电荷耦合器件制造技术

发明专利技术讲述一个ｎ相电荷耦合器件．它具有很多并联的输入端．它还有光敏元件（像素）的线阵这线敏感器通过这些并联输入端与电荷耦合器耦合．并联输入端之间的节距，因此也是像素的节距小于ｎ．时钟电极联连到控制线路，在电荷包引入期间借助这个线路相应于每个输入端在沟道中感应一个势井．还借助于它，为了电荷传输，电荷耦合器中逐渐多的部分被时钟驱动．使用这种指令，不改变时钟电极数目像素数增加，或者不变像素数时钟电极数减少．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
这专利技术讲述一种电荷耦合器件，它是一种表面半导体器件，其中电荷传输沟道被限定在半导体邻近表面的区域中。这个沟道用于贮存和传输含有信息的分立电荷包。器件还包括一系列时钟电极，它们被安置在电荷传输沟道的上方并与时钟信号源相连。这些时钟信号将电荷包从沟道的第一个位置传输到第二个位置。其方式是，每n个顺序电极中仅有一个电荷包，n是一个大于或等于2的整数。电荷传输沟道还有许多并联输入端，它们每个至少与一个时钟电极相对应，通过它们电荷包被并联地引入电荷传输沟道。 这份申请和另外两份同时备案的申请有关，它们名为“电荷耦合半导体器件和高密度像敏感器件”(PHN 10.698)和“具有动态控制的电荷耦合半导体器件”(PHN 10.997)。本专利技术与那两份被分配给同一代理人，于此被证明人合并。“具有动态控制的电荷耦合半导体器件”透露的装置，假如替代本申请中它的复制品，被判定为实现本申请的专利技术的最好模式。 线敏感器是一种已经知道的具有并联输入端的电荷耦合器件。这个器件有一排光敏元件，它们被做在半导体中，它们把辐射的图型转换成相应电信号系列。沟道的每个输入端与一个光敏元相联结。通过这些输入端，电信号能被作为电荷包引入到电荷传输沟道。在电荷耦合器件的输出端能串联地读出信号，以便进一步处理信号。把许多排的光敏元彼此相邻地作为帧的列来安排，每列之间有一电荷耦合器用于读出，用这种方法简单地把线敏感器扩展成二维的像敏感器，称为行向型。 二维像敏感器件大都包括一水平串联读出移位寄存器，它的形式如同一具有并联输入端的电荷耦合器。这些输入端的每一个又能与一个垂直寄存器相联。通过这些输入端，每次帧的行信号移入水平寄存器并且通过这寄存器读出。例如，在行间型二维敏感器和上述的传输型二维敏感器中采用了这种水平寄存器。在“电荷转移器件”一书中，尤其是“面阵像敏感器”一章讲述了这种应用，此书的作者是C.H.Séguin和M.F.Tompsett。1975年Academic Press Inc.出版。 具有并联输入端的电荷耦合器件也应用于那不转换辐射图型的场合。例如，SPS存储器，前述书中243页特别描述它。在这种情况中，主要是二进制信息存贮在相邻电荷传输沟道的并联段中。沟道的输出端通过并联输入端与水平串联读出寄存器联结。通过并联输入端那个串联读出寄存器被由并联段而来的电荷充满。随后这些电荷包由水平串联寄存器传输给检测元件，逐一地被读出。 现在参考线阵敏感器来更具体地讲述专利技术，也考虑专利技术所能应用的其他领域，正如前文所述，它远比线阵广泛。 正如所知，在通常的n相电荷耦合器件中，n等于2，3或4，就是说每2，3或4个相邻的时钟电极只有一个电荷包，在一个具体实施中两个相继的光敏元之间的节距，能造成等于CCD的一个单元的长度。对于两相CCD这个长度包括两个时钟电极;对于三相CCD是三个电极;对于四相CCD是四个电极。在这个情况中，一行CCD足以读出所有敏感元产生的电荷包。这个方案有如下缺点，由于像素之间节距大，器件的分辨率低于所期望的值。采用两个CCD行可以使每个像素的时钟电极数减半，或相对于CCD中的寄存器的位长，像素密度加倍。这两个CCD行安在像素行的两边，交替地把像素与一个及另一个CCD寄存器相联。由于在这个方法中所希望的分辨率也没有达到，已有人建议采用四行CCD，在敏感行两边各两行。然而把电荷包由像素传送到外边的寄存器的方法相当复杂。 如上面讲的线阵敏感器中存在的问题也存在于二维敏感器和SPS存储器。在其中电荷包组成的行被一系列并联垂直CCD行送到水平读出寄存器。在这类器件中，两并联沟道之间的最佳节距经常和水平读出寄存器的位长不相当。因为仅用一个水平读出寄存器，馈给它的电荷包要多于一个。因此，在像敏感器中经常采用多相(二相或三相)读出寄存器。在SPS存储器中能用“非隔行扫描”原理;在其中，一行的信息被分成两半，顺序地引入水平寄存器读出。 目前的专利技术的目的尤其在于提供一种方法，使得每单元长度上并联输入端的数目保持不变电极数目减少;或者，保持电极数目加大每单元长度上的并联输入端数目。 本文开头讲述的电荷耦合器件的特点是两个并联输入端之间的节距等于m个电极，m是整数，它小于n，至少是1。特点还在于有一种措施，在电荷包引入时刻，时钟电极上加一电压;至少在前面说过的电荷传输沟道中第一个位置上形成一种势能分布，一些势井相互被势垒隔开。在每个和并联输入端相联的时钟电极的下方形成势井，电荷包存贮在其中。特点还在于时钟电压源供给用于传输所引入的电荷包的时钟信号，其方式使得在电荷传输方向看，首先仅第一个电荷包被动至少一个电极的距离，随后第一个及紧跟在后的第二个电荷包同时移动同一个距离。在此，每次先前的电荷包移动一个所说的距离之后，下一个电荷包加入n相电荷包传输，直至最后一个电荷包加入传输。 专利技术是基于对下述事实的确认，当电荷包被并联地引入时，电荷能存于势井中，这些势井被中间的势垒相互分开。相反，在通常的二相、三相或四相传输中，两个相邻电荷包不仅被至少一个势垒隔开而且中间还有至一个自由区，这个区也能传输电荷包。这意味着，只要不发生传输，电荷包的存贮密度能高于两相，三相或四相的传输密度。要是电荷传输以通常方式进行，所有电荷同时移动，这些电荷包就会部分地相互联通了。如前所述，要防止这点，由第一个电荷包开始逐渐地进行传输，并且确保每次增加一个电荷包参加传输，于是两电荷包的距离加大了。在这样的方式中有可能使得并联输入端间的距离小于传输过程中的一个CCD位长，于是在线阵敏感中这个距离更精确地相应于像素的节距，而传输过程中避免了电荷丢失。 参考几个具体方案更充分地说明专利技术，并附以图解，其中 图1给出一个线阵敏感器的线路方框图。 图2是这个专利技术的线阵敏感器一部分平面图。 图3是这个线阵敏感器的Ⅲ-Ⅲ剖视图。 图4是图2中示出的Ⅳ-Ⅳ方向的剖视图。 图5和图6分别是图2中的开关S的两种具体化办法。 图7表明用于这个线阵敏感器的电压和时间t的关系。 图8表明在几个瞬间相应于这些电压沟道中的势能分布图。 图9是本专利技术所说的第二种线阵敏感器的线路框图。 为解释专利技术，图1以线路框图的方式画出了普通的线阵敏感器或线性像敏感器，如能用于使真的像显示装置的器件。器件由光敏元件线阵21和电荷传输器件22构成，传输器件和光敏器件集成在普通半导体上。电荷传输器件具有并联输入端23，光敏元产生的电荷通过它们进入电荷传输器件中相应的电荷存贮区。这些并联输入端被画成箭头表示电荷传输，在电荷传输器件22的输出端还有读出器24，它能串联地读出电信号。 如图1所示电荷传输器件由相继排列的极或位构成。在一种具体实施中与这些位相应的时钟数目是存贮和传输一个电荷包所需最少值。对于四相CCD就是四个时钟电极，对于三相是三个电极，对于两相是两个。在一般器件中，CCD的一位最多相应一个光敏元(像素)。对于电荷耦合器22中给定的尺寸，这个要求严重地限制了每单位长度上所能提供的像素数。 图2是与本专利技术相应的一种具体线阵敏感器平面图。与图1相比像素的密度加倍是可能的，器件也由一线阵光敏元组成21。至少在平面视图上本文档来自技高网...

【技术保护点】
电荷耦合器件是半导体表面器件。电荷传输沟道被限定在邻近表面的区域中，它用于存贮和传输含有信息的电荷包。器件还包括一时钟电极系统，它们分布在电荷传输沟道的上方。它们和供给时钟电压的线路相连，以便把电荷包从沟道中的一个位置转输到第二个位置。它的工作方式使每＊个相继的时钟电极下方仅有一个电荷包，＊是整数大于（原文误为小于）或等于２。电荷传输沟道还有许多并联的输入端，它们每个至少相应于一个时钟电极，借助于它们电荷包能被转移到沟道中。电荷传输沟道的特点在于两个相邻并联输入端之间的距离为ｍ个电极。ｍ是整数，小于＊，至少是１。特点还在于引入电荷包的措施。在引入电荷的期间，在时钟电极上加两个电压，至少在提到过的沟道中的第一位置的区域，得到被势垒隔开的一些势井。与并联输入端相联率的那些时钟电极的下方形成势井，电荷能存贮在其中。特点还在于电荷包传输方式。供给时钟电压从传输所引入的电荷包的措施，使得在电荷包传输方向上看首先仅第一个电荷包被移动一个距离之后，这至少是一个电极的距离，然后第一个电荷包及随后的第二电荷包同时被移动同一距离。此外，每次在先前的电荷包被移动一个所说的距离之后，下一个电荷包才加入＊相电荷传输过程，直至最后一个电荷包参加＊相电荷传输。...

【技术特征摘要】
1、电荷耦合器件是半导体表面器件。电荷传输沟道被限定在邻近表面的区域中，它用于存贮和传输含有信息的电荷包。器件还包括一时钟电极系统，它们分布在电荷传输沟道的上方。它们和供给时钟电压的线路相连，以便把电荷包从沟道中的一个位置转输到第二个位置。它的工作方式使每n个相继的时钟电极下方仅有一个电荷包。n是整数大于(原文误为小于)或等于2。电荷传输沟道还有许多并联的输入端，它们每个至少相应于一个时钟电极，借助于它们电荷包能被转移到沟道中。电荷传输沟道的特点在于两个相邻并联输入端之间的距离为m个电极。m是整数，小于n，至少是1。特点还在于引入电荷包的措施。在引入电荷的期间，在时钟电极上加两个电压，至少在提到过的沟道中的第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔，
申请(专利权)人：菲利浦光灯制造厂，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]