ПРИБОР С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ Российский патент 1994 года по МПК H01L29/796 

Изобретение относится к электронике, а именно к интегральным схемам, действующим на принципе зарядовой связи (ПЗС). Оно может быть использовано в регистрах, линиях задержки, фильтрах, мультиплексорах, в фотоэлектрических преобразователях (ФПЗС), а также в других полупроводниковых устройствах, где требуется производить преобразование электрического заряда в соответствующее его величине электрическое напряжение.

Типичный прибор с зарядовой связью содержит электроды переноса, посредством которых заряды для считывания передают к выходному устройству, содержащему выходной электрод, выходной транзистор и шину, соединяющую выходной электрод с затвором выходного транзистора. Выходной электрод может располагаться либо на слое диэлектрика, отделяющего его от полупроводниковой подложки, либо может быть сформирован в самой полупроводниковой подложке в виде диффузионной области, тип проводимости которой противоположен типу проводимости подложки [1].

Выходной электрод находится под плавающим потенциалом. Подзарядку изолированного слоем диэлектрика выходного электрода периодически производят через транзистор сброса, присоединенный своим истоком к этому электроду. Выходной электрод, выполненный в виде диффузионной области, такой подзарядки не требует: установочное напряжение поддерживается на нем благодаря сбросу зарядов из него в потенциальные ямы под последующими электродами переноса.

Считываемый заряд Q поступает в потенциальную яму, индуцируемую в подложке выходным электродом, и вызывает изменение потенциала этого электрода на величину Δ U = Q/C_н, где С_н - нагрузочная емкость выходного электрода.

Недостатком такого ПЗС является то, что величина напряжения выходного сигнала ΔU оказывается малой из-за относительно большой величины нагрузочной емкости С_н. Эта емкость создается затвором выходного транзистора, истоком транзистора сброса и шиной, соединяющей их с выходным электродом. Чтобы увеличить ΔU , транзисторы делают минимальными, используя при этом на выходе схему двухкаскадного истокового повторителя. Поэтому емкость Сн создается главным образом соединительной шиной.

Наиболее близким по технической сущности к представленному изобретению является ПЗС, в котором повышение выходного напряжения достигается снижением С_н-нагрузочной емкости [2]. В этом устройстве исток транзистора сброса расположен под соединительной шиной и электрически соединен с ней. Здесь удельная емкость соединительной шины относительно подложки равна удельной емкости р-n перехода, т. е. меньше, чем в других аналогичных устройствах.

Недостатком прототипа является то, что величина напряжения выходного сигнала оказывается малой из-за остающейся большой нагрузочной емкости, которая не может быть меньше емкости р-n перехода под соединительной шиной.

Целью изобретения является устранение этого недостатка, а именно повышение выходного напряжения путем снижения нагрузочной емкости.

Указанная цель достигается тем, что прибор с зарядовой связью, содержащий на полупроводниковой подложке выходной электрод, связанный соединительной шиной с входом истокового повторителя, дополнен тем, что под соединительной шиной помещен экранирующий электрод, изолированный от соединительной шины и полупроводниковой подложки, соединенный с выходом истокового повторителя и повторяющий форму соединительной шины, при этом контур экранирующего электрода выступает за контур соединительной шины не менее, чем на величину, равную суммарной толщине соединительной шины, экранирующего электрода и изолирующих их слоев. Если такой прибор с зарядовой связью дополнительно содержит транзистор сброса, исток которого связан дополнительной соединительной шиной с выходным электродом, изолированным от полупроводниковой подложки, то экранирующий электрод размещен также и под дополнительной соединительной шиной.

На фиг. 1 и 2 приведены электрические схемы для двух вариантов предложенного устройства. Первый - когда выходной электрод диффузионный, а второй - когда выходной электрод изолирован; на фиг. 3, 4, 5 - фрагменты структурной схемы.

Устройство содержит передающие электроды 1, 2, 3, объединенные шинами по числу фаз управляющего напряжения, разделительный электрод 4, выходной диффузионный электрод 5, разделительный электрод 6, сток 7, соединительную шину 8, выходной транзистор 9 и нагрузочный транзистор 10 первого каскада истокового повторителя, выходной транзистор 11 и нагрузочный транзистор 12 второго каскада истокового повторителя, экранирующий электрод 13, выходной изолированный электрод 14, дополнительную шину 15, транзистор сброса 16, слой диэлектрика 17, полупроводниковую подложку 18.

Выходной диффузионный электрод 5 или выходной изолированный электрод 14 через соединительную шину 18 имеют электрический контакт с затвором выходного транзистора 9. При использовании выходного изолированного электрода 14 вместо выходного диффузионного электрода 5 устройство содержит еще транзистор сброса 16, исток которого через дополнительную шину 15 присоединен к соединительной шине 8.

Под соединительной шиной 8 и дополнительной шиной 15 помещен экранирующий электрод 13, который изолирован от шин 8 и 15, а также от полупроводниковой подложки слоем диэлектрика 17.

Экранирующий электрод 13 присоединен к выходу истокового повторителя и повторяет форму соединительной шины 8 и дополнительной шины 15, при этом контур экранирующего электрода 13 выступает за контур соединительной шины 8 и дополнительной шины 15.

Устройство работает следующим образом. На электроды переноса 1, 2, 3 подают периодические тактовые напряжения. На электроды 4, 6, 7, а также к транзисторам 9, 10, 11, 12 подаются постоянные напряжения. Электроды 4 и 6 служат для защиты электрода 5 или электрода 14 от наводок. Сток 7 служит для сброса считанного заряда. На сток транзистора 16 подают постоянное напряжение, а на его затвор импульсы отпирающего напряжения, например, раз в строку, для периодической зарядки электрода 5 до установочного напряжения, после чего электрод 5 остается под плавающим потенциалом.

Заряд Q, подлежащий считыванию, под действием тактовых напряжений, подаваемых на электроды переноса 1, 2, 3, перемещают в выходной диффузионный электрод 5 или в потенциальную яму, индуцированную в полупроводниковой подложке 18 выходным изолированным электродом 14. На электроде 5 или на электроде 14 этот заряд индуцирует напряжение ΔU, которое через истоковый повторитель поступает на выход устройства. Это же напряжение ΔU с выхода устройства поступает на экранирующий электрод 13. Поэтому не создается разности напряжений между соединительной шиной 8 и экранирующим электродом 13, а также между дополнительной шиной 15 и экранирующим электродом 13. Тем самым устраняется та часть нагрузочной емкости С_н, которая создавалась бы шинами 8 и 15, если бы отсутствовал электрод 13. Так как ΔU = Q/C_н, то уменьшение величины С_н приводит к соответствующему увеличению выходного напряжения.

Для того, чтобы не сказывалась краевая емкость шин 8 и 15, контур экранирующего электрода 13 должен выступать за контур шин 8 и 15. Силовые линии между краем шины 8 и подложкой 18, а также между краем шины 15 и подложкой 18 будут перекрываться экранирующим электродом 13, если величина l этого выступа будет не менее, чем суммарная толщина соединительной шины 8, экранирующего электрода 13 и изолирующих их слоев 17, т. е. практически надо иметь l > 2,5 мкм.

В предлагаемом устройстве выходное напряжение получается при прочих равных условиях примерно вдвое большим, чем в прототипе.

Использование: в регистрах, линиях, задержки, фильтрах, мультиплексорах и в других интегральных схемах, действующих на принципе переноса заряда в полупроводнике. Сущность изобретения: прибор с зарядовой связью содержит на полупроводниковой подложке выходной электрод, истоковый повторитель и шину, соединяющую выходной электрод с входом истокового повторителя. Под соединительной шиной помещен экранирующий электрод, который изолирован от соединительной шины и полупроводниковой подложки, присоединен к выходу истокового повторителя и повторяет форму соединительной шины, при этом на полупроводниковой подложке контур экранирующего электрода выступает за контур соединительной шины не менее, чем на 2,5 мкм. Если прибор с зарядовой связью содержит транзистор сброса, исток которого присоединен дополнительной шиной к соединительной шине, то экранирующий электрод изолирован от дополнительной шины, повторяет форму дополнительной шины, при этом на полупроводниковой подложке контур экранирующего электрода выступает за контур дополнительной шины не менее, чем на 2,5 мкм. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. ПРИБОР С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ,содержащий на полупроводниковой подложке выходной электрод, связанный соединительной шиной с входом истокового повторителя, отличающийся тем, что, с целью побышения выходного напряжения путем снижения нагрузочной емкости, под соединительной шиной помещен экранирующий электрод, изолированный от соединительной шины и полупроводниковой подложки, соединенной с выходом истокового повторителя, и повторяющий форму соединительной шины, при этом контур экранирующего электрода выступает за контур соединительной шины не менее чем на величину, равную суммарной толщине соединительной шины, экранирующего электрода и изолирующих их слов. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит транзистор сброса, исток которого связан дополнительной соединительной шиной с выходным электродом, изолированным от полупроводниковой подложки, причем экранирующий электрод размещен под дополнительной соединительной шиной.