DE3345176C2

DE3345176C2 - Festkörper-Bildsensor

Info

Publication number: DE3345176C2
Application number: DE3345176A
Authority: DE
Inventors: Takashi Hamamatsu Shizuoka Mizusaki; Jun-Ichi Nishizawa; Takashige Sendai Miyagi Tamamushi; Hidetoshi Tokio/Tokyo Yamada; Atsushi Ina Nagano Yusa
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1982-12-14
Filing date: 1983-12-14
Publication date: 1986-10-09
Also published as: DE3345176A1; JPS59108468A; JPH0414546B2; US4891682A

Abstract

Ein Festkörper-Bildaufnahmewandler weist eine Anzahl von SIT-Bildsensoren auf, die in einer Matrixform angeordnet sind und von denen jeder einen Drainbereich in Form eines n+-Substrats (8), welches an Erdpotential liegt, einen Kanalbereich (10) in Form einer epitaxial gewachsenen n--Schicht auf dem Substrat, einen ringförmigen p+-Gatebereich (11) auf der Oberfläche der Epitaxialschicht sowie einen n+-Sourcebereich (13) aufweist, der in einem Teil der Oberfläche der Epitaxialschicht gebildet ist und von dem ringförmigen Gatebereich umgeben ist. Ferner ist in der Oberfläche des Substrats unterhalb des Gatebereichs ein p+-Überlaufdrainbereich (9) ausgebildet. Durch Einstellen der Dauer eines Verschlußsteuersignals, welches mit positiver Spannung an den Überlaufdrainbereich (9) angelegt wird, kann die Zeitspanne, während der Lichtträger, d. h. Elektronen in den Gatebereich (11) fließen und dort gespeichert werden, nach Wunsch gesteuert werden. Auf diese Weise wird eine elektronische Verschlußfunktion erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Festkörper-Bildsensor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

SIT-Bildelemente erfüllen nicht nur Schaltfunktionen und bewirken eine Signalverstärkung, sondern dienen auch zur lichtelektrischen Umwandlung. Ein solcher SIT-Bildsensor ist im einzelnen z. B. in folgender Veröffentlichung beschrieben: »Static Induction Transistor Image Sensors«, IEEE Transactions on Electron Devices, Bd. ED-26, Nr. 12, Dezember 1979, S. 1970-1977.

Bei der Aufnahme eines sich schnell bewegenden Objektes muß die Abbildung mit einer der Bewegungsgeschwindigkeit des Objektes entsprechenden, hohen Verschlußgeschwindigekeit gemacht werden. Hierzu sollte vorzugsweise die Verschlußgeschwindigkeit in einem weiten Bereich von 1/1000 Sekunde bis zu einigen Sekunden verstellbar sein. Bei einer Fernsehkamera mit

üblicher Bildröhre muß zur Ausgabe eines Bildsignals im Zeilensprungabtastverfahren mit einer Bildwechselfrequenz von 60 Hz, d. h. bei 60 Halbbildern pro Sekunde gemäß der NTSC-Norm die Ladegeschwindigkeit für die lichtelektrische Wandlerfilmschicht de.? Aufnahmeröhre 1/60 Sekunde betragen, so daß die Verschlußgeschwindigkeit nicht unter 1/60 Sekunde verkürzt werden kann. Für eine kürzere Verschlulizeit als 1/60 Sekunde, mußte ein mechanischer Verschluß z. B. mit einer rotierenden Blende vor der Aufnahmeröhre verwendet werden. Bei einem solchen mechanischen Verschluß ist die Verschlußzeit durch Ändern der Umdrehungsgeschwindigkeit der rotierenden Blende veränderlich. Aber es liegt auf der Hand, daß der mechanische Verschluß große Probleme aufwirft, wenn es darum geht, eine kleine und leichte Bildaufnahmevorrichtung zu schaffen. Ferner ist es mit einem mechanischen Verschluß unmöglich oder mindestens sehr schwierig, die Verschlußgeschwindigkeit nach Wunsch einzustellen. Die erwähnte Schwierigkeit gilt auch für ei.ie Stehbildkamera, die die genannte Bildröhre aufweist

Als Festkörper-Bildaufnahmewandler ist eine Fernsehkamera entwickelt worden, die ladungsgekoppelte Vorrichtungen (CCDs) aufweist (JP-OS 44 271/81). Bei dieser Vorrichtung ist eine elektronische Verschlußfunktion dadurch erzielbar, daß die Ladungsträgerspeicherzeit bei der lichtelektrischen Umwandlungsaktion geändert wird. Damit kann die Verschlußgeschwindigkeit ohne weiteres nach Wunsch eingestellt werden, indem der Vorrichtung von außen ein elektrisches Signal zugeführt wird. Allerdings kann diese elektronische Verschlußfunktion nicht bei Festkörper-Bildaufnahmewandlern erreicht werden, die die genannten SITs aufweisen.

In den nicht vorveröffentlichten deutschen Offenlegungsschriften 33 29 119 und 33 32 446 sind Festkörper-Bildsensoren mit MOS-FET beschrieben, die keine Signal-Verstärkungsfunktion aufweisen. Auch ist dort die Zeitspanne, in welcher die im Kanalbereich erzeugten Ladungsträger im Gatebereich gespeichert werden, nicht dadurch einstellbar, daß das Potential des Überlaufdrainbereichs gesteuert wird. Vielmehr werden in der DE-OS 33 29 119 zur Steuerung der in der Photodiode 15 gespeicherten Photo-Ladungsträger ein MOS-Schalter33 und die Abtast-Schaltung 26 eingesetzt

In der JP-OS 55 15 229 wird vorgeschlagen, die Photo-Ladungsträger, welche im P⁺-Gatebereich gespeichert sind, mittels eines bipolaren Transistorschalters zu entfernen. Darüber hinaus ist dort vorgesehen, daß die Photo-Ladungsträger aus dem Gatebereich direkt entfernt werden, um einen schnellen Betrieb zu ermöglichen. Es ist dort aber nicht erwähnt, daß eine elektronische Verschlußfunktion ermöglicht ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Festkörper-Bildsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß die Belichtungszeit (»Verschlußgeschwindigkeit«) wahlweise elektronisch einstellbar ist, so daß insbesondere Aufnahmen von sich schnell bewegenden Objekten ermöglicht sind.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch i gekennzeichnet

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Da bei dem Festkörper-Bildsensor gemäß der Erfindung die elektronische Verschlußfunktion dem SIT zugeordnet werden kann, kann die verstellbare Verschlußzeit sogar kürzer gewählt werden kann als 1/1000 Se kunde. Da es möglich ist, mit dieser kurzen Verschlußzeit ein mit hoher Geschwindigkeit bewegtes Objekt aufzunehmen, kann die zeitliche Auflösung erhöht und eine Bildwiedergabe von ausgezeichneter Qualität erzielt werden. Dieser Vorteil zeigt sich beispielsweise bei der Wiedergabe der Abbildung eines bewegten Objektes im Zeitlupentempo oder als Stehbild mittels eines Videobandaufzeichnungsgerätes, wobei das Bild mit hoher Bildqualität wiedergegeben werden muß. Im Fall

ίο einer Stehbildkamera kann aufgrund des zerstörungsfreien Auslesens des Videoausgangssignals vom SIT ein Betrieb ähnlich der üblichen EE-Kamera erreicht werden, indem eine automatische Irissteuerung in Übereinstimmung mit dem Ausgabevideosignalniveau durchge- führt wird. Da der Bildaufnahmewandler SITs als Festkörper-Bildsensoren aufweist, hat die Vorrichtung ein hohes Auflösungsvermögen, große Empfindlichkeit und einen großen Dynamikumfang, wie sie für SITs eigentümlich sind.

Es sei noch erwähnt, daß die Leitfähigkeit der einzelnen Bereiche bei entsprechender Zuordnung auch anders gewählt werden kann.

Im folgenden sind Ausführungsbeispiele des Festkörper-Bildsensors näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 ein Schaltkreisdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Sensors gemäß der Erfindung aus SIT-Bildelementen, F i g. 2 ein Schaltkreisdiagramm zur Erläuterung des

Aufbaus eines einzigen Bildelements des Wandlers,

F i g. 3 eine Draufsicht zur Erläuterung des Aufbaus eines S IT-Bildsensors, der ohne Leitungen gezeigt ist,

Fi g. 4A und 4B Querschnitte längs Linien A-A'bzw. ß-fi'inFig.3,

Fig. 5A und 5B Potentialdiagramme zur Erläuterung der lichtelektrischen Wandlungsfunktion,

F i g. 6A bis 6C Signalwellenformen zur Erläuterung der Signalausgabefunktion, F i g. 7A bis 7F Signalwellenformen zur Erläuterung der Schaltfunktion,

F i g. 8A und 8B Potentialdiagramme zur Erläuterung der Ladungsträger-Speicherfunktion,

F i g. 9 eine Draufsicht auf ein zweites Ausführungsbeispiel des Sensors für eine Stehbildkamera,

Fig. 10 einen Querschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel des Sensors für eine elektronische Stehbildkamera.

Bei dem Festkörper-Bildsensor ist auf einem gemeinsamen Substrat eine Anzahl von Bildelementen 1 in Ma- trixform vorgesehen, und an jedes Bildelement sind Wahlleitungen 2 und 3 für die Wiedergabe von Bildsignalen sowie Signalleitungen 4 zum Einstellen der Zeit eines elektronischen Verschlusses angeschlossen, wie noch im einzelnen erläutert wird. Die Wahlleitungen 2 und 3 sind an eine erste Horizontalabtastschaltung 5 bzw. eine Vertikalabtastschaltung 6 angeschlossen, während die Signalleitungen zum Steuern der Verschlußzeit an eine zweite Horizontalabtastschaltung 7 angeschlossen sind. Durch das Anlegen von Abtastsi gnalen der Horizontal- und Vertikalabtastschaltungen 5,6 und 7 an die Wahlleitungen 2 und 3 bzw. die Signalieitungen 4 werden die Biideiemente i der Reihe nach horizontal für entsprechende Zeilen angesteuert, um eine sogenannte Rasterabtastung durchzuführen. Es kann durcn das Einstellen der Impulsbreite eines von der zweiten Horizontalabtastschaltung 7 gelieferten Abtastimpulses an jedes Bildelement 1 über die Signalleitungen 4 die Ladungsträgerspeicherzeit so gesteuert

werden, daß die Geschwindigkeit des elektronischen Verschlusses nach Wunsch einstellbar ist. Der Festkörper-Bildsensor gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist in einer Fernsehkamera vorgesehen und weist 400 χ 500 Bildelemente 1 auf, von denen je 400 Bildelemente in horizontaler Richtung und je 500 Bildelemente in vertikaler Richtung angeordnet sind.

Das Schaltkreisdiagramm gemäß Fig.2 zeigt den Aufbau eines einzigen Bildelements 1. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, weist das Bildelement 1 einen einzigen SIT IA auf, der die Funktionen der lichtelektrischen Umwandlung, Signalverstärkung sowie Schaltfunktionen erfüllt Der SIT IA hat eine Sourceelektrode XB, die an die horizontale Wählerleitung 2 angeschlossen ist, sowie eine Gateelektrode IC die an die vertikale Wahlleitung 3 fiber eine Speicherkapazität XD angeschlossen ist Der SIT liegt mit seinem Drain an Erdpotential. Da die Gateelektroden IC der jeweiligen SITs über entsprechende Kapazitäten XD mit vertikalen Wählerleitungen 3 verbunden sind, sind die Bildelemente 1 für Gleichstrom gegenüber einander isoliert

In der Draufsicht auf den Festkörper-Bildsensor gemäß F i g. 3 fehlen die verschiedenen Leitungen 2,3 und 4 aus Gründen der Klarheit Fig.4A und 4B zeigen Teile des Wandlers im Schnitt entlang Linien A-A'bzw. B-B' in Fig.3. In den Fig.3 und 4A, 4B besteht der Lichtaufnahmebereich aus einem gemeinsamen η+-Halbleitersubstrat (8) und einem n--Siliziumbereich 10 mit geringer Störstellenkonzentrationen, der auf dem Substrat beispielsweise durch ein chemisches Aufdampfverfahren gebildet ist Die n--Aktivschicht kann eine epitaxiale Schicht sein, die auf der Oberfläche des Substrats gewachsen ist Von der Seite des n--Siliziumbereichs 10 erfolgt der Lichteinfall 17 auf den Wandler. Im n--Siliziumbereich 10 ist ein Isolierbereich 12 ausgebildet der aus isolierendem Material, beispielsweise SiO₂ besteht und sich von der Oberfläche des n~-Bereichs 10 bis zum Obergang zwischen dem Substrat 8 und dem n~-Bereich 10 erstreckt

Dieser Isolierbereich 12 dient zur gegenseitigen Isolierung der einzelnen Bildelemente 1. In einem vom Isolierbereich 12 umgebenen Teil des n--Siliziumbereichs 10 ist je ein p+-Bereich 11 und ein n+-Bereich 13 durch Diffusion oder Ionenimplantation geschaffen. Gemäß der Erfindung ist in der Oberfläche des Substrats 8 ein p+-Bereich 9 versenkt vorgesehen. Der n⁺-Bereich 13, das n⁺-Substrat 8, der p⁺-Bereich 11 sowie der n--Bereich 10 bilden im SIT Source, Gate bzw. Kanal. Wie aus der Draufsicht gemäß Fig.3 hervorgeht ist der η+-Sourcebereich 13 von dem ringförmigen p+-Gatebereich 11 umgeben, der bezugspotentia! frei ist Der in dem n+-Substrat versenkt vorgesehene p+-Bereich 9, der unmittelbar unterhalb des ρ+-Gatebereichs 11 liegt bfldet einen Oberlaufdrainbereich, welcher die Aufgabe hat «m n--Kanalbereich 10 induzierte Ladungsträger zu absorbieren. Der Oberlaufdrainbereich 9 ist durch den Isolierbereich 12 in horizontaler Richtung abgetrennt erstreckt sich aber durchgehend in vertikaler Richtung und ist mit einem Ende an eine Signalleitung 4 angeschlossen. Der Sourcebereich 13 ist an eine Sourceelektrode 15 angeschlossen, die aus einem Elektrodenmaterial von geringem Widerstandswert besteht beispielsweise Polysilizium, Aluminium, SnO2 oder InSnO. Oberhalb des ρ+-Gatebereichs 11 ist eine transparente Elektrode 14 aus SnO₂ oder SnO₂-SbO₂ mittels eines Isolierfilms 12A vorgesehen, der aus dem gleichen Isoliermaterial besteht wie der Isolierbereich 12. Die Elektrode 14 ist mit der vertikalen Wählerleitung 3 über die Speicherkapazität ID(F i g. 2) verbunden. Die vertikale Wahlleitung 3 ist mit der transparenten Elektrode 14 durch einen Kontakt 16 verbunden, der aus Polysilizium oder Metall, wie Aluminium besteht. Bei dem in F i g. 3 und 4A, 4B gezeigten Ausführungsbeispiel besteht eine Trennung zwischen dem ρ+-Gatebereich 11 und dem Sourcebereich 13, die aber auch in gegenseitiger Berührung vorgesehen sein können. Die drei Funktionen des SIT-Bildsensors sollen nun der Reihe nach erläutert werden, nämlich (i) die lichtelektrische Umwandlung, (ii) die Signalwiedergabe und (iii) die Verschlußfunktion, die durch den Überlaufdrainbereich gegeben ist.

(i) Lichtelektrische Umwandlung

Die Störsteücnkcnzentration im Kanalbereich 10 wird mit Nd bezeichnet der Abstand zwischen dem Gatebereich 11 und dem Drainbereich 8 mit Id, der Innen- durchmesser des den Sourcebereich 13 umgebenden Gatebereichs U mit 2a, und das Diffusionspotential mit Vb. Der Wandler ist so konstruiert und hergestellt, daß beim Anlegen einer negativen Spannung Vs an die Sourceelektrode 15 die folgenden Beziehungen erfüllt sind:

Nd ■ q ■ IcP

Vg =

2 -ε

ld

Dann reicht die Verarmungsschicht die sich im Übergang zwischen dem Gatebereich 11 und dem Kanalbereich 10 erstreckt bis in die Nachbarschaft des Drainbereichs 8, selbst wenn die am Gate anliegende Vorspan- nung den Wert Null hat Ferner sind Teile der Verarmungsschicht die sich seitlich von den gegenüberliegenden Seiten des Gatebereichs 11 erstrecken, miteinander in Berührung gebracht Dieser Zustand wird als Sperrzustand des Kanals bezeichnet Bei dem Sperrzustand hat das Potentialverteilungsprofil vom Sourcebereich 13 zum Drainbereich 8 gesehen im Kanalbereich 10 eine hohe Potentialsperre, wie mit einer durchgezogenen Kurve A in F i g. 5A angedeutet Selbst wenn also zwischen Source und Drain eine Potentialdifferenz V₁ be- steht fließt aufgrund dieser Sperre kein Strom. Wenn bei diesem Sperrzusiand ein Lichteinfall 17 von stärkerer Energie als eine verbotene Bandbreite des Halbleiters (Silizium) auf den Kanalbereich 10 auftrifft werden in diesem Kanalbereich 10 Elektronen-Loch-Paare in duziert deren Anzahl zu der Intensität des Lichteinfalls 17 proportional ist Wegen des im Kanalbereich 10 erzeugten elektrischen Feldes fließen die Elektronen in den Drainbereich 8 mit dem niedrigeren Potential und die Löcher in den Gatebereich 11, wo sie gespeichert werden. Durch das Speichern der Löcher im Gatebereich Il steigt das Gatepotential entsprechend den gespeicherten Ladungen, und folglich wird die Potentialsperre proportional zum Gatepotential abgesenkt, wie mit einer gestrichelten Kurve B in Fig.5A gezeigt.

Wenn auf diese Weise die Potentialsperre sinkt beginnen Elektronen vom Sourcebereich 13 zum Drainbereich 8 zu fließen. Das Ausmaß dieses Stroms hängt von der Größe Δ Vder Abnahme an Potentialträgem ab. und diese Größe AV steht im Verhältnis zur Stärke des Lichteinfalls 17. Zwischen Source und Drain fließt also ein Strom, dessen Größe zur Intensität des Lichteinfalls 17 proportional ist Auf diese Weise erfolgt die lichtelektrische Umwandlung.

7 8

(ii) Signalwiedergabe kale Zeile die vorstehend beschriebene Operation vorgenommen wird, wobei eine zeitliche Versetzung um

Jedes einzelne Bildelement führt die lichtelektrische die Zeitspanne Th erfolgt Wie schon erwähnt, entUmwandlung auf der Basis des vorstehend beschriebe- spricht die Zeitspanne Ta, d. h. die Impulsbreite des Vernen Vorganges aus. Um ein Bild abzutasten, müssen 5 Schlußsteuersignals, während der Ladungsträger im Lichtstärkensignale aus den einzelnen Bildelementen Gatebereich 11 gespeichert werden, der Verschlußöffunabhängig voneinander ausgelesen werden. Hierzu nungszeit. Diese Zeitspanne Ta kann nach Wunsch unmuß jedes Bildelement eine Schaltfunktion erfüllen kön- abhängig von den Zeitspannen Th und T_v eingestellt nen. Der im erfindungssgemäßen Wandler benutzte SIT werden. Folglich läßt sich mit dem Festkörper-Bildsenerfüllt diese Schaltfunktion neben der lichtelektrischen io sor die Verschlußzeit nach Wunsch einstellen. Es liegt Umwandlungsfunktion. Mit anderen Worten, das Signal auf der Hand, daß die Zeitspanne T_A ganz einfach von kann dadurch ausgegeben werden, daß der Transistor außen nach Wunsch veränderbar ist. Auf diese Weise ist durch Anlegen einer positiven Ausgabeimpulsspannung die elektronische Verschlußfunktion erzielbar. Vc über die Speicherkapazität ID an den Gatebereich In den Fi g. 8A und 8B sind Potentialdiagramme für 11 aufgesteuert wird. Wie Fig.5B zeigt, ist die durch 15 den Überlaufdrainbereich 9, den Kanalbereich 10 und eine durchgezogene Kurve C gezeigte, an den Gatebe- den Gatebereich 11 für den Fall gezeigt, daß die Verreich 11 angelegte Spannung die Summe der Ausga- Schlußsteuersignale gemäß Fig.7E und 7F am Überbeimpulsspannung V_G und der Spannung der Größe Δ V, laufdrainbereich 9 anliegen. F i g. 8A zeigt den Zustand, die durch die Beleuchtung durch den Lichteinfall 17 her- bei dem die Signale ΦΗ\ und ΦΗ2' ein höheres Potentivorgerufen wird. 20 al haben, während Fig.8B für den Fall gilt, daß die

Die Signalausgabefunktion soll nun unter Hinweis auf Verschlußsteuersignale ΦΗ\ und ΦΗϊ ein niedriges die Zeittabellen gemäß F i g. 6A, 6B und 6C näher erläu- Potentialniveau haben. Wenn der Überlaufdrainbereich tert werden. F i g. 6A zeigt die negative Spannung V& 9 das höhere Potential erhält, steigt das Potential vom die über die Wählerleitung 2 an den Sourcebereich 13 Überlaufdrainbereich 9 zum Gatebereich 11, so daß Laangelegt wird. Fig. 6B zeigt die Ausgabeimpulsspan- 25 dungsträger, d. h. Löcher in den Gatebereich 11 fließen nung Vb, die über die Wählerleitung 3 an den Gatebe- und dort gespeichert werden. Wenn im Gegensatz dazu reich 11 angelegt wird und F i g. 6C zeigt die Signalaus- das Signalpotential gering ist, nimmt das Potential vom gangsspannung V_oul, die an einem Ladewiderstand auf- Überlaufdrainbereich 9 zum Gatebereich 11 ab, und grund des zwischen Source und Drain fließenden Si- dann fließen Löcher weg in den Überlaufdrainbereich 9. gnalstroms abgenommen wird. Aus den Zeittabellen 30 F i g. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Festkörpergeht hervor, daß die Signalausgangsspannung V₀₁₁, nur Bildsensors für eine elektronische Stehbildkamera. Bei erscheint wenn sowohl die Sourceimpulsspannung Vs Stehbildern erfolgt die Speicherung der Ladungsträger als auch die Ausgabeimpulsspannung V₀ am SIT anlie- gleichzeitig in allen Bildelementen, und dann werden die gen. Eine durchgezogen gezeichnete Kurve in Fig.6C in den einzelnen Bildelementen gespeicherten Signale gibt die Signalausgangsspannung für den Fall wieder, 35 der Reihe nach ausgegeben. Folglich kann das Verdaß Ladungsträger gespeichert werden, während die Schlußsteuersignal ΦΗ gleichzeitig dem Überlaufdraingestrichelt gezeichnete Kurve für den Fall gilt daß kein bereich aller Bildelemente zugeführt werden. Ladungsträger gespeichert wird. Hierzu sind, wie F i g. 9 zeigt die an die Überlaufdrainbereiche der Bildelemente 1 angeschlossenen Si-

(iii) Verschlußfunktion 40 gnalleitungen 4 zusammengeschlossen und erhalten das

Signal ΦΗ'. Natürlich kann die Speicherzeit, d. h. die

Aus Gründen der Erläuterung wird davon ausgegan- Verschlußzeit durch Steuern der Zeitspanne T_A des Vergen, daß vier Bildelemente in einer Matrixform von Schlußsteuersignals ΦΗ' nach Wunsch eingestellt wer-2x2 angeordnet sind. Wie in F i g. 7A und 7B gezeigt den. Im übrigen entspricht der Aufbau des Bildaufnahliefert die Horizontalabtastschaltung 5 für die Sourcen 45 mewandlers gemäß F i g. 9 dem in den F i g. 3 und 4A, 4B der Bildelemente Signale ΦΗ\ und ΦΗ₂, die zur Ausga- gezeigten Ausführungsbeispiel, be des Signals für eine vertikale Zeile um eine Zeitspan- F i g. 10 zeigt in einem Querschnitt ähnlich F i g. 4A ne T_H zueinander versetzt sind. Wie aus F i g. 7C und 7D ein weiteres Ausführungsbeispiel des Festkörper-Bildhervorgeht, liefert die Vertikalabtastschaltung 6 den sensors für eine elektronische Stehbildkamera. Bei die-Gates der SITs Ausgabetaktimpulse Φν_χ und Φν₂, de- 50 serii Ausführungsbeispiel wird der Überlaufdrainberen Periode der Zeitspanne Th entspricht Diese Taktim- reich von einem p+-Substrat 20 und der Drainbereich pulse Φ Vi und Φν₂ sind für jede horizontale Zeile um von einem versenkten n+-Bereich 21 gebildet, der in der die Zeitspanne Tv phasenverschoben. Eine Bildperiode Oberfläche des Substrats 20 vorgesehen ist Die Drain- T_F entspricht deshalb 2 χ T_H. Die F i g. 7E und 7F zei- bereiche 21 aller Bildelemente liegen gemeinsam an gen Verschlußsteuersignale ΦΗ\' und ΦΗΐ, die von der 55 ErdpotentiaL Durch Anlegen des Verschlußsteuersizweiten Horizontalabtastschaltung 7 an die Überlauf- gnals ΦΗ'ζη das p+-Substrat 20 kann die Speicherung drainbereiche 9 der SITs geliefert werden, um die Spei- von Ladungsträgern gleichzeitig in allen Bildelementen cherzeit für die Ladungsträger zu steuern. Wenn die gesteuert werden. Im übrigen ist der Aufbau dieses Bild-Signale ΦΗ\' und ΦΗϊ niedriges Potential haben, wer- aufnahmewandlers so wie anhand von F i g. 3 und 4A, 4B den im Kanalbereich 10 induzierte Ladungsträger (Lö- 50 beschrieben, und die entsprechenden Teile sind mit den eher) nicht im Gatebereich 11 gespeichert, sondern flie- gleichen Bezugszeichen versehen.

Ben in den Überlaufdrainbereich 9. Wenn im Gegensatz

dazu die Verschlußsteuersignale ΦΗ\ und ΦΗ₂ wäh- Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

rend der Zeitspanne Ta ein höheres Potential haben,

fließen die im Kanalbereich 10 entstehenden Löcher es
nicht in den Überlaufdrainbereich 9, sondern werden im
Gatebereich 11 gespeichert Alle Bildelemente können
der Reihe nach abgelesen werden, indem für jede verti-

Claims

Patentansprüche:

1. Festkörper-Bildsensor mit einer Vielzahl von SIT-Bildelementen, die lichtelektrische Umwandlungs-, Signalverstärkungs- und Schaltfunktionen erfüllen und von denen jeder einen Sourcebereich eines Leitfähigkeitstyps, einen Drainbereich desselben Leitfähigkeitstyps, der von dem Sourcebereich durch einen Kanalbereich desselben Leitfähigkeitstyps getrennt ist, und einen Gatebereich des anderen Leitfähigkeitstyps aufweist, der mittels des Kanalbereichs vom Sourcebereich und vom Drainbereich getrennt ist, und mit Abtastschaltungen zum wahlweisen Ansteuern der SIT-Bildelemente zum Ausle- sen eines Bildsignals, dadurch gekennzeichnet, daß jedes SIT-Bildelement (1) ferner einen Oberlaufdrainbereich (9,21) des anderen Leitfähigkeitstyps hat, der von dem Gatebereich (11) ebenfalls mittels des Kanalbereichs (10) getrennt ist und der, solange er sich auf einem geeigneten Potential befindet, die im Kanalbereich (10) durch Lichteinfall erzeugten Ladungsträger aufnimmt und dadurch deren Speicherung im Gatebereich (11) verhindert, und daß der Bildsensor ferner eine weitere Abtastschaltung (7) zum Steuern des Potentials des Überlaufdrainbereichs (9,21) von außen aufweist, mittels der die Zeitspanne, während der im Kanalbereich (10) durch Lichteinfall (17) induzierte Ladungsträger (Löcher) im Gatebereich (11) gespeichert werden, einstellbar ist

2. Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drainbereich von einem Halbleitersubstrat (8,20) gebildet ist, daß die Sourcebereiche (3), die Kanalbereiche (10) und die Gatebereiche (11) in einer auf ihm vorgesehenen aktiven Schicht ausgebildet sind und daß der Oberlaufdrainbereich (9,21) von einer in der Oberfläche des Halbleitersubstrats (8,20) versenkten Zone gebildet ist

3. Bildsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drainbereiche aller SIT-Bildelemente (1) von einem Halbleitersubstrat (8,20) gebildet sind, daß die Sourcebereiche (13), die Gatebereiche (11) und die Kanalbereiche (10) in einer auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats (8) gebildeten aktiven Schicht ausgebildet sind und daß die Überlaufdrainbereiche (9, 21) von den in der Oberfläche des Halbleitersubstrats (8) versenkten Zonen gebildet sind, so daß das Potential der Überlaufdrainbereiche (9) durch Ändern des an das Halbleitersub- strat (8) angelegten Potentials gleichzeitig einstellbar ist.

4. Bildsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drainbereich von einem η+-Substrat (8) gebildet ist, daß die aktive Schicht eine auf der Oberfläche des η+-Substrats (8) epitaxial gewachsene n--Schicht ist, daß der im Gatebereich (11) ein ringförmiger, in der Oberfläche der epitaxial gewachsenen n~-Schicht gebildeter p+-Bereich ist, daß der Sourcebereich (13) ein in einem Teil der epitaxial gewachsenen n--Schicht gebildeter n+-Bereich ist, der von dem ringförmigen Gatebereich (11) umgeben ist, und daß der Überlaufdrainbereich (9) von einem in der Oberfläche des η+-Substrats (8) versenkten ρ+-Zone gebildet ist.

5. Bildsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drainbereich ein p+-Substrat (20) ist, daß die aktive Schicht von einer epitaxial gewachsenen n--Schicht auf der Oberfläche des p+-Substrats (20) gebildet ist, daß der Gatebereich (11) ein ringförmiger, in der Oberfläche der epitaxial gewachsenen n~-Schicht ausgebildeter p+-Bereich ist, daß der Sourcebereich (13) ein π+-Bereich ist der in einem Teil der epitaxial gewachsenen n--Schicht ausgebildet ist welcher von dem ringförmigen Gatebereich (11) umgeben ist und daß der Überlaufdrainbereich (21) eine n+-Zone ist welche in der Oberfläche des p+-Substrats (20) versenkt ist

6. Bildsensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß einander benachbarte SIT-Bildelemente (1) durch einen Isolierbereich (12) voneinander getrennt sind, der sich von der Oberfläche der epitaxial gewachsenen η--Schicht zur Oberfläche des Substrats (8,20) erstreckt

7. Bildsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß der Sourcebereich (13) oberhalb des versenkten Überlaufdrainbereichs (9, 21) ausgebildet ist

8. Bildsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß der Gatebereich (11) oberhalb des versenkten Überlaufdrainbereichs (9) ausgebildet ist

9. Biidsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gatebereich (11) den Sourcebereich (13) vollständig umgibt

10. Biidsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gatebereich (11) von dem Sourcebereich (13) getrennt ist

11. Bildsensor, bei dem SIT-Bildelemente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Matrixform angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet daß die Überlaufdrainbereiche (9,21) der SIT-Bildelemente (1) in vertikaler Richtung ausgerichtet und miteinander verbunden sind.

12. Bildsensor, bei dem SIT-Bildelemente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in einer Matrixform angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlaufdrainbereiche (9, 21) der SIT-Bildelemente (1) in horizontaler Richtung ausgerichtet und miteinander verbunden sind.

13. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12. dadurch gekennzeichnet daß die Überlaufdrainbereiche (9, 21) aller SIT-Bildelemente miteinander verbunden sind und das Potential aller Überlaufdrainbereiche (9,21) gleichzeitig steuerbar ist.