DE2519118C2

DE2519118C2 - Charge coupled semiconductor device

Info

Publication number: DE2519118C2
Application number: DE19752519118
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. 8035 Gauting Knauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1975-04-29
Publication date: 1977-04-21

Description

8. Ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3, 4) metal-8. Charge-coupled semiconductor component according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, characterized characterized in that the electrodes (3, 4) metal

angeordnet ist. über den durch mindestens eine elektrische Isolierschicht davon getrennt, parallel zur Streifenlängsrichtung eine Reihe aus voneinander getrennten Elektroden angeordnet ist '' Ladungsgekoppelte Halbleiterbauelemente der einknes genannten Art sind bekannt. Der Aufbau und die Wirkungsweise solcher Bauelemente wird beispielsweise von W F K ο s ο η ο c k i und J. E. C a r η e s unter Hern Titel »Charge-Coupled Digital Circuits« in IEEE Journal of Solid State Circuits. VoI SC. 6 Nn 5, Oktober 1971 Seiten 314 bis 322 beschrieben. Sie dienen zum SDeichern und zur Übertragung von information in Form von Ladungen. Die der Information entsprechende Ladungsmenge, die bei solchen ladun .^gekoppelten '"Halbleiterbauelementen ausgelesen werden kann, ist -jedoch relativ gering, so daß empfindliche Ausgangsstufen notwendig sind. In der deutschen Offenlegungs- ^! schrift 23 59 720 wird deshalb eine Möglichkeit angegeben wie in einem Bauelement der eingangs genannten Art'die gespeicherte Ladung in eine nahezu beliebig große Ladungsmenge, die von der gespeicherten Ladung abhängig ist, umgewandelt und ausgelesen werden kann. Dies geschieht dort dadurch, daß in der Elektrodenreihe in Abständen Feldeffekttransistoren angeordnet sind, die in Abhängigkeit von der gespeicherten Ladung geöffnet werden können und an Parallelausgängen entlang der Reihe eine nahezu beliebig große Ladungsmenge ir Abhängigkeit von der gespeicherten Ladung zur Verfügung stellen. Diese Feldeffekttransistoren sind dort Zusatzelemente in der Elektrodenreihe, die die Herstellung einer solchen Anordnung komplizieren.is arranged. Over which a row of separated electrodes is arranged parallel to the longitudinal direction of the strip by at least one electrical insulating layer '' Charge-coupled semiconductor components of the type mentioned are known. The structure and mode of operation of such components is described, for example, by WFK ο s ο η ο cki and JE Car η es under the title “Charge-Coupled Digital Circuits” in the IEEE Journal of Solid State Circuits. VoI SC. 6 Nn 5, October 1971 pages 314 to 322. They are used to store and transfer information in the form of charges. The corresponding information amount of charge that "semiconductor devices can be read coupled with such ladun. ^ 'Is -jedoch relatively low so that sensitive output stages are necessary. In the German ^disclosure! Magazine 23 59 720 is therefore a way as indicated in a component of the type mentioned at the outset, the stored charge can be converted and read out into an almost unlimited amount of charge, which is dependent on the stored charge The stored charge can be opened and at parallel outputs along the row an almost unlimited amount of charge is available irrespective of the stored charge.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Bauelement der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem ebenfalls an Parallelausgängen entlang der Rtihe eine beliebig große Ladungsmenge, die von der gespeicherten Ladung abhängig ist, zur Verfügung steht, bei der jedoch keine Zusatzelemente in der Elektrodenreihe notwendig sind.The object of the present invention is to provide a Specify component of the type mentioned, in which also at parallel outputs along the row an arbitrarily large amount of charge, which depends on the stored charge, is available, In which, however, no additional elements are necessary in the row of electrodes.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß unter einer oder mehreren jeweils bestimmten Elektroden und nur dort der Streifen an seinen Längsseiten beidseitig seitliche Auswüchse aufweist, die auf einer Streifenseite durch eine mit einem Anschlußkontakt verseheneThe object is achieved in that under one or more respectively specific electrodes and only there the strip has lateral outgrowths on both sides on its long sides, on one side of the strip by one provided with a connection contact

AnSCniUUienung eienuism H..IVIIU ................. .-..,„.. AnSCniUUienung eienuism H..IVIIU ................. .- .., "..

den sind und die auf der anderen Streifenseite einzeln mit ohmschen Anschlußkontakten versehen sind.and which are individually provided with ohmic connection contacts on the other side of the strip.

Vorteilhafterweise weist die Oberfläche des elektrisch isolierenden Substrates Grenzflächenladungen gleichen Vorzeichens wie die Majoritätsträger der dThe surface of the electrically insulating substrate advantageously has interface charges same sign as the majority holders of the d

9. Ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement nach Anspruch 1. 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß Elektroden (3,4) und Anschlußleitung (5) aus Aluminium bestehen.9. Charge-coupled semiconductor component according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, characterized characterized in that electrodes (3, 4) and connecting lead (5) are made of aluminum.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement, bei dem auf einer Oberfläche eines elektrisch isolierenden Substrats ein, seitlich gegen seine Umgebung elektrisch isolierter Streifen aus mindestens einer dünnen dotierten HalbleiterschichtThe present invention relates to a charge coupled semiconductor device in which on a surface an electrically insulating substrate, laterally electrically isolated from its surroundings strips at least one thin doped semiconductor layer

gleichen Vorz wiesame sign as

dünnen dotierten Haibieiterschicht des Strehens aiii, die in der Halbleiterschicht eine Majoritätsträger-Verarmungsrandschicht induzieren.thin doped shark layer of strands aiii that induce a majority carrier depletion edge layer in the semiconductor layer.

Vorzugsweise besteht das elektrisch isolierende Substrat aus Saphir oder Spinell.The electrically insulating substrate is preferably made of sapphire or spinel.

Vorzugsweise ist die dünne dotierte Haibieiterschicht des Streifens eine epitaktische Schicht.Preferably the thin doped semiconductor layer of the strip is an epitaxial layer.

Vorteilhafterweise besteht die dünne dotierte Halbleiterschicht des Streifens aus Silizium.The thin doped semiconductor layer is advantageously made of the strip of silicon.

Vorzugsweise ist die dünne dotierte Halbleiterschicht des Streifens p-dotiert.Preferably the thin doped semiconductor layer is of the strip p-doped.

ihfi i die Anschlußleitung sine über die Auswüchse des mit diesen durch ohmscheihfi i the connection line sine over the outgrowths of the with these through ohmic

Vorteilhafterweise ist
metallische Leitung, die
Streifens geführt ist und
Kontakte verbunden ist.Is advantageous
metallic pipe that
Strip is performed and
Contacts is connected.

Vorzugsweise sind die Elektroden metallische Elektroden. The electrodes are preferably metallic electrodes.

Vorzugsweise bestehen Elektroden und Anschlußlei·Preferably there are electrodes and connecting leads

lung aus Aluminium.made of aluminum.

Die Vorteile der Erfindung liegen im einfachen Aufbau. Das Bauelement unterscheidet sich von einem normalen ladungsgekoppelten Halbleiterbauelement lediglich durch Auswüchse an den Längsseiten des dotierten Streifens, durch zusätzliche Kontakte und durch eine zusätzliche Leitung. Es sind bei der Herstellung gegenüber einem normalen ladungsgekoppelten Halbleiterbauelement keine zusätzlichen Verfahrensschritte notwendig. _ro The advantages of the invention lie in the simple structure. The component differs from a normal charge-coupled semiconductor component only in that there are protrusions on the long sides of the doped strip, through additional contacts and through an additional line. Compared to a normal charge-coupled semiconductor component, no additional process steps are necessary during manufacture. _ro

Ein Ausführungsbeipiel der Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert.An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the figures.

Fig. I zeigt in Draufsicht ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelement;1 shows a top view of a charge coupled device semiconductor device;

Fig.2 zeigt einen Querschnitt .^:urch dieses ladungsgekoppelte Halbieiterbauelerner.* »ntlang der Schnittlinie 1I-II in Fig. 1;Fig.2 shows a cross section. ^: Through this charge-coupled semi-conductor builder. * along the section line 1I-II in Fig. 1;

Fig.3 zeigt einnn Ou^-Oiiiitt entlang der Linie IH-IIf in Fig. 1.Fig.3 shows a nn Ou ^ -Oiiiitt along the line IH-IIf in Fig. 1.

In der F i g. 1 ist '.·?. ur^uisicht ein ladungsgekoppeltes Halbleiterbauelerm. - dargestellt. Auf einem elektrisch isolierenden Substrat 1 liegt ein Streifen 2 aus einer dünnen dotierten Halbleiterschicht, über dem durch eine hier nicht gezeichnete elektrische Isolierschicht davon getrennt, parallel zur Sfreifenlängsrichtung, eine Reihe aus voneinander getrennten Elektroden 3,4 angebrach' ist. Der Streifen 2 weist unter den Elektroden 4 und nur dort an seinen Längsseiten beidseitig seitliche Auswüchse 21, 22 auf. Die auf einer Streifenseite liegenden Auswüchse 22 sind durch eine mit einem Anschlußkontakt 51 versehene Anschlußleitung 5 elektrisch leitend miteinander verbunden, während die auf d;r anderen Streifenseite liegenden Auswüchse 21 mit ohmschen Anschlußkontakten 6 versehen sind. Die Elektroden 3,4 sind an drei Taktleitungen 7, 8 und 9 so angeschlossen, daß jede von drei beliebig herausgegriffenen, unmittelbar nebeneinanderliegenden Elektroden an einer anderen Taktleitung liegt. Die Taktleitungen und die Auswahlleitung sind in der Fig. 1 als parallel zur S-eifenlängsrichtung verlaufende Metallstreifen ausgeführt, wobei die Verbindung der Elektroden mit der Taktleitung 7 direkt durch eine Metallverbindung 71 hergestellt ist, während die Verbindung mit den Taktleitungen 8 und 9 durch dotierte Halbleitergebiete Sl, 91, die unter den Streifen 7, S unti 8 und von diesen isoliert verlaufen, hergestellt ist. Die Verbindung t'.^r Elektroden und der zugeordneten Taktleitung mit dem zugehörigen dotierten Halbleitergebiet geschieht durch ohmsche Metall-Halbleiterkontakte. Die Verbindung der Anschlußleitung 5 und der Anschlußkontakte 6 wird ebenfalls durch ohmsche Metall-Halbleiterkontakte hergestellt. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß jede andere Anordnung, die das Anlegen von d.ei Takten gemäß dem Drei-Phasen-Betiieb eines Iadungssrekoppelten Halbleiterbauelement·; prmöprlirht gppignet ist. Auch als Anschlußleitung ist jede Einrichtung geeignet, die eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Auswüchsen 22 herstellt und die über einen Anschlußkontakt von außen zugänglich ist. Beijpielswerse können die Leitungen 7, 5, 8 und 9 als Streifen aus hochdotiertem Halbleitermaterial bestehen. Die Verbindung der Elektroden mit den zugehörigen Taktleitungen kann durch Metallverbindungen hergestellt werden. In der Fig. 1 ist weiter eine Einrichtung zum Einbringen von Ladung in und eine Einrichtung zur Entnahme von Ladung aus dem ladungsgckoppelten Halbleiterbauelement dargestellt. Beide Einrichtungen sind dadurch gebildet, daß die Enden des Streifens 2 entgegengesetzte Dotierung aufweisen und daß eine Eingangseleklrode 10 und eine Ausgangselektrode 11 vorhanden sind, mittels derer durch Anlegen von geeigneten Potentialen das Einfließen von Minoritätsträgern in das eigentliche ladungsgekoppelte Halbleiterbauelement zwischen den Elektroden 10 und 11 gesteuert werden kann. Solche Einrichtungen zum Einbringen bzw. zur Entnahme von Ladungen sind jedoch bekannt. Es sei darauf hingewiesen, daß jede solche Einrichtung geeignet ist. Die in der Figur dargestellten Einrichtungen zeichnen sich durch besondere Einfachheit aus.In FIG. 1 is '. · ?. Just a charge-coupled semiconductor device. - shown. On an electrically insulating substrate 1 lies a strip 2 made of a thin doped semiconductor layer, over which a row of electrodes 3, 4 separated from one another is attached, separated therefrom by an electrical insulating layer (not shown here), parallel to the longitudinal direction of the tire. The strip 2 has lateral protrusions 21, 22 on both sides below the electrodes 4 and only there on its longitudinal sides. The protrusions 22 located on one side of the strip are connected to one another in an electrically conductive manner by a connection line 5 provided with a connection contact 51, while the protrusions 21 located on the other side of the strip are provided with ohmic connection contacts 6. The electrodes 3, 4 are connected to three clock lines 7, 8 and 9 in such a way that each of three electrodes which can be picked out at will and which are directly adjacent to one another lies on a different clock line. The clock lines and the selection line are designed in FIG. 1 as metal strips running parallel to the longitudinal direction of the ribbon, the connection of the electrodes to the clock line 7 being made directly by a metal connection 71, while the connection to the clock lines 8 and 9 by doped semiconductor regions Sl, 91, which run under the strips 7, S and 8 and isolated from them, is made. The connection t '. ^ R electrodes and the associated clock line with the associated doped semiconductor area is made by ohmic metal-semiconductor contacts. The connection of the connection line 5 and the connection contacts 6 is also established by ohmic metal-semiconductor contacts. It should be pointed out at this point that any other arrangement which enables the application of the clocks in accordance with the three-phase operation of a charge-coupled semiconductor component; prmöprlirht is gppignet. Any device which produces an electrically conductive connection between the protrusions 22 and which is accessible from the outside via a connection contact is also suitable as a connecting line. For example, the lines 7, 5, 8 and 9 can consist of strips of highly doped semiconductor material. The connection of the electrodes to the associated clock lines can be established by metal connections. 1 also shows a device for introducing charge into and a device for removing charge from the charge-coupled semiconductor component. Both devices are formed in that the ends of the strip 2 have opposite doping and that an input electrode 10 and an output electrode 11 are present, by means of which the flow of minority carriers into the actual charge-coupled semiconductor component between the electrodes 10 and 11 is controlled by applying suitable potentials can be. Such devices for introducing or removing loads are known, however. It should be noted that any such device is suitable. The devices shown in the figure are characterized by their particular simplicity.

In den Fig.2 und 3 sind Querschnitte durch das in Fig. 1 dargestellte ladungsgekoppelte Halbleiterbauelement dargestellt. Fig.2 zeigt den Querschnitt entlang der Linie H-II. Fig.3 zeigt den Querschnitt entlang der Linie IH-Ki in Fig. 1. Der Streifen 2 und die Auswüchse 21 und 22 si^r 1 von einer Isolierschicht 12 umgeben. Durch Kontaktlöcher in dieser Isolierschicht ist die Verbindung der Anschlußkontakte 6 und der Anschlußleitung 5 mit den Auswüchsen 21 und 22 hergestellt. Anhand der Fig.2 und 3 sei die Wirkungsweise des ladungsgekoppelten Halbleiterbauelements erläutert. Es sei dabei angenommen, daß der Streifen 2 und die Auswüchse 21 bzw. 22 p-dotiert sind. Ist keine oder sehr wenig Ladung repräsentiert durch Minoritätsträger, unter der Elektrode 4, beispielsweise in Fig.2, gespeichert, so reicht die Verarmungsrandschicht, repräsentiert durch die gestrichelte Linie 13, nicht bis zum elektrisch isolierenden Substrat bzw. bis zu der von Grenzflächenladungen (durch Kreuze dargestellt) des elektrisch isolierenden Substrates induzierten Verarmungsrandschicht 14 über dem Substrat. Es bleibt daher ein Kanal, durch den die Anschlußleitung 5 mit dem Anschlußkontakt 6 elektrisch leitend verbunden ist. Sind jedoch, wie in der Fig.3, hinreichend viele Minoritätsträger unter der Elektrode 4 gespeichert, reicht die Verarmungsrandschicht von der Elektrode her bis zur Verarmungsrandschicht 14 bzw. bis zum Substrat und die elektrisch leitende Verbindung zwischen Anschlußleitung 5 und Anschlußkontakt 6 ist unterbrochen. Es können so im Fall der Fi g. 2 nahezu beliebig viele, im Fall der Fig.3 keine Ladungen von der Anschlußleitung 5 zu den Anschlußkontakten 6 übertragen werden. Durch die Informationsladung wird also eine Modulation der Leitfähigkeit erreicht, die z. B. einen von der Anschlußleitung 5 zu den Anschlußkontakten 6 fließenden Strom beeinflußt. Beim Parallelauslesen werden die in dem ladungsgekoppelten Halbleiterbauelement gespeicherten Ladungen nicht beeinflußt <iip knnnpn wpitpr vpr«*hohpn iinrl am AiKsuancIn FIGS. 2 and 3, cross sections through the charge-coupled semiconductor component shown in FIG. 1 are shown. Fig.2 shows the cross section along the line H-II. 3 shows the cross section along the line IH-Ki in Fig. 1. The strip 2 and the excesses 21 and 22 si ^r 1 surrounded by an insulating layer 12. The connection of the connection contacts 6 and the connection line 5 to the protrusions 21 and 22 is established through contact holes in this insulating layer. The mode of operation of the charge-coupled semiconductor component will be explained with reference to FIGS. It is assumed that the strip 2 and the protrusions 21 and 22 are p-doped. If no or very little charge, represented by minority carriers, is stored under the electrode 4, for example in FIG Crosses shown) of the electrically insulating substrate induced depletion edge layer 14 over the substrate. There therefore remains a channel through which the connection line 5 is connected to the connection contact 6 in an electrically conductive manner. If, however, as in FIG. 3, a sufficient number of minority carriers are stored under the electrode 4, the depletion edge layer extends from the electrode to the depletion edge layer 14 or to the substrate, and the electrically conductive connection between connection line 5 and connection contact 6 is interrupted. In the case of FIG. 2 almost any number, in the case of FIG. 3 no charges are transferred from the connection line 5 to the connection contacts 6. A modulation of the conductivity is thus achieved by the information charge, which z. B. influences a current flowing from the connection line 5 to the connection contacts 6. When reading out in parallel, the charges stored in the charge-coupled semiconductor component are not influenced

• ■ ■ - ο -- c• ■ ■ - ο - c

des Bauelements ausgelesen werden. Vorzugsweise besteht das Substrat 1 aus Saphir mit positiven Gren-flächenladungen an der Oberfläche, der Streifen 2 und die Auswüchse 21 und 22 aus p-dotiertem Silizium, die Elektroden 3, 4, die Anschlußleitung 5 und die Anschlußkontakte 6 aus Metall, beispielsweise aus Aluminium. Vorzugsweise besieht der Streifen 2 und die Auswüchse 21 und 22 aus einer epitaktischen Halbleiterschicht. of the component can be read out. The substrate 1 is preferably made of sapphire with positive Size area charges on the surface, the stripe 2 and the protrusions 21 and 22 made of p-doped silicon, the electrodes 3, 4, the connecting line 5 and the Terminal contacts 6 made of metal, for example aluminum. Preferably, the strip 2 and the Protrusions 21 and 22 made from an epitaxial semiconductor layer.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Charge-coupled semiconductor device, in which on one surface of an electrically isoherenden Substrate a laterally electrically isolated from its surroundings strip of at least one thin doped semiconductor layer is arranged over which by at least one electrical Isolation layer separated from it, parallel to the longitudinal direction of the strip a row of separated ones Electrodes is arranged, thereby ge.-

^ indicates that under one or more in each case certain electrodes (4) and only there the

. Strips (2) on both of its long sides

Has outgrowths (21, 22), which on a strip

"side by one with at least one connection

"takt (5t) provided connection lead (5) electrically

- are conductively connected to each other and those on the the other side of the strip are provided with ohmic connection contacts (β).

2. Charge-coupled semiconductor component according to claim 1, characterized in that the Surface of the electrically insulating substrate (t) interface charges with the same sign as the Having majority carriers of the thin doped semiconductor layer of the dispute (2), which in the Semiconductor layer (2) a majority carrier depletion edge layer (14) induce.

3. Charge-coupled semiconductor component according to claim 1 or 2, characterized in that that the electrically insulating substrate (1) consists of sapphire or spinel.

. 4. Charge-coupled semiconductor component according to claim 1,2 ode. 3, characterized in that that the thin doped semiconductor layer of the strip (2) is an epitaxial layer.

5. Charge-coupled semiconductor component according to claim 1, 2, 3 or 4, characterized in that that the thin doped semiconductor layer of the strip (2) consists of silicon.

6. Ladurgs-coupled semiconductor component according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized characterized in that the thin doped semiconductor layer of the strip (2) is p-doped.

7. Charge-coupled semiconductor component according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6 characterized in that the connecting line (5) is a metallic line which extends over the protrusions (21, 22) of the strip (2) and with this d'irch ohmic contacts is connected.