeeltelijk weergegeven in fig. 43, Ook hier spreekt de besparing aan uitvoering voor zichzelf.

Hoewel niet weergegeven, zal het duidelijk zijn, dat verscheidene andere permutaties en combinaties van de verscheidene beschreven inrichtingen -kunnen 30 worden gebruikt. Om slechts één voorbeeld te geven is het duidelijk, dat de vereenvoudigde constructie van fig. 34 in de 2-fazeversie van het schuifregister kan worden gebruikt .

In het kort wordt teruggekeerd naar 35 fig· 4o« Zoals reeds eerder werd opgemerkt, kan de con- V > -47- 3:ruc;ie var, de het signaal regenererende trap enigszins worden vereenvoudigd., zoal? uit de uitvoering in fig. 42 bii j.<t , indien de schakeling wo-rdt ontvorpen om zonder de terug-stellende stuurspannings impuls V te werken. Deze wijzi-5 ging van de schakeling is schematisch weergegeven door de onderbroken lijn, die de elektrode l4-(n+l) met dezelfde energiebron verbindt ais gebruikt wordt voor de afvoer-eiektrode D. In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding wordt een gemeenschappelijke energievoeaing gβίο bruikt D, l4-(n+l) en S2 op dezelfde wijze als eerder werd aangegeven in fig. 34 voor het geval van een 3-faze-stelsel.

Xn de tot dusverre weergegeven uitvoeringsvorm van de uitvinding ontvangt elk schuifregis-15 ter de complementen van de bits, die in het voorafgaande schuifregister zijn opgeslagen. De schematisch in fig. 46 weergegeven schakeling maakt het mogelijk, dat elk schuifregister de bits zelf aan het eerstvolgende schuifregister levert, De drijvende elektrode F in plaats van recht-20 streeks verbonden te zijn met de stuurelektrode 16-0 van het eerstvolgende register is hiermede verbonden over een inverter I. In andere opzichten is de werking dezelfde ais die welke reeds eerder werd besproken. De inverter kan ook in de verscheidene andere besproken uitvoerings-25 vormen van de uitvinding worden gebruikt. In de praktijk kan de inverter worden gemaakt uit meOaal-o.xyde-halfgelei— der inrichtingen, die in dezelfde substraat zijn gexnteg-reerd als de rest van het stelsel of alternatief kan het een schakeling buiten de substraat zijn.

30 In de uitvoeringsvorm van de uit vinding , weergegeven in fig. 21, worden een aantal bits parallel in het gebied 11 overgebracht. Bij het bespreken van deze figuur werd opgemerkt, dat dit aantal bits een informatie-byte kan zijn. Ben meer in het bijzonder voor— delige werking kan worden bereikt, indien bovendien het f ï -48- complement van het byte sauenvallend wordt overgedragen.

Een stelsel van ait type omvat derhalve n paren door lading gekoppelde schuifregisters (waarin n een- geheel getal is, dat in het bepericende geval 1 bedraagt, dat 5 normaal β of 8 is en dat een aanzienlijk groter getal kan zijn). Een scnuifregister van elk paar slaat de bits op en het andere de complementen van de bits en elk dergelijk paar kan verbonden worden met een balansdetector, zoals weergegeven in fig. 4-7.

10 Een belangrijk voordeel van het op deze wijze werken is, dat het signaal kan worden gedetecteerd zonder dat het een bepaald drempelniveau moet bereiken. Voor een betrouwbare werking van de balansdetector is het alleen nodig, dat er een voldoende 15 verschil in amplitude tussen de twee ingangssignalen is, waarvan het ene het bit 1 en de andere het bit O voorstelt. Een ander voordeel van het gebruiken van een balansdetec-tie-inrichting is, zoals in het kort onder verwijzing naar fig. 49 zal worden besproken, het relatieve gemak, 20 waarop nieuwe informatie in de opslaglus kan worden ingevoerd en uitgangsinformatie uit de opslaglus kan worden verkregen. De reden hiervan is de extra signaalversterking, die beschikbaar is, en die het mogelijk maakt, dat de balansdetector op enige afstand van de door lading gekoppel-25 de schuifregisters wordt aangebracht.

Een uitvoeringsvorm van het balans-detectieschema is weergegeven in fig. 48. Aangenomen wordt, dat het bovenste, linker register l4-(n+l), l4-n enz. bits opslaat en dat het bovenste, rechter register l4a-(n+l), 30 l4a-n enz. complementen van de bits opslaat, In de praktijk worden deze twee registers naast elkaar aangebracht en de bits en hun complementen verplaatsen zich in dezelfde rieh-"bitig, hier zijn zij echter gemakshalve eenvoudig convergerend weergegeven.

3.5

De balansdetector is voorzien van twee w -*—· j v ♦ f ï -49- transis tors 200, 201, die ia dezelfde substraat ais de rest vaa het stelsel zijn. geïntegreerd. Verder wordt gebruik gemaakt van de uitvoerconstructies van de twee schuif registers als de belas tings inrichting of ’‘veers tanden” 5 voor de twee kruiselings gekoppelde transistors 200, 201. Aldus bestaat de balansdetector in vericelijkheid uit een vier-transistor, flip-flop, waarvan twee transistors als belastingsveerstanden werken en deel uitmaken van de uit-voerschakeling van de schuifregisters.

XG Tijdens de werking van het stelsels van fig/ ^3 kan gedurende de £, impuls, V betrekkelijk sterk negatief worden gemaakt en V gelijk aan V, worden gemaakt, °1

Als gevolg hiervan ontladen de drijvende gebieden F- en F„ elke lading, die een van hen kan hebben verzameld en worden 15 teruggesteld op een vaarde dicht bij -V^. Derhalve worden de klemmen 202 en 203 op dezelfde negatieve potentiaal dicht bij -V. gebracht en wanneer V nul wordt gemaakt (V blijft op -V^) , worden alle vier transistors afgesneden en bevinden de F, en F gebieden zich in een open keten.

JL. c.

20 De overdracht van het ladingssignaal naar de F^ en F^ gebieden brengt de toestand tot stand, die de flip-flop zal aannemen wanneer zij opnieuw wordt bekrachtigd of met andere woorden gezegd, wanneer de vier-transistor flip-flop in een werkzame, toestand wordt gebracht.

25 De flip-flop worctt opnieuw bekracnrigd door eerst V_ posi- G1 tiever (daadwerkelijk minder negatief) te maken en vervolgens (of samenvallend) terug te brengen tot een negatieve potentiaal teneinde de transistorbelastingen (f^, 14—(n+l), D en Fg» l4a-(n+l), D) in'de keten terug te brengen, hauw-30 keuriger gezegd kan Viets meer positief worden gemaakt dan aan het terugstelgedeelte van de cyclus, echter'wordt zij nog steeds op een potentiaal gehouden, die voldoende negatief is, zodat de twee belas tings transistors zich nog steeds in hun geleidende toestand bevinden. De stuurspanning i 1 -50- V wordt relatief positief ten opzichte van V, gemaakt; 1 ' 4 zij kan bijvoorbeeld, worden verhoogd tot of een iets meer positieve potentiaal (de daadwerkelijke waarde, gekozen voor V zal afhangen van de spanningen, ge-U1 5 wenst aan 202 en 203·

Zoais bovenstaand werd opgemerkt, zal de toestand, die de flip-flop aanneemt afhangen van de waarden van de bits, opgeslagen in de twee schuifre-gisters. Bijvoorbeeld, indien het bit, opgeslagen onder Γ0. -het elektrodepaar 14-n gedurende de impuls een 0 is (geen lading) blijft F^ betrelckelijk negatief. Dienovereenkomstig zal er een lading onder het elektrodepaar l4a-n zijn, zodat aan het einde van de è2 impuls deze lading zal worden overgebracht naar F~ en F„ zal betrek-15 kelijk positief zijn. De betrekkelijk negatieve spanning aan 202 zal.de flip-flop uit balans brengen en wanneer de flip-flop opnieuw wordt bekrachtigd zal het gevolg zijn, dat de transistor 201 geleidend wordt gemaakt en derhalve zal de betrekkelijk positieve spanning aan 203 ertoe 20 leiden, dat de transistor 200 wordt afgesneden. Het verschil in spanning tussen F-^ en F^ bepaalt de nieuwe toestand wanneer de flip-flop opnieuw wordt bekrachtigd» Derhalve zal de klem 202 betrekkelijk negatief dicht bij de waarde ~V^ min de spanningsval van D naar F^ worden ge-25 maakt, terwijl het punt 203 zich op een betrekkelijk positieve waarde zal bevinden, dicht bij de potentiaal V ,

Ci die hetzelfde kan zijn als .

Gedurende de impuls zal de informatie , opgeslagen bij 202 en 203j die aan de stuurelektro-30 den 16-0 respectievelijk l6a-0 samenvallend met een nega-

tieveinpuls V , toegevoerd aan de elektroden 17 en 17a O

worden toegevoerd, een geleidingskanaal onder de elektrode 16-0 aanwezig laten zijn en geen geleidingskanaal onder de elektrode l6a-Q. D.w.z. na het begin van de impuls, * Li s Jr -51- warme er de flip-flop r*aar de nieuwe toes rand wordt ge-, senaiceid, wordt de süuurpuls V-, negatief* gemaakt en wordt de lading vanuit 32 naar het gebied onder de opslagplaat ió-1 overgedragen. Aangezien de elektrode lóa-0 betrekke-5 lijk positief is ten opzichte van V, vindt geen lading-overdracnt vanuit de bron 3^ naar het gebied onder de opslagplaat lóa-i plaats.

Fig. 49 toont op een meer schematische wijze een alternatieve inrichting. De constructie 13 van de bovenste ea onderste schuifregisters is dezelfde als die van fig. 48 en alleen de drijvende juncties F , en de elektroden ló—0 en lóa-0 zijn weergegeven. In deze uitvoeringsvorm worden de drijvende juncties niet als belastings element en voor de balansdetector gebruikt. De 15 transistors 200 en 201 zijn dezelfde als die van fig. 48. Bovendien zijn er echter afzonderlijke transistors 204 en 205i waarvan het doel is de signalen, aanwezig bij F^reapectievelijk Fn te versterken. Bovendien zijn er transistors 207 en 208, die de tweevoudige taak hebben 20 ais transistorbelastingen voor de flip-flop 200,.201 te werken en als een middel om nieuwe informatie in de flipflop in te voeren. Verder kan worden opgemerkt, dat nieuwe informatie in de schakeling van fig, 48 kan wordexi ingevoerd door een tweetal transistors, zoals 207 en 208, weer-25 gegeven in fig. 49.

-pijdens de werKing van de inrichting volgens fig, 4Q wordt de flip-flop eerst teruggesteld door de beide transistors 207en 2o8 geleidend te maken (EXT = EXT = V, terwijl J2i = IN^ = bepaalde negatieve waarde, 30 bijvoorbeeld -V, van flS- 43), De transistors 207 eh 208 4- ___ worden dan uitgeschakeld, bijvoorbeeld door EXT = EXT = aarde te maken, terwijl Vq eveneens gelijk is aan -V^, zodat de transistors 200 ea 201 worden uitgeschakeld. Derhalve zijn de beide punten 202 en 203 op dezelfde refe-35 rentiepotexxtiaal (-Vteruggesteld.

< ί -52-

Op het ogenblik waarop de flip-flop wordt teruggesteld en de ladingssignal en bij F^ en F^ beschikbaar'zijn, wordt een negatieve impuls V , die negatiever 0 2 is dan toegevoerd aan de afvoerelektroden van de tran- 5 sistors 2¾½ en 20p. Indien nu bijvoorbeeld Ui (de spanning bij F^) betrekkelijk negatief is en IN (de spanning bij F2) betrekkelijk positief is, zal de transistor 204 meer geleiden dan de transistor 203* Hierdoor wordt de flip-flop uit evenwicht gebracht, zodat op dezelfde wijze als be-10. schreven voor de schakeling van fig. 48, wanneer de flipflop opnieuw wordt bekrachtigd (eerst door de spanningen IN' = IN terug te brengen naar -V^ en vervolgens terug te brengen naar V^) zal de flip-flop in een nieuwe1 toestand worden ingesteld, waarin het spanningsverschil 15 tussen de punten 202 en 203 een versterkte versie van het spanningsverschil zal zijn, dat oorspronkelijk aanwezig was tussen F^ en F2.

Nieuwe informatie kan aan de onderste registers via de transistors 207 en 208 op een wijze worden 20 toegevoegd, die bijvoorbeeld gebruikt wordt in een P-M0S

geheugenstelsel. De EXT en EXT signalen voeren de functie van de woordkiespulsen uit, terwijl de IN' en IX signalen de functie van de bitsignalen uitvoeren, die nieuv/e informatie invoeren. De uitwendige ingangs signalen kunnen 25 de flip-flop in de gewenste toestand instellen bij afwezigheid van de stuuringangs impuls V,, .

L 2

Aan de uitwendige sigxialen kan ook een voldoende amplitude worden gegeven, teneinde élk signaal te overwinnen, dat gedurende Vn bij F, en F_ 30 aanwezig kan zijn. Met andere woorden, de werking is gelijk aan die beschreven in verband met fig. 48. Dit betekent, dat gedurende het regenereringsproces van de informatie, de transistors 207 en 208 de functie van de belastingsinrichtingen in de flip-flop uitoefenen, die 35 in de schakeling van fig. 48 deel uitmaakten van de .. . ï η. * -53- ui cgangscons true tie van ae complementaire schuifregisters.

Derhalve, he bovenbesproken'eigenschappen van he fig. Id en 49 zijn de gebruikte flip-flop-pen geschikte ciida ei en o ra de door lading gekoppelde in-5 formatie om te zetter» in statische informatie, ongeslagen in een flip-flop. Vanneer bijvoorbeeld een byte en haar complement naar door lading gekoppelde schuifregis-ters, zoals in fig. 21 aan een uitgangsklem van dit stelsel worden overgedragen, kunnen er n flip—floppen 13 zijn, zoals weergegeven in de fig. 48 en 49, waarbij n het aantal bits in een byte is. Deze n bits kunnen’ge-makkelijk in elke geschikte vorm van een geheugen-worden geschoven. Bijvoorbeeld kan de signaal regenererende flip-flop, zoals in fig, 49 met extra transistors 204 15 en 20p voor het versterken van het signaal, afgenomen van F en F0 als een halfgeleidergeheugen werken, dat als een bufferopsiag kan worden gebruikt tussen de door een lading gekoppelde geheugeniussen en uitwendige schakelingen· 21 In de stelsels van fig. 43 en 49 wordt de ingangsinformatie afgetast bij de drijvende juncties, zoals F^ en F^· Opgemerkt wordt, dat het stelsel ook kan werken onder gebruikmaking van drijvende aluminium elektroden, zoals l4-n van fig. pö om signalen 25 capacitief met de flip-flop te koppelen. De verandering in capaciteit van derge lijke drijvende elektroden als functie van het ladingssignaal zal duidelijk worden uit de beschrijving, die in het kort zal worden gegeven van de werking van de schakeling van fig, pQ.

52 Hoewel de fig. 47 - 49 voor de hui- - • «t dige bespreking zijn weergegeven in termen van een 2-faze_ inrichting, zal het duidelijk zijn, dat de beschreven technieken eveneens van toepassing zijn op 3» 4 en hogere faze, een lading voortplantende schakelingen.

25 In de bespreking die tot dusver heeft 4 * -54- plaats gevonden, was de koppeling tussen twee registers voorzien van een drijvend junctiegebied, zoals F, F^ enz.

Dit drijvende junctiegebied is gelegen in een n-type substraat en bestaat uit een p + gebied, Het is ook moge-5 lijk als het, het signaal aftastende orgaan een drijvende aluminium elektrode te gebruiken, zoals weergegeven in fig- 50. Hier is de drijvende aluminium elektrode 1^-n aan het uitvoereinde van het ene register gekoppeld met een stuurelektrode lo-O aan het invoereinde van het 10 eerstvolgende register.

Tijdens de werking van het stelsel volgens fig. 50, een vier-fazestelse 1 wordt aangenomen, dat de elektrode l4-n door de negatieve stuurimpuls V-, op een bepaalde spanning is teruggesteld, die niet zo negatief is 15 als en zich in een open keten bevindt (drijvend laten) door de stuurimpuls V te verwijderen. Hierdoor ontstaat een potentiaalput onder de elektrode l4-n. Op het 4^ tijdstip wordt de lading (of geen lading) naar het gebied van de substraat onder de laatste opslagelektrode l4-(n-l) 20 overgedragen. Op het ogenblik wordt aangenomen, dat er een lading aanwezig is, Gedureride de achterflank van de 4^ impuls, die de negatieve 4^ impuls overlapt, loopt, aangezien de potentiaalput onder de elektrode l4-(n-l) ondieper is gemaakt, de daarin aanwezige lading over in de potentiaal-25 put onder de drijvende aluminium elektrode l4~n. Aoals in deze techniek duidelijk is, wordt door de verhoging van de lading in de potentiaalput onder de elektrode lU-n de effectieve capaciteit tussen de elektrode l4-n en de substraat verhoogd, Aangezien een vaste lading daarvóór op deze drij-30 vende elektroden tot stand was gebracht, wordt hierdoor df aan de elektrode llt--n en derhalve aan 16-0 aanwezige spanning verlaagd,

Wanneer de 4^ impuls is beëindigd, wordt de ladings overdracht naar de potentiaalput onder de -55- elektrode 14-n voltooid. en op dit tijdstip worde ae aega-11ave stuur?oanningsimpuls V\, aan de elextroda 17 toege— voera. hu zijn de oas oanaigheden juist om lading vanuit 3, door net geleidingsKanaal onuer de elektrode 17 te 5 laten vloeien en afhankelijk van het feit of de elektrode 16-0 negatief of positief is ten opzichte van dc potentiaal van de bron 5^ al dan niet naar de potent.iaalput onder de apslagelektrode ió-I te laten vloeien.

Onder ideale omstandigheden en vanneer 10 een volmaakte diële.<trische-silicium dioxydelaag met geen lekken wordt aangenomen, kan een vaste lading in de elektrode l4-n door de capacitieve spanningsdelingswerking worden gehandhaafd. Voor het doel van de onderhavige bespreking wordt een betrekkelijk grote gelijkspanningsbron V^, 15 en een betrekkelijk kleine condensator in de schake- ^ Ü-ng aangenomen om dit doel te bereiken, In de praktijk echter heeft zelfs een diëlektrisch materiaal, dat even goed is als silicium dioxyde een eindige, specifieke weerstand, die in het algemeen zal trachten de referentiespanning van 20 de elektrode 1^-n onder deze omstandigheden afhankelijk te maken van de vorige toestand van het schuifregister. Bovendien zal bij deze drijvende elektroden een langzame span.-ningsioop ontstaan, indien het geleidingsvermogenlvan deze twee condensatoren niet nauwkeurig evenredig is met hun res-25 peetievelijke capaciteiten en hierdoor zouden verdere fouten worden ingevoerd. Teneinde dergelijke problemen te vermijden en ook de noodzaak van een betrekkelijk hoge, gelijkspanningsbron te vermijden, wordt volgens de uitvinding een terugstelspanningsorgaan, bijvoorbeeld defMOS inrich- 30 ting F, Vc , aangebracht om de elektrode l4-n op een k refereatieniveau terug te stellen. Telkens wanneer de negatieve stuurimpuls V optreedt, wordt de drijvende alu-minium elektrode 14-n op de spanning van teruggesteld. Hoewel desgewenst een negatieve impuls V gedurende elke 35 & immils kan worden toeeevoerd, behoeft in werkelijkheid 4 i -56- de elektrode lk-α niet zo dikwijls te worden teruggesteld. Desgewenst kan zij bijvoorbeeld worden teruggesteld synchroon met een negatieve impuls bijvoorbeeld elke millis ec ond e.

5 Een ander kenmerk van de schakeling van fig. pO bestaat hierin-* dat de spanning van de elektrode ló-O gemoduleerd kan worden door een uitwendige spanningsbron via een koppelcondensator, die met onder broken lijnen mei is aangegeven. De stuurspanning Vc 10 kan synchroon zijn met de stuurspanning V . Het doel ^ hiervan is het niveau van de spanning, aanwezig bij 16-0 op een geschikt niveau te verschuiven, bijvoorbeeld in het ene geval om het kanaal onder de elektrode 16-0 volledig af te sluiten en in een ander geval om dit kanaal sterk 15 geleidend te maken. Dit komt inderdaad overeen met hetgeen reeds werd beschreven voor het geval, waarbij er een aanzienlijk overlappende capaciteit G is.

a

Een alternatief voor het bovenstaand beschreven terugstelmiddel is de drijvende elektrode l^-n 20 op een vaste referentiespanning te houden door deze elektrode via een weerstand met een betrekkelijk grote waarde die met gebroken lijnen met Rc is aangegeven, te verbinden met een voedingsbronklem. Deze weerstand kan de vorm hebben van een betrekkelijk dunne strook polysilicium film 25 van dezelfde samenstelling als gebruikt wordt voor de poly-silicium elektroden.

Uitvoereinde van het stelsel

Fig. 51 toont schematisch een vorm van een invoar-uitvoerschakeling voor het stelsel volgens de 30 uitvinding. Tevens laat deze figuur het gebruik van door lading gekoppelde logische schakelingen zien. Deze schakeling is ontworpen voor de 2-faze-uitvoeringsvormen, 'echter kunnen soortgelijke schakelingen worden gebruikt voor de 3, ^ en hogere faze-uitvoeringsvormen.

35 Het gedeelte van de schakeling, dat * > -57- ca eie.ctro<ie;i iU-(r-2) , i4-(n-i) enz. in het bovenste ll‘“'er b5'"eeite bevat, kan zich aan het einde van het x*. a. ,,0-..3 "s^iS:er van het stelsel bevinden en de schake- » ,lxe Ge elektroden 16-2 en io-1 enz, bevat kan zich 5 aan net oe^ixl van het eerste register van het stelsel be- validen, tezamen maken zij deel uit van een gesloten lus .

ihGxen het gewenst is de informatie eenvoudig te laten hercxrcuxeren hebben ae impulsen V. esnbepaalüe tepa- xLG __ ° tieve vaarde ten opzichte van de bron 3„ en VT1T,_ is ^ Ί . *£ XvLG- be ^ jk positief ten opzicnte van de bron 3^, bij- i_3 vooroeeld ,<asi ge laatstgenoemde zich op aardpotentiaal bevinden.

De elektroden 17a, lóa-O, iöa-l en ióa—2 stellen het invoereinde van een schuifregister voor om nat uitgangssignaal uit het bovengenoemde stelsel 15 te verwijderen} ga- ae gesloten lus kan zijn. In het kort gezegd werkt dit register van het stelsel als volgt. De uitvoer vordt alleen verkregen haaien de negatieve stuurxmpuis trein V (toegevoerd aan de e lektrode 17a) aanwezig is. vamxeer V impulsen betrekkelijk negatief IC zijn en V, betrekkelijk positief is, kan nieuwe informa-

IviVgr tie in het gesloten lusstelsei onder de besturing van het ingangssignaal worden ingevoerd. Overigens is de functie van de stuur impuls en V V, en V gelijk aan die van de tempeerpuis van fig. 4o.

25 Voor het doei van deze beschrijving wordt aangenomen, dat de spanningsbron V^ die de potentialen van 3^, 3^ en 3,. regelt -5V zal bedragen. De bronnen S0, 3^ en kunnen uit hetzelfde enkelvoudige brongebied bestaan, doch voor het verkrijgen van een extra besturing 72 over de werking van de uitvoertrap, kunnen afzonderlijke stuur spanningen aan de bronnen S0, S0 en worden toegevoerd op een wijze, die bijvoorbeeld reeds werd beschreven in verband met fig. 7·

De werking van de gesloten Lus zal i t -58- reeds duidelijk zijn. geworden uit de vorige besprekingen, bijvoorbeeld cle bespreking vau de schakeling van fig. bo (met dien verstande, dat d»2 in fig. kö in fig. pl is).

Gedureij.de de negatieve impuls wordt het complement van 5 het bit opgeslagen in de ls.atste trap van het laatste schuifregister in de eerste trap (l6-l) van het eerste schuifregister geschoven, Gedurende de eerstvolgende impuls plant het bit, opgeslagen ouder 16 —1, zich naar links naar de potentiaalput onder het elektrodepaar 16-2 10 voort.

Bij de voorflank van deze &2 impuls en de achterflank van de impuls, die aan het beëindigen is, loopt de positieve lading, die bij F, aanwezig is

X

over in de potentiaalput die onder l4ma, l^mb tot stand 15 is gebracht. Opgemerkt wordt, dat F^ zich op een geringe afstand van l^-(n-l) bevindt, en dat de aluminium elektrode 1^4-n deze afstand overlapt. De elektrode lk-1 werkt als een stuurelektrode gedurende de achterflank van de impuls, teneinde te verhinderen, dat een lading bij 20 F^ zich terug naar lU-(n-l) voortplant. Wanneer 4^ afneemt, neemt de potentiaalput onder de elektrode 1^·-η af en samenvallend hiermede neemt de potentiaalput onder het elektrodepaar l4-ma en l^-mb toe, waardoor deze -ladings-overdracht plaats vindt. De ladingsoverdracht van F^ naar 25 Fo stopt, wanneer de elektrode F, de potentiaal van & in de drèrapelspanning bereikt, d.w.z. (-15 volt + V ). Dit is de terugstel- of referentiespanning voor F^.

Aam het begin van de &2 impuls, bevindt F0 zich op een negatieve spanning V dicht bij 30 + b2 (aannemende een sterke capacitieve koppeling van ϋ>2 met F2) , aangezien zij reeds op de eerder beschreven wijze daarvoor werd teruggesteld, Derhalve worden de positieve ladingsdragers verzameld in de potentiaalput onder F2. De potentiaal van F^ bedraagt, indien geen lading uit 35 wordt overgedragen, + 2>2, waarbij wordt aangenomen, s * -59- dat -e.pacit32.-c var, de elektrode i^—mb.aanzienlijk groter v .n de capaciteit van F, ten opzichte van de substraat paus ae capaciteit van de eientroce l6a-0. Overigens zal de potentiaal van F2 +£d2 zijn, waarbijü afhangt »..n de * -XA.ouaicg van c.e capaciteit tussen de elektrode i'r—ffib en en ge totale capaciteit van ?2«

De bovengenoemde iaöingsstroom, indien aan* ezx0, ^eidz tot een positieve verandering in de potentiaal aan s2 en aangezien deze is verbonden met ióa-Q, tou een overeenkomstige spanningsverandering aan l6a-0.

De laava^üenoemae elektrode is de stuurelektrode voor een ander oChuifregister l6a-l, lóa-2 enz.

Indien gedurende de &2 tijd de stuur-spanning betrekkeiijk negatief is ten opzichte van de i: vron , zal de lading vanuit zich door het geleidings- .vanaal onder 17a voortplauten. Afhangende van het feit of xoa-0 betrekkelijK negatief (geen lading bij F0) of betrekke lx j k positief ten opzichte van S2 (lading aanwezig bij ?2) is, zal de lading uit al dan niet naar de eerste po-tentiaalbron, de ene elektrode lóa-1, passeren. Hierna plant deze informatie zich naar rechts voort. Indien anderzijds betrekkelijk positief is, bijvoorbeeld op aard- potentiaal is, dan kan geen informatie uit F naar het ióa-2 ... register passeren.

25 Na de beëindiging van V , beëindigt de impuls, terwijl de impuls nog aan de gang is en de tweec.3 stuuigt armings impuls Vb, optreedt. Deze impuls laat C2 het gebied van de substraat onder de stuurelektrode l^-(n+l) als een ge leadingskanaal werken en elke lading bij Fn wordt 30 via dit kanaal naar de afvoer D gevoerd. Nadat de ladingen zijn overgebracht, wordt de tweede drijvende elektrode F0 op een. negatieve waarde, dicht bij die van door de stuurimpuls Y teruggesteld. V^, kan een bepaalde waarde, 2 bijvoorbeeld -5 volt hebben· i £ -60-

Vauneer het gewenst is nieuwe informatie in het schuifrcgister in te voeren, wordt de elektrode '17 betrekkelijk positief ten opzichte van genaakt, d.w.z, zij wordt op een potentiaal, bijvoorbeeld aarcipoten-5 tiaal gebracht en een betrekkelijk negatieve impuls of impuls trein wordt aan 17-b toegevoerd. De betrekke- HüiG* _______ lijk positieve ^ spanning laat de elektrode 1? de aoorgang van 1adingsdragers vanuit de bron naar de potentiaalput onder de elektrode ló-l verhinderen ;onafhanke-10 lijk van de potentiaal aan 16-0. Indien geexi informatie bij V_v wordt ingevoerd, zal derhalve VriT,_ inderdaad een 0 in JJN bÜL/Kjr het schuifregister invoeren in responsie op elke impuls, waardoor effectief de opeenvolgende bits, opgeslagen in het schuifregisterstels el worden uitgewist.

15 Nieuwe informatie kan worden ingevoerd

door een desbetreffende spanning V toe te voeren aan de stuurelektrode lób-0, samenvallend mot de impuls V

Ki) Cr die gedurende elke negatieve impuls aan 17-b wordt toegevoerd. Indien V gedurende de ά impuls negatief is,

J—ti X

20 draagt de toevoerelektrode lading over naar de potentiaalput onder de elektroden ló-l en lób-l. Deze twee elektroden zijn in wezen dezelfde elektrode, een gemeenschappenjke elektrode, die in de tekening gemakshalve afzonderlijk zijn weergegeven, welke elektrode in staat is lading hetzij via 25 het kanaal, bestuurd' door de elektroden 17 en ló-O of via het kanaal bestuurd door de elektroden 17-b en lób-0 te ontvangen. Indien anderzijds \r . betrekkelijk positief is.

IN

bijvoorbeeld op aardpotentiaal gedurende de negatieve impuls VREG’ dan wordÏ er een potentiaalbarrióre onder de elektrode 30 lób-0 tot stand gebracht en wordt geen lading vanuit naar de potentiaalput overgebracht, die door & onder de elektrode lób-l, ló-l tot stand is gebracht.

Het doel van de speciale trap, be-• staande uit de elektroden 14-ma en l4-mb en het F2 gebied 35 is het moge lijk te maken een uitgangssignaal te verkrijgen, -51- x.

Gat .;:e: een halve periode is vertraagd uit het uitgangssignaal, nat beschikbaar is aan het eerste schuifregister zonnar eer. extra capacitieve belasting van de eerste uit-gaugszrap, De constructie van deze speciale uitgangs-5 trap kan worden uitgebreid tot een multitrapsconstructie, waarbij elke trap bestaat uit 14-ma, l4-mb, F0 , welke opeenvolgende trappen door opeenvolgende fazen worden bestuurd. Deze nieuwe en verbeterde constructie is nuttig als een z.g. "bucket-brigade" schakeling, zoals beschre-13 ven door p. L. J. Sangster, "Integrated MOS and Bipolar

Analog Delay Lines using Bucket-Brigade Capacitor Storage", ISSCC Digest Technical Papers, biz. jk, 1970* Dergelijke "bucket brigade" schakelingen worden gemaakt met behulp van een standaard p-MOS proces. De nieuwe constructie volle gens fig. pi wordt gemaakt onder gebruikmaking van zichzelf uitrichtende silicium poorttechnieken, die later sullen worden besproken en zij maakt de constructie van aanzienlijk, meer compacte schakelingen mogelijk. Verder verschaft zij een werkwijze om de capaciteit van de eiek— 20 trode (elektrode l4-mb), die de gediffundeerde drijvende juncties overlapt, meer reproduceerbaar te maken. Een ander kenmerk van deze schakeling is de virtuele eliminatie van de ongewenste terugkoopelcapaciteit tussen de trappen. Dit laatste is mogelijk omdat de' drijvende junctie— 25 gebieden worden gediffundeerd, waarbij de silicium-poorten, zoals 14-ma en 14-(^n-i-1) in het geval weergegeven in fig. 51» als het masker worden gebruikt.

De nieuwe constructies voor "bucket-brigade" schuifregisters, die ook kunnen worden gebruikt 30 als een zelf afgetast foto-aftaststelsel kan op dezelfde wijze worden gemaakt als twee-faze door een lading gekoppelde schuifregisters, onder gebruikmaking van twee dikten van kanaaioxyöe voor het verkrijgen van de asymmetrische potentiaa.lputten, zoals weergegeven in de fig.

-- 14 of 17« Xn nieuwe "bucket-brigade” constructies

£ U

-62- zijn de twee verschillende· diKten van het kanaalaxyde niet essentieel voor de werking» doch kunnen worden gebruikt als een extra besturing· over de betreffende waarden van de silicium-poort en de aluminiumcapaciteiten 5 bij het optimaliseren van liet ontwerp van deze schake-1ingen.

Tijdens de werking van de bovengenoemde "bucket-brigade" schakeling worden ladingen, die informatie voorstellen, tussen in tegengestelde richting 10. voorgespannen drijvende juncties, zoals het gebied F

in fig. 51 onder besturing van de twee-fazekloks pannings impulsen, zoals ch 0 overgebracht , die parallel worden bestuurd, waarbij de zelf-uitgerichte polysilicium poorten, zoals l4~ma de drijvende junctiegebieden, zoals F2 over-15 lappen.

Algemene beschouwingen betreffende het ontwerp van door lading gekoppelde schuifket ens__

Een aantal factoren, waarbij reke-20 ning moet worden gehouden bij het ontwerpen van 'de bovenbesproken schakelingen zijn reeds eerder aangeroerd.

Wanneer fig. ^·0 als voorbeeld wordt genomen, dient de energiebron om het drijvende gebied F op' een bepaalde re f erentiespanning YT^_^f= . De energievo edingspo ten— 25. tiaal V1 (gec ombineerd met (fig. 29) , indien deze aan wezig is) bepaalt de hoeveelheid lading, die aan de po-tentiaalput onder de eerste opslagelektrode 16-1 wordt

toegevoerd. De potentiaal V van het drijvende gebied F

£ is de spanning, toegevoerd aan de stuurelektrode 16-0.

30 Wanneer = V^p (geen ladingssignaal aanwezig bij F) dan kan de lading, beschikbaar gemaakt bij S2,.op een desbetreffend tijdstip naar de potentiaalput onder 16-1 worden overgedragen. Anderzijds moet de waarde van V ,

F

wanneer lading aanwezig is, voldoende zijn om'het stromen 35. van lading vanuit S2 naar de put onder 16-1. ±e„verhinderen„.

•ck -63-

Deze waarde moet positiever zijn da λ (-V^ + > waarin _V„ de drempelwaarde is, behorende bij , ló—G« Voor de onderhavige doeleinden wordt aangenomen.,, dat V van fig.

Uq volaoence negatief is, zodat een sterk geleidend ka-5 naai onder de elektrode 17 tot stand wordt gebracht*

Uit het bovenstaande is het duidelijk, dat door een oordeelkundige keuze van de waarden van V^ en V, een desbetreffende waarde van V in het ene geval (geen lading bij F) kan worden verkregen om het mogelijk 12 te maken, dat een lading in een gewenste mate vanuit 3^ naar de potentiaalput onder 16-1 stroomt en in het andere geval (lading bij F) om te verhinderen, dat lading vanuit S0 naar de potentiaalput onder lo-l stroomt* De spanningszwaai bij F - de grootte van de afwijking van 15 y ten opzichte van V . , kan worden vergroot door de grootte van (±n fig* 4o) te vergroten, waardoor een diepere potentiaalbron bij F wordt gevormd en wanneer ladingen aanwezig zijn meer dergelijke ladingen worden verzameld en daardoor een grotere positieve zwaai van V_ £ 20 wordt veroorzaakt,

Bij het bespreken van fig. 29 werden de verscheidene verdeelde capaciteiten van de schakeling ingevoerd* De totale- capacitieve belasting C van het drijvende gebied F is ; - 23 CF = °a + Cb + C3 + Ck + C5

De verandering in spanning 4. V_ veroorzaakt bij F als gevolg van de ladxngsoverdracht Q. naar F is. t

Voor een substraat met een betrekkelijk hoge specifieke 30 weerstand kunnen de voornaamste bijdragen aan worden

gevormd door G en G^. Derhalve kan in dit milieu^V a D F

aanzienlijk worden vergroot voor ..een gegeven Q, door C

* ... cL

en tot een minimum te verminderen. Dit‘impliceert een korte afmeting van fig. ko (aannemende, dat de., capaciteit

Jh * ' -64- •ε us s en 17 en 1.6-0 betrekkelijk laag in fig. i+o is) en een miniiaum overlapping tusseu l^-n en F, zoals bijvoorbeeld is weergegeven in fig. ^3 · Zoals echter besproken, in verband met fig. A3, zijn enigszins meer gecompliceerde 5 terapeersignalen nodig en het kan soms gewenst zijn iets van de spanningsversterking in het belang van de vereenvoudiging van de tempering en andere overwegingen op te offeren. Het effect op de werking van de schakeling als gevolg van het verhogen van de capaciteit bij C wérd a ICf reeds besproken, ¥ erksnelhoid

De werksnelheid, die met de bovenbeschreven door lading gekoppelde $chuifregisters kan worden bereikt hangt gedeeltelijk af van de tijd, die nodig 15 is om een lading van de ene potentiaalput naar de eerstvolgende potentxaalput over te dragen. Deze ladingsover-dracht kan op drie verschillende wijzen worden.uitgevoerd : 1, Diffusie, 20 2, Met behulp van een zelf.geïnduceerd loopveld, dat een gevolg is van de gradient van de oppervlak-tepotentiaal als gevolg van een ongelijke ladingsverdeling in of tussen de twee potentiaalputten, en 3· Door een uitwendig geïnduceerd loop-25 veld, dat een gevolg is van het franjevormige veld tussen de twee elektroden.

Uit computerberekeningen, betrekking hebbende op 3 is gebleken, dat voor een. substraat met een voldoend hoge specifieke weerstand de bovenbesproken self — 30 uitgerichte elektrodeconstructies, die het mogelijk maken, dat de scheiding tussen twee aangrenzende elektroden gelijk zijn aan of kleiner zijn dan de afstand van een elektrode ten opzichte Van de substraat zodanig kunnen worden gemaakt, dat de volledige ladings overdracht in hoofdzaak in responsie 35 op het franjevormige veld en in een tijd in de orde van ij. * -65- & -TO o z t a van nanoseconden wordt ui tgévo erd. Anderzijds leidt lie« bovengenoemde mechanisme 2, dat .beschouwd kan worden.

een rdi.t usiesecnainsRis met een dxffusiecoefficient evenre— dig a.ar» de Is.dxngsdxch'ckexd t e zijn, to t de ladings over— 5 dracnt op een soortgelijke wijze als de ontlading van een weerstaud-capacxceit (RC) overdrachtslijn. lichter in te- genstellxng hiermede wordt met het mechanisme 2 de ladings-' overdracht. progressief langzamer dan de RC ti jdc ons tante ais functie van de hoeveelheid lading, die uit de potentiaal— .10· Pu“ is verwijderd. Bij de afwezigheid van 3 bovengenoemd, die verwacht wordt voor zich op een grote afstand van el— k·8·8·? en/of lange elektroden, begint, wanneer de potentiaal— put leeg wordt, het ladingoverdrachtsmechanisme geheel af te hangen van de diffusie van ladingsdragers, onafhankelijk 15 van hun, concentratie met een karakteristieke tijdconstante 1,2.

van tt— waarin L de el elctrod e lengt e en D de diffusie-coëfficiënt in„crn /sec is. Xn de gevallen 1 en 2 wordt verwacht, dat de ladingsoverdrachteffxciency (de mate van volledigheid van ladingsoverdracht) omgekeerd evenredig te 20 zijn aan de werkfrequentie. Bij methode 3 editer kan een volledige ladingsoverdracht in wezen in een enkele looptijd van de ladingsdragers plaats vinden en dit impliceert een buitengewoon snelle werking, alsmede een volledige ladings overdracht. Derhalve is, hoewel het mechanisme 2 aan-25 zienlijk kan "bijdragen tot de initiële ladingsoverdracht, een volledige en snelle ladingsoverdracht. alleen bij aanwezigheid van het mechanisme 3 moge li jk.

Fanneer de verarmingsdiepten kunnen ' worden vergeleken met of groter zijn dan de elektrodelengten 30 Li en de scheiding tussen de elektroden gelijk is aan of kleiner is dan da-dikte van de silicium dioxydelaag, kan de effectieve ladingsoverdrachttijd t als gevolg van het franjevormige veld voor een substraat met oneindige specifieke weerstand benaderd warden door : 3b tc = /U cv T7FZ ^ j. τ -66- waarbij de bovenstaande vergelijking· is afgeleid van Ξ . =2 Jï'a. Üi V ( 2)

L

t = L / \ c .ui; (3) / min waarin = bet elektrische veld, aanwezig onder de 5 elektrode (zie onaerstaand) 2 = de bewegelijkheid = 250 cm / volt-sec voor n-type silicium.

stelt het verschil tussen de spanningen vo or, toegevoerd aan twee aangrenzende, door lading 10- gekoppelde elektroden. De vergelijking werd afgeleid voor een 3-faze door lading gekoppeld schuifregister, toen de & ? - spanning toenam, de spanning toenam en de spanning 0 was. De lading werd vanuit de potentiaalput onder een &2- elektrode overgebracht naar de potentiaalput onder de 15 elektrode. Op het van belang zijnde tijdstip bedroegen de waarden van de aan deze twee elektroden toegevoerde .spanningen 4^=0 volt, volt en = -2V volt, hetgeen A? = ? maakt.

a = de dikte van het silicium dioxyde, 20 d.w.z. de afstand van een elektrode ten opzichte van de substraat.

Hoewel in het bovengenoemde geval de waarde van B . analytisch werd verkregen (door een nauwkeurige oplossing van de potentiaalveldvergelijking), 25 kunnen dergelijke analytische methoden, wanneer het gaat om een eindige specifieke weerstand, niet worden toegepast. Hier zijn computerberekeningen nodig, die met benaderingen gepaard gaan (de oplossing van vergelijkingen van Poisson). Uit dergelijke numerieke oplossingen van 50 het potentiaalveld van door lading gekoppelde constructies, waarbij rekening moet worden gehouden met de eindige X. * -67- specifiek:© weerstand van de substraat, d.w.z. waarbij re-kening moet worden gehouden met de ruimte-ontlading van het verarsingsgebied, is het volgende gebleken. Voor een configuratie van elektroden, waarbij L - 4 micron (yu) , 5 de afstand f tussen elektroden = 0,2yU, a = 2,000 S, specifieke weerstand van de substraat p = 20 ohra-ca en de spanningen, aanwezig op drie aangrenzende elektroden 7 respectievelijk 12 volt bedraagt, is het minimum franjevormige veld aan het oppervlak van de silicium sub-13 straat (het veld, dat bijdraagt tot de ladings overdracht) 2,5 x dO"^ volt/cm. Dit komt met een looptijd - tijd die de lading nodig heeft om zich van de ehe potentiaalput... naar de volgende te verplaatsen, 0, 5n, s ec. Kei f ran j evormx — ge veld L = 10 yU met alle andere factoren hetzelfde, is 4 x 10 volt/cm, overeenkomende mét een looptijd van 10η.sec.

Het franjevorraigo void eeiiSr-p af (en dienovereenkomstig neemt de looptijd toe) wanneer de verarmingsdiepte kleiner wordt, dan de elektrodelengte L. De -grootte van het f ran j evormige veld is o. a. een functie van de elelctrodespanning (hoe groter de spanning tussen de elektroden en hoe groter hun absolute waardeq,, des te groter is het veld), de specifieke weerstand-p van de substraat (hoe groter p, des te groter het franjevormige veld voor een 25 gegeven elektrodespanning) en de afmeting a (hoe kleiner .. a, des te groter het franjevormige veld voor een gegeven elektrodespanning.) , G-evonden werd, dat wanneer de' verar-raingsdiepte kleiner wordt dan 6a, het franjevormige veld zeer snel begint af. te nemen met de vermindering van de 30 specifieke weerstand van de substraat. De voorwaarde, waarbij de verarmingsdiepte.gelijk is aan 6a komt overeen met de situatie,, waarin de effectieve dikte van het silicium dioxyde (die gelijk is aan ongeveer 3a) gelijk is aan l/2xd> de effectieve verarmingsdiepte* De bovengenoemde voorwaar— 35 de komt overeen-met de situatie, wanneer de spanningsval -68- ί . V .

-'"Pr het silicium dioxyde gelijk is aan de spanning over de verarmingsdiepte van het silicium»

Een andere methode om het franjevor- mige veld voor een vaste elektrodeconstructie te vergro- 5 ten in het geval van een betrekkelijk lage specifieke weerstand van de substraat, bestaat hierin, de twee- fazeconstructies met een betrekkelijk grote substraat- voorspanning te bedrijven. Een grote substraatvoor- spanningj door het. vergroten van de verarmingsdiepte van IQ· de potentiaalputten leidt tot grotere franjevormige velden»

Bijvoorbeeld blijkt uit de numerieke oplossingen van de potentiaalvelden, dat voor substraatdotering van 5 χ.,.ΙΟ'*"'* “3 cm (hetgeen overeenkomt - met een specifieke weerstand van 0,8 ohm-cm voor een n-type substraat) en elektroden, die 15 k micron lang zijn en gescheiden worden door een afstand van 0,2 micron op 2,000 kanaaloxyde, het minimum franje— vormige veld 300 volt/cm voor fazespanningen van 2, 7 en 12 volt is, Voor dezelfde constructie wordt echter het minimum franjevormige veld verhoogd tot 1,200. volt/cm 2Ό voor faze spanning en van 12, 1.7 en 22 volt» Dit betekent, dat in dit geval het minimum franjevormige veld vergroot wordt met een factor vier, wanneer de substraatvoorspan—

ning van V = +2 volt veranderd wordt in V.: = +12 volt. ii N

De constructies volgens de uitvinding 25 kunnen worden gebruikt voor het bereiken van een zeer snelle werking* De overlappende elektrodeconstructie maakt het mogelijk, dat de aangrenzende elektrodeh dicht bij elkaar worden geplaatst. De afstand tussen de elektroden f (zie fig. 9) kan zeer klein worden gemaakt 30 -1,000 £ of minder (d.w.z. 0,1 yU of minder). De lengte L

(fig. 9) kan klein zijn, 13 yU of minder - wellicht zo klein als 5 yU, hetgeen ook het geval is met de lengte k (fig. 9), die 2-5 yU kan bedragen. De geringe lengte k wordt -gemakkelijk verkregen met behulp van de zelf-35’ uitgelijnde silicium poort techniek*

• 5 X

-69-

Voorgaand in het kort besproken coniputeranalyae geeft aan, dat bet gebruik van een substraat'met een betrekkelijk hoge specifieke weerstand.

(10 of meer ohm-cm) bitsnelheden in de orde van grootte 5 van lö bits per seconde of meer kan opleveren. Ecjiter kunnen schakelingen met een hoge pakkingsdichtheid, zoals deze gewenst zijn voor in serie werkende geheugentoepas-singen, kunnen het best worden verkregen door twee-faze-construc ties voor de door lading gekoppelde ketens te 10 gebruiken. Van deze constructies, gebruikt de constructie , die slechts de twee dikten van het silicium dioxyde en zonder spanningsverspringing, (zoals weergegeven in fig· 9) gebruikt, een substraat met een betrekkelijk lage specifieke weerstand, bijvoorbeeld een substraat met een 15 specifieke weerstand in de orde van grootte van drie tot . één ohm-cm. Deze registers zijn bestemd om ' te werken in H Q * h£t gebied van 10' tot 10 bit per seconde. Om met deze constructies hogere bitsnelheden te bereiken kan een betrekkelijk hoge voorspanning V van de substraat, bij— 20 voorbeeld +10 volt of meer worden gebruikt.· Voor het ver- g krijgen van bitsnelheden hoger dan 10 wordt de voorkeur gegeven aan de twee-fazeconstructies, die versprongen gelijkspanningen (zoals weergegeven in fig. ll) gebruiken, aangezien deze kunnen worden gemaakt met substraten met 25 een hoge, alsmede een lage) specifieke weerstand.

Een andere factor, waarbij rekening moet worden gehouden bij het vaststellen van de werksnel-. heid. van de bovenbesproken schakelingen is de responsie-tijd van de signaal regenererende ketens (ketens zoals 30 besproken onder verwijzing bijvoorbeeld naar de fig.

37-i*0), Hier moet rekening worden gehouden met de t ijd die nodig is om de drijvende, junctie F op een referentie-poténtiaal terug te stellen, alsmede de tijd die nodig is om lading naar de drijvende junctie over te dragen en de 35 tijd die nodig is om lading in de eerste potentiaaiput £ Τ' -70- van het eerstvolgende register (de put onder elektrode lö-l) onder besturing van de drijvende junctie te plaatsen. De 1adingoverdracht in de drijvende junctie kan in beginsel even snel zijn als de tijd die nodig is orn lading tussen 5 twee aangrenzende potentiaalputten over te brengen. De tijd die nodig is om de drijvende junctie op de referentie-potentiaal (de potentiaal Y^) terug te stellen kan worden vergeleken met de ladingsoverdrachttijd en kan versneld worden door een voldoend grote terugstelpuls VR te gebruiken. 10 De overblijvende factor, n.l* de tijd die nodig is om lading naar de potentiaalput onder de elektrode lé-l over te brengen, is de voornaamste beperking in de responsie-tijd van de het signaal regenererende keten. Dit is echter niet een ernstige beperking, aangezien kan worden aange-15 toond, dat voor een spanning van twee volt of meer deze ladingsoverdrachttijd in de orde van grootte van verscheidene nanoseconden kan zijn.

Yervaardigingsme tho'den De nu volgende bespreking van de fa-20 bricagetechniekea, die gebruikt kunnen worden bij het vervaardigen van de beschreven, door lading gekoppelde inrichtingen, heeft betrekking op processen, die op zichzelf in de geïntegreerde ketenteGhniek bekend zijn.

Derhalve is de beschrijving enigszins bekort en bekende 25 stappen, zoals het reinigen van de plaatjes , het aan brengen van fotoresist, het afschrikken van het kanaal-oxyde, het legeren van het silicium met aluminiumcontac-ten en andere gebruikte procedures spreken voor zichzelf en worden niet uitvoerig besproken.

30 'Thans wordt verwezen naar fig. 52.

Zoals weergegeven in fig. 52a wordt een dikke, silicium-dioxydelaag 2hO (ongeveer 10,000 2 dik) thermisch op de silicium substraat 2h2 gegroeid. Zoals weergegeven in fig. 52b wordt vervolgens het gedeelte van het silicium 35 dio<xyde, waarop de elektroden en de gediffundeerde' t

-V ' / "t V

-71- ' gebieden D, F en zullen worden gevormd, weggeëtst.

Zoals weergegeven xn fig. 52c wordt vervolgens een dunne.

laag-244 van silicium dioxyde (wellicht 500 A - 2,000 jL dik) thermisch op de substraat gegroeid.

5 Zoals in fig. 52d is weergegeven wordt vervolgens een polysiliciutn laag 246 (ongeveer 3,000 -5,000 R dik)epltaxiaal over het silicium plaatje' 242 zowel over de dunne als de dikke silicium dioxyde gebieden aangebracht. Daarna wordt een masker gebruikt voor het 10 begrenzen van de gebieden van de substraat,waarop de p+ gebieden zullen worden gevormd door al het polysilicium te verwijderen, dat niet voor de stuurelektroden wordt gebruikt. In het kort gezegd kan een fotoresist door dit masker worden aangebracht en delen van het polysilicium 15 en het silicium dioxyde begrensd door de niet-geharde ge bieden op de fotoresist weggeëtst, teneinde de in fig, 52e weergegeven constructie achter te laten* Hierdoor zijn bepaalde gebieden 248 - 250 van de substraat blootgelegd. Vervolgens wordt een bron van p + materiaal. Zoals boor 20 gebruikt, om de PN juncties te vormen, zoals weergegeven in fig. 521*. Bij deze bewerking wordt opgemerkt, dat de polysilicium gebieden en, in de andere plaatsen, het dikke silicium dioxyde als het diffus iemasker worden gebruikt,

Na de bovengenoemde stappen kan een 25 tweede, dunne, silicium dioxyde laag 2,000 2, - 6,000 2 dik over het gehele monster worden iaangebracht, zoals weergegeven in lig. 52g. De functie van dit oxyde bestaat.hierin, dat het dient als de diëlektrische isolatie, tussen het polysilicium en de aluminium elektroden mn de verschillende 30 fazespenningen. Dit oxyde kan ook wordeneangebracht„alvo rens, de toevoërelektroden en afvoerelektroden worden aangebracht* Vervolgens kan een ander masker worden gebruikt om de weggeëtste gebieden in fig. 52h te begrenzen. Vervolgens vindt het. etsen plaats om de polysilicium gedeel-35 ten van elk elektrodepaar, zoals weergegeven bij 252-257 achter te laten. Tn fiar. 52h kan het d+ sebied in de <5· ' -72- *· substraat de toevoerelektrode zijn, het drijvende gebied F en de afvoerelektrode D. De elektrode 250 kan de stuur-elektrode zijn, die gebruikt wordt om de drijvende elektrode F op de spanning van de afvoerelektrode D terug 5 te stellen»

De overige stappen van het proces zullen voor zichzelf spreken en worden niet nader toegelicht. Eerst wordt een extra silicium dioxydelaag thermisch gegroeid of aangebracht voor het verkrijgen van de gewenste IQ. dikte van het kanaaloxyde onder de aluminium elektroden en om de polysilicium elektroden te isoleren. Vervolgens worden met een ander masker op de p+ gebieden in de substraat en op plaatsen op het polysilicium contact openingen gemaakt,· die een verbinding met later aan te brengen aiu-15 minium geleiders of elektroden vereisen. Vervolgens kan een continue aluminium laag over het monster worden aangebracht. Vervolgens kan een ander masker worden gebruikt voor het begrenzen van de aluminium elektroden» Vervolgens kunnen delen van het aluminium worden weggeëtst voor het 20 begrenzen van de aluminium elektrodeconstructie.

Tijdens de stap, weergegeven in fig. 52h kan desgewenst een gedeelte van het silicium dioxyde kanaal-gebied Zkk worden weggeëtst. Of dit al dan niet geschiedt hangt af van het feit hoe dicht men de aluminium elektrode 25 bij de substraat wenst aan te brengen. Indien het gewenst is, dat de aluminium elektrode zo dicht bij de substraat is als de polysilicium elektrode, moeten delen van de laag 2hb in Verband met de eerstvolgende laag. silicium dioxyde worden weggeëtst, die zal worden aangebracht. Anderzijds 30 indien.de aluminium elektroden zich op een grotere afstand van de silicium substraat moeten bevinden dan de polysilicium elektroden, dan kan het etsen, worden gestopt, zoals in fig, 52h is weergegeven»

Volgens een tweede vervaardigings-35 methode kan in wezen dezelfde constructie, doch zonder ·?. * “73- zelf-uitjelljnde diffusie worden gemaakt door de volgorde van cie behandelingen te wijzigen* In dit geval kunnen, de gebieden in de n-type substraat worden gevormd voor het groeien van het dikke silicium dioxyde (vóór de stap, 5 weergegeven in fig. 52 a). Wanneer het dikke oxyde wordt gegroeid, zullen de p+ gebieden nu dieper in de substraat worden gedreven. Bovendien kan met deze techniek een van de maskers zowel voor het etsen van de poiysilicium elektroden 252 - 257 als de poiysilicium stuurelektrode 10 258 worden gebruikt. .

Hoewel in het grootste gedeelte van deze beschrijving specifieke materialen zijn genoemd om de uitvinding nader toe te lichten, is het. duidelijk, dat dit slechts voorbeelden zijn. In vele gevallen kunnen an-15 dere materialen worden gebruikt dan die welke werden genoemd. Bijvoorbeeld hoewel thans gemeend wordt, dat silicium een substraat materiaal is, waaraan de voorkeur wordt gegeven, kunnen bijvoorbeeld andere materialen, zoals..germanium of gallium arsenide in plaats hiervan 20 worden gebruikt. Verder kan zelfs ih het geval van silicium in bepaalde gevallen de voorkeur aan p-type substraten in plaats van n-type substraten worden gegeven,

In p-type substraten zijn de ladingdragers elektronen en hun bewegelijkheid is ongeveer tweemaal die van gaten 25 en dit impliceert, dat op deze wijze snellere door lading gekoppelde constructies kunnen worden vervaardigd. Bovendien in plaats van poiysilicium en aluminium voor elektroden te gebruiken, kunnen andere materialen, zoals poiysilicium en een van de molybdeen, of molybdeen-goud 30 of platina-titaan-goub, of wolfraam-aluminium of aluminium silicium legeringen of een van een aantal dergelijke metalen in plaats hiervan worden gebruikt. Ook is het mogelijk het poiysilicium te vervangen onder gebruikmaking van de twee-laag metalliseringstechnologie» Ben voorbeeld is het ge— 35 bruik van geanodiseerd aiuminium voor de eerste metaallaag ·£ Φ -74- (aluminium oxycle in dit gevaj. zou de isolator oi' een van de isolatoren· russen deze metalen elektrode en de tweede elektrode van het paar zijn)* Hoewel silicium dioxyde vele voordelige eigenschappen heeft, kunnen oolc andere isoleren-5 de material en, zoals aluminium oxyde en silicium nitride op silicium substraten worden gebruikt en vele andere di*élektroca van uitstekende kwaliteit kunnen op substraten, die geen silicium substraten zijn, worden gebruikt*

Het is duidelijk, dat de bij wijze lö' van voorbeeld gegeven afmetingen gelden voor het geval van stelsels, gemaakt met behulp van geïntegreerde ketentechnieken, zoals door gebruik te maken van contact- of projectiedrukken voor het ontwikkelen van de fotoresist. Hetzelfde type constructies kan wat de afmeting'betreft, 15 aanzienlijk kleiner worden gemaakt, hetgeen betekent, dat het zodanig kan worden gemaakt, dat het een veel snellere prestatie heeft, door gebruik te -maken van· een aftastende elektronenstraal voor het belichten van het fotoresist, of zelfs voor het direkt maken van de elektroden. Hier 20 kan het uitrichten tussen de verschillende· lagen van de constructie worden geautomatiseerd door gebruik te maken van terugkoppeltechnieken, en een digitale computer voor de besturing. Vaameer deze vervaardigingstechniek wordt gebruikt, worden lengte-afmetlngen van elektroden verkre-25 gen in de orde van grootte van één micron (10 ^ meter) of kleiner.

/'*, ft -s f

Claims

1. Haifgeleiderinrichting van het. ladinggekóppelde type, omvattende een substraat, uit een halfgaleidermateriaai van een eerste gelsidings-tvpe, gekenmerkt door een eerste en een tweede aan'het oppervlak van .het substraat op afstand van elkaar gelegen gebied, die beide gevormd 5 ..zijn uit een halfgeleidermateriaai van een. tweede gelsidingstype, waarbij het tweede gebied een elektrisch zwevend gebied omvat:; door middelen om het eerste gebied op een bepaalds potentiaal te houden; door stuur-, elektroden oc afstand van het substraat en gelegen tussen het eerste en het tweede gebied; door middelen voor het opslaan van een lading nabij 10 het tweede gebied; door middelen voor het naar het tweede gebied overdragen van tenminste een gedeelte van de opgeslagen lading; door een uitgangslijn, die verbonden is met het tweede gebied op welke uitgangs-iija aan uitgangssignaal kan worden afgefeest dat gerelateerd is aan de naar het tweede gebied cvergeöragen lading en door middelen voer het 15 aanieggen van een signaal aan de stuurelektroden om het zwevende'tweede gebied selectief terug te zetten op een referentiepotentiaal.

2. Haifgeleiderinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk.,, dar de uitgangslijn tevens verbonden is met een andere stuurelektrode.

3. Halfgeleiderinrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk,' 20 dat de andere stuurelektrode op afstand gelegen 'is van het substraat.

4. ' Halfgeisiderinrichting volgens conclusie .1, met het kenmerk, dat de uitgangslijn verbonden'is- met de poortelektrode van esn MOS-veldeffecttransistor.

5. Halfgeleiderinrichting -volgens conclusie- 4,. met het kenmerk, 25 dat de MOS-veldeffecfctransistor twee gebieden van. het tweede geleid- haarheidstypa aan het oppervlak van het substraat omvat.