DE2349522A1 - Anordnung zur vermeidung des ueberstrahlens bei einer ladungsgekoppelten strahlungsfuehlermatrix - Google Patents

Description

76-18 - 73 Ks/Sö

RCA 66, 297 23A9522

U.S. Serial No.: 293,829
Piled: October 2, 1972

RGA Corporation New York, N. Y., V.St.A.

Anordnung sur Vermeidung des "Überstrahlens" bei einer ladungsgekoppelten Strahlungsfühlermatrix

Bei der Belichtung einer Matrix aus lichtfühlenden Elementen kann es vorkommen, daß das belichtende Bild an einigen Stellen sehr viel heller ist als der übrige Teil des Bildes. Hierdurch werden die entsprechenden Teile der Matrix von einerbesonders intensiven Strahlung getroffen, (die z.B. das 1CK-fache der mittleren Intensität des Bildes betragen kanrjS, was zu Überlastungserscheinungen in diesen Teilen der Matrix führt. Im Falle einer laäimgsgekoppelten Lichtfühlermatrix kann die auf eine bestimmte Matrixstelle treffende intensive Strahlungsenergie zur Folge haben,daß mehr elektrische Ladung erzeugt wird, als sich an dieser Stelle speichern läßt. Die überschüssige Ladung kann dann "überlaufen", d.h. sie kann auf benachbarte Stellen längs derselben ladungsgekoppelten Lichtfühlerreihe (im folgenden auch "Kanal" genannt) übergreifen und sich auch in benachbarte ladungsgekoppelte Kanäle ergießen. Diese Ladungsausbrätung zeigt sich in einem "Überstrahlen des aus der Matrix ausgelesenen Bildes. Anders ausgedrückt,erscheint die Quelle der intensiven Strahlungsenergie in dem ausgelesenen und anschließend wiedergegebenen Bild Mchenmäßig viel größer als beim Original.

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Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnung wird überschüssige Ladung, die sich an einer Strahlungsfühlstelle einer ladungsgekoppelten Matrix ansammelt, mittels einer Sammelschiene fortgeleitet, die in das Substrat der Matrix eingebettet ist. Die Sammelschiene ist gegenüber einer Reihe von Fühlstellen durch eine Potentialschwelle getrennt, die von einer der Sammelschiene zugeordneten Elektrode erzeugt wird. Diese Potentialschwelle ist niedriger als die während der Integrationszeit zwischen benachbarten Fühlstellen des Kanals vorhandene Schwelle, und ihre Höhe hängt ab von den Spannungen an bestimmten Leitern, die über der Sammelschiene verlaufen und zu den Fehlstellen führen.

Einzelheiten der Erfindung werden nachstehend an Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert.

Figur 1 zeigt die Draufsicht auf eine ladungsgekoppelt© BiIdfüHermatrix;

Figuren 2 und 3 zeigen Schnitte gemäß den Linien 2—2 und 3-3 der in Figur 1 gezeigten Matrix;

Figur 4 zeigt das Profil des Oberflächenpotentials quer über einen Kanal der in den Figuren 1-3 gezeigten Anordnung;

Figur 5 zeigt Profile von Oberflächenpotentialen längs einem Kanal der in den Figuren 1-3 gezeigten Anordnung;

Figur 6 zeigt den Verlauf von Signalen zum Bgtrieb der Anordnun nach den Figuren 1-3;

Figur 7 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;

Figur 8 zeigt die Verteilung von Oberflächenpotentialen quer zum Kanal der in Figur 7 gezeigten Anordnung;

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Figur 9 zeigt die Verteilung von Oberflächenpotentialen längs des Kanals währen der Zeit der Strahlungserfassung bei der Anordnung nach Figur 7;

Figur 10 zeigt in einem Schaubild das OberUächenpotential abhängig von dem Potential der Speicherelektrode bei einer ladungsgekoppelten Anordnung, und zwar für verschiedene Dotierungsstärken des Substrats;

Figur 11 zeigt perspektivisch und aufgebrochen den Aufbau einer zweiten Ausführungsform der Srfingung;

Figuren 12 wä 13 zeigen den Verlauf von Signalen für unterschiedliche Betriebsarten der Anordnung nach Figur 11;

Figur 14 zeigt in einem Schaubild das Oberflächenpotential in Abhängigkeit von der Spannung der Speicherelektrode einer ladungsgekoppelten Anordnung,und zwar für verschiedene Dicken des Kanaloxyds zwischen dem Speicherelektrodenleiter und dem Substrat;

Figuren 15 und 16 zeigt die Dicke von Isolierschichten für zwei verschiedene Arten der Ausführungsform nach Figur 11;

Figur 17 zeigt das Profil des Oberflächenpotentials quer zum Kanal bei der Ausführungsart nach Figur 15;

Figur 18 zeigt Oberflachenpotentialprofile längs des Kanals für die Ausführungsart nach Figur 15;

Figur 19 zeigt Oberflachenpotentialprofile längs des Kanals für die Ausführungsart nach Figur 16;

Figur 20 ist ein Schaubild zur Erläuterung des Betriebs einer modifizierten Ausführungsart der Anordnung nach Figur 7-

Die Figur 1 zeigt einen Teil einer Bildfühlermatrix, wie sie der Anmelderin bekannt ist. Von den vielen in der Matrix vorhandenen Speicherstellen sind nur einige dargestellt. Die der Bildfühlermatrix zugeordnete Zwischenspeichermatrix für Ladungen

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sowie die Leseverstärker uid dazugehörigen Schaltungen sind nicht eigens dargestellt, da sie nicht Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind. Eine Beschreibung solcher Anordnungen und anderer Merkmale von Bildfühlermatrizen befindet sich in der Deutschen Patentanmeldung P 23 4-5 784·.3, die auf die USA_TPatentanmeldung 287,860 vom 11. September 1972 zurückgeht.

Die Matrix nach den Figuren 1-3 enthält ein Substrat 10 aus P-3ßitendem Silizium, welches eine Dotierungsdichte von

14- 1^ 3

N_A=10 bis Ί0 ^J Störstellen pro cnr aufweist. Atf einer Oberfläche des Substrats 10 befinden sieh P-leitende Diffusionszonen 12a und 12b, die als Kanalbegrenaungen dienen und jeweils zwischen zwei benachbarten Kanälen (d.h. Keinen) von Ladungsspeicherstellen liegen. Diese Diffusionszonen, die durch Ionenimplantation oder irgend ein anderes Verfahren gebildet sein können, sind stärker dotiert als das Substrat und können beispielsweise N. = 10 ⁽ bis 10 Störstellen pro cm enthalten. Die Substratoberfläche und die Diffusionszonen sind von einer Isolierschicht 14- bedeckt, die beispielsweise aus Siliziumdioxyd (SiO₂) bestehen kann.

Auf der Oberseite der Isolierschicht befindet sich eine Vielzahl sogenannter Ladungsspeicherelektroden 16a, 16b, 16c und 16d. Über der gesamten Anordnung kann zum Schutz eine sehr dünne, mit Phosphor dotierte Oxidschicht (nicht gezeigt) aufgetragen sein.

In deroben beschriebenen Anordnung hat der Kanal eine Breite von 155 24-^m, und die der Kanalbsgrenzung dienenden Diffusionszonen 12a und 12b sind ebenso breit. Die !Elektroden 16, die aus Aluminium bestehen können, seien 7₅62^m breit und 2,54ynm voneinander entfernt, Die Dicke der Oxydschicht (SiOp) sei 25OO A· Diese Maße sind lediglich als Beispiele anzusehen.

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Die vorstehend beschriebeneBildfühlermatrix kann mit 3 Phasen betrieben werden, wofür die Signale mit dem in Figur 6 gezeigten Vgiauf herangezogen.werden. Die Elektroden 16a und 15b sowie alle die anderen (nicht dargestellten) Elektroden, die im späteren Verlauf des Betriebs mit den Wechselspannungen

φ ,, und φ2 angesteuert werden sollen, werden zunächst auf einer festen Gleichspannung von 24 Volt gehalten. Die Elektrode 16c und alle diejenigen anderen Elektroden, die spatel- mit der V/echselspannung p -, angesteuert v/erden sollen, v/erden auf einer festen Gleichspannung von 4 Volt gehalten. Während der Zeit des Anliegens, dieser Spannungen wird ein Strahlungsbild (z.B. ein optisches Bild) auf die Matrix projiziert, und zwar entweder auf deren Oberseite oder deren Unterseite. Die durch B@iichtung mit diesem Bild erzeugten Ladungsträger sammeln sich in den "Potentialgruben" unterhalb der auf +24 Volt gehaltenen Elektroden an. Diese Ladungsträger sind Minoritätsträger (und zwar Elektronen im Falle eines P-leitenden Substrats), und ihre Ansammlung sowie die Qbeiflächenpotentiale sind schematisch in Figur 5 (a) dargestellt. Die an jeder Stelle angesammelte Ladungsmenge ist proportional dem Betrag der auf diese Stelle treffenden Strahlungsenergie.

Die als "Kanalbegrenzungen" bezeichneten P-leitenden Diffusionszonen bilden Potentialschwellen zwischen benachbarten Kanälen, wie es schematisch in Figur 4 gezeigt ist.¹·Sie sollen einen Ladungsfluß von einem Kanal zum näclEfcbenachbarten Kanal verhindern. Das Oberflächenpotential unterhalb einer Diffusionszone (z.B. der DiTusionszone 12a) betrage einen Bruchteil von einem Volt, während das Oberflächenpotential an einer Ladungsspeicherstelle etwa 18 Volt beträgt, wenn die Elektrode an dieser Stelle auf 24 Volt liegt. Weil die Störstellenkonzentration in den P-leitenden Diffusionsζonen so hoch ist, bewirkt die Spannung der über den Diffusionszonen verlaufenden Leiter (z.B. 16d) praktisch keine Verarmung und hat somit praktisch keinen Einfluß auf de Potentialschwellen.·

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Nachdem sieh Ladungsträger in 'ausreichender Zahl angesammelt haben,werden sie aus der Matrix hinausgeschoben, uid zwar mittels der Dreiphasen-Wechselspannung, die während der in Figur 6 mit "Ladungssignal-Übertragung" bezeichneten Zeitspanne angelegt wird. Die zumZeitpunkt t.-. herrschenden Oberflächenpotentiale sind schematisch in Figur 5 (b) dargestellt. Man erkennt, daß die vorher unter den ψ^- und ^"Elektroden vorhandene Ladung nunmehr vollständig in diePotentiaigrube unterhalb der φp-Elektrode geschoben ist. Während einer nachfolgenden Zeitspanne (tp in Figur 6) wird die Ladung unter die ([^-Elektrode geschoben₅ und so v/eiter. Die Brsiphasenspannung bleibt weiterhin so lange angelegt, bis das gesamte in der Matrix gespeicherte Ladungssignal aus der Matrix hinausgeschoben ist.

Eines der bei der vorstehend beschriebenen Matrix auftretenden Probleme ist die Überbelastnng mit Strahlungsenergie. Wenn eine starke Strahlungsquelle auf eine Ladungsspeicherstelle projiziert wird, dann wird an dieser Stelle mehr Ladung erzeugt, als dort gespeichert werden kann. Hiermit ergibt sich für das Schema nach Figur 5a ein Zustand, bei welchem die in einer Potentialgrube angesammelte Ladungsmenge über den Rand der Grube überfließt. Diese überschüssige Ladung kann {jedoch den Kanal nicht verlassen, weil das durch die Kanalbegrenzung hervorgerufene Oberflächenpotential (in Figur 5a mit der gestrichelten Linie dargestellt) niedriger ist als das Oberflächenpotential zwischen benachbarten Potentialgrüben längs des Kanals. Somit ergießt sich jede überschüssige Ladung aus der betreffenden Potentialgrube in eine oder mehrere benachbarte Potentialgruben desselben Kanals.Diese Ladungsausbreitung führt zu einer Streuung oder Aufweitung jedes intensiven, aus der Matrix ausgelesenen Bildpunkts und somit zu einer Erscheinung, die gemeinhin als "Überstrahlen" des Bildes bekannt ist.

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Sin Überstrahlen kann in der Anordnung nach den Figuren 1-3 auch die Folge einer bestimmten Handhabung der Steuerspannungen sein. Während der Integrationszeit werden zwei Elektroden auf einer verhältnismässig hohen Spannung gehalten und erzeugen eine relativ breite Potentialgrube, wie es in Figur 5 ²^ sehen ist. Während der Zeit der Ladungssignal-Übertragung fallen die beiden Potentialgruben für den Großteil jeder Übertragungsperiode auf eine Grube zusammen. Wenn sich die breite Potentialgrube während der Integrationszeit auf mehr als die Hälfte ihres Aufnahmevermögens mit Ladungsträgern anfüllt, dann läuft ein (Peil der Ladung über, wenn die breite Grube durch eine schmale Grube von etwa der halben Breite ersetzt wird. Die sclunalen Gruben sind bei (b) in Figur 5 gezeigt.

In Figur 7 ist äne Möglichkeit veranschaulicht, wie sich das oben erwähnte Problem gemäß der Erfindung lösen läßt. Der in Figur 7 gezeigte Aufbau einer Matrix ist der gleiche wie vorstehend beschrieben, abgesehen von zwei Ausnahmen. Erstens befindet sich in der Mitte jederKanalbegrenzungszone eine N-leitende Diffusionszone 20a, 20b bzw. 20c. Die Kanalbegrenzung selbst besieht aus zwei P-leitenden Diffusionszonen (z.B. 22a), und zwar jeweils eine auf jeder Seite der N-leitenden Diffusionszone (z.B. 20a). Zweitens sind die P-leitenden Diffusionszonen nicht so stark dotiert wie bei der Anordnung nach den Figuren 1-3, sondern sie haben eine Störstellenkonzentration

16 χ

von N =6· 10 Störstellen pro cm. Diese Dotierung wird vor-

3.

zugsweise durch Ionenimplantation herbeigeführt, weil sich hiermit die Stärke der Dotierung genau kontrollieren läßt. Bei diesem Dotierungsgrad beeinflussen die Spannungen an den über die P-Diffusionszonen laufenden Leitern (z.B. amLeiter 16d) die Potentialschwelle, die von diesen Diffusionszonen hervorgerufen wird. Die N-leJtenden Diffusionszonen 20 wirken als Abflüsse oder "grains" für Elektronen, wenn sie auf irgendeiner positiven Spannung von z.B. 10 Volt gehalten werden.

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Die Wirkungsweise dieser Matrix ist in den Figuren 8 und 9 veranschaulicht. Die Figur 9 zeigt das Profil des Oberflächenpotentials in Längsrichtung eines Kanals während der Zeit der optischen Integration. In Figur 10 sind die Oberflächen— Potentiale bei verschiedenen Dotierungsgraden über der Speicherelelirodenspannung aufgetragen, und zwar für eine 2500 A dicke Kanaloxydschicht. Das Oberflächenpotential unter den auf 24- Volt liegenden Elektroden ist Vg = 18 Volt, und das Oberflächenpotential unter den an 4- Volt liegenden Elektroden ist V = 2 Volt. Diese 2 Volt stellen jeweils eine Pctentialschwelle zwischen benachbarten Potentialgruben längs des Kanals dar. Ferner läßt sich anhand der Figuren 8 und 10 erkennen, daß bei einer Spannung der Ladungsspeicherelektrode 16d von 24- Volt das Oberflächenpotential unterhalb der .B£fusionszonen 22a beispielsweise 4- Volt beträgt. Diese Schwelle ist niedriger als die zwei-Volt-Sehwelle zwischen den Potentialgruben längs des Kanals . Falls nun eine Überbelastung durch Strahlungsenergie erfolgt und mehr Ladungsträger erzeugt werden, als die in den Figuren 9 und 8a gezeigte Potentialgrube aufnehmen kann, fließt die überschüssige Ladnng daher eher über die 4- Volt-Potentialschwelle zur N-leitenden Diffusionszone 20a als über die 2-Volt-Potentialschwelle zur nächstbenachbarten Potentialschwelle desselben Kanals. Das Gleiche gilt auch dann, wenn die breiten Potentialgruben gemäß Figur 9 die schmale Form gemäß Figur 5b annehmen.

Wie oben erwähnt, werden die N-Diffusionszonen 20 auf einer positiven Spannung wie z.B. 10 Volt gehalten. Diese 10 Volt beeinflussen die P-Diffusionszonen 22 nicht, weil sie eine Sperrspannung für den PN-Übergang zwischen der P-Diffusionszone 22 und der B-Diffusionszone 20 darstellen.

Wie man anhand da? Figuren 8 und 9 erkennen kann, handelt es sich bei der die N-leitende Diffusionszone umgebenden Potentialschwelle um eine "dynamische" S_chwelle, d.h. ihr Wert ändert

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sich mit den an den Leitungen16 liegenden Spannungen. Wenn beispielsweise die Spannung an der Leitung 16d 24- Volt beträgt, dann ist die Schwellenhöhe am "niedrigsten" (d.h. am meisten positiv), sie beträgt dann nur 4- Volt. Wenn die Leitung 'i6d auf einer Spannung von 4 Volt liegt, dann wächst die Schwellenhöhe (d.h. sie wird weniger positiv) auf einen Wert untehalb von 1 Volt. Dies ist ein wichtiges Merkmal der vorliegenden -Erfindung, weil damit sichergestellt wird, daß die Ladung, wenn sie längs des Kanals weitergegeben wird, nicht aus dem Kanal verloren geht. Wenn die Potentialschwelle konstant auf 4- Volt gehalten würde, und die Spannung an den Ladungsspeicherelektroden dann waltend der Ladungsübertragungszeit zum Zwecke der Weitergabe der Ladung längs des Kanals geändert wird, dann wäre es denkbar, daß ein Teil dieser Ladung an die Sammelschiene 20 verloren geht, während die Spannung einer Elektrode auf ihren relativ niedrigen Wert sinkt. Mit der Anordnung nach Figur 7 wird sowohl während der Integrationszeit als auch während der Zeit der Ladungssignalübertragung ein Überstrahlen verhindert.

Bei der Erläuterung der Arbeitsweise der in Figur 7 dargestellten Anordnung sei vorausgesetzt, daß die Diffusionszonen ausreichend tief sind, so daß sie niemals vollständig entblößt bzw. verarmt v/erden können. Es ist jedoch auch möglich, eine solche Anordnung so zu betreiben, daß die als "Überstrahlungssperre" wirkenden Diffusionszonen 20 beim Höchstwert der ansteuernden Mehrphasenspannung vollständig verarmt werden.

Eine solche Betriebsweise ist in Figur 20 veranschaulicht. Wie man der unteren graphischen Darstellung erkennen kann, wird eine Diffusionszone 22 bei über dem Wert V_v liegenden Speicherelektrodenspannungen vollständig von Ladungsträgern entleert, d.h. vollständig verarmt. Wenn dies eintritt, ist die Potentialdiferenz zwischen dem Oberflächenpotential innerhalb des Kanals

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unter der auf der relativ hohen Spannung liegenden Speicherelektrode einerseits und dem Potential V_x. der Überstrahlungssperre andererseits eine Konstante K. Das heißt, die in dieser Potentialgrube maximal speicherbare Ladung ist fest und unabhängig vom Potential der Speicherelektrode.

Ein Vorteil einer gemäß Figur 20 ausgelegten ladungsgekoppelten Bildfühlermatrix besteht darin, daß die als Überstrahlungssperre dienende Diffusionszone durch Ionenimplantation mit einer festen Dosis, an Ionen dotiert werden kann, die den krtischen Spannungswert V_v festlegt, bei welchem diese Diffusionszone vollständig verarmt ist.

Der Betrieb einer solchen Matrix ist relativ unabhängig von der tatsächlichen Dotierungsdichte der Diffusionszone und hängt nur von der Gesamtdosis ab. In diesem Fall kann die Störstellenkonzentration N, durch die Durchbruchsspannung zwischen der als tiberstrahlungssperre dienenden Diffusionszone und den N -leitenden Sammelschienen auf einen Wert begenzt sein, der gleich

16 ⁷->
oder größer ist als 6« 10 cm .

Die Figur 11 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die sich mit einer Zweiphasen-Steuerspannung betreiben läßt. Die Ladungsspeicherelektroden bestehen aus einzelnen Paaren. Jedes Elektrodenpaar enthält eine Polysilizium-Elektrode, (z.B. 30), die verhältnismässig nahe am Substrat angeordnet ist, und eine Aluminium-Elektrode (z.B. 32), die sich weiter vom Substrat entfernt befindet. Dieses Elektrodenpaar wird mit ein- undcferselben Phase (z.B. φ ^) der zweiphasigen Steierspannung angesteuert und bildet im Substrat eine asymmetrische Potentialgrube zur Ladungsspeicherung. Das benachbarte Elektrodenpaar 30a, 32a wird mit der Phase φ~ angesteuert. Die Arbeitsweise einer solchen Anordnung ist ausführlich in einer USA-Päjentanmeldung mit dem Titel "Charge Coupled Circuits" vom 14. Januar 1971 beschrieben, die auf den Erfinder Walter F.Kosonocky zurückgeht und auf die Anmelderin der vorliegenden

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Anmeldung'überschrieben ist.

Die Anordnung nachFigur 11 unterscheidet sich von der in der besagten Patentanmeldung beschriebenen Anordnung dadurch, daß sie Sammelschienen wie z.B. 34-a und 34-b im Substrat zwischen den Kanälen aufweist und daß bei ihr der Abstand zwischen diesen Sammelschienen und dem Polysilizium-Leiter sorgfältig eingestellt sein muß. Jede Sammelschiene liegt tiefer als der vom Substrat am weitesten entfernte Elektrodenteil» Die Sammelschienen wirken als Abflüsse oder "Drains" für Minori·*· tätsträger und sind elektrisch von den Kanälen getrennt, und zwar durch Potentialschwellen, die im Substrat durch die über die Sammelschienen laufenden Elektroden erzeugt werden.

Für die in Figur 11 gezeigte Anocdnung gibt es zwei mögliche Ausführungsarten. Bei der einen Art, die schematisch in Figur15 gezeigt ist, ist der größte Abstand ^₇ zwischen der Polysilizium-Elektrode und dem Substrat größer als der kleinste Abstand X₀₂ zwischen der Aluminiumelektrode und dem Substrat. Bei der zweiten, in Figur 16 dargestellten Ausführungsart liegt die Polysilizium-Elektrode auch mit ihrem größten Abstand Xq^ näher am Substrat als die Aluminiumelektrode. In den Figuren 15 und 16 sind typische Maße für die jeweiligen Abstände ein^ gelragen. .

Die Arbeitsweise der ersten Ausführungsart der Anordnung nach Figur 11 ist in den Figuren 17 und 18 veranschaulicht. Der Verlauf der Steuerspannungen ist in Figur 12 gezeigt. Während der optischen Integrationszeit werden die φ,,-Elektroden auf 5 Volt und die φρ-Elektroden auf 10 Volt gehalten. Das Profil des Oberflächenpotentials quer zum Kanal ist in Figur 17 dargestellt. Die tatsächlichen Werte dieser Oberflächenpotentiale finden sich in der graphischen Darstellung nach Figur 14·. -^ie Potentialschwelle V-g, d.h. das Oberflächenpotential unmittelbar neben der Sammelschiene $4-, beträgt zwei Volt, Das Oberflächenpotential zwischen benachbarten Speicherstellen längs des Kanals

4098 TS/O^3 ;

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(vergl. Figur 18a) beträgt 1 Volt, d.h. es ist holier (.weniger positiv) als das Sperrpotential an der Sammelschiene. Jede Ladungsansammlung unterhalb der φ ₂-Elektrode 30, die das Oberflächenpotential unter dieser Elektrode auf weniger als 2 Volt vermindern könnte, fließt daher eher zur Sammelschiene 30 als zur benachbarten Speichecstelle desselben Kanals.

Aus der Figur 18 erkennt man, daß das Sperrpotential, welches die Sammelschiene von den Kanälen trennt, ebenso wie bei der weiter oben beschriebenen ersten Ausführungsform der Erfindung einen Wert hat,der vom Potential des über die Sammelschiene laufenden Leiters abhängt. Wenn dieser Polysilizium-Leiter auf 10 Volt l%t, dann beträgt das Sperrenpotential (Überstralungssperre) 2 Volt. Wenn die Aluminiumelektrode 32 auf 10 Volt liegt, dann beträgt das Sperrenpotential 1,5 Volt. Dieser Unterschied zwischen den Oberflächenpotentialen hat seinen Grund in den unterschiedlichen Abständen der Aluminium- und der Polysilizium-Elektroden von der Sammelschiene 34-. Diese und die anderen Werte der Oberflächenpotentiale sind aus der Figur 14- entnommen.

Die Figur 18b zeigt den Betrieb für den Fall, daß während der Ladungssignal-Übertragungszeit die (fig-BlektrQde auf 20 Volt und die φ^,-Elektrode auf 10 Volt liegt. Auch hier ist zu erkennen, daß die Sperrenpotentiale "dynamisch" sind und eine Funktion mit denjenigen Spannungen darstellen, die an den über die Überstrahlungssperre laufenden Leitern.liegen. Die Sperrenpotentiale hängen außerdem ,ab vom Abstand zwischen den Leitern und demjenigen Teil des Substrats, der die Sammelschienen 34- enthält.

Die in Figur 16 gezeigte Ausführungsart kann mit den in Figur 13 gezeigten Spannungen betrieben werden. Wegen der gezeigten anderen Maße sind auch die während der Zeit der-Strahlungserfassung, d.h. während der Integrationszeit, verwendeten

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Spannungen anders als in Figur 12 angegeben.

Der daraus resultierende Betrieb ist in Figur 19 veranschaulicht. Während der Integrationszeit ist das Sperrenpotential V^ in der Rahe der die tiefste Potentialgrube aufweisenden Polysizilium-Elektrode 30 = 9+ Volt. Das Oberflächenpotential im Kanal unterhalb der mit dieser Polysilizium-Elektrode verbundenen Aluminiumelektrode 32 beträgt 8+ Volt. Somit,.,ist das Sperrenpotential niedriger (d.h. positiver) als das Oberflächenpotential im Kanal neben der tiefen Potentialgrube. Das heißt, bei diesem Beispiel kann sich die Potentialgrube während der Integrationszeit nicht mit mehr Ladung füllen, als es etwa 4-+ Volt (14- Volt - 9 + Volt) entspricht.

Die vorstehend beschriebene Anordnung bildet einen Schutz gegen Überlastungen sowohl während der Integrationszeit als auch während der Ladungssignal-Übertragungszeit. Während des Intervalls tp in Figur 13 hat das Oberflächenpotential das in Figur 19b gezeigteProfil. Das Sperrenpotential zwischen benachbaiten Ladungsspeicherstellen längs des Kanals ist +8 Volt. Das Speri?enpotential an der Sammelschiene ist "niedriger" und liegt bei +9 Volt. Wenn also während der W_eitergabe des Ladungssignals eine Überbelastung eintritt und eine Potentialgrube überläuft, dann £ließt de überschüssige Ladung eher zur Sammelschiene als zur nächstbenachbarten Pdsentialgrube desselben Kanals. ·

Die Ausführungsart nach Figur 15 ist ge gen^:'Überbelastungen nur während der Zeit der St^ahlungs erf as sung, d.h-, während der Integrationszeit, geschützt. Die Figuren 17 und 18 zeigen, daß das Sperrenpotential unterhalb der MLysilizium-Elektrode mit der tiefsten Potentialgrube höher (d.h. weniger positiv) ist. als das Oberflächenpotential im Kanal unterhalb der Aluminiumelektrode 32 -des betreffenden Elektrodenpaars. Während der

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Übertragungszeit (Intervall t₂ in Figur 12) ist das Sperrenpotential hinter den tief en Potentialgruben V-n = 2 Volt, und das Oberflächenpotential zwischen benachbarten Kanälen ist niedriger (d.h. positiver) - - V^ - 3 Volt. Wenn also während der Signalübertragungszeit eine Überbelastung eintritt und eine Potentialgrube überläuft, dann fließt die überschüssige Ladung eher zur nächsten benachbarten Potentialgrube desselben Kanals als zur Sammelschiene 3^·

Die Erfindung wurde vorstehend im Zusammenhang mit P-leitenden Substraten erläutert. Natürlich können statt dessen auch N-leitende Substrate verwendet werden, wenn man die Polaritäten der Spannungen entsprechend ändert und für die Sammelschienen P-leitende Diffusionszonen verwendet. Auch sind die vorstehend beschriebenen Prinzipien nicht nur bei den dargestellten zweiphasig angesteuerten Anordnungen /anwendbar sondern auch bei anderen zweiphasig gesteuerten Anordnungen, wie sie in der oben erwähnten USA-Patentanmeldung 106,381 beschrieben sind. Es sei ferner darauf hLngewiesen, daß die verschiedenen angegebenen Materialien lediglich Beispiele sind.

Patentansprüche: 409816/0843

Claims (6)

1. Patentansprüche

   π./Ladungsgekoppelt Strahluhgsfühlermatrix mit einem Substrat und zwei "benachbarten Reihen (Kanälen) von Ladungsspeicherstellen, deren jede eine Elektrodenanordnung aufweist, die bei Anregung durch Strahlungsenergie zur Speicherung eines Ladungssignals an der Substratfoerflache führt; ferner mit einzelnen Leitern, deren Anzahl mindestens gleich ist der Anzahl von Ladungsspeicherstellen in einer Reihe, und deren jeder mit den Elektrodenanordnungen zweier benachbarter Reihen verbunden ist, um diesen Elektrodenanordnungen eine Spannung anzulegen; und schließlich mit ,einer Einrichtung, die das Fließen'der anreiner Speicherstelle" angesammelten überschüssigen Ladung in eine benachbarte Speicherstelle derselben oder einer anderen Reihe verhindert und folgendes enthält: eine im Substrat zwischen benachbarten Reihen eingebettete Sammelschiene, eine Anordnung zur Aufrechterhaltung eines solchen Potentials der Sammelschiene, daß sie als Abfluß für Ladungen wirkt*:, und eine Sperranordnung, die zwischen jeder Ladungsspeicherstelle und der Sammelschiene eine Potentialschwelle solcher Höhe erzeugt, daß die überschüssige Ladung, die über das an einer Ladungsspeicherstelle speicherbare Maß hinausgeht, über die Potentialschwelle zur Sammelschiene fließen kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrenanordnung. (22a, 22b, 22c und die darüber !Hegenden Leiter 16a bis 16d in den Figuren <\. _una 7._{? O}der die Substrat, zonen neben der Sammelschiene 34a bzw. 34-b und die darüber-

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   liegenden Leiter 30, 32, 3Öa, 32a in Figur 11) von den Spannungen an den Leitern (16a bis 16d bzw. 30, 32, 3Öa, 32a) beeinflußbar ist und an der Substratoberfläche eine dynamische Potentialschwelle erzeugt,die sich mit diesen Spannungen ändert. . ·
2. 2. Ladungsgekoppelte Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekenn-' zeichnet, daß die Leiter im wesentlichen den gleichen Abstand vom Substrat haben wie die Elektrodenanordnungen; und daß die Sammelschiene eine Diffusionszone im Substrat ist, die einen anderen Leitfähigkeitstyp als das Substrat hat; und daß eine Anordnung zur Bildung einer Potential- schwelle aus einer Diffusionszone (22 in Figur 7) im Substrat besteht, die denselben Leitfähigkeitstyp wie das Substrat hat und eine höhere Störstellenkonzentration als das Substrat aufweist und zwischen Jeder Reihe und der Sammelschiene, angeordnet ist.
3. 3- Ladungsgekoppelte Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (30» 32 in Figur 11) einen größeren Abstand vom Substrat haben als die mit ihnen verbundenen Elektrodenanordnungen, wobei der Abstand zwischen einem Leiter und dem Substrat in den Bereichenzwischeneiner Reihe und der Sammelschiene so gewählt ist,daß bei den während der Integrationszeit der Strahlungsenergie vorhandenen Spannungen eine Potentialschwelle zwischen einer Reihe und der Sammelschiene gebildet wird, die niedriger ist als die Potentialschwelle zwischen benachbarten Ladungsspeicherstellen einer Reihe und die höher ist als das während der besagten Integrationszeit unter einer Elektrodenanordnung vorhandene maximale Oberflächenpotential«
4. 4. Ladungsgekoppelte Matrix nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrodenanordnung aus zwei Elektroden besteht, von denen die erste näher am Substrat liegt als

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   die zweite, um eine asymmetrische Potentialgrube zu erzeugen, und daß die Anzahl der Leiter gleich ist der Anzahl der Elektroden in einer Reihe.
5. 5· Ladungsgekoppelte Matrix nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daßdie zweite Elektrode jedes Paars näher an der Sammelschiene liegt als diejenigen Teile der Leiter, die die zweiten Elektroden verbinden.
6. 6. Ladungsgekoppelte Matrix nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode jedes Paars weiter vom Substrat entfernt liegt als diejenigen Teile der Leiter, die die zweiten Elektroden verbinden.

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