Brevet FR2361748A1 — publié le 19780310

La présente invention concerne une structure d'entrée qui fournit des signaux complémentaires dans deux canaux d'un dispositif à transfert de charge (couramment désigné par l'abréviation CCD de l'appellation anglaise "Chargc-Coupled-Device") et plus particulièrement une telle structure qui peut entre utilisée pour mettre en outre un filtre transverse sans nécessiter la prévision d'un amplificateur opérationnel associé. Dans un article ayant pour titre : "Charge-Coupled Devices - A Mw Approach to MIS Device Structure", IEEE Spectrun, juillet 1971, po 18-27, W.S. Boyle et G.E Smith décrivent une nouvelle structure de traitement de l'information, le dispositif à transfert de charge (CCD). Ce dispositif mémorise une charge de porteurs minoritaires dans des puits de potentiel créés a la surface d'un seeiccnducteur et transporte cette charge le long de la surface par aSplication de potentiels de polarisation a des électrodes de coernnde de façon a déplacer des puits de potentiel. De nombreuses applications ont été proposées pour les CCD. Ils peuvent etre utilisés canne filtres transverses, comme cela est décrit dans un article de A. Ibrahim et al ayant pour titre: "Multiple Filter Characteristics Using a Single CCD Structure", International Conference on the Application of Charge-Coupled Devices, Octobre, pp 245249; ou corme filtres récursifs comte cela est décrit dans un article de D.A Sealer et M.F Tbmpsett intitulé : "A Dual Differential Analog CCD For Time-Shared Recursive Filters".Un inconvénient des structures antérieures de ce type est que, pour traiter des coefficients positifs et négatifs des signaux échantillonés, il est nécessaire de soustraire deux signaux de charge à chaque étage de retard. Ceci est également réalisé en utilisant un anplificateur différentiel. Toutefois, le succès de ce procédé nécessite l'intégration d'un amplificateur opérationnel de type MOST nétal- oxyde-silicium-transistor) sur la itfre pastille que le CCD, pour réduire le coût d'ensemble. La présente invention prévoit une structure d'entrée unique pour fournir des charges complémentaires à deux canaux CCD, ce qui permet la pondération et la sommation directe des signaux détectés sans exiger d'amplificateur différentiel. Ainsi, selon la présente invention, il est prévu une structure à entrées complémentaires pour un dispositif transfert de charge de plusieurs canaux oamprenant : un corps de stockage de charge, une couche diélectrique disposée sur le corps et une paire de canaux ayant chacun plusieurs électrodes disposées sur la couche diélectrigue pour commander le transfert seuentiel des charges mobiles le long du corps en réponse aux tensions d'horloge qui lui sont appliquées.La structure d'entrée prend une électrode d'entrée ccemune disposée sur la couche diélectrique de façon adjacente à la tète de chaque canal pour commander une charge d'amplitude fixe dans le corps à partir d'une source adjacente. En outre, la structure d'entrée comprend une électrode de commande à la tète de char que canal en juxtaposition avec l'électrode d'entrée osmmune et répondant individuellement a des signaux de commande sQparés pour transférer une partie choisie de la charge d'amplitude fixe vers un premier canal et le complément vers l'autre canal, d'où il résulte que la charge dans le deuxième canal est le ccupldment de celle du premier canal. Dans un mode de réalisation particulier, certaines sélectionnées des électrodes de chacun des deux canaux sont divisées selon la longueur du canal pour diriger des charges à transférer dessous selon des rapports présélectionnés. Des parties de chacune des électrodes divisées en provenance des deux canaux sont connectées en commun, d'où il résulte que la charge totale en-dessous des parties communes des électrodes divisées est fonction de 1 'anplitude individuelle des charges transférées le long des deux canaux et de la division relative de chacune des électrodes dans les deux canaux. Ces objets, caractéristigues et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposes en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les dessins joints dans lesguels la figure 1 est une vue en plan d'un dispositif a transfert de charge à double canal comprenant une structure d'entrée selon la présente invention; la figure 2 est une vue latérale de la structure de la figure 1; et la figure 3 représente des formes d'ondes typiques de diverses tensions d'horloges gui sont appliquées aux dispositifs des figures 1 et 2. La fabrication du dispositif à transfert de charge décrit ici utilise une technologie bien établie et connue dans le domaine des semiconducteurs. Il n'est donc pas nécessaire de la décrire en détail ici. Tbutefois, le brevet canadien n0 941.072 décrit un procédé pour construire un dispositif a transfert de charge à silicium polycristallin à deux niveaux qui constitue la structure de base du dispositif décrit ici. Egalement, il est clair que les figures sont données uniquement à titre d'exemple de la réalisation de la présente invention et ne correspondent pas à des dessins à l'échelle. Dans la description détaillée ci-après et dans les dessins joints, les références numériques fondamentales sont données a des éléments individuels du dispositif. Ouand il est nécessaire de distinguer entre des élements répétitifs d'une rangée, des caractères de références supplémentaires sont ajoutés aux chiffres de base. De façon générale, on se référera uniquement aux chiffres de base. Comme le montrent les figures 1 et 2, le dispositif å transfert de charge a deux phases comprend un corps de stockage de charge 10 en silicium de type p revêtu dtune couche isolante 11 de silice (SiO2) d'épaisseur variable. Une rangée d'électrodes allongées en silicium polycristalin alternativement supérieures (12 > et inférieures (13) disposées latéralement de façon d recouvrir les électrodes adjacentes ont été déposées sur la couche isolante 11. comme cela sera clair ciaprès, les électrodes inférieures 13 fonctionnent came électrodes de commande de stockage alors que les électrodes supérieures 12 fonctionnent omme portes de transfert de façon connue. Carme cela est représenté en figure 1, la couche isolante de silice 11 comprend des régions d'oxyde servant de porte 15 endessous desquelles les paquets de charge sont transférés dans des canaux de type n le long de la rangée sous la commande des tensions d'horloge appliquées aux plaques de champ 12 et 13. Ces régions d'oxyde de portes 15 comprennent des épaisseurs alternées de abouche isolante 11 a savoir d'environ 1100 Angströms en-dessous des électrodes de stockage 13 et 3000 Angströms dessous des électrodes de transfert 12. les parties plus paisses environnantes sont désignées comme des régions d'oxyde de champ 16.Ces dernières régions 16 sont sufisamment épaisses (environ 1,2 microns) pour que les parties du substrat semiconducteur 10 immédia- tement en-dessous d'elles ne s'inversent pas en réponse a l'application des tensions d'horloge sur les électrodes 12 et 13. En oansfiquenoe, les charges de porteurs minoritaires sont seulement portées le long du substrat 10 dans la région imdédiatement adjacente aux régions d'oxyde de portes 15. A la tête des canaux 15 se trouve une source diffusée du type ns de charges nubiles ou porteurs 20. Cette source est suivie d'une porte de transfert 12R et d'une électrode de stockage initiale 13R qui est commune aux deux canaux 15. Immédiatement après l'électrode de stockage commune 13R dans chaque canal 15A et 15B se trouve une électrode de commande 12A et 12V respectivement. Contrairement à l'équilibre des électrodes dans les canaux 15, ces électrodes 12R, 13R, 12A et 12V sont commandées par des horloges sarées, comme cela est décrit ci-après. En outre, on peut voir que chaque seconde électrode de stockage 13 est divisée selon la longueur du canal 15, les parties faisant face vers l'intérieur des électrodes divisées 13J, 13K, 13L et 13M étant interconnectées. Ces électrodes divisées fournissent le facteur de pondération pendant la détection non destructive de l'amplitude des charges analogiques transférées le long des canaux 15. En figures 1 et 2, les commandes d'horloges sont identifiées par les références #1, #2, #s, #s1, #s2 ayant les formes d'ondes désignées par des caractères de références corresndants en figure 3. En se référant maintenant aux trois figures, on peut voir qu'a l'instant tlt les commandes d'horloges 51 et Ms passent à haut niveau et qu'une charge mobile d'électrons est transférée de la source 20 vers la région sousjacente d l'électrode de stockage 13R à laquelle est appliquée une tension de référence fixe VRR. Cette tension de référence VRR est sélectionnée pour fournir une charge QRR sous l'électrode 13R d'amplitude présélectionnée qui agit comme source de charges virtuelles pour les deux canaux 15A et 15B. A l'instant t2, #s passe à bas niveau et #a1 à haut niveau. Ce signal #s1 est constitué de la somme d'une tension de polarisation continue VB et d'un signal alternatif VS provenant par exemple d'une ligne de transmission (non représentée). Puisque l'électrode 13A a déjà été commandée a haut niveau par l'horloge #1 à l'instant tl, le signal sous la commande de l'horloge #s1 transfère une partie présélectionnée de la charge QRS vers la région sous-jacente à l'électrode de stockage 13A. A l'instant t3, #s1 passe à bas niveau et #s2 à haut niveau. Ceci applique une tension suffisante à la porte de transfert 12V pour transférer le reste de la charge se trouvant en-dessous de l'électrode 13R dans la région sous-jacente à l'électrode de stockage 13V qui est également passée à haut niveau. Ainsi, la charge stockée en-dessous de l'électrode 13V, Q@@-Q@@ est le complément de la charge stockée endessous de 1' électrode 13A.A l'instant t4, l'horloge #2 passe à haut niveau, suivie de lthorloge 51 qui passe à bas niveau et ii transfère ou fait chuter la charge en-dessous des électrodes 13A et 13V ners la région sous-jacente aux électrodes divisées ou partagées 13B, 13J, 13L et 13W de façon connue. Puisque l'amplitude de la tension appliquée à chaque moitié des électrodes divisées est identique, la charge sera partagée entre elles deux en relation avec la longueur relative de chaque électrode. L'amplitude relative de la charge totale en-dessous des électrodes 13J, 13L, 13R et 13M peut être surveillée par un réseau de détection à porte flottante 16 utilisant une technique de détection non destructive telle que celle décrite dans l'article de A. lbrahim sus-mentionné. Dans une aEplication typique à un filtre transverse CCD un signal alternatif vs superposé à une tension de polarisation conest appliqué par l'intermédiaire de l'horloge #s1 à l'électrode de porte 12A pour transférer une partie présélectionnée QRS de la charge QRR précédemment stockée en-dessous de l'électrode de stackage 13R vers la région sous-jacente à l'électrode 13A.Le complexent ou le reste de cette charge, à savoir QRR-QRS, est alors transféré en-dessous de l'élec- trode de stockage 13V sous la commande de l'horloge #s2 Les charges sont alors concure:t transférées le long des canaux 15A et 15B sous la mande des horloges #1 et 52. Au niveau de chacune des électrodes partagées 13, les facteurs de pondération sont déterminés par les longueurs relatives. Par échantillonnages non destructifs répétés de la charge pondérée endessous des diverses électrodes de stockage partagées 13 et sommation de leurs sorties dans le réseau 16, un signal de sortie en provenance de l'électrode 17 peut etre obtenu, ce signal étant proportionnel à l'anpli- tude des charges transférées le long des canaux 15A et 15B et la pondé- ration relative étant déterminée par la division des électrodes partagées. Comme le complément de la charge transférée selon le canal ISA est transféré selon le canal 15B, les signaux détectés peuvent être sommés direc tement sans nécessiter la prévision d'un artplificateur différentiel. Cette technique entraine un décalage continu du niveau du signal détecté sur l'électrode 17 qui peut facilement être supprimé dans le réseau de sortie 16. Alors que le réseau de détection à porte flottante utilise des amplificateurs à semiconducteurs, ceux-ci peuvent facilement être construits en utilisant la technologie MOS (métal-oxyde-silicium) comme cela est le cas pour fabriquer les dispositifs à transfert de charge. On notera également que la structure complète peut être mise en oeuvre en utilisant une technologie de canal de type p sur un substrat de silicium de type n. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Dispositif à transfert de charge a double canal comprenant : - un corps de stockage de charge; - une couche diélectrique disposée sur le corps; - une paire de canaux comprenant chacun plusieurs elec- trodes disposées sur la couche diélectrique pour commander le transfert séquentiel des charges mobiles le long de ce corps en réponse à des tensions d 'horloge appliquées;; caractérise en ce qu'il comprend en outre - une électrode d'entre commune disposée sur la couche diélectrique de façon adjacente à la tete de chaque canal pour commander une charge d'amplitude fixe dans le corps à pertir d'une source adjacente; et - une électrode de commande à la tête de chaque canal en juxtaposition avec l'électrode d'entrée commune et répandant indivi- duellement à des signaux de commande séparés pour transférer une partie sélectionnée de la charge d'amplitude fixe vers un canal et le reste de la charge vers l'autre canal; d' od il résulte que la charge dans l'autre canal est le complément de celle du premier canal. 2. Dispositif à transfert de charge à double canal selon la revendication 1, caractérisé en ce que des électrodes sélection- nées dans chaque canal sont divisées selon la longueur du canal, pour diviser les charges transférées en-dessous d'elles selon des rapports présélectionnés, une partie de chacune des électrodes divisées entant connectée à l'autre; d'ou il résulte que la charge totale en-dessous des parties Dommunes des électrodes divisées est fonction de l'amplitude individuelle des charges transférées le long des deux canaux et de la division relative de chacune des électrodes dans les deux canaux. 3. Dispositif à transfert de charge à double canal selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens pour appliquer initialement une tension de référence d'aMplitude fixe à l'électrode d'entrée commune pour une charge d'amplitude fixe en-dessous d'une source adjacente; - des moyens pour appliquer ensuite un signal d'ampli- tude variable à l'électrode de commande du premier canal pour transférer une partie sélectionnée de la charge d'amplitude fixe enrdessous de cette électrode. - des moyens pour appliquer ensuite une tension d'ampli- tude fixe à l'électrode de commande de l'autre canal pour transférer le reste de la charge d'amplitude fixe en-dessous de cette électrode. 4. Dispositif à couplage de charge à double canal selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens pour produire une charge flottante sur les parties communes des électrodes divisées; et - des moyens pour surveiller le changement de tension dans la charge des parties communes des électrodes divisées quand les charges mobiles sont transférées en-dessous de celles-ci.