Brevet FR2110213A1 — publié le 19720602

La présente invention concerne un dispositif de stockage de charge à semi-conducteur. On accorde actuellement grand intérêt à tous les dispositifs à semi-conducteur qui emmagasinent et restituent l'-'infor-5 mation par des mécanismes simples et compacts. Par exemple, on fait actuellement des recherches pour développer des dispositifs réservoirs linéaires et à deux dimensions à état solide, pour rem> placer les dispositifs courants utilisant un faisceau électroni=-que comme organe de balayage. De façon typique, on a concentré 10 l'attention sur des moyens pour balayer un réseau de dispositifs à semi-conducteur (diodes ou transistors) qui sont photosensibles et servent de dispositifs de stockage. Afin d'adresser chaque organe du réseau, on a utilisé des générateurs de balayage, tels que des registres à décalage et des compteurs en anneau» qui 15 appliquent une impulsion à chaque organe d-une rangée ou dîune colonne en séquence. Dans un réseau à deux dimensions, des orga= nés de commutation sont usuellement prévus en sorte qucun organe particulier ne soit échantillonné que lorsqu!il reçoit simultanément une impulsion d5un générateur de balayage horizontal et 20 d'un générateur de balayage vertical. Ce système nécessitait un circuit dfadressage comprenant 2n bits pour xm réseau à nxn éléments (voir, par exemple, le brevet américain 3.465.293). Dans un réseau linéaire de n éléments, n bits sont nécessaires pour adresser le réseau. En utilisant un réseau à deux dimensions comme 25 tube vidéo normal, il faut probablement un minimum de 256 x 256 organes, et pour adapter un réseau linéaire à son utilisation dans des systèmes fec-simile à pouvoir de résolution élevé, on estime avoir besoin de 1600 organes linéaires. Il est par conséquent souhaitable de réduire le nombre de bits dans le circuit 30 d'adressage afin de produire un dispositif réservoir plus compact, plus * charge à semi-conducteur comprenant plusieurs éléments, caractérisé en ce que chaque élément a une région source, une région 35 drain, une première et une seconde électrode de commande montées entre la région source et la région drains au moins deux éléments ayant une seconde électrode de commande commune et chaque région drain étant commune à plusieurs régions source , et en ce qu:il comprend des connexions pour appliquer une polarisation inverse à la région drain et des connexions pour appliquer une polarisa 2 2110213 71 35639 tion aux électrodes de commande de chaque élément, de manière que l'application des polarisations simultanées aux électrodes de commande permette la lecture de ces éléments. Dans une forme de réalisation de l'invention, la ré-5 gion source stocke des porteurs de charges minoritaires qui se trouvent produits dans un substrat en proportion de l'irradiation de celui-ci par de la lumière incidente» Une des électrodes de commande est associée à plus d'une région source, ce qui permet de réaliser xin circuit d'adressage simplifié. Dans le dispo-10 sitif de lecture résultant, le nombre de bits requis pour balayer un réseau linéaire de n éléments est réduit à 2Vn tandis que pour balayer un réseau de nxn éléments, ce nombre est réduit à 4/n. Des formes de réalisation spécifiques du dispositif selon l'invention vont être décrites ci-après en se référant aux 15 dessins joints sur lesquels? - les figures 1 à 4 sont des vues schématiques en coupe transversale d'un transistor à effet de champ à double électrode de commande isolée, illustrant quatre états de fonctionnement; 20 - la figure 5 est une vue schématique en plan d'un dis positif réservoir linéaire; - la figure 6 est une vue schématique en plan d'un dispositif réservoir à deux dimensions., Les figures 1 à 4 illustrent l'aptitude du transistor 25 à effet de champ à double électrode de commande isolée à recevoir et à emmagasiner 1'information en réponse à de la lumière incidente symbolisée par les flèches 9» La figure 1 montre un substrat 10 en silicium de type n, dans lequel se trouvent diffusées une région 11, de type p, servant de source flottante, et 30 une région 12, de type p, servant de drain» Une couche d'oxyde 13 recouvre le substrat et les régions diffusées, et deux électrodes de commande 14 et 15 sont déposées sur la couche d'oxyde 13 dans un canal compris entre la source et le drain. Il faut remarquer que la structure peut également comprendre un substrat de type p 35 et des régions source et drain, de type n, les désignations indiquées sur les dessins n'étant données qu'à titre d'exemple. Le drain est polarisé en inverse par une source de tension 16 qui applique une tension VD à travers une résistance de charge 17, créant ainsi une région de déplétion 18 autour du drain. Au stade illustré par la figure 1, la source 11 est polarisée en inverse 71 35639 3 2110213 par le même potentiel que le drain 12,formant ainsi une région de déplétion 19. La lumière qui irradie le substrat produit des paires trou-électron dans le semi-conducteur ainsi qu5il est bien connu. Les trous diffusent vers la région de déplétion 19 5 et se trouvent stockés comme montré à la figure 2, ce qui provoque le rétrécissement de la région de déplétion entourant la région source. Au stade illustré par la figure 3, une impulsion négative VQ est appliquée aux électrodes de commande en sorte d'établir une région d'inversion 20 dans le canal en dessous de 10 l'oxyde 13, connectant ainsi électriquement les régions source 11 et drain 12. Les trous qui ont été stockés dans la source 11 se trouvent alors transférés vers le drain 12 et extraits sous forme d'un signal vidéo 50. Les trous stockés sont extraits de la région source 11 jusqu'à ce que celle-ci atteigne le même po-15 tentiel que le drain 12. Ainsi, une fois que toute 15information emmagasinée a été extraite, la source 11 se trouve de nouveau polarisée en inverse et la région de déplétion se trouve rétablie comme l'illustre la figure 4. Lorsque les électrodes de * commande ne sont plus polarisées, le dispositif reprend l'état 20 illustré par la figure 1 et le processus se trouve répété. Le point important à noter dans ce processus est que la charge stockée n'est extraite que lorsque les deux électrodes de commande sont excitées. Ces électrodes exécutent par conséquent une fonction logique ET qui peut être utilisée pour 25 simplifier le balayage du réseau. Il importe aussi de remarquer que des modifications peuvent être apportées à ce dispositif. Par exemple, la région source ne doit pas nécessairement être diffusée, mais elle peut consister en une structure métal-oxyde-semi-conducteur, dite 30 plus simplement structure MOS, qui forme une région de déplétion dans le substrat semi-conducteur. La région drain peut également être remplacée par une diode à couche d'arrêt de Schottky et les électrodes de commande peuvent être du type à jonction ou à couche d'arrêt de Schottky comme dans tan transistor à effet de 35 champ. L'information emmagasinée dans la source ne doit pas être dérivée de la lumière incidente. Par exemple, le dispositif illustré par les figures 1 à 4 peut être adapté pour servir d'organe de mémoire lorsque l'information est introduite par l'intermédiaire de la région drain si un commutateur est alimenté par 71 35639 it 2110213 la source de tension.» Un " 1 ■' peut être inscrit en déconnectant la source de tension et en excitant les deux électrodes de commande. D'une manière similaire, un "0 " se trouve inscrit lorsque la source de tension est connectée et lorsque les deux électrodes 5 de commande sont excitées. L'information est extraite de la même manière que dans le dispositif photosensible décrit plus haut» c'est-à-dire que la source de tension est connectée, polarisant le drain en inverse, et les deux électrodes de commande sont excitées. Un courant qui circule pendant la lecture indique un " 1 :l! 10 et 1•absence de courant pendant la lecture indique un 0 ". La figure 5 montre schématiquement comment peut être réalisé un dispositif réservoir linéaire. Ce montage particulier comprend une colonne de seize régions source 11, une colonne de premières électrodes de commande 14 associées aux sources, 15 une colonne de secondes électrodes de commande 15 associées chacune à quatre régions source, et une région drain 12 commune à tous les éléments. Le dispositif de la figure 5 utilise donc une colonne (ou une rangée) de seize transistors à effet de champ à électrode de commande isolée du type illustré sur les 20 figures 1 à 4. On n'a pas schématisé le substrat pour la clarté du dessin. Le drain est polarisé en inverse par un potentiel -Vjj fourni par la source 16. Le contact est établi avec le drain à travers un trou 21 formé dans l'oxyde. Le balayage de ce réseau est exécuté par deux registres à décalage 22 et 23» commandés 25 par les horloges 24 et 25, respectivement, bien que d'autres types de générateurs de balayage puissent évidemment être utilisés. Les horloges utilisées sont du type classique. Chaque première électrode de commande est connectée à tin des conducteurs de sortie X^-X^ du registre à décalage 22 par tin conducteur approprié 30 1~X/[/[. Chaque seconde électrode de commande est connectée à un conducteur de sortie du registre à décalage 23. La fonction de chaque registre à décalage est évidemment de fournir une impulsion séquentiellement à chacune de ses sorties. Chaque horloge produit une série d'impulsions négatives 35 -VG d'amplitude suffisante pour fonctionner selon la figure 3. Une impulsion est d'abord appliquée par le registre 23 au conducteur Y.j afin d'exciter la seconde électrode de commande 15 et par le registre 22 au conducteur X1 afin d'exciter les quatre électrodes de commande qui y sont connectées par les conducteurs ^, X12' X13 X14* Comme l'information emmagasinée dans la région 5 2110213 71 35639 source n'est transmise que lorsque les première et seconde électrodes de commande sont excitées » seule la charge stockée dans la région source supérieure se trouve transmise au drain et lue sous forme d'un signal 50. Comme indiqué sur la figure 5s la 5 fréquence des impulsions engendrées par l!horloge 25 est le auart de celle des impulsions de l'horloge 24. Cela permet à la seconde électrode de commande 15 de rester excitée jusqu3 à ce que soit excitée chacune des quatre premières électrodes de commande qui lui sont associées. 10 Une impulsion est ainsi appliquée au conducteur afin d'exciter les électrodes de commande connectées par les conducteurs Xg1» X22» Xgj et X2^> et comme la seconde électrode de commande 15 est toujours excitée, un signal se trouve lu dans la deuxième région source de la colonne. Cette fois encore, les 15 sources associées aux autres premières électrodes de commande excitées continuent à stocker leur charge puisque leurs secondes électrodes de commande restent non excitées. Lorsque des impulsions sont appliquées séquentiellement aux conducteurs Xj et X^s les troisième et quatrième régions source sont échantillonnées 20 d'une manière semblable. L'impulsion du registre 23 est alors décalée vers la sortie Y2 et le processus se répète pour échantillonner les quatre régions source suivantes dans la colonne et ainsi de suite jusqu'à ce que tous les éléments de la colonne aient été échantillonnés. De cette façon, toutes les régions 25 source de la colonne peuvent être adressées à leur tour un nombre quelconque de fois. L'extension de ce montage à de plus grands nombres d'éléments est parfaitement évident. Par exemple, on a utilisé 1600 sources pour ce dispositif, chaque seconde électrode de 30 commande étant associée à quarante éléments source (et quarante premières électrodes de commande) ne requérant que deux registres à décalage de quarante bits pour adresser le réseau. Cela constitue un perfectionnement appréciable sur les dispositifs connus qui requerraient un registre à décalage à 1600 étages 35 pour échantillonner un tel réseau. Un tel dispositif de lecture pourrait être utilisé pour explorer une page imprimée, ligne par ligne. En général, la présente forme de réalisation réduit alors le circuit d'adresse requis pour-un dispositif linéaire à n éléments de n bits à 2/n bits seulement. 6 2110213 71 35639 Le principe décrit pour réaliser un dispositif linéaire peut être étendu à un dispositif à deux dimensions. La figure 6 schématise un réseau comprenant 4x4 transistors à effet de champ à double électrode de commande isolée. Le générateur de balayage 5 de colonne comprend deux registres à décalage 30 et 31 avec deux «orties chacun, commandés par une horloge (non représentée). Les sorties YJj, Y£, Y^ et Y£ des registres à décalage sont connectées aux secondes électrodes de commande du réseau au moyen de transistors à effet de champ à une seule électrode de commande isolée 32, 10 33, 34 et 35. D'une façon similaire, le générateur de balayage de rangée comprend deux registres à décalage 36 et 37, avec deux sorties chacun, commandés par une horloge classique (non représentée). Les sorties de ces générateurs de balayage de rangée sont connectées aux premières électrodes de commande par l'intermédiaire de 15 transistors à effet de champ à une seule électrode de commande isolée 38, 39, 40 et 41. Dans ce réseau, chaque électrode de commande 14, 15 est associée à tous les éléments source 11 et à toutes les électrodes de commande 14 d'une colonne. Chaque première électrode de commande d'une rangée est connectée au générateur de 20 balayage de rangée par une seule connexion. Le drain 12 est commun à tous les éléments source d'une colonne. Une rangée de transistors à effet de champ à une seule électrode de commande isolée 42, 43, 44 et 45 peut être prévue à la borne de la région drain afin de minimiser la capacité de sortie. 25 En fonctionnement, les registres à décalage de balayage de colonne rendent conducteurs chacun dès transistors à effet de champ de colonne 32, 33, 34 et 35 en séquence en sorte telle qu' une impulsion soit appliquée aux secondes électrodes de commande de chaque colonne. Pendant que la seconde électrode de commande 30 d'une colonne particulière reçoit ainsi une impulsion, les registres à décalage de balayage de rangée rendent séquentiellement conducteurs les transistors à effet de champ de rangée 38, 39, 40 et 41 en sorte qu'une impulsion soit appliquée séquentiellement aux premières électrodes de commande de chaque rangée. Lorsque les deux 35 électrodes de commande des transistors à effet de champ à double électrode de commande isolée sont ainsi excitées, l'élément source se trouve échantillonné et le signal vidéo 50 est lu. En particulier, lorsqu'une impulsion est appliquée aux sorties YJj et Y^, le transistor 32 est rendu conducteur, permet 7 2110213 71 35639 tant ainsi à la seconde électrode de commande 15 dans la première colonne d'être excitée. En même temps, une impulsion se trouve appliquée aux sorties XJj et X^ afin de rendre conducteur, le transistor 38, excitant toutes les premières électrodes de comman-5 de 14 dans la première rangée. Comme seul l'élément source 11 situé dans la première rangée et dans la première colonne a ses deux électrodes de commande excitées, seule la charge stockée dans cet élément source se trouve transmise au drain 12 et y est lue. Pendant que perdure 1 ' impulsion à la sortie XJj, la sortie 10 du registre 37 apparaît sur X^ , ouvrant le transistor 39 et appliquant une impulsion aux premières électrodes de commande de la deuxième rangée. L'élément source situé dans la deuxième rangée et la première colonne se trouve ainsi échantillonné. Lorsque l'impulsion du registre 36 apparaît sur X£, la sortie 15 du registre 37 apparaît de nouveau sur X^, ouvrant ainsi le transistor 40 et échantillonnant le troisième élément source de la colonne 1. Le dernier élément source de la colonne est échantillonné lorsque l'impulsion du registre 37 apparaît de nouveau sur X^. Cette excitation séquentielle des premières électrodes 20 de commande se répète chaque fois qu'une seconde électrode de commande est excitée. L'échantillon intéresse ensuite la deuxième colonne lorsque la sortie du registre 31 apparaît sur Y£ tandis que subsiste l'impulsion sur YJj, ouvrant ainsi le transistor 33 et excitant les secondes électrodes de commande de la 25 deuxième colonne. Après que tous les éléments de cette colonne aient été échantillonnés, la sortie du registre 30 apparaît sur Y£ et la sortie du registre 31 apparaît de nouveau sur Y^, ouvrant ainsi le transistor 34 et excitant les secondes électrodes de commande de la troisième colonne. La quatrième colonne 30 est ensuite excitée lorsque la sortie du registre 31 apparaît sur Y£. L'échantillonnage de tous les éléments peut alors être répété par le même processus. Les principes du réseau qui vient d'être décrit peuvent être aisément appliqués à des réseaux plus complexes. Pour . 35 un réseau à -256x256 éléments tel que le requièrent des tubes de prise de vues, le circuit de balayage comprend quatre registres à décalage de seize bits chacun, alors que les dispositifs connus nécessitaient deux registres à cKcalage de 256 bits chacun. D'une façon générale un réseau à nxn éléments sêlon l'invention requiert des registres à décalage de h\Tn bits. 71 35639 8 2110213 Il faut remarquer que bien que l'on ait décrit le dispositif réservoir dans lequel chaque élément est balayé séquentiellement à l'aide de registres à décalage ou d'organes analogues, d'autres systèmes peuvent être réalisés, qui permettent 5 l'accès sélectif des éléments du réseau. Pour ce faire, on peut par exemple remplacer les organes de balayage sur la figure 3 (registres à décalage et transistors à effet de champ à une seule électrode de commande isolée) par des chaînes de décodeurs classiques qui estraient sélectivement l'information emmagasinée 10 dans un élément particulier du réseau. Ce type de dispositif pourrait être utilisé pour lire l'information dans une mémoire holographique. De plus, un tel dispositif peut être converti en un dispositif de mémoire à accès sélectif en suivant les indications données plus haut, c'est-à-dire en rendant l'information 15 accessible par l'intermédiaire de la région drain. La structure des électrodes dans tous ces systèmes reste la même. 9 2110213 71 35639 REVENDICATIONS. 1Dispositif de stockage de charge à semi-conducteur com prenant plusieurs éléments, caractérisé en ce que chaque élément a une région source, une région drain, une première et une secon-5 de électrode de commande montées entre la région source et la région drain, au moins deux éléments ayant une seconde électrode de commande commune et chaque région drain étant commune à plusieurs régions source, et en ce qu'il comprend des connexions pour appli quer une polarisation inverse à la région drain et des connexions 10 pour appliquer une polarisation aux électrodes de commande de cha que élément, de manière que l'application des polarisations simul tanées aux électrodes de commande permette la lecture de ces éléments. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce 15que les connexions pour appliquer la polarisation aux électrodes de commande comprennent un registre à décalage agencé en sorte d'appliquer cette polarisation séquentiellement. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux registres à décalage, le premier étant con- 20necté à la première électrode de commande, le second étant connecté à la seconde électrode de commande. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le premier registre à décalage comporte plusieurs sorties connectées chacune à plusieurs premières 25 électrodes de commande, et en ce que le second registre à décalage comporte plusieurs sorties connectées chacune à plusieurs secondes électrodes de commande. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les registres à décalage sont con- ^Onectés aux électrodes de commande par l'intermédiaire de transistors à effet de champ à électrode de commande isolée. 6.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les connexions pour appliquer la polarisation inverse à la région drain comprennent des moyens pour brancher et décon- 35necter la tension de polarisation pour que soit accessible l'information emmagasinée dans la région source. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les connexions pour appliquer la polarisation aux électrodes de commande comprennent deux montages de décodeurs, chacun étant connecté à une des électrodes de commande de chaque transistor.