DE2631732A1 - Ladungsgekoppelte vorrichtung zur optischen abbildung - Google Patents
Ladungsgekoppelte vorrichtung zur optischen abbildungInfo
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Description
Dr.-Ing. Wilhelm Reichel
Dipl.-Ing. Woligang Reichel
6 Frankfurt a. M. 1
Parkstraße 13
8458
THE GENERAL ELECTRIC COMPANY LIMITED, London, England
Ladungsgekoppelte Vorrichtung zur optischen Abbildung
Die Erfindung betrifft ladungsgekoppelte Vorrichtungen und bezieht sich insbesondere auf derartige Vorrichtungen, die
für die optische Abbildung benutzt werden·
Eine ladungsgekoppelte Vorrichtung besteht im -wesentlichen
aus einem kristallinen Halbleitersubstrat, das eine Reihe von eng benachbarten leitenden Elektroden trägt, die über
einer Oxidschicht auf der einen Oberfläche des Substrats gebildet sind und die Verbindungen aufweist, die es ermöglichen,
Spannungen an die Elektroden in einer vorbestimmten Reihenfolge zu legen, so daß eine örtliche elektrische Ladung,
die innerhalb des Substrats unter einer Elektrode erzeugt wird, an der Reihe der Elektroden entlang abgetastet und
Ausgangsvorrichtungen zugeführt wird, die in der Lage sind, ein Ausgangssignal zu erzeugen, welches von der Größe der
Ladung abhängt.
Das Substrat, das z.B. aus p- oder η-leitendem kristallinen
Silicium bestehen kann, ist im allgemeinen auf einer Stütz-
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platte montiert, die als integrierte Halbleiterschaltung ausgebildet sein kann, wobei Verbindungsleitungen zwischen
den Anschlüssen auf dem Substrat und der Stützplatte gebildet werden, damit die erforderlichen Spannungen den Elektroden
zugeleitet werden können und die Ausgangssignale abgenommen werden können.
Die örtlichen elektrischen Ladungen können in die ladungsgekoppelte
Vorrichtung in verschiedener Weise eingeführt werden, je nachdem, wie die Vorrichtung verwendet werden
soll. Wenn es sich um Vorrichtungen handelt, die für die optische Abbildung dienen sollen, wird die Ladung gewöhnlich
als das Ergebnis der Erzeugung von Elektronenlochpaaren gebildet, die durch Lichtenergie ausgelöst werden, welche auf
entsprechende Bereiche des Substrats fällt. Bisher war es infolge der Montierungsart des Substrates erforderlich, daß
das Licht, welches die elektrischen Ladungen erzeugen soll, auf die Vorderseite des Substrates gerichtet wurde, d.h. auf
diejenige Seite, welche die Elektroden trägt. Die Durchlässigkeit
der Oxidschichten innerhalb des sichtbaren Spektrums ist jedoch verhältnismäßig ungleichmäßig, was offenbar zu
Nachteilen führt.
Die Erfindung bezieht sich daher auf eine, zur optischen Abbildung dienende ladungsgekoppelte Vorrichtung, bei der
die Rückseite des Substrats eine Vertiefung aufweist, um die Dicke im Bereich der Elektroden zu vermindern und bei der
der Randteil des Substrates an einer Trägerplatte befestigt ist, wobei die Vertiefung auf eine Öffnung in der Trägerplatte
ausgerichtet ist, durch die das Licht auf das Substrat gerichtet v/erden kann, um die örtlichen elektrischen Ladungen
zu erzeugen.
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Bei einer derartigen Vorrichtung braucht das Licht zur Erzeugung der elektrischen Ladungen nicht die Oxidschicht zu
durchsetzen und man erhält daher ein gleichförmigeres Ansprechen der Vorrichtung über das gesamte sichtbare Spektrum.
Außerdem wird die Empfindlichkeit der Vorrichtung erhöht, da das einfallende Licht nicht durch die Elektroden abgefangen
wird, wie es bei den Vorrichtungen der Fall ist, die wie bisher so ausgebildet sind, daß das Licht auf die. Vorderseite
des Substrates fällt.
Die Dicke des mit der Vertiefung versehenen Bereiche des Substrates sollte so klein wie möglich sein, um eine hohe
Empfindlichkeit sicherzustellen und beträgt vorzugsweise nicht mehr als 40 /um.
Die Dicke des Randteils sollte ausreichen, um beim Montieren des Substrats auf der Trägerplatte ausreichende Starrheit
und Festigkeit zu erreichen und beim Herstellen der Verbindungen mit den Substratanschlüssen; sie beträgt vorzugsweise
zwischen 100 und 300 Aim.
Ein hochtemperaturfestes Epoxydkunstharz wird vorzugsweise
benutzt, um das Substrat an der Trägerplatte zu befestigen, die vorzugsweise als integrierte Halbleiterschaltung ausgebildet
ist, wie dies bei ladungsgekoppelten Vorrichtungen bekannt ist.
Eine ladungsgekoppelte Vorrichtung gemäß der Erfindung wird nun als Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Fig. 1
bis 3 der Zeichnung näher beschrieben.
Fig. 1 stellt in schematischer Form und nicht maßstabsgetreu
die Rückansicht der Vorrichtung dar.
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Fig. 2 zeigt ebenso schematisch einen Schnitt durch einen Teil der Vorrichtung und
Fig. 3 stellt eine Vorderansicht desselben Teiles der
Vorrichtung dar.
Die Vorrichtung enthält ein kristallines Siliciumplättchen 1 mit einer Dicke von 100 bis 300 yum und einer Länge und
Breite in der Größenordnung von 3,5 und 1,5 mm. Das Plättchen ist auf der einen Oberfläche mit einer Siliciumoxidschicht
versehen (Fig. 2) und trägt eine Vielzahl von eng benachbarten Metallelektroden 3, z.B. aus Gold, die mit Hilfe einer ansich
bekannten Überzugstechnik aufgebracht sein können und sich quer über das Plättchen erstrecken und mit Anschlüssen 4
(Fig. 3) versehen sind, so daß Spannungen in einer vorbestimmten Reihenfolge an sie angelegt werden können, wie dies
bei ladungsgekoppelten Vorrichtungen ansich bekannt ist, damit eine örtliche elektrische Ladung an der Reihe von
Elektroden abgenommen werden kann; die Vorrichtung enthält auch Ausgangsanschlüsse, die schematisch bei 0 am Ende der
Elektrodenanordnung liegend angegeben sind, so daß periodisch ein Ausgangssignal erzeugt wird, welches von der Größe der
Ladung abhängt, die von den Elektroden in dem betreffenden Augenblick zugeführt wird.
Gemäß der Erfindung ist die Rückseite des Siliciumplättchens 1 an der Stelle 5 mit einer Vertiefung versehen, so daß ein
länglicher Bereich von verminderter, aber im wesentlichen konstanter Dicke zwischen 10 und 30 /um entsteht, der sich
entlang der Mittellinie des Plättchens unter den Elektroden 3 erstreckt, während ein verhältnismäßig dickerer Randteil 6
um den Umfang herum verläuft, wobei die Vertiefung z.B. durch ein Ätzverfahren hergestellt sein kann.
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Die Rückseite des Randteiles 6 des Plättchens ist mit Hilfe
eines hochtemperaturfesten Epoxydkunstharzes 7 an der integrierten
Halbleiterschaltung 8 befestigt, die eine Öffnung aufweist, welche auf die Vertiefung 5 in dem Siliciumplättchen
ausgerichtet ist, so daß das Licht auf die Oberfläche der Vertiefung durch die Öffnung gerichtet werden kann.
Leitungen 10 sind zwischen den Anschlußstellen 11 und 12 der integrierten Schaltung 8 und dem Randteil des Plättchens
vorgesehen, so daß die erforderlichen Spannungen an die Elektroden angelegt werden können und auch die Ausgangssignale,
die in der bei ladungsgekoppelten Vorrichtungen bekannten Weise zur optischen Abbildung abgenommen werden können.
Die integrierte Schaltung ist mit Zuleitungen und Ableitungen
13 versehen, so daß die Vorrichtung in eine größere Schaltungsanordnung
eingegliedert werden kann, wobei die Leitungen vorzugsweise auch dazu dienen, die Vorrichtung auf einem
geeigneten Träger zu haltern, der auch eine Öffnung aufweisen sollte, damit das Licht die Vertiefung 5 erreichen kann.
Bei der Benutzung der Vorrichtung wird ein optisches System
so angeordnet, daß es das Licht von einem entfernten Gegenstand
auf die Vertiefung 5 des Siliciumplättchens 1 durch die Öffnung 9 fallen läßt, so daß sich ein Ladungsmuster
unter der Elektrodenanordnung 6 ergibt, das eine anäXöge
Wiedergabe der Lichtintensität des ursprünglichen Bildes ist. Dieses Ladungsmuster wird von der Elektrodenreihe abgetastet
und am Ausgang erscheint ein Impulszug, dessen Amplituden entsprechend der Größe der Ladungen schwanken und damit
auch mit der Grauskala des Bildes.
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Die beschriebene Vorrichtung eignet sich zur Verwendung als Zeilenabbilder, jedoch kann die Erfindung auch zur Flächenabbildung
benutzt werden. Das Siliciumplättchen ist in
einem derartigen Fall von genügender Größe um eine Vielzahl von Reihen von Elektroden aufzunehmen, die in rechteckiger
Ordnung angeordnet sind und der vertiefte Bereich des Plättchens ist entsprechend geformt und dimensioniert.
einem derartigen Fall von genügender Größe um eine Vielzahl von Reihen von Elektroden aufzunehmen, die in rechteckiger
Ordnung angeordnet sind und der vertiefte Bereich des Plättchens ist entsprechend geformt und dimensioniert.
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Claims (8)
- PatentansprücheLadungsgekoppelte Vorrichtung zur optischen Abbildung mit einem kristallinen Halbleitersubstrat, das auf der einen Oberfläche eine Oxidschicht trägt, und bei dem eine Reihe von eng benachbarten leitenden Elektroden auf der Oxidschicht vorgesehen sind, dadurch gekennzeich.net, daß das Substrat (1) eine Vertiefung (5) in einem Bereich der entgegengesetzten Seite und einen Randteil (6) aufweist, der die Vertiefung umgibt und der an einer Stützplatte (8) befestigt ist, die eine Öffnung (9) hat, welche auf die Vertiefung (5) ausgerichtet ist, so daß Licht auf den Bereich der Vertiefung des Substrats (1) fallen kann, das örtliche elektrische Ladungen erzeugt.
- 2. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Dicke des vertieften Bereichs (5) des Substrats (1) nicht mehr als 40 /um beträgt.
- 3. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Dicke des Randteils (6) des Substrats zwischen 100 und 300 /um beträgt.
- 4. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,daß das Substrat an der Stützplatte durch ein hochtemperatur festes Epoxydkunstharz (7) befestigt ist.809886/078 2
- 5. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,daß die Stützplatte als integrierte Halbleiterschaltung(8) ausgebildet ist.
- 6. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Halbleiterschaltung eine Anzahl von Anschlußleitungen (10) aufweist, so daß die Vorrichtung mit einer größeren Schaltungsanordnung verbunden werden kann, wobei die Leitungen auch dazu dienen, die Vorrichtung auf einem Träger zu haltern, der eine Öffnung aufweist, so daß das Licht die Vertiefung durch die Öffnung in der integrierten Halbleiterschaltung erreichen kann.
- 7. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,daß das Substrat aus kristallinem p- oder n-Silicium besteht.
- 8. Ladungsgekoppelte Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oxidschicht aus Siliciumoxid besteht.Re/Pi.6 0 9886/0782
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