Brevet FR2134027A1 — publié le 19721201

i 2134027 La présente invention concerne des arrangements de circuits comprenant un dispositif semi-conducteur à couplage par charge tel que le décrit un article de la revue "Bell System Technical Journal", avril 1970, pages 587 à 593, par ff.S.Boyle et G.E.Smith. 5 Le fonctionnement des dispositifs semi-conducteurs à couplage par charge à partir du circuit principal d'attaque repose sur le fait que la surface du semi-conducteur ne doit pas atteindre l'équilibre thermique. Les régions épuisées de surface qui se forment quand les électrodes de grilles de ces dispositifs sont polarisées ne doivent pas être remplies par des 10 porteurs minoritaires produits thermiquement. Donc, la génération thermique de porteurs constitue une limite au nombre d'étages de ces dispositifs semiconducteurs à couplage par charge. Un objet de l'invention est d'éviter cette limite due à la génération thermique. 15 Un autre objet de l'invention est de permettre la réalisation de divers circuits à fonctions différentes au moyen de dispositifs semi-conducteurs â couplage par charge. Suivant une caractéristique de 1'invention, il est prévu un arrangement de circuits comprenant un dispositif semi-conducteur â couplage 20 par charge et son circuit d'attaque principal relié aux électrodes de grilles du dispositif pour effectuer le transfert de charge entre les étages successifs du dispositif, dans lequel au moins une des électrodes de grilles du dispositif est de plus reliée à des moyens éliminant un transfert dans ledit étage. L'invention, sera mieux comprise à la lecture de la description qui 25 va suivre, donnée à titre d'exenqjle non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent : - la figure I, une partie d'un dispositif semi-conducteur à couplage par charge comportant plusieurs étages, son circuit d'attaque de base et un arrangement pour éviter les effets dus à la génération thermique 30 des porteurs ; - les figures 2 à 5, différents circuits à fonctions différentes que l'on peut réaliser avec un ou plusieurs dispositifs S couplage par charge. On se reportera â la figure 1 qui représente un corps semi-conducteur 1 comportant une région 2 de type P et une région 3 de type N. Des 35 électrodes de grilles voisines 5 sont séparées de la couche 3 par une couche isolante 4. Les électrodes 5A, 5D et 5G sont reliées à un premier conducteur 6A, les électrodes 5B, 5E et 5H à un second conducteur 6B et les électrodes 5C, 5F et 51 à un troisième conducteur 6C. 40 On va tout d'abord décrire le circuit d'attaque. Initialement, on 72 14201 2 2134027 applique une tension -V2 au conducteur 6A et une tension -VI (Jvif VT où VT est la tension de seuil de production d'inversion en état permanent. Dans ces conditions initiales, une région d'épuisement est formée sous les 5 électrodes 5A, 5D et 5G. On suppose maintenant qu'une charge positive soit placée sous les électrodes 5A et 5G. Une tension -V3 C[V3|>|V2|) est ensuite appliquée au conducteur 6B et les régions d'épuisement placées d'abord sous les électrodes 5A, 5D et 5G sont transférées sous les régions 5B, 5E et 5H, respectivement, et les charges passent de 5A à 5B et de 5G à 5H. 10 V3 est alors supprimée et remplacée par V2 sur le conducteur 6B et VI remplace V2 sur le conducteur 6A. Cela termine la séquence de transfert de charge d'un étage et on peut le répéter par la suite. Dans le fonctionnement du circuit d'attaque, tel qu'on l'a décrit ci-dessus, il faut accomplir le transfert à travers tous les étages du 15 dispositif de l'électrode génératrice à l'électrode collectrice par les électrodes de transfert dans un temps inférieur à celui d'établissement, de la charge d'équilibre par courant produit thermiquement. Pour éviter la limitation due à la génération thermique, on a périodiquement inclus dans le réseau des électrodes de grilles et du circuit 20 d'attaque des circuits détecteurs 7, que l'on peut voir associés l'un avec l'électrode 5C et l'autre avec l'électrode 51, et qui détectent chacun la présence de trous sous l'électrode associée en observant, par exemple, la capacité de la grille. Si 1» charge sous l'électrode de grille est inférieure â une quantité de seuil, au-dessus de laquelle l'étage du dispositif 25 emmagasinerait la charge transférée, mais au-dessous de laquelle on aurait une génération thermique de trous, donc à éviter, le circuit détecteur applique une impulsion positive à son électrode de grille et fait passer tous les trous sous l'électrode, 5C ou 51, dans le substrat où ils se recombinent ou sont collectés par la jonction auxiliaire entre les deux régions 2 et 3. 30 L'effet de l'arrangement est de remettre en forme carrée les paquets de charge qui descendent à travers la chaine du dispositif â couplage par charge en éliminant les porteurs indésirables produits thermiquement. Par exemple, un registre à décalage d'une longueur indéfinie peut ainsi être réalisé en y incluant périodiquement des éléments de mise en forme carrée, 35 le transfert de charge étant effectué entre les éléments de mise en forme successifs pendant le temps dû à la génération thermique. Les dispositifs semi-conducteurs à couplage par charge peuvent fournir une variété de fonctions utiles avec l'étage de sortie (électrode collectrice ou drain) relié en retour à un ou plusieurs étages de transfert 40 du dispositif (électrodes de grilles). Les dispositifs ont une mémoire et sont 72 14201 3 2134027 attaqués soit par des trains d'impulsions continus à l'entrée (électrode génératrice ou source) du dispositif ou par un signal d'entrée qui doit être traité par le dispositif. La figure 2 représente un circuit diviseur par trois. Un train 5 continu d'impulsions d'entrée à injection de porteurs minoritaires est appliqué à la source 8 et transféré le long des étages successifs du dispositif en fonction des variations de tension décrites ci-dessus et appliquées aux électrodes 5. Chaque étage de transfert 9 de ce dispositif est constitué par trois électrodes de grilles adjacentes car comme on le verra chaque impulsion 10 d'entrée pour le transfert d'un étage à l'autre ne peut exister que sous une seule des trois électrodes d'un étage 9. Quand une impulsion de sortie atteint l'électrode drain 10, le renvoi de cette impulsion vers les portes G1 et G2 dans le circuit d'attaque conduit, dans chaque électrode centrale du dernier et de l'avant-dernier étages, à une polarisation positive sur chaque électrode de 15 ces deux étages de transfert, ce qui entraîne la suppression des porteurs minoritaires pour éliminer les diodes dont chacune est formée par la partie sous-jacente de la jonction PN commune. En conséquence une seule parmi trois impulsions d'entrée est sortie du circuit. On verra qu'en général un circuit diviseur par n peut être réalisé en disposant la connexion de réaction entre 20 l'électrode de drain et les n-1 derniers étages du dispositif. Un autre circuit est représenté par la figure 3 ou la connexion de réaction passe par la porte G3 vers 1'antépénultième étage, ce qui permet d'obtenir des paires d'impulsions de sortie séparées par deux intervalles si on attaque avec un train d'impulsions d'entrée continu. 25 Les figures 4 et 5 représentent en plan des circuits plus compliqués d'étages de transfert 9 (dont chacun comprend trois électrodes adjacentes comme on l'a déjà vu) et dont certains comportent, â une distance approximativement égale à celle existant entre les électrodes de grilles de transfert, des électrodes EG de grilles de suppression sur la couche isolante (non 30 représentée) associées chacune I une diode ED de suppression (formée par la jonction entre une région planaire de type P dans la légion de type N du matériau semi-conducteur). Sur la figure 4, il y a une première connexion de réaction de l'électrode de sortie 10 à la grille de suppression EG1 adjacente à l'avant-35 dernier étage, les porteurs minoritaires de cet étage étant éliminés par une impulsion de réaction provenant de la sortie et capable d'appliquer une polarisation négative momentanée à la grille de suppression EG1 permettant aux trous de circuler et d'être collectés par la diode de suppression associée EDI. Il y a une seconde connexion de réaction de la diode EDI à la grille de 40 suppression EG2 voisine de l'étage précédent de même parité, où l'on effectue 72 14201 4 2134027 aussi l'élimination des porteurs minoritaires dé îa même manière. Une autre connexion de réaction peut être prise à partir de la diode ED2. Sur la figure 5, on a deux dispositifs semi-conducteurs à couplage par charge représentés par deux réseaux d'étages de transfert 9A et 9B avec, d'une part, une réaction inter-étage entre une électrode de sortie, un étage du même dispositif et un étage de l'autre (connexion entre 10A et la grille de suppression EG3, puis de la diode de suppression ED3 associée, vers la grille de suppression EG4 d'un étage de l'autre dispositif pour éliminer cet étage par la diode de suppression ED4) et, d'autre part, une réaction entre la sortie d'un dispositif et un étage de l'autre dispositif (de 10B à la grille de suppression EG5 pour éliminer cet étage par la diode Eùb). On peut aussi appliquer le circuit combiné de grilles et diodes de suppression des figures 4 et 5 aux circuits des figures 2 et 3. Il est bien évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. 72 14201 5 2134027 REVENDICATIONS 1. Arrangement de circuits comprenant un dispositif semi-conducteur à couplage par charge et son circuit d'attaque associe relie aux électrodes de grille dudit dispositif pour effectuer le transfert de charge entre les étages successifs dudit dispositif, caractérisé en ceqi'au moins une des 5 électrodes de grille d'un étage de transfert du dispositif est de plus reliée à des moyens d'élimination ou est associée avec de tels moyens pour éliminer un transfert dans ledit étage. 2. Arrangement de circuits suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens éliminant la charge comprennent un circuit détecteur 10 sensible à la présence d'une charge inférieure à une valeur de seuil donnée dans ledit étage du dispositif pour délivrer une impulsion d'élimination de charge vers une électrode de grille de l'étage de transfert. 3. Arrangement de circuits suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens éliminant la charge comprennent une connexion de 15 réaction de l'étage de sortie du dispositif pour appliquer une impulsion d'élimination de charge à une électrode de grille de l'étage de transfert. 4. Arrangement de circuits suivant la revendication £, caractérisé en ce que lesdits moyens éliminant la charge comprennent une connexion de réaction de l'étage de sortie du dispositif pour appliquer une impulsion 20 d'élimination de charge à une électrode de grille de suppression associée a une électrode de grille de l'étage de transfert. 5. Arrangement de circuits suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une connexion de réaction pour élimination de charge à partir dudit étage de transfert vers une électrode 25 de grille, ou de grille de suppression, d'un autre étage de transfert du même dispositif, ou vers une électrode de grille, ou grille de suppression, d'un étage de transfert d'un second dispositif semi-conducteur a couplage par charge, ou vers ladite électrode de grille des deux dispositifs.