IT8223087A1 - Circuito ad accoppiamento di cariche - Google Patents

Description

?ig. C GREG?RJ

DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo ad accoppiamento di cariche (CCD)f sotto fo:nma di una memoria SPS, comprendente un sistema di *? registri parallelo giustapposti, formati in corrispondenza di una superficie di un corpo semiconduttore comune e formanti una matrice di celle di memoria la quale, d?ora innanzi, verr? considerata come "sezione parallelo" tali registri, in corrispondenza degli ingressi, essendo collegati ad un registro seriale comune di ingresso, per l?immissione delle informazioni mentre in corrispondenza delle uscite sono collegati ad un registro seriale comune di usd ta, per la lettura delle inforinazioni?

Le memorie SPS sono generalmente note, fra 1* altro, dal libro "Charge Transfer Devices", di C? H. S?quin e M?F. Tompsett, Academic Press Ine? Nev York, 1975? pagine 243-249? I segnali, che possono essere sia analogici, sia digitali, vengono sposta-.ti, per linee, nel registro seriale di ingresso, ad una velocit? comparativamente elevata e vengono quindi trasportati attraverso la sezione parallelo, ad una velocit? comparativamente bassa per venire infine letti, attraverso il registro seriale di uscita, ad una velocit? comparativamente elevata? I registri

ifl. G GREGOKJ

seriali sono normalmente formati da dispositivi CCD a 2 fasi, 3 fasi o 4 fasi; anche la sezione parallelo pu? consistere di linee CCD a 2, 3 o 4 fasi quantunque la stessa possa essere rappresentata da un sistema nrultifase nel quale si verifica, ogni volta, un posto vuoto fra un certo numero di posti pieni successivi?

Nei dispositivi ad accoppiamento di cariche CCD, le informazioni memorizzate sotto forma di cariche nelle regioni di esaurimento, indotte nel colepo semiconduttore, possono venire perse per effetto di correnti di dispersione? Per effetto di queste correnti di dispersione, i luoghi di memorizzazione vengono gradualmente riempiti di portatori di carica per cui, nel caso di informazioni digitali, un segnale a livello logico "0? viene distinto, con difficolt?, da un segnale a livello logico "1 ", dopo un lungo periodo di memorizzazione? Il tempo di memorizzazione (tempo di ritenzione), definito come intervallo di tempo durante il quale un segnale pu? venire memorizzato senza operazioni intermedie di rinnovo, o rigenerazione, viene determinato, non solo dal valore della corrente di dispersione ma anche dalle dimensioni della capacit? M3S nella quale il segnale risulta memorizzato? Conseguentemente,

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al diminuire di queste dimensioni , la capacit? MDS verr? riempita pi? rapidamente e, pertanto, diminuir? il tempo di ritenzione? Poich? le dimensioni dei circuiti LSI e VLSI diventano sempre pi? contenute, per consentire 1 * ottenimento di una densit? massima possibile, diventa sempre pi? importante la necessit? di ridurre l 'influenza delle correnti di dispersione? Uno degli scopi dell <1 >invenzione ? quello di aumentare il tempo di ritenzione in una memoria SPS , in modo molto semplice? L ?invenzione ? basata, fra l ' altro, sul riconoscimento del fatto che le correnti di dispersione, secondo quanto verr? in seguito descritto, presentano un valore massimo lungo il bordo della memoria e del fatto che ? possibile ottenere un miglioramento considerevole mediante una riduzione del contributo lungo il bordo corrispondente? Un dispositivo ad accoppiamento di cariche, conforme all 'invenzione, ? caratterizzato dal fatto che due regioni superficiali, utilizzate per il drenaggio dei portatori di carica, di tipo parassita che possono circolare dalla parte del corpo semi conduttore circondante la memoria, alla memoria stessa, vengono definite nel corpo semiconduttore, lungo il bordo della memoria, dette regioni superficiali estendendosi sostanzialmente soltanto lungo il bordo

- b , F F I U I U tJ H E V C J M '??? C> GREGORl della sezione parallelo e su entrambi i lati della stessa? Queste regioni superficiali sono preferibilmente situate ad una distanza, dai registri pi? esterni della sezione parallelo, che risulta, al massimo, approssimativamente dello stesso valore della distanza fra i registri della sezione parallelo?

Una semplice versione che, fra 1 ? altro, presenta il vantaggio che non sono necessarie fasi supplementari del processo durante la fabbricazione del dispositivo per il fatto che i mezzi per il drenaggio delle correnti di dispersione possono venire forniti per mezzo delle fasi del processo, necessarie per la fabbricazione di una memoria SPS , ? caratterizzata dal fatto che dette regioni superficiali formano parte di registri supplementari estendenti si parallelamente ai registri della sezione parallelo nel corpo di materiale semiconduttore?

Gli esperimenti hanno dimostrato che ? possibile ottenere un miglioramento di un fattor? di 2 - 3 per mezzo di un drenaggio delle correnti supplemen-tari soltanto sui lati longitudinali della matrice SPS? Questo ? particolarmente sorprendente poich? non ? stato adottato alcun accorgimento per , quanto concerne le facce terminali della matrice SPS le quali, per quanto concerne la lunghezza presentano.

inq. C GREGSW normalmente, lo stesso ordine di grandezza dei lati longitudinali. Questo aspetto dell * invenzione risulta quindi particolarmente importante poich? 1 * aumento della dissipazione, come risultato della presenza dei registri supplementati accanto alla sezione parallelo funzionante con ima bassa frequenza dei segnali di orologio risulta ora, al massimo, dell 'ordine di alcune parti percentuali, mentre la stessa risulterebbe molto maggiore, a causa della frequenza di orologio di valore molto superiore, dei registri serie, nel caso in cui a fianco -dei registri serie venissero impiegati registri di drenaggio supplementari.

Per descrivere il riconoscimento sul quale si basa l 'invenzione in oggetto, pu? essere rilevato che la corrente di dispersione in una regione di esaurimento, viene distinta in una componente comprendente la generazione di portatori di carica nella stessa regione di esaurimento ed in una componente di diffusione dal corpo, o massa neutrale. In generale, la componente per prima citata risulter? predominante a temperature inferiori (temperatura ambiente) . Durante un funzionamento ad una temperatura superiore alla temperatura ambientale (vale a dire ad ima temperatura compresa, ad esempio fra 60? C

Jfribiu ? ?

nq. c GREG?SU

e 95?c), la componente di diffusione pu? essere uguale af o maggiore della generazione della regione di esaurimento et pertanto, questa componente risulta interessante al punto di dover venire analizzata pi? strettamente in connessione con il desiderio di aumentare il tempo di ritenzione del dispositivo? La corrente di diffusione comprende, in generale, una componente verticale ed ima componente laterale. La componente verticale risulta prevalentemente determinata dalla densit? di corrente e la stessa presenter?, approssimativamente, lo stesso valore per ogni sito di memorizzazione# La componente orizzontale (o laterale) comprende l'alimentazione dei portatori d? carica che si diffondono nei siti di memorizzazione, da un punto al di sotto dell'ossido di campo. Per siti di memorizzazione presenti nel centro della matrice, questi contributi risultano approssimativamente uguali fra loro e risultano pure determinati dalla dimensione laterale dei percorsi dell'ossido di campo che separano tra di loro i registri della sezione parallelo o Poich? le sezioni parallelo sono situate a distanze mutualmente uguali questi contributi alla corrente di dispersione, per siti di memorizzazione nel centro della matrice, risulteranno pure mutualmente approssimativamente

_ y _ r P I L! l U o n u <? >- . ? ?

?n9. C GREG0RJ

uguali.

In corrispondenza del bordo, la matrice di memoria ? circondata da una regione comparativamente larga di ossido di campo. Conseguentemente, in assenza di mezzi per il drenaggio della corrente di dispersione, la componente laterale risulterebbe considerevolmente maggiore, in corrispondenza del bordo, rispetto alla corrente che si riscontra nel centro della matrice. La corrente di diffusione che circola verso la memoria, sul lato della sezione parallelo converge interamente, o almeno sostanzialmente interamente nei registri pi? esterni. La corrente di diffusione, che circola verso la memoria, in corrispondenza delle facce laterali, converge, per la maggior parte, nei registri seriali. Un segnale costituito, ad esempio, da un segnale a livello logico <n>0<M>, trasportato dall?ingresso all'uscita, attraverso uno dei registri pi? esterni della sezione parallelo, viene reintegrato dalla corrente di dispersione (laterale), durante l?intero intervallo di tempo. Al contrario, un segnale trasportato attraverso un registro centrale, viene disturbato soltanto dalla corrente di dispersione laterale nei registri serie. Nella parte rimanente del periodo, questa corrente di dispersione si distribuisce

q U F F I C I LI H H C V C I i l

Ing. C GREGOIU

fra le altre linee? Conseguentemente, i segnali che vengono trasportati lungo i registri pi? esterni della sezione parallelo saranno soggetti ad una corrente di dispersione maggiore di quella degli altri segnali che vengono trasportati attraverso i registri situati in posizione pi? centrale nella sezione parallelo? Impiegando, in conformit? all 'invenzione, mezzi di drenaggio della corrente di dispersione accanto ai registri pi? esterni della sezione parallelo ed in corrispondenza di piccole distanze dalla stessa, ? possibile portare la corrente globale di dispersione nei registri pi? esterni, approssimativamente allo stesso livello dei registri centrali, ottenendo in tal m?do una considerevole estensione del tempo di ritenzione?

Pu? gi? essere realizzato un importante miglioramento quando i registri supplementari presentano una larghezza almeno pari a quella dei registri della sezione parallelo? Tuttavia, preferibilmente, la larghezza dei registri supplementari risulta maggiore ossia, ad esempio, di alcune volte maggiore di quella dei registri della sezione parallelo?

La presente invenzione risulter? pi? evidente dall ' analisi della seguente descrizione dettagliata, riferita ad una forma pratica realizzativa della

ing. C GREG?RJ

stessa, tale trattazione essendo considerata in unione ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 costituisce una vista diagrammatica in pianta di una memoria SPS realizzata in accordo con i principi caratteristici della presente invenzione;

la figura 2 costituisce una sezione presa lungo la linea II-II della .figura 1;

la figura 3 rappresenta una sezione considerata presa lungo la linea III-III della figura 1;

la figura 4 rappresenta una sezione, considerata presa lungo la linea IV-IV della figura 1;

la figura 5 costituisce un diagramma rappresentativo dell*andamento delle tensioni di orologio che vengono applicate durante il funzionamento;

la figura 6 rappresenta, diagrammaticamente, un certo numero di componenti della corrente di dispersione in celle di memoria, di tipo dinamico;

la figura 7 illustra, diagrammaticamente, il valore della corrente di dispersione in varie celle, in funzione della distanza rispetto al bordo delle celle;

la figura 8 illustra, diagrammaticamente, la corrente di dispersione in una classica struttura SPS, in funzione della distanza dalle celle al bordo; e

!ng. C. GREGCIU

la figura 9 costituisce una vista diagrammatica in pianta di una versione modificata della struttura SPS schematizzata con riferimento alla prima versione conforme all'invenzione?

Per illustrare l'invenzione in oggetto, verr? ora descritta una forma pratica realizzativa di una memoria SPS, presentante un canale superficiale, di tipo n, <'>quantunque risulti del tutto evidente che 1' invenzione pu? venire utilizzata, con gli stessi vantaggi, in dispositivi presentanti un tipo di conduttivit? opposto e/o in dispositivi del tipo a canale affondato?

Il dispositivo comprende un corpo di materiale semiconduttore, conduttivit? di tipo ? il quale, nell'esempio attualmente considerato, ? costituito da silicio a conduttivit? di tipo j> quantunque risulti del tutto evidente che ? possibile l'impiego, in alternativa, di qualsiasi altro materiale semiconduttore appropriato costituito, ad esempio, da GaAs? Le figure illustrano soltanto la parte del corpo 1 comprendente la matrice di memoria SPS. Le varie parti del corpo semiconduttore, nelle quali sono presenti determinati sistemi elettronici periferici costituiti, ad esempio, dai generatori, non sono state rappresentate nel disegno, per evidenti ragioni di chiarezza

O- 12 - F F I C I O B H b V t l I I

ing. C. GREG?ltJ e semplicit?, con riferimento alle figure 2 - 4, deve essere rilevato che il corpo semiconduttore presenta una conduttivit? di tipo ? entro l?intero spessore. Tuttavia, nel caso specifico in cui la memoria sia costituita da dispositivi ad accoppiamento di cariche, del tipo a canale affondato, il corpo 1, come risulter? evidente agli esperti della tecnologia specifica, pu? essere dotato, in corrispondenza della propria superficie 2, di uno strato superficiale, a conduttivit? di tipo n, comparativamente sottile.

La concentrazione dei droganti del corpo 1 non ? critica e la stessa pu? essere compresa, approssimati-

15 16 3

vamente, fra 10 e 10 atomi accettori per cm ? Il dispositivo<' >di memoria comprende un certo numero di canali CCD 3, paralleli e giustapposti i quali formano la cosiddetta sezione parallelo della memoria. Nella figura 1 sono stati rappresentati soltanto sette di questi canali ma, tuttavia, deve essere rilevato che, in realt?, vale a dire nelle costruzioni pratiche, ? possibile l?impiego di alcune centinaia di canali di questo tipo. Gli ingressi dei canali 3 sono collegati ad un registro seriale comune di ingresso 4,mentre le uscit? dei canali 3 sono collegate ad un registro seriale comune di uscita 5. Il registro di ingresso 4 ed il registro di uscita 5,

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presentano i rispettivi contatti di ingresso 6 ed i rispettivi contatti di uscita 7, rappresentati soltanto in forma schematica, per l'immissione e la lettura, o per l'uscita delle informazionie

I canali CCD 3-5 vengono definiti, nel corpo semiconduttore, dall'ossido di campo 8, comparativamente spesso,il quale ricopre sostanzialmente l'intera superficie del corpo semiconduttore mentre, almeno nella parte del dispositivo rappresentata nella figura, questo strato di ossido presenta opportuni recessi in corrispondenza dell'area dei canali CCD 3, 4 e 5? Al di fuori dalla parte illustrata, lo strato di ossido di campo 8 presenta ulteriori aperture, non rappresentate, in corrispondenza dell'area delle regioni attive dei transistori? La configurazione di ossido 8, il cui spessore pu? essere compreso, ad esempio, fra 0,5 p n e 1 pi, nell'esempio attualmente considerato, ? stata ottenuta per ossidazione locale del corpo di silicio quantunque, in alternativa, questa configurazione possa venire ottenuta in qualsiasi altro modo noto? Per impedire la formazione di canali parassiti, la concentrazione dei droganti, al di sotto della configurazione di ossido 8, ? stata incrementata per mezzo dell'inpiego di zone 9 di arresto dei canali? La larghezza delle strisce di ossido 8

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che separano fra di loro i vari canali, ? pari, approssimativamente, a 2 jum? La larghezza dei canali 3 ? pari, approssimativamente, a 5 pn?

In corrispondenza dell?area dei canali CCD 3,

4, 5? la superficie del corpo semiconduttore viene ricoperta per mezzo di uno strato di isolamento 10, comparativamente sottile costituito, ad esempio, da uno strato di ossido di silicio presentante uno spessore compreso fra 0,05 jum e 0,07 pn? Sullo strato 10 sono presenti i rispettivi elettrodi di orologio, i quali si presentano sotto forma di un sistema di cablaggio a doppio strato, comprendente<*>gli elettrodi

11 di silicio policristallino e gli elettrodi 12 costituiti, ad esempio, da alluminio oppure, se desiderato, da silicio policristallino, tali elettrodi

12 essendo disposti tra gli elettrodi di silicio policristallino 11? Gli elettrodi 12 si sovrappongono agli elettrodi 11, in modo normale e risultano isolati dagli stessi per mezzo dello strato intermedio di ossido 13 il quale pu? essere formato per ossidazione degli elettrodi 11?

Deve essere rilevato che, per evidenti ragioni di chiarezza, gli elettrodi 11, 12, nella vista in pianta riportata nella figura 1, non sono stati rappresentati come sovrapposti ma semplicemente giustapposti? - I D - Ing. C GREGOIU

Il registro seriale di ingresso 4 ed il registro seriale di uscita 5, possono venire realizzati per mezzo di dispositivi CCD, di tipo bifase, ognuno presentante due linee 14, 15 e 16, 17, rispettivamente, per il trasferimento dei segnali di tempii icazione , o di orologio. Per ottenere una distribuzione asimmetrica di potenziale, richiesta per il funzionamento bifase, la concentrazione dei droganti nelle zone 1 8, al di sotto delle porte di alluminio 12, viene incrementata per mezzo di una impiantagione supplementare, di tipo ?, in modo tale da determinare la creazione di barriere di potenziale al di sotto delle porte 12 e di pozzetti di potenziale al di sotto delle porte 11 , in funzione dell ?applicazione di una tensione alle porte 11 e 12, rispettivamente. Ovviamente, la distribuzione desiderata del potenziale per un funzionamento bifase, pu? pure venire ottenuta in qualsiasi altro modo noto, diverso da una impiantagione supplementare di tipo ?. Le porte di alluminio 12, dei registri 4 e 5, sono indivi dualment e collegate ai successivi elettrodi 1 1 , di silicio policristallino, in corrispondenza dell ? area dei contatti 19 rappresentati con tratteggio nella figura 1 . Inoltre, gli elettrodi di silicio poli cri stali ino 11 sono collegati alle linee di alluminio 14, 15 e 16,

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17, utilizzate per il convogliamento dei segnali di orologio, in corrispondenza dell'area dei contatti 20 indicati con tratteggio?

Nella sezione parallelo,gli elettrodi possono pure venire raggruppati, per un funzionamento bifase oppure, se desiderato, per un funzionamento trifase o a quattro fasi? Tuttavia, nella versione attualmente in esame, la sezione parallelo viene realizzata sotto forma di un cosiddetto sistema multifase, o a fase sequenziale (ripple phase), in cui ogni volta che si verifica la presenza di un pozzetto vuoto in un certo numero di pozzetti pieni successivi, il pozzetto vuoto viene spostato di una posizione ad ogni impulso di orologio? In modo analogo a quanto si verifica per i registri seriali 4 e 5? le porte 12 di alluminio vengono individualmente collegate al successivo elettrodo di silicio policristallino, in corrispondenza dell'area dei contatti 21, mentre le zone impiantate 18, a conduttivit? di tipo j>, vengono formate al di sotto delle porte di alluminio 12? Ogni combinazione alluminio-silicio policristallino, forma un gradino nel quale la regione al di sotto delle porte di silicio policristallino 11, viene utilizzata come sito di memorizzazione mentre la regione 18, al di sotto della porta di alluminio, viene utilizzar

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ta come regione a barriera di potenziale/trasferimento? Le porte di silicio policristallino 11, nella sezione parallelo, sono collegate alle linee di orologio di Al 23-28, attraverso i contatti 22*

La figura 1 illustra soltanto un gruppo di sei fasi, con le linee di orologio associate, quantunque risulti del tutto evidente che per ottenere il numero desiderato di elementi, la configurazione pu? venire ogni volta ripetuta periodicamente, la prima coppia elettrodica successiva di alluminio-silici? policristallino, venendo nuovamente accoppiata alla linea di orologio 23, la coppia successiva venendo accoppiata alla linea 24 di convogliamento dei segnali di orologio, e cos? via* Inoltre, risulter? del tutto evidente che non ? necessario l'impiego di sei fasi poich?, nelle costruzioni pratiche, il numero delle fasi pu? anche essere di valore superiore ossia, ad esempio, ? possibile l'impiego di dieci fasi, allo scopo di consentire l'ottenimento di una densit? massima possibile di inforinazioni?

La prima coppia elettrodica contraddistinta dai riferimenti 11?, 12?, non ? collegata ad una delle linee di orologio 23-28 ma risulta collegata ad un conduttore separato 29, per pilotare il trasferimento dei pacchetti di cariche dal registro serie 4 alla

18 mg. C GREGORJ

sezione parallelo 3

La versione descritta comprende due registri verticali 3 per unit? di informazione, nel registro serie di ingresso 4 e nel registro serie di uscita 5? Questo significa che ogni linea di pacchetti di infoialazione dovrebbe venire alimentata, e letta, rispettivamente, in due fasi successive in cui, ad esempio, nella prima fase, i pacchetti di cariche che devono venire memorizzate nei registri 3 di ordine pari, vengono dapprima alimentati all<1>ingresso del registro di ingresso 4, con successivo trasferimento nella sezione parallelo mentre, successivamente, i pacchetti di cariche che devono venire memorizzati nei registri di ordine pari, vengono alimentati al registro di ingresso 4 ed alla sezione parallelo? In modo analogo, in funzione della lettura, in primo luogo, i pacchetti dei registri 3 di ordine pari, possono venire trasferiti nella regione 5 ed opportunamente letti mentre, successivamente, si opera sui pacchetti presenti nei registri 3 di ordine dispari (interiacciamento)? A questo proposito, deve essere rilevato che ? possibile impiegare una struttura elettrodica presentante due "pettini" ad interdigliazione per il trasferimento delle informazioni deli canali paralleli 3 al registro seriale di uscita 5? Questa configurazione elet

u r n u i u n u v - 19 -<ng. C- GREG?RJ

trodica che, per evidenti ragioni di chiarezza, non ? stata rappresentata nella figura 1 e che non forma parte dell 'invenzione, ? stata descritta, fra l ' altro , nel brevetto statunitense N* 3*967*254?

In conformit? all 'invenzione, il dispositivo comprende mezzi 30 disposti lungo il bordo delQa memoria, tali mezzi essendo utilizzati per il drenaggio delle correnti di dispersione e per provocare quindi un aumento del tempo di ritenzione* I mezzi 30 comprendono regioni superficiali definite nel corpo semiconduttore e che si estendono sostanzialmente soltanto in corri spondenza del bordo della sezione parallelo, tali regioni essendo situate ad una distanza dai canali CCD 3 , imm?diat amente giustapposti , il cui valore risulta pari , al massimo, alle distanze fra i canali 3 della sezione parallelo* Nella versione nella quale la distanza fra i canali CCD viene determinata dalle strisce affondate di ossido 8 presentanti una larghezza approssimativamente pari a 2 pi, le regioni superficiali 30 ed i canali CCD giustapposti, sono separati fra di loro, dai percorsi af fondati di ossido 32 pure presentanti , approssimativamente, una larghezza di 2 pn*

Le regioni 30 posono venire formate, se desiderato , da zone superficiali a conduttivit? di tipo n,

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formanti una giunzione ??n con il substrato 1 a conduttivit? di tipo ?* Per mezzo di una polarizzazione inversa di dette giunzioni p-n, gli elettroni presenti in prossimit? delle zone 30t possono venire catturati ed eliminati, per drenaggio, prima che gli stessi possano raggiungere un sito di memorizzazione, vale a dire una cella di memoria nell?unit? di memoria? Poich? le regioni 30 sono situate al di sotto degli elettrodi di orologio 11, 12 e, almeno in un processo del tipo ad auto-allineamento, non possono venire formate, ad esempio, contemporaneamente ai diodi di ingresso ed ai diodi di uscita dei registri di ingresso e di uscita 4, 5, di tipo seriale, sarebbe necessaria l?adozione di una fase separata di drogaggio per ottenere le varie regioni 30? Conseguentemente, per le regioni 30 vengono preferibilmente impiegati canali di trasporto delle cariche di dispositivi supplementari, o "fittizi" ad accoppiamento di cariche, estendentisi accanto ai canali 3 della sezione parallelo? Questi canali fittizi possono venire fabbricati simultaneamente ai rimanenti registri di trasporto delle cariche, per cui non ? pi? necessario, in questo caso, l?adozione di fasi supplementari del processo di fabbricazione? Le correnti di dispersione possono venire catturate dai canali fittizi e le

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stesse possono venire trasportate sotto forma di pacchetti di cariche, verso una uscita 31 , con conseguente drenaggio delle stesse, in modo analogo a quanto si verifica per il trasporto delle cariche nei canarli 3? Nella versione attualmente considerata, i canali 30 comprendono, individualmente , un contatto separato di uscita 31 presentante un diodo di uscita associato, non rappresentato, al quale pu? venire applicata, durante il funzionamento , una tensione inversa* Tuttavia, se desiderato, i registri 30 potrebbero pure venire accoppiati al registro serie di uscita 5, in modo analogo a quanto si verifica per i registri 3* In questo caso, le correnti di dispersione possono venire allontanate come pacchetti di cariche, attraverso il registro 5 ed il contatto di uscita 7. Tuttavia, poich? ? spesso indesiderabile che si verifichino segnali non contenenti informazioni fra segnali contenenti inf orinazioni , derivati dal registro seriale di uscita, ? normalmente raccomandabile l *impiego di canali 30 con una uscita 32 separata, come nella versione descritta*

Per ottenere un buon drenaggio, la larghezza dei canali 30 ? stata scelta di valore maggiore di quella dei canali 3* Uno specifico valore della larghezza dei canali 3 ? pari, ad esempio, a circa 5 mentre per

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i canali 32 ? stata scelta una larghezza compresa, approssimativamente, fra 20 /um e 40 jum?

Nella figura 5 sono state rappresentate le tensioni di tempific azione, o di orologio che vengono alimentate, durante il ?unzionamento , ad una memoria SPS , presentante la struttura descritta e caratterizzata da una larghezza corrispondente, a solo titolo di esempio illustrativo, a 8 linee e ad un sistema a dieci fasi, nella sezione parallelo?

Attraverso un contatto, non rappresentato nelle figure, una tensione continua pari a -2,5 V, viene alimentata al substrato 1? Le tensioni di tempificarzione o di orologio 0s , 0S , 0TG? tfp t 0p . e cos? via, variano fra 0 e 5 V mentre i riferimenti

2

0s e rappresentano le tensioni che vengono alimentate alle linee di orologio 14, 15 ed agli elettrodi di ordine dispari e di ordine pari, rispettivamente, del registro seriale di ingresso 4, 01-, rappre sentando la tensione alimentata attraverso la linea di alimentazione 29 degli elettrodi di trasferimento 1 2 3

11*, 12* mentre 0p , 0p , 0^ ????? rappresentano le tensioni di orologio che vengono alimentate all* elettrodo della sezione parallelo?

In corrispondenza dei valori di tensione indicati, un segnale viene trasferito da un primo ad un e

- <23 ? >tnr C GREGQRi

lettrodo -successivo , costituente il secondo elettrodo, quando una tensione di 5 V viene alimentata al secondo elettrodo. Quando il secondo elettrodo ritorna ad un livello di tensione di 0 volt, la carica al di sotto dello stesso rimane memorizzata, in corrispondenza della tensione di -2, 5 volt, in corrispondenza del substrato e, conseguentemente , una zona di impoverimento, con una associata distribuzione di potenziale, viene indotta al di sotto degli elettrodi, anche in corrispondenza di una tensione di 0 volt in corrispondenza degli elettrodi.

Nell * istante to indicato nella figura 5, una linea di pacchetti di informazioni viene trasferita dall 'elettrodo di trasferimento 11 ' , 12? al primo stadio della sezione parallelo, per mezzo dell 'impulso 0^ ? Simultaneamente, informazioni fresche vengono applicate al registro seriale di ingresso 4. In corrispondenza dell 'istante t1 , il registro seriale di ingresso 4 risulta pieno, il che significa che risulteranno occupati tutti i siti presentanti un numero dispa-ri. Queste informazioni vengono applicate al di sotto dell 'elettrodo 11 * , 12 ' per mezzo dell'impulso 0_

TG

in corrispondenza dell 'istante t1 , tali informazioni rimanendo immagazzinate, o memorizzate, al di sotto dell'elettrodo 11 ' , 12 ' durante l 'intervallo di tem

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po in cui il registro seriale di ingresso viene nuovamente riempito, sino all ietante t? in cui risulteranno occupati tutti i siti di ordine pari nel registro seriale di ingresso* In corrispondenza dell* istante t?, queste informazioni vengono spostate nei siti ancora liberi al di sotto della porta di trasferimento 11', 12', per mezzo dell*azione esercitata dall'impulso ^f__? In queste condizioni, una nuova fila, o linea, risulta riempita al di sotto della porta 11', 12*. In letteratura, questa procedura ? nota come "interiacciamento". Simultaneamente, la fila, o linea vuota, nel sistema multifase che segue l'elettrodo di trasferimento 11', 12*, ? presente al di sotto della prima coppia elettrodica successiva 11, 12 la quale, d'ora innanzi, verr? considerata come prima coppia elettrodica; le file vuote sono pure presenti al di sotto dell'undicesima, della ventunesima, della ventiduesima coppia elettrodica collegate alla prima coppia elettrodica. Le file al di sotto delle altre coppie elettrodiche (dalla seconda alla decima) risultano piene, vale a dire tali file risultano riempite di informazioni.

In corrispondenza dell'istante t3, l'impulso di tensione (+ 5V) viene alimentato alla prima coppia elettrodica (come pure all'undicesima, alla ventu

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nesima, e cos? via) , nella sezione parallelo e, conseguentemente, la fila di pacchetti di informazione al di sotto degli elettrodi di trasferimento 11 ' , 12? , viene trasferita alla prima coppia elettrodica. Simultaneamente, le file al di sotto della decima, ventesima, trentesima, e cos? via, coppia elettrodica vengono pure spostate di una posizione, in modo tale che le file vuote risultino ora presenti al di sotto della decima, ventesima, trentesima, e cos? via, coppia elettro dica.

In corrispondenza dell ?istante t4, la tensione 10

G? p viene alimentata alla decima, ventesima, trentesima coppia elettrodica e, pertanto, le file piene al di sotto della nona, diciannovesima, ventinovesima coppia elettrodica vengono spostate di una posizione. In questo modo, il posto vuoto viene spostarto verso l ? alto. Con una scelta appropriata della frequenza nel sistema irrultifase, la fila al di sotto della prima coppia elettrodica, pu? venire nuovamente vuotata quando la fila al di sotto dell ?elettrodo di trasferimento 11 ? , 12 ? risulta nuovamente piena e, pertanto, l ?intero processo pu? venire ripetuto e le informazioni possono venire registrate, nella memoria, fila per fila. Dall ? analisi della figura 5 pu? essere rilevato che le frequenze di oro?

logio fs e fp del registro serie 4 e della sezione parallelo, rispettivamente, sono coireiate fra di

-\

loro dalla seguente espressione: fp = ? fs, in cui N rappresenta il numero di linee parallele 3?

Nei dispositivi del tipo descritto, le informazioni sono caratterizzate dalla presenza o dall?assenza di cariche elettriche nelle regioni di esaurimento, indotte localmente nel corpo semiconduttore? Come precedentemente citato nella parte introduttiva della presente trattazione, questi pozzetti di potenziale, nelle regioni di esaurimento, vengono gradualmente riempiti per effetto della presenza delle correnti di dispersione? Dalle varie analisi che hanno condotto all<1>invenzione in oggetto, ? stato riscontrato che in corrispondenza delle normali temperature operative, superiori a 40?C, la corrente di diffusione dei portatori di carica, generati nella massa elettricamente neutra del corpo semiconduttore risulta uguale, come valore, o anche supera la corrente di dispersione che viene generata nelle stesse regioni di esaurimento. Per spiegare gli effetti sui quali ? basata l?invenzione in oggetto, la figura 6 illustra il profilo della corrente di diffusione in una sezione diagrammatica di un dispositivo presentante tre canali identici, indicati dal e n c iti ??

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numero di riferimento 3? Ad una notevole distanza dalla superficie 2, la corrente di diffusione generata per la maggior parte sul lato posteriore del corpo semiconduttore 1 , si sposta sostanzialmente dalla superficie inferiore alla superficie superiore? Al di sotto dei canali 3, le linee di corrente convergono immediatamente nei canali 3? Tuttavia, al di sotto dello Strato di ossido di campo 8, le linee di corrente 34 si piegano in una direzione laterale, verso il sito pi? vicino in cui pu? essere raccolta la carica? I portatori di carica al di sotto delle strisce di ossido 8b, molto strette, nel centro della sezione parallelo, devono distribuirsi uniformemente fra i canali 3 presenti da ambo i lati delle strisce 8, secondo quanto indicato, schematicamente, dalle frecce 35, 36? Lungo il bordo della memoria, i portatori di carica si sposteranno tutti verso il sito di memoria pi? prossimo, secondo quanto indicato dalla freccia 37 ? Poich? questo contributo viene fornito da una larga regione e poich? tutta la carica circola soltanto verso un sito, il contributo periferico della corrente di dispersione risulta comparativamente levato? La figura 7 illustra, diagrammaticamente, il valore della densit? della corrente di dispersione, in funzione della distanza rispetto al

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bordo, per due celle, in corrispondenza del bordo (a e c) e per una cella, nel centro della matrice, le celle a e c sul lato sinistro e sul lato destro, rispettivamente, essendo adiacenti al bordo della matrice in cui si verifica una elevata densit? della corrente di dispersione? I picchi di corrente molto minori, che si riscontrano in corrispondenza del bordo della cella b e sui bordi interni delle celle a e b vengono provocati dal contributo laterale delle strisce di campo 8b di ossido di campo?

La densit? di corrente in corrispondenza delle facce terminale della memoria (accanto ai registri seriali di ingresso e di uscita, presenter?, appros^-simativamente, oppure lo stesso valore di quella che si riscontra in corrispondenza del bordo della sezione parallelo? Tuttavia, deve essere rilevato che 1 * influenza del contributo, attraverso il bordo della sezione parallelo risulta molto maggiore di quella del contributo attraverso le facce terminali della memoria? La componente per ultimo citata verr? catturata, per la maggior parte, dal registro seriale di ingresso 4 e dal registro seriale di uscita 5 e, a causa della frequenza di orologio serie, di valore comparativamente elevato, fornir? soltanto un piccolo contributo alla corrente di dispersione raccolta in

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tutti i pacchetti di cariche? La corrente di dispersione che circola nella memoria, attraverso il bordo della sezione parallelo, verr? principalmente catturata dai registri pi? esterni della sezione parallelo? I segnali che vengono spostati attraverso la sezione parallelo, lungo i registri pi? esterni 3, verranno integrati da detta corrente di dispersione durante 1*intero tempo di trasporto nella sezione parallelo? Simultaneamente, la corrente di dispersione si distribuisce, attraverso le facce terminali, tra le altre file che devono venire registrate, in modo tale che la carica raccolta come risultato della corrente di dispersione, durante il trasporto nella sezione parallelo, risulti dominante?

La figura 8 illustra, a titolo indicativo, i segnali di uscita di 128 bit di informazioni che sono stati alimentati all'ingresso di una memoria SPS sperimentale, presentante la struttura precedentemente descritta, priva dei registri di scarico della dispersione 30? I 128 bit che sono stati trasportati verso il registro di uscita 5, attraverso i registri parallelo, di ordine pari o dispari consistevano, sostanzialmente, di informazioni a livello logico "0<n>, salvo cinque "1" indicati, nella figura 8, a titolo di riferimento? La temperatura ? risultata

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pari, all * incirca a 95? C? Dall ' analisi della figura 8 pu? essere rilevato che i segnali trasportati lungo il bordo della sezione parallelo, risultano associati ad un corrente di dispersione molto maggiore di quella associata ai segnali trasportati attraverso i registri situati pi? all 'interno? Con un tempo di ritardo di 10 millisecondi, la differenza fra le informazioni a livello logico "1 " e a livello logico "0", in corrispondenza del bordo, ? stata riscontrarta di valore indesiderabilmente contenuto? La corrente di dispersione attraverso le facce terminali del registro, si distribuisce durante l 'intervallo di tempo di 10 millisecondi, fra tutte le file del dispositivo SPS e, di conseguenza, la stessa non comporta sostanzialmente alcuna influenza? Impiegando, come nell 'esempio descritto, i registri supplementari 30 accanto alla sezione parallelo, il livello della corrente di dispersione nei registri pi? esterni della sezione parallelo, pu? venire ridotto sino allo stesso livello, o sostanzialmente approssimativamente allo stesso livello che si riscontra nei registri centrali? La larghezza dei registri supplementari viene preferibilmente scelta dell 'ordine di 3-5 volte quella dei registri 3 poich?, come risulter? evidente dall ' analisi della figura 8 ? possibile

31 j r F I C I O b H t V t I I I

Ing. C. GREG?RJ ricevere, in questo caso, sostanzialmente l?intera corrente di diffusione laterale?

La corrente di dispersione nel centro della sezione parallelo ? risultata dell'ordine di 1?<?>^ -?7 2

10 A/cm , ad una temperatura di circa 95<e>C. Questo significa che dopo un ritardo di tempo di 10 millisecondi, i siti di memorizzazione vengono riempiti con una carica approssimativamente pari al 10^ della carica di fondo? Nel campo della elaborazione di informazioni digitali, questo livello risulta, normalmente, sufficientemente basso? Tuttavia, in assenza del canale fittizio 30, la corrente di dispersione forniva, all'incirca, il 50% della carica di fondo, 11 che rappresenta un valore troppo elevato per consentire una distinzione fra un livello "1<M >ed un livello "0"?

I canali fittizi 30 sono presenti sostanzialmente soltanto accanto alla sezione parallelo? I registri seriale di ingresso e seriale di uscita 4 e 5, rispettivamente, non vengono quindi dotati di carnali fittizi e, pertanto, difficilmente viene aumentata la dissipazione globale? La dissipazione, per ogni cella, ? data da fCv<2>, in cui ? rappresenta la frequenza dei segnali di orologio, C rappresenta la capacit? mentre V rappresenta il valore dell'escur

Ing. C. GREGORJ

sione di tensione? Poich? in una memoria comprendente 1

N registri in parallelo, si verifica: ? = ? fs in cui ? rappresenta la frequenza del registro serie, l'aumento globale della dissipazione in una memoria presentante ?56 colonne ed in corrispondenza della data larghezza dei canali fittizi, risulter? pari, al massimo^a poche unit? per cento* Al contrario, quando ? necessario utilizzare canali fittizi accanto ai registri seriali 4, 5? la dissipazione globale, per effetto dell'impiego di elevate frequenze di orologio dei registri serie, risulta sostanzialmente duplicata.

In un certo numero di casi risulta vantaggioso provvedere allo sc?rico delle correnti di dispersione in corrispondenza delle facce terminali della memoria, ad esempio per scaricare la carica parassita generata dalla ionizzazione per urto nei circuiti periferici. Tuttavia, in questo caso, non ? necessario provvedere allo scarico in corrispondenza di una brevissima distanza (dell'ordine di pochi ^um) dai registri serie. La figura 1 illustra questo scarico 38 con linee tratteggiate, presente al di fuori della regione coperta dagli elettrodi di orologio ed illustra le rispettive connessioni nei confronti della sorgente e delle linee di convogliamento dei

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segnali di orologio 14, 15? Lo scarico 38 pu? consistere semplicemente di una zona superficiale a conduttivit? di tipo n, formante una giunzione p-n con il substrato 1, detto scarico venendo polarizzato in senso inverso per mezzo della connessione 39? La zona 38 pu? essere formata accanto ai canali fittizi 30 oppure la stessa pu? venire realizzata sotto forma di un anello circondante la struttura SPS.

La figura 9 costituisce una vista diagrammatica in pianta di una versione modificata della struttura SPS precedentemente descritta con riferimento alla prima versione. La figura 9 illustra, in forma diagrammatica, il registro serie di ingresso 4, il registro serie di uscita 5, alcuni registri parallelo 3 con le strisce intermedie affondate di ossido 8? Inoltre, sono stati rappresentati alcuni fra gli elettrodi di orologio, contraddistinti dai riferimenti 0 t 0 . 0 ?????, e cos? via, della sezione P P P <9 9>

parallelo? Sul lato destro della sezione parallelo, analogamente a quanto si verifica nella versione precedentemente definita, viene formato un canale fittizio 30 il quale risulta separato dal registro pi? esterno 3 per mezzo di una striscia di ossido 32, presentante una larghezza di 2 pn? Sia lato sinistro, il canale fittizio risulta diviso in due canali se

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conciari 30a e 30b. La larghezza delle strisce intermedie di ossido 32a e 32b risulta pari, anche in questo caso, a circa 2 ^um? Il registro fittizio 30a, la cui larghezza corrisponde con quella del canale 30 presente sul lato destro della sezione parallelo, ricever?, anche in questo caso, la maggior parte della corrente di dispersione originantesi dal bordo, durante il funzionamento, tale corrente potendo venire allontanata attraverso il contatto di uscita 31a? Il registro fittizio 30b, pure presentante un.contatto separato di uscita risulta percorso sostanzialmente dalla stessa corrente di dispersione dei registri 3. I segnali derivati dall'uscita 31b<">, possono venire utilizzati come riferimento, vale a dire come segnali a livello logico "O", nella lettura dei segnali contenenti le informazioni, i quali vengono letti in corrispondenza dell'uscita 7 del registro serie di uscita? Ovviamente, il registro fittizio 30, sul lato destro della sezione parallelo, pu? pure venire suddiviso in questo modo?

Risulter? del tutto evidente che l'invenzione non ? limitata alle versioni precedentemente descritte per il fatto che sono possibili varie modifiche e varianti apportabili da parte degli esperti della tecnologia specifica, senza scostarsi dallo spirito

? - O F F I C I O B R b V t I ri

Ing. C GREGORJ

e dallo scopo dell ? invenzione*

Ad esempio , i tipi di conduttivit? nelle versioni descritte, possono venire invertiti* Oltre che venire utilizzata per dispositivi CCD con trasporto superficiale, l ' invenzione in oggetto pu? venire vantaggiosamente impiegata in dispositivi CCD nei quali il trasporto delle cariche avviene all 'interno del corpo come si ver?fica, ad esempio , nei dispositivi BCCD e in di spositivi a trasferimento di cariche del cosiddetto tipo "bucket brigade" (BBD) .

Anzich? impiegare un substrato omogeneo , a conduttivit? di tipo ?, ? possibile utilizzare un corpo semiconduttore sotto forma di uno strato epitassiale , debolmente drogato, con droganti di tipo ?, su di un substrato pi? fortemente drogato (p+) , in cui il livello della corrente di dispersione risulta gi? considerevolmente ridotto per effetto del maggior livello di drogaggio che si riscontra nel substrato?

RIVENDICAZIONI

1 ? Dispositivo ad accoppiamento di cariche, sotto forma di una memoria SPS , comprendente un sistema di registri parallelo giustapposti formati in corrispondenza di una superficie di un corpo semiconduttore comune e formanti una matrice di celle di memoria le quali , d'ora innanzi , verranno considera

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Ing. C. GREGOM

te come sezione parallelo e che, in corrispondenza degli ingressi, sono accoppiati ad un registro seriale comune di ingresso per l ' alimentazione delle informazioni, mentre in corrispondenza delle uscite, sono collegati ad un registro seriale comune di uscita, per la lettura delle inf orinazioni , caratterizzato dal fatto che due regioni superficiali per il drenaggio dei portatori parassiti di carica circolanti dalla parte del corpo semiconduttore che circonda la memoria, alla memoria considerata, vengono definite, nel corpo semiconduttore, lungo il bordo della memoria, dette regioni superficiali estendendosi sostanzialmente soltanto lungo il bordo della sezione parallelo e su entrambi i lati della stessa, e dal fatto che dette regioni superficiali sono situate ad una distanza, dai registri pi? esterni della sezione parallelo, la quale, al massimo, presenta approssimativamente lo stesso valore della distanza fra i registri della sezione parallelo?

2. Dispositivo ad accoppiamento di cariche, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che dette regioni superficiali formano parte di registri supplementari, estendentisi parallelamente ai registri della sezione parallelo, nel corpo semiconduttore.

3. Dispositivo ad accoppiamento di cariche, secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti registri supplementari presentano contatti separati di uscita.

4. Dispositivo ad accoppiamento di cariche, secondo la rivendicazione 2, o la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che la larghezza dei registri supplementari risulta maggiore di quella dei registri della sezione parallelo.

5? Dispositivo ad accoppiamento di cariche, secondo ima o pi? delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che almeno uno dei registri pi? esterni, presenta una uscita separata, per la derivazione di un segnale di riferimento.

6. Dispositivo ad accoppiamento di cariche, secondo una o pi? delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che nel corpo semiconduttore vengono definite ulteriori regioni superficiali, per il drenaggio delle correnti di dispersione, tali ulteriori regioni superficiali estendendosi a fianco

miconduttore e presenti ad una distanza dai registri

regioni superficiali per prime citate ed i registpa pi? esterni della sezione parallelo

Ing. C DESCRIZIONE DELL?INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo ad accoppiamento di cariche (CCD)f sotto forma di una memoria SPSt comprendente un sistema di registri parallelo giustapposti, formati in corrispondenza di una superficie di un corpo semiconduttore comune e formanti una matrice di celle di memoria la quale, d'ora innanzi, verr? considerata come "sezione parallelo" tali registri, in corrispondenza degli ingressi, essendo collegati ad un registro seriale comune di ingresso, per l'immissione delle informazioni mentre in corrispondenza delle uscite sono collegati ad un registro seriale comune di usd ta, per la lettura delle informazioni?

Le memorie SPS sono generalmente note, fra 1* altro, dal libro "Charge Transfer Devices", di C? H? S?quin e MeF. Tompsett, Academic Press Ine? New York, 1975, pagine 243-249? I segnali, che possono essere sia analogici, sia digitali, vengono spostati, per linee, nel registro seriale di ingresso, ad una velocit? comparativamente elevata e vengono quindi trasportati attraverso la sezione parallelo, ad una velocit? comparativamente bassa per venire infine letti, attraverso il registro seriale di uscita, ad una velocit? comparativamente elevata? I registri seriali sono normalmente formati da dispositivi CC? a 2 fasi, 3 fasi o 4 fasi; anche la sezione parallelo pu? consistere di linee CCD a 2, 3 o 4 fasi quantunque la stessa possa essere rappresentata da un sistema multifase nel quale si verifica, ogni volta, un posto vuoto fra un certo numero di posti pieni successivi.

Nei dispositivi ad accoppiamento di cariche CCD, le informazioni memorizzate sotto forma di cariche nelle regioni di esaurimento, indotte nel corpo semiconduttore, possono venire perse per effetto di correnti di dispersione. Per effetto di queste correnti di dispersione, i luoghi di memorizzazione vengono gradualmente riempiti di portatori di carica per cui, nel caso di informazioni digitali, un segnale a livello logico "0" viene distinto, con difficolt?, da un segnale a livello logico "1 ", dopo un lungo periodo di memorizzazione. Il tempo di memorizzazione (tempo di ritenzione), definito come intervallo di tempo durante il quale un segnale pu? venire memorizzato senza operazioni intermedie di rinnovo, o rigenerazione, viene determinato, non solo dal valore della corrente di dispersione ma anche dalle dimensioni della capacit? M3S nella quale il segnale risulta memorizzato. Conseguentemente, al diminuire di queste dimensioni, la capacit? MDS verr? riempita pi? rapidamente e, pertanto, diminuir? il tempo di ritenzione? Poich? le dimensioni dei circuiti LSI e VLSI diventano sempre pi? contenute, per consentire 1'ottenimento di una densit? massima possibile, diventa sempre pi? importante la necessit? di ridurre l'influenza delle correnti di dispersione? Uno degli scopi dell'invenzione ? quello di aumentare il tempo di ritenzione in una memoria SPS, in modo molto semplice? L'invenzione ? basata, fra l'altro, sul riconoscimento del fatto che le correnti di dispersione, secondo quanto verr? in seguito descritto, presentano un valore massimo lungo il bordo della memoria e del fatto che ? possibile ottenere un miglioramento considerevole mediante una riduzione del contributo lungo il bordo corrispondente? Uh dispositivo ad accoppiamento di cariche, conforme all'invenzione, ? caratterizzato dal fatto che due regioni superficiali, utilizzate per il drenaggio dei portatori di carica, di tipo parassita che possono circolare dalla parte del corpo semiconduttore circondante la memoria, alla memoria stessa, vengono definite nel corpo semiconduttore, lungo il bordo della memoria, dette regioni superficiali estendendosi sostanzialmente soltanto lungo il bordo della sezione parallelo e su entrambi i lati della stessa? Queste regioni superficiali sono preferibilmente situate ad una distanza, dai registri pi? esterni della sezione parallelo, che risulta, al massimo, approssimativamente dello stesso valore della distanza fra i registri della sezione parallelo?

Una semplice versione che, fra l'altro, presenta il vantaggio che non sono necessarie fasi supplementari del processo durante la fabbricazione del dispositivo per il fatto che i mezzi per il drenaggio delle correnti di dispersione possono venire fom iti per mezzo delle fasi del processo, necessarie per la fabbricazione di una memoria SPS, ? caratterizzata dal fatto che dette regioni superficiali formano parte di registri supplementari estendentisi parallelamente ai registri della sezione parallelo nel corpo di materiale semiconduttore?

Gli esperimenti hanno dimostrato che ? possibile ottenere un miglioramento di un fattore di 2 - 3 per mezzo di un drenaggio delle correnti supplementari soltanto sui lati longitudinali della matrice SPS, Questo ? partieoiarmente sorprendente poich? non ? stato adottato alcun accorgimento per quanto concern e le facce terminali della matrice SPS le quali, per quanto concerne la lunghezza presentano, normalmente, lo stesso ordine di grandezza dei lati longitudinali. Questo aspetto dell?invenzione risulta quindi particolarmente importante poich? l?aumento della dissipazione, come risultato della presenza dei registri supplementati accanto alla sezione parallelo funzionante con una bassa frequenza dei segnali di orologio risulta ora, al massimo, dell?ordine di alcune parti percentuali, mentre la stessa risulterebbe molto maggiore, a causa della frequenza di orologio di valore molto superiore, dei registri serie, nel caso in cui a fianco dei registri serie venissero impiegati registri di drenaggio supptementari.

Per descrivere il riconoscimento sul quale si basa l?invenzione in oggetto, pu? essere rilevato che la corrente di dispersione in una regione di esaurimento, viene distinta in una componente comprendente la generazione di portatori di carica nella stessa regione di esaurimento ed in una componente di diffusione dal corpo, o massa neutrale. In generale, la componente per prima citata risulter? predominante a temperature inferiori (temperatura ambiente). Durante un funzionamento ad una temperatura superiore alla temperatura ambientale (vale a dire ad una temperatura compresa, ad esempio fra 60?c e 95?C) , la componente di diffusione pu? essere uguale a, o maggiore della generazione della regione di esaurimento e, pertanto , questa componente risulta interessante al punto di dover venire analizzata pi? strettamente in connessione con il desiderio di aumentare il tempo di ritenzione del dispositivo? La corrente di diffusione comprende, in generale, una componente verticale ed una componente laterale. La componente verticale risulta prevalentemente determinata dalla densit? di corrente e la stessa presenter?, approssimativamente, lo stesso valore per ogni sito di memorizzazione. La componente orizzontale (o laterale) comprende 1 ' alimentazione dei portatori di carica che si diffondono nei siti di memorizzazione, da un punto al di sotto dell 'ossido di campo? Per siti di memorizzazione presenti nel centro della matrice, questi contributi risultano approssimativamente uguali fra loro e risultano pure determinati dalla dimensione laterale dei percorsi dell 'ossido di campo che separano tra di loro i registri della sezione parallelo? Poich? le sezioni parallelo sono situate a distanze mutualmente uguali questi contributi alla corrente di dispersione , per siti di memorizzazione nel centro della matrice, risulteranno pure mutualmente approssimativamente uguali?

In corrispondenza del bordo, la matrice di memoria ? circondata da una regione comparativamente larga di ossido di campo. Conseguentemente, in assenza di mezzi per il drenaggio della corrente di dispersione, la componente laterale risulterebbe considerevolmente maggiore, in corrispondenza del bordo, rispetto alla corrente che si riscontra nel centro della matrice. La corrente di diffusione che circola verso la memoria, sul lato della sezione parallelo converge interamente, o almeno sostanzialmente interamente nei registri pi? esterni. La corrente di diffusione, che circola verso la memoria, in corrispondenza delle facce laterali, converge, per la maggior parte, nei registri seriali. Un segnale costituito, ad esempio, da un segnale a livello logico "0", trasportato dall?ingresso all*uscita, attraverso uno dei registri pi? esterni della sezione parallelo, viene reintegrato dalla corrente di dispersione (laterale), durante l?intero intervallo di tempo. Al contrario, un segnale trasportatto attraverso un registro centrale, viene disturbato soltanto dalla corrente di dispersione laterale nei registri serie. Nella parte rimanente del periodo, questa corrente di dispersione si distribuisce fra le altre linee? Conseguentemente , i segnali che vengono trasportati lungo i registri pi? esterni della sezione parallelo saranno soggetti ad una corrente di dispersione maggiore di quella degli altri segnali che vengono trasportati attraverso i registri situati in posizione pi? centrale nella sezione parallelo? Impiegando, in conformit? all 'invenzione, mezzi di drenaggio della corrente di dispersione accanto ai registri pi? esterni della sezione parallelo ed in corrispondenza di piccole distanze dalla stessa, ? possibile portare la corrente globale di dispersione nei registri pi? esterni, approssimativamente allo stesso livello dei registri centrali, ottenendo in tal m?do una considerevole estensione del tempo di ritenzione.

Pu? gi? essere realizzato un importante miglioramento quando i registri supplementari presentano lina larghezza almeno pari a quella dei registri della sezione parallelo. Tuttavia, preferibilmente, la larghezza dei registri supplementari risulta maggiore ossia, ad esempio, di alcune volte maggiore di quella dei registri della sezione parallelo.

La presente invenzione risulter? pi? evidente dall 'analisi della seguente descrizione dettagliata, riferita ad una forma pratica realizzativa della stessa, tale trattazione essendo considerata in unione ai disegni allegati, nei quali:

la figura 1 costituisce una vista diagrammatica in pianta di una memoria SPS realizzata in accordo con i principi caratteristici della presente invenzione;

la figura 2 costituisce una sezione presa lungo la linea II-II della figura 1;

la figura 3 rappresenta una sezione considerata presa lungo la linea III?III della figura 1;

la figura 4 rappresenta una sezione, considerata presa lungo la linea IV-IV della figura 1;

la figura 5 costituisce un diagrauona rappresentativo dell?andamento delle tensioni di orologio che vengono applicate durante il funzionamento;

la figura 6 rappresenta, diagrammaticamente, un certo numero di componenti della corrente di dispersione in celle di memoria, di tipo dinamico;

la figura 7 illustra, diagrammaticamente, il valore della corrente di dispersione in varie celle, in funzione della distanza rispetto al bordo delle celle;

la figura 8 illustra, diagrammaticamente, la corrente di dispersione in una classica struttura SPS, in funzione della distanza dalle celle al bordo; e la figura 9 costituisce una vista diagrammatica in pianta di una versione modificata della struttura I SPS schematizzata con riferimento alla prima versione conforme all <1 >invenzione ?

Per illustrare 1 * invenzione in oggetto, verr? ora descritta una forma pratica reali zzativa di una memoria SPS , presentante un canale superficiale, di tipo n, quantunque risulti del tutto evidente che 1 ? invenzione pu? venire utilizzata, con gli stessi vantaggi, in dispositivi presentanti un tipo di conduttivit? opposto e/o in dispositivi del tipo a canale affondato?

Il dispositivo comprende un corpo di materiale semiconduttore, conduttivit? di tipo ? il quale, nell 'esempio attualmente considerato, ? costituito da silicio a conduttivit? di tipo ? quantunque risulti del tutto evidente che ? possibile l 'impiego, in alternativa, di qualsiasi altro materiale semiconduttore appropriato costituito, ad esempio, da GaAs? Le figure illustrano soltanto la parte del corpo 1 comprendente la matrice di memoria SPS? Le varie parti del corpo semiconduttore, nelle quali sono presenti determinati sistemi elettronici periferici costituiti, ad esempio, dai generatori, non sono state rappresentate nel disegno, per evidenti ragioni di chiarezza e semplicit?, con riferimento alle figure 2 - 4,?deve essere rilevato che il corpo semiconduttore presenta una conduttivit? di tipo ? entro l'intero spessore. Tuttavia, nel caso specifico in cui la memoria sia costituita da dispositivi ad accoppiamento di cariche, del tipo a canale affondato, il corpo 1, come risulter? evidente agli esperti della tecnologia specifica, pu? essere dotato, in corrispondenza della propria superficie 2, di uno strato superficiale, a conduttivit? di tipo n, comparativamente sottile.

La concentrazione dei droganti del corpo 1 non ? critica e la stessa pu? essere compresa, approssimati-

15 T6 3

vamente, fra 10 e 10 atomi accettori per cm ? Il dispositivo di memoria comprende un certo numero di canali CCD 3, paralleli e giustapposti i quali formano la cosiddetta sezione parallelo della memoria. Nella figura 1 sono stati rappresentati soltanto sette di questi canali ma, tuttavia, deve essere rilevato che, in realt?, vale a dire nelle costruzioni pratiche, ? possibile l'impiego di alcune centinaia di canali di questo tipo. Gli ingressi dei canali 3 sono collegati ad un registro seriale comune di ingresso 4,mentre le uscite dei canali 3 sono collegate ad un registro seriale comune di uscita 5. Il registro di ingresso 4 ed il registro di uscita 5, - Ili

presentano i rispettivi contatti di ingresso 6 ed i rispettivi contatti di uscita 7? rappresentati soltanto in forma schematica, per l'immissione e la lettura, o per l'uscita delle informazioni?

I canali CCD 3-5 vengono definiti, nel corpo semiconduttore, dall 'ossido di campo 8, comparativamente spesso, il quale ricopre sostanzialmente l'intera superficie del corpo semiconduttore mentre, almeno nella parte del dispositivo rappresentata nella figura, questo strato di ossido presenta opportuni recessi in corrispondenza dell'area dei canali CCD 3, 4 e 5? Al di fuori dalla parte illustrata, lo strato di ossido di campo 8 presenta ulteriori aperture, non rappresentate, in corrispondenza dell'area delle regioni attive dei transistori. La configurazione di ossido 8, il cui spessore pu? essere compreso, ad esempio, fra 0,5 p n e 1 |um, nell'esempio atonalmente considerato, ? stata ottenuta per ossidazione locale del corpo di silicio quantunque, in alternativa, questa configurazione possa venire ottenuta in qualsiasi altro modo noto? Per impedire la formazione di canali parassiti, la concentrazione dei droganti, al di sotto della configurazione di ossido 8, ? stata incrementata per mezzo dell'impiego di zone 9 di arresto dei canali. La larghezza delle strisce di ossido 8 - in ?

cile separano fra di loro i vari canali, ? pari, approssimativamente, a 2 ^um? La larghezza dei canali 3 ? pari, approssimativamente, a 5 pn?

In corrispondenza dell?area dei canali CCD 3,

4, 5, la superficie del corpo semiconduttore viene ricoperta per mezzo di uno strato di isolamento 10, comparativamente sottile costituito, ad esempio, da uno strato di ossido di silicio presentante uno spessore compreso fra 0,05 pn e 0,07 pn? Sullo strato 10 sono presenti i rispettivi elettrodi di orologio, i quali si presentano sotto form a di un sistema di cablaggio a doppio strato, comprendente gli elettrodi

11 di silicio policristallino e gli elettrodi 12 costituiti, ad esempio, da alluminio oppure, se desiderato, da silicio policristallino, tali elettrodi

12 essendo disposti tra gli elettrodi di silicio policristallino 11? (Hi elettrodi 12 si sovrappongono agli elettrodi 11, in modo nom ale e risultano isolati dagli stessi per mezzo dello strato intermedio di ossido 13 il quale pu? essere formato per ossida? zione degli elettrodi 11?

Deve essere rilevato che, per evidenti ragioni di chiarezza, gli elettrodi 11, 12, nella vista in pianta riportata nella figura 1, non sono stati rappresentati come sovrapposti ma semplicemente giustapposti? Il registro seriale di ingresso 4 ed il registro seriale di uscita 5, possono venire realizzati per mezzo di dispositivi CCD, di tipo bifase, ognuno presentante due linee 14, 15 e 16, 17* rispettivamente, per il trasferimento dei segnali di tempii icazione, o di orologio? Per ottenere una distribuzione asimmetrica di potenziale, richiesta per il funzionamento bifase, la concentrazione dei droganti nelle zone 1 8, al di sotto delle porte di alluminio 12, viene incrementata per mezzo di una impiantagione supplementare, di tipo ?, in modo tale da determinare la creazione di barriere di potenziale al di sotto delle porte 12 e di pozzetti di potenziale al di sotto delle porte 1 1 , in funzione dell Applicazione di una tensione alle porte 11 e 12, rispettivamente. Ovviamente, la distribuzione desiderata del potenziale per un funzionamento bifase, pu? pure venire ottenuta in qualsiasi altro modo noto, diverso da una impiantagione supplementare di tipo ?? Le porte di alluminio 12, dei registri 4 e 5, sono individualmente collegate ai successivi elettrodi 11 , di silicio policristallino, in corrispondenza dell * are a dei contatti 19 rappresentati con tratteggio nella figura 1 . Inoltre, gli elettrodi di silicio poi ieri stai lino 11 sono collegati alle linee di alluminio 14, 15 e 16, 17 ? utilizzate per il convogli amento dei segnali di orologio, in corrispondenza dell?area dei contatti 20 indicati con tratteggio.

Nella sezione parallelo, gli elettrodi possono pure venire raggruppati, per un funzionamento bifase oppure, se desiderato, per un funzionamento trifase o a quattro fasi. Tuttavia, nella versione attualmente in esame, la sezione parallelo viene realizzata sotto forma di un cosiddetto sistema multifase, o a fase sequenziale (ripple phase) , in cui ogni volta che si verifica la presenza di un pozzetto vuoto in un certo numero di pozzetti pieni successivi, il pozzetto vuoto viene spostato di una posizione ad ogni impulso di orologio. In modo analogo a quanto si verifica per i registri seriali 4 e 5, le porte 12 di alluminio vengono individualmente collegate al successivo elettrodo di silicio policristallino, in corrispondenza dell ? area dei contatti 21 , mentre le zone impiantate 18, a conduttivit? di tipo ?, vengono forniate al di sotto delle porte di alluminio 12. Ogni combinazione alluminio-silicio policristallino, forma un gradino nel quale la regione al di sotto delle porte di silicio policristallino 11 , viene utilizzata come sito di memorizzazione mentre la regione 18, cil di sotto della porta di alluminio, viene utilizzata come regione a barriera di potenziaie/trasferiraento. Le porte di silicio policristallino 11, nella sezione parallelo, sono collegate alle linee di orologio di Al 23-28, attraverso i contatti 22,

La figura 1 illustra soltanto un gruppo di sei fasi, con le linee di orologio associate, quantunque risulti del tutto evidente che per ottenere il numero desiderato di elementi, la configurazione pu? venire ogni volta ripetuta periodicamente, la prima coppia elettrodica successiva di alluminio-silici? policristallino, venendo nuovamente accoppiata alla linea di orologio 23, la coppia successiva venendo accoppiata alla linea 24 di convogliamento dei segnali di orologio, e cos? via. Inoltre, risulter? del tutto evidente che non ? necessario l?impiego di sei fasi poich?, nelle costruzioni pratiche, il numero delle fasi pu? anche essere di valore superiore ossia, ad esempio, ? possibile l'impiego di dieci fasi, allo scopo di consentire l'ottenimento di una densit? massima possibile di informazioni*

La prima coppia elettrodica contraddistinta dai riferimenti 11*, 12?, non ? collegata ad una delle linee di orologio 23-28 ma risulta collegata ad un conduttore separato 29, per pilotare il trasferimento dei pacchetti di cariche dal registro serie 4 alla sezione parallelo 3.

La versione descritta comprende due registri verticali 3 per unit? di informazione, nel registro serie di ingresso 4 e nel registro serie di uscita 5? Questo significa che ogni linea di pacchetti di informazione dovrebbe venire alimentata, e letta, rispettivamente, in due fasi successive in cui, ad esempio, nella prima fase, i pacchetti di cariche che devono venire memorizzate nei registri 3 di ordine pari, vengono dapprima alimentati all'ingresso del registro di ingresso 4, con successivo trasferimento nella sezione parallelo mentre, successivamente, i pacchetti di cariche che devono venire memorizzati nei registri di ordine pari, vengono alimentati al registro di ingresso 4 ed alla sezione parallelo? In modo analogo, in funzione della lettura, ih primo luogo, i pacchetti dei registri 3 di ordine pari, possono venire trasferiti nella regione 5 ed opportunamente letti mentre, successivamente, si opera sui pacchetti presenti nei registri 3 di ordine dispari (interiacciamento)? A questo proposito, deve essere rilevato che ? possibile impiegare una struttura elettrodica presentante due "pettini" ad interdigitazione per il trasferimento delle informazioni dai canali paralleli 3 al registro seriale di uscita 5* Questa configurazione elettrodica che, per evidenti ragioni di chiarezza, non ? stata rappresentata nella figura 1 e che non forma parte dell* invenzione, ? stata descritta, fra 1 * altro, nel brevetto statunitense N. 3 ?967 ?254,

In conformit? all invenzione, il dispositivo comprende mezzi 30 disposti lungo il bordo della memoria, tali mezzi essendo utilizzati per il drenaggio delle correnti di dispersione e per provocare quindi un aumento del tempo di ritenzione? I mezzi 30 comprendono regioni superficiali definite nel corpo semiconduttore e che si estendono sostanzialmente soltanto in corrispondenza del bordo della sezione parallelo, tali regioni essendo situate ad una distanza dai canali CCD 3, immediatamente gius t apposti, il cui valore risulta pari, al massimo, alle distanze fra i canali 3 della sezione parallelo? Nella versione nella quale la distanza fra i canali CCD viene determinata dalle strisce affondate di ossido 8 presentanti una larghezza approssimativamente pari a 2 pm, le regioni superficiali 30 ed i canali CCD giustapposti, sono separati, fra di loro, dai percorsi affondati di ossido 32 pure presentanti, approssimativamente, una larghezza di 2 ^tm?

Le regioni 30 posono venire formate, se desiderato, da zone superficiali a conduttivit? di tipo n.

formanti una giunzione ?-n con il substrato 1 a conduttivit? di tipo ?. Per mezzo di una polarizzazione inversa di dette giunzioni ?-n, gli elettroni presenti in prossimit? delle zone 30, possono venire catturati ed eliminati, per drenaggio, prima che gli stessi possano raggiungere un sito di memorizzazione, vale a dire una cella di memoria nell?unit? di memoria? Poich? le regioni 30 sono situate al di sotto degli elettrodi di orologio 11, 12 e, almeno in un processo del tipo ad auto-allineamento, non possono venire formate, ad esempio, contemporaneamente ai diodi di ingresso ed ai diodi di uscita dei registri di ingresso e di uscita 4, 5, di tipo seriale, sarebbe necessaria l?adozione di<' >una fase separata di drogaggio per ottenere le varie regioni 30? Conseguentemente, per le regioni 30 vengono preferibilmente impiegati canali di trasporto delle cariche di dispositivi supplementari, o "fittizi" ad accoppiamento di cariche, estendentisi accanto ai canali 3 della sezione parallelo* Questi canali fittizi possono venire fabbricati simultaneamente ai rimanenti registri di trasporto delle cariche, per cui non ? pi? necessario, in questo caso, l'adozione di fasi supplementari del processo di fabbricazione? Le correnti di dispersione possono venire catturate dai canali fittizi e le ? tZ.

stesse possono venire trasportate sotto forma di pacchetti di cariche, verso una uscita 31 , con conseguente drenaggio delle stesse, in modo analogo a quanto si verifica per il trasporto delle cariche nei canali 3. Nella versione attualmente considerata, i canali 30 comprendono , individualmente , un contatto sepa^-rato di uscita 31 presentante un diodo di uscita associato, non rappresentato, al quale pu? venire applicata, durante il funzionamento , una tensione inversa* Tuttavia, se desiderato, i registri 30 potrebbero pure venire accoppiati al registro serie di uscita 5 , in modo analogo a quanto si verifica per i registri 3 * In questo caso, le correnti di di spersione possono venire allontanate come pacchetti di cariche, attraverso il registro 5 ed il contatto di uscita 7 ? Tuttavia, poich? ? spesso indesiderabile che si verifichino segnali non contenenti informazioni fra segnali contenenti informazioni, derivati dal registro seriale di uscita, ? normalmente raccomandabile ^impiego di canali 30 con una uscita 32 separata, come nella versione descritta*

Per ottenere un buon drenaggio , la larghezza dei canali 30 ? stata scelta di valore maggiore di quella dei canali 3? Uno specifico valore della larghezza dei canali 3 ? pari, ad esempio, a circa 5 ;um mentre per i canali 32 ? stata scelta una larghezza compresa, approssimativamente, fra 20 /um e 40 ^um.

Nella figura 5 sono state rappresentate le tensioni di tempificazione, o di orologio che vengono alimentate, durante il funzionamento, ad una memoria SPS , presentante la struttura descritta e caratterizzata da una larghezza corrispondente, a solo titolo di esempio illustrativo, a 8 linee e ad un sistema a dieci fasi, nella sezione parallelo?

Attraverso un contatto, non rappresentato nelle figure, una tensione continua pari a -2,5 V, viene alimentata al substrato 1? Le tensioni di tempifica-

1 2 1 3

zione o di orologio ^ ^ , 0TG, , 0p e cos? via, variano fra 0 e 5 V mentre i riferimenti

e rappresentano le tensioni che vengono alimentate alle linee di orologio 14, 15 ed agli elettrodi di ordine dispari e di ordine pari, rispettivamente, del registro seriale di ingresso 4? rappresentando la tensione alimentata attraverso la linea di alimentazione 29 degli elettrodi di trasferimento 1 2 3

11*, 12? mentre 0^ , 0p , 0<">? ????? rappresentano le tensioni di orologio che vengono alimentate allElettrodo della sezione parallelo?

In corrispondenza dei valori di tensione indicati, un segnale viene trasferito da un primo ad un elettrodo successivo, costituente il secondo elettrodo, quando una tensione di 5 V viene alimentata al secondo elettrodo? Quando il secondo elettrodo ritorna ad un livello di tensione di 0 volt, la carica al di sotto dello stesso rimane memorizzata, in corrispondenza della tensione di -2,5 volt, in corrispondenza del substrato e, conseguentemente, una zona di impoverimento, con una associata distribuzione di potenziale, viene indotta al di sotto degli elettrodi, anche in corrispondenza di una tensione di 0 volt in corrispondenza degli elettrodi?

Nell'istante to indicato nella figura 5, una linea di pacchetti di informazioni viene trasferita dall'elettrodo di trasferimento 11', 12' al primo stadio della sezione parallelo, per mezzo dell'impulso # <1 >? Simultaneamente, informazioni fresche vengono applicate al registro seriale di ingresso 4? In corrispondenza dell'istante t1, il registro seriale di ingresso 4 risulta pieno, il che significa che risulteranno occupati tutti i siti presentanti un numero dispari? Queste informazioni vengono applicate al di sotto dell'elettrodo 11', 12? per mezzo dell'impulso

TG

in corrispondenza dell'istante t1, tali informazioni rimanendo immagazzinate, o memorizzate, al di sotto dell'elettrodo 11', 12? durante l'intervallo di tem? po in cui il registro seriale di ingresso viene nuovamente riempito, sino all*istante t2 in cui risulteranno occupati tutti i siti di ordine pari nel registro seriale di ingresso. In corrispondenza dell' istante t2, queste informazioni vengono spostate nei siti ancora liberi al di sotto della porta di trasferimento 11?, 12', per mezzo dell'azione esercitata dall'impulso ^TG? in queste condizioni, ima nuova fila, o linea, risulta riempita al di sotto della porta 11', 12', in letteratura, questa procedura ? nota come "interiacciamento". Simultaneamente, la fila, o linea vuota, nel sistema multifase che segue l'elettrodo di trasferimento 11', 12', ? presente al di sotto della prima coppia elettrodica successiva 11, 12 la quale, d'ora innanzi, verr? considerata come prima coppia elettrodica; le file vuote sono pure presenti al di sotto dell'undicesima, della ventunesima, della ventiduesima coppia elettrodica collegate alla prima coppia elettrodica? Le file al di sotto delle altre coppie elettrodiche (dalla seconda alla decima) risultano piene, vale a dire tali file risultano riempite di informazioni.

In corrispondenza dell'istante t3, l'impulso di tensione fS (+ 5V) viene alimentato alla prima coppia elet?rodica (come pure all'undicesima, alla ventu? nesima, e cos? via) , nella sezione parallelo e, conseguentemente, la fila di pacchetti di informazione cil di sotto degli elettrodi di trasferimento 11 * , 12 ' , viene trasferita alla prima coppia elettrodica? Simultaneamente, le file cil di sotto della decima, ventesima, trentesima, e cosi via, coppia elettrodica vengono pure spostate di una posizione, in modo tale che le file vuote risultino ora presenti al di sotto della decima, ventesima, trentesima, e cos? via, coppia elettro dica?

In corrispondenza dell 'istante t4, la tensione 1 0

viene alimentata alla decima, ventesima, trentesima coppia elettrodica e, pertanto, le file piene al di sotto della nona, diciannovesima, ventinovesi? ma coppia elettrodica vengono spostate di una posizione. In questo modo, il posto vuoto viene spo stato verso l 'alto? Con una scelta appropriata della , frequenza nel sistema multifase, la fila al di sotto della prima coppia elettrodica, pu? venire nuovamente vuotata quando la fila al di sotto dell 'elettrodo di trasferimento 1 1 ' , 12 ? risulta nuovamente piena e, pertanto, l 'intero processo pu? venire ripetuto e le infoiroazioni possono venire registrate, nella memoria, fila per fila? Dall ' analisi della figura 5 pu? essere rilevato che le frequenze di orologio fs e fp del registro serie 4 e della sezione parallelo, rispettivamente, sono correlate fra di loro dalla seguente espressione: fp = ~ fs, in cui N rappresenta il numero di linee parallele 3e

Nei dispositivi del tipo descritto, le informazioni sono caratterizzate dalla presenza o dall*assenza di cariche elettriche nelle regioni di esaurimento, indotte localmente nel corpo semicondutto? ree Cernie precedentemente citato nella parte introduttiva della presente trattazione, questi pozzetti di potenziale, nelle regioni di esaurimento, vengono gradualmente riempiti per effetto della presenza delle correnti di dispersione? Dalle varie analisi che hanno condotto all<1>invenzione in oggetto, ? stato riscontrato che in corrispondenza delle noimali temperature operative, superiori a 40?C, la corrente di diffusione dei portatori di carica, generati nella massa elettricamente neutra del corpo semiconduttore risulta uguale, come valore, o anche supera la corrente di dispersione che viene generata nelle stesse regioni di esaurimento? Per spiegare gli effetti sui quali ? basata l'invenzione in oggetto, la figura 6 illustra il profilo della corrente di diffusione in una sezione diagrammatica di un dispositivo presentante tre canali identici, indicati dal numero di riferimento 3? Ad una notevole distanza dalla superficie 2t la corrente di diffusione generata per la maggior parte sul lato posteriore del corpo semiconduttore 1, si sposta sostanzialmente dalla superficie inferiore alla superficie superiore? Al di sotto dei canali 3, le linee di corrente convergono immediatamente nei canali 3* 'Tuttavia, al di sotto dello strato di ossido di campo 8? le linee di corrente 34 si piegano in una direzione laterale, verso il sito pi? vicino in cui pu? essere raccolta la carica? I portatori di carica al di sotto delle strisce di ossido 8b, molto strette, nel centro della sezione parallelo, devono distribuirsi uniformemente fra i canali 3 presenti da ambo i lati delie strisce 8, secondo quanto indicato, schematicamente, dalle frecce 35, 36. Lungo il bordo della memoria, i portatori di carica si sposteranno tutti verso il sito di memoria pi? prossimo, secondo quanto indicato dalla freccia 37? Poich? questo contributo viene fornito da una larga regione e poich? tutta la carica circ ola soltanto verso un sito, il contributo periferico della corrente di dispersione risulta comparativamente ?Levato? La figura 7 illustra, diagrammaticamente, il valore della densit? della corrente di dispersione, in funzione della distanza rispetto al bordo, per due celle, in corrispondenza del bordo (a e c) e per una cella, nel centro della matrice, le celle a e c sul lato sinistro e sul lato destro, rispettivamente, essendo adiacenti al bordo della matrice in cui si verifica una elevata densit? della corrente di dispersione. I picchi di corrente molto minori, che si riscontrano in corrispondenza del bordo della cella b e sui bordi interni delle celle a e b vengono provocati dal contributo laterale delle strisce di campo 8b di ossido di campo.

La densit? di corrente in corrispondenza delle facce terminale della memoria (accanto ai registri seriali di ingresso e di uscita, presenter?, approssimativamente, oppure lo stesso valore di quella che si riscontra in corrispondenza del bordo della sezione parallelo. Tuttavia, deve essere rilevato i che 1*influenza del contributo, attraverso il bordo della sezione parallelo risulta molto maggiore di quella del contributo attraverso le facce terminali della memoria. La componente per ultimo citata verr? catturata, per la maggior parte, dal registro seriale di ingresso 4 e dal registro seriale di uscita 5 e, a causa della frequenza di orologio serie, di valore comparativamente elevato, fornir? soltanto un piccolo contributo alla corrente di dispersione raccolta in tutti i pacchetti di cariche? La corrente di dispersione che circola nella memoria, attraverso il bordo della sezione parallelo, verr? principalmente catturata dai registri pi? esterni della sezione parallelo? I<? >segnali che vengono spostati attraverso la sezione parallelo, lungo i registri pi? esterni 3, verranno integrati da detta corrente di dispersione durante 1*intero tempo di trasporto nella sezione par* rallelo? Simultaneamente, la corrente di dispersione si distribuisce, attraverso le facce terminali, tra le altre file che devono venire registrate, in modo tale che la carica raccolta come risultato della corrente di dispersione, durante il trasporto nella sezione parallelo, risulti dominante?

La figura 8 illustra, a titolo indicativo, i segnali di uscita di 128 bit di informazioni che sono stati alimentati all'ingresso di una memoria SPS sperimentale, presentante la struttura precedentemente descritta, priva dei registri di scarico della dispersione 30? I 128 bit che sono stati trasportati verso il registro di uscita 5, attraverso i registri parallelo, di ordine pari o dispari consistevano, sostanzialmente, di informazioni a livello logico "0", salvo cinque "1 " indicati, nella figura 8, a titolo di riferimento. La temperatura ? risultata pari, all<1>incirca a 95?C? Dall'analisi della figura 8 pu? essere rilevato che i segnali trasportati lungo il bordo della sezione parallelo, risultano assod ati ad un corrente di dispersione molto maggiore di quella associata ai segnali trasportati attraverso i registri situati pi? all'interno? Con un tempo di ritardo di 10 millisecondi, la differenza fra le informazioni a livello logico "1 " e a livello logico "0", in corrispondenza del bordo, ? stata riscontrata di valore indesiderabilmente contenuto? La corrente di dispersione attraverso le facce terminali del registro, si distribuisce durante l'intervallo di tempo di 10 millisecondi, fra tutte le file del dispositivo SPS e, di conseguenza, la stessa non comporta sostanzialmente alcuna influenza? Impiegando, come nell'esempio descritto, i registri supplementari 30 accanto alla sezione parallelo, il livello della corrente di dispersione nei registri pi? esterni della sezione parallelo, pu? venire ridotto sino allo stesso livello, o sostanzialmente approssimativamente allo stesso livello che si riscontra nei registri centrali? La larghezza dei registri supplementari viene pre feribilmente scelta dell'ordine di 3-5 volte quella dei re gistri 3 poich?, come risulter? evidente dall'analisi della figura 8 ? possibile ricevere, in questo caso, sostanzialmente 1*intera corrente di diffusione laterale?

La corrente di dispersione nel centro della se-$ zione parallelo ? risultata dell'ordine di 10 -10 A/cm , ad una temperatura di circa 95?C? Questo significa che dopo un ritardo di tempo di 10 millisecondi, i siti di memorizzazione vengono riempiti con una carica approssimativamente pari al T0% della carica di fondo? Nel campo della elaborazione di informazioni digitali, questo livello risulta, normalmente, sufficientemente basso? Tuttavia, in assenza del canale fittizio 30, la corrente di dispersione forniva, all'incirca, il 50? della carica di fondo, 11 che rappresenta un valore troppo elevato per consentire una distinzione fra un livello "1 " ed un livello ?O".

I canali fittizi 30 sono presenti sostanzialmente soltanto accanto alla sezione parallelo? I registri seriale di ingresso e seriale di uscita 4 e 5, rispettivamente, non vengono quindi dotati di carnali fittizi e, pertanto, difficilmente viene aumentata la dissipazione globale? La dissipazione, per ogni cella, ? data da fCv<2>, in cui f rappresenta la frequenza dei segnali di orologio, C rappresenta la capacit? mentre V rappresenta il valore dell'escursione di tensione? Poich? in una memoria comprendente 1

N registri in parallelo, si verifica: ? = ? ?s m cui ?g rappresenta la frequenza del registro serie, l'aumento globale della dissipazione in una memoria presentante 256 colonne ed in corrispondenza della data larghezza dei canali fittizi, risulter? pari, al massimo/ a poche unit? per cento? Al contrario, quando ? necessario utilizzare canali fittizi accanto ai registri seriali 4, 5, la dissipazione globale, per effetto dell'impiego di elevate frequenze di orologio dei registri serie, risulta sostanzialmente duplicata?

In un certo numero di casi risulta vantaggioso provvedere allo sc?rico delle correnti di dispersione in corrispondenza delle facce terminali della memoria, ad esempio per scaricare la carica parassita generata dalla ionizzazione per urto nei circuiti periferici? Tuttavia, in questo caso, non ? necessario provvedere allo scarico in corrispondenza di una brevissima distanza (dell'ordine di pochi jwn) dai registri serie? La figura 1 illustra questo scarico 38 con linee tratteggiate, presente al di fuori della regione coperta dagli elettrodi di orologio ed illustra le rispettive connessioni nei confronti della sorgente e delle linee di convogliamento dei segnali di orologio 14, 15? Lo scarico 38 pu? consistere semplicemente di una zona superficiale a conduttivit? di tipo n, formante una giunzione ?-n con il substrato 1, detto scarico venendo polarizzato in senso inverso per mezzo della connessione 39? La zona 38 pu? essere formata accanto ai canali fittizi 30 oppure la stessa pu? venire realizzata sotto forma di un anello circondante la struttura SPS.

La figura 9 costituisce una vista diagrammatica in pianta di una versione modificata della struttura SPS precedentemente descritta con riferimento alla prima versione? La figura 9 illustra, in forma diagrammatica, il registro serie di ingresso 4, il registro serie di uscita 5, alcuni registri parallelo 3 con le strisce intermedie affondate di ossido 8? Inoltre, sono stati rappresentati alcuni fra gli e~ lettrodi di orologio, contraddistinti dai riferimenti 0 . 0 , 0 ?????, e cos? via, della sezione Jr Ir Ir

parallelo? Sul lato destro della sezione parallelo, analogamente a quanto si verifica nella versione precedentemente definita, viene formato un canale fittizio 30 il quale risulta separato dal registro pi? esterno 3 per mezzo di una striscia di ossido 32, presentante una larghezza di 2 ^un. Sul lato sinistro, il canale fittizio risulta diviso in due canali seconciari 30a e 30b? La larghezza delle strisce intermedie di ossido 32_a e 32Jb risulta pari, anche in questo caso, a circa 2 ^um. Il registro fittizio 30a, la cui larghezza corrisponde con quella del canale 30 presente sul lato destro della sezione parallelo, ricever?, anche in questo caso, la maggior parte della corrente di dispersione originantesi dal bordo, durante il funzionamento, tale corrente potendo venire allontanata attraverso il contatto di uscita 31a? Il registro fittizio 30b, pure presentante un contatto separato di uscita risulta percorso sostanzialmente dalla stessa corrente di dispersione dei registri 3? I segnali derivati dall'uscita 31b, possono venire utilizzati come riferimento, vale a dire come segnali a livello logico "O?, nella lettura dei segnali contenenti le informazioni, i quali vengono letti in corrispondenza dell'uscita 7 del registro serie di uscita? Ovviamente, il registro fittizio 30, sul lato destro della sezione parallelo, pu? pure venire suddiviso in questo modo?

Risulter? del tutto evidente che l'invenzione non ? limitata alle versioni precedentemente descritte per il fatto che sono possibili varie modifiche e varianti apportabili da parte degli esperti della tecnologia specifica, senza scostarsi dallo spirito e dallo scopo dell'invenzione. - - - -Ad esempio, i "tipi di conduttivit? nelle versioni Sdescritte, possono venire<' >inv?rtiti. Oltre che venire utilizzata per dispositivi con un trasporlo superiioiale, 1<1>ihveh-Iione in oggetto pu? venire vantaggiosamente impiegata in dipositivi GCB nei quali-il-trasporto <?>delle-cariche <?>avvieneill'interno-del corpo come si verifica, ad esempio^-nei-dis^-3iti-vi BCCD-e-in-dispositivi a trasferimento di cariche <'>dei<?-' >sosiddetto tipo- "bucket brigade"

-Anzich? impiegare-un -substrato Omogeneo<">,-a conduttivit? di tipo--?j?? possibile utilizzare-un-corpo -semicondttto-? re sotto forma di un? strato epitassiale,-un-substrato-pi? -fortemente -drogato (p4?),-in cui il live-l-lo-del-la-corrente-Li-dispersione -risulta gi? considerevolmente -ridotto-per-ef-'etto del maggior-livello-di?drogaggio-che-si -roscontra -nel? mbstrato.- - - - -_ _ RIVENDICAZIONI- -- - -_ Dispositivo .ad accoppiamento,di-cariche, sotto -for? a di una_me*pria_SPS, comprendente.un-sistema-di-registri - _ parallelo giustapposti formati _in-corrispondenza di_una-super-? _ _ficij9jii un corpo semiconduttore,comune e..formanti _una_matrioe di celle di memoria le quali,d*ora inna,zi, verranno?consi-_ tarate come sezione parallela, e ohe, in corrispondenza-_degli_ innesti, sono accoppiati si un registro seriale c?mune di in- . gresso per l'alimentazione delle informazioni,.mentre in. co3 rispondenza delle -uscite?sono -collegati? ad-un -registro serialeu comune di uscita, ?per? la lettura delle -informazioni , catatterizzato-dal-fatto? ohe_due -regioni-superficiali _per_ il. drenaggi^ dei portatori parassiti ii carica circolanti- dal la parte del corpo, semioonduttere ohe circonda la memoria, alla memoria _ oons iderata, vengono definite , nel corpo semiconduttore , lugo il bordo della memoria, dette regioni superficiali estendendo! soltanto lungo il bordo della sezione parallo e su entrambi J. lati della stessa, _ _ _ _

2. _ _ Dispositivo ad accoppiamento di cariche, secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che dette regioni sperfioi ali Jformano^ parte_di registri supplementari , e sber dentisi ai registri della sezione parallelo , nel corpo semiconduttore

3. Dispositivo ad accoppiamento di cariche secondo la rivendicazione 1 , carattzerizzato dal fatto che dette regioni superficiali della sezione parallela che si trova al massimo del valore approssimativamente identico della distanza fra i registri della eezione parallela,

4? - ? ? Dispositivo- ad- acceppiamento -di- -cariche-,- secondo ? la-ri vend-icaz?one -3 1 -carat-t eri z zabo dal fatto, .che-detti . registri addizionali hanno-contatti- separati di uscita? _ _ _ Dispositivo ad accoppiamento di cariche secondo la rivendicazione 3 oppure 4,? caratterizzato _dal fatto che 1.? ampiezza dei? registri -addizionali-, ? maggiore, di quella dei registri della sezione parallela

Claims (1)

1. 6. Dispositivo ad accoppiamento di cariche secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti t caratterizzato dal fatto che almeno un? dei registri di estremit? ha un?uscita separata per la derivazione di un segnale di riferimento.

   7. 9 Dispositivo ad accoppiamento di cariche secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti , caratterizzato dal fatto che nel corpo del se mi conduttive ulteriori regioni su? percici?li sono definite per il drenaggio di correnti di perdita, che ulteriori regioni sperficiali si estendono oltre e parallelamente ai registri seriali nel corpo del semiconduttore che ? pi? afcpio della distanza fra le prime regioni superficiali citate ed i registri di estremit? della sezione parallela.

   FEB TRADUZIONE CONFORME

   Uff?Cl? BREViiTL INC* C. OREGORJ