DE2211886C - Charge-coupled image acquisition unit - Google Patents

Description

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i_-. ue'den lau;cnJ umra^eriJe Ve: sue:;. Jn'._t ^p noinrnen. Fla.h.r- und Li-.ier.-Biidautnjhmi-Bai.. einleiten iv. e::-.\v.ckeir.. weiche insgesarn: als Fe-:- korper aukebai:: -lind, um die aegenwariii: verwendeten Baueinhe^;ien zu pelzen, welche einen Elek-•.ronensir.'.h, zur Ableitung Verwender.. Vor nie!" allzu langer Zeit wurde eine neue Ausbildungsform einer Halbleiter-lnformationsspeicher-Bauemhei· vorgeschlagen, weiche gemäß einem Ausführungsbeispiel eine wirtschaftliche Herste'lung solcher Bildaufnahme-Baueinheiten ermöglicht.i_-. ue'den lau; cnJ umra ^ eriJe Ve: sue:;. Jn '. _t ^p noinrnen. Introduce Fla.hr- and Li-.ier.-Biidautnjhmi-Bai .. iv. e :: -. \ v.ckeir .. soft overall: as Fe -: - body aukebai :: -lind, around the aegenwariii: used building units ^; For a long time, a new form of semiconductor information storage device was proposed which, according to an exemplary embodiment, is economical to manufacture allows such image recording units.

Das Prinzip hinter diesen Informationsspeicher-Baueinheiten wurde als das Konzept für Iadungsgekoppeite Baueinheiten bekannt (s. beispielsweise T ο m ρ s e 11 u. a. mit dem Titel »Charge Coupled 8-Bit Shift Register« bzw. »Ladungsgekoppeiies Schieberegister für 8 Bit« in »Applied Physics Letters«, Bd. 17, Nr. 3, S. 111 bis i ¹S). Diese Baueinheiten beruhen auf der Erkenntnis, daß Information in Form von Ladungsträgern durch ein Halbleitermaterial bewegt werden kann, indem beispielsweise aufeinanderfolgend eine Reihe von Elektroden mit MIS-Baueinheiten vorgespannt wird. Der Ladungsübergang wird auf diese Weise erreicht, indem aufeinanderfolgend in dem Halbleitermaterial Potentialmulden (z. B. EntleerungiDc-reiche) geschaffen werden, in welche die Ladungsträger gezogen werden. Die Ladungsträger können auf verschiedene Weise erzeugt werden. Ein Verfahren besteht in der Erzeugung von Löcher/Elektronen-Paaren in dem Material durch Photonenabsorption. Minoritätsträger werden alsdann in die Potentialmulden geschoben, welche unter den vorgespannten Elektroden gebildet werden.The principle behind these information storage units became known as the concept for Iadungsgekoppeite units (see for example T ο m ρ se 11 among other things with the title “Charge Coupled 8-Bit Shift Register” or “Ladungsgekoppeiies Shift Register for 8 Bit” in “Applied Physics Letters ", Vol. 17, No. 3, pp. 111 to i ¹ S). These structural units are based on the knowledge that information in the form of charge carriers can be moved through a semiconductor material by, for example, successively prestressing a series of electrodes with MIS structural units. The charge transfer is achieved in this way by successively creating potential wells (e.g. discharge iDc-rich) in the semiconductor material, into which the charge carriers are drawn. The charge carriers can be generated in various ways. One method is to create hole / electron pairs in the material by photon absorption. Minority carriers are then pushed into the potential wells that are formed under the biased electrodes.

Es war bisher schon bekannt, daß das Prinzip der ladungagekoppelten Baueinheit bei einer Bildaufnahme-Baueinheit verwendet werden kann, ciie grundsätzlich eine Anordnung von MIS-Baueinheiten enthält, wobei Minoritätsträger proportional zu dem auffallenden Licht gebildet und lediglich durch aufeinanderfolgende Vorspannung der Metallelektroden ausgelesen werden.It was previously known that the principle of the charge-coupled unit in an image recording unit can be used, ciie basically an arrangement of MIS units contains, wherein minority carriers are formed proportionally to the incident light and only by successive ones The bias voltage of the metal electrodes can be read out.

Eine der Schwierigkeiten in Zuordnung zu der bekannten Baueinheit ist das Fehlen einer scharfen Auflösung. Da Licht ständig auf die MIS-Anordnung auffällt, werden Minoritätsträger in die Potentialmulden geschoben, welche unter den Elektroden gebildet sind, und zwar während der Ablesung, was eine Verwischung des Bildes bedingt. One of the difficulties associated with the known assembly is the lack of sharp resolution. Since light is constantly incident on the MIS arrangement, minority carriers are pushed into the potential wells which are formed under the electrodes during the reading, which causes a blurring of the image.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist demgemäß die Schaffung einer Bildaufnahme-Baueinheit, welche einfach herzustellen ist, eine hohe Lichtempfindlichkeit aufweist und nicht dem Problem der Bildverwischung unterworfen ist, wie dies in Zuordnung zu ladungsgekoppelten Baueinheiten steht.The object of the present invention is accordingly to provide an image recording unit, which is easy to manufacture, has high photosensitivity and does not have the problem of Image blurring is subject to how this is associated with charge-coupled units.

Die Erfindung schafft eine Festkörper-Bildauf-The invention creates a solid-state image recorder

nalime-Baueinhcii mit einem Ladungsspeichermediurn. einer Isolierschicht, welche zumindest einen Teil einer Flache des Mediums überdeckt, einer Anordnung \on Metallelektroden, die auf der Isolierschicht, gebildet sind. Elementen zur Projektil':: tir.-j? Bildes auf eine Fläche des Speichermedi'.im< z-ve^kdarin erfolgender Bildung von Ladungsträgern. Eiementen zur Vorspannung der erster. Anordnung \or. Elektroden in der Weise, daß Ladungsträger in dem Speic'termcdium unterhalb der Elektruden proportk- ι·.· n.:: zu dem aus das Medium fallenden Licht gjsaninieit werden, einer zweiten Anordnung von Vet:;:'.-elekiroden. die an der Isolierschicht über einem Hereich des Speichermediums gebildet sind. da.-, /λ der ersten Anordnung benachbart is;. Elementen /ur Ab- i> s.hirmung der zweiten Anordnung von um aultrci-'.-riden Licht. Elementen zur aufeinanderfolgenden N .«rspannung der Elektroden der ersten und /weite:] Anordnung, uni Ladungsträger von unterhalb der ersten Anordnung zu einer Stelle unterhalb der zweiten Anordnung zu übertragen, Elementen zur Vorspannung der zweiten Anordnung, um Ladungsträger in dem Speichermedium unterhalb der Elektroden der zweiten Anordnung zu speichern, und Elementen zur Ablesung der gespeicherten Ladungsträger, die durch die zweite Anordnung übertragen wurden. nalime-Baueinhcii with a charge storage medium. an insulating layer which covers at least part of a surface of the medium, an arrangement of metal electrodes which are formed on the insulating layer. Elements of the projectile ':: tir.-j? Image on a surface of the storage medium. In the <z-ve ^ kthin formation of charge carriers. Elements for prestressing the first. Arrangement \ or. Electrodes in such a way that charge carriers in the Speic'termcdium below the Electruden are proportional to the light falling from the medium, a second arrangement of Vet:;: '.- electrodes. formed on the insulating layer over a portion of the storage medium. da.-, / λ is adjacent to the first arrangement ;. Elements / for shielding of the second arrangement of aultrci- '.- riden light. Elements for the successive voltage of the electrodes of the first and / or wide arrangement, to transfer charge carriers from below the first arrangement to a location below the second arrangement, elements for biasing the second arrangement in order to transfer charge carriers in the storage medium below the electrodes of the second arrangement, and elements for reading the stored charge carriers which have been transferred through the second arrangement.

Daraus ergibt sich, daß der Erfindungsgegenstand zwei Anordnungen von MIS-Baueinheiten umfassen kann, von denen eine als eine optische Fühlanordnung und die andere als Speicher- und Ableseanord- 3c nung wirken kann. Ladungsträger werden ·η Potentialmulden unterhalb der Metallelektroden der Fühlanordnung proportional zu dem auffallenden Licht gebildet. Diese Information wird schnell zu dem Bereich unterhalb der Elektroden des Speichers und der 3 = Ableseanordnung übergeben, welche von jedem Licht abgeschirmt ist. Die Information kann danach aus der letztgenannten Anordnung ausgelesen werden ohne die optische Informatiü.i zu verwischen, in der Baueinheit sind Elemente vorgesehen, um eine 4c Querkopplung zu verhindern und den Übergabe-Wirkungsgrad während der Übergabevorgänge aufrechtzuerhalten.It follows that the subject matter of the invention comprises two arrangements of MIS modules one as an optical sensing arrangement and the other as a storage and reading arrangement 3c can work. Charge carriers become η potential wells below the metal electrodes of the sensing arrangement proportional to the incident light educated. This information quickly becomes the area below the electrodes of the memory and the 3 = Pass reading arrangement, which is shielded from any light. The information can then can be read from the latter arrangement without blurring the optical information, in Elements are provided in the structural unit to prevent 4c cross-coupling and to maintain the transfer efficiency during the transfer processes.

Die Erfindung schafft also eine Linien- und Fllichenbereichs-Bildaufnahme-Baueinheit auf der Grundlage der Speicherung und übergabe von Ladungsträgern in einem Halbleitermaterial durch Erzeugung von Potentialmulden in dem Material. Die Baueinheit ist gekennzeichnet durch zwei Anordnungen von MIS-Baueinheiten, von denen die eine als 5c optische Fühlanordnung und die andere als Speicher-Ausleseanordnung dient. Die Ladungsträger werdet, in Potentialmulden geschoben, welche unter den Metallelektroden der F'ühlanordnung proportional zu dem einfallenden Licht gebildet werden. Diese Information wird schnell auf die Speicher- und Ableseaiiordnung übertragen, indem aufeinanderfolgend Reihen von Elektroden der beiden Anordnungen vorgespannt werden. Die Information kann danach aus der Anordnung abgelesen werden, ohne daß ein Verschmieren erfolgt, während die Fühlanordnung fortgesetzt integriert. Das Gebilde umfaßt Elemente zur Verhinder'ing einer Querkopplung und zur Aufrechterhaltung des Übergabe-Wirkungsgrades für kleinflächige Elektro Jen. The invention thus creates a line and area region image recording unit based on the storage and transfer of charge carriers in a semiconductor material by generating potential wells in the material. The unit is characterized by two arrangements of MIS units, one of which serves as a 5c optical sensing arrangement and the other as a memory readout arrangement. The charge carriers are pushed into potential wells which are formed under the metal electrodes of the sensing arrangement in proportion to the incident light. This information is quickly transferred to the storage and reading arrangement by successively biasing rows of electrodes of the two arrangements . The information can then be read from the array without smearing while the sensing array continues to integrate. The structure includes elements to prevent a cross coupling and to maintain the transfer efficiency for small-area electrical equipment.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to the drawings. Show it

Fig. 1 A bis 1 C eine Spalte innerhalb eines Aus-Fig. 1 A to 1 C a column within an output

!ü'irtnmsh'j.spicK eine crfindungsgeiii.iLWn Baii-.-.nhei' /ur Veranso'iuüiichuni' \or. deren Betr.ch ::: schein at i scher Darstellung.! ü'irtnmsh'j.spicK a crfindungsgeiii.iLWn Baii -.-. nhei ' / ur Veranso'iuüiichuni '\ or. whose Betr.ch ::: Apparent representation.

F i e. 2 ein Ausführungsbei.-rMi,! einer ei :::h!ung· .v malten Flache nbereic'n s-B i!d:iuf:i.:hnie-B:: IU üilu-.: ü. schenialische- i>ai:isichi.F i e. 2 an execution at.-rMi ,! an egg ::: h! ung .v painted flat areas s-B i! d: iuf: i.: hnie-B :: IU üilu- .: ü. schialische- i> ai: isichi.

F ι i. 3 einen >chrii' !lirii;-. Je: Ei·¹!' " '■'■'■F ι i. 3 a> chrii '! Lirii; -. Each: egg ¹ ! '"'■' ■ '■

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FMg.4 eine E^.er-ßildauinahme-Baueini:. r ma'i eiiierri anderen Ausführangsp;; .p;e; di· L ■ i ■ -FMg.4 an E ^ .er-ßildauinahme-Baueini :. r ma'i eiiierri other versions ;; .p; e; di · L ■ i ■ -

E ig. 1 A h- 1 C" zeigen den Grur.d;.;;ib;i;iE ig. 1 A h- 1 C "show the size d;. ;; ib; i; i

Γ '. L.2 \eransL'h::ii!i.h: eine D^r -,iu ·'■-::. dji .: Anordnung. Zu:r Zwecl··..· der V.· -i;-: :eiH.:ie Baueinheit mit e...e" f'ühiaiu-./^n une -on eeaüi seciis Eiern ::::c: ve:a;-.eha^ii-.i :. iJ . üu.-iSseedanKf- ►'nne.r. iedoc!. au· >-_Λ._:ι;ι;Γ '. L.2 \ eransL'h :: ii! Ih: a D ^r -, iu · '■ - ::. dji .: arrangement. To: r Zwecl · · .. · the V. · -i; -:: eiH.: Ie unit with e ... e "f'ühiaiu -./^ n une -on eeaüi seciis eggs :::: c : ve: a; -. eha ^ ii-.i:. iJ. üu.-iSseedanKf- ►'nne.r. iedoc !. au ·> - _{Λ .:} ι; ι;

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Gemäß Fig. !A u-~faßt die Baueinheit einen Halbleiterblockteil 10. ve Icher gemaö dem Beispiel aus η-leitendem Silizium bestehen kann. In ('berdcK kung zu der Oberfläche des Blockes ist eine dielektrische Schicht 11 vorgesehen, weiche beispieis\vc:se aus Siliziumdioxid bestehen kann. An der Oberseite dieser dielektrischen Schicht befindet sich eine Reihe von Metallelektrode!·: 12a bis 12J. 13λ bis Mu. 14« bis 14 d und 15 Ir. der Darstellung genial:· Fig. IA bilden diese Eiek^!roden eine Spalte \on MIS-Baueinheiten in der Flächen-Büdaufnahme-Baueinheit According to FIG. 1, the structural unit comprises a semiconductor block part 10. According to the example, it can consist of η-conductive silicon. Covering the surface of the block, a dielectric layer 11 is provided, which, for example, can consist of silicon dioxide. On the top of this dielectric layer there is a row of metal electrodes!: 12a to 12J. 13λ to Mu the representation d 14 "to 14 and 15 Ir is ^{ingenious...!} · Figure IA make this clear Eiek a column \ on MIS units in the surface Büdaufnahme assembly

Das Bild eires Gegenstandes, beispielsweise eines Gegenstandes 30.. wird auf die Fläche des Halbleiteibiockes gegenüber den Elektroden mittels einer Lichtquelle und einer Linse 29 projiziert. Ein Tei' dieser Fläche ist von dem Licht durch einige Bauelemente abgeschirmt, beispielsweise einen undurchlässigen Feldanschiag 17. Das tatsächliche fur diesen Abschirmzweck verwendete Bauelement ist unwichtig. Die Baueinheit kann demgemäß als in zwei Teile unterteilt betrachtet werden. Die ersten sechs Elektroden bilden eine Spalte der Flächen-Fühlanordnung, wogegen die letzten sieben Elektroden eine Spalte des Flächenspeichers und einer Ausleseanordnung bilden, wie dies nachfolgend noch näher beschrieben wird. Das Bild kann auch auf die Eiektrodenseite des Halbleiierblockes projiziert werden, du transparente Elektroden vorgesehen sein können.The image of an object, for example one Object 30 .. is on the surface of the semiconductor block projected across from the electrodes by means of a light source and a lens 29. A part This surface is shielded from the light by some components, for example an opaque one Field Stop 17. The actual component used for this shielding purpose is not important. The assembly can accordingly be viewed as being divided into two parts. The first six electrodes form one column of the surface sensing arrangement, while the last seven electrodes form one Form gaps of the area memory and a readout arrangement, as will be described in more detail below will. The image can also be projected onto the electrode side of the semiconductor block, you transparent electrodes can be provided.

In deT« Fühlteil sind Elektroden Yl a, 12/' mit einem leitenden Weg A 1 gekoppelt. Elektroden Ma. Mb mit einem Weg Al und Elektroden 14λ, 14 6 mit einem Weg A 3, um ein dreiphasiges laduiigsgekoppeltes System zu bilden. In gleicher Weise ist jed dritte Elektrode des Speicher- und Ausleseteiles n'ui einem der leitenden Wege B 1, B 2 oder B 3 mir Ausnahme der Elektrode 15 verbunden, welche mit den> leitenden Weg C1 gekoppelt ist. Die Zeitgebcrim pulse werden jedem dieser leitenden Wege zugeführt um aufeinanderfolgend die Elektroden vorzuspannen, wie dies nachfolgend näher erläutert ist. Es sind Elemente vorgesehen, um den entsprechenden Elek troden beider Teile (z.B. 12a, 12b, 12c, 12rf) zu ermöglichen, zeitlich gleichzeitig an bestimmten Punkten pulsbeaufschlagt zu werden. Diese Elemente sind schematisch in F i g. 1 A als Schalter 18, 19, 20 veranschaulicht. In the sensing part, electrodes Yl a, 12 / 'are coupled to a conductive path A 1. Electrodes Ma. Mb with a path Al and electrodes 14λ, 14 6 with a path A 3 to form a three-phase laduiigskoppeles system. In the same way, every third electrode of the storage and readout part n'ui is connected to one of the conductive paths B 1, B 2 or B 3 with the exception of the electrode 15, which is coupled to the conductive path C 1. The Zeitgebcrim pulses are fed to each of these conductive paths in order to sequentially bias the electrodes, as will be explained in more detail below. Elements are provided to enable the corresponding electrodes of both parts (eg 12a, 12b, 12c, 12rf) to be pulsed simultaneously at certain points. These elements are shown schematically in FIG. 1A illustrated as switches 18, 19, 20.

Der Betrieb der Baueinheit ergibt sich, indem zuerst auf die Foltie von Voreäneen uemäß F i u. I A The operation of the unit results by first acting on the basis of Voreäneen uemäß F i and IA

Dis 1 C Bezug genommen wird. Gemäß F i g. 1 A wurde ein Impuls den Elektroden 13 α und 13 b von Jem leitenden Weg A 1 zugeführt, um Potcnlialmulden in dem Halbleitermaterial 10 unterhalb der Elektroden zu bilden. Das auf das Material fallende Licht erzeugt darin Löcher/Elektronen-Paare; Minoritätsträger zerstreuen sich dann zu dem nächsten Potentialminimum. Die Minoritätsträger, welche durch » + « in der Zeichnung dargestellt sind, werden in jede Potenttalmulde verschoben, um auf diese Weise die Lichtintensität an der Halblcitcrflächc über die Fläche zu messen, welche durch jede Gruppe von drei Elektroden 12α, 13α, 14n bzw. lib, 13b, 14/) überdeckt ist.Dis 1 C is referred to. According to FIG. 1 A, a pulse to the electrodes 13 and α 13 b supplied from Jem conductive path A 1, to form Potcnlialmulden in the semiconductor material 10 under the electrodes. The light falling on the material creates hole / electron pairs in it; Minority carriers then disperse to the next potential minimum. The minority carriers, which are represented by "+" in the drawing, are shifted into each potential well in order in this way to measure the light intensity on the half-light surface over the area which is generated by each group of three electrodes 12α, 13α, 14n and lib , 13b, 14 /) is covered.

Gemäß dem Prinzip der Ladungskopplung können diese Ladungspakctc durch den Halbleiter bewegt werden, indem aufeinanderfolgende Elektroden impulsgetastet werden, worauf aufeinanderfolgende Potcntialmuldcn gebildet werden, in welche die Ladung fließt. Daher werden die entsprechenden leitenden Wege des FUhlteilcs und des Spcicher-Auslesctciles der Baueinheit miteinander gekoppelt, und ein Impuls wird in Aufeinanderfolge bei schneller Geschwindigkeit den Stellen Al, Al, Ai zugeführt, um die Ladung schnell aus dem FUhltcil in den Speidicr-Auslcsctcil zu bewegen. Gemäß F i g. 1 B befinden sich die Ladungspakctc in der dort veranschaulichten Betriebsphase nunmehr unter den Elektroden 13 r, 13t/, wo sie gehalten werden. Die schnelle Übergabe hat jegliche Verwischungseffekte verhindert; da der Speicher-Auslcseteil gegenüber dem Licht abgeschirmt ist, kann die Ladung nunmehr mit geringerer Geschwindigkeit ausgelesen werden, ohne jegliche zusatzliche Sammlung von Minoritätsträgern. According to the principle of charge coupling, these charge packets can be moved through the semiconductor in that successive electrodes are pulsed, whereupon successive potentials are formed into which the charge flows. Therefore, the corresponding conductive paths of the sensing element and the memory readout section of the assembly are coupled together, and a pulse is applied in succession at high speed to the locations Al, Al, Ai in order to move the charge quickly from the sensor element into the storage element . According to FIG. 1B, the charge packs in the operating phase illustrated there are now under the electrodes 13r, 13t /, where they are held. The quick handover prevented any blurring effects; since the memory release part is shielded from the light, the charge can now be read out at a slower speed, without any additional collection of minority carriers.

Um die Informationen aus dem Speicher-Auslcsctcil auszulesen, sind die leitenden Wege der beiden Teile entkoppelt. Dies ermöglicht, daß die leitenden Wege BI, B 2, B 3 pulsbeaufschlagt werden, während der leitende Weg A 2 pulsbcaufschlagt bleibt, so daß die Information in dem Speicher-Ausleseteil ausgelesen wird, während der Fühlabschnitt im Integrieren fortfährt. Beim Auslesevorgang muß der leitende Weg C1 mit B 1 gekoppelt werden, beispielsweise durch Schließung des Schalters 21, so daß die Ladung zu dem Bereich unter der letzten Elektrode übergeben wird. In der Phase gemäß Fig. IC wurden die leitenden Wege in der Folge B 3—Bl— B 2 pulsgetastet, so daß die erste Ladungspackung zu dem Bereich unterhalb des Elektrode 15 übergeben wurde, während die zweite Packung unter der Elektrode 13 rf gebalten ist Die erste Packung kann nunmehr in einer Richtung aus der Seite oder in die Seite ausgelesen werden, da die Elektrode 15 eine Elektrode in einer Serien-Ausleseanordnung darstellt. Dies ist nachfolgend in Verbindung mit Fig.2 beschrieben. Die zweite Packung kann aufeinanderfolgend zu der Elektrode 15 durch die gleiche Folge von Impulsen und die gleiche Auslesung fibertragen werden. Zwischenzeitlich setzt die Fühlanordnung die Sammlung von Ladung unter den Elektroden 13 λ 136 fort, wobei der Vorgang der Obergabe und Auslesung wiederholt wird. In order to read the information from the memory Auslcsctcil, the conductive paths of the two parts are decoupled. This enables the conductive paths BI, B 2, B 3 to be pulsed while the conductive path A 2 remains pulsed, so that the information in the memory readout part is read out while the sensing section continues to integrate. During the readout process, the conductive path C 1 must be coupled to B 1, for example by closing the switch 21, so that the charge is transferred to the area under the last electrode. . In the phase shown in FIG IC, the conductive paths in the sequence B 3- Bl were - pulsgetastet B 2, so that the first charge package was delivered to the region below the electrode 15, while the second pack is gebalten rf under the electrode 13 The first pack can now be read out in one direction from the side or into the side, since the electrode 15 represents an electrode in a series readout arrangement. This is described below in connection with FIG. The second pack can be sequentially transferred to the electrode 15 by the same train of pulses and the same reading. In the meantime, the sensing arrangement continues to collect charge under the electrodes 13 λ 136, the process of transferring and reading out being repeated.

Fig.2 zeigt die volle Flächenanordnung, die durch vier Spalten von Baueinheiten gemäß Fig. 1 A, IC gebildet ist Demgemäß bildet jede Elektrode von Fig. 1 A bis IC einen Teil einer Reihe von vier Elementen, welche gemeinsam mit einem der leitenden Wege gekoppelt sind. In der gezeigten Darstellung sind die Zwischenverbindungen zwischen Elektroden in einer Reihe teilweise aufgebrochen veranschaulicht, um den Grundaufbau der Baueinheit zu zeigen. Wenn der leitende Weg/l pulsbeaufschlagt ist, sammelt sich Ladung unterhalb der Elektroden in der zweiten und fünften Reihe der Fühlanordnung. Danach wird durch Pulstastung der Elektroden in der vorangehend beschriebenen Weise FIG. 2 shows the full area arrangement formed by four columns of structural units according to FIG. 1A, IC. Accordingly, each electrode from FIGS. 1A to IC forms part of a row of four elements which are commonly coupled to one of the conductive paths are. In the illustration shown, the interconnections between electrodes in a row are illustrated partially broken away to show the basic structure of the assembly. When the conductive path / l is pulsed, charge collects beneath the electrodes in the second and fifth rows of the sensing array. Thereafter, the electrodes are pulsed in the manner described above

ίο die Ladung zu der Fläche unterhalb der Reihen von Speichcrclektroden übergeben, welche mit dem Weg Bl gekoppelt sind, und nachfolgend aus einer Leitung pro Zeiteinheit ausgelesen. Der Auslesevorgang wird durch die Reihe von Elektroden 22 bewirkt,passed ίο the charge to the area below the rows of Speichcrclektroden which are coupled to path Bl, and subsequently read from a line per unit time. The reading process is effected by the series of electrodes 22 ,

is von (Jenen die Elektrode 15 gemäß einer vorangehenden Erwähnung einen Teil darstellt. Eine Reihe von 1 adungspaketen wird in dem Bereich unterhalb dieser letzten Reihe übergeben, indem die leitenden Wege Bl, Bl, B 3 impulsgesteuert werden, währendis of (of which the electrode 15 according to a previous mention is a part. A row of 1 charge packets is transferred in the area below this last row by the conductive paths Bl, Bl, B 3 being pulse-controlled while

»o der leitende Weg C 1 mit B 1 über den Schalter 21 gekoppelt wird. Nach der Entkopplung von C1 werden die leitenden Wege der letzten Reihe in der Folge Cl—C 3—Cl pulsgesteuert, um die Ladung seitlich in irgendeine Ausgangsstufe zu bewegen, bci-»O the conductive path C 1 is coupled to B 1 via the switch 21. After the decoupling of C1, the conductive paths of the last row in the sequence Cl —C 3 — Cl are pulse-controlled in order to move the charge laterally into any output stage, bci-

j5 spiclsweise einen Bereich von diffundiertem p-Ieitcnden Halbleitermaterial 23, wo die Ladung durch eine Vielfalt in sich bekannter Verfahren angezeigt werden kann. Der Betrieb der Baueinheit kann daher allgemein als parallele Übergabe von Ladung an einej5 spiclsweise a region of diffused p-Ieitcnden semiconductor material 23 where the charge may be indicated by a diversity of methods known per se. The operation of the unit can therefore generally as a parallel transfer of charge to a

Scrienauslcsung dargestellt werden.Scrienauslcsung are shown.

Da Ladung durch den Halbleiter in bezug auf eine Reine pro Zeiteinheit übertragen wird, ist es günstig, einige Elemente vorliegen zu haben, um eine Ladungskopplung von einer Spalte von Elektroden zuSince charge is transferred through the semiconductor with respect to one pure per unit of time, it is favorable to some elements have to be present to have charge coupling from a column of electrodes

der nächsten zu verhindern, während die Anordnung von Elektroden so dicht wie möglich gepackt hergestellt wird. Gemäß F i g. 2 wird dies erreicht, indem Metallstreifen 24 geschaffen werden, welche das dielektrische Material an den Kanten der Baueinheit sowie in dem Bereich zwischen den Spalten von Elektroden überdecken. Die Wirkung dieses Gebildes ergibt sich leicht in Verbindung mit Fig.3, welche einen Querschnitt längs der Linie 3-3 von F i g. 2 darstellt. Die Reihe von Elektroden gemäß Fig. 3 wurde in einen »Einschaltzustand« pulsgesteuert, und es wurden Minoritätsträger in den Flächenbereich des Blockes darunter übergeben. Die Metallstreifen 24 werden auf einer konstanten negativen Vorspannung gehalten, um Entleerungsbereiche inthe next while making the array of electrodes packed as tightly as possible. According to FIG. 2, this is achieved by creating metal strips 24 which cover the dielectric material at the edges of the assembly as well as in the area between the gaps of electrodes. The effect of this structure can easily be seen in connection with FIG. 3, which shows a cross section along the line 3-3 of FIG. 2 represents. The row of electrodes according to FIG. 3 was pulse-controlled in a "switched-on state", and minority carriers were transferred into the area of the block below. The metal strips 24 are kept at a constant negative bias in order to avoid depletion areas

dem Blockmaterial zu bilden, welche wesentlich flacher als diejenigen sind, die durch die pulsgesteuerten Elektroden gebildet werden. Dies schafft Polentiafechrankefi zwischen den Paketen der Ladung, die unter jeder Elektrode in der Reihe vorliegt, wodurch the block material, which are substantially flatter than those formed by the pulse-controlled electrodes. This creates polentiafechrankefi between the packets of charge that is present under each electrode in the series, thereby creating

SS verhindert wird, daß sich Ladung in eine benach barte Spalte bewegtSS is prevented from loading into a neighboring beard column moves

Die vorgespannten Metallstreifen bewirken eini weitere Funktion, welche in der Aufrechterhaltuni des Übergabewirkungsgrades Hegt Tatsächlich ist eThe pre-tensioned metal strips have another function, which is the maintenance of the transfer efficiency. In fact, e günstig, eine gleichförmige Vorspannung an all Elektroden anzulegen, um flache Eotkenmgsbe reiche in dem Block aufrechtzuerhalten, wenn di Elektroden nicht pulsgesteuert sind. Dies erfolgt, uc eine Rekombination von Ladung zu verhindernfavorable, a uniform bias at all Apply electrodes to flat Eotkenmgsbe enough to maintain in the block when the electrodes are not pulse controlled. This is done, uc prevent recombination of charges welche an der Zwischenfläche von Block und Dielek trikum eingeschlossen wurde. Die Rekombinatio tritt jedoch noch in den Flächenbereichen gerade un terhalb der Kante jeder Elektrode auf, da die Entleewhich at the interface of the block and the floorboard trikum was included. The recombinatio However, it still occurs in the surface areas just below the edge of each electrode, as the void

rungsbereichc, welche an dem Rcslpolential gebildet werden, wesentlich auf die Flächenberciche gerade unterhalb der Elektroden beschränkt sind. Bei der zu beschreibenden Bildaufnahmc-Baucinheit ergäbe dies einen schlechten Übergabewirkungsgrad und Ladungsvcrlustc, welche bei kleinflächigcn Elektroden bctiiitlich werden. Die Entladungsberciche, welche in diesen Kantcnfliichenbereichcn durch die Matcrialstrcifcn gebildet werden, verhindern auf diese Weise diese imgcwiinsclite Rekombination.rungsbereichc, which is formed at the Rcslpolential are essentially limited to the area just below the electrodes. At the too descriptive image acquisition unit, this would result in poor transfer efficiency and charge loss, which become active with small-area electrodes. The discharge areas, which in these edge areas by the material stripes prevent this imgcwiinsclite recombination in this way.

I-'ig. 3 zeigt auch ein Verfahren zur Bildung einer Reihe von Elektroden in tier Bildaufnahmc-Baueinheit. Nachdem die Metallstreifen 24 auf der dielektrischen Oberfläche ausgebildet wurden, wird ein dielektrisches Material 25 auf den Streifen niedergeschlagen. Ein Metall kann danach über dem entstehenden Gebilde niedergeschlagen werden, um beispielsweise die Elektroden 13 c und die hierzu verlaufenden Zw ischen\ erbindungen herzustellen, so daß die Reihe von Elektroden mit einem der leitenden Wege gekoppelt werden kann (in der Reihe, welche in I·' i g. 3 veranschaulicht ist, mit ß 2).I-'ig. 3 also shows a method of forming a Series of electrodes in an image acquisition assembly. After the metal strips 24 are formed on the dielectric surface, it becomes a dielectric Material 25 deposited on the strip. A metal can then over the emerging Forms are deposited, for example, the electrodes 13 c and the this extending Establish interconnections so that the row of electrodes with one of the conductive Paths can be coupled (in the series illustrated in I · 'i g. 3, with β 2).

Obgleich die erfiiidungsgemäßc Baueinheit in Verbindung mit einem dreiphasigen ladungsgekoppcltcn System beschrieben wurde, kann auch ein vierphasijU's oder /weiphasiges System angewendet werden. Es sind auch andere Elemente möglich, um eine Querkupplung zu vermeiden. Beispielsweise kann in den Fall ties beschriebenen n-leitendcn Siliziums Diffusion \nn n-lcitcndctn Material in den Block /wischen den Spalten eine angemessene Abschirmung schaffen. Zusätzlich kann die Baueinheit so ausgelegt sein, daß die erste Reihe von Ladungspaketen von der Kühlanordnung in die letzte Reihe der Elektroden (22 in F i g. 2) zwecks Scricnauslcsung übergeben wird, um hierbei die Anzahl von Reihen von Elektroden auf einem Minimum zu halten.Although the structural unit according to the invention in connection with a three-phase charge-coupled system has been described, a four-phase system can also be used or / two-phase system can be used. Other elements are also possible to create a Avoid cross coupling. For example, in the case of the n-type silicon Diffusion \ nn n-lcitcndctn material into the block / wipe the crevices with adequate shielding create. In addition, the assembly can be designed so that the first row of charge packets of of the cooling arrangement in the last row of electrodes (22 in FIG. 2) for the purpose of scribing in order to keep the number of rows of electrodes to a minimum.

Die gleichen Grundsätze, welche in Verbindung mit der I iaehcn-Uildwicdcrgabc-Baucinhcit beschrieben wurden, können auch zum Aufbau der Linicn-Hildaufnahmccinhcil verwendet werden, die in Draufsicht in F i g. 4 veranschaulicht ist. Dieser Figur zufolge besteht die Fühlanordnung aus einer einzigen Reihe von Elektroden 26. welche mit dem leitenden Weg /) 1 gekoppelt sind. Zwischenverbindungen wurden bei dieser Darstellung zum Zwecke der Klarheit weggelassen. Wie bei dem vorangehenden Beispiel bewirkt die Zufuhr einer Vorspannung zu dieser Reihe von Elektroden die Bildung von Minorilätsträgern in dem Halbleilcrblock proportional zu dem auffallenden Licht. Die zweite und dritte Reihe von Elektroden ist von dem Licht abgeschirmt und kann als Übergabe- und Ausleseanordnung betrachtet werden. Diese Reihen werden mit leitenden Wegen Dl bzw. E 1 gekoppelt. Auch hier sind wiederum Metallstreifen 27 vorgesehen, um eine QuerkopplungThe same principles which have been described in connection with the I iaehcn-Uildwicdcrgabc-Baucinhcit can also be used for the construction of the Linicn-Hildaufnahmccinhcil, which in plan view in FIG. 4 is illustrated. According to this figure, the sensing arrangement consists of a single row of electrodes 26 which are coupled to the conductive path /) 1. Interconnections have been omitted from this illustration for the sake of clarity. As in the previous example, the application of a bias voltage to this series of electrodes causes the formation of minority carriers in the semiconductor block in proportion to the incident light. The second and third rows of electrodes are shielded from the light and can be viewed as a transfer and readout arrangement. These rows are coupled to conductive paths Dl and E 1, respectively. Here, too, metal strips 27 are again provided for cross-coupling

ίο zwischen benachbarten Spalten zu verhindern und den Übergabewirkungsgrad aufrechtzuerhalten. Im Betrieb werden die Pakete der Ladung aus dem Bereich unter der ersten Reihe von Elektroden in den Bereich unterhalb der dritten Reihe übertragen, indem die leitenden Wege in der Folge Dl-El-Di pulsbeaufsehlagt werden. /) 1 wird danach in einem pulsgesteuerten Einschaltzustand gehalten, so daß die erste Reihe integriert, während die Pakete in der dritten Reihe ausgelesen werden. Wie bei der Flächen-ίο to prevent between adjacent gaps and to maintain the transfer efficiency. In operation, the packets of charge are transferred from the area below the first row of electrodes to the area below the third row by pulsing the conductive paths in the sequence Dl-El-Di. /) 1 is then kept in a pulse-controlled switch-on state, so that the first row integrates while the packets in the third row are read out. As with the area

ao Bildaufnahme-Baueinheit wird die Reihe von Ladungspaketen serienweise ausgelesen, indem aufeinanderfolgend die leitenden Wege El, E2, E3 pulsgestcuert werden, bis die gesamte Ladung zu einer Ausgangsstufe übertragen wird, beispielsweise einerao image acquisition assembly is the series of charge packages read out in series by sequentially pulsing the conductive paths E1, E2, E3 until all of the charge is transferred to an output stage, for example one

»5 Diffusionsstufc 28, wo das Signal angezeigt wird. Auch die Anordnung gemäß Fig.4 ist lediglich ein Ausführungsbeispiel, wobei tatsächlich eine Reihe wesentlich mehr Elektroden enthalten kann. In einem solchen Fall kann eine Signalvcrschlechtcrung infolge der großen Anzahl von Übergabevorgängen Maiifiiidon, die bei dcrn Scrienauslesevorgang erforderlich sind. Um diese Schwierigkeit zu vermeiden, können einige Ablcse-Diffusionsstufcn 28 in der letzten Reihe eingestreut sein, wobei die Signale nachfolgeiid vereinigt werden.»5 diffusion stage 28 where the signal is displayed. The arrangement according to FIG. 4 is also only a Embodiment in which a row can actually contain significantly more electrodes. In in such a case, signal degradation due to the large number of handovers may occur Mayifiiidon, which is necessary for the scrien readout process are. In order to avoid this difficulty, some separation diffusion stages 28 can be used in the last Row be interspersed, with the signals nachsequiid be united.

Obgleich die Erfindung in Verbindung mit der Anwendung von Halbleitermaterial als Ladungsspcichcrmediuni beschrieben wurde, ergab es sich, daß das Prinzip der ladungsgekoppeltcn Baueinheit in gleicher Weise auch auf Stoffe anwendbar ist, die normalerweise als isolierend oder halbisolierend betrachtet werden. Demgemäß liegt auch die Anwendung solcher Stoffe im Erfindungsgegenstand.Although the invention in connection with the use of semiconductor material as a charge storage medium has been described, it was found that the principle of the charge coupled device is equally applicable to substances normally considered to be insulating or semi-insulating will. Accordingly, the use of such substances is also part of the subject matter of the invention.

Die Logikschaltungen, welche zur Pulssteuerung der Flächen- und Linien-Bildaufnahme-Baueinheiten verwendet werden können, sind gemäß dem üblichen Fachwissen leicht abzuwandeln.The logic circuits which are used for pulse control of the area and line image acquisition units can be used, can easily be modified in accordance with the usual technical knowledge.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (7)

Patentansprüche:Patent claims: 1 Γ .■!:-:örper-niidaunuihrnL-Baueinhei: mi' einen", Ladungsspeiehermedium. einer Isoi.ersc!i:^iit. '.".eLhe zumindest einer. Tei' cer einen F.aeiie des Mediums überdeckt, einer erster. Anordnung von Me'a!!e!ek!n>der:. welche an de: isore-sehiehi gebildet sind. Elementen zur Pro;:- zic-rung eines BilJes au^f die eine Flache oe- -o Sp^.enerriiedium-: zur c.-irin erfolgenden Bildung \υη Ladungsträgern und Elementen zur Vn>paiiiHu-ii! der ersten Anordnung ^ on Elektrode::. ,::r. 1 .iCiurig^triiger in den; Spei-ehermedium um·.'-L:-.!b d^r Elektroden proportional dem au: da^ Medi,im einbauenden Lic:;! zu larnmein. gekennzeichnet durch e;'-;L zweite Anordnung \ck MeuiUelikuodevi '.,lic und 12 d 13 l und lid. ¹^r und 14'J, 15) an der Isolierschicht oberhalb einer Fläche des Speichermediums, die der ersten Anordnung benachbart ist, Elemente (17) zur Abschirmung der zweiten Anordnung von dem einfallenden Licht, Elemente (A 1. A 2, A 3, B 1. B 2. B 3. 18, 19. 20) zur aufeinanderfolgenden Vorspannung der Elektroden der ersten und zweiten Anordnungen zwecks Übergabe von Ladungsträgern von unterhalb der ersten Anordnung zu einer Stelle unterhalb der zweiten Anordnung, Elemente (Bl, S 2, Bi) zur Vorspannung der zw iien Anordnung zwecks Speicherung von Ladungsträgern in dem Speichermedium unterha'b einer der Elektroden der zweiten Anordnung und Elemente (Cl, C2 C 3) zur Auslesung der gespeicherten Ladungsträger, die durch die zweite Anordnung übertragen wurden.1 Γ. ■!: -: body-niidaunuihrnL-Baueinhei: mi 'a ", charge storage medium. An Isoi.ersc! I: ^ iit.'.". ELhe at least one. Partly covers a part of the medium, a first. Arrangement of Me'a !! e! Ek! N> der :. which are formed at de: isore-sehiehi. Elements for Pro; - zic-rung one BilJes o ⁿ a flat OE -o Sp ^ .enerriiedium-: to bc irin taking place Education \ υη carriers and elements for Vn> paiiiHu-ii! of the first arrangement ^ on electrode ::. , :: r. 1 .iCiurig ^ triiger in the; Storage medium around · .'- L: -.! B d ^ r electrodes proportional to the au: da ^ Medi, in the built-in Lic:;! to larnmein. characterized by e; '-; L second arrangement \ ck MeuiUelikuodevi '., lic and 12 d 13 l and lid. ¹ ^ r and 14 'J, 15) on the insulating layer above a surface of the storage medium which is adjacent to the first arrangement, elements (17) for shielding the second arrangement from the incident light, elements (A 1. A 2, A 3 , B 1. B 2. B 3. 18, 19. 20) for successive biasing of the electrodes of the first and second arrangements for the purpose of transferring charge carriers from below the first arrangement to a point below the second arrangement, elements (B1, S 2, Bi) for biasing the two arrangement for the purpose of storing charge carriers in the storage medium under one of the electrodes of the second arrangement and elements (C1, C2, C 3) for reading out the stored charge carriers which have been transferred through the second arrangement. 2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ladungsspeichermedium (10) einen Körper aus Halbleitermaterial umfaßt.2. Assembly according to claim 1, characterized in that the charge storage medium (10) comprises a body of semiconductor material. 3. Baueinheit nach einem der Ansprüche 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Anordnung von Elektroden in zwei dimensionsmäßigen Mustern vorgesehen sind3. Assembly according to one of claims 1 and 2, characterized in that the first and a second array of electrodes are provided in two dimensional patterns 4. Baueinheit nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Elemente (24) zur Isolierung von Ladungsträgern unterhalb einer Spalte von Elektroden der Anordnungen gegenüber Ladungsträgern unterhalb benachbarter Spalten.4. Unit according to claim 3, characterized by elements (24) for isolating charge carriers below a column of electrodes of the arrangements opposite charge carriers below adjacent columns. 5. Baueinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierelement Streifen (24) des Metalls umfaßt, das die Isolierschicht in dem Bereich zwischen benachbarten Spalten der Elektroden überdeckt und auf einer konstanten Vorspannung gehalten ist, um Entleerungsbereiche in dem Speichermedium zu bilden.5. Assembly according to claim 4, characterized in that the insulating element strips (24) of the metal that forms the insulating layer in the area between adjacent columns of the Electrodes covered and kept at a constant bias to evacuate areas to form in the storage medium. 6. Baueinheit nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Streifen aus Metall (24), welche die Isolierschicht in dem Bereich rund um die: Kanten der Anordnungen überdecken und auf einer konstanten Vorspannung gehalten sind, um Entleerungsbereiche in dem Halbleiterkörper zu btl- den und eine Ladungs-Rekombination an der Halbleiter/Isohtor-Zwischenfläche in dem Flächenbereich zu verhindern. 6. Assembly according to claim 5, characterized by strips of metal (24), which cover the insulating layer in the area around the: edges of the arrangements and are kept at a constant bias to btl- to empty areas in the semiconductor body and a charge -Prevent recombination at the semiconductor / insulation gate interface in the surface area. 7. Baueinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anordnung eine Reihe (22) von Ausleseelektroden umfaßt und daß das Ausleseelement Mittel (Cl, C2, C3) umfaßt, um aufeinanderfolgend die Ausleseelek-•.roden vorzuspannen und eine serienmäßige Auit-sune der Ladungsträger zu bewirken 7. Assembly according to claim 3, characterized in that the second arrangement comprises a row (22) of readout electrodes and that the readout element comprises means (Cl, C2, C3) to successively bias the readout electrodes • .roden and a standard Auit- to effect sune of the charge carrier s Baueinheit nach Anspruch 1. dadurch gekennyeiehne:. daß die Elemente zur aneinander, folgend-- Vorspannung der Elektroden der , sten ιτκΐ /ue^;ien Anordnung jeweils e:n ereipruvu' -s N^terr. !.-i I.Al A 3!umfas-er.S structural unit according to claim 1. characterized gekennyeiehne :. that the elements for one another, following-- biasing of the electrodes of the, most ιτκΐ / ue ^; ien arrangement each e: n ereipruvu '-s N ^ terr. ! .- i I.Al A 3!