DE1524758A1 - Speicher-Photodetektor - Google Patents

Description

Fairchild Camera & Instrument Corporation 1 6711

300 Robbins Lane

Syosset, long Island, Hew York

Speicher-Photodetektor

Die Erfindung. "bezieht sioh auf einen Speioher-Photodetektor mit elektronisohem Verschluß. Als "Verschluß" wird in der Regel eine Einrichtung bezeichnet, bei der eine mit einer Kamera zusammenarbeitende, bewegliche Platte den Zeitraum steuert, in dem ein lichtempfindliches Material innerhalb der Kamera dem Licht ausgesetzt wird. Wenn die Belichtungszeit beendet ist, verhindert die Platte, daß weiteres Licht auf das lichtempfindliche Material auftrifft _β Außerdem werden bei verschiedenen Informationsübertragungssystemen Kameras verwendet, in denen lichtempfindliche Einriohtungen ein elektronisches Signal erzeugen können, welches das Lichtbild wiedergibt, dem die Kamera ausgesetzt ist· Als elektronischer "Yersehluß" wird im Zusammenhang mit der Erfindung eine Einrichtung bezeichnet, bei der durch elektrische Signale oder Impulse elektronisch der Zeitraum gesteuert wird, in dem der Photodetektor gemäß der Erfindung ein elektrisches Signal erzeugt, welohes die Strahlungsenergie wiedergibt, der der Photodetektor ausgesetzt ist.

Optische Bildabtaster, welche ein elektronisches Signal erzeugen können, das für ein Lichtbild repräsentativ ist, werden in weitem Umfang benötigt, insbesondere in lernsehübertragungssysteraen» Im Idealfall hat der Yersehluß des Abtastsystems eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit, und er sollte in der Lage sein, die Belichtungszeit auf Befehl zu ändern; außerdem sollte er zulassen, daß das elektronische Signal, welohes das Lichtbild wiedergibt, mit langsameren Geschwindigkeiten gelesen werden kann als die Arbeitsgesohwindigkeit des Verschlusses. Die Verwendung einer langsameren Lese- (oder Abtast-) geschwindigkeit vermindert die Geschwindigkeit der Übertragung der Information, und dadurch'vermindert sich wiederum die für ein Bild von einer vorgegebenen Auflösung erfordernohe Bandbreite* Eine geringere Bandbreite ist bei vielen Anwendungen von Bedeutung, weil sie das Signal-Rauachverhältnis des Systeme verbessert und die Anforderungen an die Übertragung»einrichtungen herabsetzt·

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Lichtempfindliche Einrichtungen der beschriebenen Art sind bekannt; manche davon arbeiten mit mechanischem Verschluß. Mechanische Verschlüsse sind in der Regel langsam, es treten unerwünschte Vibrations ersoheinungen auf, durch Reibungswirkungen können Störungen oder Verschleißerscheinungen auftreten, und sie erfordern eine verhältnismäßig große und schwere Kamera_a Bei anderen lichtempfindlichen Einrichtungen werden elektro-optische Verschlüsse verwendet, beispielsweise bei dem sogenannten Bildkonverter und der Kerr-Zelle. Elektro-optisohe Verschlüsse können mit extrem hohen Geschwindigkeiten arbeiten, jedooh treten bei vielen Anwendungen erhebliche Schwierigkeiten auf. Ein Nachteil ist z«B., daß sie für eine einwandfreie Arbeitsweise verhältnismäßig hohe Spannungen, die in der Größenordnung von mehreren tausend Volt liegen, benötigen, und ihre Netzanschlußteile sind aufwendig und erfordern Spezialbauarten. Zudem sind sie empfindlich'· gegenüber Vibrationen·

Bei der Weiterentwicklung lichtempfindlicher Einrichtungen sind j in neuerer .Zeit auch Phototransistoren und Photodioden verwendeij worden· Diese Festkörper-Einrichtungen bieten ausgezeichnete Voraussetzungen für die Verwendung bei der Abtastung von Bildern mit hoher Geschwindigkeit· Sie können unter den rauhen Bedingungen dea Weltraumes arbeiten, sind sehr zuverlässig, haben ein geringes Gewioht und eine hohe Anepreohempfindlichkeit, und sie arbeiten mit geringen Verlustleistungen· Die Anwendung von Phototransistoren und Photodioden konnte sich jedooh nicht durohsetzan, weil die einzige praktisch realisierbare Möglichkeit der Steuerung der Belichtungszeit der lichtempfindlichen Einrichtung durch me-.ohanisehe oder elektro-optische Mittel gegeben war, und diese haben eine zu langsame Arbeitszeit, sie erfordern zu schwere und zu große Kameras oder zu hohe Spannungen· (Die Belichtungszeit ist dae Zeitintervall, innerhalb dessen das optisch erzeugte Signal registriert wird.)

In diesem Zusammenhang ist die Entwicklung einer lichtempfindlichen Einrichtung in TestkÖrptrbauweiee von Bedeutung, bei der eine Halbleitereinriohtüng im Speioherbetrieb arbeitet und auf auffallende Strahlungsenergie anspricht» Aufbau und Wirkungsweise •ines im Speioherbetrieb arbeitenden Phototraneiatora eind in der US-amerilcanieohen Patentanmeldung Serial No. 529 358 vom 2%2·19β6

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(lairehild Camera and Instrument Corporation) beschrieben. Einrichtungen dieser Art sind besonders vorteilhaft, wenn sie Teil einer integrierten Schaltung sind und in größeren Anordnungen verwendet werden. Es war indessen praktisch noch nicht möglich, die Lesezeit der lichtempfindlichen Halbleitereinriohtung von der Belichtungszeit zu trennen. TJm die Belichtungszeit in Einrichtungen dieser Art zu steuern, mußte die Information mit einer Geschwindigkeitgelesen werden, welche der Verschlußgeschwindigkeit proportional ist. Ein weiter dynamischer Bereich konnte bei der lichtempfindlichen Halbleitereinrichtung nur dadurch erhalten werden, daß die lesezeit entsprechend der Änderung der Lichtintensität geändert wurde. Wenn das Licht des Bildes intensiver wurde, war die benötigte Belichtungszeit kürzer, und die Geschwindigkeit des Verschlusses wurde größer, so daß die Lesezeit kürzer wurde. Andererseits wurde bei einer geringeren Lichtintensität die Belichtungszeit langer, die Geschwindigkeit des Verschlusses geringerund die Lesezeit langsamere Da die Belichtungszeit nicht von der Lesezeit getrennt werden konnte und auch nicht unabhängig von ihr gesteuert werden konnte, mußte die Lesezeit der lichtempfindT-liehen Halbleitereinrichtung abhängig von der Änderung der Lichtintensität von schnell nach langsam und umgekehrt geändert werden, wobei die Lichtint ens it eic die Belichtungszeit bestimmt»

Zweck der Erfindung ist, die bisher bekannten Einrichtungen in entscheidender Weise zu verbessern, und zwar dadurch, daß die Belichtungszeit und die Lesezeit bei einer lichtempfindlichen Einrichtung in Halbleiterbauart getrennt gesteuert werden, so daß die beiden !Punktionen voneinander unabhängig sind· Die lichtempfindliche Einrichtung gemäß der Erfindung bietet den Vorteil, daß die günstigen Eigenschaften von Festkörperelementen in einer sehr flexiblen Wirkungsweise verwendet werden können, welche erlaubt, das das Lichtbild repräsentierende, elektrische Signal vor der Lesung für einen bestimmten Zeitraum zu speichern. Durch die Speicherung des elektrischen Signals ermöglicht die lichtempfindliche Einrichtung gemäß der Erfindung, daß die Lesezeit oder Bildwechselzeit unabhängig von der Belichtungszeit gesteuert werden kann..

Der Speicher-Photodetektor gemäß der Erfindung enthält eine licht-" empfindliche Einrichtung mit wenigstens einem pn-übergang zur Erzeugung eines elektroiiischen Signals, welches die auf treffende

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Strahlungsenergie wiedergibt, einen Speicher mit wenigstens einem pn-übergang zur Speicherung des elektronischen Signals, eine Kopplung zwischen der lichtempfindlichen Einrichtung und dem Speicher zur Weitergabe des elektronischen Signals von der lichtempfindlichen Einrichtung zum Speieher in gewählten Intervallen und eine Leseeinrichtung zum Lesen des elektronischen Signals in dem Speicher in gewählten Intervallen,,

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Figur 1 zeigt, teilweise als Blockschaltbild, eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photodetektors, bei der im Speicherbetrieb arbeitende Transistoren verwendet werden,,

Figur 2 zeigt den Verlauf der Spannungen an den Transistoren über der Zeit bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1.

Figur 3 zeigt, teilweise als Blockschaltbild, eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Photodetektors, bei der im Speicherbetrieb arbeitende Dioden verwendet werden»

Figur 4 zeigt die Betriebsweise und die Spannungen über der Zeit bei dem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Photodetektors gemäß Figur 3·

Figur 5 zeigt einen Schnitt durch einen integrierten Schaltkreis, wie er bei der bevorzugten Ausführungsform nach Figur 1 verwendet wird,,

Figur 6 zeigt einen Schnitt durch einen integrierten Schaltkreis, wie er bei der bevorzugten Ausführungsform nach Figur 3 verwendet wird.

Figur 7 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer zweidimensionalen Anordnung des erfindungsgemäßen Photodetektors unter Verwendung von Transistoren. '

Figur 8 zeigt den Verlauf der Spannungen über Zeit für die Ausführungsform gemäß Figur 7.

In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung mit elektronischem Verschluß gezeigt, bei der Transistoren verwendet werden, die im Speicherbetrieb arbeiten. Die Iiohtempfindliche Einrichtung enthält einen Transistor 10,

der nachfolgend auch als Phototransistor bezeichnet wird und welcher ein elektronisches Signal erzeugt, das für die auf ihn auftreffende Strahlungsenergie repräsentativ ist. Mit dem Phototransistor 10 ist ein erster Impulserzeuger 16 gekoppelt, welcher den Phototransistor in. bestimmten Intervallen in den Betriebszustand versetzte Der Speicher enthält einen Transistor 20, der nachfolgend auch als Speiohertransistor bezeichnet wird und welcher das von dem Phototransistor 10 erzeugte, elektronische Signal speichern kann, damit später in bestimmten Intervallen gelesen werden kann. Eine Kopplung zwischen dem Phototransistor 10 und dem Speichertransistor 20 enthält ein Sohalt-Element, und zwar im vorliegenden lalleinen MOS-(Metall-Oxyd-Silizium-)Transistor 15, welcher die Basis des Phototranaistors 10 mit der Basis des Speichertransistors 20 in bestimmten Intervallen verbinden kann, so daß das von dem Phototransistor 10 erzeugte, elektronische Signal zu dem Speiohertransistor 20 weitergegeben werden kann und dort zum Lesen in einem späteren Zeitpunkt gespeichert wirdο Ein zweiter Impulserzeuger 17 arbeitet mit dem MOS-Transistor 15 derart zusammen, daß er diesen in gewählten Intervallen in den Betriebszustand versetzt. Ein dritter Impulserzeuger 18 ist mit dem Speichertransistor 20 verbunden und bewirkt, daß die in dem Speichertransistor 20 gespeicherte Information gelesen werden kann. Mit dem Speichertransistor 20 ist auch ein Belaatungswiderstand 6 gekoppelt, über dem das Ausgangssignal beim Lesen auftritt. Phototransistor 10 und Speichertransistor 20 sind als npn-Transistoren dargestellt, und der MOS-Transistor als p-Kanal-Transistor; pnp-Transistoren würden jedoch ebenso in der angegebenen Weise arbeiten, wenn die erforderlichen Polaritätsänderungen bei dem ersten Impulserzeuger 16 und dem dritten Impulserzeuger 18 vorgenommen werden und der MOS-Transistor ein n-Kanal-Transistor ist.

Der Phototransistor 10 hat einen Emitter 9 und eine Basis 11, welche einen ersten Übergang 12 (Emitter-Basis-Übergang) bilden, und einen Kollektor 13, welcher mit der Basis 11 einen zweiten Übergang 14 (Kollektor-Basis-Übergang) bildete Phototransistor 10 und Speichertransistor 20 können im Speioherbetrieb arbeiten. An Stelle des MOS-Transistors 15, der als Schalt-Element arbeitet, können auch ander© geeignete Einrichtungen verwendet werden, wenn ihre Betriebsdaten (inebeeondere die hohe Sohaltzeit und die hohe

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Impedanz im "Aus"-Zustand) ähnliche Werte haben wie der MOS-Tranalstor. Der MOS-Transistor 15 hat eine Tor-Elektrode S (gate), eine Quelle-Elektrode S (source), eine Senke-Elektrode D (drain) und eine Masaβ-Elektrode B (bulk). Der in Figur 1 dargestellte MOS-Transistor 15 ist ein p~Kanal-Bauelement, das sich normalerweise im "Aus^!l-r-Zustand befindet; der Transistor arbeitet also nach dem Prinzip der Anreicherung, (enhancement). Der MOS-Transistor 15 kann jedoch auch so beschaffen sein, daß er sich normalerweise im "Ein"-Zustand befindet bzw· nach dem Prinzip der Verarmung (depletion) arbeitete

Anhand der Figuren 1 und 2 wird die Wirkungsweise des erfindungsgemäßeii Photodetektors mit elektronischem Verschluß bei Verwendung im Speioherbetrieb arbeitender Transistoren beschrieben« In Figur 2 ist die Spannung über dem Phototransistor 10 durch eine ausgezogene Linie 23 dargestellt, während die Spannung -.über dem Speiohertransistor 20 durch eine gestrichelte Linie 24 dargestellt ist. Der Phototransistor ist ein photoempfindliohes Bauelement. Durch eine durchgezogene,ovale Linie um den Speichertransistor 20 ist angedeutet, daß dessen lichtempfindlicher Bereich' gegenüber Lichteinfall abgeschirmt istJ er befindet sich also stets in einer dunklen Umgebung und apricht nicht auf irgendwelche Änderungen der äußeren Lichtintensität an« Die Abschirmung bzw. der Sohutz des lichtempfindlichen Bereiches des Speichertransistors 20 gegenüber Lichteinfall kann in beliebiger, zweckmäßiger Weise erfolgen; beispielsweise kann man den Transistor in einer lichtundurohlässigen Kapselung unterbringen» Auch kann man seinen lichtempfindlichen Bereieh mit einem lichtundurohlässigen Material abdecken*

Vor Beginn des eigentlichen Arbeitsvorganges lädt der dritte Impulserzeuger 18 den Basis-Kollektor-Übergang des Speiohertransistors 20 auf eine negative Spannung V_Qe Der Arbeitsvorgang beginnt im Zeitpunkt T₀ durch Anlegen einer negativen Spannung mit dar Amplitude V₁ aus dem ersten Impulöerzauger 16 an dem Emitter dta Phototransiatora 10, aο daß eine Anfangeladung auf dem Baais-Kollektor-Übergang H aufgebracht wird. Wenn der Übergang geladen istj wird die Spannung Vι entfernt. Dtr Phototransistor 10 befindet flloh Jütst im Speiqherzustand· Wenn der Phototraneistor 10

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nun einer auf ihn auftreffenden Strahlungsenergie, also Licht, ausgesetzt wird, erzeugt er einen Photostrom, welcher die in seinem. Basis-Kollektor-Übergang 14 gespeicherte Ladung entfernt. In einer Zeit T_ nach dem Entfernen der negativen Spannung V-von dem Phototransistor 10 wird eine negative Spannung von dem zweiten Impulserzeuger 17 an die Tor-Elektrode G- des MOS-Transistors 15 angelegt und versetzt ihn in den Betriebszustand· Das bedeutet, daß ein leitfähiger Pfad zwischen der Senke D und der Quelle S des MOS-Transistors 15 gebildet wird, so daß die Basis 11 des Phototransistors und Basis 21 des Speichertransistros verbunden werden» Wie bereits erwähnt, wird der Speichertransistor 20 auf eine Spannung V aufgeladen. Da nur ein Rekombinationsstrom (oder ein Leckstrom) die auf dem Speichertransistor 20 gespeicherte Ladung entfernt, liegt der Wert der Ladung noch sehr nahe bei dem ursprünglichen Wert. Wenn man nun die Basis 11 des Phototransistors 10 mit der Basis 21 des Speichertransistors 20 verbindet, erfolgt eine Rückverteilung des auf dem Transistor 10 vorhandenen Ladungsbetrages, und die Ladung ist proportional der während der Belichtungszeit ($ — T ) auftref- "

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fenden Strahlungsenergie. Die Information in form einer elektrischen Ladung wird nun zwischen dem Basis-Kollektor-pn-Übergang des Phototransistors 10 und dem Basis-Kollektor-pn-Übergang des Speichertransistors 20 neu verteilt (figur 2). Nach dieser Heuverteilung der Ladung wird die Spannung aus dem zweiten Impulserzeuger 17 von dem MOS-Transistor 15 entfernt, so daß dieser nun außer Betrieb ist (kein leitfähiger Pfad zwischen Quelle S und Senke D) und die Basis 21 des Speichertransistors 20 gegenüber der Basis 11 des Photοtransistors 10 isoliert ist. Duroh Anlegen eines negativen Impulses an MOS-Transistor 15 und anschließendes Entfernen dieses Impulses kann man die Belichtungszeit des Photodetektors 10 steuern. Wie bereits beschrieben, ist der Transistor 20 gegenüber dem Auftreffen von Licht geschützt; nachdem seine Basis gegenüber Phototransistor 10 isoliert ist, spricht er auf weitere Änderungen der auftreffenden Strahlungsenergie nicht an. In einem späteren Zeitpunkt wird die in dem Basis-Kollektor-Übergang des Speichertransistors 20 gespeicherte Information gelesen, und zwar durch Anlegen einer negativen Spannung V₀ aus dem dritten Impulserzeuger 18 an den Emitter 19 des Spei-

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ohertransistors und Messen der auf dem Belastungswiderstand 6" auftretenden Ladungsmenge, und dies 1st diejenige Menge, die zur Herstellung des Ursprungszustandes erforderlich 1st.

In dem Speicherphotodetektor gemäß der Erfindung können außer den im Speicherbetrieb arbeitenden Transistoren auch andere Arten lichtempfindlicher Halbleiterbauelemente verwendet werden. Wie beispielsweisein Figur 3 gezeigt ist, kann der erfindungsgemäße Photodetektor mit elektronischem Verschluß auch im Speioherbetrieb arbeitende Halbleiterdioden enthalten. In Figur 3 und den nachfolgenden Figuren sind solche Teile, welche denjenigen der Figur 1.entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die lichtempfindliche Einrichtung enthält eine erste Diode 25, die nachfolgend auch als Photodiode bezeichnet wird. Der Speicher weist eine zweite Diode 30 auf, die nachfolgend auch als Speicherdiode bezeichnet wird und ebenso wie der Speichertransistor 20 in Figur 1 gegenüber dem Auftreffen von Licht geschützt ist. Zwischen Photodiode 25 und Speicherdiode 30 befindet sich ein erster MOS-Transistor 29 als Schalt-Element, welcher vor der Belichtung eine Ladung auf Photodiode 25 aufbringt und die Belichtungszeit daduroh steuert, daß er das elektronische Signal, welches von der Photodiode 25 erzeugt wurde, auf Befehl zur Speicherdiode 30 weitergibt. Ein erster Impulserzeuger 16 ist mit dem ersten MOS-Transistor 29 derart verbunden, daß der Transistor 29 in bestimmten Intervallen in den Betriebszustand versetzt wird. Mit der Speioherdiode 30 ist auch ein zweiter MOS-Transistor 34 verbunden, welcher als zweites Sohalt-Element arbeitet, sowie Belastungswiderstand 6 und eine Spannungsquelle 35· Der zweite MOS-Transistor 34 ermöglicht, daß eine Ladung auf dem Anoden-Kathoden-Übergang der Photodiode 25 und der Speioherdiode 30 vor der Belichtung und nach der Beliohtung aufgebracht wird, um zu ermöglichen, daß das in dem Anode-Kathode-Übergang der Diode 30 gjespeiohtrte, elektronische Signal gelesen werden kann. Ein zweiter Impulserzeuger 17 arbeitet mit dem zweiten MOS-Transistor 34 derart eusammen, daß er diesen in bestimmten Intervallen in den Betriebezustand versetzt.

Die Photodiode 25 und die Speioherdiode 30 haben Anoden 26 bzw. und Kathoden 27 bzw. 32, welohe pn-Übergange 28 und 33 bilden

,.-■.. - ; - 9 - - - ;- und im Speicherbetrieb arbeiten können.

Die Arbeitsweise des Speioherphotodetektors mit elektronischem Verschluß bei Verwendung von Photodioden wird anhand der figuren 3 und 4 beschrieben* Die Photodiode 25 ist ein lichtempfindliches Element· Um die Speicherdiode 30 ist eine ausgezogene, ovale Linie gezeichnet, um zu zeigen, daß ihr gegenüber Strahlungsenergie empfindlicher Bereich gegenüber Liohteinfall geschützt ist} sie befindet sich daher stete in einer dunklen Umgebung und spricht auf irgendwelche Änderungen der auftreffenden Strahlungsenergie nicht an«, Der Arbeitsvorgang beginnt, wenn eine negative Spannung 36aus dem ersten Impulserzeuger 16 an die Tor-Elektrode des ersten MOS-Transistors 29 und eine andere negative Spannung 37 aus dem zweiten Impulserzeuger 17 an die Tor-Elektrode des zweiten MOS-Transistors 34 angelegt werden, so daß beide MOS-Transistoren gleichzeitig in den Betriebszustand versetzt werden und eine Verbindung zwischen der Anode 26, der Photodiode 25 und der Anode 31 der Speloherdiode 30,und ebenso zwisohen der Anode 31 der Speioherdiode 30 und der Spannungequelle 35> gebildet wird· ^9Ώΐι diese Verbindung hergestellt ist, legt die Spannung* quelle 35 eine negative Anfangespannung an die Anode-Kathode-Übergängt 28 und 33 der Photodiode 25 und der Speloherdiode 30. Wenn die Übergänge 28 und 33 geladen sind, werden die negativen Spannungen 36 und 37 von den Tor-Elektroden"Q- der beiden MOS-Transistoren 29 und 34 entfernt, so daß sloh diese nioht mehr im Betriebszustand befinden und die Photodiode 25 und die Speioherdiode 30 im gespeicherten Zustand lassen· Bei Auftreffen von Licht beginnt die Photodiode,.25 mit der Erzeugung eines Photostroms, welcher die Ladung von dem Übergang 28 entfernt. Nach einem bestimmten Zeitraum naoh der ersten Aufladung der beiden pn-Übergänge 28 und 32 wird eine negative Spannung 38 aus dem ersten Impulserzeuger 16 an die Tor-Elektrode Q· des ersten MOS-Transistors 29 angelegt, so daß wiederum ein leidender Pfad zwischen den Anoden 26 und 31 der Photodiode 25 und der Speioherdiode 30 gebildet wird» Dies bewirkt, daß die auf der Photodiode 25 nooh vorhandene Ladungsmenge, welohe der während der Belichtungszeit auftreffenden Strahlungsenergie proportional ist, und die Ladung auf der Spelcherdlode 30 zwischen den Anode-Kathode-Übergängen der Photodiode 25 und der Sgitioherdiode 30 neu verteilt werden. Nach der

tioherdiode 30 neu verteilt werden. Nach der 0 0 9 8 A- 0 / 1 4 01 _BAD ORIGINAL

-Neuverteilung wird die Spannung aus Atm ersten Impulserzeuger von dem ersten MOS-Transistor 29» welcher die Ano&t«31 der Speioberdiode 30 von der Anode 26 der Photodiode 25 trennt, entfernt.' Die Information wird auf der Diode 30 gespeichert_s hie die Information in einem späteren Zeitpunkt gelesen wird, line negative Spannung 39 aus dem zweiten Impulserzeuger 17 wird dann an die Tor-Elektrode G des sweiten MOS-TransIstore 34 angelegt, so daß zwischen der*Anode 31 der Speicherdiode 30 und der Spannungsquelle 35 ein leitfähiger Efad gebildet wird« Der Eadungshetrag, der erforderlioh ist, um die Speicherdiode 30 in ihren ursprünglichen Zustand zurÜokBUversetzen, wirH, gemessen, und dieser Betrag repräsentiert die Intensität"des J&ohtea* dem die Photodiode 25 ausgesetzt war, - ■

Die bes ohriebenen Photodetektof-Sohaltungen können mit einem sehr geringen Aufwand und unter Anwendung bekannter verfahrenstechnischer Schritte hergestellt werden* Die Einrichtung kann als integrierter Schaltkreis und als zusammengeBftzte, integrierte Anordnung hergestellt werden, wi® ei® nachfolgend noch beschrieben werden.

Di« in Figur 5 dargestellte Anordnung .-geigt; einen Speicher- ; Photodttektor gemäß der Erfindung mit im Speieherbetrieb arbeitenden Transistoren; sie entspricht zum Seil den bekannten doppelt diffundierten, integrierten Siliaium-Planarschaltkreisen, wie sie beispielsweise in der USA-Patentsohrift 2 981 877 der Fairchild Oamara & Instrument Corporation beschrieben sind· Erfinder ist Dr. Robert H. Noyce. Außerdem ist die bekannte Technik der Feldeffekttransistoren vom Anreioherungstyp mit isoliertem Tor angewendet worden, wie sie beispieleweise in der TJBA-Patentschrift 3 102 230 beschrieben ist'. Die Anordnung enthält einen Halbleiterkörper 41, ein erstes Gebiet 42 und ein «weites Gebiet 43» zwei besondere Gebiete 44 und 45, pn-übergang» 53, 54, 55 und 56, , eine isolierende, dielektrische Sctiiolrl 48, eine Schicht aus undurohläBSigem Material 50, welohe ein bevorzugtes Mtrfeaal. dar Erfindung darstellt,und ohmsehe Kontakte 51 und 52 zu den besonderen Gtbieten 44 und 45· Der Halbleiterkörper 41» das erste Gebiet 42 und das zweite Gebiet 43 und die besonderen Gebiete 44 und 45 sind aus einem Einkristall-Halbl®itssrmaterial| voraugs-

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weise Silizium, hergestellt; der Halbleiterkörper 41 und die "besonderen Gebiete 44- und 45 haben einen ersten Leitfähigkeitstyp, vorzugsweise die η-Leitfähigkeit, und das erste und das zweite Gebiet 42 bzw. 43 haben den entgegengesetzten Leitfähig-keitstyp, vorzugsweise die p-Leitfähigkeit_e Der Halbleiterkörper 41, die beiden Gebiete 42 und 43 und die besonderen Gebiete 44 und 45 erfüllen mehrere Punktionen. Eine Punktion ist die eines Phototransistors, bei dem der Halbleiterkörper 41 der Kollektor, das erste Gebiet 42 die Basis, das besondere Gebiet 44 der Emitter, der Übergang 54 der Kollektor-Basis-Übergang und der Übergang 53 der Emitter-Basis-Übergang ist. Eine zweite Funktion ist die eines Speichertransistors, bei dem der Halbleiterkörper 4I der Kol·=) lektor, das zweite Gebiet 43 die Basis, das besondere Gebiet 45 der Emitter, der Übergang 56 der Kollektor-Basis-Übergang und der Übergang 55 der Imitter-Basie-Übergang ist. Eine dritte funktion ist die eines p-Eanal-MOS-Transistors vom Anreioherungstyp, bei dem die Gebiete 42 und 43 die Enden eines Kanalgebietes 46 bilden. Das erste Gebiet 42 kann als Quelle bezeichnet werden, während das zweite Gebiet 43 die Senke ist. Die Anordnung kann symmetrisch ausgebildet sein, so daß das erste Gebiet 42 als Senke arbeitet, während das zweite Gebiet 43 die Quelle ist.

Eine isolierende, dielektrische Schicht 48, beispielsweise eine Schicht aus Siliziumoxyd, ist über der Oberfläch· 47 einschließlich des Kanalgebietes 46, der beiden Gebiete 42 und 43 und der besonderen Gebiete 44 und45 ausgebildet, wobei ein Teil der Oberfläche der besonderen Gebiete 44 und 45 frei liegt.

Ein Steuertor 49 zum Anlegen eines elektrischen Feldes an denjenigen Teil der isolierenden Schicht 48, der über dem Kanalgebiet 46 liegt, ist über der Isolierschicht 48 ausgebildet. Das Steuertor 49 ist über dem Kanalgebiet 46 angeordnet, und es überlappt die beiden Gebiete 42, und 43» obwohl es gegenüber diesen Gebieten isoliert ist, und es überdeckt das gesamte Kanal- , gebiet 46, welches sich von dem ersten Gebiet 42 bis zu dem zweiten Gebiet 43 erstreckt. Das Steuertor 49 kann aus einem ·■ leitfähigen Metall, beispielsweise Aluminium, bestehen, welohee ■ in geeigneter Weise aufgebracht ist.

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Eine Schicht 50 aus lichtundurchlässigem Material befindet sich über der freien Fläche der Isolierschicht 48 in dem Bereich über dem zweiten Gebiet 43» so daß der durch die Gebiete 41» 45 und 45 gebildete,lichtempfindliche Transistorbereioh gegenüber Mehteinfall geschützt ist und die Information als elektrische ladung zum späteren lesen sicher gespeichert werden kann. Das liohtundurchlässige Material kann entweder nichtmetallisch sein, beispielsweise eine photographische Emulsion, oder es kann metallisch sein, z.B. Aluminium. Wenn ein metallisches Material verwendet wird, ist es erforderlich, geeignete Vorkehrungen zu treffen, um es gegenüber benachbarten Metallkontakten zu isolieren.

Metallische ohmsehe Kontakte, beispielsweise die Aluminiumkontakte 51 und 52, werden an den freiliegenden Teilen der Gebiete 44 und 45 angebracht« Der Halbleiterkörper 41 ist auch mit einem metallischen Kontakt 57 versehen, durch den er mit dem Belastungswiderstand 6 verbunden wird. Solche metallischen Kontakte und das Steuertor 49 können mit Hilfe bekannter Verfahren ausgebildet werden, beispielsweise durch Verfahren, wie sie in der USA-Patentschrift 2 981 877 beschrieben sind.

Eine integrierte Schaltung zur Verwendung als Speicherphotodetektor gemäß der Erfindung mit im Speicherbetrieb arbeitenden Dioden kann ebenfalls ohne besondere Schwierigkeiten hergestellt werden. Die als Beispiel in Figur 6 dargestellte, mit Dioden arbeitende Anordnung ist in mancher Hinsieht ähnlich aufgebaut wie die mit Transistoren arbeitende Anordnung gemäß Figur 5« Die Anordnung gemäß Figur 6 enthält einen Halbleiterkörper 141» ein erstes Gebiet 142, ein zweites Gebiet 143, ein drittes Gebiet 144» einen ersten Übergang 153» einen zweiten Übergang 154, einen dritten Übergang 155, eine- isolierende dielektrische Sohicht 148, eine Schicht aus lichtundurchlässigem Material und einen ohmschen Kontakt 152 zu dem dritten Gebiet 144. Der Halbleiterkörper 1141 und die Gebiete 142, 143 und 144 sind aus Einkristall-Halbleitermaterial hergestellt, vorzugsweise Silizium, wobei der Halbleiterkörper 141 einen ersten Leitfähigkeitstyp besitzt, vorzugsweise die n-leitfähigkeit». und die Gebiete 142, 143 und 144 den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp,- vorzugsweise die p-Leitfähigkeit. Der Halbleiterkörper 141 bildet

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die Kathode, und das erste Gebiet 142 bildet die Anode der Photodiode. Der Halbleiterkörper 141 bildet ebenfalls die Kathode, und das zweite Gebiet 143 bildet die Anode der Speioherdiode. Bin p-Kanal-MOS-Transistor vom Anreioherungstyp ist durch das erste Gebiet 142 und.das zweite Gebiet 143 gebildet, welche sich im Abstand voneinander befinden und die Enden eines Kanalgebietes 145 darstellen. Das erste Gebiet 142 wird als Quelle bezeichnet, während das zweite Gebiet 143 die Senke ist. Ein weiterer p-Kanal-MOS-Transistor vom Anreioherungstyp ist durch das zweite Gebiet 143 und das dritte Gebiet 144 gebildet; diese Gebiete sind im Abstand voneinander angeordnet und bilden die Enden eines weiteren Kanalgebietes 146. Das zweite Gebiet 143 wird als Quelle bezeichnet, während das dritte Gebiet 144 die Senke ist. Die MOS-Transistoren können symmetrisch sein; beispielsweise kann in dem ersten MOS-Transistor das erste Gebiet 142 als Senke arbeiten, während das zweite Gebiet 143 die Quelle sein kann»

Die isolierende,dielektrische Sohioht 148 befindet sich über der Oberfläche 147 einschließlich der Kanalgebiete 145 und 146 und der Gebiete 142, 143 und 144, wobei ein Teil der Oberfläche des dritten Gebietes 144 nicht bedeckt ist. . .

Die Steuertore 149 und 151, durch die geeignete !Potentiale an Teile der Isolierschicht HS über den entsprechenden Kanalgebieten 145 und 146 angelegt werden, sind auf der Isolierschicht I48 angeordnet. Das erste Steuertor 149 befindet sich über dem ersten Kanalgebiet 145, und es überlappt die beiden Gebiete 142 und 143 etwas, 1st jedoch diesen gegenüber isoliert, und es bedeokt das ganze Kanalgebiet 145, das sich von dem ersten Gebiet 142 zu¹ dem zweiten Gebiet 143 erstreckt· Das zweite Steuertor 151 liegt über dem zweiten Kanalgebiet I46, und es überlappt etwas das zweite Gebiet 143 und das dritte Gebiet 144, ist jetooh diesen gegenüber isoliert, und es bedeokt das ganze Kanalgebiet 146,.' welches sich von dem zweiten Gebiet 143 zu dem dritten Gebiet 144 erstreckt« Die Steuertore 149 und 151 sind aus einem geeigneten Metall aufgetragen, beispielsweise aus Aluminium.

Eine Sohioht 150 aus 11ohtundurchlässigem Material liegt über einem Teil der Isolierschicht 148 in der Nähe des zweiten Gebietes

143 und des dritten Gebietes 144j so daß die empfindlichen Gebiete vor Lichteinwirkung geschützt sind· Ein metallischer ohmscher Kontakt, beispielsweise ein Aluminiumkoiitakt 152, ist an dem freiliegenden Teil des dritten Gebietes 144 angebracht, und an dem Halbleiterkörper 141 befindet sich außerdem ein ohmscher Kontakt 157· Das lichtundurchlässige Material kann entweder nichtmetallisch sein, beispielsweise aus einer photographischen Emulsion bestehen, oder es kann ein Metall sein, beispielsweise Aluminium. Wenn ein metallisches Material verwendet wird, müssen geeignete Vorkehrungen getroffen werden, um es gegenüber benachbarten Metallkontakten zu isolieren·

Obwohl die beschriebenen Anordnungen sich auf bestimmte charakteristische Ausführungsformen beziehen, sind die Grundsätze, nach denen diese Anordnungen aufgebaut sind, auch in vielen anderen Fällen und Ausführungsformen anwendbar, die dem Fachmann dieses Gebietes zugänglioh sind. Beispielsweise ist die Erfindung nicht beschränkt auf solche Ausfütaungsformen, bei denen nur Transistoren oder nur Dioden verwendet werden, sondern es sind auch verschiedene Kombinationen von Halbleiterbauelementen möglich, beispielsweise eine Diode im Zusammenwirken mit einem Transistor.

In Figur 7 ist schematisch eine Schaltung mit einer zweidimensional en Anordnung von Photodetektoren mit elektronischem Verschluß nach dem Ausführungsbeispiel der figur 1 in Kombination mit der Abtastteohnik dargestellt, wie sie in der US-amerikanisohen Patentanmeldung 533 635 vom 11.3-1966 der Anmelderin beschrieben ist. lediglich zur Erläuterung, nicht aber zur Einschränkung des Erfindungsgedankens, sind auch zusätzliche Schaltmögliohkeiten zur selektiven Erregung der Anordnung mit Videofrequenzen dargestellt, da ein· Anordnung gemäß der Erfindung als das Festkörper-Äquivalent einer Vidiconröhre angesehen werden kann. In Figur 7 iet eine Anordnung von 2x2 Elementen dargestelltϊ dies soll jedoch ebenfalls keiiie 'Einschränkung des Erfindungsgedankens sein, sondern ea dient Iediglioh zur Vereinfachung der Beschreibung, da eine Anordnung dieser Art mit Dichten von mehr als 200 Pnotodetektoren Je Zoll (2,45 om) in jeder Dimension dargestellt werden kann«

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In der in Figur 7 dargestellten Anordnung sind die lichtempfindlichen Einrichtungen als Phototransistoren dargestellt, und diese haben in der ersten Spalte die Bezugszeichen 60 und/70 erhalten, während sie in der zweiten Spalte die Bezugszeiohen 80 und 90 halben. Mit jeder der lichtempfindlichen Einrichtungen ist ein Speicher verbunden, und diese sind in Figur 7 als Speichertransistoren dargestellt. In der ersten Spalte besitzen die Speichertransistoren die Bezugszeichen 64 und 74» und in der zweiten Spalte haben sie die Bezugszeiohen 84 und 94. Um jeden Speichertransistor ist eine ovale ausgezogene Linie gezeichnet , um. anzudeuten, daß ihr empfindliches Gebiet gegenüber Licht einf all geschützt ist, so daß sie sich stets in dunkler Umgebung befinden. Zwischen den Phototransistoren und Speichertransistoren befindet sich jeweils ein Schalt-Element, die in Figur 7 als erster MOS-Transistor dargestellt sind und in Spalte T die Bezugszeichen 62 und 72 und in Spalte 2 die Bszugszeichen 82 und 92 haben. Außerdem ist mit jedem Speichertransistor eine Ausgangseinrichtung verbunden, welche im vorliegenden Fall aus einem zweiten MOS-Transistor besteht, und diese Transistoren haben in Spalte 1 die Bezugszeichen 66 und 76, während sie in Spalte 2 die Bezugsζeichen 86 und 96 haben; diese Transistoren sind so geschaltet, daß in den Speichertransistoren gespeicherte Informationen selektiv gelesen werden können·

Eine Sammelschiene 85 verbindet alle Emitter der Phototransistoren 60, 70, 80 und 90 miteinander und mit dem ersten Impulserzeuger 16, so daß bei Anlegen einer negativen Spannung aus dem ersten Impulserzeuger 16 eine Anfangsladung auf den Basis-Kollektor-Übergang jedes der Phototransistoren aufgebracht wird. Eine weitere Sammelschiene 89 verbindet alle Tor-Elektroden der ersten MOS-Transistoren 62, 72, 82 und92 miteinander und mit dem zweiten Impulserzeuger 17» wenn an diese Sammelschiene eine Spannung angelegt wird, welche eine vorgegebene Schwellwertspannung für die MOS-Transistoren überschreitet, wird jeder dieser ersten MOS-Transistoren 62, 72, 82 und 92 in den Betriebszustand versetzt, so daß ein leitfähiger Pfad zwischen den Basis-Elektroden der entsprechenden Phototran-

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sistoren und dem zugehörigen Speichertransistor gebildet wird. Die Senken D der ersten MOS-Transistoren 62, 72, 82 und 92 sind jeweils mit der Basis der ihnen zugeordneten Phototransistoren 60, 70, 80 und 90 verbunden, und die Quellen S sind jeweils mit der Basis der zugeordneten Speichertransistoren 64, 74, 84 und 94 verbunden, so daß bei Erregung des ersten MOS-Transistors die Ladung auf der Basis des Phototransistors zwischen der Basis des Phototransistors und dem zugeordneten Speichertransistor über den durch den ersten MOS-Transistor gebildeten leitfähigen Kanal neu verteilt wird.

Eine erste Reihensammeischiene.61 verbindet die Tor-Elektroden G der zweiten MOS-Transistoren 66 und 86 miteinander, und wenn man an diese Reihensammeischiene eine Spannung legt, welche einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt, werden die zweiten MOS-Transistoren 66 und 86 in den Betriebszustand versetzt»

Eine zweite Reihensammeischiene 71 verbindet die Tor-Elektroden G- der zweiten MOS-Transistoren 76 und 96 miteinander· Wenn an die zweite Reihensammeischiene 71 eine Spannung angelegt wird, welche einen vorgegebenen Wert überschreitet, werden die zweiten MOS-Transistoren 76 und 96 in den Betriebszustand versetztp

Die Senke-Elektroden D der zweiten MOS-Transistoren 66 und 76 sind mit einer ersten Spaltensammelschiene 63 verbunden» Mit einer zweiten Spaltensammelschiene 83 sind die Senke-Elektroden D der zweiten MOS-Transistoren 86 und 96 verbunden. Die Quellen S der zweiten MOS-Transistoren 66, 76, 86 und 96 sind jeweils mit den Emittern der Speichertransistoren 64» 74» 84 und 94 verbunden. Die Masse-Elektroden B der zweiten MOS-Transistoren 66, 76, 86 und 96 sind jeweils mit dem Kollektor der zugeordneten Speichertransistoren 64» 74» 84 und 94 verbunden, und sie sind zusammen an einem gemeinsamen Belastungswiderstand 6 angeschlossen. Über diesem gemeinsamen Belastungswiderstand liegt eine weiterverarbeitende Einrichtung 99· An Stelle eines gemeinsamen Belastungswiderstandes können erforderlichenfalls auch getrennte Belastungswiderstände für jede der abgetasteten

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Spalten verwendet werden, oder auch für jede Kombination aus dem ersten MOS-Transistor, dem zweiten MOS-Transistor, dem Speichertransistor und dem adressierten Phototransistor, Im vorliegenden Fall ist ein gemeinsamer Belastungswiderstand vorgesehen, um zu zeigen, daß die erfindungsgemäße Einrichtung eine Folge von Video-Signalen entsprechend dem Ausgang einer Fernsehkamera erzeugen kann. Wie erwähnt, handelt .es sich hier um eine bevorzugte Ausführungsform, die keine Einschränkung des Erfindungsgedankens darstellt.

Zur Abtastung der Photodetektoranordnung gibt ein Taktgeberimpulserzeuger 69 Impulse an einen Horizontalfrequenzerzeuger 68 und einen Vertikalfrequenzerzeuger 77. Der Horizontalfreq.uenzerzeuger 68 und der Vertikalfrequenzerzeuger 77 sind Frequenzteiler, welche das Taktgeberimpulssignal derart teilen, daß sich die gewünschte horizontale und vertikale Abtastfrequenz ergibt. Der Ausgang aus dem Horizontalfrequenzerzeuger 68 stellt Impulssignale zur Abtastung der Reihen zur Verfügung, welche an einen zyklischen Zähler 67 für die Reihen angelegt werden. Die Impulse des Zählers bewirken eine Erregung der Reihensammelsohienen 61 und 71. Die Ausgangsimpulse des Vertikalfrequenzerzeugers 77 werden an einen zyklischen Zähler 78 für die Spalten angelegt, welcher die Vertikalfrequenzimpulssignale an die Spaltensammelschienen 63 und 83 weitergibt.

Die Wirkungsweise des Photodetektorsystems wird nun anhand der Figuren 7 und 8 beschriebene Der Arbeitsgang wird eingeleitet durch eine negative Spannung 101 aus dem ersten Impulserzeuger 16, .welche über Sammelschiene 85 an die Emitter jedes der Photo- · transistoren 6,0, 70, 80. und 90 angelegt wird und eine erste Ladung auf jeden der entsprechenden Basis-Kollektor-Übergänge aufbringt. Wenn die Ladungen aufgebracht aind, wird die Spannung entfernt, und die Phototransistoren befinden sich nunmehr im. Speioherzustand. Es sei auch angenommen, daß unmittelbar vor dem Anlegen einer-negativen Spannung aus dem ersten Impulserzeuger 16 jeder Basis-Kollektor-Übergang der Speichertransistoren ... ■64, 74, -84 und 94 auf eine ähnliche negative Spannung geladen,.,, ist. Ee wird noch beschrieben werden, in welcher Weiae dies gesohiaht·

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Wenn nun im Zeitpunkt T₀ die Belichtung der Anordnung der Photodetektoren durch die auf treffende Strahlungsenergi-e erfolgt, für welche die entsprechenden Video-Signale zu erzeugen sind, wird ein Photostrom erzeugt. Die Amplitude des Stromes ändert sich in jeder Einrichtung mit der Intensität der auftreffenden Strahlungsenergie. In einem vorgegebenen Zeitpunkt wird eine negative Spannung 102 von dem zweiten Impulserzeuger 17 über Sammelschiene 89 an jede der Tor-Elektroden G der MOS-Transistoren 62, 72, 82 und 92 angelegt und versetzt sie in den Betriebszustand, so daß eine Verbindung zwischen der Basis jedes Phototransistors und dem zugehörigen Speichertransistor gebildet wird« Die von dem Phototransistor erzeugte Ladung wird dann zwischen dem Kollektor-Basis-Übergang des Phototransistors und dem Kollektor-Basis-Übergang des zugehörigen Speichertransistors neu verteilt· Im Zeitpunkt T_ wird die negative Spannung 102 aus dem zweiten Impulserzeuger 17 von den Tor-Elektroden G- der MOS-Transistoren entfernt, und jeder Speichertransistor ist dann gegenüber dem entsprechenden Phototransistor isoliert» Wie bereits beschrieben, sind die Speichertransistoren gegen Lichtauffall abgeschirmt, so daß nach Trennung der Speichertranaistoren von den Phototransistoren die Speichertransistoren unempfindlich gegenüber irgendwelchen Änderungen der auf die Phototransistoren auftreffenden Strahlungsenergie sind· Die Ladung, die den betreffenden Lichtbildteil repräsentiert» ist nun in dem Kollektro-Basis-Übergang des Speichertransistors gespeichert und steht zum Lesen in einem späteren Zeitpunkt zur Verfügung·

Beim Anlegen eines Abtastsignals an die zyklischen Zähler der Reihen und der Spalten zur Erregung der ersten Reihensammeischiene -61 und der ersten SpaltensämmelscirLen© 63 wird ein. negativer Spannungsimpuls 103 an die Senke D des zweiten MOS-Transistors 66 von der ersten Spaltensammelsohiene 63 angelegt, und eine weitere negative Spannung 106 wird von der ersten Reiheri&ammelsohiene 61 an die Tor-Elektrode G des aweiten MOS- ^ 66 angelegt· Es wird nun eia'lettfähiger Pfad n* Quelle und Senke gebildet, so daS^eln Strom von der , Reihensammelsoniene über den zweiten MOS-Tranais tor 66, durch den 8ptiohertransistor 64 und anschließend sum gemeinsamen ·■'■■■■■ 009848/1401 ^!

Belastungswiderstand 6 fließen kann. Die Amplitude dieses Stromes, die in der weiterrerarbeitenden Einrichtung 99 wirksam wird, ändert sich mit der Ladung auf dem Kollektor-Basis-•Übergang des Speichertransistors 64, welche ausgehend von dem Kollektor-Basis-Übergang des Phototransistors 60 neu verteilt wurde, und welche die Intensität der auf den Phototransistor auftreffenden Strahlungsenergie darstellt. Der durch den Transistor 64 fließende Strom dient auch zur Wiederaufladung des Kollektor-Basis-Überganges des Transistors 64 auf seinen ursprünglichen Wert, so daß er wiederum in der Lage ist, Informationen von dem Phototransistor 60 aufzunehmen. Während die negative Spannung 106 aus dem zyklischen Zähler 67 der Reihe für eine fortdauernde Erregung der ersten Reihensammeischiene 61 sorgt, legt der zyklische Zähler 78 eine negative Spannung 104 an die zweite Spaltensammeischiene 83 und an die Senke D des zweiten MOS-Transistors 86, so daß Strom durch den gemeinsamen Belastungswiderstand 6 fließt. Die Amplitude des Stromes wird durch die in dem Speiehertransistor 84 gespeicherte Ladung "bestimmt und sie repräsentiert die Intensität der auf den Phototransistor 80, und nicht auf den Phototransistor 60, auftreffenden Strahlungsenergie_o - Damit ist eine kurze Beschreibung des Abtastvorganges der Photodetektoren gegeben; jeder Photodetektor in der Spalte wird nacheinander erregt, während jeweils die Erregung der Reihe aufrechterhalten bleibt. Über dem gemeinsamen Beiastungswiderstand 6 tritt demnach eine Folge von Spannungen auf, welche die Strahlungsenergie wiedergibt, der die Phototransistoren ausgesetzt sind. Die weiterverarbeitende Einrichtung 99 kann beispielsweise eine Einrichtung zur Erzeugung eines Schirmbildes sein, jedoch können an dieser Stelle auch andere geeignete Einrichtungen zur Verarbeitung der Videosignale vorgesehen sein, welche durch die in Figur 7 dargestellte Schaltung erzeugt werden. Bei dem vorstehenden Beispiel erfolgte die Wahl der Reihen und Spalten in der gewöhnlichen Reihenfolge, jedoch braucht dies nicht notwendigerweise der Fall zu sein; die Wahl kann in jeder gewünschten Reihenfolge erfolgen. Die Einrichtung gemäß der Erfindung stellt somit eine einfache und zweckmäßige Anordnung zur Darstellung des Bildes dar, welches der Anordnung dargeboten wird.

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Durch die Erfindung ist ein neuer, zweckmäßiger und betriebssicherer Speicherphotodetektor mit elektronischem Verschluß geschaffen,·der in besonders einfacher Weise darstellbar ist. Der Photodetektor kann insbesondere nach der Technik der integrierten Schaltkreise und der integrierten Schaltanordnungen hergestellt werden.

Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf bestimmte Anwendungen und Ausführungsformen beschrieben worden,jedoch ist sie nicht auf diese beschränkt, da der Erfindungsgedanke auch bei weiteren Anwendungsmöglichkeiten und Ausführungsformen verwirklicht werden kann. Insbesondere ist es möglich, verschiedene Kombinationen von Festkörperelementen mit wenigstens einem pn-übergang für die lichtempfindliche Einrichtung oder das Speicherelement zu verwenden. Beispielsweise können der Transistor 10 gemäß Figur 1 und die Diode 25 gemäß Figur 3 in der gleichen Schaltung verwendet werden, und zwar das eine Teil als. lichtempfindliches· Element und das andere als Speicherelement, wobei der lichtempfindliche Teil gegenüber dem Auftreffen von Licht geschützt werden muß.

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Claims (16)

1. Speicher-Photodetektor mit elektronischem Verschluß, gekennzeichnet durch eine lichtempfindliche Halbleiterzelle mit wenigstens einem pn-übergang, welche im Speicherbetrieb arbeitet und. ein elektronisches Signal entsprechend 'der auftreffenden Strahlungsenergie erzeugen kann, einen Halbleiterspeicher mit wenigstens einem pn-übergang, welcher im Speicherbetrieb arbeitet und das elektronische Signal speichern kann, und dessen lichtempfindlicher Bereich vor dem Auftreffen von Strahlungsenergie geschützt ist, eine Kopplung zwischen der lichtempfindlichen Zelle und dem Speicher, welche das elektronische Signal aus der lichtempfindlichen Zelle in gewählten Intervallen in den Speicher einführt, und eine Leseeinrichtung zum Lesen des elektronischen Signals in dem Speicher in gewählten Intervallen*

2, Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Sehalt-Element für die Kopplung, welches einerseits mit der lichtempfindlichen Zelle und andererseits mit dem Speicher verbunden ist und in gewählten Intervallen in die Betriebslage versetzt wird, und eine Ladeeinrichtung für die lichtempfindliche Zelle, durch die ein in dieser befindlicher pnübergang in gewählten Intervallen auf eine vorgegebene Ladung aufgeladen wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Zelle als erster Transistor und der Speicher als zweiter Traneistor ausgebildet sind, daß die Ladeeinrichtung einen ersten Impulserzeuger zum Laden des Basis-Kollektor-Überganges des ersten Transistors aufweist, daß die Schalt-Einrichtung zwischen den Basen des.ersten und des zweiten Transistors liegt, daß ein zweiter Impulserzeuger vorgesehen ist, welcher das Schalt-Element in den Betriebszustand vernetzt, und daß die Leseeinrichtung mit dem zweiten Transistor derart gekoppelt ist, daß sie die in dessen Basis-Kollektor-pn-übergang gespeicherte Ladung lesen kann.

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4· Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Tranaistor als doppelt diffundierte Planartransistoren mit niedrigem Leokstrom ausgebildet sind, daß das Schalt-Element einen Metall-Oxyd-Silizium-Transistor (MOS-Transistor) enthält, dessen Quelle-"und Senke-Elektroden zwischen den Basen des ersten und zweiten Transistors liegen, und dessen Tor-Elektrode mit dem zweiten Impulserzeuger verbunden ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Zelle als erste Diode und der Speicher als zweite Diode ausgebildet sind, wobei eine Elektrode der ersten Diode an eine gemeinsame Verbindung mit der gleichen Elektrode der zweiten Diode angeschlossen ist, und die Leseeinrichtung mit der zweiten Diode derart verbunden ist, daß sie in gewählten Intervallen die in dem Anoden-Kathadexi-Übergang gespeicherte Ladung liest» · .

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Diode Planardioden mit niedrigem Leck—

- strom sind, und daß die Kopplung einen ersten MOS-Transistor enthält, dessen Quelle- und Senke-Elektroden zwischen den unverbundenen Elektroden der ersten und der zweiten Diode liegen, und dessen Tor-Elektrode mit einem ersten Impulserzeuger verbunden ist.

7· Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß; die erste und die zweite Halbleiterdiode Planardioden sind,daß die Kopplung einen ersten MOS-Transistor enthält, dessen Quelle- und Senke-Elektroden zwischen &®xi miverbundenen Elektroden der ersten und der zweiten Blo&e liegen, daß ein erster Impulserzeuger mit der Tor-Elektrode des ersten MOS-Transistors derart verbunden ist,, daß er diesen in gewählten Intervallen in den Betriebszustand versetzen kanug daß die Lesseinriclitung eine Reihenschaltung aus einem Belastungßwi&erstanfe und einer . Spannungaquelle ist, wobei eine Klemme dieser Reihenschaltung mit dar gemeinsamen Verbindung awieofeen der ersten und der sweiten Diode verbunden ist, daß ein zweiter MOS-Transistor

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mit seinen Quelle- und Senke-Elektroden zwischen der zweiten Diode und'der anderen- Klemme der Reihenschaltung liegt, und ein zweiter Impulserzeuger mit der Tor-Elektrode des zweiten MOS-Iranssistors so verbunden ist, daß er diesen in gewählten Intervallen in den Betriebszustand versetzen kann·

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindliche Zelle, der Speicher und die Kopplung in einem integrierten Schaltkreis liegen, welcher folgende Teile enthält: einen Einkristall-Halbleiterkörper mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, in dem ein erstes und ein zweites Gebiet entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps angeordnet sind, von denen jedes einen pn-Übergang gegenüber dem Halbleiterkörper bildet, deren Rand in der Oberfläche des Halbleiterkörpers liegt, wobei die beiden Gebiete in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß sie die Enden eines Kanals darstellen und bei Anlegen eines elektrischen Feldes ein Strom vom einen zum anderen Gebiet über den Kanal fließen kann; innerhalb des ersten und des zweiten Gebietes ist je ein besonderes Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp angeordnet, welche sich von der Oberfläche des Halbleiterkörpers nach innen erstrecken und gegenüber dem ersten und zweiten Gebiet jeweils pn-Übergänge bilden, deren Rand in der Oberfläche des Halbleiterkörpers liegt; eine Isolierschicht, welche über dem Halbleiterkörper, dem ersten und zweiten Gebiet, den besonderen Gebieten und dem Kanal angeordnet ist und jeweils einen Teil der beiden besonderen Gebiete unbedeckt läßt;

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Kontakte, welche mit den unbedeckten Teilen der beiden besonderen Gebiete in Verbindung stehen; ein Tor, welches ein Potential an wenigstens einen Teil des isolierenden Gebietes über dem Kanal legen kann; und eine Schicht aus lichtundurchlässigem Material, welche die Isolierschicht über dem'zweiten Gebiet derart abdeckt, daß der lichtempfindliche Bereich des zweiten Gebietes gegen Lichteinfall geschützt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper und das erste und zweite Halbleitergebiet aus Einkristall-Silizium bestehen, daß die Isolierschicht aus Silizium-Oxyd besteht, und daß das Tor eine Metallschicht ist»

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Iichtundurohlässige Material, das den lichtempfindlichen Bereioh des zweiten Gebietes bedeckt, eine Aluminiumschicht ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 5, 6 oder 7, da~ durch gekennzeichnet, daß sie als integrierter Schaltkreis aufgebaut ist und die folgenden Teile enthält: einen Einkristall-Halbleiterkörper mit einem ersten Leitfähigkeitstyp, in dem sich ein erstes, aweites und drittes Einkristall-Halbleitergebiet entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps befinden, von denen jedes einen besonderen pn-übergang gegenüber dem Halbleiterkörper bildet, deren länder in der Oberfläche des Halbleiterkörpers liegen, wobei das erste und das zweite Halbleitergebiet derart im Abstand voneinander angeordnet sind, daß sie die Enden eines ersten Kanals bilden, und das zweite und das dritte Gebiet derart im Abstand voneinander angeordnet sind, daß sie die Enden eines zweiten Kanals bilden, so daß beim Anlegen eines elektrischen Feldes ein Strom vom einen zum anderen Gebiet über den betreffenden Kanal fließen kann; eine Isolierschicht Über dem Halbleiterkörper, den beiden Kanälen, und den drei Gebieten, welche in dem dritten Gebiet einen Teil frei läßt, mit dem ein Kontakt in Verbindung steht; ein erstes Tor zum Anlegen eines Potentials an wenigstens einen Teil der Isolierschicht über dem ersten Kanal und ein zweites Tor zum Anlegen eines Potentials an wenigstens

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einen Teil der Isolierechient über dem zweiten Kanal; und eine Schicht ausliehtundurohlässigem Material, welche die Isolierschicht über dem zweiten und dritten Gebiet bedeckt, so daß die lichtempfindlichen Bereiche des zweiten und dritten Gebietes gegen Liohteinfall geschützt sind.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper und die drei Gebiete aus Einkristall-Silizium bestehen, daß die Isolierschicht aus Silizium-Oxyd besteht, und daß die beiden Tore Metallschichten sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, daduroh gekennzeichnet, daß das lichtundurchlässige Material über den lichtempfindlichen Bereiohen des zweiten und des dritten Gebietes Aluminium ist.

14· Anordnung von Photodetektoren naoh einem der Ansprüohe 1 - 13, daduroh gekennzeichnet, daß mehrere Photodetektoren mit lichtempfindlicher Zelle, Speicher und einem zwischen Zelle und Speicher liegender Kopplung in Reihen und Spalten angeordnet sind, und daß die leseeinriohtung mit den Speiohern der Photodetektoren derart verbunden ist, daß die dort gespeicherte Information selektiv gelesen werden kann. .

15. Anordnung von Photodetektoren naoh Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Photodetektoren mit lichtempfindlicher Zelle, Speicher und zwischen Zelle und Speicher liegender Kopplung in Heihen und Spalten angeordnet sind, daß die Leseeinrichtung in Reihen und Spalten angeordnete, zweite Schalt-Elemente enthält,wobei ji eines dieaer Sohalt-Elemente den zweiten Transistoren zugeordnet und mit ihnen gekoppelt ist, wobei eine Erregung vorhanden ist, welohe an eine vorgegebene Reihe der zweiten SohaJ.t-Elemente selektiv Erregerpotentiale anlegt, um die zweiten Sohalt-Elemente in den Betriebszustand zu versetzen, und eine weitere Erregung, welche Erregerpotentiale selektiv an eine vorgegebene Spalte anlegt, so daß bei Betriebszustand der zweiten Sohalt-Elemente einer vorgegebenen Reihe da· Schaltelement* am Schnitt-

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punkt der vorgegebenen Reihe und Spalte einen Strom zwischen Emitter und Kollektor des zugeordneten zweiten Transistors fließen läßt und die in dem Kollektor-Basis-Übergang gespeicherte ladung gelesen werden kann.

16. Anordnung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeiebnetj daß Jedes der zweiten Sehalt-Elemente in der Anordnung ein MOS-Transistor ist, dessen Tor-Elektrode mit einer entsprechenden Reihensammeischiene und dessen Quelle- und Senke-Elektroden zwischen einer entsprechenden SpaltensammeIschiene und dem Emitter des zugeordneten zweiten Transistors liegen*

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