JPS633468B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は圧電物質を伝搬する超音波に伴う電界
により半導体表面近傍において電荷キヤリヤを転
送する電荷転送素子に関するものであり、詳しく
は電荷キヤリヤの蓄積部をさらに有する電荷転送
素子である。

従来、情報を転送するための素子（デバイス）
としては各種のものがある。たとえば磁気的特性
を利用したものには、平板上で磁気的極性の異な
つた部分を動かしていくいわゆる磁気バブルと呼
ばれるデバイス、穴あき磁心に蓄えられた磁性の
極性を順次変換していくデバイス等がある。

また電気的特性を利用したものにMOS電界効
果トランジスターとコンデンサーによる回路を集
積した形のいわゆるBBDと呼ばれるデバイス、
半導体表面上の絶縁酸化膜上に設けた一連の電極
に次々と電圧を印加することにより半導体表面近
傍のポテンシヤルを次々と変化させ、少数キヤリ
ヤを順次移動させていくいわゆるCCDと呼ばれ
るデバイスなどがある。このうちCCDは現在非
常に注目を集めているデバイスである。

しかしながらこれらのデバイスはいずれも下記
のごとき欠点を有している。たとえば磁気バブル
はアクセスタイムが長く約１ｍsecも要し、BBD
は転送における電荷キヤリヤの損失（以下転送損
失と称する）が大きい。またCCDは、一般に転
送電極の下のポテンシヤルは平担で傾きを持たな
いため電荷キヤリヤの一部は信号電荷自身の濃度
拡散で移動し、そのためこの拡散速度よりも転送
速度を高くすることはできないし、転送のための
一連の電極及びそれに順次電圧を印加するための
リード線が必要であり構造が複雑なため製造が困
難である。

また上記のデバイスとは異なり、圧電物質を伝
搬する超音波に伴う電場により半導体表面近傍に
おいて電荷キヤリアを転送するデバイス（以下
SAW−CTDと称する）もいくつか知られてい
る。しかしそれらはいずれも多くの欠点を有して
おり実用的ではない。たとえば米国特許第
3858232号明細書に開示されているごとく圧電物
質と半導体の間に一連の金属の電極を設けたデバ
イスは金属電極を設けた為に電極の下で表面波に
よつて生じた電位勾配がなくなりその結果転送速
度が電荷キヤリアの濃度拡散で制限され、従来の
CCDと同様な欠点を有するものになつている。
また同明細書には圧電体と半導体が直接接してい
るデバイスが開示されているが、そのデバイスは
半導体と圧電物質との間に電荷キヤリアの注入・
放出も生じさらに注入された電荷キヤリアが圧電
物質中のトラツプに入りこむことからＳ／Ｎの低
下とデバイスの電気的特性にヒステリシスが生じ
る欠点を有している。さらにこのデバイスの欠点
は電荷キヤリアを転送すべき道（以下、転送チヤ
ネルと称する）から電荷キヤリアをはずさないた
めの阻止領域（以下、チヤネル・ストツプと称す
る）が設けられていないことである。従つて、転
送時に電荷キヤリアの一部が転送チヤネルからは
ずれ転送損失が生じる原因となる。また転送チヤ
ネルの周辺にチヤネル・ストツプがないため転送
チヤネルを直線状にしか設計できないのでこのデ
バイスを遅延線として用いる場合にはデバイスが
長くなつてしまう欠点がある。また特公昭52−
36677号明細書に開示されているごとく圧電物質
と半導体との間に絶縁層を設けたものも考案され
ているが、このデバイスにもチヤネル・ストツプ
がないため転送損失が大きくて実用には適さな
い。またウルトラソニツク・シンポジウム・プロ
シーデイングス誌、IEEE Cat.＃76第201頁から
第204頁に記載してあるように半導体の上に絶縁
層を設け、その上に圧電物質層を設け、さらにそ
の上に電極を設けたデバイスも考案されている
が、これにもチヤネル・ストツプがないので転送
損失が大きく実用に適さない。またアプライド・
フイジツクス・レター誌、第29巻、第２号、第82
頁に記載されているごとく、圧電物質と半導体と
の間に空隙を設けたデバイスも知られているが、
このデバイスは空隙を有する為電気的特性が不安
定で、かつ変形し易く取り扱いが難しい欠点を有
している。

以上のごとく従来のCCDは転送損失を小さい
状態で転送周波数を上げることが実用上は不可能
であつたし、またSAW−CTDは転送損失が大き
かつたり特性が不安定であつたりして実用には適
さなかつた。さらにSAW−CTDでは電荷キヤリ
ヤの注入の際に注入ダイオードはあつても注入ゲ
ートが存在しないため注入時間と注入量を制御す
ることは困難であつた。

また上述のCCDなどにおいては、本質的に電
荷キヤリヤの転送が電極の配列とその電極間の電
位の移動によるものであるので上述の電位の移動
をしない場合には、電荷キヤリヤがある電極の下
に蓄積されている状態である。すなわち情報の蓄
積が可能なものである。しかるにSAW−CTDに
おいてはそのままでは転送が超音波に伴う電位の
波によるので、電荷キヤリヤの蓄積が不可能であ
る。

本発明の目的は蓄積部を有するSAW−CTDを
提供することである。従累のSAW−CTDにおい
ては蓄積部を有するものはまつたく考えられてい
なかつた。また本発明の目的は蓄積部を自由に設
計できるSAW−CTDを提供することである。し
たがつてたとえば撮像管として用いる場合には蓄
積部を細かくすることにより従来のCCDよりも
撮像管としての分解能を高くすることができる。
また本発明の目的はダイナミツクレンジの広い
SAW−CTDを提供することである。SAW−
CTDにおいては電荷キヤリヤは多数の電位の谷
に拘束して転送することができるのでダイナミツ
ク・レンジを広くとることができる。また本発明
の目的は情報の記録・読み出しができるSAW−
CTDを提供することである。

本発明は超音波を圧電体層に伝播させるための
超音波発生部と、電荷キヤリヤを該超音波に伴う
電位の谷にバンチングして半導体表面近傍の空乏
層中を転送するための転送チヤネルと、転送され
た該電荷キヤリヤの検出部を有するモノリシツク
型電荷転送素子において、該電荷キヤリヤを該転
送チヤネルからはずさないためのチヤネル・スト
ツプと、該転送チヤネル中にあるいは該転送チヤ
ネルに近接して電荷キヤリヤの蓄積部を有するこ
とを特徴とする電荷転送素子である。

本発明に用いられる半導体としては、たとえば
Si、Ge、ZnO、ZnS、CdS、Te、Se、ZnSe、
InSb、InAs、InP、GaP、GaAs、GaSb、Ga_1-x
Al_xAs、GaAs_1-x、InGaPがある。

なお上記物質に限る必要はなく半導体ならば原
則的に本発明に適用出来る。このうち好ましい半
導体としてはSi、Ge、GaAs、InAs、InSb、CdS
であり、更に好ましくはSiである。さらに二種以
上の半導体を組合せて使用しても良い。

また圧電体としては、たとえば、ZnO、AlN、
GaAs、GaP、GaSb、InAs、InP、InSb、Se、
Te、CdS、ZnS、PZT系セラミツク〔Pb（Sn_0.5
Sb_0.5）O₃−PbZrO₃−PbTiO₃等）γ−Bi₂O₃族化
合物（Bi₁₂GeO₂₀、Bi₁₂PbO₁₉、Bi₁₂SiO₂₀）
LiNbO₃、LiTaO₃、水晶がある。上記以外の物
質でも圧電体ならば原則的に本発明に適用出来
る。このうち好ましいものはZnO、CdS、AlNで
ある。また二種以上の圧電体を組合せて用いても
良い。

本発明の電荷転送素子はモノリシツク型である
ために半導体と圧電体とを積層する場合には、圧
電体物質が高絶縁性である場合には半導体上に直
接に圧電体層が真空蒸着、スパツタリング、イオ
ンプレーテイングその他各種の薄膜作成方法によ
つて積層されるものでもよいが、一般には、半導
体上に絶縁体層を形成し、その上に圧電体層が積
層されるものの方が好ましい。

このような絶縁体層を形成する物質としてはた
とえばSiO、SiO₂、Al₂O₃、Si₃N₄、TaN、
TiO₂、Ta₂O₅、AlN、ボロンガラス、リンガラ
ス、酸素過剰多結晶シリコンがある。なお上記物
質に限る必要はなく絶縁体ならば原則的に本発明
に用いることが出来る。好ましいものはSi₃N₄、
Al₂O₃、SiO₂であり、更に好ましいものはSiO₂で
ある。また二種以上の絶縁体を組合せて用いても
良い。圧電体を絶縁体上に作成する際さらに絶縁
体中にイオンが注入されたり表面準位が導入され
たりしないような絶縁体層を作成することが望ま
しい。

また半導体が圧電体を兼ねる場合には上述のよ
うな積層をする必要はない。そのような半導体と
しては、たとえばCdS、ZnO、ZnS、GaAs、
GaP、GaSb、InAs、InP、InSb、Se、Teのよう
な半導体を使うことができる。

半導体表面近傍の空乏層とは、たとえばｐ型半
導体の場合には正の電圧を印加するとｐ型半導体
の表面近くの正孔はこの正の電圧に反発されて、
表面からのバルクの方へ押しやられて正孔が殆ん
どない領域が存在するが、この領域をいう。また
ｐ型半導体の表面にｎ型半導体をうめ込んだ場合
においても基板であるｐ型半導体の表面近傍が上
記の状態になつていれば、ｎ型半導体からｐ型半
導体の正孔の殆んどない領域までをいう。ｎ型半
導体の場合には同様に電子が殆んどない領域をい
う。

このような空乏層の形成するにはたとえばｐ型
半導体の場合には正イオンを、ｎ型半導体の場合
には電子または陰イオンを、それぞれ半導体上に
設けた絶縁性の層中にイオン打込み等の方法によ
り存在させることによつて形成できる。また半導
体上の絶縁性の層を介して電圧を印加しても空乏
層を形成できるので、この場合は絶縁性の層の上
に電極となる導電体を設ければよい。そのような
導電体としては、たとえばAl、Au、Ag、Cr、
Ni、Pt、Moなどの金属が代表的であるが、それ
以外の金属や合金も本発明に適用できる。特に好
ましいのはIn₂O₃−SnO₂やポリ・シリコンなどの
導電体物質である。一般には半導体上に直接ある
いは間接に積層された圧電体層上にこの導電体層
を積層すればよいが、圧電体層の絶縁性が低い場
合にはその間に絶縁体層を介在させるのが好まし
い。その理由は導電体層から低絶縁性の圧電体層
に電子または正孔が注入されると半導体表面近傍
の電気特性が変化するからである。

超音波発生部としてはたとえば圧電体層上に
Al、Crなどの金属からなる櫛型電極を用いれば
よいが、その他公知の超音波発生方法による構成
を利用することができる。いずれにせよ圧電体層
に超音波を伝搬させるものであればよく、また超
音波発生部の数は２個以上であつてもよく、それ
らの位置も目的に応じて自由に決めることができ
る。また櫛型電極を用いる場合には櫛型電極に高
周波電圧を印加すれば超音波を発生させることが
できるが、第１６図ａに示すようにAl、Crなど
の金属からなるパツドを設けておくと超音波の発
生効率が高くなるので好ましい。また超音波とし
ては弾性表面波に限る必要はなく、擬似表面波、
境界波、バルク波などを用いてもよい。

転送チヤネルとは電荷キヤリヤを移動させるた
めの道であり、目的に応じて複数個あつてもよ
く、曲線であつてもよく、その巾は常に一定であ
る必要もない。さらに転送チヤネルは分割あるい
は合流するものでもよい。

チヤネル・ストツプを設ける方法としては、目
的とする転送チヤネルの周辺にたとえばｐ型半導
体の場合には、p⁺型半導体をｐ型半導体の表面
近傍に拡散させてもよく、ｐ型半導体上に設けた
絶縁性層をはさんで上に導体層を設け負の電圧を
印加してもよい。ｎ型半導体の場合にも同様な考
えによつてチヤネル・ストツプを設けることがで
きる。また半導体上の絶縁体層の厚さを転送チヤ
ネル上では薄く、転送チヤネルの周辺で厚くして
もよい。

また検出部とは半導体表面近傍において電荷キ
ヤリヤを検出できるものであればよく、たとえば
半導体としてｐ−Siを用いた場合にはn⁺−Siから
なるダイオードであればよい。しかしながらダイ
オードとAl、Auなどの金属などからなるゲート
を有する検出部が好ましい。この検出部は転送さ
れた電荷キヤリヤを検出するためのものであり、
いわゆるカレント・アウト・プツト法、FDA法、
FGA法、DFGA法など公知の検出方法に基ずく
構成を用いることができる。なお本発明の素子に
は必ずしも必要な構成ではないが、転送チヤネル
に電荷キヤリヤを注入する注入部を設けるとたと
えば遅延線素子として本発明の素子を用いること
ができる。このような注入部は本質的には検出部
と同じ機能を有するものであつてもよい。またい
わゆるDI法、DC法、PE法などの公知の注入方法
に基ずく構成を用いてもよい。これらの検出部あ
るいは注入部は転送チヤネルに接した位置にあれ
ばよい。たとえば転送チヤネルの横に位置するも
のは超音波を減衰させないこと、超音波の伝搬を
ガイドする構造を作り易いこと、検出される信号
にノズルが入りにくいなどの利点を有する。検出
部あるいは注入部は必要に応じて任意の位置に任
意の個数だけ設けることができる。また転送チヤ
ネルに光が照射されるとその半導体において電子
と正孔の対が生じ、このうちの少数キヤリヤは転
送されて検出されることによつて信号が検出され
る。この場合には注入部はなくても良い。

電荷キヤリヤの蓄積部とは、転送チヤネル中を
超音波に伴う電位の波が伝搬しても、その電位の
波に拘束されて転送されないように電荷キヤリヤ
を蓄積することができる領域をいう。この領域が
転送チヤネル中にあるときの一例は、転送チヤネ
ルを空乏化するための電位と上記の電位の波の電
位の和よりも深い（電荷がキヤリヤがより存在し
易い）電位を形成することのできる領域である。
このような領域は後に具体的に説明するが、空乏
化領域内で上述のごとく電位を深くするための電
極を設けて電圧を印加すればよい。また転送チヤ
ネル中にあるときの他の例は上記の電位の波より
も浅い（電荷キヤリヤが存在し難い）電位によつ
て電位の波の進行方向においてかこまれた領域で
あつて、この場合にはこの領域をはさんで別個の
電極を設けてその下の半導体表面近傍に蓄積させ
たい電荷キヤリヤが存在しにくい電位をつくるよ
うな電圧をその電極に印加すればよい。また蓄積
部が転送チヤネルに近接してあるときは、上述の
電位の和よりも深い電位を形成することのできる
領域であつてもよくあるいは転送チヤネルとの間
にゲートを介して接し、ゲートが閉じている場合
にはそこに蓄積した電荷キヤリヤを転送チヤネル
に拡散させないでおく領域であつてもよい。

また蓄積部は上述のように電荷キヤリヤを蓄積
することができる領域ばかりではなく、場合によ
つては光電変換部やゲートをも含めて表現するこ
とがある。

本発明によれば、蓄積部を有するSAW−CTD
を作製することができる。また本発明によれば分
解能の高い撮像管を作製することができる。また
本発明によればダイナミツク・レンジの広い
SAW−CTDを作製することができる。また本発
明によれば情報の記憶のための素子を作製するこ
とができる。

以下本発明を具体例によつて説明する。はじめ
に蓄積部が転送チヤネル中にあるものの例を説明
する。以下ほとんどｐ型半導体で電荷キヤリヤが
電子の場合の説明をするが、本発明はこれに限定
されるものではない。本発明はそれ以外にもたと
えばｎ型半導体で電荷キヤリヤが正孔の場合にも
適用することができる。その場合には本明細書中
でｐをｎにp⁺をn⁺に、電子を正孔に、ポテンシ
ヤルの極性を逆向きに読みかえればよい。

第１図ａは蓄積部が転送チヤネル中にある本発
明の電荷転送素子の転送チヤネルに沿つた断面図
であり、第１図ｂはその平面図であり、表面には
見えない部材も相対位置を明白にするために透視
図的に重ねて図示されている。図面において１０
は半導体、１１は絶縁体層、１２は電圧体層、１
３は絶縁体層、１４は導電体層、１５は櫛型電
極、１６はパツドである。導電体層１４は転送チ
ヤネル上にあつて半導体１０の図において上側の
表面近傍を空乏化するために電圧が印加される。

パツド１６は櫛型電極１５に高周波電圧を印加
した場合に圧電体層１２に超音波を有効に発生さ
せるものである。いま櫛型電極１５に高周波電圧
を印加すると転送チヤネルの方向である矢印１７
の向きにも超音波が伝搬し、それに伴つて電位の
波１８も矢印１７の向きに伝搬する。また１９は
注入ダイオード、２０は注入ゲート、２１は検出
ゲート、２２は検出ダイオード、２３はチヤネ
ル・ストツプである。チヤネル・ストツプ２３は
転送チヤネルの周囲をかこんで存在し、転送チヤ
ネルから電荷キヤリヤをはずさないためのもので
あり、半導体１０の中にあつてもよい。

ここで電荷キヤリヤが転送される例を説明す
る。導電層１４に電圧を印加して半導体１０の表
面近傍を空乏化しておき、櫛型電極１５に高周波
電圧を印加して電位の波１８を半導体１０の空乏
層を伝搬させると、空乏層に存在する少数キヤリ
ヤは電位の波１８の谷に拘束されて矢印１７の向
きに転送される。具体的には光で電荷キヤリヤを
発生させるかまたは注入ダイオード１９に電圧を
印加して電荷キヤリヤ２５を発生させ、注入ゲー
ト２０にも電圧を印加してゲートを開けると電荷
キヤリヤ２５は電位の波１８の谷に拘束されて転
送チヤネル中を転送される。こうして転送された
電荷キヤリヤ２５は検出ゲート２１に電圧を印加
して開け、検出ダイオード２２によつて検出され
る。

次に蓄積部について説明する。図面において一
連の電極２４は導電層１４とは接触せず各電極の
下の半導体１０の表面近傍に深い電位の領域（ポ
テンシヤル井戸）を形成するように個々に電圧が
印加できるものであり、蓄積部３０は電極２４に
よつて形成される深い電位の領域である。

第１図ｃおよびｄはこの一連の電極２４の下に
形成された蓄積部３０における電荷キヤリヤ２５
の蓄積および転送を電位の高さによつて説明する
ための図である。図面において横方向は第１図ａ
およびｂの蓄積部３０の位置に対応し、縦軸は電
位の高さを任意の目盛で示している。

第１図ｃは蓄積部３０のいくつかに電荷キヤリ
ヤ２５が蓄積されており、電位の波１８によつて
転送されない状態の様子を電位の高さによつて示
している。電荷キヤリヤ２５は蓄積部３０におい
て深い電位に拘束されているため浅い電位の波１
８にのることはできない。この場合一連の電極２
４に印加される電位の深さは空乏化のための電位
および電位の波１８の電位の和よりも深い。

このような蓄積部３０に拘束された電荷キヤリ
ヤ２５は注入ゲート２０から発生して蓄積部３０
に捕えられたものでもよいし、光によつて半導体
に発生させた電子でもよい。転送チヤネル中を運
ばれてきた電荷キヤリヤ２５を蓄積部３０に蓄積
するには、たとえば各蓄積部３０の電位を電位の
波の進行方向１７とは逆の向きに順次深くするな
どの手段によつて適宜実施することができる。

第１図ｄは蓄積部から電荷キヤリヤを順次転送
している段階を説明するための図である。電位の
波１８の伝搬する向き１７とは逆に向きに順次一
連の電極２４の電圧の印加を解除していき蓄積部
３０の各ポテンシヤル井戸の形成をなくしていく
と、蓄積部３０に拘束されていた電荷キヤリヤ２
５の電位の波１８の谷に拘束され、その結果搬送
される。この電圧の印加を順次適当な時間間隔で
解放すると、各蓄積部３０の位置に対応した時間
間隔で電荷キヤリヤ２５が転送され、検出ダイオ
ード２２によつて検出されるので、どの蓄積部に
電荷キヤリヤが存在していたかを知ることができ
る。また各蓄積部間の間隔が電位の波１８の波長
よりも大きい場合にはすべての蓄積部から同時に
電荷キヤリヤを電位の波にのせても、どの蓄積部
に電荷キヤリヤが存在していたか知ることができ
る。このように電位の波によつて電荷キヤリヤを
転送する場合には、各蓄積部の情報を一つの電位
の波（一波長分）にのみ拘束する必要がない。従
つていくつかの電位の谷にまたがつて電荷キヤリ
ヤを転送することができるので信号のダイナミツ
ク・レンジを大きくとることができる。またつみ
残しがないので転送損失を少なくすることができ
る。

次に蓄積部が転送チヤネル中にあるものの他の
例を説明する。第２図ａは蓄積部が転送チヤネル
中にある本発明の電荷転送素子の平面図である。
第１図ｂとの差異は電極の位置と大きさである。
第１図ｂの場合には電極２４の下が蓄積部３０で
あるが、第２図ａの場合には隣り合う電極２４′
の間の領域が蓄積部３０である。蓄積時および転
送時における電位の様子を第２図ｂおよびｃに示
す。電荷キヤリヤの移動に対して障害となる電位
を生じさせるように電極２４′に電圧を印加すれ
ばよい。

以上のような蓄積部が転送チヤネル中にある場
合の他の電荷移送素子の構造の例を転送チヤネル
域の断面図によつて説明する。以下の例において
電極２４は第１図の場合と同じ役割を果すもので
あつてもよく、第２図の場合の役割を果すもので
あつてもよい。第３図は電極２４が絶縁体層１３
の中に存在するものであり、圧電体層１２が比較
的低絶縁性である場合にはこの形態が好ましい。
そのような圧電体物質としては10¹⁰Ωcm以下の
CdSなどがある。第４図は圧電体層１２が高絶縁
性である場合に電極２４を絶縁層１１上に直接設
けたものであり、製造が簡単である。第５図は圧
電体層１２が高絶縁性である場合に電極２４を圧
電体層１２中に設けたものであり、第６図も圧電
体層１２が高絶縁性である場合の構造の例であ
る。これらの場合には絶縁体層を一層あるいは二
層除くことができる。この場合の圧電体物質とし
てはたとえばAlNなどがある。

第７図は半導体を２種組み合わせた例である。
たとえば半導体１０にｐ−Siを用いた場合に、そ
の表面にn⁺−Si10′を埋め込んだものである。こ
の構造は電荷キヤリヤの移動度が大きいことを転
送損失の少ないことが長所である。

第８図は絶縁体層１１あるいは圧電体層１２に
イオン打込みをして半導体１０の表面近傍を空乏
化させたものである。半導体１０にｐ型（ｎ型）
半導体を用いた場合には、絶縁体層１１あるいは
圧電体層１２の表面に正イオン（負イオン）を打
込めばよい。

第９図は半導体１０が圧電体物質であり、絶縁
体層にイオン打込みをおこなつて半導体１０の絶
縁体層１１側の表面を空乏化したものである。

次に蓄積部が転送チヤネルに近接してある例に
ついて説明する。以下の図面においても超音波発
生部や電荷キヤリヤの注入あるいは検出に関する
領域あるいはチヤネル・ストツプなどの図を省略
する場合がある。第１０図は蓄積部が転送チヤネ
ルに接してある場合の電荷転送チヤネルの構造と
蓄積および転送の状態を説明するための図であ
る。第１０図ａはその電荷転送素子の平面図、第
１０図ｂは同じく側面図、第１０ｃ図は同じく転
送チヤネルに直交する方向で切つた断面図であ
る。すなわちこの電荷転送素子においては、蓄積
部を形成するための電極２４が、転送チヤネルを
形成する圧電体層１２および導電体層１４の積層
体の横にある。蓄積部では転送チヤネル中で電荷
キヤリヤを拘束する電位の波の谷よりも深く電位
をかけることができる。第１０図ｄ，ｅおよびｆ
はそれぞれ蓄積部３０における電位の変化によつ
て電荷キヤリヤ２５が蓄積されている状態から転
送される状態までを電位の高さによつて示してい
る。また第１０図ｇのように蓄積部の上に圧電体
層が存在していてもよい。この場合には素子の製
造が容易であるが、蓄積部に照射される光は圧電
体層によつて吸収されるので、蓄積部は光に対し
ては感度が高くない。

第１０図ｄは蓄積状態を示すものであり、蓄積
部３０は転送チヤネル部３１の最深の電位よりも
深く、このため電荷キヤリヤ２５は蓄積部３０か
ら転送チヤネル部３１へ拡散によつて入り込むこ
とはなく、従つて転送されずに蓄積されている。
このように蓄積部３０に拘束されている電荷キヤ
リヤ２５は転送チヤネル部３１を転送されてきた
ものを電位の勾配と拡散によつて後述する記憶の
ための手段などによつて捕えたものでもよく、電
極２４の位置に設けた光電変換素子によつて発生
した電荷キヤリヤであつてもよい。このような光
電変換素子としては光を受けて電気信号を発生す
る各種の公知のものを使用することができるが、
特に好ましいものとしてはpn接合、シヨツトキ
ー接合、pin接合などがある。

第１０図ｅは蓄積部３０の電位を浅くしている
段階での電位の状態であり、電荷キヤリヤ２５は
拡散により転送チヤネル部３１へ入りはじめてい
る。第１０図ｆはさらに蓄積部の電位が浅くなつ
たためすべての電荷キヤリヤ２５が転送チヤネル
部３１へ入つた状態を示している。転送チヤネル
部３１へ入つた電荷キヤリヤ２５は、そこで電位
の波１８に拘束されて第１０図ｆの図面に垂直な
方向である電位の波１８の伝搬する向き１７へ転
送され図示されていない検出部によつて検出され
る。

第１１図は同じく他の電荷転送素子の構造とそ
の蓄積および転送の状態を説明するための図であ
る。第１１図ａはその平面図、第１１図ｂはその
転送チヤネルに直交する方向の断面図である。第
１０図の電荷転送素子との差異は蓄積ゲート３２
があることである。第１１図ｃは蓄積状態を示す
ものであり、蓄積部３０の電位は転送チヤネル中
の電位の波の電位よりも深くなくてもよい。第１
１図ｄは蓄積部３０から転送チヤネル部３１へ電
荷キヤリヤ２５が電位の勾配と拡散によつて移行
する状態を示している。蓄積ゲート３２の電位を
蓄積部３０の電位と転送チヤネル部３１の電位の
中間のある値に変化させることによつてこの移行
がおこなわれる。

この３種の電位の深さは、蓄積ゲート３２の電
位のみを変化させる場合だけでなくそれぞれを変
化させて相対的に前述のごとき関係になればよ
い。蓄積部３０における電荷キヤリヤの蓄積は、
たとえば蓄積部３０が光電変換部を有し、光が照
射されたときに発生する電荷キヤリヤを蓄積する
ものであつてもよい。

第１２図は同じく他の電荷転送素子の構造とそ
の蓄積および転送の状態を説明するための図であ
る。この構造の特徴は第１２図ａに示されるごと
く蓄積部３０よりも外側に光電変換部３３を設け
たことにある。第１２図ｂは光３４を受けて光電
変換部３３が電荷キヤリヤを発生し、その電荷キ
ヤリヤが電位勾配と拡散によつて蓄積部３０に蓄
積される様子を電位の関係によつて示したもので
ある。

第１２図ｃは蓄積ゲート３２の電位を深くする
とともに、蓄積部３０の電位を浅くし、電位勾配
および拡散によつて転送チヤネル部３１へ電荷キ
ヤリヤを移行させる状態を示すものである。この
電荷転送素子は光電変換部３３を特別に有してい
るので、その大きさ、位置を自由にとることによ
つて光量を大きくとることもできるし、電極など
を介して受光することがないので光電変換率を高
くすることができる。従つて電荷キヤリヤを多く
信号として用いることができる利点がある。

これらの蓄積部を転送チヤネル中にない電荷転
送素子においては、圧電体層１２を伝播する超音
波を散乱することが少ないので超音波発生部に与
える入力は少くなくてよい。また光電変換効率を
高くすることができるし、光電変換部の位置も転
送チヤネルに対して割合自由に設定できる。また
複数個の蓄積部から電荷キヤリヤを転送する場合
各蓄積部の蓄積ゲートを任意の順序に開くことが
できる。従つて任意の蓄積部の情報を任意の順序
で呼び出すことが可能である。

これらの電荷転送素子において蓄積および転送
の作用をさせるためには転送チヤネル部、蓄積
部、蓄積ゲート部、光電変換部などの電位の相対
関係を変化させ、電位勾配および拡散によつて電
荷キヤリヤを拘束状態から移行させるようにすれ
ばよい。その様な方法としては上述の方法以外に
多くの方法がある。

次に転送チヤネル部の外に蓄積部がある場合に
転送チヤネルから蓄積部へ転送チヤネル中を運ば
れてきた電荷キヤリヤを注入する方法の例を説明
する。第１３図ａは第１１図の電荷転送素子の構
造に、転送チヤネル中に電位の波に拘束されて転
送されてきた電荷キヤリヤを導き入れる如き電極
３４を設けたものである。この電極３４は第１図
ａ、第３図あるいは第４図のごとく位置（断面図
における）に設ければよい。しかしながら圧電体
層の性質によつては第５図以下のその他の構成を
利用することもできる。この電荷転送素子で蓄積
された電荷キヤリヤを転送する方法は第１１図ｃ
およびｄの説明と同じでありその場合には電極３
４には転送を阻止するための電圧が印加されてい
ない。（第１３図ｂ参照）一方蓄積部に電荷キヤ
リヤを注入する場合には、たとえば第１３図ｃに
示すように電極３４に電圧を印加して転送チヤネ
ル部３１中のその領域の電位を浅くして転送され
てきた電荷キヤリヤに対して壁となるようにする
ことである。この結果この電極３４の位置で転送
が止められた電荷キヤリヤは電位勾配および拡散
によつて蓄積部に移行する。このような電荷転送
素子では任意の電極３４の電圧を制御することに
よつて任意の蓄積部へ電荷キヤリヤを蓄積するこ
とができるし、任意の蓄積ゲートの電圧を制御す
ることによつて電荷キヤリヤを転送させて読み出
すことができる。また蓄積部に蓄積された電荷キ
ヤリヤをフローテイング・ゲートを利用して非破
壊読み出しを行つてもよい。すなわち記憶素子と
して用いることができる。また第１４図に示すよ
うに転送チヤネルに電極３５および３６を設け
て、それらの切換えなど制御することによつて各
蓄積部からの電荷キヤリヤを検出部３７および３
８に入力させることによつて各蓄積部からの信号
の情報処理を行うことができる。

本発明の電荷転送素子のその他の例を第１５図
に示す。第１５図ａはその断面図であり、図中の
２４″は連続した電極である。この電極２４″及び
導電体層１４に電圧が印加されると、第１５図ｂ
に示す電位の図のように電極２４″と半導体表面
との距離に応じて半導体表面近傍に高低のある電
位３９が形成される。この電位の深い部分を電位
の波１８の谷よりも深くなるように電圧を印加す
れば電位の波１８によつて転送されてきた電荷キ
ヤリヤを蓄積することもできる。また蓄積された
電荷キヤリヤは電極２４″への電圧を制御するこ
とによつて転送することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、蓄積部が転送チヤネル
中にある本発明の電荷転送素子の構造と蓄積およ
び転送を説明するための図。第３図から第９図
は、本発明の電荷転送素子のその他の構造図。第
１０図から第１４図は、蓄積部が転送チヤネルに
近接してある場合の本発明の電荷転送素子の構造
と、蓄積および転送を説明するための図。第１５
図は本発明の電荷転送素子のその他の構造と蓄積
および転送を説明するための図。 図面において、１０……半導体、１１，１３…
…絶縁体層、１２……圧電体層、１４……導電体
層、１５……櫛型電極、１７……超音波の進行方
向、１８，３９……電位の波、１９……注入ダイ
オード、２０……注入ゲート、２１……検出ゲー
ト、２２……検出ダイオード、２３……チヤネ
ル・ストツプ、２４，２４′，２４″……電極、２
５……電荷キヤリヤ、３０……蓄積部、３１……
転送チヤネル部、３２……蓄積ゲート、３３……
光電変換部、３４，３５，３６……電極、３７，
３８……蓄積部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超音波を圧電体層に伝播させるための超音波
   発生部と、電荷キヤリヤを該超音波に伴う電位の
   谷にバンチングして半導体表面近傍の空乏層中を
   転送するための転送チヤネルと、転送された該電
   荷キヤリヤの検出部を有するモノリシツク型電荷
   転送素子において、該電荷キヤリヤを該転送チヤ
   ネルからはずさないためのチヤネル・ストツプ
   と、該転送チヤネル中に電荷キヤリヤの蓄積部を
   有することを特徴とする電荷転送素子。