NL7906258A

NL7906258A - Vaste-stof beeldopname-inrichting.

Info

Publication number: NL7906258A
Application number: NL7906258A
Authority: NL
Original assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-08-18
Filing date: 1979-08-16
Publication date: 1980-02-20
Also published as: GB2029642A; FR2433871B1; US4360821A; GB2029642B; NL180969B; FR2433871A1; NL180969C; CA1134932A; DE2933411A1

Description

JS _

'X

1 v

793391/Ti/AA/vL

Aanvraagster: Hitachi, Ltd. Tokyo, Japan

Korte aanduiding: Vaste-stof heeldopname-inrichting

De uitvinding heeft betrekking op verbeteringen in een fotoge-voelige opnemer of vaste-stof beeldopname-inrichting, die op een enkelvoudig kristal van een halfgeleidersubstraat is gevormd.

Als beeldopname-inrichting werd tot nu toe een beeldopnamebuis 5 toegepast van het soort waarbij fotogeleidend. doel volgens de opslag- wijze met een elektronenstraa! werd afgetast. Het gebruik van een elek-tronenstraal leidt in een dergelijk geval tot problemen in verband met de noodzaak van een hoge spanning en de moeilijke miniaturisatie. Ter opheffing daarvan is een vaste-stof beeldopname-inrichting of beeldop-10 nameplaat ontwikkeld.

Fig. 1 toont het principe van een vaste-stof beeldopname-inrichting. De beeldopname-element 4 zijn volgens een matrix opgesteld, en de • door de beeldopname-element vastgehouden gegevens worden door middel van de Xï-adresinriehting een voor een uitgelezen. De resp. beeldopname-15 elementen worden door middel van een horizontale aft as t s ignaalgener a-tor 1 en een vertikale aftastsignaalgenerator 2 geselekteerd. Het cijfer 3 geeft een met de beeldopname-elementen elektrisch verbonden schakelaar aan en het cijfer 5 een uitgangsklem.

Als praktische uitvoering van een fotogevoelig oppervlak voor 20 het beeldopname-element kan een gediffundeerd gebied direkt in een Si substraat zijn gevormd, of wordt een fotogevoelige dunne film gebruikt, en dergelijke.

In het geval, waarbij het fotogevoelige gebied door middel van het gediffundeerde gebied in het Si substraat wordt gevormd, kant elk 25 beeldopname-element overeen met het brongebied van een MOS schakelaar.

Qndat de in twee richtingen opgestelde MOSFET schakelaars een groot oppervlak bestaan, is deze mogelijkheid niet gunstig voor de opbouw van defotogevoelige inrichtingen.

. De in de vertikale en horizontale richtingen optredende tussen- 790 82 58 2 4 verbindingen beslaan het oppervlak van de opnemer en verminderen het effektieve fotogevoelige oppervlak. Zij geven een verlaging van de foto-gevoeligheid en van het uitgangssignaal, en daardoor een verslechtering van de signaal-ruisverhouding (SN verhouding).

5 In het geval, -waarbij gebruik gemaakt wordt van de fotogevoelige dunne film, worden de uit de MOSFET schakelaars etc. bestaande aftast-ketens voor de. XY-adressering op een Si substraat gevormd en wordt de fotogevoelige dunne film ever'de aftastketens gelegd ter verkrijging van de lichtopnemende gedeelten.' Dergelijke voorbeelden, van vaste-stof 10 beeldopname-inrichtingen zijn beschreven, in de Japanese ter inzage gelegde octrooiaanvrage No.. 95720/1976, etc. Fig. 2 toont een dwarsdoorsnede ter toelichting van het principe. In een Si substraat 6 is voorzien in gediffundeerde gebieden 7 en 8 voor de bron en. uitgang van een MOS schakelaar. De figuur toont tevens een stuur elektrode 10 van de 15 MOS schakelaar aan, een. uitgangselektrode 15 voor de. uitvoer van een signaal, en een bronelektrode 16. Een fotogevoelige dunne film 17 en een transparante elektrode 18 zijn boven de aldus opgebouwde schakel-keten gevormd. No. 13 geeft een isolatielaag aan. Tussen een elektrode 16 (gebied S) en de transparante geleidende film 18' is een capaciteit C 20 gevormd met de tussenkomst van de fotogevoelige.dunne film 17 met een fotogeleidende eigenschap en bestaat bij voorbeeld.uit Sb^S^, CdS, ASgSe^cf polykristallijn Si. Omdat het elektrodenpatroon.de vorm van een matrix heeft zijn equivalente capaciteiten in de vorm van een matrix opgesteld. Daar de capaciteit de fotogeleidende film. daarin omvat, 25 werkt het geheel als een fotogevoelig element en vormt het een beeld- opname-element. Het fotogevoelige element kan als een equivalente keten voorgesteld worden door een parallelschakeling van de capaciteit C en een variabele weerstand.. R, welke weerstand afhankelijk van de lichtintensiteit varieert.

30 De grootte van de capaciteit C wordt bepaald door het elektro- dengebied S, de dikte t en de diëlektrische konstante £ van de fotoge-

£ S

leidende dunne film 17 en wordt voorgesteld door C = . De grootte van de weerstand is omgekeerd evenredig met de intensiteit van het op het elektrodenvlak van de;spcifieke positie invallend licht. Bij geen 35 lichtinval wordt de weerstand gesteld op R = «> , hoewel zij eveneens afhankelijk is van de soort van de fotogeleidende dunne film.

790 6 2 58 * 3

Een doelspanning (V^) wordt aan de transparante elektrode 18 gelegd en de capaciteit waarop gedurende de "beeldtijd geen licht valt houdt de spanning onveranderd. In een gedeelte waarop licht valt neemt de weerstand R afhankelijk van de lichtintensiteit af, zodat de 5 in de capaciteit C opgeslagen ladingen af nemen en de over de capaciteit aanwezige spanning afhankelijk van de lichthoeveelheid afneemt. Indien U,j, de spanning aangeeft, die overhlijft na de ontlading tijdens een beeld-periode, zal een met een spanning - U overeenkcmstige landstroom vloeien. Ha afloop van het opladen wordt de capaciteit tot de doelspan-10 ning opnieuw herladen. In dit geval, wordt de laadstroon een videosignaal, welke overeenkomt met dit "beeld.

Bij een dergelijke vaste-stof heeldopname-inrichting zijn de heeldopname karakteristieken, zoals de spectrale responsie, de resolutie, de SH-verhouding en naijlingskarakteristieken natuurlijk van be-15 lang. De stabiliteit met betrekking tot temperatuursveranderingen etc. van de fotogeleidende dunne film zijn eveneens van belang. In het bijzonder dient de transparante elektrode, na de vorming van de fotogeleidende dunne film op het Si lichaam gevormd te.warden. In dit geval moet het substraat, ihdien SnOg (Sn Hesa) is gebruikt voor de transparante 20 elektrode, verhit worden tot ^00-500°C en zelfs indien In Hesa daarvoor is gebruikt, dient tot ongeveer 250°C verhit te worden. Daarom is stabiliteit met betrekking tot temperatuursveranderingen, van de fotogeleidende film vereist. De transparante elektrode mag vervangen worden door een half-transparante dunne metaalfilm, waardoor.de verhitting van het 25 substraat niet nodig is. In verband met de lichtreflektie en lichtabsorptie door de dunne metaalfilm wordt de voor de heeldopname karakteristieke belangrijke fotoresponsie merkbaar verlaagd. Dit vormt vooral een probleem in de beeldopname-inrichting volgens de opbouw van fig. 2.

In het beeldopnemende doel van. een bekende beeldopnamebuis, is een Hesa 30 elektrode op een glazen, zichtplaat gevormd, waarop een. fotogeleidende film is gelegd. Daardoor is het in ieder geval bij de fabrikage niet van belang of de fotogeleidende film al dan niet bestand, is tegen temperatuursveranderingen.

De mechanische sterkte is eveneens belangrijk. Ha het aanbrengen 35 van de fotogeleidende dunne film zijn bewerkingen voor de vorming van de Hesa elektrode en de voorziening van filters etc. in het geval van 790 62 58 k een kleurenbeeldopnameplaat noodzakelijk, zodat in verband met de handelbaarheid de mechanische sterkte vereist is.

Voor de fotogeleidende dunne film is vereist, dat de soortelijke 8 weerstand van de fotogeleidende dunne film tenminste 10 JI m bedraagt, 5 omdat binnen .een tijdinterval, waarbinnen een specifiek beeldopname- element wordt afgetast ,. een ladingspatroon niet tengevolge van diffusie moet optreden.

Indien polykristallijn Si voor de fotogeleidende dunne film wordt gebruikt, is vooral de soortelijke.weerstand laag en moet'de film vol-10 gens een mozaïekvorm opgedeeld worden. Dit maakt de.fabrikage gekcmpliceerd en verlaagt tegelijkertijd het.beschikbare percentage.

De uit SbgS^s ASgSe^ of dergelijke bestaande fotogeleidende dunne film geeft problemen met betrekking tot de mechanische. sterkte en de stabiliteit met betrekking tot temperatuursveranderingen· en is praktisch 15 ongeschikt gebleken voor-gebruik in de,beeldopname-inrichting volgens de opbouw van fig. 2.

De uitvinding lost de moeilijkheden van de bekende inrichtingen op.

De uitvinding verschaft een vaste-stof beeldopname-inrichting 20 mét een aantal fotogevoelige gebieden en een halfgeleider substraat met tenminste aftastmiddelen voor het achtereenvolgens kiezen van de fotogevoelige gebieden, waarbij de foto-elektrische delen tenminste een uit een foto-elektrisch materiaal bestaande laag over het halfgeleider substraat en een transparante, geleidende film over de foto-elektrische 25 laag omvat, met het kenmerk,, dat het foto-elektrische.materiaal een amorf materiaal is, waarvan, het. onmisbaar bestanddeel, silicium is en waterstof bevat. De hoeveelheid waterstof van het foto-elektrisch materiaal bedraagt bij voorkeur 5 atoom-# tot 30 at oom-% en in het bijzonder 10 atocm~# tot 25 atoom-#.

30 De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening:

Fig. 1 is een diagram, .welke het principe van een vaste-stof beeldopname-inrichting toont; fig. 2 is een dwarsdoorsnede van een beeldopname-element gebied van een vaste-stof beeldopname-inrichting, waarbij, een fotogeleidende 35 dunne film wordt toegepast; fig. 3 is een aanzicht van een reaktieve kathodeverstuivende in- 790 6 2 58 * 5 richting; fig. 4 t/m 10 zijn dwarsdoorsneden van. essentiële delen ran een fabrikagewerkwij ze van een vaste-stof beeldopname-inrichting volgens de uitvinding; 5 fig. 11 is een diagram van een uitvoering van een schuifregis- ter; fig. 12 is een tijddiagram behorende bij het schuifregister; fig. 13 is een bovenaanzicht van een uitvoering van een vaste-stof beeldopname-inrichting; 10 fig. 1U' is een grafiek, welke de relatie tussen de hoeveelheid waterstof van een fotogeleidend materiaal en de fotoresponsie en even-• zo die tussen de soortelijke weerstand daarvan aangeeft; fig. 15 toont dwarsdoorsnede essentiële, delen van een andere uitvoeringsvorm;

15 fig. 16 is een aanzicht van een uitvoeringsvorm met een CCD

(lading gekoppelde eenheid) voor een aftastketen; fig. 17 is een dwarsdoorsnede van een CCD overdrachtsgebied, en fig. 18 is een dwarsdoorsnede van een licht-ontvangend gedeelte.

De fundamentele opbouw van de uitvinding is gelijk aan de opbouw 20 volgens die in fig. 2 en heeft tenminste een Si substraat met aftast-ketens etc. en een fotogeleidende dunne laag over het Si substraat.

De uitvinding wordt vooral gekenmerkt: door een amorf materiaal met als onmisbaar bestanddeel silicium met waterstof en dat voor de fotogeleidende dunne film wordt gebruikt. Meer in het bijzonder wordt 25 een amorf materiaal met tenminste 50 atoom-?? silicium en 5-atoom?? tot 50 atoom-/? waterstof gebruikt. Voor de hoeveelheid waterstof is 5 atoom-/? tot 30 atoom-/? gewenst en een waarde van 10 atoom-/? tot 25 atoom-/? is bij voorkeur gewenst. In dit geval kan een.deel van het silicium in het amorf materiaal vervangen worden, door tenminste een deel bestaande uit 30 germanium en koolstof, welke tot. dezelfde-groep van het periodiek systeem behoren als silicium. Voor de mate van de vervanging, is ten hoogste 30% met betrekking tot de hoeveelheid silicium vooral nuttig.

De gebruikte film heeft een dikte van tenminste 0,05 ^um. In de praktijk wordt vaak een waarde van 0,2 ^um - k ^um gebruikt. Een waarde 35 van 1 ^um - !(· ^um is meer gewenst. De dunne film mag een meervoudige laag zijn of haar samenstelling mag kontinu gevarieerd worden. De amorfe 790 62 58 «* 4 6 film met zowel het. silicium als de waterstof is op deze wijze een uitzonderlijk materiaal dat gemakkelijk een hoge soortelijke .weerstand van 8 tenminste 10 ilm gegeven kan worden en een zeer klein aantal de overdracht van ladingdragers belemmerende vangniveaus. heeft. Gedetailleerde 5 kenmerken zullen bij de. voorbeelden toegelicht worden.

Het f otogeleidende materiaal .van de uitvinding kan. volgens verschillende werkwijzen verkregen worden. Hieronder zullen.typische voorbeelden toegelicht worden.

De eerste werkwijze is reaktieve kathodeverstuiving. .Fig. 3 toont 10 schematisch een.inrichting voor de.reaktieve kathodeverstuiving. De inrichting zelf is een bekende kathoda-verstuivende inrichting. De figuur toont een vat 101 waarin vacuum.tot stand gebracht kan worden, een kathodeverstuivingsdoel 102, een monster.substraat 103, een schuif 10U, een met een oscillator voor. de. radio frekwentie voor de kathodever-15 stuiving verbonden ingangsklem . 105,.een verhitter.106 voor de verhitting van het substraat, een.waterkoèlpijp 107: voor de koeling van het substraat,. een inlaat .108 voor de invoer· van waterstof met een hoge zuiverheid, een .inlaat voor de invoer van het gas zoals.argon, een gasreservoir 110, een drukmeter, 111,-een vacuummeter 112 en een inlaat 113 20 voor de verbinding met een overdrachtsinrichting.

Het tref doel voor de kathodeverstuiving kan worden gevormd door een stuk gesmolten, siliciumoxyde. In, het geval. van. een amorf materiaal, dat silicium en germanium en/of koolstof bevat., wordt een doel bestaande uit een kombinatie van.deze drie groep-IV elementen.gebruikt. In dit 25 geval kan bij voorbeeld. een reep grafiet,germanium of dergelijke op een silieiumsubstraat worden geplaatst en. de resulterende struktuur als doel gebruikt. De opbouw van het amorf materiaal kan worden geregeld door een juiste keuze van de oppervlakteverhouding tussen het silicium en germanium en/of koolstof. Het. is natuurlijk ook bij wijze van voorbeeld 30 toegestaan om omgekeerd, een reep silicium op een koolstof substraat te plaatsen. Een doel kan verder worden gevormd door het naast elkaar plaatsen van de beide materialen. of door gebruik van samensmeltingen van de bestanddelen.

Door bij voorbaat voor het kathodeverstuivingsdoel Si te gebrui-35 ken, dat bij voorbeeld fosfor (p), arseen (As), borium (b), gallium (Ga), antimoon (Sb), -indium (in) en/of bismuth (Bi) bevat., kan het fotogelei- 790 6 2 58 7 dende materiaal met deze elementen als onzuiverheidselementen gedoteerd worden. Met "behulp van deze werkwijze kunnen amorfe materialen van elke gewenste geleidingssoort zoals van het n-soort en p-soort verkregen worden. Voor het verkrijgen van een materiaal met een hoge soortelijke 5 weerstand, wordt in de praktijk een onzuiverheidsdichtheid van tenminste 0,1 atoom-/» gebruikt.. Dit is hetzelfde, als hij. de doorgaans gebruikte technieken op het gebied van halfgeleidermaterialen. Een dergelijke do-tering van onzuiver heden maakt, het eveneens mogelijk cm de weerstands- waarde van het materiaal.te variëren. Een hoge soortelijke weerstand in 11 10 de orde van 10 su m kan worden gerealiseerd. Voor de donkerweerstand 13 vormt bij praktisch gebruik een.waarde van 10 lm de bovengrens. De onzuiverheidsdotering kan worden uitgevoerd, met een werkwijze, waarbij diboor of fosfine in een edelgas wordt gemengd. In de loop van het fa-brikageproces wordt het amorf materiaal soms gedoteerd met als onzuiver-15 heid een zeer kleine hoeveelheid zuurstof.

Bij gebruik van de hierboven genoemde inrichting wordt in een Ar atmosfeer met waterstof (H^) met een willekeurige verhouding van ten hoogste 30 mol./» radio-frekwentie-ontlading. opgewekt ter verstuiving van Si en grafiet en voor de neerslag daarvan op het substraat. Zodoende 20 kan een dunne laag warden verkregen. In dit geval mag de druk van de Ar atmosfeer met de waterstof elke willekeurige waarde hebben in een bereik, waarbinnen de glimontlading kan worden behouden, en dit bedraagt door-gaans 0,1 IT/m - 130 H/m . Vooral indien zij 13 H/m - 130 ff/m bedraagt is de ontlading stabiel. Het is gewenst om de temperatuur van het mon-25 stersubstraat in het gebied vanaf de kamertemperatuur tot 300°C te kiezen. Een temperatuur van 150°C - 250°C is het meest praktisch, omdat bij te lage temperaturen het amorf materiaal niet goed met waterstof gedoteerd wordt en bij te hoge temperaturen de waterstof uit het amorfe materiaal kan treden. De hoeveelheid waterstof; wordt geregeld door middel van de 30 besturing van de partiële druk van de waterstof in de Ar atmosfeer. Indien de hoeveelheid waterstof in de atmosfeer 5 mol.# - 7 mol.# bedraagt kan een hoeveelheid van ongeveer 30 atoom-# in het amorf materiaal gerealiseerd worden. Voor andere composities kunnen de partiële drukken van de waterstof ruw met deze verhouding ingesteld worden. Om de 35 waterstofpercentages in de materialen, te kunnen schatten werd de door het verhitte monster ontwikkelde waterstofgas gemeten.

790 6 2 58 8

Het Ar van de atmosfeer kan worden vervangen door een ander edelgas zoals Kr.

Bij de verkrijging van een film met een Hoge soortelijke weerstand geniet een inrichting, die werkt op een lage temperatuur en met 5 een kathodeverstuiving met hoge snelheid, van het magnetron soort de voorkeur.

De tweede werkwijze voor de fabrikage van het amorf materiaal volgens de uitvinding is een werkwijze, waarbij glimontlading wordt gebruikt. Het amorfe.materiaal wordt zodanig gevormd, dat de; glimontlading 10 van SiH^ wordt uitgevoerd, ter ontbinding van dit gas in Si en waterstof en voor de neerslag daarvan op.het substraat. Voor een amorf materiaal met Si en C kan een gasmengsel bestaande uit SiH^ en CH^ gebruikt worden. In dit geval wordt de druk van. het gasmengsel bestaande uit SiH.

2 2 *+ en CH^ tussen 13 U/m - 670 N/m gehouden. De glimontlading kan worden 15 verkregen door middel van de werkwijze met ingestelde gelijkspanning of de werkwijze met radio-frekwentie-ontlading. De verhouding van Si en C kan worden geregeld door. variatie van de verhoudingen van. de te mengen gassen Siïï^ en CH^. Ter verkrijging van een amorf materiaal, met een goede kwaliteit moet de substraattemperatuur tussen 200°C - ^00°C gehouden 20 worden.

Een amorf materiaal van het p-soört of het n-soort kan verkregen worden door resp. BgHg of PH^ aan het gasmengsel van SiH^ en Cïï^ met de volumeverhouding 0,1$ - 1$ te voegen. De amorfe film volgens de uitvinding kan eveneens verkregen worden door middel van verdamping met een 25 elektronenstraal in een atmosfeer met H .

Indien een film van een foto-elektrisch materiaal direkt op een halfgeleiderlichaam.wordt gevormd, in welke laatste aftastketens met bij voorbeeld MOS transistor gedeelten etc. op een halfgeleidersubstraat zijn opgenomen, treedt de oneffenheid, van het oppervlak, van het halfge-30 leider lichaam in deze. film op. Indien.de film van het foto-relektrische materiaal dun is, kan.een getrapte verbreking tengevolge van de oneffenheid van het filmoppervlak optreden. Daarom,zou.een isolator in een concaaf gedeelte van het halfgeleiderliehaam opgenomen kunnen worden. Op deze wijze wordt het oppervlak, waarop de. foto-elektrische laag gevormd 35 moet worden, vlak. gemaakt. Tenminste een deel van een bronelektrode (uit gangs elektrode) blijft onbedekt en de fotogeleidende film wordt daar- 790 62 58 9 op gevormd, natuurlijk worden ook andere noodzakelijke delen van ope-ningen voorzien. Voor de isolator kan een hittebestendig polymeerhars zoals polyimide, polyimide-iso-inörochinazolinedion en polyamide-imide of een anorganisch materiaal zoals "spin-on-glass" gebruikt -worden.

5 Voorbeeld 1

De figuren if- t/m 10 zijn dwarsdoorsneden van een inrichting die een werkwijze voor de fabrikage van de vaste-stof beeldopname-inrichting volgens de uitvinding tonen. Een gedeelte voor. de aftastketen met scha-kelketens, etc. die in een halfgeleider substraat gevormd-moeten worden, 10 worden door middel van een proces, voor bekende halfgeleidereenheden verkregen. Zoals getoond in fig. werd een dunne SiO^ film 21 van ongeveer 80 nm op een p-soort silieiumsubstraat 20 gevormd, en werd een Si^ film 22 van ongeveer 1^0 nm op een voorafbepaalde plaats op de Si02 film gevormd. De SiO^ film werd door middel van de bekende CVD-15 werkwijze gevormd en de Si^ïl^ film door. middel van een CVD-werkwijze waarin Si^H^, en betrokken waren. Een. p-soort gediffundeerd gebied 23 werd door middel van de ionen-implantatie techniek op het sili-ciumsubstraat aangebracht. Fig. 5 toont deze toestand. Het gediffundeerde gebied 23 wordt ter isolering van afzonderlijke elementen opgenomen.

20 Daarna werd silicium in een atmosfeer met : 0^ = 1. : 8 lokaal ge-oxydeerd ter vorming van een SiO^ laag 2b (fig. 6). Deze werkwijze betreft de lokale oxydatie van silicium voor de elementisolatie en wordt doorgaans locos genaamd. Ha verwijdering van de Si^ïT^ film 22 en de SiO^ film 21 werd met SiO^ een bestuur- elektrode-isolerende film 25 voor 25 een MOS transistor gevormd. Daarna werden een stuurelektrodegebied 26 bestaande uit polykristallijn silicium en gediffundeerde gebieden 27 en 28 gevormd (fig. T). Verder werd een SiO^ film 29 op het resulterende substraat gevormd. Eektrode-uitvoergebieden voor de bronaansluiting 27 en de uitgangselektrode 28 werden in deze film door middel van etsen 30 verkregen (fig. 8). Een Al laag van 800 nm dik werd als uitgangs elektrode (of bronelektrode) 31 opgedampt. Verder werd een SiO^ film 32 (750 nm dik) gevormd, waarop een Al laag van 1 yum dik als bronelektrode (of uitgangselektrode) 33 werd opgedampt. De dwarsdoorsnede van fig.9 toont deze toestand. De elektrode 33 werd op zodanige wijze uitgerekt 35 gevormd, dat de gebieden 27, 28 en het stuur elektrodegebied bedekt werden. Dit werd gedaan, omdat ongewenste vertroebelingseffekten plaats vinden 790 62 58 10 indien licht binnen bet signaalverwerkende gedeelte tussen de gediffundeerde lagen 23 voor de isolatie van de elementen dringt.

Een schuifregistergedeelte in de nabijheid, van de inrichting kan op een bekende wijze zijn opgebouwd, - hetgeen bij wijze van voorbeeld in 5 fig. 11 is aangegeven.

Dit voorbeeld toont een 2-fase dynamisch.schuifregister bestaande uit een paar cankeerketens en een. paar vertragingsketens en het geeft onafhankelijk, van de fasen van de klokpulsen een stabiele werking voor het schuiven van de aftastpulsen. Indien.een startpuls wordt aange- 10 legd worden-achtereenvolgende schuif pulsen .... synchroon met de klokpulsen CP^ vanaf de resp. bit-aamsluitklemmen af gegeven. Fig. 12 toont een tijddiagram van deze werking.

Het zal duidelijk zijn dat de feitelijke uitvoering van het schuifregister niet beperkt wordt tot de hier getoonde. Op deze wijze is het 15 MOS-transistorgedeelte van.de. aftastketen gecompleteerd., Fig. 13 toont een bovenaanzicht van een Si-lichaamsgedeelte. De resp. , verwijzingscij-fers in de figuur komen overeen met die in de voornoemde, dwarsdoorsneden. Het verwijzingscijfer 1+1 geeft een kontaktopening voor d.e elektrode aan.

20 Het volgens de voorgaande, stappen verkregen halfgeleider lichaam 1*0 werd vervolgens aan een. kathodeverstuivingsinrichting van het magnetron soort gehecht. De inrichting was dezelfde als die in fig. 3. De atmosfeer bestond.uit een gasmengsel bestaande uit. Ar en waterstof bij een druk lager dan 27 H/m . De hoeveelheid waterstof bedroeg 6 mol.#.

25 ' Het kathodeverstuivingsdoel bestond uit silicium, De .reaktieve kathode-verstuiving werd uitgevoerd bij een frekwentie van 13,56 MHz en een vermogen van 300 ¥ cm een dunne waterstof-bevattende. amorf e silicium film 35 op het halfgeleider lichaam. 1*0 met een dikte van 500 nm.(fig. 10) aan te brengen. De hoeveelheid waterstof van de amorfe dunne film bedroeg 30 20 atoom-# en de soortelijke weerstand, daarvan bedroeg 5 x 10 Hm.

Op de dunne amorfe silicium film 35 dient een.eerste elektrode 36 aangebracht te worden. De eerste elektrode dient voor de aanlegging van een instelspanning. Daar licht van. bovenaf moet invallen, moet deze elektrode doorschijnend zijn. Een Hesa elektrode bestaande uit In^O^ 35 vera gebruikt, amdat de neerslagte^eratuur van niet sehadelijk is voor het amorfe silicium. Op het gedeelte van de Hesa elektrode, 790 6 2 58 11 welke niet het licht-ontvangende gedeelte was, werd ter worming van een instelelektrode en door middel van maskerverdamping Gr-Au aange-braeht en werd daar een draad op gehecht. Een tweede elektrode 37, zoals Au film, werd op het achter oppervlak van het halfgeleider lichaam ge-5 vormd. Hiermee was de vaste-stof heeldopname-inrichting kompleet.

Het verwij zings cijfer 38 in fig. 10 geeft invallend licht aan.

De volgens de beschreven werkwijze verkregen vaste-stof beeld-opname-inrichting maakt de. verkrijging van een goed beeld, dat vrij is van vertroebeling, mogelijk.

10 Fig. 1^ toont het resultaat, dat werd verkregen door de hoeveel heid waterstof in de amorfe silicium dunne film 35 te variëren en de fotoresponsie van de dunne film te meten. Een doorgetrokken lijn geeft de karakteristiek aan. Bij. de meting van de fotoresponsie werd voor de lichtbron een gloeilamp met wolframdraad gebruikt. Fig. 1lj· toont even-15 eens een variatie in de soortelijke. weerstand als funktie van de hoeveelheid waterstof in. het amorfe silicium. Een gestippelde lijn geeft de betreffende karakteristiek aan.

Uit de karakteristiek van fig. 1^· blijkt, dat een waarde van 5 atoom-/? tot 30 atoom-% en vooral. 10 atoom-% tot 25 atoom-/? bij vóor-20 keur gewenst is voor de waterstofconcentratie in de amorfe silicium film. Verder, indien de waterstofconcentratie lager is dan 5 atoom-/? g wordt de soortelijke weerstand lager dan 10 p_ m. Hieruit volgt ook, dat een lage waterstofconcentratie ongewenst is.

Voorbeeld 2 25 Onder gebruikmaking van de in tabel 1. genoemde materialen voor fotogeleidende dunne films werden vaste-stof. beeldopname-inriehtingen gefabriceerd. De fabrikage werkwijzen waren dezelfde als die in voorbeeld 1.

790 62 58 * 12 TABEL· 1

Monster Amorf materiaal Soortelijke Fabrikagevoorwaarde

No. weerstand _ (·& m) _ . 11 5 2 SIq qHq 2 5 x 10 ontladxngsvermogen: 300 W,

_____substraattemp.: 250 C

3 sio.85Ho.i·;_1°11 _^_ 10 k Si_ n.EL 3 x 10 oppervlakteverhouding Q.09 0.01 0.3 , „· ~ . , tussen Sx en C xn doel = 10 _ 95 : 5_ . 10 5 Sin JU- · 10 oppervlakteverhouding ° d 5 tussen Si en C in doel = _' _ ·_ hO : 60_ 10 6 Sin 7cGen ηςΗ„ „ 2 x 10 oppervlakteverhouding 15 ' 5 tussen Si en Ge in doel = _· _;_· 95 ': 5 _ 10 7 Si_ ^Gen .EL „ 10 . oppervlakteverhouding tussen Si en-Ge in doel = ........80 : 20_ 20 8 SiQ „GeQ CQ qJSq 2 10 ' oppervlakteverhouding 5 5 tussen Si en 0 en Ge = ........80 ; 10. · 10 ._

Door gebruikmaking van. de hiernavolgende opbouw.van de fotoge-leidende dunne film kan de spectrale responsie verbeterd worden. Ten 25 eerste werd een amorfe silicium film van 1 yum dik met 25 atoom-# waterstof aangebracht. Vervolgens werden lagen van een amorf materiaal met 20 atoom-# waterstof, 20 atoom-#. germanium en 60 # silicium en een amorf materiaal met 20 atoom-# waterstof, 30-# koolstof en 50-# silicium met 0,5 yiUm resp. over elkaar heen gelegd. De formatiewijze valt 30 onder de hiervoor beschreven reaktieve kathodeverstuiving. De resulterende film werd verder in een inrichting voor verdamping onder vacuum gebracht en werd door middel van weerstandsverhitting CeO^ met een dikte van 10 nm daarop opgedampt. Tenslotte werd goud met een dikte van 25 nm opgedampt. Bij deze dikte kan.zelfs goud een lichtoverbrengingsgetal 35 van 60# of hoger hebben, en kan een voldoende, lichtintensiteit veroorzaken.

Zelfs indien SiOg, TiOg etc. in plaats van CeOg in het voorgaande voorbeeld werden gebruikt, werden goede resultaten verkregen. De dikten van deze films werden 10 nm - 30 nm gemaakt, 790 62 58 13

Voorbeeld 3

Evenals bij voorbeeld 1 "werden een schuif register met MOS tran-ssbors en schabel MOSEET's op een n-soort siliciumsubstraat gevormd.

De fundamentele opbouw was dezelfde als in fig. 1. Daar het substraat 5 echter van het n-soort was, werden de transistors in de p-soort kanaal gevormd. Dit kan overeenkomen met.een bekende werkwijze voor de fabrika-ge van een geïntegreerde halfgeleiderketen.

Op een aldus gevormd Si-lichaam met aftastketens werd door middel van de werkwijze welke onder de glimontlading valt. amorf silicium 10 met waterstof aangebracht. De ontladingsatmosfeer .bestond uit SiH. on-der een druk van 200 N/m . Terwijl het lichaam werd verhit tot 500°C werd een amorf materiaal met een ingangsfrekwentie van 0,5 MHz onder een druk van 130 N/m2 en een sübstraattemperatuur van 300°C. aangebracht.

De filmdikte van het amorflaateriaal bedroeg 2 ,um. en de soortelijke 10 15 weerstand daarvan bedroeg 1 x 10 Hm. Op het amorf materiaal werd een Nesa elektrode van In^O^ gevormd. Hierna was de vaste-stof beeldopname-inrichting kompleet.

Voorbeeld k

Hierna zal een voorbeeld beschreven worden waarbij een gewenste 20 isolator in een oneffen gedeelte van een halfgeleiderlichaam -wordt aangebracht ter vorming van een vlak oppervlak waarop een. fotogeleidende film werd gevormd.

Evenals in voorbeeld X werden aftastmiddelen met. schakelketens etc. op een halfgeleidersubstraat. (zie fig. 9) gevormd.

25 Vervolgens werd een film (ii2 in fig. 15) van een hittebestendig polymeerhars, te weten polymeer-iso-indrochinazolinedion met een dikte van 1,0 yum, aangebracht. De harsfilm kan worden gevormd door een oplossing van het hars op een roterende schijf op het substraat aan te brengerzet dan te harden.

30 Vervolgens werd, teneinde de elektrode.(33). gedeeltelijk bloot te leggen, door middel van een fotolithografische techniek geëtst. Het is aan te bevelen, openingen met inbegrip van de geleideraansluiting van de elektrode 31, etc. tegelijkertijd in deze stap te vormen. Evenals in voorbeeld 1 werd het amorf materiaal 35 op de resulterende struk-35 tuur aangebracht en werd verder de transparante elektrode 36 gevormd.

Daar het oneffen gedeelte van het oppervlak van het halfgeleiderlichaam .

790 62 58

1U

** # door middel van het hittebestendige polymeer hars vlak werd gemaakt, werd de vorming. van de film van het amorf materiaal 35 en van de transparante elektrode 36 veel vergemakkelijkt.

Voorbeeld 5 5 In dit voorbeeld wordt.een overdrachtgebied van een,CCD (lading gekoppelde eenheid) als aftastketen gebruikt. Fig. 16 toont een bovenaanzicht van de. opstelling van de verschillende..bestanddelen. Het toont een horizontale klokaansluiting 50, een vertikale. klokaansluiting 51, een horizontaal-schuifregister 52, een. vertikale overdrachts stuurin-10. gang 53, een vertikaal analoog..schuifregister 5b, en een. gedeelte van een beeldelement 55, waarin. een gediffundeerd, gebied, en een MOSFET schakelaar, waarvan de bron wordt gevormd door het voornoemde gediffundeerde gebied, zijn gekombineerd.

Fig. 17 is een dwarsdoorsnede van een GCD overdrachtsgebied 15- (een dwarsdoorsnede langs bij voorbeeld, A - A' in fig. 16) en fig. 18 is een dwarsdoorsnede van het gedeelte van .het beeldelement (een dwarsdoorsnede langs bij voorbeeld B - B’ in fig. 16).

Volgens fig. 17 worden via een. isolerende laag elektroden 62 en 63 op een Si substraat 61 gevormd en worden klokspanningen met twee 20 fasen daarnaar via resp. de lijnen 6b. en 65 gevoerd. Een potentiaal- bron binnen het Si substraat verplaatst zich dan. voor de overdracht van ladingen. Fig. 18 is de dwarsdoorsnede, van. het licht-ontvangende gebied d.w.z. het gedeelte van het beeldelement met' daarin een gediffundeerde laag 71, een isolerende laag 72, een metalen elektrode 73, een stuur-25 elektrode 7^, een fotogeleidende film 75, een transparante.elektrode 76, een ander gediffundeerd gebied 77 en een andere elektrode 78. Het in fig. 17 getoonde CCD overdrachtsgebied wordt met het licht-ontvangend gebied verbonden. De.transparante elektrode 76, de fotogeleidende film 75 en de. metalen elektrode 73 vormen een fotogevoelig gedeelte. Een 30 schakelgebied, welke, de in het fatogevoelige gedeelte geïnduceerde ladingsdragers naar het overdraehtsgebied brengt is een gedeelte met de stuur ingang 7^, welk gebied een MOSFET schakelaar vormt.

Het Si substraat met. het CCD overdrachtsgebied en het MOSFET schakelgedeelte werd geprepareerd en in de kathodever.stuivingsinrichting 35 van de magnetron soort geplaatst. De atmosfeer bestond uit een gasmeng-sel bestaande uit Ar en waterstof onder een druk van 27 H/m . De hoe- 790 62 58 15 veelheid waterstof "bedroeg 6 mol.$. Een kathodeverstuivingsdoel bestond uit silicium.

De verschillende op het Si substraat, d.w.z. het CCD overdrachts-gebied, het MOSFET schakelgedeelte, etc., aan te brengen bestanddelen 5 kunnen door middel van bekende processen verkregen worden.

De reaktieve kathodeverstuiving werd uitgevoerd, bij een frekwen- tie van 13,56 MEz en een ingangsvermogen van 300 W cm de dunne film van het amorfe materiaal 75 met de waterstof in het fotogevoelige gebied van het Si substraat met een dikte van 500 nm aan te brengen. De hoeveel- 10 heid waterstof van het amorf materiaal bedroeg 20 atoom-$ en de soorte-.. -11' lijke weerstand bedroeg 5 x 10 JL m. De In^O^ Desa elektrode werd op het amorf materiaal gevormd. Op gedeelten van de Desa elektrode werd door middel van verdamping door het. masker Cr - Au aangebracht ter vorming van de instelelektrode en werdfearaan een draad gehecht.

15 De werking zal in het kort worden toegelicht, aan. de hand van fig.

16. Indien via de transparante elektrode licht op het fotogevoelige gedeelte is gevallen worden de door het fotosignaal geïnduceerde ladingsdragers door een spanning op de stuurelektrode tussen het gediffundeerde gebied in het fotogevoelige. gebied 55 en het vertikale .schuifregister 20 5^ te leggen naar het vertikale analoge schuifregister geschoven.

De vertikale verschuiving van de CCD wordt.via de 2-fase vertikale klok-aansluitingen 51 verkregen en van elke kolom afkomstige signalen van de fotogevoelige gedeelten worden via de vertikale overdrachtspoort 53 naar het uitvoerende horizontale schuifregister 52 gevoerd. Het horizontale 25 schuifregister is eveneens de CCD, welke via de 2-fase horizontale klok-aansluitingen 50 wordt aangestuurd en brengt de met het signaal overeenkomende lading naar een uitgangsklem ter afgifte daarvan als uitgangssignaal. De frekwentie van de 2-fase aansturing kan zodanig gekozen worden, dat de verschuiving van het horizontale schuifregister binnen 30 de periode van de aan de vertikale overdrachtspoort gelegde spanning-pulsen teneinde loopt.

De aan de hand van de voorgaande voorbeelden beschreven beeldop-name-inrichting volgens de uitvinding hebben kenmerken zoals een goede aanpassing van de spectrale responsie met de zichtbaarheid, goede sig-35 naal-ruiskarakteristieken, hoge resolutie, en het niet optreden van vertroebeling. Daarnaast hebben zij kenmerken zoals een laag opgenomen ver- 790 62 58 . 16 mogen, een kleine omvang, lichtgewicht, en'een hoge betrouwbaarheid. Het industriële nut is daarom zeer groot.

790 62 58

Claims

1. Vaste-stof beeldopname-inrichting met een aantal fotogevoelige gebieden en een halfgeleidersubstraat en met aftastmiddelen voor de achtereenvolgende selektie van de. fotogevoelige gebieden, waarbij de fotogevoelige gedeelten tenminste.een laag van een fotogevoelig mate- 5 riaal over het halfgeleidersubstraat en een transparante geleidende film over een foto-elektrische laag omvat, met het kenmerk, dat het foto-:elek-trische materiaal een amorf materiaal is, met als onmisbaar bestanddeel silicium, en -waterstof bevattend.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fotoge-10 voelige laag door middel van reaktieve kathodeverstuiving in een waterstof atmosfeer wordt gevormd.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de fotogevoelige laag door middel van glimontlading in een atmosfeer met tenminste siliciumwaterstof wordt gevormd. 15 if·. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de aftastmiddelen voor de selektie van de fotogevoelige gebieden tenminste veld-effekttransistors hebben.

5. Vaste-stof beeldopname-inrichting met. op een bepaald halfgeleidersubstraat tenminste cellen, waarin veldeffekttransistors zijn ge-20 vormd, een laag van een foto-elektrisch materiaal in elektrisch kontakt met de bronelektroden (of uitgangselektroden) van de veldeffekttransistors is aangebracht en een transparante elektrode op de fotogevoelige laag is aangebracht en waarin het fotogevoelige materiaal dient als fotogevoelig gedeelte, waarbij de cellen in twee richtingen in overeen- · 25 stemming met afzonderlijke beeldelementen zijn opgesteld, een gemeenschappelijke verbindingslijn,.welke stuurelektroden van de veldeffekttransistors in elke kolom (of rij) van de twee-dimensionale opstelling gemeenschappelijk verbindt voor de keuze van de kolom (of rij), een gemeenschappelijke, verbindingslijn, welke de uitgangselektroden (of bron-30 elektroden) van de veldeffekttransistors in elke. rij (of kolom) gemeenschappelijk verbindt voor de keuze van de rij (of kolom), en gemeenschappelijke uitvoermiddelen, die met de gemeenschappelijke verbindingslijn van de uitgangselektroden (of bronelektroden) is verbonden voor de achtereenvolgende afname van de van de cellen afkomstige elektrische 790 62 58 •18. signalen, die.overeenkomend met de resp. beeldelementen, met het kenmerk, dat het fotogevoelige materiaal, een amorf materiaal is, met als onmisbaar bestanddeel silicium en waterstof bevattend.

6. Vaste-s.tof beeldopname-inrichting met op een.bepaald halfgelei-5 dersubstraat. tenminste cellen, waarin een lading gekoppelde eenheid is gevormd en een laag van een fotogevoelig materiaal- en een transparante elektrode op het substraat'zijn aangebracht en waarin, het fotogevoelige materiaal dient als een fotogevoelig gedeelte,, waarbij .de.cellen overeenkomen met de.individuele beeldelementen, .en van de resp. beeldele-10'. menten afkomstige elektrische signalen naar. de. lading gekoppelde eenheid worden overgebracht en daarna achtereenvolgens uitgevoerd worden, met het kenmerk, dat het. fotogevoelige: materiaal een amorf materiaal is, waarvan het hoofdbestanddeel silicium is en dat waterstof bevat.

7. Inrichting volgens de conclusies, 1 t/m 6, met het kenmerk, dat 15· de waterstof concentratie van het amorf, materiaal 5 atoom-# tot 30 atoom- # bedraagt.

8. Inrichting volgens de conclusies·. 1 t/m 6, met het kenmerk, dat de waterstof concentratie varfhet amorf materiaal 10 atoom-# tot 25 atoom-# bedraagt.

9. Inrichting volgens conclusies 1 t/m 6,. met het kenmerk, dat-een gedeelte van het silicium in het amorf. materiaal binnen 30 atoom-# is vervangen door germanium of koolstof.

10. Inrichting volgens conclusie 7» met het kenmerk, dat een gedeelte van het silicium in het amorf materiaal binnen 30 atoom-# door germanium 25 of koolstof is vervangen.

11. Inrichting volgens een der conclusies 1 t/m 6, met het kenmerk, dat de isolerende laag en de. laag van het fotogevoelige materiaal op het halfgeleidersubstraat zijn aangebracht, dat tenminste aftastmiddelen voor het achtereenvolgens selekteren van.de fotogevoelige gedeelten 30 heeft, die door de. transparante geleidende;film worden!overlapt en ten-' minste de aftastmiddelen en.de laag van het foto-elektrische materiaal elektrisch zijn gekoppeld.

12. Inrichting volgens conclusies 1 t./m 6, met het kenmerk, dat de soortelijke weerstand van het . amorf materiaal .bij geen lichtinval niet g 35 lager is dan 10 flm. 790 62 58