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DE2347271C2 - Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung - Google Patents

Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung

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Publication number
DE2347271C2
DE2347271C2 DE2347271A DE2347271A DE2347271C2 DE 2347271 C2 DE2347271 C2 DE 2347271C2 DE 2347271 A DE2347271 A DE 2347271A DE 2347271 A DE2347271 A DE 2347271A DE 2347271 C2 DE2347271 C2 DE 2347271C2
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DE
Germany
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layer
radiation
gate electrode
semiconductor
connection
Prior art date
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Expired
Application number
DE2347271A
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English (en)
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DE2347271A1 (de
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John Ernest Salfords Surrey Ralph
John Martin Shannon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Publication of DE2347271A1 publication Critical patent/DE2347271A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2347271C2 publication Critical patent/DE2347271C2/de
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Anordnungen können aus Photodetektoren mit Verstärkung bestehen, falls die Halbleiterschicht ein einziges strahlungsempfindliches Element enthält Wenn die Halbleitecschicht eine Anzahl strahlungsempfindlicher Elemente enthält, können die Anordnungen als Festkörperbildsensoren mit erheblicher Verstärkung, z. B. als Bildaufnahmevorrichtungen ausgebildet werden, die getrennte elektrische Ausgangssignale liefern können, die eine Anzeige der Strahlung geben, die auf die einzelnen strahlungsempfindlichen Elemente oder in der Nähe dieser Elemente einfällt, oder die Anordnungen können als Festkörperbildverstärker und als Festbüdkathoden ausgebildet werden.
Die Anwendung von Feldeffekttransistoren, deren Gate-Elektrode durch einen gleichrichtenden Übergang von dem Kanalgebiet getrennt ist, in einer Bildaufnahmevorrichtung, ist aus der US-PS 33 66 802 bekannt. Diese Anordnung ist jedoch nicht für den Betrieb im Ladungsspeichermodus geeignet.
Aus der DE-OS 21 53 406 ist zwar eine Bildaufnahmevorrichtung bekannt, die im Ladungsspeichermodus betrieben wird. Diese Vorrichtung weist aber eine Eimerkettenschaltung auf, bei der die Ladung in Gebieten
gespeichert wird, die abwechselnd die Source- und Draingebiete von Feldeffekttransistoren bilden.
Eine Halbleiteranordnung der eingangs erwähnten Art ist in dem älteren deutschen Patent 22 13 765 der Anmelderin vorgeschlagen.
Die Feldeffekttransistoren nach dem älteren Recht eignen sich für den Betrieb im Lsdungsspeichermodus, wobei zwischen Rasterintervallen der Kanal jedes Transistors von einem Erschöpfungsgebiet gesperrt wird, das durch das Anlegen eines Spannungsimpulses an die Gate-Elektrode gebildet wird. Infolge Belichtung wird das Erschöpfungsgebiet kleiner, wodurch der Kanal in einem Maße geöffnet wird, das durch u. a. die Strahlungsintensität und die Belichtungszeit bestimmt wird. Jeder Transistor kann erwünschtenfalls mehrere Male während jedes Rasterintervalls einem nicht destruktiven Auslesevorgang dadurch unterworfen werden, daß ein Impuls der Source- oder Drain-Elektrode zugeführt wird. Am Ende jedes Rasterintervalls wird wieder ein Impuls der Gate-Elektrode zugeführt, um den Kanal aufs neue zu sperren. Mit diesem Ladun^sspeichermodus kann ein Ausgangssignal für jedes Bildelement (jeden Transistor) erhalten werden, das ein Maß iür die Gesamtmenge an Strahlung ist, die in dem Zeitintervall zwischen dem Anlegen des Impulses an die Gate-Elektrode am Anfang der Rasterperiode und dem Anlegen des Ausleseimpulses absorbiert wird. Die von den Transistoren gelieferte Verstärkung kann in Form von Spannungsverstärkung oder Ladungsverstärkung erhalten werden. Bei Anwendung von z. B. Spannungsvej-stärkung können Verhältnisse von mehr als 1000 in den Ausgangsspannungen mit und ohne auf die Bildelemente einfallender Strahlung bei einem Spannungspegel in der Größenordnung von mehreren Volt erhalten werden. Bei gewissen Anwendungen, bei denen keine Spannungsverstärkung erforderlich ist, kann es wünschenswert sein, die Strom- oder Ladungsverstärkung des Transistors zu benutzen. Die Anwendung derartiger durch Feldeffekttransistoren gebildeter Bildelemente für Wiedergabe-'wecke ergibt also wesentliche Vorteile, von denen viele sich aus der Verstärkung ergeben, die von dem Transistor geliefert wird.
Zum Erzeugen getrennter Ausgangssignale, die eine Anzeige der Zahl der Photonen geben, die in der Nähe jedes Elementes (Transistors) einfällt, können verschiedene elektrische Schaltmittel Anwendung finden. Für jeden Transistor sind jedoch drei Anschlußklemmen erforderlich, und zwar für die Gate-Elektrode, für die Source-Elektrode und für die Drain-Elektrode. Es ist möglich, die Anordnung derart auszubilden, daß nur entweder eine einzige Source-Verbindung oder eine einzige Drain-Verbindung vorhanden ist, die dann allen Drain- bzw. Source-Elektroden der Transistoren gemeinsam ist. Dies macht dann zwei weitere getrennte Verbindungen für jeden Transistor notwendig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art eine erhebliche Vereinfachung der Kontaktierung zu erreichen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch das Anbringen eines Aufladekondensators in Reihe mit der Gate-Elektrode jedes Transistors die Anschlüsse in der Anordnung vereinfacht werden können und verschiedene vorteilhafte Strukturen, insbesondere für Anwendung als z. B. Festkörperbildverstärker und Festkörperbildkathoden geeignete Strukturen, erhalten werden können.
Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Ausgestaltung gelöst
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch das Anbringen des Aufladekondensators und seiner Verbindung mit der genannten ersten Verbindung der Source- und Drain-Verbindungen beträgt in dieser Anordnung die Anzahl Anschlußklemmen in jedem Transistor nur zwei. Dadurch können verhältnis-
!0 mäßig einfache Strukturen erhalten werden, während in gewissen Fällen, wie noch näher beschrieben werden wird, die Anordnung nur eine Anschlußklemme in der Nähe der ersten Oberfläche aufweisen kann. Dies -kann insbesondere günstig sein, wenn es wünschenswert ist, die Anordnung als Festkörperbildverstärker oder als Festkörperbildkathode auszubilden, Ln dem (in der) die elektrolumineszierende Emission bzw. Elektronenemission in der Nähe der ersten Oberfläche der Halbleiterschicht stattfindet.
Der Ladungsspeichermodus einer Anordnung, die die erfindungsgemäßen Merkmale aufweis» ;/ird nunmehr an Hand eines einzigen Feldeffekttransistors betrachtet, der in der Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp angebracht ist Am Anfang der Rasterperiode wird ein verhältnismäßig großer Spannungsimpuls der ersten Anschlußklemme zugeführt, wobei dieser Spannungsimpuls eine geeignete Polarität aufweist, um den zu der Gate-Elektrode gehörigen gleichrichtenden Übergang in die Durchlaßrichtung zu schalten und auf diese Weise den in Reihe geschalteten Kondensator aufzuladen. Nach dem Anlegen des Spannungsimpulses an den Aufladekondensator wird der gleichrichtende Obergang in der Sperrichtung vorgespannt und liefert eine Erschöpfungsschicht, die sich im Kanalgebiet des Transistors erstreckt Wenn keine Strahlung einfällt, wird diese Erschöpfungsschicht, abgesehen von einer langsamen Entladung infolge eines Dunkelstromleckes während eines Rasterintervalls beibehalten. Wenn jedoch Strahlung einfällt, wird derjenige Strahlungsanteil, der in der Hi dblederschicht in dem Erschöpfungsgebiet oder innerhalb einer Diffusionslänge von dem Erschöpfungsgebiet absorbiert wird und Elektron-Loch-Paare erzeugt, bewirken, daß die Gate-Elektrode entladen wird und das Erschöpfungsgebiet kleiner wird. Das Ausmaß der Verkleinerung des Erschöpfungsgebietes und somit der Leitfähigkeit in dem Kanalgebiet zwischen den Source- und Drain-Verbindungen wird von der Intensität der Strahlung und von der Integrationszeit abhängen. Der Transistor wird in jedem Rasterintervall die freien Ladungsträger, die von der einfallenden Strahlung während der ganzen Integrationszeit erzeugt werden, integrieren. Ein nicht destruktives Auslesen kann zu jedem Zeitpunkt während des Raüterintervalls dadurch erfolgen, daß -M& verhältnismäßig kleine Spannung geeigneter Polarität an eine der ersten und zweiten Anschlußklemmen angelegt wira, damit ein Strom durch das Kanalgebiet geschickt wird, wobei die Größe des Stroms und somit des Signals in einem Ausgangskreis von der Leitfähigkeit des Kanalgebietes abhängen wird. Das Auslesen kann dadurch kontinuierlich erfolgen, daß eine konstante Spannung zwischen der ersten und der zweiten Anschlußklemme angelegt wird, wobei die Äufladeimpulsen zwischen aufeinanderfolgenden Rasterintervallen dieser konstanten Vorspannung überlappt werden.
Die Größe des Ausleseimpu'.ses oder der erwähnten konstanten Vorspannung und die Lage der ersten Anschlußklemme in bezug auf den Kondensator und die
genannte erste Verbindung der Source- und Drain-Verbindungen sind vorzugsweise derart gewählt, daß der Kondensator beim Auslesen praktisch nicht aufgeladen wird. Zu diesem Zweck können für den Aufladekondensator verschiedene Konfigurationen verwendet werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform liegt auf der genannten ersten Oberfläche der Halbleiterschicht eine Isolierschicht, die sich bis über die Gate-Elektrode erstreckt, wobei die genannte erste Verbindung in Form einer leitenden Schicht angebracht ist, die sich über mindestens einen Teil der Isolierschicht und der Gate-Elektrode erstreckt und zusammen mit der unterliegenden Gate-Elektrode den genannten Kondensator bildet. Die erste Anschlußklemme kann auf der genannten leitenden Schicht angebracht werden. Die leitende Schicht kann aus einer Metallschicht oder aus Halbleitermaterial bestehen.
Es feibt für das Anbringen des Kondensstors ?μ^Η andere Möglichkeiten; er kann z. B. durch einen pn-Übergang zwischen Gebieten verschiedener Leitfähigkeitstypen in demselben Halbleitermaterial, durch einen Schottky-Übergang zwischen einer Metallschicht und einer Halbleiterschicht ode:r durch einen HeteroÜbergang zwischen verschiedenen Halbleitermaterialien gebildet werden.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Quo schnitt durch einen Teil einer die erfindungsgemäßen Merkmale aufweisenden Anordnung in Form eines einfachen optischen Detektors mit einem einzigen strahlungsempfindlichen Element, das durch einen Feldeffekttransistor gebildet wird, welche Figur außerdem die Schaltung für den Betrieb der Anordnung darstellt;
F i g. 2 eine Draufsicht auf einen Teil der Anordnung nach Fig. 1, wobei Fig. 1 einen Schnitt längs der Linie II der F ig. 2 zeigt;
F i g. 3 ein Schaltbild der Anordnung nach F i g. 1 und der zugehörigen elektrischen Schaltung beim Betrieb;
F i g. 4 verschiedene zu der Schaltung nach F i g. 3 gehörige Spannungsformen beim Betrieb der Anordnung unter verschiedenen Bedingungen einfallender Strahlung;
F i g. 5 einen Schnitt durch einen Teil einer Abwandlung der Ausfiihmngsform nach den F i g. 1 und 2;
F i g. 6 einen Schnitt durch einen Teil einer Festkörperbildkathode;
F i g. 7 eine Draufsicht auf einen Teil der Anordnung nach F i g. 6, wobei F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VIder Fig. 7 zeigt;
F i g. 8 ein Schaltbild des Teiles der Anordnung nach Fig.7;
F i g. 9 einen Querschnitt durch einen Teil eines Festkörperbildverstärkers;
F i g. 10 eine Draufsicht auf einen Teil der Anordnung nach F i g. 9, wobei F i g. 9 einen Schnitt längs der Linie IX-iXderFig. 10 zeigt;
F i g. 11 ein Schaltbild des Teiles der Anordnung nach Fig. 10;
F i g. 12 einen Querschnitt durch einen Teil eines weiteren Festkörperbildverstärkers;
Fig. 13 eine Draufsicht auf einen Teil der A.nordnung nach F i g. 12, wobei F ■ g. 12 einen Schnitt längs der Linie XII-XII der F i g. 13 zeigt; und
F i g. 14 ein Schaltbild des Teiles der Anordnung nach Fig. 13.
Die optische Detektorvorrichtung nach den F i g. 1 und 2 enthält einen Halbleiterkörper mit einer n-leitenden Halbleiterschicht 1 aus Silicium, z. B. mit einem spezifischen Widerstand von 10 Ω ■ cm und einer Dicke von 5 μπι. Die η-leitende Schicht 1 ist eine epitaktische Schicht, die sich auf einem p-leitenden Siliciumsubstrat 2 mit einem spezifischen Widerstand von z. B. 1 Ω ■ cm befindet. Ein strahlungsempfindliches Element befindet sich in der η-leitenden Schicht 1 und enthält einen Feldeffekttransistor, in dem die Gate-Elektrode durch einen
ίο gleichrichtenden Obergang von dem Kanalgebiet getrennt ist. Diese Transistorstruktur (weiter als JFET-Struktur bezeichnet) enthält ein η '•-Oberflächengebiet 3 kreisförmigen Umfangs, das innerhalb eines weiteren η+ -Oberflächengebietes 4 liegt und von diesem Gebiet umgeben ist, wobei das Gebiet 4 die Form eines Streifens mit quadratischem Umfang aufweist, von dem nur ein Teil in Fig. 2 dargestellt ist. Die Gebiete 3 und 4 hilden Source- bzw. Drain-Elektrodenzonen der IFET-Struktur. Ein ringförmiges ρ+ -Oberflächengebiet 5 umgibt das η+ -Gebiet 3 und ist von dem η+ -Gebiet 4 umschlossen. Das ρ+ -Gebiet 5 bildet die Gate-Elektrode der JFET-Struktur und bildet einen pn-übergang mit der η-leitenden Schicht 1, wodurch ein Erschöpfungsgebiet gebildet werden kann, das sich in der Schicht 1 erstreckt. Eine Isolierschicht 6 liegt auf der Oberfläche der Schicht 1. Eine Metallschicht 7 kreisförmigen Umfangs steht über eine öffnung in der Isolierschicht 6 in Kontakt mit dem η+ -Gebiet 3 und erstreckt sich weiter über die Isolierschicht über einen Teil der Gate-Elektrode 5. Eine weitere Metallschicht 8 in Form eines Streifens mit quadratischem Umfang, von dem in F i g. 2 nur zwei Seiten dargestellt sind, erstreckt sich in einer öffnung in der Isolierschicht 6 und bildet einen Kontakt mit dem η+ -Gebiet 4. Die Metallschichten 7 und 8 bilden an ihren Kontakten mit den η+-Gebieten 3 und 4 Source- und Drain-Verbindungen 9 bzw. 10, die, auf die Oberseite der Schicht gesehen, lateral voneinander getrennt sind, wobei ein η-leitendes Kanalgebiet der JFET-Struktur in dem Teil der Schicht zwischen den genannten Verbindungen liegt, in dem ein praktisch lateraler Elektronenstrom zwischen den genannten Verbindungen auftreten kann. Dieser praktisch laterale Elektronenstrom wird in Abhängigkeit von der Ausdehnung eines Erschöpfungsgebietes bestimmt, das sich in der Schicht
1 von dem pn-übergang zwischen der ringförmigen p+-Gate-Elektrode 5 und der η-leitenden Schicht 1 erstreckt
An der Stelle, an der die Metallschicht 7 auf der Isolierschicht 6 über der Gate-Elektrode 5 liegt, bildet diese zusammen mit der genannten Isolierschicht und d«.i genannten Gate-Elektrode einen Metall-Oxyd-Halbleiter-(MOS)-Aufladekondensator. Auf diese Weise ist die Gate-Elektrode 5 über den genannten Aufladekondensator mit der Drain-Eiektrodenverbindung 9 verbunden. Die Metallschicht 7, mit der ein Leiter 11 verbunden ist, bildet eine erste Anschlußklemme, die einen der Drain-Verbindung 9 und der von der Gate-Elektrode 5 abgekehrten Seite des Aufladekondensators gemeinsamen Anschluß bildet. Die Metallschicht 8, mit der ein Leiter 12 verbunden ist, bildet einen Anschluß mit der Source-Verbindung 10. Da die Metallschicht 7 nur oberhalb eines Teiles der Gate-Elektrode 5 liegt, kann die zu detektierende Strahlung geeigneter Wellenlänge, die auf der Oberseite des Halbleiterkörpers einfällt, bis in die Halbleiterschicht eindringen und in der Nähe des Kanalgebietes absorbiert werden, wodurch freie Ladungsträger erzeugt werden. Freie Ladungsträger, die in dem zu dem pn-übergang zwischen der ρ+-Gate-
Elektrode 5 und der η-leitenden Schicht 1 gehörigen Erschöpfungsgebict oder innerhalb einer Diffusionslänge von dem genannten Erschöpfungsgebiet erzeugt werden, können bevirken, daß das Erschöpfungsgebiet kleiner wird und somit das Kanalgebiet öffnet.
Der Ladungsspeichermodus der Anordnung wird an Hand der Fig. 1,3 und 4 beschrieben. Die Metallschicht 8, die die zweite Anschlußklemme bildet, wird über die Leitung (2 und die veränderliche Gleichspannungsquelle 14 mit dem Substrat 2 verbunden. Auf diese Weise kann der pn-übergang zwischen dem Substrat 2 und der Schicht 1 erwünschtenfalls in der Sperrichtung vorgespannt werden. Ein Widerstand R ist mit der Leitung 11 zu der ersten Anschlußklemme, die durch die Metallschicht 7 gebildet wird, in Reihe geschaltet. Zwischen dem Widerstand R und der Leitung 12 befindet sich eine Spannungsimpulsquelle VnIVi. Eine Ausgangsspannung Vo kann über dem Widerstand R entnommen werden, wie dargestellt ist Die Impulsquelle liefert eine Reihe von Spannungsimpulsen mit Rasterperioden If von z. B. 5 msec zwischen nacheinander erscheinenden Impulsen. Die Impulse weisen einen Höchstwert Vr von z. B. 15 V und eine Dauer von 1 \istc auf. Das Anlegen jedes Spannungsimpulses Vr hat den Zweck, den Kanal der JFET-Struktur zu sperren. Dies wird dadurch erreicht, daß der Impuls Vr (nachstehend als Rückstellimpuls bezeichnet) in derartigem Sinne angelegt wird, daß die Metallschicht
7 in bezug auf die Metallschicht 8 positiv ist und der pn-Übergang der Gate-Elektrode 5 in die Durchlaßrichtung geschaltet und der MOS-Aufladekondensator aufgelader wird. Durch das Wegfallen des Impulses Vr wird der pn-Übergang der Gate-Elektrode in der Sperrichtung vorgespannt und bildet sich eine Erschöpfungszone, die sich von dem genannten Übergang her in der Schicht 1 erstreckt. Die Größe und die Dauer von Vr sind derart gewählt, daß sich das Erschöpfungsgebiet genügend weit in der η-leitenden Schicht 1 erstreckt, um den Kanal der JFET-Struktur zu sperren. In dem Falle, in dem eine Sperrspannung über dem pn-Übergang zwischen dem Substrat und der Schicht angelegt ist, die von der Spannungsquelle 14 geliefert wird, genügt es, daß die Erschöpfungsschicht des pn-Übergangs der Gate-Elektrode 5 und die zu dem pn-Übergang zwischen Substrat und Schicht gehörige Erschöpfungsschicht sich treffen. In der nachstehend als Durchschlagmodus (punch-through mode) bezeichneten bevorzugten Ausführungsform ist aber die Gleichstromvorspannungsquelle 14 nicht vorhanden, sondern ist die Metallschicht
8 direkt mit dem Substrat 2 verbunden. Wenn das zu dem pn-C'bergang der Gate-Elektrode gehörige Erschöpfungsgebiet den pn-Übergang zwischen Substrat und Schicht erreicht, injiziert das p-leitende Substrat Löcher in die Schicht 1, wodurch das zu dem pn-Übergang der Gate-Elektrode gehörige Erschöpfungsgebiet beschränkt wird und sich bis zu dem pn-Übergang zwischen Substrat und Schicht jedoch nicht bis jenseits dieses Übergangs erstreckt
Nach dem Anlegen des Rückstellimpulses bewirkt einfallende absorbierte Strahlung, die freie Ladungsträger in dem zu dem pn-Übergang der Gate-Elektrode gehörigen Erschöpfungsgebiet oder innerhalb einer Diffusionslänge von diesem Gebiet erzeugt, daß das Erschöpfungsgebiet kleiner wird und somit den Kanal öffnet Bei jedem Rasterinterval! wird die JFET-Struktur die von der einfallenden Strahlung erzeugten freien Ladungsträger integrieren. Während der Rasterintervalle kann auf verschiedene Weise nichtdestruktiv ausgelesen werden. Bei einer Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, daß ein Impuls V; mit der gleichen Polarität wie VR, aber mit einer kleineren Amplitude und einer längeren Dauer, zwischen den Metallschichten 7 und 8 angelegt wird, so daß Strom durch den Kanal fließt. Die Ausgangsspannung V„ ist ein Maß für die durch Absorption von Strahlung in dem Erschöpfungsgebiet oder innerhalb einer Diffusionslänge von diesem Gebiet erzeugten freien Ladungsträger in der Periode zwischen dem Anlegen des Rückstellimpulses und dem Anlegen
ίο des Ausleseimpulses. Der Ausleseimpuls kann zu jedem Zeitpunkt während des Rasterintervalls zugeführt werden und eine Anzahl Ausleseimpulse können während jedes Rasterintervalls zugeführt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform erfolgt das Auslesen dadurch, daß der Rückstellimpuls Vr einer konstanten Gleichspannung Vi überlagert wird. Wenn die Impulse Vr einen Höchstwert von z. B. 15 V aufweisen, kann Vi z. B. etwa 2 V sein. Der Effekt der konstanten Gleichspannung Vi ist derartig, daß kontinuierlich ausgelesen werden kann, während das Ausgangssignal Vo während jedes Rasterintervalls zunehmen wird, solange Strahlung auf die JFET-Struktur einfällt. Wenn zu irgendeinem Zeitpunkt während einer Rasterpsriode die einfallende Strahlung auf null herabsinkt, bleibt das Ausgangssignal konstant, bis aufs neue der Impuls Vr am Anfang der nächsten Rasterperiode angelegt wird. F i g. 1 zeigt mit gestrichelten Linien die Grenzen der zu dem pn-übergang zwischen Substrat und Schicht gehörigen Erschöpfungsgebiete zu einem gegebenen Zeitpunkt während eines Rasterintervalls, wenn infolge absorbierter Strahlung das Erschöpfungsgebiet der Gate-Elektrode kleiner geworden ist, wodurch der Kanal leitend wird. Das zu dem pn-Übergang zwischen Substrat und Schicht gehörige Erschöpfungsgebiet weist eine größere Dicke unter dem n+-Gebiet 3 als unter dem n+-Gebiet 4 auf, was dem seitlichen Spannungsabfall in der Schicht zwischen den Gebieten 3 und 4 zuzuschreiben ist.
F i g. 3 zeigt ein Schaltbild der Anordnung nach den F i g. 1 und 2 und ihren Kreisanschluß. Die JFET-Struktür kann als eine Struktur betrachtet werden, in der keine direkte Verbindung mit der Gate-Elektrode vorhanden ist, sondern bei der die Gate-Elektrode mit der Drain-Elektrode über den Aufladekondensator C verbunden und ein einziger Anschluß mit der Drain-Elektrode und der von der Gate-Elektrode abgekehrten Seite des Kondensators hergestellt ist Die Source-Elektrode ist in F i g. 3 mit dem Substrat 2 über die Gleichspannungsquelle 14 verbunden, aber kann auch, wie bereits erwähnt wurde, unmittelbar mit diesem Substrat verbunden werden.
Fig.4 zeigt den Durchschlagmodus, bei dem ein Rückstellimpuls VR einer konstanten Auslesespannung Vi überlagert ist Während des Rasterintervalls ^1 fällt Strahlung mit einer Intensität /| über die obere Fläche ein; während des darauffolgenden Rasterintervalls If, fällt keine Strahlung ein und während des darauffolgenden Rasterintervalls tp, fällt Strahlung mit einer Intensität h ein, wobei h > I\ ist Die Form der Ausgangsspannung V0 ist ebenfalls in F i g. 4 dargeste!'*. wobei V0 während tFl infolge des integrierenden Effekts der JFET-Struktur zunimmt und beim Zuführen des Rückstellimpulses Vr zur Sperrung des Kanals auf Null abnimmt Da während ff2 keine Strahlung einfällt, bleibt die Ausgangsspannung praktisch gleich OV und nimmt während ίρν wenn Strahlung mit einer Intensität h einfällt wieder zu, wobei die JFET-Struktur die freien Ladungsträger, die während ff, erzeugt werden, wieder integriert Der Wert der Ausgangsspannung hängt von dem
Wert des Belastungswiderstandes R ab, während die Gesamtladung, die während eines Rasterintervalls den Belastungswiderstand R durchfließt, viel größer als die von der einfallenden Strahlung während der Integrationsperiode erzeugte Ladung sein wird. Wenn R kleiner ist, kann die Ladungsverstärkung größer als 105 sein. F i g. 5 zeigt ^inen Schnitt durch einen Teil einer Abwandlung der optischen Detektorvorrichtung nach den I·' i g. 1 und 2, wobei entsprechende Teile der Einfachheit ■ halber mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
: Diese Anordnung ist derart ausgebildet, daß Strahlung
über die Unterseite der Halbleiterschicht einfallen kann. <i; Auf der Unterseite der η-leitenden Siliciumschicht 1 be-
f, findet sich eine ununterbrochene Metallschicht 14', z. B.
• t aus Platin, die eine verhältnismäßig geringe Dicke auf-
f: weist und zu detektierendes einfallendes Licht durch-
]& läßt. Die Metallschicht 14' bildet einen Schottky-Über-
ä gang mit der η-leitenden Siliciumschicht 1 mit einem
ψ hohen spezifischen Widerstand. Ein n+-Oberflächenge-
biet 15 mit den gleichen Abmessungen und einer glei-
'§ chen Dotierung wie das η+-Gebiet 4 in F i g. 1 befindet
tj sich auf der Unterseite der η-leitenden Halbleiterschicht
Λ· 1 und bildet ein Source-Elektrodengebiet. Die Source-
<|j Verbindung wird durch die Verbindung 16 zwischen der
" Metallschicht 14 und dem n+-Gebiet 15 gebildet, wobei
'; die Dotierung des n+-Gebietes 15 genügend hoch ist,
μ, um eine ohmsche Verbindung 16 herzustellen. Die HaIb-
B leiterschicht 1 mit der daraufliegenden Metallschicht 14'
wird auf einem Glasträger 17 angebracht, der zu detek-
tierendes einfallendes Licht durchläßt Da die Strahlung
von der unteren Fläche des Körpers her einfällt, besteht
i;i nicht die Anforderung der Durchlässigkeit von Schich-
i| ten an der oberen Fläche des Körpers für einfallendes
S Licht wodurch in der Anordnung nach F i g. 5 die Me-
tallschicht 7 die Gate-Elektrode 5 völlig überlappt, was
H zur Folge hat daß die kapazitive Kopplung zwischen
H der Gate-Eiektrode 5 und der Drain-Verbindung 9 zu-
Yi nimmt Diese Anordnung weist nur zwei Anschlußklem-
:'i men auf, von denen die erste durch die Metallschicht 7
&■ und die zweite durch die Metalischicht 14' gebildet wird.
If Der Betrieb der Anordnung in dem Ladungsspeichermodus kann auf ähnliche Weise wie bei der Anordnung nach F i g. 1 erhalten werden, wenn die Source-Elektrode unmittelbar mit dem Substrat verbunden ist. Wenn in dieser Anordnung »punch-through« des Erschöpfungsgebietes der Gate-Elektrode auftritt kann der Schottky-Übergang zwischen der Metallschicht 14' und der η-leitenden Schicht 1 Minoritätsladungsträger in die nleitende Schicht 1 injizieren, um das Erschöpfungsgebiet an der Grenzfläche Metall/Schicht zu beschränken, vorausgesetzt, daß die Barriere für die Injektion von Minoritätsladungsträgern gering ist
Anordnungen nach der Erfindung können mit einer Anzahl strahlungsempfindlicher Elemente gebildet werden, wobei jedes Element einen JFET enthält, wie in den F i g. 1 und 2 oder in F i g. 5 dargestellt ist Es ist einleuchtend, daß derartige Anordnungen für den Betrieb als Bildaufnahmevorrichtungen eingerichtet werden können, die getrennte elektrische Ausgangssignale liefern können, die je eine Anzeige über die auf jedes JFET-Abtastelement einfallende Strahlung geben. Bei Anwendungen der Strukturen nach den F i g. 1 und 2 und Fig.5 sind die Anschlußklemmen der einzelnen JFET-Elemente im Vergleich zu den in dem genannten älteren deutschen Patent 2213 765 beschriebenen Strukturen erheblich vereinfacht indem ihre Anzahl von drei auf zwei herabgesetzt ist Weiter ist in der Struktur nach F i g. 5 an der oberen Fläche der Halbleiterschicht nur eite einzige Anschlußklemme für jedes JFET-Element vorgesehen.
Weitere Ausführungsformen von Anordnungen, in denen eine Anzahl JFET-Strukturen in ein und derselben Halbleiterschicht vorhanden sind, werden nunmehr beschrieben, wobei die Struktur dieser Bildvorrichtungen derartig ist, daß nur zwei gemeinsame Anschlußklemmen für die ganze Reihe von Bildelementen vorhanden sind.
ίο F i g. 6 und 7 zeigen einen Teil einer Bildkathode mit zwei Klemmen. Die Anordnung enthält eine Halbleiterschicht 21 vom n-Leitfähigkeitstyp, z. B. aus Silicium, in der sich eine Reihe von Feldeffekttransistoren befindet, von denen zwei in dem Schnitt nach Fig.6 und vier in der Draufsicht nach F i g. 7 gezeigt sind. Auf der Obärfläche der η-leitenden Schicht 21 befindet sich eine Isolierschicht 22 aus Siliciumoxid. Jede JFET-Struktur enthält ein mittleres n+-Drain-Elektrodengebiet 23, das von einem ringförmigen p+-Gate-Eiektrodengebiei 24 umgeben ist, wobei die Gate-Elektrodengebiete pn-Übergänge 25 mit der η-leitenden Schicht 21 bilden. Die Source-Elektrodengebiete sämtlicher JFET-Strukturen enthalten ein einziges η+ -Gebiet 27 in Form eines Gitters an der unteren Fläche der η-leitenden Schicht 21, wobei die öffnungen in dem Gitter zu den darüberliegenden kreisförmigen Drain-Elektrodengebieten 23 symmetrisch angebracht sind. Auf der unteren Fläche der η-leitenden Schicht 21 liegt eine dünne Metallschicht 28, z. B. aus Platin, die eine ohmsche Verbindung mit den n+-Source-Elektrodengebiet 27 und einen Schottky-Übergang mit den anderen Teilen der n-leitenden Oberflächenschicht 21 bilden. Die Schicht 21 mit daraufliegender Metallschicht 28, die Strahlung durchläßt, die, wie dargestellt ist, von der unteren Fläche der Schicht 21 her einfällt, befindet sich auf einem Glasträger, der ebenfalls einfallende Strahlung durchläßt.
Auf der Oberfläche der Isolierschicht Schicht 29 aus p-leitendem polykristallinem Silicium mit hohem spezifischem Widerstand niedergeschlagen. Die
Schicht 29 erstreckt sich in Öffnungen in der Isolierschicht 22 und bildet Drain-Verbindungen 30 mit den n+Orain-Elektrodengebieten 23. Die Drain-Verbindungen 30 bilden zugleich injizierende Verbindungen für die Injektion von Elektronen aus den η+-Gebieten 23 in die darüberliegenden Teile der p-leitenden Schicht 29. Auf der Oberfläche der p-leitenden Schicht 29 befindet sich eine Anzahl ringförmiger Metalischichten 31, die ohmsche Verbindungen mit der Schicht 29 herstellen. Die Metallschichten 31 umgeben die Drain-Verbindung 30 jedes der Feldeffekttransistoren und bilden die ersten Anschlußklemmen der Transistoren. Weitere Metallschichten 32 erstrecken sich auf der Oberfläche der p-leitenden Schicht 29 und verbinden die ringförmigen Metallschichten 31 miteinander. Die ersten Anschlußklemmen bilden also einen Teil einer ersten gemeinsamen Klemme. Die zweiten Anschlußklemmen der Transistoren werden durch die Metallschicht 28 gebildet die ohmsche Verbindunger, mit dem gitterförmigen n+-Source-Gebiet 27 herstellt Die zweiten Anschlußklemmen bilden also eine zweite gemeinsame Klemme.
In jeder JFET-Struktur ist die Gate-Elektrode 24 kapazitiv mit dar Drain-Verbindung 30 verbunden, dadurch, daß die p-leitende Schicht 29 oberhalb der Isolierschicht 22 und oberhalb der ringförmigen Gaie-Elektrode 24 gelegen ist Die p-leitende Schicht 29, die Isolierschicht 22 und die Gate-Elektrode 24 biiden einen Aufladekondensator und die erste Verbindung oder An-
schlußkleTime, die durch die Metallschicht 31 gebildet wird, stellt also eine gemeinsame Verbindung mit der Drain-Verbindung 30 und der von der Gate-Elektrode abgekehrten Platte des Aufladekondensators her.
Auf Teilen der p-!eitenden Schicht 29 innerhalb dor ringförmigen Metallschichten 31 liegt ein Überzug 33 aus einem Material zur Herabsetzung der Elektronenaustrittsarbeit, z. B. Zäsium oder Zäsiumoxid. Elektronen, die von der injizierenden Drain-Verbindung 30 in die p-leitende Schicht 29 injiziert worden sind, können aus den Schichten 33 heraustreten, wenn die Anordnung in einem evakuierten Raum in einem geeigneten äußeren elektrischen Feld angebracht wird. Wie bei bekannten Halbleiterkaltkathoden, wird der Höchstabstand zwischen der injizierenden Verbindung und der emittierenden Oberfläche praktisch durch die Diffusionslänge bestimmt und aus diesem Grunde wird die Dicke der p-leitenden Schicht 29 dementsprechend gewählt. Elektronenemission kann erhalten werden, wenn Leitung in der betreffenden JFET-Struktur zwischen den Source- und Drain-Verbindungen möglich ist Durch gleichzeitigen Betrieb aller Tansistoren in dem Ladungsspeichermodus, wie in bezug auf die F i g. 1 und 2 und F i g. 4 für ein einziges JFET-Element beschrieben ist, wird eine Bildkathode mit erheblicher Verstärkung infolge der von jedem JFET-Element gelieferten Verstärkung erhalten. Auf diese Weise kann ein Strahlungsmuster, das, wie dargestellt, an der unteren Fläche der Anordnung einfällt, in ein Elektronenemissionsmuster umgewandelt werden, wie mit den Pfeilen auf dt: Oberseite der Anordnung angegeben ist, wobei die Umwandlung mit Verstärkung erhalten wird. Eine Isolierung zwischen einzelnen emittierenden Oberflächenteilen der p-leitenden Schicht 29 wird dadurch erhalten, daß die p-leitende Schicht 29 einen hohen spezifischen Widerstand aufweist.
Bei einer Abwandlung der Ausführungsform nach
j r?i— c ι ^r ι ez i—* -:— u -i;_ _ i_:* i- r*-i.:_L* ιλ
UClI rig.U UlIU / UCIIIlUCl aiCll UIC II-ICIICIIUC OCIUdIl L\
auf einem p-leitenden Substrat, wobei sich das Source-Elektrodengebiet an der oberen Fläche der Schicht 21 befindet Das einfallende Strahlungsmuster wird auf die Oberseite der Anordnung gerichtet, zu welchem Zweck die p-leitende Halbleiterschicht 29 genügend dünn gemacht werden kann, um Strahlung durchzulassen.
F i g. 8 zeigt ein Schaltbild des Teiles der Anordnung nach F i g. 7. Die erste gemeinsame Anschlußklemme T\ wird durch die Metallschichten 31, 32 an der oberen Fläche und die zweite gemeinsame Anschlußklemme T2 wird durch die Metallschicht 28 an der unteren Fläche gebildet Die elektroneninjizierenden Drain-Verbindungen sind durch die Dioden 30 dargestellt Aus den p-leitenden Gebieten austretende Elektronen werden mit den Pfeilen neben den Dioden angegeben. F i g. 6 zeigt den Zustand während e:nes Rasterintervalls zwischen aufeinanderfolgenden Rückstellimpulsen mit einfallender Strahlung, wobei die Kanäle der beiden JFET-EIemente nicht gesperrt sind und Leitung zwischen Source- und Drain-Verbindungen durch das Anlegen einer Aus-Iesespannung zwischen T\ und Tz auftritt
F i g. 9 und 10 zeigen einen Teil eines Festkörperbild-Verstärkers mit zwei Klemmen. Die Anordnung enthält eine η-leitende Halbleiterschicht 41, ζ. B. aus Zinkoxidpulver in einem geeigneten Bindemittel, in der eine Reihe von J FET-Elementen angebracht sind, von denen zwei in dem Schnitt nach F i g. 9 und vier in der Draufsieht nach F i g. ί 0 dargestellt sind. Auf der Oberfläche der η-leitenden Schicht 41 befindet sich eine Isolierschicht 42 aus z. B. Siliciumoxid Bei jedem JFET-EIement ist eine mittlere öffnung mit einem kreisförmigen Umfang in der Isolierschicht 42 vorgesehen, in der sich eine p-leitende Halbleiterschicht 43, ζ. Β. aus Zinktellurid, erstreckt und Drain-Verbindungen 44 bildet. Jede
der genannten runden öffnungen und Drain-Verbindungen 44 ist an der Oberfläche der Schicht 41 'on einer ringförmigen Gate-Elektrode 45 umgeben, die durch eine Metallschicht, z. B. aus Platin, gebildet wird und mit der η-leitenden Halbleiterschicht 41 einen Schottky-Übergang 46 bildet. Die Gate-Elektroden 45 sind völlig mit der Isolierschicht 42 bedeckt. Die Source-EIektroden aller Transistoren werden durch eine gitterförmige Metallschicht 47, z. B. aus Aluminium, gebildet, die ohmsche Source-Verbindungen 48 mit der oberen Fläche der Schicht 41 herstellt. Das Gitter 47 ist derartig, daß die öffnungen darin zu den Drain-Verbindungen 44, die innerhalb des Gitters 47 vorgesehen sind, symmetrisch liegen. Die Isolierschicht 42 bedeckt das Gitter 47, mit Ausnahme eines (nicht dargestellten) Randteiles, mit dem eine Leitung verbunden ist. An der unteren Fläche der η-leitenden Schicht 41 befindet sich eine dünne Metallschicht 49, /. B. aus Platin, die mit der n-leitenden Schicht 41 einen Schottky-Übergang bildet Für den Betrieb der Anordnung in dem Durchschlagmodus sind ebenfalls nicht dargestellte Mittel vorgesehen, mit deren Hilfe die Metallschicht 49 mit dem Metallgitter 47 verbunden werden. Die Metallschicht 49 ist genügend dünn, um einfallende Strahlung durchzulassen. Die Schicht 41 und die Metallschicht 49 sind auf einer Glasplatte 51 angebracht, die die zu detektierende einfallende Strahlung Αν, durchläßt.
Die p-leitende Halbleiterschicht 43, die die Drain-Verbindungen 44 mit der Schicht 41 bildet, erstreckt sich ebenfalls über die Isolierschicht 42 als eine ununterbrochene Schicht. Auf der Oberfläche der p-leitenden Schicht 43 befindet sich oberhalb jeder Drain-Verbindung 44 eine Metallschicht 53, die einen strahlungsemitiierenden Schotiky-Obergang 54 mit der p-leitenden Halbleiterschicht 43 bildet Weitere streifenförmige Metallschichten 55 erstrecken steh auf der Oberfläche der p-leitenden Schicht 43 und verbinden die Metallschichten 53 miteinander. Die ersten Anschlußklemmen werden durch die Metallschichten 53 gebildet, die zusammen mit dem Metallschichten 55 eine erste gemeinsame Klemme bilden. Die zweiten Anschlußklemmen der JFET-Strukturen werden durch das Gitter 47 gebildet das eine zweite gemeinsame Klemme bildet wobei das Metailgitter 47 mit der Metallschicht 49 für den Betrieb der Anordnung in dem Durchschlagmodus verbunden
so ist
In jeder JFET-Struktur weist die Gate-Elektrode 45 keine direkte ohmsche Verbindung auf, ist jedoch kapazitiv mit der Drain-Verbindung 44 verbunden, dank der p-leitenden Schicht 43, die auf der Isolierschicht 42 oberhalb der ringförmigen Gate-Elektrode 45 liegt Die Gate-Elektrode 45, die Isolierschicht 42 und die p-leitende Schicht 43 bilden einen Aufladekondensator, während die erste Anschlußklemme, die durch die Metallschicht 53 gebildet wird, einen gemeinsamen Anschluß für die Drain-Verbindung 44 (über die unterliegende p-leitende Schicht 43) und den Aufladekondensaior bildet
Durch gleichzeitigen Betrieb aller JFET-Elemente in dem Ladungsspeichermodus, wie bereits an Hand der F i g. 1 und 2 und der F i g. 4 für ein einziges Element beschrieben wurde, kann eine Biidverstärkungswirkung mit erheblicher Verstärkung infolge der von jedem JFET-Element gelieferten Verstärkung erhalten wer-
den. Auf diese Weise kann ein Strahlungsmuster, das, wie in F i g. 9 dargestellt ist, an der unteren Fläche der Anordnung einfällt, in ein verstärktes Büd umgewandelt werden, das an dea Strahlungsemittierenden Schottky-Obergängen 54 erzeugt wird. Von einem derartigen Schottky-Obergang wird Strahlung während Rasterintervalle emittiert, wenn Stromleitung zwischen den beiden Hauptklemmen in dem Kanal des zugehörigen ] F ti-Elements auftritt, wobei die genannte Stromleitung von der durch die einfallende Strahlung herbeigeführten Verkleinerung des Erschöpfungsgebietes der Gate-Elektrode abhängig ist Die Obergänge 54 emittieren Strahlung, wenn über den Obergängen eine Spannung in der Sperrichtung angelegt wird, was dem Zustand entspricht, in dem für das Auslesen die erste Klemme in bezug auf die zweite Klemme positiv ist Eine Isolierung zwischen benachbarten strahlungsemittierenden Schottky-Übergängen 54 wird dadurch erhalten, daß die p-leitende Schicht 43 aus einem Material mit einem hohjn spezifischen Widerstand hergestellt wird.
Bei einer Abwandlung der Ausführungsform aach den F i g. 9 und 10 ist das Halbleitermaterial der p-leitenden Schicht 43 derart gewählt, daß die pn-Obergänge 44, die die Drain-Verbindungen bilden, Strahlung emittieren, wenn über den pn-Obergängen eine Spannung in der Durchlaßrichtung angelegt wird. In diesem Fal; ϊ ist das Material der Metallschichten 53,55 derart gewählt daß es eine ohmsche Verbindung mit der Schicht 43 herstellt Die Teile 53 können dabei statt als kreisfönnige Oberfläche auch ringförmig gestaltet sein. Weiter ist die Dicke der Schicht 43 derart gewählt daß von den Übergängen 44 emittierte Strahlung durchgelassen werden kann.
F i g. 11 zeigt ein Schaltbild des Teiles der Anordnung nach Fig. 10. Die erste gemeinsame Anschlußklemme Xi wird durch die Metallschichten 53,55 an der oberen Fläche und die zweite gemeinsame Anschlußklemme T2 wird durch das Metallgitter 47 gebildet das mit der Metallschicht 49 verbunden ist Die Drain-Verbindungen 44 sind als Dioden dargestellt In der Reihenschaltung zwischen Ti und den Drain-Verbindungen 44 sind die Strahlungsemittierenden Schottky-Übergänge 54 dargestellt Die Widerstandsisolierung des Übergangs 54, die durch die Schicht 43 erzielt wird, ist durch Widerstände R43 dargestellt
Fig. 12 und 13 zeigen einen Teil einer anderen Bildverstärkervorrichtung mit nur zwei Klemmen. Die Anordnung enthält eine Halbleiterschicht 61 vom n-Leitfähigkeitstyp, z. B. aus Galliumphosphid, mit einer Dicke von 5 μπι und eine Reihe von Feldeffekttransistoren, von denen zwei in dem Querschnitt nach Fig. 12 und vier in der Draufsicht nach F i g. 13 dargestellt sind. Die η-leitende Schicht 61 liegt auf einem p-leitenden Substrat 62, z. B. aus Galliumarsenid oder Galliumphosphid, wobei die Schicht 61 als eine epitaktische Schicht auf dem Substrat 62 angebracht sein kann. Auf der Oberfläche der Schicht 61 befindet sich eine Isolierschicht 63. Jede JFET-Struktur enthält eine Drain-Verbindung 64, die durch ein kreisförmiges p-leitendes Oberflächengebiet 65 gebildet wird. Die Drain-Verbindungen 64 bilden Strahlungsemittierende pn-Übergänge. Jedes p-leitende Gebiet 65 ist von einem ringförmigen p-leitenden Obernächengebiet 66 umgeben, das eine Gate-Elektrode ist und mit der η-leitenden Schicht 61 einen pn-übergang 67 bildet. Die Source-Elektroden aller JFET-Strukturen werden durch eine gitterförmige Metallschicht 68 gebildet, die auf der Oberfläche der Schicht 61 angebracht ist und ohmsche Source-Verbindungen 69 bildet. Die öffnungen im Gitter 68 sind zu den p-leitenden Gebieter 65 und 66 symmetrisch angebracht Für Betrieb im Durchschlagmodus wird das Gitter 68 mit dem p-leitenden Substrat 62 verbunden. Auf dem Gitter 68 liegt eine Isolierschicht 70, die dieses Gitter bedeckt mit Ausnahme eines (nicht dargestellten) Randteiles, mit dem eir Leiter verbunden ist Auf der Oberfläche der Isolierschicht 63, 70 befindet sich eine ununterbrochene Metallschicht 72, z. B. aus Silber/Zinn, mit einer Dicke vor 200 A. Die Metallschicht 72 erstreckt sich in öffnunger in der Isolierschicht 63 und bildet dort einen Kontaki mit den ρ+-Gebieten 65 und bildet außerdem die erster Anschlußklemmen der Transistoren. Die Gate-Elektroden 66 sind völlig von der Isolierschicht 63 bedeckt unc kapazitiv mit den Drain-Verbindungen 64 verbunden dank der Metallschicht 72, die sich auf den Teilen dei Isolierschicht 63 oberhalb der p-leitenden Gate-Elektroden 66 befindet welche Teile somit einen Aufladekondensator bilden.
Die ersten Anschlußklemmen, die als eine erste gemeinsame Klemme durch die Schicht 72 angebrach sind, bilden in jedem Transistor Anschlüsse mit der Drain-Verbindungen 64 und mit der der betreffender Gate- Elektrode gegenüberliegenden Platte des Aufla dekoncier.sators. Die zweiten Anschlußklemmen dei JFET-E!emente werden als zweite gemeinsame Klem ine durch das Source-Elektrodenmetallgitter 68 gebil det das mit dem Substrat 62 verbunden ist
Durch gleichzeitigen Betrieb aller Feldeffekttransi
stören in dem Ladungsspeichennodus, wie in dem vor hergehenden Ausführungsbeispiel beschrieben ist kam ein Strahlungsmuster Av1, das an der oberen Fläche de:
Körpers einfällt in ein verstärktes Bild hv2 umgewan
delt werden, das von den Strahlungsemittierenden pn
Übergängen 64 erzeugt wird. Die Strahlung wird voi
einem derartigen Übergang während Rasterintervall« emittiert wenn Stromleitung zwischen den beidei
Hauptklemmen in dem Kanal des zugehörigen Transi
stors auftritt wobei die genannte Stromleitung von den
Ausmaß der Verkleinerung des Erschöpfungsgebiete:
der Gate-Elektrode infolge Absorption einfallende
Strahlung abhängig ist Verstärkung wird dank der voi
jedem Transistor gelieferten Verstärkung erhalten. E ist einleuchtend, daß unerwünschte optische Rückkopp lung, die auftreten kann, wenn emittierte Strahlung ab sorbiert wird und freie Ladungsträger erzeugt, wodurcl eine weitere Verkleinerung des Erschöpfungsgebiete der Gate-Elektrode erhalten wird, verhindert werdei muß. Dies kann dadurch erreicht werden, daß ein geeig neter Abstand eingehalten wird, der mit der Beibehal tung des gewünschten Auflösungsvermögens der An
Ordnung verträglich ist. F i g. 14 zeigt ein Schaltbild des Teiles der Anordnunj
nach Fig. 14. Die erste gemeinsame Anschlußklemmi
T\ wird durch die Metallschicht 72 gebildet, während dl·
zweite gemeinsame Anschlußklemme T2 durch das Me tallgitter 68 gebildet wird, das mit dem p-leitenden Sub strat 62 verbunden ist. Die Drain-Verbindungen 64 sin« als Strahlungsemittierende pn-Dioden dargestellt.
In Abwandlungen der Bildverstärkervorrichtuni
nach den Fig. 12 und 13 ist die Struktur derartig, dal
Strahlung von der Unterseite der Schicht 61 hereinfal
len kann. In einer Ausführungsform wird dies durch dl·
Anwendung eines verhältnismäßig dünnen p-leitendei Substrats aus einem Halbleitermaterial mit größerer Bandabstand erreicht.
Eine Anordnung nach der Erfindung, in der eine An zahl durch Feldeffekttransistoren gebildeter Bildele
mente zwei gemeinsame AnschluBklemmen aufweisen, ist nicht auf einen Festkörperbildverstärker cder eine -bildkathode beschränkt Die Anordnung kann in der Electrophotographic verwendet werden, wobei ein Bild in ein Ladungsmuster in Metallschichten, die mit der Source- und/oder Drain-Elektrode jedes Feldeffekttransistors in Reihe liegen, umgewandelt wird.
Weiter können zum Adressieren des Feldeffekttransistors andere an sich bekannte Techniken Anwendung finden. So kann z. B. das Aufladen und/oder das Auslesen der Transistoren mit Hilfe von Elektronenstrahlen erfolgen, wobei noch erwünschtenfalls Sekundäremission angewandt werden kann.
Hierzu 8 Blatt Zeichnungen
10

Claims (11)

Patentansprüche:
1. Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp, in der mindestens ein, für Betrieb im Ladungsspeichermodus geeignetes, strahlungsempfindliches Element vorhanden ist, das durch einen Feldeffekttransistor gebildet wird, dessen Gate-Elektrode durch einen, eine Pho- to todiode bildenden, gleichrichtenden Obergang von dem Kanalgebiet getrennt ist, welcher Transistor Source- und Drainverbindungen aufweist, von denen mindestens eine Verbindung (weiter als erste Verbindung bezeichnet) auf einer Oberfläche (weiter als erste Oberfläche bezeichnet) der Schicht angebracht ist, an die ebenfalls die Gate-Elektrode grenzt, und mit einer ersten Anschlußklemme verbunden ist und die andere der genannten Source- und Drainverbindungen mit einer zweiten Anschlußklemme verenden ist, wobei Mittel vorhanden sind, um die Gate-Elektrode elektrisch aufzuladen, wodurch ein Erschöpfungsgebiet gebildet wird, das sich von der Gate-Elektrode her in die Schicht erstreckt und dessen Ausdehnung mit dem Ladungszustand der Gate-Elektrode und somit mit der Zahl der Photonen zusammenhängt, die in oder nahe bei dem Erschöpfungsgebiet absorbiert werden kann, wobei zwischen den Source- und Drainverbindungen ein elektrischer Strom angelegt werden kann, dessen Größe in Abhängigkeit von diesem Erschöpfungsgebiet bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-El oktrodv (5; 24; 45; 66) über einen Kondensator (7,6,5; 29,22,24; 43,42,45; 72, 63, 66) (weiter als Aufladekonß nsator bezeichnet) mit der ersten Anschlußklemme (7; 31; 53; 72) verbunden ist
2. Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der genannten ersten Oberfläche des Halbleiterkörpers eine Isolierschicht (6; 63) liegt, wobei die genannte erste Verbindung (7; 72) in Form einer leitenden Schicht angebracht ist, die sich über wenigstens,· einen Teil der Isolierschicht und der Gate-Elektrode (5; 66) erstreckt und mit der darunterliegenden Gate-Elektrode den genannten Kondensator bildet.
3. Strahiungsempfmdliche Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Halbleiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp auf einem Halbleitersubstrat vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, das die genannte erste Oberfläche der Halbleiterschicht (1; 61) durch die von dem Substrat (2; 62) abgekehrte Oberfläche der Halbleiterschicht gebildet ist.
4. Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (12,14) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die andere Verbindung der genannten Source- und Drain-Verbindungen mit dem Substrat (2) verbunden ist (Fig.l).
5. Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberfläche (weiter als zweite Oberfläche bezeichnet) der Halbleiterschicht (1; 21; 41), die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, eine leitende Schicht (14'; 28; 49) angebracht ist, die einen Schottky-Übergang mit der Halbleiterschicht vom ersten
Leitfähigkeitstyp bildet.
6. Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (15,16; 27) vorgesehen sind, mit deren Hilfe die andere Verbindung der genannten Source- und Drain-Verbindungen mit der leitenden Schicht (14'; 28) auf der zweiten Oberfläche der Halbleiterschicht (1; 21) verbunden ist
7. Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode (5; 24; 66) durch ein Oberflächengebiet vom zweiten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, das sich in der Halbleiterschicht (1; 21; 61) vom ersten Leitfähigkeitstyp befindet
8. Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode (45) eine Metallschicht enthält, die auf der ersten Oberfläche der Halbleiterschicht (41) angebracht ist und einen Schottky-Obergang (46) mit dem Halbleitermaterial vom ersten Leitfähigkeitstyp der Halbleiterschicht bildet (F ig. 9).
9. Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der eine Anzahl strahlungsempfindlicher Elemente in der Halbleiterschicht vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode (5; 24; 45), auf die Oberfläche gesehen, jeweils die genannte erste Verbindung (7;31;53) umgibt
10. Verwendung der strahlungsempfindlichen Halbleiteranordnung nach Anspruch 9 in einer Halbleiter-Bildaufnahmevorrichtung.
11. Strahlungsempfindliche Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldeffekttransistoren je eine gesonderte erste Anschlußklemme (7) enthalten und daß die zweite Anschlußklemme (8; 14') allen Feldeffekttransistoren gemeinsam ist
DE2347271A 1972-09-22 1973-09-20 Strahlungsempfindliche Halbleiteranordnung Expired DE2347271C2 (de)

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