DE2107037A1 - Halbleiterbaueinheit - Google Patents

Description

Pairnt-irwalt

D.'pl.-lnn. Vszlter Jaskisch 2107037

7 Stuttgart N, Manzelstraßa 40

12. Feb. 1371

Western Electric Company Inc.
195 Broadway-New York, N. Y. 10007 / USA A 32 128

Halbleiterbaueinheit

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterbaueinheit zur Speicherung und aufeinanderfelgenden Übertragung elektronischer Signale, welche eine Information . darstellen.

Es ist bereits eine neue Klasse monolithischer Halbleiterbaueinheiten zur Speicherung und aufeinanderfolgenden Übertragung elektronischer Signale bekannt, welche eine Information in Form von Paketen aus Überschußminoritätsträgern darstellen, die in künstlich erzeugten Potentialmulden lokalisiert sind> wie sie beispielsweise einem Metall/Isolator/Halbleiter(MIS)-Gebilde zugeordnet werden können. Bei den MIS-Baueinheiten ist im wesentlichen eine Gruppe von Metallelektroden in einer Reihe über dem Isolator (Dielektrikum) angeordnet, welcher wiederum die Oberfläche eines Halbleiters überdeckt und an diesen grenzt. Die aufeinanderfolgende Anlegung von Spannungen an die Metall-(Tor-)Elektroden induziert Potentialmuldan neben der Oberfläche des Halbleiterkörpers, in welchem Pakete von Überschußminoritäts-.trägern gespeichert werden können und zwischen denen diese Pakete übertragbar sind. Um eine voraussagbare Ausrichtung der ladungspaketübertragung zu erzielen, muß die übertragende Potentialmülde asymmetrisch sein, zumindest während des Übertragungsvorganges, Es ist bereits bekannt, zumindest dreiphasige Zeitgeberimpulse zu verwenden, um die erforderliche Asymmetrie herzustellen. Dies stellt ein Problem für gewisse Anwendungsfälle dar, bei denen getrennte Leitungswege für jede besondere Phase

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verwendet werden 'müssen. Man ist bestrebt, die Anzahl von Leitungswegen (und damit zusammenhängend von Leitungsweg-Kreuzungsstellen) in monolithischen Halbleiterbaueinheiten zu vermindern.

.Erfindungsgemäß wird eine Halbleiterbaueinheit geschaffen, welche einen Halbleiter-Blockteil umfaßt, in dem eine Aufeinanderfolge von Potentialmulden aufgebaut iat, wobei Vorsorge zur Speicherung von Ladungsträgern in jeweils besonderen Potentialmulden gemäß der Signalinformation getroffen ist, um die gespeicherten Ladungsträger durch aufeinanderfolgende Mulden in einer Richtung vorzuschieben. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch Mittel zur Schaffung einer Asymmetrie hinsichtlich der Potentialmulden während eines Speicherintervalls, derart, daß gegenüber der

||) Vorschubrichtung der vorlaufende Teil der Potentialmulde eine größere Durchschnittstiefe als der nachlaufende Teil vor dem Vorschieben der gespeicherten Ladungsträger aufweist.

Auf diese Weise wird eine Halbleiterspeicherbaueinheit geschaffen, bei welcher lediglich zweiphasige Zeitgeberimpulse erforderlich sind und die bei Ausbildung in zweidimensionalen Anordnungen lediglich einen Informations-Leitungsweg (für Zeitgeberimpula«) pro Reihe erfordert.

Dieses Merkmal der Möglichkeit der Anwendung zweiphasiger ZeAtgeberimpulse wird teilweise durch Verwendung von MIS-Gebilden mit überlappenden Tastelektroden und/oder ungleichförmigen W Oxiddicken erzielt, so daß eine entsprechend asymmetrische ^;._; Potentialmulde induziert wird, wenn immer ein Zeitgeberimpuls^.^. irgendeiner Tastelektrode zugeführt wird. Insbesondere ist .-« gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung jede Tastelektrode über einem Teil einer dielektrischen Schicht angeordnet; dieser Teil weist zumindest zwei und für einige Anwendungsfälle vorzugsweise drei besondere Dicken unter der Tastelektrode auf. Soweit die Potentialgröße an irgendeinem Punkt der Halbleiterfläche umgekehrt proportional der Dicke des Oxides zwischen der Tastelektrode sowie diesem Oberflächenpunkt ist, wird notwendigerweise eine asymmetrische Potentialmulde unter der Tastelek-

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trode induziert, wenn immer daran ein Potential angelegt wird. Aus der nachfolgenden Beschreibung ergibt sich in Einzelheiten, daß diese Asymmetrie in einer solchen Form induzierbar ist, daß die Übertragung von Überschußminoritätsträgern in einer bestimmten Richtung gesteigert und der Transport dieser Träger in entgegengesetzter Richtung behindert werden.

Gemäß einem anderen und bevorzugten Ausfiihrungsbeispiel der Erfindung werden beide nichtgleichförmigen Dielöktrikumsdicken, welche' die Tastelektroden überlappen, zur Schaffung der erforderlichen Asymmetrie sowie zur Erleichterung der Kopplung benachbarter Potentialmulden' zur weiteren Steigerung der Leichtigkeit der Übertragung von Ladungen von einer Potentialmülde zur nächst benachbarten- verwendet. · " ."■ ^:

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt in der Schaffung einer zweidimensionalen Anordnung derartiger Baueinheiten in einer Matrix mit Zeilen und Spalten, wobei lediglich ein leitender Weg für'den Zeitgeberimpulspro Zeile von Baueinheiten erforderlich ist. Obgleich ein zweiphaaiger Zeitgeberimpule erforderlich ist, liegt bei einer solchen Matrix jeder leitende Weg für den Zeitgeberimpuls parallel zu sowie zwischen den Paaren benachbarter Zeilenvon Elektroden. Jeder leitende Weg für den Zeitsteuerimpuls liegt an ansprechenden Elektroden in beiden der Zeilen, zwischen denen er sich befindet. Diesee Merkmal· ist nachfolgend noch näher erläutert, wobei verschiedene Anwendungsfälle, beispielsweise in einer Vidicon-Abtastanordnung, erläutert sind.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Mg. 1 ein Ausführungsbeispiel einer monolithischen Halbleiterbaueinheit nach der Erfindung, bei welcher benachbarte Tastelektroden im Abstand voneinander, jedoch über dielektrischen Teilen von ungleichförmiger Dicke angeordnet sind,

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Pig. 2 die Baueinheit nach Fig. 1 sowie die angenäherte Form und Lage von darin befindlichen Potentialmulden bei angelegtem Zeitgeberimpuls,

I¹Xg* 3 geeignete zweiphasige Impulsspannungsformen zur Anwendung in Verbindung mit der Erfindung,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer monolithischen Halbleiterbaueinheit nach der Erfindung, bei welcher benachbarte Taet— elektroden sich zusätzlich zur Ausbildung über ungleichförmigen Dickenbereichen teilweise überlappen,

P Fig. 5 die Baueinheit nach Fig. 4 sowie 4e angenäherte Form und Lage darin vorgesehener Potentialmulden bei Anlegung eines Zeitgeberimpulses,

Fig. 6 die Baueinheit nach Fig. 4, 5 zu einem anderen Zeitpunkt,

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel einer zweidimensionalen Anordnung von Baueinheiten nach der Erfindung in Blockschaltbilddarstellung i

Vorab sei darauf hingewiesen, daß die Figuren nicht maßstäblich sind, sondern zum Zwecke einer besseren Darstellung gewisse Teile in ihren relativen Abmessungen gedehnt wurden.

Fig. 1 zeigt eine Grundform eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung, bei welcher benachbarte Elektroden voneinander im Abstand sowie über dielektrischen Teilen ungleichförmiger Dicke angeordnet sind. Die monolithische Baueinheit 10 umfaßt einen halbleitenden Blockteil 11 von einem ersten Leitfähigkeitstyp (vorliegend vom N-leitenden Typ). Über der Oberfläche des Bloekteiles 11 liegt eine dielektrische Schicht 12 von ungleichförmiger Dicke. Mehrere Elektroden 13a, 14a, 13b,....13η, Hn liegen über der dielektrischen Schicht 12, wobei jede dieser Elek-. troden die Oberfläche eines dielektrischen Teils überdeckt sowie diesem benachbart ist, der drei bestimmte Dicken aufweist. Die

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Elektroden 13 (einschließlich 13a bis 13n) liegen an einem ersten leitenden Weg 13¹J die Elektroden 14 (einschließlich 14a bis 14n) liegen an einem zweiten leitenden Weg 14'» wobei beide leitenden Wege zur Einkopplung von Zeitgeberimpulsen dienen, die an Anschlüssen 13", 14" bzw. damit verbundenen Elektroden liegen.

Eine Elektrode 15t an. welcher ein Eingangeanschluß 16 liegt, überdeckt einen verhältnismäßig dtinen Teil der dielektrischen Schicht und soll die Einführung von Überschußminoritätsträgern bewirken, beispielsweise durch eine feldinduzierte Durohbruchinjizierung in den darunter befindlichen halbleitenden Teil, Auf diese Weise können Eingangsimpulse in eine unter der Elek-·" trode 13a induzierte Potentialmulde eingekoppelt werden, wie dies in Einzelheiten in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben ist»

Eine abgegrenzte P-leitende Zone 17 in Verbindung mit einer Elektrode 16, welche einen elektrischen Kontakt von geringem Widerstand hiermit herbeiführt, eine Batterie 18 sowie ein Widerstand 19 stellen ein einfaches Schema einer Möglichkeit zur Anzeige irgendwelcher ÜberSchuSminoritätsträger dar, welche in einer Potentialmulde unter der Elektrode 14η vorliegen können, wie dies ebenfalls in Verbindung mit Figl 2 näher ausgeführt wird.

Eine an der Rückfläche des Blockteiles 11 ausgebildete Metallelektrode 21 liegt elektrisch auf Masse.' Dies stellt die gegenwärtig bevorzugte Betriebsart dar. Jedoch könnte der Blockteil 11 genausogut mit irgendeinem festen Bezugspotential verbunden sein, wenn die Zeitgeberimpulsspannungen entsprechend eingestellt werden. Sie Baueinheit kann auch mit "achwebendem" Blockteil 11 betrieben werden.

Fig. 2 zeigt die Baueinheit nach Fig. 1 mit einem daran liegenden zweiphasigen Zeitgeber 31. Fig. 3 zeigt die schematisch entsprechende Spannungswellenforrn^¹ wie aie durch den Zeitgeber 31 erzeugt werden.

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Wenn Silizium und Siliziumdioxid als halbleitender Teil bzw. Dielektrikum verwendet werden, ao macht ein bevorzugtes Betriebsverfahren Gebrauch von einer kontinuierlichen gleichförmigen Vorspannung an allen Tastelektroden 13a - 13n sowie Ha - 14n, um zumindest eine flache Entleerungsschicht über der Gesamtfläche der Baueinheit in jedem Zeitpunkt zu bilden und die Wirkung der Öberflächenzustände zu vermindern, welche unvermeidlich an der Silizium/Siliziurnoxid-Zwischenfläche vorliegen. Diese Oberfläohenzustände können insofern Störungen verursachen, als sie zur Oberflächenrekombination eines gewissen Bruchteils der Überschußminoritätsträger beitragen, was wiederum notwendig zu einer Signalverschlechterung führt- Die Aufrechterhaltung einer geeigneten Vorspannung an allen Tast elektroden bewirkt eine Verminderung der ungünstigen Wirkungen derartiger Oberflächensustände. Demgemäß sind nach Fig. 3 die Zeitgeber-Ausgangsgrößen stets in gewissem Maß negativ (Vg), um diese Vorspannung zu schaffen. Bei Ausführungsbeispielen, in denen die Öberflächenzustände keine Schwierigkeit darstellen, braucht selbstverständlich diese Vorspannung nicht verwendet zu werden, wobei in diesem Fall die Zeitgeberspannung wechseln könnte, beispielsweise zwischen O Volt und gewissen negativen Spannungen.

Fig» 2 zeigt auch in schematischer Darstellung die Grenzflächen (33a - 33n und 34a - 34n) der Sntleerungsbereiche, die in dem halbleitenden Blockteil 11 zu irgendeinem Zeitpunkt gerade nach t β O gebildet werden, d.h., wenn^^ am meisten negativ (Vjj) und <p 2 zumindest negativ (V_B) sind. Sofern ein stärker negatives Potential an die Elektroden 13 gelegt wird, als an den Elektroden 14 liegt, so dehnen sich die Entleerungsbereich© 33 (unter den Elektroden 13) beträchtlich weiter in dem Blockteil 11 aus, als dies für die Entleerungsbereiche 34 (unter den Elektroden 14) der Fall ist. Ferner sind alle Entleerungebereiche unter den Elektroden 13, 14 asymmetrisch, d.h. erstrecken sich zumindest unter den Teil ihrer entsprechenden Elektrode, wo das Dielektrikum am dicksten ist? die weiteste Erstreckung liegt unter dem Teil ihrer entsprechenden Elektrode vor, wo das

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Dielektrikum am dünnsten ist; eine durchschnittliche Erstreckung liegt unter dem Teil der entsprechenden Elektrode vor, unter welchem die Dicke des Dielektrikums zwischen dem dicksten und dünnsten Wert liegt.

Es soll nun auf die Beziehung zwischen dem Abstand, um den sich ein Entleerungsbereich in den Halbleiter erstreckt, und dem Feldpotential an der Halbleiter/Dielektrikum-Zwischenfläche eingegangen werden. Bei einfachster" Betrachtung Wird das Feldpotential an der Zwischenflache um so negativer, je größer die Erstreckung des Entleerungsbereiches in den Halbleiter ist. Demgemäß können die Entleerungsbereich-Grenzflachen 33, 34 auch als repräsentativ für das elektrische Feldprofil betrachtet werden, welches alsdann an der Halbleiter/Dielektrikum-Zwischenflache vorliegt.

Es sie nun angenommen, daß mit den soeben beschriebenen Potentialen ein Eingangsimpuls dem Eingangsanschluß 16 zugeführt vird, der ausreicht, um eine Anzahl von Minoritätsträgern (Löchern), mit V bezeichnet, in den Halbleiter unter der Elektrode 15 zu injizieren. Weil der Entleerungsbereich 35 unter der Elektrode 15 die Entleerungsschicht 33a unter der Tastelektrode 13a überlappt, werden diese Überschußlöcher in das am meisten negative Potential (unter dem Mittelatschnitt der Elektrode i3a) gezogen. Bis die Zeitgeberspannungen ihre Polung umschalten, verbleiben diese Tibers ehußminoritäts träger örtlich festgelegt (bilden also ein "Ladungspäket") unter dem Mittelpunkt der Elektrode 13a, da dort ein örtlicher Bereich von niedrigstem negativen Potential vorliegt, d.h. eine Potentialmulde.

Wenn alsdann in der nächsten Hälfte des Zeitgeberzyklus die Elektroden 14 sich auf dem negativsten Potential (V^) und die Elektroden 13 sich auf einem weniger negativen Potential (V^) befinden, haben sich diese TJberschußminoritätsträger nach rechte unter den nunmehr negativsten örtlichen Punkt unter dem mittleren Teil der Elektrode 14a bewegt. In dieser Hälfte des Zeitgeberzyklus befinden sich die Feldprofil- und Entleerungsbereich-Tiefen unter den Elektroden 14, wie ?-*·=* BiC^-1I während

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der Torangehenden eraten Hälfte des Zeitgeberzyklus unter den Elektroden 13 befanden, und umgekehrt.

Wenn der Yerschiebungsprozeß bei einem weiteren Schritt betrachtet wirdj nämlich während der ersten Hälfte des nächsten Zeitgeberzyklua (wenn die Elektroden 15 sm negativsten und die Elektroden 14 weniger negativ sind) so bewegt sich das Ladungspaket wiederum nach rechts und wird an dem örtlichen Potentialminimum und dem Mittelabschnitt der Elektrode 13b festgelegt«

Die (positiv geladenen) Ladungspakete bewegen sich nicht mehr nach links, weil die aufgebaute Asymmetrie der Potentialmulden _ derart ist, daß das Potential rechts des örtlichen Minimums P stets negativer als das Potential unmittelbar links dieses örtlichen Minimums ist; die aufgebaute Asymmetrie der Potentialmulden ist also derart, daß die Ladungsübertragung in der gewünschten Richtung gesteigert (vorliegend nach rechts) und die Ladungsübertragung in der Gegenrichtung (vorliegend nach links) behindert werden«

Ea sei nun angenommen, daß "n" Zeitgeberzyklen abgelaufen sind, so daß das Ladusigspaket in die Potentialmulde unter der letzten TaBtelektrode I4n bewegt wurde. Dies ist das Ausgangsende der Baueinheit. Sine Batterie 18 liefert eine ausreichende Spannung durch die Elektrode 16, um die PE-Grenzflache in Zuordnung zu ^ einer örtlichen Zone 17 in Umkehrvorspannung zu halten, und " zwar in einem so ausreichenden Maß, daß deren Raumladungs-Entleerungsbereich teilweise den Entleerungsbereich 34n unter der Elektrode I4n überlappt. Demgemäß wird das Ladungspaket nach rechts weitergesehcbon und durch die PS-Grenzfläche in etwa der gleichen Weise gesammelt, wie Träger in der Kollektor/ Basis-Grenzfläche eines normalen {Transistors gesammelt werden.

Diene Ladungsträger-Sammlung äußert sich in einem Strom, der durch die Batterie sowie den Widerstand 19 fließt, was bewirkt, daß eine entsprechende Spannung an einem Anschluß 20 ab-' gegeben· wird, welche dann als Ausgangsgröße angezeigt werden kann. q

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Aus den vorangehenden Ausführungen ergibt sich, daß das, was in Verbindung mit einer monolithischen Halbleiterbausinheit beschrieben wurde j als Schieberegister wirken !kann* Ein Schieberegister wurde als Ausführungsbeispiel beschrieben, weil dieses zu einer leichten und klaren Erläuterung führt und Schieberegister wichtige Bausteine darstellen, aus denen vMe Formen von Logikbaueinheiten, Gedächtnis baueinheit en und Yex'zögerungsbaueinheiten hergestellt werden können. Beispielsweise konnte bei irgendeinem Zwischenpunkt, beispielsweise bei der Elektrode I4f, ein Eingriff in die Schieberegisterkette durchgeführt werden., und eine Einfädelung oder Ausfädelung wäre eraielbai?, wenn dies für einige Anwendungsfälle suf dem Gebiet der Logikschaltungen gewünscht sein sollte. lerner kann das Schieberegister in einer Rückzirkulationsbetriebsart entweder zu Steigerung der Speicherdauer (Verzögerung) oder zur Regenerierung des Signals zwecks Überwindung von Störungen* Ladungsverlusten und anderen Formen von Signalverschlechterungen betätigt Werden, indem einfach das Ausgangssignal mit der Eingangsstufe über eine entsprecöde Regenerierschaltung verbunden wird.

Gemäß Hg. 1,2 ist darauf hinzuweisen, daß keine dreistufige dielektrische Dicke unter jeder Taatelektrode verwendet zu werden braucht, sondern daß auch eine zweistufige Oxiddicke verwendet werden könnte. In diesem Fall würden die beiden am weitesten links liegenden Teile jeder Tastelektrode beibehalten, d.h. der dickste und der dünnste Teil; der am weitesten rechts gelegene dritte Teil, d.h. derjenige mit'der dazwischenliegenden Dicke, würde nicht verwendet werden. Der zweiphasige Zeitgeberbetrieb wäre gleich wie vorangehend in Verbindung mit den dreistufigen Dielektrika beschrieben.

Die Wahl eines zweistufigen oder dreistufigen Oxids hängt von einer ins Einzelne gehenden Betrachtung ab, die nachfolgend erläutert ist. In einem Halbleiter bewegen sich Ladungsträger als Ursache eines oder zweier Vorgänge, nämlich Drift und Diffusion. Die Drift ist durch ein elektrisches Feld verursacht, während die Diffusion eine zufällige Bewegung von Punkten größerer

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■ - ίο -

Ladungsdichte zu Punkten geringerer Ladungsdichte hervorruft, line Moment be trachtung der Potentialmulden gemäß I¹Xg. 1 sowie deren Erscheinung in Verbindung mit einem zweistufigen Oxid sollte sum HaeMfeis ausreichen, daS unter gewissen extremen Bedingungen die Diffusionalromponente nach links die Drifikomponente nach rechts übersteigen kann_o Jedoch ist die Wahrscheinlichkeit des Auftretens dieses Vorganges in dem lalle eines dreistufigen Oxids viel geringer, weil die Zwischenstufe (rechts von jeder Potentialmulde) einen bevorzugten "DiffusionsabfIuß" nach rechts hervorruft, d.iu in der gewünschten JOrtpflanzungsrichtungi,

Ug₀ 4 zeigt in Querschnittdarstellung ein anderes monolithisches Ausfuhrungsbeispiel nach der Erfindung» bei dem aich benachbarte fastelektroden zusätzlich zur Herstellung auf dielektrischem Material von nichtgleichförmiger Dichte teilffweise überlappen. Dieses Ausführungsbeispiel wird als besonders vorteilhaft für viele Anwendungsfälle betrachtet, weil die Überlappung benachbarter Tastelektroden erstens eine Reduzierung der praktischen Schwierigkeit zur Ausbildung dicht benachbarter Elektroden an einer ebenen Oberfläche ergibt und zweitens die Kopplung benachbarter Potentialmulden erleichtert, was die Leichtigkeit der Übertragung von ladungspaketen von einer Potentialmulde zu der nächst benachbarten in der gewünschten Richtung steigert.

Insbesondere umfaßt die Vorrichtung 4-0 gemäß lig. 4 einen Halbleiterblockteil 41 eines ersten Leitfähigkeitstyp (vorliegend vom ΪΓ-Typ), welcher von einer im wesentlichen gleichförmigen ersten dielektrischen Schicht 42 überdeckt ist. Mehrere Tastelektroden 43a - 43n und 44a - 44n überdecken die Schicht 42, wobei einige der Tastelektroden einander überlappen, wie dies veranschaulicht ist. Mehrere zusätzliche dielektrische Abschnitte 45a - 45n und 46a - 46n überdecken ebenfalls die Schicht 42 und sind zwischen den überlappenden Elektroden angeordnet, so daß keine direkte elektrische Verbindung an den Überlappungspunkten vorliegt. Die Eingangselektrode 47, der Eingangsanschluß

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43 sowie die Ausgangsbauelemente 49, 50, 51, 52 sind analog wie in Mg, 1, 2 beschrieben ausgebildet.

Zeitgeberimpulse entsprechend denjenigen nach !ig. 3 sowie gemäß der Beschreibung in Verbindung mit Fig. 1, 2 können verwendet werden, um Ladungspakete in der Vorrichtung nach Fig. 4» 5» 6 zu vorschieben. Das gleiche zweiphasige Zeitgeberbauelement 31 nach Fig. 2 wird auch gemäß Fig, 5» 6 verwendet.

Insbesondere gemäß Fig. 5 ergibt sich die Baueinheit nach Fig. 4 mit zugeordnetem zweiphasigen Zeitgeberbauelement 31· Die unterbrochenen Linien 63a - 63n und 64a - 64n stellen schematisch die Grenzflächen der in dem Blockteil 41 gebildeten Entleerungsbereiehe zu einer Zeit gerade nach t = 0 dar, d.h. wenn ψ^ am negativsten (V^) und ^₂ ^am wenigsten negativ (Vg) sind. Die obigen Erläuterungen hinsichtlich der Besiehung zwischen der Tiefe des Entleerungsbereiches und dem Potential des elektrischen Feldes trifft, wie sich versteht, für das Gebilde nach Fig. 4 - 6 so gut wie für dasjenige nach Fig. 1, 2 zu.

Gemäß Fig, 5 wurden die dielektrischen Dicken und die am wenigsten negative Zeitgeberspannung (V,,) gegenseitig so justiert, daß Vg nicht ausreicht, um einen Entleerungsbereich unter den Teilen der TasteÄ-ektfoden zu bilden, welche über dem dickeren Dielektrikum liegen* Der Zwischenraum zwischen den Entleerungsbereichen 63a und 64a, 63b und 64b usw. ist hierbei zu beachten, Dieser Zwischenraum ist vorzuziehen» um die Möglichkeit einer Ladungsdiffusion naeh links vollständig auszuschalten, Wie dies in Verbindung mit Fig* 1, 2 beschrieben wurde.

Gemäß Fig. 5 werden auch jegliche positiven Ladungen, die unter der Eingangs elektrode 4-7 eingeführt wurden, unmittelbar in den Entleerungsbereieh 63a geschoben und dort eingeschlossen, während 9*-j am negativsten ist ("%)*

Fig. 6 zeigt die angenäherten Stellen der Entleerutigsbereiehe 63, 64 £j|*£enä die Zeitgeberimpulse ihre Polung umkehren, ä_#h»

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ORIQiNAL INSPECTED

während*^., von V^ auf V- und ψ ₂ von V-g auf V^ umschalten. An der. gewählten zeitlichen Zwischenpunkten ist der vorangehend erwähnte Zwischenraum zwischen den Entleerungabereichen 63a und 64a, 65b und 64-b f?w. überbrückt ι ähnliche Zwischenräume sind zwischen den Entleerungsbereichen 64a und 63b, 64b und 63c, 64n - 1 und 63n usw. ausgebildet. Eine Augenblicksbetrachtung zeigt, daß diese wechselweise Entkopplung der Entleerungsbereiche (Zwischenraumbildung) und Kopplung den Ladungsübergäng nach rechts (zum Ausgang hin) steigert und den Ladungsübergang nach links behindert. Zusätzlich ergibt die offensichtliche Asymmetrie der Entleerungsbereiche gemäß Pig. 5, 6, daß bei jeder Umkehr der Polung des Zeitgeberimpulses ein starkes Befe streben besteht, daß irgendwelche Iadungspakete, die in irgendeiner gegebenen Potentialmulde eingeschlossen sind, sich wunschgemäß nach rechts zum Ausgang bewegen.

Sofern die Anzeige von Impulsen an dem Ausgang der Baueinheit nach Mg. 4-6 direkt analog der Ausgangsanzeige gemäß der obigen Beschreibung in Verbindung mit Mg. 1, 2 ist» erscheint eine weitere Erläuterung von Mg. 4-6 nicht erforderlich*

Fig, 7 zeigt eine schematische" Darstellung einer zweidimensionalen Anordnung von Baueinheiten gemäß der vorangehenden Beschreibung« Insbesondere stellt jede Reihe von Blöcken 10b Taststufen dar, Welche genau gleich irgendwelchen der Reihen von Ein-P richtungen sein können, wie sie im Querschnitt in Mg. 1, 2, 4 6 dargestellt sind. Jeder Block 10b stellt schematisch eine der Tastelektroden 13, 14, 43, 44 der vorangehenden Figuren dar. Die Anwendung des zweiphasigen Zeitgeberbauelementes auf die leitenden Wege 101, 102 bewirkt, daß der Inhalt der obersten Reihe herausgeschoben und aufeinanderfolgend durch einen Detektor 107 angezeigt sowie in ein geeignetes Ausgangssignal umgewandelt wird. Diese Verschiebung des Inhalts der obersten Reihe beeinflußt nicht den Inhalt der in den anderen Reihen gespeicherten Signale, weil meistenteils lediglich einer der leiten-ι den Zeitgeberimpuls-Wege, nämlich der Weg 102, die mit den Taststufen in dieser Reihe verbunden sind, impulsgetastet wird.

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Nachdem der Inhalt der oberston Reihe vollständig nach rechts herausges choben und angezeigt wurde, werden der Zeitgeber sowie der Detektor alsdann mit den leitenden Wegen 102, 103 verbunden, und der Inhalt der zweiten Reihe wird in gleicher Weise herausgeschoben. I¹Ur beste Ergebnisse sollten jedoch geeignete Schalter- und Zeitgeberelemente vorhanden sein, um den Zeitgeber sowie den Detektor von einem Paar leitender Wege zu einem anderen zu schalten und die Ausgangsgröße des Detektors in geeigneter Weise zeitlich zu steuern« Eine Vielzahl derartiger Schaltungen kann verwendet werden, deren Ausbildung an sich bekannt ist, so daß eine besondere Beschreibung vorliegend nicht erfolgt.

Eine zweidimensionale Anordnung, beispielsweise gemäß Pig. 6, kann bevorzugt als lichtempfindliches Element in einer Fernsehkamera angewendet werden. Jede Reihe von Bauelementen kann eine Rasterzeile im !Fernsehsystem darstellen. Jede Rasterzeile wird elektronisch durch serienweise Übertragung der durch Licht erzeugten Ladungspakete zu einem Detektor an dem Ende der Reihe abgelesen. Ein Persehbild kann durch aufeinanderfolgende Ablesung jeder Rastlinie zusammengesetzt werden«

Eine zweidimensionale Anordnung, beispielsweise gemäß Fig. 6, kann auch bevorzugt Anwendung als Pestkörper-Bildanzeigeeinrichtung finden. Eine breite Vielfalt von Bauelementen ist bekannt, um Eingangsstufen und Ausgangsstufen für die vorliegend beschriebenen monolithischen Bauelemente zu schaffen.

Eine große Vielfalt von Verfahren kann angewendet werden, um die vorangehend beschriebenen monolithischen Baueinheiten zu erzeugen. Obgleich kein besonderes Verfahren vorliegend beschrieben wird, sollen einige Überlegungen hinsichtlich der Materialauswahl nachfolgend niedergelegt werden. Ein ganz besonderer Vorteil der vorstehend beschriebenen Baueinheiten besteht darin, daß für diese Baueinheiten geeignete Stoffe zur Verfügung stehen und bekannt sind. Beispielsweise ist die Verwendung von Silizium für Halbleiterteile und Siliziumdioxid als dielektrische Teile

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genau bekannt, Zusammenfassungen von Dielektrika, beispielsweise Silisiurnoxid/Siliziumnitrid, Siliaiumoxid/AluMakunoxicL und dergleichen, können in gewissen Fällen als dielektrische Schicht besonders vorteilhaft sein. Bekannte Elektroöenstoffe, beispielsweise (JoId₅ Alumitun, Fiatin, Molybdän, Titan und Zusammenfassungen hiervon können selbstverständlich verwendet werden.

Lediglich zum.Zwecke der besseren Darstellung könnte beispielsweise ein zweckmäßiges Gebilde für die Baueinheit nach Fig. 1*2, 4, 5 einen Halbleiter-Bockteil von 10 Ohm-em aus H-leitendem Silizium umfassen. Die Dicken von Siliziumoxid können etwa 1000 £ - 2000 S für die dünneren dielektrischen Schichtteile und 5000 - 10 000 'S. für die dickeren Teile betragen. Die Elektroden können aus Gold oder Gold/Platin/Titan-Kombinationen in irgendeiner Dicke bestehen, beispielsweise von 0_s1 bis zu einigen Mikron.

Die Abmessungen der Übertragungseinrichtungen können ebenfalls in weitem Bereich verändert werden. Auch hängen die Abstände der Elektroden (um die erforderliche Überlappung des Entleerungsberdches herzustellen) von dar seitlichen Erstreckung der Entleerungsbereiche und den Betriebsbedingungen ab. Bei einem Silizium von 10 Ohm-cm erzeugt beispielsweise eine Spannung von 15 Volt über einem Siliziumoxid von 1000 S. einen Entleerungsbereich von 5 Mikron. Dies würde voraussetzen, daß ein Zwischenelektrodenabstand von nicht mehr als einigen Mikron verwendet wird. Die Zwxschenelektrodenabstände bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 4-6 sind wesentlich weniger kritisch als diejenigen gemäß Fig. 1,2.

Die vorliegend beschriebenen Baueinheiten sind in keiner Weise auf Silizium und dessen zugeordnete Technologie beschränkt, die vielmehr lediglich beispielsweise dargestellt wurde.

In monolithischen Halbleiter baue inheiten von der Art, bei welcher eine Speicherung und Handhabung von Informationen darstellenden elektronischen Signalen erreicht wird, indem Pakete

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von Übersehußminoritätsträgern, die in künstlich induzierten Potentialmulden lokalisiert sind,- gespeichert und aufeinanderfolgend übertragen werden, erfordert eine voraussagbare RichtungsCharakteristik der Ladungspaket-Übertragung, daß das Potential gut asymmetrisch ist, und zwar zumindest während des Ubertragungsvorganges. Die Erfindung umfaßt gemäß den vorangehenden Ausführungen au diesem Zweck die Anwendung überlappender (Das t elektroden und/oder ungleichförmige Dicken des Dielektrikums unter den Tastelektroden von MIS-Gebilden, so daß ein geeignet asymmetrisches Potential stets dann gebildet wird, wenn eine Spannung an irgendeiner (Eastelektrode liegt.

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Claims (1)

1. A η s

   (jV Halbleiterbaueinheit mit einem Halbleiterblockteil, in dem eine Aufeinanderfolge von Potentialmulden hergestellt und ladungsträger in bestimmten Potentialmulden gemäß einer Signalinformation gespeichert sind, wobei gespeicherte Ladungsträger in einer Richtung durch aufeinanderfolgende Ladungsmulden fortbewegt werden, gekennzeichnet durch Bauelemente (12) zur Schaffung einer Asymmetrie hinsichtlich der Potentialmulden während eines Speicherintervalls, wobei der vorlaufende Teil der Potentialmulde bezüglich der Vorschubrichtung eine größere Durchschnittstiefe als der nachlaufende Teil aufweist, bevor die gespeicherten Ladungsträger vorgeschoben werden.

   2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement (12) zur Schaffung einer Asymmetrie eine dielektrische Schicht von sich ändernder Dicke umfaßt.

   3. Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement zur Schaffung einer Asymmetrie zusätzlich mehrere im Abstand befindliche örtlich festgelegte Elektroden (13a, 14a usw.) über und benachbart der dielektrischen Schicht in Aufeinanderfolge in der gewünschten Vorschubrichtung umfaßt.

   4. Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden einen ausreichend geringen Abstand aufweisen, so daß benachbarte Potentialmulden sich bei irgendeiner angelegten Spannung von geringerem Wert, als zur Induzierung eines Lawinendurchbruchs in dem Halbleiterwafer erforderlich ist, überlappen und die gespeicherten Ladungsträger von einer Potentialmulde zu einer nächst benachbarten in der ge-• wünschten Richtung übertragbar sind.

   5. Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß be-

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   nachbarte Elektroden (43a, 44a, usw.) sich teilweise ohne Berührung miteinander überlappen, wobei ein Teil des Dielektrikums zwischen den Elektroden an den Überlappungspunkten liegt.

   6m Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden zumindest awei physikalisch und elektrisch verbundene Teile umfaßt, von denen der eine, welcher der Vorschubrichtung entgegangerichtet ist, einen verhältnismäßig dicken dielektrischen Teil überdeckt und den anderen Teil der vorangehend benachbarten Elektrode überlappt, während der andere Teil einen verhältnismäßig dicken dielektrischen Teil überdeckt, diesem benachbart ist und unter dem einen Teil der nächst benachbarten Elektrode liegt*

   7. Baueinheit nach Anspruch 3₅ gekennzeichnet durch ein zweiphasiges Sohaltungselement (31) zur aufeinanderfolgenden Vorspannung der Elektroden zwecks Speicherung und Vorschub der Ladung,

   8. Baueinheit nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Paar leitender Wege (13> H) zwischen dem Schaltungselement sowie den Elektroden, wobei jeder leitende Weg mit"jeweils einer unterschiedlichen zweiten Elektrode in der Aufeinanderfolge der Elektroden verbunden ist.

   9« Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß vermöge entsprechender Formgebung und Anordnung der Elektroden das Paar' von leitenden Wegen parallel zueinander verläuft.

   10, Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 - 9, gekennzeichnet durch Eingangselemente (16) zur Injizierung von Minoritätsträgern in zumindest eine der Potentialmulden, wobei die injizierten Träger eine Signalinformation darstellen, und. Ausgangselemente zur Anzeige des Vorliegens der Minoritätsträger in irgendeiner anderen Potentialmulde,

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   11. Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Elektroden einen Teil der im wesentlichen nicht gleichförmige Dicke aufweisenden Schicht überdeckt und dieser benachbart i3t, so daß bei Anlegung einer Spannung von richtiger Polung und ausreichender Größe an irgendeine ·■ der Elektroden gegenüber dem Halbleiter ein asymmetrischer Entleerungsbereich in dem Halbleiter unterhalb der Elektrode gebildet wird> wobei die Asymmetrie im Sinne einer Steigerung der Übertragung von Überschußminoritätsträgern in der Potentialmulde zu einer benachbarten Potentialmulde in der bestimmten Richtung sowie zur Behinderung der Übertragung von Trägern in der entgegengesetzten Richtung ausgelegt ist.

   12. Baueinheit nach Anspruch 11 _s dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Elektroden einen ausreichend dichten Abstand haben, so daß die darunter gebildeten Entleerungsbereiche einander bei einer geringeren angelegten Spannung schneiden, als sie erforderlich wäre, um einen Lawinendurcnbruch in dem Halbleiterkörper hervorzurufen.

   13. Baueinheit nach Anspruch 11, gekennzeichnet dureh Bauelemente zur Iryizierung von Überschußminoritätsträgern in zumindest einen der Entleerungsbereiche.

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