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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Bildsensor zum Empfang
von Strahlungen.
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EP-A-0588397 und US-A-5 319 206 beschreiben jeweils einen Bildsensor
zum Nachweis von Strahlungen, im besonderen Röntgenstrahlungen, welcher eine
Anordnung aus Sensoren aufweist, die aus, auf einem Substrat vorgesehenen Materialschichten
gebildet und von einer Vorspannungselektrode durch eine Strahlungsumwandlungsschicht,
in welcher in Reaktion auf einfallende Strahlung Ladungsträger erzeugt werden, getrennt
sind. Jeder Sensor weist eine Auffangelektrode zum Auffangen von, in der
Strahlungsumwandlungsschicht erzeugten Ladungsträgern, einen Kondensator zur Ladungsspeicherung
und ein Schaltelement mit mindestens ersten und zweiten Elektroden auf. Eine der ersten
und zweiten Elektroden des Schaltelementes jedes Sensors ist an die Auffangelektrode
gekoppelt, um die in dem Sensor gespeicherte Ladung auslesen zu können. Jede
Auffangelektrode erstreckt sich lateral über das zugeordnete Schaltelement hinaus, um mit einer
darunterliegenden Referenzelektrode den zugeordneten Kondensator zu bilden.
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In den in US-A-5 319 206 beschriebenen Beispielen sind der Kondensator
und das Schaltelement unabhängig voneinander über einzelnen Teilen des Substrats
ausgebildet. Dieses kompliziert das Herstellungsverfahren.
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In den in EP-A-0588397 beschriebenen Beispielen ist die Referenzelektrode
von der Auffangelektrode durch die gleiche Isolationsschicht getrennt, wie diese zur
Ausbildung der Gateisolationsschicht der das Schaltelement bildenden Dünnschichttransistoren
verwendet wird. Folglich kann die Stärke dieser Schicht nicht verändert werden, ohne dabei
die Schwellwertcharakteristiken der Schaltelemente, welche unter bestimmten Umständen
nicht wünschenswert sein könnten, zu beeinflussen.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bildsensor vorzusehen,
welcher die oben erwähnten Probleme verhindert oder zumindest mindert.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Bildsensor zum
Empfang von Strahlungen vorgesehen, welcher eine Anordnung aus Sensoren aufweist,
welche aus, auf einem Substrat vorgesehenen Materialschichten gebildet und von einer
Vorspannungselektrode durch eine Strahlungsumwandlungsschicht, in welcher in Rekation
auf einfallende Strahlung Ladungsträger erzeugt werden, getrennt sind, wobei jeder Sensor
eine Auffangelektrode zum Auffangen von, in der Strahlungsumwandlungsschicht
erzeugten Ladungsträgern, einen Kondensator zur Ladungsspeicherung und einen versetzten
Dünnschichttransistor aufweist, wobei dessen Gateelektrode dem Substrat am nächsten ist
und Source- und Drainelektroden auf einer ersten Gateisolationsschicht angeordnet sind,
wobei eine der Source- und Drainelektroden an die Auffangelektrode gekoppelt ist, um die
in dem Sensor gespeicherten Ladungsträger auslesen zu können, jede Auffangelektrode sich
lateral über das zugeordnete Schaltelement hinaus auf einer zweiten, dielektrischen
Isolationsschicht erstreckt, um mit einer darunterliegenden Referenzelektrode, welche von der
Auffangelektrode durch die zweite, dielektrische Isolationsschicht getrennt ist, in welcher
die Referenzelektrode aus der gleichen Materialschicht wie die eine Elektrode ausgebildet
ist, die zweite, dielektrische Isolationsschicht dadurch im wesentlichen oberhalb der ersten
Gateisolationsschicht vorgesehen ist, den zugeordneten Kondensator zu bilden.
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Somit ist bei einem Bildsensor gemäß der vorliegenden Erfindung die
zweite, dielektrische Isolationsschicht, welche die Referenzelektrode von der darüberliegenden
Auffangelektrode trennt, nicht in den funktionalen Aufbau des Transistors involviert, und
die Charakteristiken dieser Isolationsschicht, im besonderen deren Stärke, können
infolgedessen so abgestimmt werden, daß die gewünschte Kapazität erreicht wird, ohne dabei die
Kennlinien des Transistors zu beeinflussen. Darüber hinaus kann, wenn der
Kondensatorisolator wesentlich über der Gateisolationsschicht des Transistors vorgesehen wird, der
Kondensator das Schaltelement überdecken und dadurch eine maximale Auffangfläche
einnehmen.
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Die Referenzelektrode kann bei jedem Sensor auf einer weiteren
Isolationsschicht, welche im Vergleich zu den, die Sensoren bildenden Schichten eine große Dicke
aufweist und welche sich über die Schaltelemente erstreckt, vorgesehen werden, wobei die
zweite Isolationsschicht über der Referenzelektrode vorgesehen ist.
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Durch Anordnung der relativ dicken, weiteren Isolationsschicht kann die
Fläche der Auffangelektroden maximiert, die gestörte Totalreflexion und die
Auslesekapazität dagegen minimiert werden.
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Jede Auffangelektrode kann auf der zweiten Isolationsschicht vorgesehen
werden und kann einen Kontakt mit der zugeordneten Elektrode über eine, durch die zweite
Isolationsschicht über der Elektrode gebildete Öffnung herstellen.
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Im allgemeinen sind die Referenzelektroden zum Anschluß an ein
Massepotential zusammengeschaltet.
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Die Schaltelement können in einer zweidimensionalen Matrixanordnung
vorgesehen sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 - ein Beispiel eines elektrischen Blockschaltbildes für einen
Bildsensor gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 - eine mögliche Anordnung eines Abbildungselementes eines
Beispieles eines Bildsensors gemäß der Erfindung;
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Fig. 3 - einen Querriß des in Fig. 2 dargestellten Abbildungselementes
entlang Linie III-III in Fig. 2;
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Fig. 4 - eine mögliche Anordnung eines Abbildungselementes eines
weiteren Beispieles eines Bildsensors gemäß der Erfindung; sowie
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Fig. 5 - einen Querriß des in Fig. 4 dargestellten Abbildungselementes
entlang Linie V-V in Fig. 4.
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Es versteht sich von selbst, daß die Zeichnung nicht maßstabsgetreu ist und
gleiche Teile in sämtlichen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen sind.
Die Zeichnung zeigt einen Bildsensor 1, 1a und 1b zum Strahlungsempfang,
welcher eine Anordnung 2 aus Sensoren 3 aufweist, welche aus, auf einem Substrat 4
vorgesehenen Materialschichten gebildet und von einer Vorspannungselektrode 5 durch eine
Strahlungsumwandlungsschicht 6, in welcher in Rekation auf einfallende Strahlung
Ladungsträger erzeugt werden, getrennt sind, wobei jeder Sensor 3 eine Auffangelektrode 7a,
7b zum Auffangen von, in der Strahlungsumwandlungsschicht 6 erzeugten Ladungsträgern,
einen Kondensator C zur Ladungsspeicherung und ein Schaltelement 8 mit mindestens
ersten und zweiten Elektroden 9 und 10 aufweist, wobei eine 10 der ersten und zweiten
Elektroden an die Auffangelektrode 7a, 7b gekoppelt ist, um die in dem Sensor 3 gespeicherten
Ladungsträger auslesen zu können, jede Auffangelektrode 7a, 7b sich lateral über das
zugeordnete Schaltelement 8 hinaus auf einer, über den Schaltelementen 3 vorgesehenen
Isolationsschicht 11a, 11b erstreckt, um mit einer darunterliegenden Referenzelektrode 12, 12a,
12b, welche von der Auffangelektrode 7a, 7b durch die Isolationsschicht getrennt ist, den
zugeordneten Kondensator C zu bilden.
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Somit ist bei einem Bildsensor 1, 1a gemäß der Erfindung die
Isolationsschicht, welche die Referenzelektrode 12, 12a, 12b von der darüberliegenden
Auffangelektrode 7a, 7b trennt, nicht in den funktionalen Aufbau des Schaltelementes 8 involviert, und
die Charakteristiken dieser Isolationsschicht 11a, 11b, im besonderen deren Stärke, können
infolgedessen so abgestimmt werden, daß die gewünschte Kapazität erreicht wird, ohne
dabei die charakteristischen Eigenschaften des Schaltelementes 8 zu beeinflussen.
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Wenden wir uns zuerst Fig. 1 zu, die ein mögliches elektrisches Schaltbild
für einen Bildsensor gemäß der Erfindung zeigt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
weist der Bildsensor 1 eine zweidimensionale Anordnung aus Abbildungselementen bzw.
Sensoren 3 auf. Jedes Abbildungselement 3 weist ein Schaltelement 8 in Form eines
Dünnschichttransistors, einen zugeordneten Kondensator C sowie eine Auffangelektrode 7 auf.
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Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist bei jedem Abbildungselement bzw. Sensor 3
die jeweilige Auffangelektrode 7 an den Drain des zugeordneten
Dünnschichtschalttransistors 8 und an eine Elektrode des zugeordneten Kondensators C gekoppelt, wobei die
andere Elektrode des zugeordneten Kondensators C, normalerweise über einen gemeinsamen
Leiter, an ein geeignetes Referenzpotential, im allgemeinen Masse bzw. Erde,
angeschlossen ist.
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Die Transistorschaltelemente 8 sind in einer Matrix aus Zeilen und Spalten
angeordnet, von welchen lediglich drei Zeilen und drei Spalten in Fig. 1 dargestellt sind.
Die Gates jedes Transistors 8 in einer bestimmten Zeile sind an den gleichen Zeilenleiter 14
eines Zeilentreibers bzw. -decoders/Adressierungsschaltung 15 gekoppelt, während die
Sourceelektroden jedes Dünnschichttransistors 8 in einer bestimmten Spalte über den
gleichen Spaltenleiter 16 und einen zugeordneten, ladungsempfindlichen Leseverstärker 18 an
einen geeigneten Spaltendecoder/Ausleseschaltkreis 17 gekoppelt sind.
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Wie Fachkundige wissen, weist die Anordnung in der Praxis weitaus mehr
Abbildungselemente 3 auf, als in Fig. 1 dargestellt.
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Die gestrichelte Linie 19 in Fig. 1 stellt die Fläche bzw. die Grenzlinie der
photoempfindlichen Anordnung 2 dar.
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Der tatsächliche Strahlungsempfang wird mit Hilfe einer
Strahlungsumwandlungsschicht 6 erreicht, in welcher in Reaktion auf einfallende Strahlung
Ladungsträger erzeugt werden. Der Einfachheit halber wird diese Schicht als photoleitende Schicht
bezeichnet und ist in Fig. 1 lediglich schematisch dargestellt. Wie aus der nachfolgenden
Beschreibung ersichtlich, bedeckt die photoleitende Schicht 6 die gesamte Anordnung und
ist selbst mit einer Vorspannungselektrode 5 bedeckt, welche bei Benutzung des
Bildsensors an eine geeignete Vorspannungsquelle V gekoppelt ist.
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Die tatsächliche Beschaffenheit der photoleitenden Schicht 6 ist von der
einzelnen, nachzuweisenden Strahlung abhängig. Bei der Strahlung kann es sich um eine
elektromagnetische Strahlung oder möglicherweise sogar eine Teilchenstrahlung handeln.
Wird zum Beispiel das elektromagnetische Strahlungsspektrum von ultraviolett bis infrarot
in Erwägung gezogen, können Materialien wie Zinkoxid-Cadmiumsulfid, Silicium und
Germanium ins Auge gefaßt werden, um, wie für Fachkundige naheliegend, die
Photowiderstandsschicht 6 mit Zinkoxid, welches zum Empfang von Ultraviolettstrahlungen am
geeignetsten ist, sowie Germanium zum Empfang von Infrarotstrahlungen auszubilden.
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Handelt es sich bei der nachzuweisenden Strahlung um eine Röntgenstrahlung, können
andere geeignete Materialien, wie zum Beispiel Selen, verwendet werden.
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In den Fällen, in denen es sich bei der zu verwendenden Strahlung um eine
Röntgenstrahlung handelt, kann es, wie in EP-A-0588397 erörtert, von Vorteil sein, die
photoleitende Schicht als Mehrschichtenstruktur auszubilden, welche eine Halbleiterschicht
aufweist, die einen besseren Leiter für positive als für negative Ladungsträger, wie zum
Beispiel Hgl&sub2;, CdSe, CdTe, PbO oder Se, deren Leitfähigkeit mit Hilfe einer geeigneten
Dotierung angeglichen werden kann, darstellt. Die Halbleiterschicht kann zum Beispiel
eine Selenschicht aufweisen, welche eine Stärke zwischen 1 und S Mikrometer vorsieht und
mit 22-100 Parts per million Chlor dotiert sind. Der tatsächliche Photoleiter ist auf dieser
dotierten Halbleiterschicht vorgesehen und kann zum Beispiel durch eine Schicht aus
amorphem Selen, welchem zwischen 0,1 und 1% Arsen beigemischt wird, dargestellt sein.
Dieser Photoleiter sollte selbstverständlich eine Stärke aufweisen, welche groß genug ist,
um eine adequate Absorption einer Strahlung, in diesem Falle einer Röntgenstrahlung, zum
Beispiel während einer medizinischen Untersuchung, zu erzielen. Typischerweise kann die
amorphe Selenschicht eine Stärke zwischen 200 und 800 Mikrometer aufweisen. Eine
weitere dotierte Halbleiterschicht ist über der Photoleiterschicht vorgesehen. Diese weitere
Halbleiterschicht ist in diesem Ausführungsbeispiel so dotiert, daß diese, im Gegensatz zu
der ersten Halbleiterschicht, negative Ladungsträger besser als positive Ladungsträger
leitet. Diese Schicht kann zum Beispiel aus Selen, dotiert mit 20-200 Parts per million eines
geeigneten alkalischen Metalles, wie zum Beispiel Lithium, Natrium, Kalium oder Cäsium,
bestehen und typischerweise eine Stärke zwischen 0,5 und 2 Mikrometer aufweisen.
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Der Bildsensor 1, wie bisher erläutert, arbeitet in der in EP-A-0588397
beschriebenen Weise. Somit wird bei Betrieb eine positive Spannung zwischen 1 und 10
Kilovolt an die Vorspannungselektrode S angelegt. Die dotierten Halbleiterschichten,
welche die Photoleiterschicht begrenzen, sollen die durch die Auffangelektrode 7 bzw.
Vorspannungselektrode 5 injizierten Ladungsträger sodann in der in EP-A-0588397
beschriebenen Weise blockieren, so daß der Dunkelstrom signifikant reduziert wird.
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Ein Bild wird in einer Weise abgetastet bzw. gelesen, welche der in EP-A-
444720 beschriebenen entspricht. Somit werden, bevor der Bildsensor der das Bild
erzeugenden, elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt wird, die Schaltelemente 8 zunächst
leitend gemacht (indem den Zeilenleitern 14 geeignete Signale zugeführt werden), um
sicherzustellen, daß die Kondensatoren C entladen sind.
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Um ein Abtasten eines Bildes zu ermöglichen, werden die Schaltelemente 8
durch Signale, welche den geeigneten Zeilenleitern 14 zugeführt werden, nichtleitend
gemacht. Während dieser sogenannten Integrationsdauer, wenn die Schalter 8 nichtleitend
gemacht werden, speichern die Kondensatoren C die Ladung, welche durch die jeweiligen
Auffangelektroden 7 aufgefangen wird und die auf das zugeordnete Abbildungselement
bzw. den Sensor 3 auftreffende, elektromagnetische Strahlung darstellt. Das starke,
elektrische Feld zwischen jeder Auffangelektrode 7 und der Vorspannungselektrode 5 verhindert
eine gestörte Totalreflexion zwischen Sensoren bzw. Abbildungselementen 3.
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Im allgemeinen wird ein gespeichertes Bild durch zeilenweises Lesen der in
dem Bildsensor gespeicherten Ladung abgelesen. Somit werden geeignete Spannungen der
Reihe nach an die Zeilenleiter 14 angelegt, so daß die auf der ersten Zeile 14a gespeicherte
Ladung, danach die auf der zweiten Zeile 14b gespeicherte Ladung und so weiter und
schließlich die auf der letzten Zeile 14n gespeicherte Ladung der Reihe nach abgelesen
werden. Wie Fachkundige wissen, fließt während der Lesedauer die durch den Kondensator
eines einzelnen Abbildungselementes 3 in der zu lesenden Zeile gespeicherte Ladung durch
den zugeordneten Spaltenleiter 16 und wird durch den zugeordneten, ladungsempfindlichen
Verstärker 18 integriert. Während dieser Zeit werden die Auffangelektroden 7 praktisch an
Masse (Erde) gehalten. Die Ausgangssignale der ladungsempfindlichen Verstärker 18
werden dem Spaltenausleseschaltkreis 17 zugeführt, welcher die parallelen Signale im
allgemeinen in ein, zur Verwendung als Video- bzw. TV-Signal geeignetes Seriensignal
umwandelt, welches zum Beispiel in einem geeigneten Speicher zwecks späterer Anzeige
gespeichert werden kann.
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Mit Hilfe der Fig. 2 und 3 sowie 4 und 5 werden im folgenden
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung näher erläutert.
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In jedem dieser Beispiele wird die Anordnung 2 des Bildsensors unter
Anwendung der Dünnschichttechnologie auf einem isolierfähigen, im allgemeinen aus Glas
oder Kunststoff bestehenden Substrat 4 gebildet. Normalerweise werden Zeilendecoder und
Adressierungsschaltung 15 sowie Spaltendecoder und Ausleseschaltkreis 17 auf getrennten
Substraten vorgesehen, damit die erforderlichen Bauelemente in Bezug auf ihre einzelnen
Funktionen optimiert werden können. Diese Schaltungen können eine geeignete,
konventionelle Form aufweisen und werden hier nicht näher erläutert.
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Die Fig. 2 und 3 stellen ein Ausführungsbeispiel eines Bildsensors 1a
gemäß der Erfindung dar. Im einzelnen zeigen die Fig. 2 und 3 eine mögliche
Anordnung und einen Querriß eines Abbildungselementes 3 des Bildsensors 1a.
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Wie in Fig. 3 dargestellt, wird der Bildsensor 1a gebildet, indem
Dünnfilmbeschichtungen auf einem isolierfähigen, im allgemeinen aus Glas oder Kunststoff
bestehenden Substrat 4 aufgebracht werden.
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Die Schaltelemente 8 weisen versetzte Dünnschichttransistoren auf; folglich
handelt es sich bei der ersten, auf dem Substrat 4 vorgesehenen Schicht um eine, zur
Ausbildung der Gateelektroden 13 der Dünnschichttransistoren (TFTs) 8 und der zugeordneten
Zeilenleiter 14 geeignete Schicht. Die Gateelektroden 13 können aus einem geeigneten,
elektrisch leitenden Material, wie zum Beispiel Chrom, gebildet und komplett mit den
zugeordneten Zeilenleitern 14 ausgebildet sein, obgleich eine weitere leitende Schicht über
den Zeilenleitern 14 vorgesehen werden kann, um den Serienwiderstand zu reduzieren.
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Nach Strukturieren der leitenden Schicht zur Ausbildung der Gateelektroden
13 und der Zeilenleiter 14 wird eine Isolationsschicht 20 über der Struktur vorgesehen, um
die Gateisolationszonen 13a der TFTs 8 auszubilden. Im allgemeinen kann die
Isolationsschicht 20 ein geeignetes Isolatormaterial, wie zum Beispiel Siliciumdioxid, Siliciumnitrid
oder eine Kombination aus diesen beiden Materialien aufweisen.
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Die Isolationsschicht 20 ist mit einer Schicht 21 aus einer geeigneten,
eigenleitenden, das heißt, nicht absichtlich dotierten Halbleiterschicht, wie zum Beispiel einer
Schicht aus amorphem Silicium, versehen. Es kann sodann eine optionale, weitere
Schutzisolationsschicht, im allgemeinen aus Siliciumnitrid, aufgebracht und strukturiert werden, um
über den Zeilenleitern 14 Isolationsflächen (nicht dargestellt) zu definieren und die Stärke
der darüberliegenden Isolationsschicht zu erhöhen, wodurch parasitäre Kapazitäten
redu
ziert werden, und um über einem zentralen Bereich jedes Transistors 8 eine, als Ätzstopp
dienende Schutzzone 22 vorzusehen.
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Wie für Fachkundige naheliegend, kann, obgleich in Fig. 3 nicht
dargestellt, sodann eine dotierte Halbleiterschicht, im allgemeinen aus dem gleichen Material wie
die eigenleitende Schicht 21, aufgebracht werden, um Source- und
Drain-Halbleiterkontaktzonen auszubilden. Selbstverständlich wird bei einem n-Kanal-TFT die dotierte
Halbleiterschicht mit n-leitenden Fremdatomen dotiert. Anschließend wird eine
Metallisierungsschicht aufgebracht, welche aus dem gleichen Material wie die Gateelektroden 13 gebildet
werden kann, und die Halbleiterschicht 21 (und dotierte Halbleiterschicht, sofern
vorhanden) und die weitere leitende Schicht werden sodann unter Anwendung konventioneller,
photolithographischer und Ätztechniken definiert, um die Leitungskanalzonen 21a und die
Source- und Drainelektroden 9 und 10 der TFTs 8 sowie die Referenzelektroden 12a
auszubilden. Anschließend wird eine weitere Isolationsschicht 23 aufgebracht und zur
Ausbildung von Kontaktfenstern photolithographisch definiert. Diese Isolationsschicht sieht die
1 S Isolations- bzw. dielektrischen Schichten 11a der Kondensatoren C vor. Danach wird eine
weitere Metallisierungsschicht, welche aus einem geeigneten Material, wie zum Beispiel
Aluminium, bestehen kann, aufgebracht und definiert, um die Auffangelektroden 7a, die
Spaltenleiter 16 und einen, den weiteren leitenden Teil der Zeilenleiter 14 reduzierenden
Widerstand auszubilden.
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Die Struktur des Bildsensors 1a wird durch Aufbringen der photoleitenden
Schicht 6 und der Vorspannungselektrode 5 sodann komplettiert. Wie oben angegeben, sind
das tatsächliche Material und der Aufbau der photoleitenden Schicht 6 von der Art der zu
empfangenden Strahlung abhängig. In den Fällen, in denen eine Röntgenstrahlung zu
empfangen ist, kann, obgleich in Fig. 3 nicht gezeigt, die Photoleiterschicht 6 durch eine
Mehrschichtstruktur, wie in EP-A-0588397 beschrieben, dargestellt sein, oder es kann eine
andere geeignete, photoleitende Schicht vorgesehen werden.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, können das Abbildungselement bzw. die
Sensoren 3 eine im allgemeinen rechteckige Struktur aufweisen, welche durch die Zeilen- und
Spaltenleiter 14 und 16 begrenzt ist. Obgleich in Fig. 2 nicht als solche dargestellt, ist
Fachkundigen bekannt, daß jede Referenzelektrode 12a und die zugeordnete,
darüberliegende Auffangelektrode 7a so ausgebildet werden können, daß die gewünschte Kapazität
für den Kondensator C erreicht wird. Obgleich in Fig. 2 nicht dargestellt, ist es zur
Maximierung der Auffangfläche jedoch wünschenswert, daß die Auffangelektrode 7a soviel der
durch die Zeilen- und Spaltenleiter 14 und 16 begrenzten Fläche, welche nicht von dem
TFT 8 belegt ist, wie praktisch möglich einnimmt. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die
Referenzelektroden 12a zwecks Ausbildung eines gemeinsamen Leiters 120 an Streifen 12'a
gekoppelt, um diesen bei Betrieb der Anordnung 1a an ein geeignetes Referenzpotential, im
S allgemeinen Erde, zu schalten. Es kann jedoch auch in diesem Falle wünschenswert sein,
die Referenzelektrode 12a effektiv als kontinuierliche Schicht auszubilden, wobei zum
Beispiel Öffnungen und Aussparungen nur wenn nötig vorgesehen werden, um die
Ausbildung der Source- und Drainelektroden 9 und 10 zu ermöglichen. Selbstverständlich können
eine oder mehrere der jeweiligen Flächen und Überlappungen der Referenzelektroden 12a
und entsprechenden Auffangelektroden sowie die Stärke und/oder das Material der
Isolationsschicht 1 1a angepaßt werden, um eine gewünschte Kapazität (zum Beispiel eine
Kapazität, welche mit der Eigenkapazität einer, mittels Dünnschichttechnik ausgebildeten pin-
Diode äquivalent oder höher als diese ist) zu erreichen, während gleichzeitig die
gewünschte Fläche für die Auffangelektroden 7a vorgesehen wird.
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Wie aus Fig. 3 sehr klar ersichtlich, erstrecken sich die Drainelektrode 10
und die darunterliegende, eigenleitende Halbleiterschicht 21 jedes TFTs 8, weiter als für
den Betrieb des TFTs 8 notwendig, lateral über die Gateelektrode 13 hinaus, um eine
Verbindung der Auffangelektrode 7a mit der Drainelektrode 10 zu ermöglichen. Die
Auffangelektrode 7a selbst erstreckt sich lateral über die Gateelektrode 13 hinaus, um, wie
oben erörtert, ein Auffangen von Ladungsträgern zu ermöglichen. Die Referenzelektrode
12a wird aus der gleichen Schicht wie die Source- und Drainelektroden 9 und 10 gebildet,
was die Herstellung des Bildsensors 1a erleichtert und vereinfacht. Darüber hinaus wird die
dielektrische Schicht 11a des Kondensators C durch die Isolationsschicht 23 gebildet,
welche selbst nicht zu den Betriebskennwerten des TFTs 8 beiträgt; infolgedessen können die
Charakteristiken der dielektrischen Schicht 11a, wie zum Beispiel deren Stärke und
Materialzusammensetzung, optimiert werden, um die gewünschte Dielektrizitätskonstante und
Stärke für den Kondensator C zu erzielen.
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Fig. 4 und 5 zeigen jeweils eine mögliche Anordnung und einen Querriß
durch ein Abbildungselement 3 eines weiteres Ausführungsbeispiels eines Bildsensors 1b
gemäß der Erfindung.
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Wie in dem in den Fig. 2 und 3 dargestellten Beispiel wird der
Bildsensor durch Aufbringen von Dünnschichten auf einem isolierfähigen, im allgemeinen aus
Glas oder Kunststoff bestehenden Substrat 4 gebildet. Die Schaltelemente 8 sind erneut
durch Dünnschichttransistoren (TFTs) dargestellt, welche eine invertierte, versetzte
Struktur aufweisen.
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In diesem Falle wird die Struktur zunächst in einer Weise ausgebildet,
welche der oben, in Bezug auf die Fig. 2 und 3 beschriebenen entspricht. Somit werden
zuerst die Gateelektroden 13 der TFTs 8 und die zugeordneten Zeilenleiter 14 definiert und
sodann die Isolationsschicht 20 zur Ausbildung der Gateisolationszonen 13a aufgebracht,
welcher die eigenleitende Halbleiterschicht 21 (und eine dotierte Halbleiterschicht zur
Ausbildung der Source- und Drainkontaktzonen, wie oben beschrieben) folgt. Jeder TFT 8 kann
auch in diesem Falle eine Ätzstoppzone 22 aufweisen. Sodann wird eine weitere leitende
Schicht, ebenfalls im allgemeinen aus Chrom, aufgebracht und zusammen mit der
Halbleiterschicht 21 (und dotierten Schicht, sofern vorhanden) definiert, so daß die eigenleitende
Schicht 21 die Leitungskanalzonen 13a der TFTs und die weitere leitende Schicht
zusammen mit den Spaltenleitern 16 die Sourceelektroden 9 und die Drainelektroden 10 bildet.
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Im Gegensatz zu dem, unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3
beschriebenen Ausführungsbeispiel wird bei diesem Beispiel eine dicke Isolationsschicht 24 über
den Dünnschichttransistoren 8 vorgesehen. Die dicke Isolationsschicht 24 kann aus
irgendeinem geeigneten Material gebildet werden, welches unter Anwendung eines kompatiblen
Verfahrens, zum Beispiel Polyimid, Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid, vorgesehen werden
und eine Stärke im Bereich von 5 Mikrometer aufweisen kann. Sodann wird eine weitere
Metallisierungsschicht aus einem geeigneten Material, wie zum Beispiel Chrom, auf der
dicken Isolationsschicht zur Ausbildung der Referenzelektroden 12b vorgesehen und
definiert. Die Verwendung eines fließfähigen Isolatormaterials, wie zum Beispiel Polyimid
oder Spin-off-Glas, kann bei Ausbildung einer dicken Isolationsschicht 24 mit einer ebenen
Oberfläche von Vorteil sein. Sodann wird eine Dünnschichtisolationsschicht 26, wiederum
im allgemeinen aus Siliciumdioxid oder Siliciumnitrid, über den Referenzelektroden 12b
vorgesehen, um die dielektrischen Zonen 11b des Kondensators C auszubilden. Danach
werden durch die dünne Isolationsschicht 11b und die darunterliegende, dicke
Isolationsschicht 24 Öffnungen bzw. Kontaktfenster ausgebildet, um eine jeweilige Kontaktfläche
jeder Drainelektrode 10 freizulegen. Anschließend wird eine weitere Metallisierungsschicht
aus einem geeigneten Material, wie zum Beispiel Aluminium, aufgebracht und strukturiert,
um die Auffangelektroden 7b auszubilden, so daß jede Auffangelektrode 7b die jeweilige
Drainelektrode 10 kontaktiert und sich lateral des Schaltelementes 8 über der dünnen
Isola
tionszone 1 1b erstreckt, um den zugeordneten Kondensator C auszubilden. Die Struktur
wird dann wie in EP-A-0588397 fortgesetzt.
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Wie in dem unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 beschriebenen
Ausführungsbeispiel wird die dielektrische Zone 1 1b des Kondensators C durch eine
Isolationsschicht 26 gebildet, welche die Betriebsdaten der Schaltelemente 8 nicht beeinflußt, so daß
deren Eigenschaftsmerkmale, wie zum Beispiel deren Zusammensetzung und Stärke, für
den Kondensator C optimiert werden können. Des weiteren kann, wie sehr deutlich aus
Fig. 4 ersichtlich, in dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten Beispiel durch Verwendung
der dicken Isolationsschicht 24 die gesamte Schaltelementstruktur abgedeckt werden, um
die Auffangfläche zu maximieren, ohne dabei parasitäre Kapazitätsprobleme signifikant zu
erhöhen. Durch das Vorhandensein der dicken Isolationszone 24 kann sich die
Auffangelektrode 7b, wie in Fig. 4 dargestellt, in der Tat über der Ausleseleitung bzw. dem
Spaltenleiter 16 erstrecken, ohne dabei parasitäre Auslesekapazitätsprobleme signifikant zu
erhöhen. Die Fläche der Referenzelektrode 12b jedes Abbildungselementes bzw. Sensors 3
kann gleichermaßen so groß wie möglich vorgesehen werden und kann sich, wenn
gewünscht, ebenfalls über dem zugeordneten Spaltenleiter 16 erstrecken.
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Bei der in Fig. 4 dargestellten, möglichen Anordnung erstreckt sich die
Auffangelektrode 7b jedes Abbildungselementes 3 über einem Hauptabschnitt der durch die
Zeilen- und Spaltenleiter 14 und 16 begrenzten Fläche. Bei diesem Beispiel überdeckt die
zugeordnete Auffangelektrode 7b den Spaltenleiter 16 (das heißt, den an das Schaltelement
8 gekoppelten Spaltenleiter) des Abbildungselementes 3 und erstreckt sich fast bis zu dem
Spaltenleiter 16 des nächsten Abbildungselementes 3 in dieser Zeile. Die darunterliegenden
Referenzelektroden 12b sind, wie in dem unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3
beschriebenen Beispiel, zusammengeschaltet, um einen gemeinsamen Leiter 120 zu bilden,
welcher bei Betrieb der Anordnung an ein Referenzpotential, im allgemeinen Erde,
geschaltet ist. Obgleich in dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel die Referenzelektroden 12b
mit Hilfe von angeformten, leitenden Streifen, ähnlich wie in Fig. 2 dargestellt, gekoppelt
sind, kann die Referenzelektrode 12b als einzelne, leitende Schicht ausgebildet sein, wobei
Öffnungen lediglich an den Stellen vorgesehen sind, an welchen sich die
Referenzelektroden 7b durch die dicke Isolationsschicht erstrecken, um die Drainelektroden 10 zu
kontaktieren.
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Selbstverständlich können, wie in dem obigen Beispiel, eine oder mehrere
der jeweiligen Flächen und Überlappungen der Referenzelektroden 12b und entsprechenden
Auffangelektroden 7b sowie die Stärke und/oder das Material der Isolationsschicht 11b
angepaßt werden, um eine gewünschte Kapazität (zum Beispiel eine Kapazität, welche mit
der Eigenkapazität einer, mittels Dünnschichttechnik ausgebildeten pin-Diode äquivalent
oder höher als diese ist) zu erreichen, während gleichzeitig die gewünschte Fläche für die
Auffangelektroden 7b vorgesehen wird.
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Beim Lesen der vorliegenden Offenbarung ergeben sich für Fachkundige
weitere Modifikationen und Variationen. Solche Modifikationen und Variationen können
weitere Merkmale involvieren, welche bereits bekannt sind und anstelle oder zusätzlich zu
den hier bereits beschriebenen Merkmalen verwendet werden können. Obgleich die
Ansprüche in dieser Anmeldung auf einzelne Kombinationen von Merkmalen abgefaßt
wurden, versteht es sich von selbst, daß in den Schutzumfang der Offenbarung der
vorliegenden Anmeldung ebenfalls neue Merkmale bzw. Kombinationen von Merkmalen fallen,
welche hier entweder ausdrücklich oder indirekt offenbart wurden, ob sich diese auf die
gleiche Erfindung wie hier in den Ansprüchen beansprucht beziehen oder nicht und ob
diese einige oder alle der gleichen technischen Probleme wie bei der hier beanspruchten
Erfindung mindert oder nicht. Die Anmelder weisen hiermit darauf hin, daß während der
Weiterverfolgung der vorliegenden Anmeldung oder einer, von dieser abgeleiteten, weiteren
Anmeldung möglicherweise neue Ansprüche auf solche Merkmale und/oder
Kombinationen solcher Merkmale gerichtet werden.