DE2200455B2 - Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung - Google Patents

Description

13. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach ίο Die Erfindung betrifft eine ladungsgekoppelte wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 12, da- Halbleiterschaltung mit einem Halblettersubstrat,
durch gekennzeichnet, daß die Mehrphasen-Span- Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltungen sind in nungsquelle eine Zweiphasen-Spannungsquelle ist einer Reihe von auf der International Solid State und daß jeder Bereich in jeder Reihe drei Elek- Circuits Conference im Februar 1971 überreichten troden (16, 18, 20) aufweist, wobei die erste oder 15 Arbeiten, von denen Zusammenfassungen auf S. 158ff. Mittel-Elektrode (16) von jedem Bereich auf dem der »Conference Proceedings« enthalten sind, be-Gleichspannungspegel gehalten wird und wobei die schrieben. Die Wirkungsweise solcher Schaltungen zweite Elektrode (18) von jedem Bereich ständig beruht darauf, daß Minoritätsladungsträger in an der die erste Phase der Zweiphasen-Spannungsquelle Oberfläche eines gemeinsamen Halbleitersubstrats zugeführt erhält, und wobei die dritte Elektrode 20 erzeugten Potentialwannen gefpeichert und durch (20) von jedem Bereich einer ausgewählten Zeile Anlegen von Spannungen läng:, dieser Oberfläche die zweite Phase der Zweiphasen-Spannurgsquelle transportiert, oder fortgeleitet werden.

zugeführt bekommt, und wobei die dritte Elektrode In der Literaturstelle »The Bell System Technical

(20) von jedem Bereich in jeder nicht ausgewählten Journal«, April 1970, S. 587 bis 593, ist weiterhin eine

Reihe von der Zweiphasen-Spannungsquelle ab- 25 ladunfesgekoppelte Halbleiterschaltung beschrieben

geschaltet wird. und angegeben, daß es mit einer derartigen Ein-

14. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach richtung auch möglich ist, ein Bild aufzunehmen, nämwenigstens einem der Ansprüche 10 bis 13, da- lieh dadurch, daß das von einem Bild auf die Anorddurch gekennzeichnet, daß die Mehrphasen-Span- nung auftreffende Licht im Halbleitersubstrat durch nungsquelle eine Zweiphasen-Spannungsquelle ist 30 Lichtanregung Minoritäts-Ladungsträger erzeugt, die und daß jeder Bereich in jeder Zeile zwei Elek- sieh in dem Potentialsenken unter den Elektroden einer troden-Einrichtungen enthält, wovon die erste derartigen Anordnung ansammeln, und deren Inten-Elektrodeneinrichtung (54, 58 in den F i g. 6 und 7) sität jeweils der auffallenden Lichtintensität entspricht, in jeder Zeile ständig eine Phase der Zweiphasen- Man kann diese der Lichtintensität entsprechenden Spannungsquelle zugeführt bekommt, und wobei 35 Ladungsansammlungen dann durch Anlegen geeigneter die zweite Elektrodeneinrichtung (60) von jedem Be- Spannungen an die Elektroden an den Rand verschiereich in der ausgewählten Zeile die zweite Phase der ben und die Information aus der Anordnung auslesen. Zweiphasen-Spannungsquelle zugeführt bekommt, Be· Verwendung dieser bekannten Anordnung zur und wobei die zweite Elektrodeneinrichtung (60) Lichtabfühlung treten jedoch große Schwierigkeiten für jeden Bereich in der nicht ausgewählten Zeile 40 auf: Eine Belichtung von oben, d. h. von der Seite des von der Zweiphasen-Spannungsquelle getrennt Substrates, auf der auch die Elektroden liegen, ist wird. nicht möglich, da dadurch zu wenig Licht auf das

15. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach Halbleitersubstrat auffallen würde, 30 daß keine oder wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch nur sehr wenig Ladungsträger erzeugt werden. Im gekennzeichnet, daß jede Elektrodeneinrichtung 45 Falle, daß man die ladungsgekoppelte Halbleiterein Paar miteinander in Verbindung stehender anordnung von unten, also von der den Elektroden Elektroden zur Erzeugung einer unsymmetrischen entgegengesetzten Seite belichtet, wäre es eine not-Potentialsenke im Substrat unter diesem Elektro- wendige Voraussetzung, daß das zu belichtende denpaar in Abhängigkeit vom Anlegen einer Halbleitersubstrat sehr dünn ist. Bei dicker Substrat-Spannuni' an dieses Elektrodenpaar aufweist. 50 schicht müßten die Ladungsträger durch das Substrat

16. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung mit iuf die gegenüberliegende Oberfläche des Substrates, einem Halbleiter-Substrat, dadurch gekennzeich- also zu den Elektroden hin wandern. Dabei treten net, daß jede der nebeneinanderliegenden Elek- aber erhebliche Verluste an Ladungsträgern auf. trodenanordnungen, die eine Reihe bilden, aus Darüber hinaus müßten auch Verluste bezüglich der einem Elektrodenpaar besteht, dessen eine Elek- 55 Auflösung bei einer Anordnung mit dicker Substrattrode aus einem Halbleitermaterial und dessen schicht in Kauf genommen werden, weil die Ladungsandere Elektrode aus einem Metall besteht, das träger auf Grund des relativ langen Weges zu Elektrodie Halbleiterelektrode desselben Paares und die den hinwandern, die flicht genau gegenüber der Halbleiterelektrode der nächst benachbarten Elek- Erzeugungsstelle dieser Ladungsträger liegt. Anderertrodenanordnung überlappt, wobei die Halbleiter- 60 seits ist es jedoch mit großen Nachteilen verbünden, elektrode jeweils mit der Metallelektrode des die Substratschicht sehr dünn zu machen, weil sie betreffenden Paares direkt verbunden ist, daß jede dann mechanisch sehr schwach wird und leicht bezweite Elektrodenanordnung mit der einen und die schädigt und zerstört werden kann. Auch die Herübrigen Elektrodenanordnungen mit der anderen stellung sehr dünner Schichten ist weniger einfach, Phase einer zweiphasigen Schiebespannung beauf- 65 also zeitraubender und kostspieliger.

schlagt werden und daß die Halbleiterelektrode Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine

jeweils mindestens doppelt so weit wie die andere ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung zu schaffen,

Elektrode des betreffenden Paares vom Substrat bei der die genannten Nachteile reduziert oder ver-

mieden werden. Erfindungsgemäß wird dies bei der und Spalten angeordnete Matrix aus Ladungsspeichereingangs erwähnten Anordnung dadurch erreicht, elektroden vorzusehen, die mit dem Substrat kapazitiv daß eine Isolierschicht auf dem Halbleitersubstrat und gekoppelt sind, aus dem Stand der Technik bekannt eine Anzahl von strahlungsempfindlichen Bereichen ist.

auf der Isolierschicht vorhanden ist und jeder dieser 5 Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen AusBereiche eine für die Strahlung verhältnismäßig führung ist eine ladungsgekoppelte Halbleiteranordtransparente Polysilizium-Elektrode und wenigstens nung mit einem Halbleitersubstrat dadurch gekenneirtö zweite Elektrode aufweist, die in einem Abstand zeichnet, daß jede der nebeneinanderliegenden Elekvon der Polysilizium-Elektrode angebracht ist und trodenanordnungen, die eine Reihe bilden, aus einem einen Rand derselben etwas überlappt, wobei ein Teil io Elektrodenpaar besteht, dessen eine Elektrode aus der Polysilizium-Elektrodenobernache zur Strahlungs- einem Halbleitermaterial und dessen andere Elektrode aufnahme frei bleibt, und daß das Strahlungsbild aus einem Metall besteht, das die Halbleiterelektrode durch die Polysilizium-Elektroden hindurch auf das desselben Paares und die Halbleiterelektrode der Substrat gebracht wird, wodurch Ladungsträger im nächst benachbarten Elektrodenanordnung überlappt, Substrat erzeugt werden. »5 wobei die Halbleiterelektrode jeweils mit der Mstall-Dazu sei bemerkt, daß das Merkmal eine Isolier- elektrode des betreffenden Paares direkt v.v bun ien ist, schicht auf dem Halbleitersubstrat und eine Anzahl daß jede zweite Elektrodenanordnung mit der einen von strahlungsempfindlichen Bereichen auf der Isolier- und die übrigen Elektrodenanordnungen mit der schicht vorzusehen, aus dem Stand der Technik anderen Phase einer zweiphasigen Schiebespannung bekannt ist. *° beaufschlagt werden; und daß die Halbleiterelektrode Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin- geweils mindestens doppelt so weit wie die andere dung ist eine ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung Elektrode des betreffenden Paares vom Substrat beabmit einem Halbleitersubstrat dadurch gekennzeichnet, standet ist und eine erheblich größere gegen das daßeine Reihe von kapazitiv mit dem Halbleitersubstrat Substrat gewandte Fläche hat als der am dichtesten beim gekoppelten Ladungsspeicher-Elektroden aufeinander- 25 Substrat befindliche Teil der Metallelektrode,
folgende Gruppen aufweist, wobei jede dieser Gruppen Die erfindungsgemäße ladungsgekoppelte HaIbwenigstens drei Elektroden aufweist, wovon die dritte leiterschaltung ist nachstehend in ihrer Anwendung Elektrode jeder Gruppe zwischen der ersten Elektrode als Bildfühl- oder Bildspeichsranordnung sowie als dieser Gruppe und der zweiten Elektrode der nächsten Schieberegisteranordnung erläutert. Ein besonderes Gruppe liegt, und daß eine Schaltungsanordnung 30 Merkmal der Schaltung besteht in der Art und Weise, vorgesehen ist, um die erste Elektrode jeder Gruppe wie die Ladungen fortgeleitet werden. Und zwar werden auf einem ersten Spannungspegel K₀ zu halten, der bestimmte der Elektroden ständig auf einem gegebenen ausreicht, daß sich in dem Substrat unter jeder ersten Gleichspannungswert gehalten, während andere der Elektrode eine Ladungsträger-Ladung ansammelt, Elektroden durch zwei Spannungsphisen angesteuert daß eine Schaltungseinrichtung vorgesehen ist, um 35 werden. Durch diese Betriebsweise kann eine hohe jeder zweiten Elektrode von jeder Gruppe eine Packungsdichte erhalten werden und ist die Ver-Spannung Φ, anzulegen, die zwischen einem Span- wendung von Substraten mit entweder hohem oder nungswert K₁ und K₂ wechselt, wobei K, < V₀ und niedrigem spezifischen Widerstand möglich.
K₂ ^ V₀ ist, und daß Schaltungseinrichtungen vor- Die Erfindung wird nachstehend an Hand der handen sind, um jeder dritten Elektrode von jeder 40 Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigt
Gruppe eine Spannung <P_t anzulegen, die zwischen F i g. 1 das Schema einer Bildfühlanordnung gemäß den Spannungswerten K₀₁ und V_n wechselt, und die einer Ausführungsform der Erfindung,
bezüglich der Spannung Φ, außer Phase ist, wobei F i g. 2 eine Draufsicht eines Teils einer Anordnung K₀₁ < V₀ und K₀₂ > K₀ ist. nach Fig. 1,

Hierzu sei bemerkt, daß das Merkmal, die in einer 45 F i g. 3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie

Reihe liegenden L^adungsspeicherelektroden mit dem 3-3 in Fig. 2,

Halbleitersubstrat kapazitiv zu koppeln, bekannt ist. F i g. 4 ein Diagramm, das im Betrieb der Schaltung

Gemäß einer weiteten Ausführungsform der Er- nach F i g. 1 bis 3 verwendete Signalverläufe wieder-

rnidung fet eine ladungsgeköppelte Hatbleiteranord- gibt,

nung mit einem Halbleitersubstrat erfindungsgemäß 5° F i g. 5 eine Darstellung der bei Beaufschlagung mit

dadurch gekennzeichnet, daß eine in Reihe und dem Signalverläufen nach F i g. 4 erzeugten Poten-

Spalten angeordnete Matrix aus Ladungsspeicher- tialwannen,

elektroden, die mit dem Substrat kapazitiv gekoppelt F i g. 6 eine Draufsicht eines Teils einer zweiphasig sind und eine Einrichtung zum Auswählen einer betriebenen Lichtfühlanordnung gemäß einer Ausbestimmten Reihe für das Auslesen vorgesehen ist, 55 föhrungsform der Erfindung,

wobei ein Schaltungsteil vorhanden ist, um aHe Phasen F i g. 7 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 7-7

einer Mehrphasen-Spannungsquelle mit den Elektro- in F i g. 6,

den in der ausgewählten Reihe zu verbinden, damit die F i g. 8 ein Diagramm, das im Betrieb der Schaltung

in der ausgewählten Reihe vorhandene Ladung an nach F i g. 6 und 7 verwendete Signalverläufe wied:r-

eine Ausgangsklemme am Ende dieser Reie ver- 60 gibt,

Schoben wird, wo die nacheinander eintreffenden F i g. 9 eine schematische Darstellung der bei Be-

Ladungen dann abgegriffen werden und daß Schal- aufschlagung mit den Signalverläufen nach F i g. 8

targ .teile vorgesehen sind, am allen nicht ausgewählten entstehenden Potentialwannen,

Reihen wenigstens eine, jedoch weniger als alle Phasen Fig. 10 eine Draufsicht eines Teils einir ladunes-

der Mehrphasen-Spannung anzulegen, damit die in 65 gekoppelten Schieberegisteranordnung gemäß einsr

den nicht ausgewählten Zeilen angesammelten La- weiteren Ausführungsform der Erfindung,

dingen in diesen Teilen gespeichert bleiben. Fig. 11 einen Schnitt entlang der Schnittlinie 11-11

Dazu sei bemerkt, daß das Merkmal eine in Reihen in Fig. iO,

F i g. 12 ein Diagramm, das im Betrieb der Schaltung nach F i g. 10 und 11 verwendete Signalverläufe wiedergibt,

F i g. 13 eine scViematische Darstellung der bei Beaufsett/agung mit den Signalverläufen nach F i g. 12 entstehenden Potentialwannen und

F i g. 14 eine Querschnittsdarstellung einer anderen Ausführungsform des Elektrodenaufbaus der erfindungsgemäßen Schaltung.

F i g. 1 zeigt schematisch eine ladungsgekoppelte Lichtfühlanordnung oder Bildspeicheranordnung gemaß einer Ausführungsform der Erfindung. F i g. 2 und 3 zeigen in etwas realistischerer Darstellung den Aufbau der Anordnung. Die Anordnung enthält ein gemeinsames Substrat 10 aus z.B. η-leitendem Silicium, dargestellt durch die gestrichelte Linie bei 10 in F i g. 1. Auf dem Substrat 10 befindet sich eine lolierschicht aus z. B. Siüciumdioxd. In bestimmten Gebieten, beispielsweise bei 12, 14 usw., ist das Siliciumdioxyd verhältnismäßig dünn, in der Größenordnung von 1000 A, während in den Gebieten zwischen diesen dünnen Oxydkanälen das Siliciumdioxyd verhältnismäßig dick, in der Größenordnung von 10 000 Ä oder mehr, ist.

Auf der Isolierschicht befinden sich eine Anzahl von r'olysiliciumelektroden 16a, 16/) usw. In den dünnen Kanaloxydgebieten befinden sich diese Elektroden verhältnismäß dicht beim Substrat, in einer Entfernung von etwa 1000 A, während sie in den dicken Kanaloxydgebieten verhältnismäßig weit, 10 000 A oder mehr, vom Substrat entfernt sind. Die Polysiliciumelcktroden verlaufen parallel zueinander und sind sämtlich an eine gemeinsame Gleichspannung F₀, beispielsweise —10 Volt, angeschlossen. Sie sind mit einer Isolierschicht aus Siliciumdioxyd mit einer Dicke von etwa 1000 bis 4000 A bedeckt.

Auf der Isolierschicht in jedem dünnen Kanaloxydgebiet befinden sich ferner Gruppen von ineinandergreifenden Aluminiumelektrode^. Diese F.lektroden sind im einzelnen in F i g. 2 und 3 gezeigt, dagegen in F i g. 1 nur schematisch angedeutet. Für das erste dünne Kanaloxydgebiet 12 ist eine solche Elektrodengruppe mit 18a, 18/) usw. und die andere F.lektroden gruppe mit 20(7,20/» usw. bezeichnet. Eine Aluminiumelektrode wie 18a überlappt die Polysiliciumelektrode 16a, eine Aluminiumelektrode wie 206 überlappt die Mysiliciumelektfode 16h usw., wie in F i g. 2 und 3 geteigt. Die letzte Aluminiumelektrode 20a überlappt die Polysiliciumelektrode 16o und ein Ladungssamrnel- oder »Abfluß«-Gebiet 22. Bei diesem handelt es sich um ein ρ (--Siliciumgebiet. das im n-Siliciumsubstrat liegt und durch Eindiffundieren von p-Dotierstoffen durch eine Maske in das Substrat gebildet ist. Der Aufbau des Abflußgebietes 22 ist in F i g. 2 und 3 g_ezejgt

Die verschiedenen Abflußgebiete 22. 22a ... 22r sind über eine gemeinsame Ausgangsleitung 24 und einen Stromfühiwtderstand 26 an eine negative Spannungsquelle V. mit einer Spannung von z. B. -20 Volt angeschlossen Der positive Pol dieser Spannungsquelle kann an das Substrat angeschlossen sein. Ober den Stromfühlwiderstand 26 ist ein Leseverstärker 28 geschaltet, der eine Ausgangsspannung erzeugt, die die von einem Abfluß wie 22 aufgenommene Ladung anzeigt, wie noch erläutert wird.

Ein Elektrodensalz für jede Zeile der Lichtfühlanordnung wird durch die erste Phase Φ, einer zweiphasigen Spannung angesteuert. Beispielsweise werden die Elektroden 18 der ersten Zeile durch die Spannungi», angesteuert. Jeder zweite Elektrodensatz wie 20 ist an die Quellenelektrode jeweils eines anderen MOS-Transistors als Übertragungsgatler angeschlossen. So sind die Elektroden 20 der ersten Zeile an die Quellenelektrode des MOS-Transistors 30a, die entsprechenden Elektroden der zweiten Zeile an die Quellenelektrode des MOS-Transistors 306 angeschlossen und so fort. Die MOS-Transistoren 30a, 306 ... 30rf haben den Zweck die Spannung Φ₂ der abzutastenden Zeile zuzuleiten, wie noch erläutert wird.

Die Quellenelektroden der MOS-Transistoren führen normalerweise eine Spannung von —5 Volt. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden. So kann man sich dazu der verteilten Kapazität an den Qeullenelektroden bedienen. Jeder Transistor wie 30a wird durch den Ringzähler 32 abgeschaltet (gesperrt), wenn Φ₂ den Wert —5 Volt hat, indem man die Phase von φ₂ relativ zu den Fortschaltspannungen Φα und Φβ für den Ringzähler entsprechend einstellt. Die verteilte Kapazität an der Quellenelektrode bleibt dann auf dem gleichen Wert von -5VoIt mindestens bis zum nächsten Abtastintervall für die betreffende Zeile aufgeladen. Statt dessen kann man auch die einzelnen Quellenelektroden jeweils über ein weiteres Übertragungsgatter, das mit dem Komplement des Ringzählerausgangssignals der betreffenden Zeile gesteuert wird, an eine Spannungsquelle von — 5 Volt anschließen. Eine solche Anordnung ist für die Zeile 4 bei 31 d gestrichelt angedeutet. Für die übrigen Zeilen wäre in diesem Fall eine entsprechende Anordnung vorzusehen.

Die Abflußelektroden der Transistoren 30α, 30Λ ...

30i/ sind an die zweite Phase Φ₂ der zweiphisigen Spannungsquelle angeschlossen. Die Phasenbeztehun« zwischen Φ, und Φ_ΐ ist in den beiden unteren Signalverlaufen nach F i g. 4 rechts dargestellt.

Die Gitterelektroden der MOS-Transistoren 30 sind jeweils an getrennte Stufen eines Ringzählers 32 angeschlossen. Beispielsweise sind die Gitterelektrode 34a an die Stufe 1, die Gitterelektrode 34/) an die Stufe 2 des Ringzählers angeschlossen und so fort. Dieser Ringzähler beaufschlagt jeweils einen der Transistoren 30 mit einer negativen Spannung uni alle anderen Transistoren 30 mit einer positiven Spannung. Dadurch wird dieser eine MOS-Transistor eingeschaltet, während alle anderen MOS-Transistoren ausgeschaltet (gesperrt) werden. Wie bßfeits erwähnt, wird der Ringzähler durch eine zweiphasige Spannungs· quelle, die die Spannungen Φ_Α und Φ_Β erzeugt angesteuert.

Im Betrieb der Anordnung nach F i g. 1 kann da' Bild einer Szene oder eines Gegenstands auf die Ober fläche der Speicheranordnung projiziert werden. Da: Licht bewirkt, daß an jeder Stelle der Speicher anordnung eine Ladung gespeichert wird, die der au diese SteHe auftreffenden Lichtmenge proportion! ist. Beispielsweise sammelt sich oben links an de Steile 40 der Anordnung tn der Poteitiilwanne in Substrat unter der Polysiliciumelektrode 16a ein Ladung an, die der Lichtmenge proportbnil ist, di durch die transparente Siliciumdi _1Xy ischiAt un durch die verhältnismäßig transparente Poly?ihciurr

⁶S elektrode hindurch in das Silicium,ubstrat eindring Um sicherzustellen, diß genügend Licht das Surtstn erreicht. solhendie Polysirticium elektroden verhäitni maßig dünn, 1000 bis 2000 A, sein. Das vom Substn

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absorbierte Licht bewirkt die Erzeugung von EIek- dann zurück nacn links und so fort. Die Ladung wird

tronen-Lochpaaren, und die Löcher werden in den nicht in Richtung zum Abfluß 22 der betreffenden

Potentialwannen unter den Polysiliciumelektroden Zeile fortgeleitet, außer wenn diese Zeile mit dei

wie 40 gesammelt. Alle anderen Speicherstellen wie Spannung Φ₂ der Phase 2 beaufschlagt wird.

40a, 40b usw. sammeln ebenfalls Ladungen an, die 5 Die Grundrißdarstellung nach F i g. 2 und die

der sie erreichenden Lichtmenge proportional sind. Querschnittsdarstellung nach F i g. 3 zeigen Einzel-

Die für die Ladungsansammlung erforderliche Zeit heften des Aufbaus der Anordnung nach Fig. 1.

kann ungefähr gleich der Dauer eines Vollbildes Die Elektroden für Φ_ι und Φ₂ bestehen aus Aluminium.

(Video) sein. Beispielsweise ist eine Elektrode wie 18a eine AIu-

Die in der Bildspeicheranordnung gespeicherte io miniumelektrode, die die Polysiliciumelektrode 16u

Ladung kann wie folgt ausgelesen werden. Als erstes überlappt, d. h. über sie hinübergreift, von ihr einen

kann der Ringzähler 32 den MOS-Transistor 30a für Abstand von etwa 1000 Ä hat und außerdem kapazitiv

die erste Zeile einschalten. Alle anderen Transistoren mit dem n-Siliciumsubstrat gekoppelt ist. Der Abstand

30/», 30c und 3Od sind ausgeschaltet. Jetzt wird die zwischen der Elektrode 18a und dem Substrat kann

Spannung Φ₂ der Phase 2 den Elektroden 20 der 15 etwa 1000 bis 3000 A betragen. Wie bereits erwähnt.

Zeile 1 und die Spannung der Phase 1 den Elektroden sind die Polysiliciumelektroden vorzugsweise verhältnis-

18 der Zeile 1 zugeleitet. In noch zu erläuternder mäßig dünn; die Abmessung d in F i g. 3 kann lOOC

Weise bewirken diese beiden Spannungsphasen, bis 2000 A betragen. Bei dieser Dicke ist das Poly-

daß die unter den Polysiliciumelektroden in der silicium ziemlich transparent für Rotlicht und Lichl

ersten Zeile angesammelten Ladungen nach links ao nahe Infrarot sowie einigermaßen transparent füi

fortgeleitet werden. anderes Licht über einen verhältnismäßig breiter

Wenn die einzelnen Ladungen die letzte Speicher- Sprektralbereich.

stelle 40 erreichen, bewirkt die der letzten Elektrode Wie man am deutlichsten in F i g. 2 sieht, könner

20a zugeleitete Spannung Φ₂, daß Ladung von der die verschiedenen Aluminiumelektroden an untei

Potentialwanne bei 40 zu ladungssammelnden Abfluß 25 ihnen befindliche Leiter angeschlossen sein, inderr

22 übertragen wird. Der dadurch erzeugte Strom wird man sie so anbringt, daß sie in echtem Kontakt mit der

vom Leseverstärker 28 erfaßt. Dieser erzeugt darauf- Elektroden unter ihnen sind. Beispielsweise ist dei

hin ein dem Stromfluß proportionales Ausgangssignal, Aluminiumleiter 24 bei 42 mit dem Abfluß 22 ver-

das seinerseits der eine bestimmte Speicherstelle bunden. Das Gebiet 42 ist auch in fig. 3 gezeigt

erreichenden Lichtmenge proportional ist. So werden 30 Ebenso ist der gemeinsame Leiter 44 durch der

unter Steuerung durch aufeinanderfolgende Zyklen Direktanschluß bei 46 mit sämtlichen Polysilicium-

der Zweigphasenspannung Φ,, Φ₂ im Leseverstärker 28 elektroden verbunden.

aufeinanderfolgende Signale erzeugt, die den in der F i g. 5 veranschaulicht den Vorgang der Ladungs

Zeile 1 gespeicherten Ladungen entsprechen, die ihrer- fortleitung. Im oberen Teil der Figur ist ein typischei

seits dem auf die Zeile 1 projizierten Lichtbild ent- 35 Elektrodenaufbau, und zwar der Aufbau eines Teil«

sprechen. der Zeile 1. gezeigt. Darunter stellt jede Horizontal

Während des Auslesens von Information wird die linie jeweils die Grenzfläche zwischen dem Kanaloxyc

Speicheranordnung weiter mit Licht ausgeleuchtet, (SiO₂) und dem Siliciumsubstrat dar. Dje Potential-

so daß sich neue Ladungen anzusammeln beginnen. wannen sind durch gestrichelte Linien dargestellt

Jedoch erfolgt die Ladungsansammlung verhältnis- 4° und die Ladungen, die sich jeweils an der Oberfläche

mäßig langsam, indem sie ungefähr die Dauer eines des Siliciumsubstrats ansammeln, sind schematisch

Vollbildes beansprucht, was um ein Vielfaches langer durch Kreuzschraffierungen innerhalb der Potential

ist als die Zeilenausleszeit. Beispielsweise beträgt beim wanne angedeutet, um die Potentialerniedrigung an dei

kommerziellen Fernsehen die Bilddauer mehr als das Substratoberfläche darzustellen. Die den verschie

500fache der Zeilenabtastdauer. Die Ladungsmenge, 45 denen Elektroden zugeleiteten Spannungen sind ir

die sich auf Grund des während des Auslesens der F i g. 4 gezeigt.

Zeile von dieser empfangenen Lichtes ansammelt, 7unächst sei angenommen, daß die dargestellte

ist daher verhältnismäßig klein und hat auf die aus- Zeile nicht gewählt worden ist. Dies bedeutet, daß die

gelesene Information praktisch keinen Ein- Phase 2 (Φ₂) auf einem Ruhewert von —5 Volt bleibt

fltsß. 50 wie bereits erwähnt. Zam Zeltpunkt t_a hat die Spar*

Nach dem Auslesen der Zeile 1 bewirkt die Speise- nung Φ, den Wert — 5 Volt und K₀, das eine Gleich

spannung Φλ-Φβ, daß der Ringzähler um 1 vor- spannung ist, den Wert —10 Volt. Potentialwannen

schaltet oder vorrückt. Dies hat zur Folge, daß der die am tiefsten unter den Polysiliciumelektroden 16a

MOS-Transistor 30b eingeschaltet wird und alle 16b usw. sind, erscheinen unter diesen Elektroden

anderen Transistoren 34a, 34c und 34a* ausgeschaltet 55 Bei Erregung mit Licht haben sich Minoritätsträger

werden. Nonmehr wird die zweite Zeile in der gleichen positive Ladungen, in jeder solchen Potentialwann« Weise ausgelesen wie die Zeile 1. Dieser Vorgang angesammelt. Die Ladungsmenge ist in jedem FaI dauert so lange an, bis die gesamte Speicheranordnung der Intensität des auf die entsprechende Polysilicium

ausgelesen ist. menge an der betreffenden SpeichersteHe auftreffendei

Wenn eine Zeile nicht für das Auslesen gewählt wird, θο I ichtes proportional.

sind immer noch Ladungen in dieser Zeile gespeichert. Zum Zeitpunkt f& hat die Spannung Φ, den Wer

Wie noch erläutert wird, wird etwaige in einer nicht —15 Volt angenommen. Dies bedeutet, daß die Poten

gewählten Speicherstelle gespeicherte Ladung zwischen tialwanne unter den Elektroden 18g, ISb und 18« dieser Speicherstelle ond einer Potentialwanne unter erheblich tiefer wird als die Potentialwannen unter dei einer Aluminiumelektrode an dieser SpeichersteHe hin 65 Elektroden 16a, 16b und I6c, mit denen sie gekoppel

und her geschoben. Diese Ladungsverschiebung erfolgt sind. Es fließt daher die beispielsweise bei 16a ge bei jeder Änderung des Wertes von Φ,. Und zwar speicherte positive Ladung aus der Potentialwanni

wandert die Ladung erst nach links, dann nach rechts, unter 16a heraus und in die tiefere Potentialwanni

11 12

unter 18α. Der Ladungsfluß erfolgt in jedem Fall nach und ist nicht gezeigt. Die Schaltung enthält ein ge-

rechts, wie öei Ib in F i g. 5 angedeutet. meinsames n-Siliciumsubstrat SO mit einer darauf

Zum Zeitpunkt t_c ist die Spannung Φ_λ auf —5 Volt befindlichen Siliciumdioxydschicht 52. Wie bei der

zurückgekehrt. Dies bedeutet, daß die Potential- zuvor beschriebenen Anordnung sind dicke und dünne

wannen unter den Elektroden 18 flacher werden als 5 Siliciumdioxydkanäle vorhanden, wobei die Lichtfühl-

die Potentialwannen unter ihren entsprechenden oder Speicherstellen sich bei den Polysüiciumelektroden

Elektroden 16. Daher fließt die zuvor unter den über den dünnen Oxydkanälen befinden.

Elektroden 18 befindliche Ladung in die Potential- Eine Anzahl von Polysüiciumelektroden 54a, £46

wannen unter den entsprechenden Elektroden 16 und 54c erstrecken sich über die gesamte Länge jeJsr

zurück. Dieser Vorgang dauert so lange an, wie eine io Spalte. Andere Polysüiciumelektroden 56a, 566, 56c

Zeile nicht gewählt ist, d. h. über den größeren Teil usw. sind jeweils einzeln bestimmten Lichtfühlstellen

jedes Vollbildintervalls. Während des größten Teils zugeordnet. Auf der Oberfläche sind Aluminium-

jedes Bildintervalls wird also die Ladung unter den elektroden angebracht. Jede Zeile der Photofühler-

Polysiliciumelektroden angesammelt und zwischen anordnung enthält eine erste Elektrodengruppe wie

jeder Polysiliciumelektrode 16 und der dazugehörigen 15 58a, 586, 58 c, die mit der ersten Spannungsphase Φ,

Aluminiumelektrode 18 hin und her geschaukelt. Die gespeist ist, und eine zweite Gruppe von Elektroden

Aluminiumelektroden 20 bleiben während dieser ge- 60c, 606, 60c, die mit den Elektroden der ersten

samten Zeit auf —5 Volt, so daß die Potentialwannen Gruppe verzahnt und mit der zweiten Spannungsphase

unter den Elektroden 20 als Schwelle wirken und nie- Φ₂ gespeist sind, wenn der Schalter für die betreffende

mais so tief werden, daß sich nennenswerte Ladung ao Zeile geschlossen ist. Zwei solche Schalter sind bei

ansammeln kann. 61a und 616 dargestellt. In der Praxis können diese

Es sei jetzt angenommen, daß eine Zeile gewählt Schalter elektronische Schalter wie die MOS-Tranworden ist; zum Zeitpunkt t_x herrscht die durch die sistoren nach F i g. 1 sein und von einem Ringzähler, dritten Signalverläufe in F i g. 5 angedeutete Situation. ebenfalls wie in Fig. 1, gesteuert werden. Unter den verschiedenen Polysiliciumelektroden 16 25 Die Aluminiumelektroden für die Phase Φ_ι sind hat sich Ladung angesammelt die der Intensität des die mit den Polysiliciumelektroden 54a, 546 usw. verentsprechenden Elektroden erreichenden Lichtes pro- bunden, und die Aluminiumelektroden für die Phase portional ist. Φ₂ sind mit den einzelnen Polysiliciumelektroden der

Zum Zeitpunkt ί₂ werden die Elektroden 20 auf entsprechenden Zeilen verbunden. So sind die i>_s-Elekeine negative Spannung von — 15VoIt gebracht. Es 30 troden 60a, 606 und 60c der ersten Zeile mit den fließt daher Ladung von den entsprechenden Potential- Polysiliciumelektroden 56a und 566 verbunden. Die wannen unter den Elektroden 16 nach links in die tf>_a-Elektroden der zweiten Zeile sind mit den Polytieferen Potentialwannen bei 20. Das Gleiche geschieht siliciumelektrodcn 56c und S6d verbunden. Die einlaut Darstellung bei der ersten Aluminiumelektrode zelnen Aluminiumelektroden sind jeweils weiter vom 20a; jedoch handelt es sich hier um einen speziellen 35 Substrat beabstandet als die entsprechenden PolyFall. Hier bildet die Spannung von — 15VoIt eine siliciumelektroden. Beispielsweise können die Polyverhältnismäßig tiefe Potentialwanne links von der siliciumelektrode 54a einen Abstand von 1000 A und Elektrode 16a, so daß Ladung von der Potential- die Aluminiumelektrode 58a einen Abstand von wanne unter 16a zum Abfluß 22 (F i g. 3) übertragen 3000 A vom Substrat haben. Am Ende jeder Zeile wird, der eine negative Spannung V₁ von beispielsweise 40 befindet sich ferner ein Ladungssammelgebiet, wie bei -20VoIt, eine Spannung, die etwas negativer ist als 62a und 626 gezeigt. Diese Gebiete 6? sind an eine die Spannung der Elektrode 20a, führen kann. gemeinsame Aluminiumleitung 64 angeschlossen, die

Zum Zeitpunkt /₃ (F i g. 4 und 5) hat die Spannung zu einem Leseverstärker (nicht gezeigt) führt.

Φ, den negativen Wert von —15 Volt und die Span- Die Arbeitsweise der Anordnung nach F i g. 6 und 7

nung0₂ den negativen Wert von—5 Volt. Jetzt sind 45 wird am besten an Hand der Signalverläufe nach

die Potentialwannen am tiefsten unter den Elektroden F i g. 8 und der in F i g. 9 dargestellten Potent^:*\l-

18, und zuvor unter den Elektroden 20 vorhandene wannen verständlich. Die Zeitpunkte t_a, Ib, te uk-*. la

Ladung fließt nach links in diese tieferen Potential- stellen Zeitpunkte dar, wo eine Zeile einfach Ladung

wannen. Die Signalverläufe sind so beschaffen, daß die speichert. Zu diesen Zeitpunkten ist der Schalter 61c

Elektroden 18 die Spannung tob —15 Volt erreichen, 50 anj Bade der ZeBe geöffnet, so daß die Φ^βΒχηβ^

während die Elektroden 20 noch die Spannung von konstant auf —5 Voll bleibt

—15 Volt führen, so daß keine Tendenz besteht, daß Zum Zeitpunkt t_a bildet sich eine asymmetrisch«

zuvor unter den Elektroden 20 vorhandene Ladungen Potentialwanne unter jeder Φ,-Verbundelektrode. Bei

nach rechts zu den flacheren Potentialwannen unter spielsweise ist bei der Φ,-Verbundelektrode 54a, 58«

den Elektroden 16 zurückfließen. 55 die Potentialwarme verhältnismäßig tief unter de

Zum Zeitpunkt t_t haben die Elektroden 18 auf Polysiliciumelektrode 54a und etwas flacher unte

— 5 Volt zurückgeschaltet und führen die Elektroden der Aluminiumelektrode 58o. Die Potentialwan»

20 ebenfalls -5VoIt. Die tiefsten Potentialwannen unter den Φ,-Elektroden ist ebenfalls asymmetrisch

befinden sich daher unter den Elektroden 16, so daß jedoch flacher als die Potentialwanne unter dei

zuvor unter den Elektroden 18 anwesende Ladung 60 Φ,-Elektroden. Auf die Polysilicrumelektroden 54c

nach links in die Potentialwannen unter den Elektroden 546 usw. auftreffendes Licht bewirkt, daß sich Ladroi

16 fließt. Wenn also eine Zeile gewählt ist, wird Ladung gen in den Potentialwannen unter diesen Elektrode

von Elektrode zu Elektrode nach links fortgeleitet, bis ansammeln, wie gezeigt.

sie schließlich die Sammel- oder Abflußelektrcfe 22 Zum Zeitpunkt /& führen sowohl die Φ,- als auc

am Zeilenende erreicht. 65 die Φ,-Ekektroden eine Spannung von — 5VoI

F i g. 6 und 7 zeigen eine Ausführungsform, die Dies bedeutet, daß sämtliche Potentialwannen flach«

sich für den «direkten« Zweiphasenbetrieb eignet. Die werden. Wegen der asymmetrischen Beschaffenbe

Ringzähleranordnung entspricht der nach Fig. 1 der Potentiaiwannen kann jedoch die gespeichert

22®

13 (

Ladung nicht entweichen. Beispielsweise kann die in der Potentialwanne unter der Polysiüciumelektrode 54a gespeicherte Ladung wegen der verhältnismäßig flacheren Potentialwannen unter den Aluminiumelektroden 60« und SÄ« weder nach rechts noch nach links abwandern.

Zum Zeitpunkt te ist die Situation ähnlich wie zum Zeitpunkt t_a, und zum Zeitpunkt ta ist die Situation ähnlich wie zum Zeitpunkt tb. Solange eine Zeile nicht gewählt ist, bleiben die sich ansammelnden Ladungen einfach in einer Potentialwanne gespeichert, deren Tiefe sich jede Halbperiode von Φ, ändert, wie gezeigt. Die Ladung bewegt sich nicht nach links in Richtung zum Ladungssammelgebiet wie 62a in F i g. 6 und 7.

Es sei jetzt angenommen, daß der Schalter 61a geschlossen wird, um die Zeile zum Auslesen zu wählen. Zum Zeitpunkt /1 werden die Potentialwannen unter den ^-Elektroden tiefer als die unter den Φ,-Elektroden, und Ladung wandert nach links zu diesen tieferen Potentialwannen, wie bei Z₁ in F i £. 9 gezeigt. Die letzte Elektrode 60 a ist ein spezieller Fall. Bei Auftreten der Φ,,-Spannung von — 15VoIt zum Zeitpunkt /, bildet sich unter der Elektrode 60a ein Leitungskanal, der von der Potentialwanne unter der Elektrode 54a bis zum Ladungssammelgebiet 62a reicht. Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird das Ladungssammelgebiet auf einer verhältnismäßig negativen Spannung wie -2OVoIt gehalten. Wenn daher zur Elektrode 60a ein Impuls von —15 Volt gelangt, so fließt die zuvor unter der Elektrode 54a anwesende Ladung zum niedrigsten Potential am Ladungssammel- oder Abflußgebiet 62a und von dort zum Leseverstärker (nicht gezeigt)

Zum Zeitpunkt t_t führen die Φι-Elektroden 58, 54 eine Spannung von —15 Volt und die 0₂-EIektroden 56, 60 eine Spannung von — 5 Volt. Die Potentialwannen sind daher unter den Φ,-Elektroden tiefer als unter den 0₂-Elektroden, und Ladungen wandern nach links zu den tieferen Potentialwannen, wie bei t₂ in F i g. 9 gezeigt.

Zum Zeitpunkt /₃ beträgt die Φ,-Spannung —5 Volt und die 0₂-Spannung — 15VoIt. Wiederum werden die Potentialwannen unter den 0₂-Elektroden tiefer als unter den Φ,-Elektroden, und die zuvor unter den Φ,-Elektroden vorhandene Ladung wandert nach links, wie gezeigt.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 und 7 wird die Asymmetrie der Potentialwannen vergrößert, wenn man den spezifischen Widerstand des Substrats verhältnismäßig niedrig macht. Beispielsweise kann der spezifische Widerstand einer Dotierung von 10¹·/ cirr ³ entsprechen.

Obwohl nicht dargestellt, kann eine Zweiphasen-Lichtfühlanordnung mit einer Arbeitsweise, die der der Anordnung nach F i g, 6 und 7 analog ist, auch mit Verbundelektroden erhalten werden, die den gleichen Abstand vom Substrat haben, tn diesem Fall wird die Asymmetrie dadurch erhalten, daß die eine Elektrode, beispielsweise die Polysiliciumelektrode, stets auf einer Spannung gehalten wird, die von der Spannung der entsprechenden Aluminiumelektrode verschieden ist.

Beispielsweise kann man, um die in F i g. 9 dargestellte Asymmetrie zu erhalten, die Polysiliciumelektrode auf einer Spannung halten, die stets negativer ist als die Spannung der Aluminiumelektrode. In diesem Fall kann das Substrat einen höheren spezifischen 455

Widerstand haben, beispielsweise entsprechend einer Potierung von IQ¹⁴Cm-³,

F i g. 14 veranschaulicht eine dritte Art von Elektrodenaufbau, mit dem asymmetrische Potentialwannen erhalten werden. Hier hat die Aluminiumelektrode des Elektrodenpaares einen dichteren Abstand vom Substrat als die Polysiliciumelektrode. Jn der Figur sind typische Dickenabmessungen für die Anordnung mit zweiphasigem Direkt- oder Geradeausbetrieb angegeben. Bei diesen Dicken kann die Dotierstoffkonzentration des Siliciumsubstrats 10^ιβ/ cm~³ betragen. Dies entspricht einem spezifischen Widerstand von ungefähr 0,5 Ohmzentimeter für n-Silicium. Die verwendeten Phasenspannungen können in ihrer Amplitude zwischen Grenzen wie —5 bis —15 Volt (Ausschwingung um 10 Volt) oder —5 bis —20 Volt (Ausschwingung um 15 Volt) wechseln. Natürlich sind auch andere Grenzwerte für die maximalen und minimalen Spannungen möglich. Typische Werte für die Breiten und Abstände sind: L₀ = 3 μ, Ls — 4 μ und Lp - 8 μ

Computeruntersuchungen ergeben, daß die Anordnung nach Fig. 14 verhältnismäßig hohe Arbeitsgeschwindigkeiten ermöglicht. Die minimale Laufzeit Tt eines einzelnen Ladungsträgers im Betrieb der Anordnung nach Fig. 14 bei einer Spannungsausschwingung von 15 Volt beträgt T₁ — 21 Nanosekunden. Dies bedeutet eine erhebliche Verbesserung gegenüber einer Anordnung, bei der der Abstand von 3000 Ä unter der Aluminiumelektrode und der Abstand von 1000 A unter der Polysiliciumelektrode ist, in welchem Fall bei gleichen Spannungen die entsprechende minimale Laufzeit T₁ — 160 Nanosekunden beträgt Das Resultat für eine Spannungsausschwingung vor 10 Volt wurde nicht errechnet; jedoch ist bekannt daß in diesem Fall gleichfalls ein großer Unterschiec für T₁ zwischen den beiden Anordnungen besteht

Die obenerwähnten Computerberechnungen zeiger an, daß bei der Anordnung nach F i g. 14 die erhöhtf Arbeitsgeschwindigkeit sich durch die beschleunigt« Austragung des letzten Teils der in einer Potential· wanne verbleibenden Ladung ergibt. Der Haupttei der Ladungsübertragung erfolgt weitgehend auf Grunc der kombinierten Wirkung eines selbstinduzierter Drift- oder Wanderfeldes und des Streufeldes. Bei dei Anordnung nach Fig. 14 erfolgt, wenn nur ungefähi 1 % der Ladung in einer Potentialwanne verbleibt deren Übertragung hauptsächlich durch das Streufeld und Untersuchungen haben ergeben, daß die Über tragung auf Grund des Streufeldes mit extrem hohe Geschwindigkeit stattfindet.

Ein wichtiges Merkmal der oben erläuterten Licht abtastanordnungen ist die verhältnismäßige Einfach heit der Zeilenwählanordnung. Nur ein einzige Schalter, bei den erläuterten Ausführungsformen eit Übertragungsgatter in Formeines Feldeffekttransistors wird für jede Zeile der Matrix benötigt. Dieser Schaltei schaltet eine Phase der zweiphasigen Speisespannung ab, wenn die Zeile für den betreffenden Schalter nich gewählt ist, d. h. wenn die lichtinduzierten Ladungs träger erzeugt und gespeichert werden sollen. Während wenn dieser Schalter geöffnet ist, die andere Phase de Spannung noch anwesend ist, hat dies keinen nach teiligen Einfluß auf das Arbeiten der Anordnung. Be der Ausführungsform nach F i g. 1 werden in jede nicht gewählten Zeile die erzeugten lichtinduziertei Ladungen lediglich zwischen einer K_n-Elektrode um einer Elektrode der Phase 1 hin und her geschaukelt während bei der Ausführungsform nach F i g. 1

lind 7 die Ladung unter einer Elektrode der Phase 1 (Bit) »1«, anwesend, während unter der Elektrode 706

gespeichert bleibt, obwohl die Potentialwanne unter keine Ladung anwesend ist, entsprechend dem Bit »0«.

dieser Elektrode sich in ihrer Tiefe ändert. Zum Zeitpunkt t_x hat die Spannung der Phase I den

Bei den beiden oben erläuterten Ausführungsformen Wert -5VoIt, so daß die unter den Aluminium-

(ler Halbleiterschaltung führt Licht, das die Substrat- 5 elektroden 746 und 74c gebildeten Potentialwannen

Bebiete zwischen Polysiliciumelektroden erreicht, eben- verhältnismäßig flach sind. Die Verbundelektroden

falls dazu, daß Ladungsträger erzeugt und aufge- 72o und 726 führen ebenfalls -5VoIt, so daß die

pammelt werden. Diese fließen zu den tiefsten Poten- Potentialwannen unter ihnen'verhältnismäßig flach

tialwannen, die sich am dichtesten bei demjenigen sind. Eine Aluminiumelektrode wie 72a-2 kann etwas

Gebiet befinden, wo sie erzeugt werden, nämlich io weiter vom Substrat entfernt sein als die dazugehörige

unter den Polysiliciumelektroden bei den dünnen Polysiliciumelektrode 72o-l, und in diesem Fall ist

Kanalgebieten. Die Auflösung wird dadurch nicht die Potentialwanne unter der Aluminiumelektrode

ernsthaft beeinträchtigt. In jedem Fall hat jedes etwas flacher als die Potentialwanne unter der PoIy-

Auflösungselement oder »Bildelement« die Größe eines siüciumelektrode. (Auch andere Elektrodenausbil-

Elektrodensatzes, und zwar eines Elektrodensatzes 15 düngen, beispielsweise solche mit gleichen Abständen

Φ_χ, Φ_ζ bei der Ausführungsform nach F i g. 6 und 7 der «Pj-Elektrode und der Φ,-Elektrode vom Substrat,

und eines Elektrodensatzes (P₁, Φ₂, K₀ bei der Aus- sind möglich.)

führungsform nach Fig. 1 bis 3. Die von einem Zum Zeitpunkt/, beträgt die 0_rSpannung immer

folchen Elektrodensatz eingenommene Fläche kann noch —5 Volt, während dieΦο-Spannungauf -15 Volt

Φ,Ο25 bis 0,050 mm (Ibis 2 Mil) betragen, was 20 geschaltet hat. Jetzt sind die Potentiahvannen unter

engefähr der Größe eines Auflösungselementes ent- den Verbundelektroden 72a und 726 tiefer als die

ipricht. Potentialwannen unter allen übrigen Elektroden.

Man kann bei beiden oben erläuterten Ausführungs- Die zuvor unter der Polysiliciumelektrode 70c anformen auch mit einer anderen Ausleuchtungsmethode wesende Ladung fließt daher in die Potentialwanne arbeiten, indem man die Anordnung von der Unter- 25 unter der Verbundelektrode 726. Ebenso erscheint die Seite des Substrates her ausleuchtet. In diesem Fall Abwesenheit von Ladung bei der Elektrode 70Λ jetzt muß das Substrat so zugeätzt werden, daß es verhältnis- als Abwesenheit von Ladung in der tieferen Potentialmäßig dünn, z. B. ungefähr 0,025 mm dick ist (eine wanne unter der Verbundelektrode 72a.
Abmessung, die der Größe des Auflösungselementes Zum Zeitpunkt /₃ hat die (P₂-Spannung auf — 5 Volt der Photofühleranordnung vergleichbar ist). Ebenso 30 zurückgeschaltet, während die Φ,-Spannung—15 Volt sollte, wie es derzeit bei Silicium-Vidikons geschieht, beträgt. Dies bedeutet, daß die tiefsten Potentialdie Unterseite des ausgedünnten Scheibchens einer wannen unter den Aluminiumelektroden 74 erscheinen. Sehr dünR^n n+-Diffusion unterzogen werden, um den Die zuvor unter der Verbundelektrode 726 anwesende Wirkungsgrad der Lichtwahrnehmung zu verbessern. Ladung fließt jetzt nach links in das Gebiet unter der Jedoch ist diese Methode nicht vorzuziehen, da das 35 Elektrode 746. Ebenso verschiebt sich die Ladungsdünne Substrat ziemlich zerbrechlich ist und sehr abwesenheit bei 72a nach links zur verhältnismäßig sorgfältig gehandhabt werden muß, um Beschädigun- tieferen Potentialwanne unter der Elektrode 74a gen zu vermeiden. (nicht gezeigt in Fig. 13).

Fig. 10 und 11 zeigen eine Ausführungsform der Zum Zeitpunkt t_t betragen die «^-Spannung und die Halbleiterschaltung, die sich zur Verwendung als 40 <Z>₂-Spannung beide —5 Volt, was positiver ist als die Schieberegistermatrix eignet. Hierbei wird jede zweite Gleichspannung von —10 Volt, auf der die Polysili-Polysiliciumelektrode 70a, 706, 70c auf einer festen ciumelektroden 70 gehalten sind. Die tiefsten Potential-Gleichspannung wie —10 Volt gehalten. Die da- wannen befinden sich daher jetzt unter den Elektroden zwischenliegenden Polysiliciumelektroden 72a, 726 70, und die zuvor unter der Aluminiumelektrode 746 usw. sind an die Spannung der Phase 2 (Φ₂) ange- 45 anwesende Ladung fließt nach links zur Potentialschlossen, wanne unter der Elektrode 706. Ebenso verschieben

Die eingangsseitige Ladungsspeiseanordnung und sich alle anderen Ladungen oder Ladungsabwesen-

die ausgangsseitige Ladungssammelanordnung sowie heiten nach links.

die Kuppelanordnungen von Schieberegister zu Schiebe- Die Anordnung nach Fig. 10 und 11 eignet sich register können den in der genannten Patentanmeldung 50 außer als Schieberegister auch für anderweitige Anbeschriebenen Aufbau haben. Da diese Anordnungen wendungszwecke. Beispielsweise kann diese Anordhier nicht direkt interessieren, sind sie weder gezeigt nung als Photofühlermatrix mit Selbstabtastung vernoch erläutert. wendet werden. In diesem Fall können gewünschten-

F i g. 12 zeigt die Signalformen, die im Betrieb des falls die Polysiliciumelektroden etwas breiter und die Schieberegistersystems verwendet werden können, 55 Ränder der benachbarten, dazwischen eingeschobenen und F i g. 13 zeigt die entsprechenden Potentialwannen. Aluminiumelektroden etwas weiter voneinander beab-Es sei angenommen, daß in der in der genannten standet sein, so daß sich größere Fenster für den Patentanmeldung beschriebenen Weise Ladung in das Lichtdurchtritt zum Substrat ergeben.
System eingespeist worden ist und daß »Ladungen« Vorstehend wurden einige geeignete Materialien unter den Polysiliciumelektroden 7OA und 70c ge- 60 für die Herstellung der ladungsgekoppelten Halbspeichert sind. Wie gezeigt, sind unter der Elektrode leiterschaltungen beispielsweise genannt, während die 70c positive Ladungen, entsprechend der Binärziffer Herstellungsverfahren überhaupt nicht erläutert sind.

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung mit einem Halbleitersubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolierschicht auf dem Halbleitersubstrat und eine AnzahJ von strablungsempflndlichen Bereichen auf der isolierschicht vorbanden ist und jeder dieser Bereiche eine fur die Strahlung verhältnismäßig transparente Polysilizium-Elektrode (16a, 166, 16c ...) und wenigstens eine zweite Elektrode (18a, ISb, 18c ...) aufweht, die in einem Abstand von der Polysilizium-Elektrode (16«, 166,16c ...) angebracht ist und einen Rand derselben etwas überlappt, wobei ein Teil der Polysilizium-Elektrodenoberfläche zur Strahlungsaufnahme frei bleibt, und daß das Strahlungsbild durch die Polysilizium-EIektroden (16a, 16b, \6c ...) hindurch auf das Substrat (10) gebracht wird, wodurch Ladungsträger im Substrat (10) erzeugt werden.

2. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, um einen kontinuierlichen GIeichspannungspegel (K₀) wenigstens während der Zeit an die Polysilizium-Elektroden (16a, 16b, 16c ...) anzulegen, in der ein Strahlungsbild auf die Halbleiterschaltung auffällt.

3. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an jed^m Bereich eine dritte Elektrode \20a, 20b, 20c...) angebracht ist, die in einem Abstand vor, de. Polysilizium-Elektrode (16a, 166, 16c ...) angebracht ist und den gegenüberliegenden Rand derselben etwas überlappt, wobei jedoch der größere Teil der Polysilizium-Elektrodenoberfläche zur Aufnahme eines Strahlungsbildes frei bleibt, und daß weiterhin eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, um die in den Bereichen angesammelten Ladungen zu verschieben, wobei mehrphasige Spannungen an die zweiten und dritten Elektroden (18a bzw. 20a, 186 bzw. 206, 18c bzw. 20c ...) angelegt werden, während die Polysilizium-EIektroden (16a, 16b, 16c...) an dem kontinuierlichen Gleichspannungspegel liegen.

4. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten und dritten Elektroden (18a bzw. 20a, 186 bzw. 206, 18c bzw. 20c ...) für die Strahlung verhältnismäßig undurchlässig sind.

5. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung mit tinem Halbleitersubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von kapazitiv mit dem Halbleiterlubstrat gekoppelten Ladungsspeicher-Elektroden aufeinanderfolgende Gruppen (z. B. 186, 166,206) aufweist, wobei jede dieser Gruppen wenigstens drei Elektroden aufweist, wovon die dritte Elektrode (206) jeder Gruppe zwischen der ersten Elektrode (166) dieser Gruppe und der zweiten Elektrode (18a) der nächsten Gruppe liegt, und daß eine Schaltungsanordnung vorgesehen ist, um die erste Elektrode (16) jeder Gruppe auf einem ersten Spannungspegel V₀ zu halten, der ausreicht, daß sich in dem Substrat unter jeder ersten Elektrode (16) eine Ladungsträger-Ladung ansammelt, daß eine Schaltungseinrichtung vor^ gesehen ist, um jeder zweiten Elektrode (18) von jeder Gruppe eine Spannung 0, anzulegen, die zwischen einem Spannungswert V_x und V_a wechselt, wobei V_x < V₀ und V_% > V₀ ist, und daß Schaltungseinn'chtungen vorhanden sind, um jeder dritten Elektrode (20) von jeder Gruppe eine Spannung 0_t anzulegen, die zwischen den Spannungswerten V_n und V₀Z wechselt, und die bezüglich der Spannung Φ_χ außer Phase ist, wobei V_0x < V₀ und V_ot > V₀ ist.

6. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltungsanordnung (30a, 306, 30c...) vorgesehen ist, um die Spannung Φ» zu unterbrechen und an Stelle dieser Spannung Φ₂ eine zweite Spannung, die kleiner ist als V₀ an die dritten Elektroden (20) zu legen, wobei die in dem Substratbereich unter einer ersten Elektrode (16a, 166, I6c ...) vorhandene Ladung sich zwisciien diesen Bereich und dem Substratbereich unter der angrenzenden zweiten Elektrode (18a, 186, 18c ...) hin und her bewegt.

7. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um das Substrat unter den ersten Elektroden (16a, W 6, J6c ...) durch Licht anzuregen, wodurch bewirkt wird, daß sich unter den ersten Elektroden (16a, 166, 16c...) Ladung ansammelt.

8. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Elektroden (16a, 166, 16c...) aus verhältnismäßig dünnen Polysilizium-EIektroden bestehen, die durch eine verhältnismäßig dünne strahlungsdurchlässige Isolierschicht bedeckt sind, wobei die zweiten und dritten Elektroden (18a bzw. 20,-, 186 bzw. 206, 18c bzw. 20c ...) Metallelektroden sind, die einzeln mit einer Polysilizium-Elektrode (16a, 166, 16c ...) und dem Substrat (10) kapazitiv gekoppelt sind.

9. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an das Ende der Zeile aus Ladungsspeicherelektroden ein Leseverstärker (28) angekoppelt ist.

10. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung mit einem Halbleitersubstrat, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Reihe und Spalten angeordnete Matrix aus Ladungsspeicherelektroden, die mit dem Substrat kapazitiv gekoppelt sind und eine Einrichtung zum Auswählen einer bestimmten Reihe für das Auslesen vorgesehen ist, wobei ein Schaltungsteil (30) vorhanden ist, um alle Phasen einer Mehrphasen-Spannungsquelle mit den Elektroden in der ausgewählten Reihe zu verbinden, damit die in der ausgewählten Reihe vorhandene Ladung an eine Ausgangsklemme am Ende dieser Reihe verschoben wird, wo die nacheinander eintreffenden Ladungen dann abgegriffen werden, und daß Schaltungsteile (30, 61) vorgesehen sind, um allen nicht ausgewählten Reihen wenigstens eine, jedoch weniger als alle Phasen der Mehrphasen-Spannung anzulegen, damit die in den nichtausgewählten Zeilen angesammelten Ladungen in diesen Teilen gespeichert bleiben.

11. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach

' 3 4

Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jede beabstandet ist und eine erheblich größere gegen

w-te dieser Elektroden (16) auf einem Gleich- das Substrat gewandte Fläche hat als der am

Spannungspotential (K₀) gehalten wird. dichtesten beim Substrat befindliche Teil der

12. Ladungsgekoppelte Halbleiterschaltung nach Metallelektrode.
Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jede 5

fl-te dieser Elektroden auf einer Wechselspannung

(Φ, in F i g. 6 und 7) gehalten wird, wobei die

Wechselspannung eine der Phasen der Mehrphasen-Spannungsquelle ist.