DE2439799C2 - Ladungsgekoppelte Anordnung, insbesondere Bildsensor - Google Patents
Ladungsgekoppelte Anordnung, insbesondere BildsensorInfo
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Description
25 bekannt, be· der der Ladungstransport der zu übertragenden
Ladungsmengen im wesentlichen im Inneren lblihih rfl Di JransP°rt^^u^
genden Ladugg
Die Erfindung bezieht sich auf eine ladungsgekoppel- der Halbleiterschicht erfolgt. Die
te Anordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 an- ^S^S^SSS
gefnedemHaibieiterkörper kann eine Anzahl von Halb- 30 portgeschwindigkeit in ladungsgekoppelten Anordnun
lei "Sehten gebildet werden, die nebeneinander lie- gen, in denen der Ladungstransport völlig an der Obergenund
zueinander parallel verlaufen, wobei sich die fläche des Halbleiterkörpers stattfindet, verhaltn.sma-Flektroden
in einer Richtung quer zu der Ladungstrans- ßig hoch sein.
pöri chtung uTer ale Halbleiterschichten erstrecken Es sei bemerkt, daß unter »Majontatsladungstra-
und ew il" rnit der unterliegenden Halbleiterschicht ei- 35 gern« nachstehend derjenige ^"J^!^^
ne ladungsgekoppelte Anordnung bilden können. Eine zu verstehen ist, deren Konzentration ^m Fehlen elek-
dcrartiee Struktur kann ζ B. als zweidimensionales Auf- irischer Felder in der Halbleiterschicht großer z.B.
SSSeSt S Kameraröhren verwendet werden, zehnmal oder vorzugsweise sogar mindestens tautet-
wobei ein zweicmensionales Strahlungsmuster das auf mal größer als die Konzentration ™. ^J^™*«*
die Oberfläche des Halbleiterkörpers projiziert wird, in 40 vom anderen Typ, den sogenannten Mmontatsladungs-
cin /weidimensionales Muster von Ladungspaketen tragern, ist.
umgewandelt wird, die in den Potentialmulden gebildet Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. eine Ia-
umgewdiiucu · dungsgekoppelte Anordnung der eingangs genannten
Ausdrücken »Po- Art*» auszubilden, daß bei Vermeidung des »Bloom-
ffk d Ldt entl.chen .m
KKÄrde„ Ausdrücken »Po- Art» auszubilden, daß bei Vermeidung des »Bloom
temiälmu de<rUnd »PoTentialsperre« zu verstehen ist, 45 ing«-Effekts der Ladungstransport ,m wesentl.chen .m
daß ein an der betreffenden Stelle vorhandener Majori- Inneren der Halble.tersch.chi.stattfindet
7.,..!ι._-":«„er ei. Mips^up. h,w Pin Maximum an Diese Aufgabe wird durch die ;m Patentanspruch 1
1 rÄV? äS """' kzeichnete Erfindung gelöst Weitere Ausgestal-
Diese Aufgabe wird durch die ;m p
VF?erBie äufweS gekennzeichnete Erfindung gelöst. Weitere Ausgestal-
Ti. SeuchTendÄ d!e maximale Größe der La- fungen der Erfindung ergeben sich aus den Unterem-
dungsDakete außer durch die lateralen Abmessungen 50 Sprüchen. .
de Halbleiterschicht und die Breite der Elektroden u. a. Bei Absorption von Strahlung, z. B. in der Halbleiter-
TJcI,durch die Tiefe der Potentialmulden und/oder die schicht während einer Integrationspenode, werden au-
Höhe der Potentialsperren bestimmt wird. Im allgemei- ßer Majontätsladungsträgern auch MmorUä sladungs-
ncn ist die maximale Ladungsmenge durch die für das träger erzeugt In dem Falle, in dem die Anordnung i-n
Ausfüllen der Potentialmulde benötigte Ladungsmenge 55 Anhäufungsmodus betrieben w.rd wobei eM
trieben In dem Falle,daß die Anzahl verfügbarer Ma- tätsladungstrager an den Stellen der Potentialmulden
ioritätsladungsträger infolge örtlicher Überbelichtung vom Elektrodensystem angezogen werden und an der
größer ah die maximale Menge ist, können die Über- Oberfläche des Halb^iterkörpers angesammelt werden
fchuBladungsträger nicht mehr an den betreffenden können, können die M.nor.tatsladungstrager - d.e da-
Stellen gespeichert werden. In üblichen Anordnungen, 60 her vom Elektrodensystem abgestolien werden - 2. B.
"in denen keine Mittel zum Abführen überschüssiger La- über das Substrat vom zweiten L™fh$zlfWJ^-
dungsträger vorhanden sind, werden diese Ladungsträ- führt werden In dem Falle jedoch, daß die Anordnung
uer durch die Halbleiterschicht zu einer folgenden nicht derart betr.eben wird, daß d.e erzeugten Major.tatsla-
eanz ausgefüllten Potentialmulde fließen und dort ge- dungsträger auch während d*r Integrationsperiode -
speichertwerden. Bei sehr starker Überbelichtung kann 65 in der das Strahlungsmuster aufgenommen wird -im
s ch sogar die ganze Halbleiterschicht füllen. Daher hat Inneren der Halbleiterschicht gespeichert werden, kon-
cinc derartige nur sehr örtliche Überbelichtung bei z. B. nen die erzeugten Minoritätsladungsträger teilweise zu
Fernsehanwendungen gegebenenfalls zur Folge, daß der Oberfläche des Halbleiterkörpers gezogen und dort
angesammelt werden, statt direkt über das Substrat abgeführt
zu werden.
Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung enthalten
die die Halbleiterschicht begrenzenden Mittel eine Halbleiterzone, die nachstehend als Isolierzone bezeichnet
wird, vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die sich, auf die Oberfläche gesehen, parallel zu und neben der Halbleiterschicht
in dem Halbleiterkörper erstreckt und die Halbleiterschicht und die Abflußzone lateral voneinander
trennt und die wenigstens örtlich zum Abführen von Überschußmajoritätsladungsträgern Kanäle vom ersten
Leitfähigkeitstyp aufweist, die die Halbletterschicht und die Abflußzone miteinander verbinden und eine
derartige Dicke und Dotierungskonzentration aufweisen, daß über die ganze Dicke des Kanals eine Erschöpfungszone
mit einem elektrischen Feld angelegt werden kann, um eine roicntiaispcffc Zwischen der iiaibleiterschicht
und der Abflußzone zu erhalten, die niedriger als die Potentialsperre in der Halbleiterschicht zwischen
aufeinanderfolgenden Potentialmulden ist. Die Höhe dieser verhältnismäßig niedrigen Potentialsperre kann
u. a. mittels des Potentials der Isolierzone eingestellt werden, indem an diese Zone eine Spannung angelegt
wird, bei der die pn-Übergänge zwischen den Kanälen und dieser Zone in der Sperrichtung vorgespannt werden.
Bei dieser Spannung können erzeugte Minoritätsladungsträger über diese Isolierzone vom zweiten Leitfähigkeitstyp
abgeführt werden.
Es sei bemerkt, daß die genannte Halbleiterzone daher zur Isolierung der Halbleiterschicht, zum Erhalten
eines Überlaufs für Überschußmajoritätsladungsträger und zum Abführen erzeugter Minoritätsladungsträger
dienen kann.
Bei einer zweiten besonders zweckmäßigen Ausführungsforrn
einer ladungsgekoppehen Anordnung nach
der Erfindung werden die Halbleiterschicht und die Abflußzone voneinander durch ein Zwischengebiet vom
ersten Leitfähigkeitstyp getrennt, das eine derartige Dicke und Dotierungskonzentration aufweist, daß mit
Hilfe eines elektrischen Feldes über die ganze Dicke des Zwischengebietes eine Erschöpfungszone unter Vermeidung
eines Durchschlags erhalten werden kann, wobei auf der Oberfläche des Körpers eine Elektrode (weiter
als Zwischenelektrode bezeichnet) vorhanden ist, mit deren Hilfe im Zwischengebiet kapazitiv ein elektrisches
Feld zum Erhalten der genannten Potentialsperre zwischen der Abflußzone und der Halbleiterschicht erzeugt
werden kann, welche Halbleiterschicht auf der gegenüberliegenden Seite von einer Zone vom zweiten
Leitfähigkeitstyp begrenzt wird, die sich, auf die Oberfläche gesehen, neben der Halbleiterschicht im Halbleiterkörper
erstreckt.
Bei dieser Ausführungsform wird die Halbleiterschicht auf der Seite in der Nähe der Abflußzone daher
nicht von einer Zone vom zweiten Leitfähigkeitstyp begrenzt Beim ersten Anblick kann eine derartige Struktur
nicht oder wenigstens kaum als Bildsensor verwendet werden, infolge der Tatsache, daß erzeugte Minoritätsladungsträger
teilweise von der genannten Elektrode angezogen werden, wodurch ja eine Potentialsperre
für Majo'ritätsladungsträger und damit eine Potentialmulde
für Minoritätsladungsträger gebildet wird. Die von der Elektrode angezogenen Minoritätsiadungsträger
werden sich daher beim ersten Anblick an der Stelle des Halbleitergebietes zwischen der Halbleiterschicht
und der Abflußzone ansammeln und damit die Wirkung der Anordnung beeinträchtigen können.
Die Erfindung gründet sich aber weiter auf die überraschende Erkenntnis, daß die Minoritätsladungsträger
aus diesem Halbleitergebiet über die Halbleitcrschichi in einer Richtung quer zu der Ladungstransportrichtung
zu der gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschicht in dem Oberflächengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp geführt und dort abgeführt werden können. Ein derartiger
Ladungstransport von Minoritätsträgern ist über die Halbleiterschicht an der Stelle möglich, an der
in der Schicht die Potentialsperre für Majoritiitsladungsträger vorhanden ist.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
F i g. I eine Draufsicht auf einen Teil einer ladungsgckoppelten
Anordnung,
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 11-11 durch
die Anordnung nach Fig.!,
F i g. 3 einen Querschnitt längs der Linie 111-111 durch
die Anordnung nach Fig. 1.
F i g. 4 einen Querschnitt längs der Linie IV-IV durch die Anordnung nach F i g. I,
Fig.5 einen Querschnitt längs der Linie V-V durch
die Anordnung nach Fig. 1.
F i g. 6 den Verlauf des Potentials längs der Linie Ulli
I in F ι g. 1 beim Betrieb der Anordnung,
Fi g. j den Verlauf des Potentials längs der Linie V-V
in F i g. 1 beim Betrieb der Anordnung,
F i g. 8 einen Querschnitt entsprechend dem Qucrschnitt nach F i g. 2 durch eine zweite Ausführungsform
einer ladungsgekoppehen Anordimng,
F i g. 9 eine Draufsicht auf einen Teil einer weiteren ladungsgekoppelten Anordnung,
Fig. 10 einen Querschnitt längs der Linie X-X in F i g. 9 durch die Anordnung nach F i g. 9,
Fig. U einen Querschnitt längs der Linie Xl-Xl durch die Anordnung nach F i g. 9.
Fig. 12 einen Querschnitt längs der Linie XII-XII durch die Anordnung nach F i g. 9,
Fig. 13 einen Querschnitt längs der Linie XIII-XIII durch die Anordnung nach F i g. 9,
Fig. i4 den Verlauf des Potential:, längs der Linie
XII-XII in Fig. 9 beim Betrieb der Anordnung,
Fig. 15 den Verlauf des Potentials längs der Linie X-X in F i g. 9 beim Betrieb der Anordnung,
Fig. 16 den Verlauf des Potentials längs der Linie XI-Xl in F i g. 9 beim Betrieb der Anordnung, und
Fig. 17 schematisch einen Teil einer anderen ladungsgekoppehen
Anordnung.
Es sei bemerkt daß die Figuren nicht maßstablich
gezeichnet und daß gewisse Teile der gezeigten Strukturen im Vergleich zu anderen Teilen der Deutlichkeit
halber übertrieben groß dargestellt sind.
F i g. 1 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer ladungsgekoppelten
Anordnung, die u. a. als zweidimensionaler Bildsensor im Kameraröhren zur Umwandlung elektromagnetischer
Signale in elektrische Signale verwendet werden kann.
Die Anordnung enthält einen Siliciumkörper 1 (Fig.2) mit darin einer Anzahl Halbleiterschichten 2
aus η-leitendem Silicium. Diese Schichten 2, von denen in den F i g. 1 und 2 nur vier dargestellt sind, bilden eine
Anzahl paralleler Zeilen des Bildaufnahmeelcmcnts oder -sensors.
Die Halbieiterschichten 2 können gegen'die Umgebung
mit Hilfe von Mitteln isoliert werden, zu denen u. a. die auf der Oberfläche 3 des Halbleiterkörpers 1
angebrachte Isolierschicht 4 aus Siliciumoxid sowie der
pn-Übergang 5 auf der der Oberfläche 3 gegenüberliegenden
Seite der Halbleiterschichten 2 gehören. Zu diesen weiter als Isolierrrittel bezeichneten Mitteln gehören
auch die Trennisolierungen 6, 7. mit deren Hilfe die Halblciterschichten dadurch gegeneinander isoliert
werden können, daß über den pn-LJbergängen zwischen don I lalble^erschichten 2 und den Isolierzonen 6,7 eine
Spannung genügender Größe in der Sperrichtung angelegt wird.
Der Bildsensor gehört zu dem Typ ladungsgekoppeller
Anordnungen, in denen Information in Form von Majoritätsladungsträgern im wesentlichen im Innern
des Halbleiterkörpers transportiert und/oder gespeichert werden kann. Zu diesem Zweck weist jede Schicht
2 eine derartige Dicke und Dotierungskonzentration auf, daß mit Hilfe eines elektrischen Feldes über die
ganze Dicke der betreffenden Schicht 2 eine Erschöpfungv/onß
unter Vermeidung eines Durchschlags erhalten werden kann.
Auf der Oberfläche 3 des Halbleiterkörpers 1 ist ein Elektrodensystem vorhanden, das eine Anzahl hintereinander
liegender Elektroden enthält, von denen in den Figuren die Elektroden 12—18 dargestellt sind. Die
Elektroden, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch die Isolierschicht 4 gegen das Halbleitermaterial
des Halbleiterkörpers 1 isoliert werden, können von diesem Material auch mittels eines gleichgerichteten Übergangs,
z. B. eines Schottky-Übergangs, getrennt werden.
Mit Hilfe des Elektrodensystems können in jeder Halbleite schicht 2 kapazitiv elektrische Felder erzeugt
werden, wodurch in der betreffenden Schicht 2 örtlich Potentialmulden, die voneinander durch eine Potentialsperre
getrennt werden, gebildet werden.
In den Potentialmulden kann dann Information in Form elektrischer Ladung gespeichert werden, die aus
Majoritätsladungsträgern besteht, die in dem Halbleiterkörper unter dem Einfluß elektromagnetischer
Strahlung 8 erzeugt werden können. Die elektromagnetische Strahlung 8, die auf den Halbleiterkörper einfällt,
kann ein Strahlungsbild erzeugen, das mit Hilfe schematisch dargestellter Mittel 9 (siehe F i g. 2), die z. B. ein
Linsensystem oder eine Blende enthalten können, auf die Oberfläche 3 des Körpers 1 projiziert wird.
Mittels des Elektrodensystems 12—18 können nach der Aufnahme des Strahlungsbildes oder -musters 8 in
den Halbleiterschichten 2 weitere elektrische Felder zum Transportieren der Ladung durch die Schichten 2
in einer Richtung parallel zu den Schichten zu Mitteln 10 (siehe F i g. 1) zum Auslesen der Ladung erzeugt werden.
Diese Mittel, die nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bilden und daher nur schematisch in
Form eines Blockschaltbildes dargestellt sind, können z. B. eine durch eine ladungsgekoppelte Anordnung gebildete
Speichermatrix enthalten. Die in den Halbleiterschichten 2 erzeugten Majoritätsladungsträger können
in Form von Ladungspaketen, deren Größe ein Maß für die Menge Strahlung 8 ist, die jeweils örtlich in den
Schichten 2 absorbiert ist, in der Speichermatrix transportiert und dort weiter ausgelesen werden, wie in
Fig. 1 schematisch mit den Pfeilen 11 angedeutet ist.
Während diese Ladungspakete z. B. reihenmäßig ausgelesen werden, kann in den genannten Halbleiterschichten
2 wieder ein neues Strahlungsmuster aufgenommen werden. Es sei bemerkt, daß die Auslesemittel 10 in den
F i g. 2, 3 und 4 der Deutlichkeil halber nicht dargestellt sind. :
Außerdem sei noch bemerkt daß in F i g. 1 die Oxidschicht 4 nicht dargestellt ist während die Ränder der
Elektroden 13, 15 und 17, die unter den Rändern der Elektroden 12, 14, 16 und 18 liegen, mit gestrichelten
Linien angegeben sind.
Zur Vermeidung von Übersprechen zwischen den Informationspaketen in aufeinanderfolgenden Potentialmulden in einer Halbleiterschicht 2, wobei infolge der örtlichen Überbelichtung während der Aufnahme des Strahlungsmusters 8 eine Potentialmulde völlig ausgefüllt wird, und wobei Majoritätsladungsträger zu benachbarten Potentialmulden fließen würden, enthält der Halbleiterkörper 1 eine η-leitende Abflußzone 19 zum Abführen von Überschußmajoritätsladungsträgern aus den Schichten 2.
Zur Vermeidung von Übersprechen zwischen den Informationspaketen in aufeinanderfolgenden Potentialmulden in einer Halbleiterschicht 2, wobei infolge der örtlichen Überbelichtung während der Aufnahme des Strahlungsmusters 8 eine Potentialmulde völlig ausgefüllt wird, und wobei Majoritätsladungsträger zu benachbarten Potentialmulden fließen würden, enthält der Halbleiterkörper 1 eine η-leitende Abflußzone 19 zum Abführen von Überschußmajoritätsladungsträgern aus den Schichten 2.
Wie u. a. aus F i g. 1 ersieht ist, erstreckt sich die Abflußzone 19 neben und parallel zu den Halbleiterschichten
2 in dem Halbleiterkörper 1. Es sei bemerkt, daß die Zone 19 eine den in der Mitte der Figur zu beiden Seiten
der Isolierzone 17 liegenden Schichten 2 gemeinsame Abflußzone bildet und daß die AbfluLSzonen zum Abfilhren
von Überschußmajoritätsladungsträgern aus den Schichten 2. die nur teilweise am linken und rechten
Rand des in den F i g. 1 und 2 gezeigten Teiles angegeben sind, nicht mehr in den Figuren dargestellt sind.
Die Abflußzone 19 wird elektrisch von einer benachbarten Schicht 2 mit Hilfe der die Schichten 2 isolierenden Mitteln getrennt, mit denen zwischen der betreffenden Schicht 2 und der Abflußzone 19 eine Potentialsperre gebildet werden kann, die wenigstens örtlich niedriger als die genannte Potentialsperre zwischen zwei aufeinanderfolgenden Potentialmulden in der Halbleiterschicht 2 ist.
Die Abflußzone 19 wird elektrisch von einer benachbarten Schicht 2 mit Hilfe der die Schichten 2 isolierenden Mitteln getrennt, mit denen zwischen der betreffenden Schicht 2 und der Abflußzone 19 eine Potentialsperre gebildet werden kann, die wenigstens örtlich niedriger als die genannte Potentialsperre zwischen zwei aufeinanderfolgenden Potentialmulden in der Halbleiterschicht 2 ist.
Wie nachstehend noch hervorgehen wird, wenn näher auf die Wirkung der Anordnung eingegangen wird,
wirkt die verhältnismäßig niedrige Potentialsperre (für
Majoritätsladungsträger) als ein Überlauf, über den überschüssige Majoritätsladungsträger in die Abflußzone
geführt und/oder dort abgeführt werden können, bevor die Potentialmulden in der Halbleiterschicht 2 völlig
ausgefüllt werden.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann außerdem ein befriedigender Abfluß erzeugter Minoritätsladungsträger
dadurch erhalten werden, daß die die Halbleiterschichten isolierenden Mittel eine p-leitende Halbleiterzone
7 (weiter als Isolierzone bezeichnet) enthalten.
Diese Isolierzone erstreckt sich, auf die Oberfläche gesehen, parallel zu und neben den Halbleiterschichten 2
und bildet eine laterale Trennung zwischen den Halbleiterschichten 2 und der Abflußzone 19. Zum Erhalten des
genannten Überlaufs zum Abführen der Überschußmajoritätsladungsträger aus den angrenzenden Halbleiterschichien
2 ist die Isolierzone 7 örtlich mit Kanälen 20 vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Halbleiterschicht
2 und die Abflußzone 19, somit vom n-Leitfähigkeitstyp, versehen. Die Kanäle 20 verbinden die Halbleiterschichten
2 und die Abflußzone 19 örtlich miteinander und weisen, auf die Oberfläche 3 gesehen, eine derartige
Dicke und Dotierungskonzentration auf, daß über die ganze Dicke der Kanäle 20 eine Erschöpfungszone mit einem elektrischen Feld gebildet werden kann,
um die verhältnismäßig niedrige Potentialsperre zwischen der Halbleiterschicht 2 und der Abflußzone 19 zu
erhalten, die niedriger als die genannte Potentialsperre zwischen zwei aufeinanderfolgenden Potentialmulden
in der Halbleiterschicht ist In dieser Ausführungsform können daher die Überschußmajoritätsiadungsträger
über die Kanäle in der Isolierzone abgeführt werden, während erzeugte Minoritätsladungsträger über die
Isolierzone selber abgeführt werden können.
ίο
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Schichten 2 durch η-leitende Oberflächengebiete gebildet,
die an die Oberfläche 3 des Halbleiterkörpers 1 grenzen und die auf der gegenüberliegenden Seite über
den pn-Übergang 5 in ein p-leitendes Gebiet 21, weiter
als Substrat bezf lehnet, übergehen, wobei sich die Isolierzone 7 von der Oberfläche 3 bis in das Substrat 21
erstreckt.
Die die Halbleiterschichten bildenden Oberflächengebiete bestehen dabei aus inselförmigen Teilen einer
η-leitenden epitaktischen Siliciumschicht 22, die auf dem p-leitenden Siliciumsubstrat 21 angebracht ist.
Die Isolierzone 7 wird durch eine p-leitende Oberflächenzone
gebildet, die sich über die ganze Dicke der epitaktischen Schicht 22 erstreckt und, auf die Oberfläche
3 gesehen, örtlich Unterbrechungen aufweist, die die Benannten Kanäle 20 zwischen der Halbleiterschicht
2 und der Abflußzone 19 bilden. Das Substrat 21 kann als ein gemeinsamer elektrischer Anschluß für die von
Patentanmeldung 24 12 699 bilden, bewirken einerseits
zusammen mit der darüber gelegenen Elektrode, daß eine verhältnismäßig große Kapazität erhalten wird,
wodurch die Wirkung der Anordnung günstig beein-5 flußt wird, während sie andererseits bewirken, daß die
Anordnung mit nur zwei Taklspannungsquellen als ein Zweiphasensystem betrieben werden kann, wobei /.. B.
die Elektroden 13, 14, !7 und 18 mit einer Taktspannungsquelle und die Elektroden 12, 15 und 16 mil der
10 anderen Taktspannungsquelle verbunden werden.
Für die ,Herstellung der ladungsgekoppelt Anordnung
nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel können in der Halbleitertechnologie allgemein übliche
Techniken verwendet werden.
15 Dabei wird von dem p-leitenden Siliciumsubstrai 21
ausgegangen, dessen Dicke etwa 200 μπι betrag: und
das eine Akzeptorkonzentration von etwa 2 · IOH Atomen/cm·1
aufweist.
Auf dem Substrat 21 wird die η-leitenden epitaktischc
den Kanälen 20 unterbrochenen Teile der Isolierzone 7 20 Siliciumschicht 22 mit einer Dicke von etwa 5 μτη und
verwendet werden, wodurch, trotz der Unterbrechun- einer Dotierungskonzentration von etwa /.. B.
gen 20, die Verdrahtung dennoch einfach gehalten wer- 6 ■ 1014 Donatoratomen/cm1 niedergeschlagen. Die laden
kann, teralen Abmessungen des Substrats und der epitakti-Wie
weiter aus F i g. 2 ersichtlich ist, wird die Abfluß- sehen Schicht werden weiter als genügend groß vorauszone
17 durch eine in der epitaktischen Schicht 22 ange- 25 gesetzt, um die ganze Anordnung einschließlich ctwaibrachte
η-leitende Oberflachenzone gebildet. Diese ger weiterer Schaltungselemente enthalten zu können.
Durch die üblichen Photomaskierungstechniken können in der Schicht 22 die p-leitenden Isolierzonen 6 und
7 angebracht werden, wobei vorteilhafterweise die 30 Oberflächenkonzentration der Zone 7 genügend niedrig
gewählt werden kann, um die Durchschlagspannung des pn-Übergangs zwischen der Isolierzone 7 und der n-leitenden
Abflußzone zu erhöhen, welche Zone danach in der Isolierzone 7 mit Hilfe der üblichen Maskierungsgroß
ist. Die Gedrängtheit der Anordnung wird außer- 35 und Dotierungstechniken angebracht werden kann,
dem noch durch Anwendung der Oberflächenzonen 6 Auf der Oberfläche 3 des Halbieiterkörpcrs 1 werben
als Isolierzonen vergrößert, die sich nur über einen Teil dann die Elektroden 13,15, 17 usw. durch Ablagerung
der Dicke der epitaktischen Schicht 22 im Halbleiter- polykristallinen Siliciums auf der Oxidschicht 4 mit einer
körper 1 erstrecken. Dadurch, daß an die Zonen 6 eine Dicke von etwa 0,1 μπι angebracht. Diese Elektroden
genügend große Spannung angelegt wird, kann in den 40 bilden eine Maske bei dem anschließenden Dotierungsmit
23 (siehe F i g. 2) bezeichneten Gebieten der epitak- schritt, bei dem z. B. mittels Ionenimplantation von Dotischen
Schicht 22 eine Erschöpfungszone mit einem natoren die höher dotierten η-leitenden Oberflachenzoelektrischen
Feld gebildet werden, das die Halbleiter- nen 24 angebracht werden. Die Dicke der Oberflachcnschichten
2 gegeneinander isoliert. zonen 24 beträgt etwa 0,5 μηι und die Dotierungskon-
Die Elektroden 12-18. die ein allen Halbleiterschich- 45 zentration etwa 10"· Atome/cmK Bei diesen Dicken und
ten 2 gemeinsames Elektrodensystem bilden, erstrecken Dotierungskonzentrationen wird jeweils weitaus der
sich, wie aus den F i g. 1 und 2 ersichtlich ist. über allen größte Teil der Information darstellenden Majontätsla-Halbleiterschichten
in einer Richtung quer zu der La- dungsträger beim Betrieb in den Gebieten 24 und somit
dungstransportrichtung in den Schichten 2 über den sehr nahe bei der Oberfläche 3 gespeichert werden kon-Halbleiterkörper
1 und sind von diesem Körper durch 50 nen.
die Siliciumoxidschicht 4 getrennt. Die Elektroden 13, Nach dem Anbringen der Oberflächenzonen 24 kon-
15,17 usw. werden durch Schichten aus polykristallinem nen weiter auf übliche Weise die Aluminiumelektroden
Silicium gebildet, die, wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, völlig 12,14,16,18 usw. gegebenenfalls zugleich mit weiteren
in die Siliciumoxidschicht 4 eingebettet sind, naturge- auf dem Halbleiterkörper anzubringenden Verdrahtunmäß
ausgenommen an den Stellen etwaiger elektrischer 55 gen angebracht werden.
Anschlüsse. Die Elektroden 12, 14, 16, 18 usw., die im Nun wird auch an Hand der F1 g. 6 und 7 die Wirkung
vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Aluminium her- der ladungsgekoppelten Anordnung nach dem vorliegestellt
sind, aber die naturgemäß auch aus einem ande- genden Ausführungsbeispiel näher auseinandergesetzt,
ren geeigneten Material bestehen können, überlappen. In diesen Figuren ist der Verlauf des Potentials Φ als
auf die Oberfläche 3 gesehen, teilweise die Elektroden 60 Funktion der Koordinaten χ bzw. y dargestellt wobei χ
13, 15, 17 und sind von diesen Elektroden durch die eine Stelle längs der Linie III-III in Fig. 1 und y eine
Isolierschicht 4 getrennt. Stelle längs der Linie V-V in F i g. 1 darstellt.
Die Elektroden 12, 14, 16 und 18 sind, wie u. a. in Es sei angenommen, daß das Potential des Substrats
F i g. 3 dargestellt ist, über in der epitaktischen Schicht 21 ais Bezugspegei betrachtet und praktisch 0 V gleich-22
angebrachten Oberflächenzonen 24 gelegen, die den 65 gesetzt wird. Falls nun an die Halbleiterschichten 2 z. B.
gleichen Leitfähigkeitstyp wie und eine höhere Dotie- über die Ausgangskontakte eine Spannung von etwa
rung als die epitaktische Schicht 22 aufweisen. Derartige 20 V und an die Elektroden eine Spannung von etwa
Zonen, die u. a. den Gegenstand der älteren deutschen 10 V angelegt wird, können die Halbleiterschichten
Oberflachenzone wird, ausgenommen an den Stellen der Unterbrechungen 20 in der Isolierzone 7 zwischen
den Halbleiterschichten 2 und der Abflußzone 19, in dem Halbleiterkörper völlig von der p-leitenden Isolierzone
7 umgeben. Dadurch kann die Struktur der Anordnung gedrängt sein, was vorteilhaft ist, weil es oft erwünscht
ist, daß die Anzahl strahlungsempfindlicher Aufnahmeelemente pro Oberflächeneinheit möglichst
über ihre ganze Dicke erschöpft werden. Aus einer Analyse
des Verlaufs des Potentials Φ geht hervor, daß, in
ciwT Dickenrichtung gesehen, ein Potentialminimum (für
Elektronen) in einem Abstand von 2 μηι von der Oberfläche
3 des Halbleiterkörpers 1 auftritt. Außerdem stellt sich heraus, daß in diesem Abstand des Potentialminimum unter den Elektroden 12, 14, 16 und 18 etwa
um 4 V niedriger als das Minimum unter den Elektroden
13.15 und 17 liegt, was auf das Vorhandensein der höher
dotierten η-leitenden Gebiete unter den Gebieten 12,
14.16 und 18 zurückzuführen ist.
Daher wird in einem Abstand von etwa 2 μπι von der
Oberfläche 3 der in F i g. 6 dargestellte Potentialverlauf als Funktion der Stelle χ mit Potentialmulden 25 erhallen,
welche Mulden unter den höher dotierten Gebieten 24 und unter den Aluminiumelektroden 12,14,16 und 18
liegen, während die gebildete Potentialsperren 28 unter
UfII μυΐ^Μ IOlUlllllV.iI LjlcnilVUt.ll ■ «», ·-» MUM mi <·«.£,·*<■ «..«
in bezug auf die Potentialmulden eine Höhe von etwa 4 V aufweisen.
Während der Aufnahme des Strahlungsmusters 8 kann das aufzunehmende Signal unter allen Aluminiumelektroden
12,14,16,18, unter denen sich eine Potentialmulde
befindet, integriert werden, wie in F i g. 6 dargestellt ist, wobei die in den Schichten 2 erzeugten Elektroden
in der am nächsten liegenden Potentialmulde angesammelt werden.
Um zu vermeiden, daß infolge örtlicher Überbelichtuni;;
der Anordnung eine oder mehrere Potentialmulzwischen aufeinanderfolgenden Potentialmulden 25 in
derselben Halbleiterschicht 2. Dadurch können Elektronen, bevor sie von einer völlig oder nahezu völlig ausgefüllten
Pctentialmulde 25 zu einer benachbarten Potentialmuide 25 fließen, über die niedrigere Potenualsperre
27 in die durch die Abflußzone 19 gebildete Potentialmulde 29 fließen und dann über die Abflußzone 19 abgeführt
werden. Dadurch kann das Auftreten von »Blooming« vorteilhaft vermieden werden. Außerdem können
alle Löcher, die trotz des Vorhandenseins der Potentialsperren 27 — die Potentialmulden für Löcher bilden
— erzeugt werden, dadurch abgeführt werden, daß die Löcher, die in oder nahe bei den Potentiaisperren 27
erzeugt werden, über die angrenzende Isolierzone 7, die mit dem Substrat 21 verbunden ist, abgeführt werden
können.
Nach der Aufnahme und der Integration des Strah- !up.gsmusters S können die Ladungen, die in zwei angrenzenden
Potentialmulden 25 gespeichert sind, zusammengefügt werden, wonach die Anordnung als eine
zweiphasige ladungsgekoppelte Anordnung betrieben werden kann, um die Ladung zu den Auslesemitteln 10
zu transportieren. Während des Transports kann vorteilhaft die Potentialsperre 27 in den Unterbrechungen
20 z. B. dadurch erhöht werden, daß die an die Abflußzone 19 angelegte Spannung herabgesetzt wird, um einen
überflüssigen Ladungsverlust zu verhindern. Die Spannung an der Abflußzone 19 kann z. B. über die schematisch
in F i g. 2 dargestellte Anschlußklemme 80 auf etwa
den derart weit mit Elektroden ausgefüllt werden, daß 30 15 V herabgesetzt werden,
eine Verwaschung von Ladung über die Schichten 2 In Fig.8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer
eine Verwaschung von Ladung über die Schichten 2 In Fig.8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer
auftritt, muß die Potentialsperre von der betreffenden ladungsgekoppelten Anordnung nach der Erfindung
Halbleiterschicht 2 zu der Abflußzone 10 örtlich etwas dargestellt. Diese Anordnung, deren in F i g. 8 gezeigter
niedriger als 4 V sein. Dies wird dadurch erreicht, daß Querschnitt dem Querschnitt nach F i g. 2 im ersten
die Isolierzone 7 unter den Aluminiumelektroden 12,14, 35 Ausführungsbeispiel entspricht, ist abgesehen von einer
geringen Abänderung, praktisch gleich der ladungsgekoppelten
Anordnung nach dem vorangehenden Ausführungsbeispiel. Der Einfachheit halber sind in beiden
Ausführungsformen entsprechende Teile somit mit den
16, 18 usw. örtlich mit den schmalen Unterbrechungen 20 versehen wird, die eine Breite von etwa 5 μπι aufweisen.
Das Potential in den Unterbrechungen hängt außer von dieser Breite auch noch u. a. von der Spannung an
den Elektroden 12,14,16 usw., der Spannung am Sub- 40 gleichen Bezugsziffern bezeichnet,
strat 21, der Dotierungskonzentration in den Unterbre- Die ladungsgekoppelte Anordnung
strat 21, der Dotierungskonzentration in den Unterbre- Die ladungsgekoppelte Anordnung
chungen und dem Potential in der Abflußzone 19 ab. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem die Dotierungskonzentration
in den Unterbrechungen 20 prakunterscheidet
sich von der Anordnung nach dem vorangehender Ausführungsbeispiel
darin, daß die Abflußzone 19 nicht durch eine in der Isolierzone 7 angebrachte n-leitende
tisch gleich der Dotierungskonzentration unter den 45 Oberflächenzone, sondern durch einen inselförmigen
Elektroden 12, 14, 16 usw. ist, kann in den Unterbre- Teil 31 gebildet wird, der, ausgenommen an den Stellen
der Unterbrechungen 20 in der Isolierzone 7, von der Isolierzone 7 umgeben wird. In der Insel 31 kann zur
Herabsetzung des Widerstandes eine hochdotierte
Es sei bemerkt, daß diese Potentialsperre insbesonde- 50 η+-Oberflächenzone 32 z. B. mittels Diffusion einer gere
über die Isolierzone 7 dadurch gebildet wird, daß die eigneten Donatorverunreinigung angebracht werden.
Diese Zone grenzt nicht an die Isolierzone 7 und übt demzufolge keinen oder nahezu keinen Einfluß auf die
Durchschlagspannung des pn-Übergangs zwischen der
Linie V-V in F i g. I erhalten werden kann, ist schema- 55 p-leitenden Isolierzone 7 und der n-Ieitenden Insel 3t
tisch in Fig.7 dargestellt In dieser Figur sind mit 25 aus.
Potentialmulden bezeichnet, die in den zu beiden Seiten Die Anordnung kann auf gleiche Weise wie die lader
Abflußzone 19 liegenden Halbleiterschichten 2 und dungsgekoppelte Anordnung nach dem vorangehenden
unter der Elektrode 14 gelegen sind. Die Potentialmul- Ausführungsbeispiel hergestellt und betrieben werden,
den 25 werden auf der linken und auf der rechten Seite 60 wobei die Zone(n) 7 ebenfalls wieder als Isolierzone(n)
der Figur in hohen Potentialsperren 26 begrenzt, die für die Schichten, als Mittel zur Bildung von Potential-
chungen 20 eine Potentialsperre von etwa 3,8 V erhalten
werden, wenn an die Abflußzone 19 eine Spannung von etwa 40 V angelegt wird.
Breite der Unterbrechungen bei den gegebenen Spannungen genügent gering gewählt wird.
Das Potentialmuster, das auf diese Weise längs der
mittels der Isolierzonen 6 erhalten werden können, z. B.
dadurch, daß diese Zonen leitend mit dem Substrat 21 — und somit mit der Iso'ierzone 7 — verbunden werden.
Die Potentialmulden 25 werden auf der Innenseite von den Potentialsperren 27 in den Unterbrechungen 20 begrenzt.
Diese Potentialsperren sind um etwa 0,2 V niedriger als die in F i g. 6 dargestellten Potentialsperren 28
mulden 27 (siehe F i g. 7), über die überschüssige Elektronen abgeführt werden können, und als Abfluß für
erzeugte Löcher dient (dienen).
F i g. 9 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines Ausführungsbeispiels
eines zweiten Typs ladungsgekoppelter Anordnung.
Die Anordnung, die u. a. wieder als Bildsensor (oder
-aufnahmeelement) in Kameraröhren verwendet werden kann, enthält einen Siliciumkörper 41 nut einer Anzahl nebeneinanderliegender Halbleiterschichten 42 aus
η-leitendem Silicium. Von diesen Schichten 42, die je
eine Zeile des Sensors bilden, sind in den Figuren nur
vier dargestellt
Die Halbleiterschichten 42 können gegen die Umgebung mit Hilfe von Mitteln isoliert werden, zu denen
u. a. die auf der Oberfläche 43 des Körpers 41 angebrachte Isolierschicht 44 aus Siliciumoxid sowie der pn-Obergang 45 auf den der Oberfläche 43 gegenüberliegenden Seiten der Halbleiterschichten 42 gehören. Zu
diesen Isoiiermitteln gehören weiter die p-leitenden Isolierzonen 46, die, wenn sie an eine genügend hohe Sperrspannung angelegt wird, die Schichten 42 lateral voneinander trennen können. Zu diesen Mitteln gehören im
vorliegenden Ausführungsbeispiel auch die Elektroden 47, mit denen in dem Körper 41 Felder induziert werden
können, die die Schichten 42 lateral begrenzen (siehe die F ig. 9.10-jud U).
Der Sensor gehört wieder zu dem Typ ladungsgekoppelter Anordnungen, in denen Information in Form von
Majoritätsladungsträgern im wesentlichen über das Innere der Halbleiterschichten 42 transportiert und/oder
darin gespeichert werden kann. Zu diesem Zweck weist jede Schicht 42 eine derartige Dicke und Dotierungskorzentration auf, daß mit Hilfe eines elektrischen Feldes über die ganze Dicke der Schichten 42 eine Erschöpfungszone unter Vermeidung eines Durchschlags
erhalten werden kann.
Auf der Oberfläche 43 des Körpers 41 ist außer den Elektroden 47 ein Elektrodensystem vorhanden, das eine Anzahl hintereinanderliegender Elektroden enthält,
von denen in den F i g. 9—13 nur die Elektroden 52—58 dargestellt sind. Diese Elektroden werden durch die Isolierschicht 44 von dem Körper 41 sowie von den zu den
Isoliermitteln gehörigen Elektroden 47 getrennt, wie u. a. aus den F i g. 10. Π und 13 ersichtlich ist.
Mit Hilfe der Elektroden können in den Schichten 42 kapazitiv elektrische Felder induziert werden, wodurch
in den Schichten 42 örtlich Potentialmulden gebildet werden, die durch Potentialsperren voneinander getrennt sind. In diesen Potentialmulden kann dann Information in Form von Ladung gespeichert werden, die aus
Majoritätsladungsträgern besteht, die in den Schichten 42 unter dem Einfluß elektromagnetischer Strahlung,
die in F i g. 10 schematisch mit den Pfeilen 48 angegeben
ist und auf die Oberfläche 43 des Körpers 41 einfällt, erzeugt werden können.
Nach der Aufnahme (Integration) der Strahlung 48 können mit Hilfe des genannten Elektrodensystems in
den Schichten 42 weitere elektrische Felder zum Transportieren der Ladung durch die Schichten 42 in einer
Richtung parallel zu diesen Schichten zu Mitteln 50 zum Auslesen der Ladung erzeugt werden. Diese Mittel 50
sind in F i g. 9 nur schematisch durch ein Blockschaltbild dargestellt und können z. B. auch eine durch eine ladungsgekoppelte Anordnung gebildete Speichermatrix
enthalten. Die in den Schichten 42 erzeugten Majoritätsladungsträger können in Form von Ladungspaketen,
deren Größe ein Maß für die Menge Strahlung 48 ist, örtlich in den Halbleiterschichten 42 während der Integrationsperiode absorbiert ist, in dieser Speichermatrix
50 transportiert werden, was schematisch mit den Pfeilen 51 angegeben wird. Während dann die Ladungspakete z. B. reihenmäßig ausgelesen werden, kann in den
Halbleiterschichten 42 ein neues Strahlungsmuster aufgenommen werden.
Die Auslesemittel 30 sind der Deutlichkeit halber
nicht in den Querschnitten nach den Fig. 12 und 13 dargestellt.
Zur Vermeidung von Obersprechen zwischen lnformationspaketen in aufeinanderfolgenden Potentialmul
den in derselben Halbleiterschicht 42, wobei infolge örtlicher Oberbelichtung soviel Ladungsträger erzeugt
werden, daß die zugehörige Potentialmulde nicht nur völlig ausgefüllt wird, sondern auch eine Verwaschung
ίο einer Anzahl Elektronen selber Ober die Schicht stattfindet, die dann in benachbarte Potentialmulden gelangen,
enthält der Halbleiterkörper 41 eine η-leitende Abflußzone 59 zum Abführen überschüssiger Elektronen aus
den Schichten 42. Die Zone 59 bildet eine den zu beiden
is Seiten dieser Zone liegenden Schichten 42 gemeinsame Abflußzone. Es ist naturgemäß einleuchtend, daß die
Anordnung mehrere solcher Abflußzonen 59 u. a. für die nur teilweise in Fig.9 dargestellten Schichten 42 auf
der linken bzw. der rechten Seite der Figur, enthält, die in den Figuren nicht gezeigt sind.
Die Abflußzone 59 kann elektrisch von den angrenzenden Schichten 42 mit Hilfe der Isoliermitiel 47 getrennt werden, mit deren Hilfe zwischen den Schichten
42 und der Abflußzone 59 eine Potentialsperre (für Elektronen) gebildet werden kann, die niedriger als die
genannte Potentialsperre in einer Schicht 42 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Potentialmulden in dieser
Halbleiterschicht 42 ist Diese verhältnismäßig niedrige Potentialsperre kann als Überlauf dienen, über den
überschüssige Elektronen in die Abflußzone 59 geführt werden können, wobei dann keine Verwaschung dieser
Elektronen über die Halbleiterschicht 42 stattfindet
Die Halbleiterschichten 42 und die Abflußzone 59 werden durch ein η-leitendes Zwischengebiet 60 lateral
voneinander getrennt, das daher den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Halbleiterschichten und die Abflußzonc
59 aufweist Das Zwischengebiet 60 weist eine derartige Dicke und Dotierungskonzentration auf, daß mit Hilfe
eines elektrischen Feldes über die ganze Dicke des Zwischengebietes eine Erschöpfungszone unter Vermei
dung eines Durchschlags erhalten werden kann.
Auf der Oberfläche 43 des Körpers 41 sind Elektroden 47 weiter als Zwischenelektroden bezeichnet, vorhanden, die durch die zwischenliegende Oxidschicht 44
von dem Halbleitermaterial getrennt sind. Mit Hilfe der Elektroden 47, die Ober den Zwischengebieten 60 liegen,
kann kapazitiv in den Zwischengebieten 60 ein elektrisches Feld erzeugt werden, um die genannte Potentialsperren zwischen den Halbleiterschichten 42 und der
Abflußzone 59 zu erhalten.
Auf den Seiten, die, auf die Oberfläche 43 gesehen, der Abflußzone 59 gegenüberliegen, werden die Halbleiterschichten 42 von Zonen 46 begrenzt. Diese Zonen bilden p-leitende Isolierzonen, die sich, auf die Oberfläche
43 gesehen, neben den Halbleiterschichten 42 parallel zu der Ladungstransportrichtung in dem Halbleiterkörper 41 erstrecken. Über diese Isolierzonen können, wie
nachstehend noch hervorgehen wird, erzeugte Minoritätsladungsträger, also Löcher, abgeführt werden.
Der Halbleiterkörper 41 enthält eine an die Oberfläche 43 grenzende η-leitende Oberflächenschicht, die
durch die η-leitende epitaktische Schicht 62 mit den durin enthaltenen Halbleiterschichten 42 und der Abfluß/.one 59 gebildet wird. Die epitaktische Schicht 62 ist auf
b5 einem Substrat 61 aus p-leitendem Silicium angebracht,
das die pn-Übergänge 45 mit den Halbleiterschichten 42 bildet.
Auf der Oberfläche 43 des Körpers 41 sind, wie aus
den Fig.9—11 hervorgeht, zwei Elektroden 47 angebracht, die von dem unterliegenden Halbleitermaterial
durch die Isolierschicht 44 getrennt sind. Die Elektroden erstrecken sich, auf die Oberfläche 43 gesehen, praktisch
parallel zueinander und zu der Abflußzone-59 über dem
Körper 41. Die Abflußzone 59 ist. auf die Oberfläche 43 gesehen, zwischen den Elektroden 47 angebracht und
kann mit Hilfe elektrischer Felder, die mittels der Elektroden 47 in der epitaktischen Schicht 62 an den Stellen
der Zwischengebiete 60 erzeugt werden können, gegen angrenzende Teile der epitaktischen Schicht 62 isoliert
werden. Die Abflußzone 59 wird danndurch einen inselförmigen Teil der epitaktischen Schicht 62 gebildet, dessen vorstehende Wände von Erschöpfungszonen begrenzt werden, die mit Hilfe der Elektroden 47 gebildet
werden- Zur Herabsetzung des Widerstandes der Abflußzone 59 kann in der epitaktischen Schicht eine
η •••-Oberflächenzone 72 angebracht sein.
In Fig. 11 sind weiter Mittel 49 dargestellt, die die
β Spannungsquellen enthalten, mit deren Hilfe an die
Elektroden 47 und an die p-leitenden Isolierzonen 46 Spannungen angelegt werden können, wobei das Oberflächenpotential (für Löcher) an der Stelle der Zonen 46
niedriger als das Oberflächenpotential (für Löcher) unter den Elektroden 47 ist, wodurch Löcher von der Abflußzone 59 zu den p-leitenden Zonen 46 über die Potentialsperre (für Elektronen) in die Halbleiterschicht 42
fließen können und über die Zonen 46 abgeführt werden.
Die Elektroden 52—58 bilden ein den Halbleiterschichten 42 gemeinsames Elektrodensystem und erstrecken sich in einer Richtung quer zu der Ladungstransportnchtung über alle Schichten 42. Die Elektroden 53,55,57 usw, die in F i g. 9 mit gestrichelten Linien
angegeben sind, werden durch polykristalline Siliciumschichten gebildet, die in die Oxidschicht 44 eingebettet
sind und an ihren Rändern von den Elektroden 52,54,56
und 58 überlappt werden.
Die Elektroden 52,54,56 und 58, die aus Aluminium
bestehen, befinden sich, wie aus den Fig. 10 und 12 ersichtlich ist, über in der epitaktischen Schicht angebrachten höher dotierten Oberflächenzonen 74. Die Zonen 74, die sich nur über einen verhältnismäßig geringen
Teil der Dicke der epitaktischen Schicht 62 in dieser
Schicht erstrecken, bilden einerseits eine große Kapazitä! zusammen mit den darüberliegenden Elektroden
und erzielen damit eine befriedigende Wirkung der Anordnung. Dadurch, daß die Zonen 74 andererseits nur zu
jeder zweiten Elektrode vorhanden sind, wird außerdem erreicht, daß die Anordnung als ein Zweiphasensystem
betrieben werden kann, wobei z. B. die Elektroden 53, 54,57 und 58 mit einer ersten Taktspannungsquelle und
die Elektroden 52, 55, 56 mit einer zweiten Taktspannungsquelle verbunden werden, um die Ladung durch
die Schichten 42 hindurchzutransportieren.
Die zu den Isoliermitteln gehörigen Elektroden, die
durch die Oxidschicht 44 von den Elektroden 52—58 getrennt werden, können ebenfalls durch Schichten polykristallinen Siliciums gebildet werden.
Für die Herstellung der Anordnung können in der Halbleitcrtechnologie allgemein bekannte Techniken
Anwendung finden. Es wird von dem p-leitenden Substrat 61 ausgegangen, dessen Dicke etwa 200 μιτι und
dessen Akzeptorkonzentration etwa 2 · 1014 Atome/ cm'beträgt.
Auf dem Substrat 61 wird die η-leitende epitaktische Siliciumschicht 62 mit einer Dicke von etwa 5 μπι und
einer Donatorkonzentration von etwa 6 · 1014 Atomen/
cm3 erzeugt.
Mit Hilfe der üblichen Photomaskierungstechniken können in der Schicht 62 die p-leitenden Isolierzorien 46
angebracht werden.
Anschließend werden auf die Oberfläche 43 der epitaktischen Schicht 62 die Elektroden 47 mittels Ablagerung polykristallinen Siliciums auf der isolierenden
Oxidschicht 44 angebracht, deren Dicke etwa 0.1 um
beträgt. Die Elektroden 47 können als Maske zum An
bringen der niederohmigen η-leitenden Oberflächenzo
ne 72 verwendet werden, die in der Draufsicht nach F i g. 9 mit einer strichpunktierten Linie angegeben ist.
Indem die Elektroden 47 etwas oxidiert werden, kann
eine Oxidschicht erhalten werden, in die die Elektroden
47 praktisch völlig eingebettet sind. Die ebenfalls aus
polykristallinen Siliriumschichten bestehenden Elektroden 53,55,57, die danach angebracht werden können,
werden dadurch gegen die Elektroden 47 isoliert.
bei dem anschließend durchgeführten Dotierungsschritt verwendet werden, bei dem durch Ionenimplantation
die η-leitenden Oberflächenzonen 74 angebracht werden, die, auf die Oberfläche 43 gesehen, zwischen den
Elektroden 53,55,57 liegen.
Die Dicke und die Dotierungskonzentration der Oberflächenzonen betragen etwa 0,5 μπα bzw. etwa
10'* Atome/cm3.
Nach dem Anbringen der Oberflächenzonen 74 können die Elektroden 52,54,56,58 durch Niederschlagen
von Aluminiumschichten angebracht werden. Die Elektroden 53,55,57 einerseits und die Elektroden 52,54,56,
58 andererseits werden durch eine zwischenliegende Oxidschicht gegeneinander isoliert, die z. B. dadurch erhalten werden kann, daß vor dem Niederschlagen des
Aluminiums die polykristallinen Sificiumelektroden 53, 55,57 etwas oxidiert werden.
Nun wird an Hand der F ig. 14,15 und 16 die Wirkung
der ladungsgekoppelten Anordnung nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel näher auseinandergesetzt.
In diesen Figuren ist der Verlauf des Potentials Φ als
Funktion der Koordinaten χ und y dargestellt, wobei χ
(siehe Fig. 14) eine Stelle längs der Linie XH-XIl in
F i g. 9 darstellt. In F i g. 15 stellt y eine Stelle längs der
Linie X-X und in Fig. 16 eine Stelle längs der Linie
Das Potential des Substrats 61 wird als Bezugspege)
betrachtet und der Einfachheit halber 0 V gleichgesetzt. An die Halbleiterschichten 42 und an die Elektroden
52—58 werden, wie im vorangehenden Ausfünrungsbei
spiel. Spannungen von etwa +20V bzw. +10 V ange
legt. Bei diesen Spannungen werden die Halbleiterschichten über ihre ganze Dicke erschöpft. Das Potentialminimum (für Elektronen) liebt bei diesen Spannungen in einem Abstand von etwa 2 μπι von der Oberflä-
ehe 43. Auf dieser Tiefe liegt das Potential Φ unter den
Elektoden 52, 54, 56, 58, wie sich herausstellt, um etwa
4 V niedriger als unter den Elektroden 53,55,57, was auf
das Vorhandensein der Gebiete 74 zurückzuführen ist. Auf diese Weise wird der in F i g. 14 dargestellte Poten
tialverlauf mit Potentialmulden 65 unter den Alumini
umelektroden und mit Potentialsperren 68 unter den polykristallinen Siliciumelektroden erhalten.
Um Verwaschung von Elektroden infolge örtlicher Überbelichtung zu vermeiden, muß die Potentialsperre
für Elektronen zwischen den Halbleiterschichten 42 und der Abflußzone 59 etwas niedriger als 4 V sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem das Halbleitergebiet 60 unter den Elektroden 47 die gleiche Zusam-
mensetzung wie das Halbleitergebiet unter den Elektroden 53,55,57 aufweist, welches letztere Halbleitergebiet aus dem Halbleitermaterial der epitaktischen
Schicht besteht, kann eine Potentialsperre der gewünschten Höhe dadurch erhalten werden, daß an die
Elektroden 47 eine Spannung zwischen 10 V und 15 V, z. B. eine Spannung von 10,4 V, angelegt wird. Dadurch
wird die Potentialsperre für Elektronen unter den Elektroden 47 etwas niedriger als die Potentialsperre 68 unter den Elektroden 53,55,57 sein und z. B. etwa 3,8 V to
betragen.
Das auf diese Weise längs der linie X-X in F i g. 9
erhaltene Potentialmuster ist in Fig. 15 dargestellt. In dieser Figur sind mit 65 wieder die Potentialmulden in
den Halbleiterschichten 42 bezeichnet Diese Mulden werden auf der linken Seite und auf der rechten Seite
der Figur von hohen Potentialsperren 66 begrenzt, die · mit Hilfe der Isolierzonen 46 z. B. dadurch erhalten
werden können, daß diese Zonen mit dem Substrat 61 verbunden werden.
Die Potentialmulden 65 werden auf der Innenseite von den verhältnismäßig niedrigen Potentialsperren 67
begrenzt die mittels der Elektroden 47 erhalten sind und eine Höhe von etwa 3,8 V aufweisen und damit also
um etwa 0,2 V niedriger als die Pe-lentialsperre 68 sind,
die eine Trennung zwischen zwei Potentialmulden 65 in derselben Schicht 42 bilden. Dadurch können überschüssige Elektronen, bevor sie aus einer völlig angefüllten Potentialmulde 65 über die Potentialsperre 68 in
benachbarte Polcntialmulden fließen, über die niedrigere Potentialsperre 67 in dis AbflÄone 59 geführt und
dort abgeführt werden. Dadurch kann »Blooning« vermieden werden. Die Abflußzone 59 ^ann dabei auf einfache Weise auf ein derartiges Potential eingestellt werden, daß eine tiefe Potentialmulde 69 erhalten wird, wo-
bei erwünschtenfalls die Höhe der Sperre 67 über das
Potential der Abflußzone 59 noch geändert werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Halbleiterschichten 42 auf einer Seite, und zwar unter
den Elektroden 47, von Erschöpfungszonen und niciii von üblicheren Isolierzoiien vom zweiten Leitfähigkeitstyp begrenzt. Beim ersten Anblick scheint eine derartige Isolierung, die auf einer Seite völlig von einem
Erschöpfungsgebiet begrenzt wird, in einer ladungsgekoppelten Anordnung der beschriebenen Art Schwierigkeiten in bezug auf einen befriedigenden Abfluß erzeugter Minoritätsladungsträger zu ergeben. Da die Potentialsperre 67 einer Potentialmulde für Löcher entspricht, werden Löcher, die unter den Elektroden 47
oder in der Nähe der Potentialmulden 65 erzeugt werden, von den Elektroden 47 angezogen.
Dadurch, daß jedoch die Elektroden 53, 55, 57 an einer negativen Spannung in bezug auf die Elektroden
47 liegen, können diese Löcher anschließend von den Elektroden 53, 55, 57 angezogen und dann über die
Isolierzonen 46, die infolge der Taktspannungsquellen das negative Potential aufweisen, abgeführt werden.
Zuf Verdeutlichung ist in F i g. 16 der Verlauf des Ober= flächenpotentials Φ längs der Linie Xi-Xl in F i g. 9 dargestellt, wobei zu bemerken ist. daß das Potential für
Löcher gleich — Φ ist.
Nach der Aufnahme (Integration) der elektromagnetischen Strahlung 48 können die in den Polcntialmulden
gespeicherten Ladungspakete paarweise /usammengc- b5
fügt werden, wonach die Anordnung als eine zwciphasigc ladungsgekoppelt Anordnung betrieben werden
kann, um die Ladung zu den Auslescmitleln 50 zu transportieren, wie u. a. in der bereits genannten älteren
deutschen Patentanmeldung 2412 699 vorgeschlagen ist Dabei kann vorteilhaft die Potentialsperre erhöht
werden, z.B. dadurch, daß die an die Abflußzone 59
angelegte Spannung herabgesetzt wird, wodurch ein überflüssiger Verlust von Ladung während des Transports vermieden werden kann. Eine derartige Erhöhung
kann im vorliegenden Ausführungsbeispiel einfacher dadurch erhalten werden, daß die Spannung an den
Elektroden 47 über die in Fig. II schematisch dargestellten Anschlußklemmen 81 auf einen geeigneten
Wert herabgesetzt wird.
Es ist einleuchtend, daß sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt
sondern daß im Rahmen der Erfindung für den Fachmann noch viele Abwandlungen möglich sind.
So können statt Halbleiterschichten mit einer profilierten Dotierungskonzentration auch Halbleilerschichten mit z. B. einer gleichmäßigen Dotierungskonzentration verwendet werden. Eine iadungsgekoppeiie Anordnung mit einer derartigen Halbleiterschicht kann als ein
dreiphasiges System oder als zweiphasiges System betrieben werden, wobei mit Hilfe äußerer Spannungsquellen die notwendige Asymmetrie im System erhalten
wird.
Statt bei zweidimensionalen Aufnahmeelementen mit
einer Anzahl nebeneinanderliegendcr Halbleiterschichten kann die Erfindung auch vorteilhaft bei z. B. einem
eindimensionalen oder linearen Bildaufnahmeelement angewandt werden.
Weiter leuchtet es ein, daß statt der genannten Materialien oder Materialien der genannten Zusammensetzungen auch andere geeignete Materialien oder Zusammensetzungen verwendet werden können. So können
z. B. die Leitfähigkeitstypen in den Ausführungsbeispiclen umgekehrt werden, wobei die Polaritäten der anzulegenden Potentialunterschiede naturgemäß auch umgekehrt werden müssen. Weher köiäten diese Halblci·
terschichten, statt aus Inseln in einer epitaktischen Schicht zu bestehen, auch z. B. durch Ionenimplantation
erhalten werden.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden
die Anordnungen derart betrieben, daß während der Integration des Strahlungsmusters die erzeugten Majoritätsladungsträger im Inneren und in einem endlichen
Abstand von der Oberfläche des Körpers gespeicher! werden. Die Anordnungen können aber auch derart betrieben werden, daß die Majoritätsladungsträger wenigstens teilweise an der Oberfläche gespeichert werden.
Zu^ Verdeutlichung zeigt Fig. 17 schematisch einen Teil der ladungsgekoppelten Anordnung, deren Struktur praktisch gleich der der Anordnungen der vorangehenden Ausführungsbeispiele sein kann. Der Deutlichkeit halber sind entsprechende Teile in dieser Figur mit
den gleichen Bezugsziffern wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet.
Die Anordnung enthält eine η-leitende Halbleiterschicht 2, die durch einen inselförmigen Teil in der n-leitenden epitaktischen Schicht 22, die auf dem p-leitendcn
Substrat 21 angebracht ist, gebildet wird. In dieser Figur ist weiter die durch die Oxidschicht 4 von der Schicht (2,
22) getrennte Elektrode 80 dargestellt, die eine der Elektroden 12—18 im ersten Ausführungsbeispiel bilden
kann. Weiter sind in der Figur der elektrische Anschluß 8Γ mit der Elektrode 80 und der elektrische Anschluß
82 mit dem Substrat 21 dargestellt. Diese Anschlüsse bilden z. B. zusammen mit nicht dargestellten Spannungsqucllcn einen Teil von Mitteln, mit deren Hilfe
19
während der Integrationsperiode oder wenigstens ehe die integrierten Majoritätsladungsträger zu den genannten Auslesemitteln transportiert werden, wenigstens zeitweilig eine Spannung angelegt wird, wodurch,
in der z-Richtung gesehen, in der Halbleiterschicht (2,
22) das Potential Φ für Elektronen an der Stelle der Oberfläche 3 ein Minimum.aufweist, wie mit den Kurven 90 und 91 angegeben wird. Löcher, die unter dem
Einfluß elektromagnetischer Strahlung in der Nähe der Oberfläche 3 erzeugt werden (und deren Potential mit
—Φ bezeichnet ist), können dabei direkt über die Halbleiterschicht (2, 22) in das Substrat 21 fließen und dort
abgeführt werden.
Die Löcher brauchen in diesem Ausfhürungsbeispiel nicht Ober eine p-leitende Isolierzone in das Substrat
geführt zu werden.
Die Kurve 90 in Fig. 17 stellt z. B. den Verlauf des
Potentials Φ unter einer der Elektroden 12,14,16,18 an
der Stelle einer Potentialmulde dar, in der Information darstellende Elektronen gespeichert wurden können,
während die Kurve 91 den Verlauf (in senkrechter Richtung) des Potentials Φ unter den Elektroden 13,15,17
an der Stelle einer Potentialsperre in der Halbleiterschicht 2 darstellt, die zwei aufeinanderfolgende Potentialmulden voneinander trennt
Die in den Potentialmulden 90 gespeicherten Elekronen können wenigstens zeitweilig an die Oberfläche 3
grenzen und können wieder zu dem Inneren der Schicht 2 transportiert werden, nachdem die erzeugten Löcher
zu dem Substrat 21 abgeflossen sind.
Überschüssige Elektronen, die durch örtliche Überbclichtung erzeugt werden, können auf die bereits an
Hand des ersten Ausführungsbeispiels beschriebene Weise über die Kanäle 20 zu der Abflußzone abgeführt
werden.
Nach der Integration des Strahlungsmusters kann die
Information darstellende Ladung völlig über das Innere der Halbleiterschicht 2 zu den Auslesemitteln transportiert werden.
40
45
50
55
60
Claims (5)
1. Ladungsgekoppelte Anordnung, insbesondere Bildsensor, zur Umwandlung eines elektromagnet!-
sehen Signals in ein elektrisches Signal,
— bei der auf einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers ein Elektrodensystem zur kapazitiven
Erzeugung elektrischer" Felder vorhanden ist, wodurch im Halbleiterkörper zumindest eine
örtlich begrenzte Schicht gebildet wird, in der durch Potentialsperren voneinander getrennte
Potentialmulden vorhanden sind,
— bei der in den Potentialmulden Information in
Form elektrischer Ladung gespeichert werden kann, die aus Ladungsträgern besteht, die unter
dem ELsSuB von Strahlung in dem Halbleiterkörper erzeugt werden,
— bei der mittels des Elektrodensystems elektrisehe Felder zum Transportieren der Ladung
durch die Halbleiterschicht in einer Richtung parallel zur Schicht zu Mitteln zum Auslesen
der Ladung erzeugt werden können,
— bei der Mittel zur elektrischen Begrenzung der
Halbleiterschicht gegen die Umgebung vorgesehen sind, die sich, auf die Oberfläche gesehen,
parallel zu und neben der Halbleiterschicht im Halbleiterkörper erstrecken und Potentialsperren für die in den Potentialmulden der Halblei-
terschidit gespeicherten Ladungsträger erzeugen,
— bei der der Halbleiterkörper zum Abführen
überschüssiger Ladungsträger aus der Halbleiterschicht eine Abflußzone enthält, die sich ne-
ben der Halbleiterschicht erstreckt und
— bei der die Abflußzone von der Halbleiterschicht durch von den Mitteln zur elektrischen
Begrenzung erzeugte Potentialsperren getrennt wird, die so bemessen sind, daß sich in
den Potentialmulden vorhandene überschüssige Ladungsträger zu der Abflußzone bewegen,
dadurch gekennzeichnet,
45
daß die Halbleiterschicht (2; 42) einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist und durch einen PN-Übergang (5; 45) von der gegenüberliegenden
Oberfläche des Halbleiterkörpers (1; 41) isoliert ist,
daß die Halbleiterschicht (2; 42) eine derartige
Dicke und Dotierungskonzentration aufweist, daß mit Hilfe eines elektrischen Feldes eine Erschöpfungszone über die ganze Dicke der Halbleiterschicht (2; 42) unter Vermeidung eines
Durchschlags erhalten werden kann,
da3 die Abflußzone (19; 31, 32; 59, 72) zum Abführen überschüssiger Majoritätsladungsträger vom ersten Leitfähigkeitstyp ist,
daß die Mittel (6, 7; 46, 47) zur elektrischen Begrenzung der Halbleiterschicht (2; 42) zumindest teilweise aus Halbleiterzonen (6,7; 46) vom
zweiten Leitfähigkeitstyp (im weiteren als Isolierzonen bezeichnet) gebildet sind und
daß die Mittel (6, 7; 46, 47) zur elektrischen Begrenzung der Halbleiterschicht (2; 42) zum
Abführen von überschüssigen Majoritätsladungsträgern zumindest örtlich Teile (20; 60)
vom ersten Leitfähigkeitstyp freilassen, daß die Halbleiterschicht (2; 42) und die Abflußzone
(Ϊ9; 31, 32; 59, 72} miteinander verbinden, und
die eine derartige Dicke und Dotierungskonzentration aufweisen, daß mit Hilfe eines elektrischen Feldes über ihre ganze Dicke eine Erschöpfungszone gebildet werden kann, ντι eine
Potentialsperre (27; 67) zwischen der Halbleiterschicht (2; 42) und der Abflußzone (19; 31,
32; 59,72) zu erhalten, die niedriger als die Potentialsperre (28; 68) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Potentialmulden (25; 65) in der
Halbleiterschicht (2; 42) ist.
2. Ladungsgekoppelte Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Isolierzone (7) die AbfluBzone (19; 31,32) und die Halbleiterschicht (2) lateral voneinander trennt und örtliche
Kanäle (20) vom ersten Leitfähigkeitstyp zum Abführen von Überschußmajoritätsladungsträgern
zwischen der Abflußzone und der Halbleiterschichi freiläßt (F ig. 2 bis 8).
3. Ladungsgekoppelte Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (1) eine Oberflächenschicht (22), z. B. eine
epitaktische Schicht, vom ersten Leitfähigkeitstyp, die auf einem Substrat (21) vom zweiten Leitfähigkeitstyp angebracht ist, enthält, und daß die Halbleiterschicht (2) durch einen inselförmigen Teil der
Oberflächenschicht (22) gebildet wird und die genannte Isolierzone (7) durch eine Oberflächenzone
vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die sich über die ganze Dicke der Oberflächenschicht (22) erstreckt und,
auf die Oberfläche (3) gesehen, örtlich Unterbrechungen (20) aufweist, die die Kanäle zwischen der
Halbleiterschicht (2) und der Abflußzone (19; 31,32).
die aus einem Oberflächengebief xom ersten Leitfähigkeitstyp besteht, bilden (F i g. 2 bis 8).
4. Ladungsgekoppelte Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (42) und die Abflußzone (59,72) voneinander durch ein Zwischengebiet (60) vom ersten Leitfähigkeitstyp getrennt sind, das eine derartige Dicke
und Dotierungskonzentration aufweist, daß mit Hilfe eines elektrischen Feldes über die ganze Dicke
des Zwischengebietes eine Erschöpfungszone unter Vermeidung eines Durchschlags erhalten werden
kann, daß auf der Oberfläche (43) des Halbleiterkörpers (41) eine, als Zwischenelektrode (47) bezeichnete Elektrode vorhanden ist, mit deren Hilfe im Zwischengebiet (60) kapazitiv ein elektrisches Feld erzeugt werden kann, um die Potentialsperre (67) zwischen der Halbleiterschicht (42) und der Abflußzone
(59,72) zu erhalten, und daß die Halbleiterschicht auf der Seite, die, auf die Oberfläche (43) gesehen, der
Abflußzone gegenüberliegt, von einer Isoliergruppe (46) begrenzt ist (F i g. 9 bis 16).
5. Ladungsgekoppelte Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (41) eine Oberflächenschicht (62) vom ersten Leitfähigkeitstyp enthält, in der die Hnlhlcilcrschicht (42) und die Abflußzone (59, 72) ausgebildet
sind, daß auf der Oberfläche (43) des Halbleiterkörpers eine weitere Elektrode (47) angebracht ist, die
sich, auf die Oberfläche gesehen, praktisch parallel zu der Zwischenelektrode erstreckt, und daß die Abflußzone (59, 72), auf die Oberfläche gesehen, zwischen diesen Elektroden (47) liegt und mit Hilfe clek-
■»* *- S?nS« dia Wirtog der AnoKm-ng „Γ, in erhebliche
DDelte Ajiordnung nach einem der ren, nicht vorveroffenthchten deutchen Patent Zi J4 ut>
AUSSSTSSiS gekennzeichnet, daß vorgeschlagen worden. Dadurch, daß die Potent^per-
MkteKSt) vorhanden sind, rat deren Hilfe während « re zwischen der Halbleiterschicht und der Abfluß
des Transports der elektrischen Ladung durch die genügend n.edng gewählt wird, kann m dieser Anord-
HaIb eTterschicht (42) an die Zwischenelektrode (47) nung_örtlich wenigstens ein durch <^ Sp«re gebMe-
SnL Spannung angelegt werden kann, wodurch die ter Überlauf erhalten werden, wodureJ Uberschußla-
Potentialsperre (67) im Zwischengebiet (60) erhöht dungsträger über diesen Überlauf in der Abflußzone
„idSfflieeaTOnMiUoritätslidungstrageraaus 20 abgeführt werden können, bevor «^e™^
der Halbleiterschicht (42) in die Abflußzone (5T1,72) derselben über die HaIblertersch.cht stattfindet In d.e-
vprhindert wird (F i κ 11) sem älteren Patent werden hauptsächlich Anordnungen
verhindert wird (M g. U). ^ Ladungstransport an der oberfläche beschriebea
Weiter ist aus der DE-OS 22 52 148 eine Anordnung d d übt
Weiter ist aus der DEOS 22 5 g
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2439799A1 DE2439799A1 (de) | 1975-03-06 |
| DE2439799C2 true DE2439799C2 (de) | 1985-04-25 |
Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE2439799A Expired DE2439799C2 (de) | 1973-08-23 | 1974-08-20 | Ladungsgekoppelte Anordnung, insbesondere Bildsensor |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4028716A (de) |
| JP (1) | JPS5347670B2 (de) |
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| CA (1) | CA1015848A (de) |
| CH (1) | CH587566A5 (de) |
| DE (1) | DE2439799C2 (de) |
| ES (1) | ES429475A1 (de) |
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| GB (1) | GB1484275A (de) |
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| SE (1) | SE403854B (de) |
Families Citing this family (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL7413207A (nl) * | 1974-10-08 | 1976-04-12 | Philips Nv | Halfgeleiderinrichting. |
| NL180157C (nl) * | 1975-06-09 | 1987-01-02 | Philips Nv | Halfgeleider beeldopneeminrichting. |
| JPS5217771A (en) * | 1975-07-31 | 1977-02-09 | Sony Corp | Charge transfer device |
| US4190851A (en) * | 1975-09-17 | 1980-02-26 | Hughes Aircraft Company | Monolithic extrinsic silicon infrared detectors with charge coupled device readout |
| US4210922A (en) * | 1975-11-28 | 1980-07-01 | U.S. Philips Corporation | Charge coupled imaging device having selective wavelength sensitivity |
| US4099317A (en) * | 1976-05-05 | 1978-07-11 | Hughes Aircraft Company | Method for fabricating self-aligned CCD devices and their output self-aligned MOS transistors on a single semiconductor substrate |
| GB1551935A (en) * | 1976-08-19 | 1979-09-05 | Philips Nv | Imaging devices |
| US4197553A (en) * | 1976-09-07 | 1980-04-08 | Hughes Aircraft Company | Monolithic extrinsic silicon infrared detector structure employing multi-epitaxial layers |
| US4213137A (en) * | 1976-11-16 | 1980-07-15 | Hughes Aircraft Company | Monolithic variable size detector |
| GB1559860A (en) * | 1976-12-14 | 1980-01-30 | Rca Corp | Surface-channel ccd image sensor with buried-channel output register |
| GB1595253A (en) * | 1977-01-24 | 1981-08-12 | Hitachi Ltd | Solid-state imaging devices |
| JPS53125791A (en) * | 1977-04-08 | 1978-11-02 | Toshiba Corp | Solidstate pick up unit |
| US4994875A (en) * | 1978-05-16 | 1991-02-19 | Texas Instruments Incorporated | Virtual phase charge transfer device |
| US4229752A (en) * | 1978-05-16 | 1980-10-21 | Texas Instruments Incorporated | Virtual phase charge transfer device |
| US4321614A (en) * | 1980-03-12 | 1982-03-23 | Westinghouse Electric Corp. | Radiant energy sensor with blooming control |
| US4359651A (en) * | 1980-10-21 | 1982-11-16 | Westinghouse Electric Corp. | Anti-blooming input structure for charge transfer device |
| JPS5780764A (en) * | 1980-11-10 | 1982-05-20 | Sony Corp | Solid state image pickup element |
| EP0059547B1 (de) * | 1981-03-02 | 1985-10-02 | Texas Instruments Incorporated | Taktgesteuerte Vorrichtung zur Vermeidung des Überstrahlens für ladungsgekoppelte Vorrichtungen mit virtueller Phase |
| FR2506078A1 (fr) * | 1981-05-12 | 1982-11-19 | Thomson Csf | Dispositif anti-eblouissement pour dispositif photosensible a transfert de charge |
| US4593303A (en) * | 1981-07-10 | 1986-06-03 | Fairchild Camera & Instrument Corporation | Self-aligned antiblooming structure for charge-coupled devices |
| US4362575A (en) * | 1981-08-27 | 1982-12-07 | Rca Corporation | Method of making buried channel charge coupled device with means for controlling excess charge |
| JPS5838081A (ja) * | 1981-08-29 | 1983-03-05 | Sony Corp | 固体撮像装置 |
| US4396438A (en) * | 1981-08-31 | 1983-08-02 | Rca Corporation | Method of making CCD imagers |
| JPS5847378A (ja) * | 1981-09-17 | 1983-03-19 | Canon Inc | 撮像素子 |
| JPS5854671A (ja) * | 1981-09-28 | 1983-03-31 | Nec Corp | 固体撮像素子 |
| US4696021A (en) * | 1982-06-03 | 1987-09-22 | Nippon Kogaku K.K. | Solid-state area imaging device having interline transfer CCD means |
| FR2529390A1 (fr) * | 1982-06-29 | 1983-12-30 | Thomson Csf | Dispositif anti-eblouissement pour dispositif photosensible a transfert de charge |
| JPS5919480A (ja) * | 1982-07-26 | 1984-01-31 | Olympus Optical Co Ltd | 固体撮像装置 |
| GB2132818B (en) * | 1983-01-03 | 1987-08-19 | Rca Corp | Imaging array |
| US4658497A (en) * | 1983-01-03 | 1987-04-21 | Rca Corporation | Method of making an imaging array having a higher sensitivity |
| US4603342A (en) * | 1983-01-03 | 1986-07-29 | Rca Corporation | Imaging array having higher sensitivity and a method of making the same |
| US4667213A (en) * | 1984-09-24 | 1987-05-19 | Rca Corporation | Charge-coupled device channel structure |
| NL8403113A (nl) * | 1984-10-12 | 1986-05-01 | Philips Nv | Ladingsgekoppelde inrichting. |
| GB8517081D0 (en) * | 1985-07-05 | 1985-08-14 | Gen Electric Co Plc | Image sensors |
| US5001530A (en) * | 1985-09-04 | 1991-03-19 | Unisearch Limited | Infrared Schottky junction charge coupled device |
| US4967250A (en) * | 1987-05-05 | 1990-10-30 | Hughes Aircraft Company | Charge-coupled device with focused ion beam fabrication |
| KR930002818B1 (ko) * | 1990-05-11 | 1993-04-10 | 금성일렉트론주식회사 | Ccd 영상소자 |
| US5130774A (en) * | 1990-07-12 | 1992-07-14 | Eastman Kodak Company | Antiblooming structure for solid-state image sensor |
| KR920017285A (ko) * | 1991-02-13 | 1992-09-26 | 문정환 | 피닝전압이 낮은 고체 촬상소자의 구조 |
| US5702971A (en) * | 1995-03-31 | 1997-12-30 | Eastman Kodak Company | Self-aligned LOD antiblooming structure for solid-state imagers |
| US10515969B2 (en) | 2016-11-17 | 2019-12-24 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL176406C (nl) * | 1971-10-27 | 1985-04-01 | Philips Nv | Ladingsgekoppelde halfgeleiderinrichting met een halfgeleiderlichaam bevattende een aan een oppervlak grenzende halfgeleiderlaag en middelen om informatie in de vorm van pakketten meerderheidsladingsdragers in te voeren in de halfgeleiderlaag. |
| US3771149A (en) * | 1971-12-30 | 1973-11-06 | Texas Instruments Inc | Charge coupled optical scanner |
| US3863065A (en) * | 1972-10-02 | 1975-01-28 | Rca Corp | Dynamic control of blooming in charge coupled, image-sensing arrays |
| US3792322A (en) * | 1973-04-19 | 1974-02-12 | W Boyle | Buried channel charge coupled devices |
| US3866067A (en) * | 1973-05-21 | 1975-02-11 | Fairchild Camera Instr Co | Charge coupled device with exposure and antiblooming control |
| US3896474A (en) * | 1973-09-10 | 1975-07-22 | Fairchild Camera Instr Co | Charge coupled area imaging device with column anti-blooming control |
| US3896485A (en) * | 1973-12-03 | 1975-07-22 | Fairchild Camera Instr Co | Charge-coupled device with overflow protection |
-
1973
- 1973-08-23 NL NL7311600A patent/NL7311600A/xx not_active Application Discontinuation
-
1974
- 1974-08-19 US US05/498,594 patent/US4028716A/en not_active Expired - Lifetime
- 1974-08-20 DE DE2439799A patent/DE2439799C2/de not_active Expired
- 1974-08-20 CH CH1135774A patent/CH587566A5/xx not_active IP Right Cessation
- 1974-08-21 SE SE7410648A patent/SE403854B/xx unknown
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