DE2349522C3 - Ladungsgekoppelte Strahlungsfühlermatrix - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine ladungsgekoppelte Strahlungsfühlermatrix 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 Substratoberfläche 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 an einer Spcicherstelle 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 Aufrcchterhaltung eines solchen Potentials der Sammelschiene, daß sie als Abfluß für Ladungen wirkt, und eine Sperranordnung, die zwischen jeder Ladungsspcicherstclle und der Sammelschiene eins Potcntialschwclle solcher Höhe erzeugt, daß die überschüssige Ladung, die über das an einer Ladungsspeicherstelle speicherbare Maß hinausgeht, über die Potcntialschwclle zur Sammelschiene fließen kann.

Bei der Belichtung einer Matrix aus lichtfühlenden Elementen kann es vorkommen, daß das belichtende Bild an einigen Stellen sehr viel heller als der übrige Teile des Bildes ist. Hierdurch werden die entsprechenden Teile der Matrix von einer besonders intensiven Strahlung getroffen, die z.B. das I(Hache der mittleren Intensität des Bildes betragen kann, was zu Übcrlastungserschcinungen in diesen Teilen der Matrix führt. Im Falle einer ladungsgekoppelt 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 La .'.lung kann dann »überlaufen a , d. h., sie kann auf benachbarte Stellen längs derselben ladungsgckoppcltcn I.ichtfühlerrcihe (im folgenden auch »Kanal« genannt) übergreifen und sich auch in benachbarte ladungsgekoppelt Kanäle ergießen. Diese Liidi'iigsaiisbrcitung zeigt sich in einem »Überstrahlen« des aus der Matrix ausgclcscncn Bildes. Das

heißt mit anderen Worten, die Quelle der intensiven Strahlungsenergie erscheint in dem ausgelesenen und anschließend wiedergegebenen B:ld flächenmäßig viel größer als beim Original.

Eine Strahlungsfühlermatnx der eingangs beschriebenen Art, die Gegenstand einer älteren Patentanmeldung (Offenlegungsschrift 23 45 784) ist, vermindert die Gefahr des Überstrahlens durch das Vorhandensein der Sammelschiene und der zwischen ihr und den Kanälen gebildeten Pctentialschwellen. Da diese Potentialschwellen niedriger sind als die Sperren zwischen den Ladungsspeicherstellen jeweils ein- und desselben Kanals, fließt überschüssige Ladung eher zur ableitenden Sammelschiene als in benachbarte Ladungsspeicherstellen desselben Kanals. Diese Maßnahme zur Vermeidung des Überstrahlens hat jedoch dann einen unerwünschten Begleiteffekt, wenn im Zuge der Weitergabe der Ladung von einer Speicherstelle zur anderen die unter einer Speicherstelle liegende gefüllte Potentialgrube vorübergehend schmaler wird. Da hiermit bei gleichbleibender Ladunssmenge die in der Grube gesammelte Ladung in ihrem »Niveau« steigt, kann es vorkommen, daß ein Teil der Ladung bei der Weitergabe über die Potentialschwelle zur Sammelschiene hin überfließt und dort unwiderruflich abgeleitet wird. Dies führt zu einem Verlust an Nutzsignalenergie.

Die Aufgabe der Erfindung besteht da-in, die Gefahr von Ladungsverlusten bei der Ladungsweitergabc zu vermeiden. Bei einer ladungsgekoppelten Strahlunp,sfülilermatrix der eingangs beschriebenen Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sperrenanordnung von den Spannungen an den Leitern beeinflußbar ist und an der Substratoberfläche eine dynamische Potentialschwelle erzeugt, die sich mit diesen Spannungen ändert.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß man mit einer Anordnung zur Vermeidung des Überstrahlens nicht einen Lrdungsverlust bei der Weitergabe der Ladung in Kauf nehmen muß. Einzelheiten und besondere Ausgestaltungen der Erfindung werden nachstehend in Ausführungsbeispielen an Hand von Zeichnungen erläutert.

F i g. 1 zeigt die Draufsicht auf eine ladungsgekoppelte Bildfühlermatrix;

F i g. 2 und 3 zeigen Schnitte gemäß den Linien 2-2 und 3-3 der in F i g. 1 gezeigten Matrix;

Fig. 4 zeigt das Profil des Oberflächenpotentials quer über einen Kanal der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Anordnung; 5"

F i g. 5 zeigt Profile von Oberflächenpotentialen längs einem Kanal der in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Anordnung;

F i g. 6 zeigt den Verlauf von Signalen zum Betrieb der Anordnung nach den F i g. 1 bis 3;

F i g. 7 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;

F i g. 8 zeigt die Verteilung von Obcrflächenpotenlialen quer zum Kanal der in Fig. 7 gezeigten Ai.-ordnung;

Fig."') zeigt die Verteilung von Oberflächcnpotcntialcn lungs dc- Kanals während der Zeit der Strahlungscrfassung bei der Anordnung nach Fi g. 7;

Fig. H) zeigt in einem Schaubild das Obcrflächcnpotcnlial abhangig von dem Potential der Speicherelektrode bei einer ladungsgckoppclten Anordnung, und zwar für verschiedene Doticnmgsstärkcn des

Fig. 11 zeigt perspektivisch und aufgebrochen den Aufbau einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 und 13 zeigen den Verlauf von Signalen für unterschiedliche Betriebsarten der Anordnung nach Fig. 11;

Fig. 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 Speicherelcktrodenleiter und dem Substrat;

Fig. 15 und 16 zeigen die Dicke von Isolierschichten für zwei verschiedene Arten der Ausführungsform nach Fig. 11;

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

Fig. 18 zeigt Oberfiächenpotentialprofile längs des Kanals für die Ausführungsart nach Fig 15;

Fig. 19 zeigt Oberflächenpotentialprofile längs des Kanals für die Ausführungsart nach Fig. 16;

Fig. 20 ist ein Schaubild zur Erläuterung des Betriebs einer modifizierten Ausführungsart der Anordnung nach F i g. 7.

Die Fig. 1 zeigt einen Teil einer Bildfühlermatrix, wie sie der Anmelderin bekannt ist. Von den vielen in der Matrix vorhandenen Spcicherstellen sind nur einige dargestellt. Die der Bildfühlermatrix zugeordnete Zwischenspeichermatrix für Ladungen sowie die Leseverstärker und 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 auf die obengenannte ältere Patentanmeldung zurückgehende deutsche OrTenlegungsschrift 23 45 784.

Die Matrix nach den Fig. 1 bis 3 enthält ein Substrat 10 aus P-leitcndem Silizium, welches eine Dotierungsdichtc von N,,= 10¹⁴ bis IO^IS Störstellen pro cm^:1 aufweist. Auf einer Oberfläche des Substrats 10 befinden sich P-Ieitende Diffusionszonen 12« und 12/), die als Kanalbcgrenzungen dienen und jeweils zwischen zwei benachbarten Kanälen (d. h. Reihen) von Ladungsspcicherstellcn liegen. Diese DifTusionszoncn, die durch Ionenimplantation oder irgendein anderes Verfahren gebildet sein können, sind stärker dotiert als das Substrat und können beispielsweise /V₁=IO¹⁷ bis 10^1!> Störstellen pro cm³ enthalten. Die Substraloberfläche und die Diffusionszonen sind von einer Isolierschicht 14 bedeckt, die beispielsweise aus Siliziumdioxyd (SiO.,) bestehen kann.

Auf der Oberseite der Isolierschicht befindet siel· eine Vielzahl sogenannter Ladungsspcichcrclektroder 16«, 16/), 16 c und 16d. Über der gesamten Anordnung kann zum Schutz eine sehr dünne, mit Phosphoi dotierte Oxydschicht (nicht gezeigt) aufgetragen sein

In der oben beschriebenen Anordnung hat dci Kanal eine Breite von 15,24|im, und die der Kanal begrenzung dienenden DilTusionszonen 12π und 12/ sind ebenso breit. Die Elektroden 16. die aus Alumi nium bestehen können, seien 7,62 pm breit um 2.54 um voneinander entfernt. Die Dicke der Oxyd schicht (SiO.,) sei 2500 Ä. Diese Maße sind lcdiglicl als Beispiele anzusehen.

Die vorstehend beschriebene Bildfühlermatrix kam mit 3 Phasen betrieben werden, wofür die Signale mi dem in F i c 6 gezeißten Verlauf herangezogen wer

den. Die Elektroden 16<i und 16ft sowie alle anderen Ρίη,κ _fW ir ι c ·

(nicht dargestellten) Elektroden, die im späteren Ve - Sl^un? ?°T 'T'³' ^S'^{Ch jcdc} «bcrschüslauf des Betriebs mit den Wechselspannung™ Φ, und „e oder meSL ho ^⁰"⁰" Potentialgrubc in

<I>₂ angesteuert werden sollen, werden zunächs auf selbeη K-Zl 1 ? \ ^Potenlialö™^n dese.ner festen Gleichspannung von 24 Volt gehallen 5 einer S«r,-n m T * V^ad.^{ungsausbreitun}8 ^fiiIm zu Die Elektrode 16e und alle diejenigen anderen S ΓμΓ2^ ^^ ^JCdCS ^"«ven. ^ iroden, die später mit der Wechselspannung Φ, an- ei er F _schrin,,n_n T'" ^B!^Ic P^{unkts ll}"d somit zu gesteuert werden sollen, werden auf eineV festen dc Bi des bekannt'k,'" ^™' "" ^ »^Übc««™hlcn, Gleichspannung von 4 Volt «ehalten W=UmMiH H₁.r ·»""" Bekannt ist.

Zeit des Anliegt dieser Spannungen" wid Ä ! _{10 F} £", A^." ^d" Anordnung nach den iungsb.ld (z.B. ein optisches Bild) auf die Matrix habun» der sS,? ^{ge C}"^{1Cr bcstim}™™ Handproj.Zicrt, und zwar entweder auf deren Oberseite IntcSionszeft w T""""^^{11 SCin}- ^{Wiihrcnd dcr} oder deren Unterseite. Die durch Belichtung mit die- ve hffim"ßL S " «T™ ^tIeklrodcn *»' einer scm Bild erzeugten Ladungsträger sammeln sich in zeug TeZl relathhrVi'T""⁸ P^{haltcn und cr}" den »Potcntialgruben« unterhalb der auf I 24 Volt .5 F ifs _7U sohpi I uru ^P?^tentia|gnibc, wie es in gehaltenen Elektroden an. Diese Ladungsträger sind sig.falUcrtra^nfJo H ,^ ^' ^{dCr Uldun}8^s" Minontats.rager (und zwar Elektronen im Falle eines für den GVoE il Wni ? ^" ^{Ρο1εηΐ!ί}Ί§™Ικ'η P-lcitcnden Substrats), und ihre Ansammlunn sowie Grube zusTnImI ^J w ^Übertra8"ngsperiode auf eine d.c Obernächenpo.entiale sind schematisch in Fig. S _grat vSS" n"" ^ ^{die brdtc Potcnli}«'-a) dargestellt. Die an jeder Stelle ansammelte *o h™l .eThrc^SfSi₁ ^IntC8^ratIonszeit ^"f mehr als die Ladungsmenge ist proportional dem Betrag der auf ani ί dann la. f. ^T^"' ^{mit Lad}"ngslrä<u:rn diese Stelle treffenden Strahlungsenergie. re e ΓπΓ Itu™ ^Ί ''' ^{dCr Ladun}ß ^über' wenn die

Die als »Kanalbegrcnzungcn« bezeichneten P-Iei- halben Brche or"? f"¹·⁰^"¹³¹*^{5 Grubc Von clwa dcr} tcndcn Diffusionszonen bilden Potentialschwellen bei M in F _C 5? ^W'^rd· ^D'^{C SchmaIen Grub}™ sind zwischen benachbarten Kanälen, wie es schematisch as In F ^¹.⁸' ^Ä? «ezeigt.

in Fig. 4 gezeigt ist. Sie sollen einen Ladungsfluß sich da obenerwXf °$^hc^^cn veranschaulicht, wie von einem Kanal zum nächstbenachbarten Kanal ver- lösen ΐίβΓ DerTn P -t"*'⁶¹" ^{gCmMß der} Erfindung hindern. Das Oberflächenpotential unterhalb einer trix _s der ZiZ ^?' ⁷ gezeigte Aufbau einer Mapiffus.onszonc (z. B. der DIffusionszonc 12«) betrage Resehcn von ί^ δ ^V _u ^Orslehend beschrieben, abcmen Bruchteil von einem Volt, während das Obe'r- 30 SSrMiS iede'r κΤη t™"' ^*"^{8 befi}"de« sich nachenpotcntial an einer Ladungsspeicherstelle etwa tendc DiiΓωΐοηί^ M^^lbe4^re"f^un§^S2«ne eine N-lei- ,ϊί^Ύ' ^{Wenn dic} Elektrode an dieser Stelle begrenzung elbs.T f M * ^bZW· ²°^C- ^{Die Kanal}" auf 24 Voll hegt. Weil die Störstellenkonzcntration sionszonen h R lf ? ^ ^{ZWei P}-'^eite»^n DiITum den P-leitenden Diffusionszonen so hoch ist, be- jederSe"te derN iS^ ""J*.™" J^cweils eine auf wirkt O.C Spannung der über den Diffusionszonen 35 Zwe ten sind Sie ρΤί"^»,ffusionszonc (z.B. 20«). verlaufenden Leiter (z.B. 16,/) praktisch keine Ver- so stark^ dotiert w κ "^" ^DliTusi°n^ncn nicht armung und hat somit praktisch keinen Einfluß auf Fig 1 bis 3 snnH ?L ^Anordnung nach den

die Potentialschwellen. ' f ,. ^{ls J}> ^sondern sie haben eine Störstellcnkon

Nachdem sich Ladungsträger in ausreichender Zahl DoSung ^C⁶"^!°" ^™¹¹™ ^Ρ™ ™'^Κ ™™ angesammelt haben, werden sie aus der Matrix hin- 40 tion h™rbeiS.rt ?^We?_u ^durch Ioncnimplanlaausgeschoben, und zwar mittels der Dreiphasen- Wrf, ⁸ ,' ^{Wei1 Slch hiermit} die Stärke der Wechselspannung, die während der in Fg\Z ™3 f_e ⁿ _e ^aU _fl ^kontro'^lieren «*· Bei diesem Do.t- »Ladungssignal-Übertragung« bezeichneten Zeit- ^Sfffurion ^dle _f ^SP^annu"gen an den über

spanne angelegt wird. Die Zum Zeitpunkt r, herr- Leiter 16 ^Xp ?'?· ^a"^fenden Leitern (z.B. am sehenden Obcrflachenpotentiale sind schematich in 45 fusions^^

Fig. 5 (b) dargestellt. Man erkennt, daß die vorher SwZLS¹^, ^Wifd- ^Die N-leitenden unter den Φ - und Φ,-Elektroden vorhandene Ladung ΆγηΪΪ^μ w ^a^ Abflüsse oder »Drains«

nunmehr vollständig in die Potentialgrube unterhalb Spannung von z' Bm V ^""ί ^"^cr positiven der 0_s-Elektrode geschoben ist. Während einer nach- D™ ifrSn« X ^{gehalten Werden}·

folgenden Zeitspanne (t_s in Fig. 6) wird die Ladung 50 und 9 vor, I r't^" ^{Matrix ist} in den Fig 8 unter die Φ,-EIekirode geschoben usw. Die dS? £ ObeSn^V ?^ie.^Fi8·⁹ ^igt das p/ofi Phasenspannung bleibt weiterhin so lange angelegt Kanak wSWhT ^³'^{5 m Län}gsrichtung eines bis das gesamte in der Matrix gespeicherte Ladung! In F _B ΐϊ S 7 ^u ί* °^ptischen Integration s.gnal aus der Matrix hinausgeschoben ist. ^g schiedJiJL lS2f ^Oberflächenpotentiale bei ver-

E,nes der bei der vorstehend beschriebenen Matrix ₅₅ rodensSann^^T^{8raden Über der} Speicherelekauftretenden Probleme ist die überbelastung mit 2S)C A Γ, "^Wi, und zwar für eine Strah ungsenergie. Wenn eine starke Strahlungsquelle potent nt ^«^«^chL Das Oberflächenauf e,ne Ladungsspeichersteile projiziert wird, dann K ~ 18 Vnh ^ ™ ^{Volt lie}^^enden Elektroden wird an d.eser Stelle mehr Ladung erzeugt, as dort den an~4in£ r ?™ Oberflächenpotential unter pqmchert werden kann. Hiermit Irgibt skh für te 60 Sese 2 v^ ' S ·" ^E!,^ektrod™ ^t V_s = _{2 Vo},t »chema nach F, g. 5 a ein Zustand, bei welchem die Sien hl Li ^{JCWeiIs eine p}otentfalschwelle π e,ner Potentialgrube angesammelte Ladungsmenge Ss 3_ar Fe ^n" .^Potentialgruben längs des

g) ger ist als das Oberflächen- Z 2-Vc* LSf ^Οι^^&1""=»' »■ niedriger als

*«en„a, ™,«_hen W^ ^ ^i^S^S^^

die als Übcretrahlungsspcrre dienende Diffusions_{h Ioncnjm lantalion mit c},ncr festen Dosis _{( wcrdcn kann> die dcn kntlsch}en

Spannungswert V_x festlegt, bei welchem d.ese D.f-

fusionszonc vollständig verarmt ist.

^^ _Μ,_ηΐ.._{χ is{ rc},_{aUv unab}.

„:_in„j_g von der tatsächlichen Dotierungsdichte der ^^ ^ _hä „_{ur von dcr Gcsamt}dos.s ^ ^^ ^ _{kann dje} störstcHcnkonzentra- ^ '_tjon ^ _{( durch d}j_c Durchbruchsspannung zwischen der als Übcrstrahlungsspcrre dienenden DifTusions- ^ ^ ^_{n N+}_,_cUendcn Sammelschiencn auf ■ ^_n ^, _{scin> dcr gleich oc}i_er größer ist

ioi«cm».
^ _p. _zci„_{t c}j_{ne zwc}He Ausführungsform der

_Frfind ^ _{sich mit ciner} Zweiphasen-Sleuerspan- - betreiben läßt. Die Ladungspeicherelektroden t ^ einzelnen Paaren. Jedes Elektrodenpaar bU _po, _ilizium._E,_{ektrodef (z}. _B. 30), die

i h Sbtrat angeordnet ist und

S.rahlunusenergie erfolg! und mehr Ladungstrage, erzeugt werden. aU die in den Γ i g. 9 und Sa gezeigte Polentiakrube aufnehmen kann. Hießt die ubcrschussiue Ladung daher eher über die 4-Voh-Pote. ι lalsc'hwelle /ur N-Ieitenden Diffusions/.onc 20« als übe die "'-Voli-Polentialscliwcllc zur nächstbenachbarte Potenlialschwclle desselben Kanals. Das gleiche gilt ««eli dann, wenn die breiten Po.enlialgruben gemii« Ii u. ·> die schmale Form gemäß I-ig. 5 b an- ^ "ti'ohen erwähnt, werden die N-DiJIusUins/oncn 20 auf einer positiven Spannimg wie z. B. 10 Vollgehalten. Diese 10 Volt beeinflussen die P-D.iTus.ons-/oncn 22 nicht, weil sie eine Sperrspannung fur den PNCbcnving /wischen der P-Diffus.ons/one 22 und der N-Diiiusions/.onc 20 darstellen.

Wie man an Hand der F i g. 6 und 9 erkennen

kann, handelt es sich bei der die N-leitende: DiI £ _χ ^ _ _ ^

sioiis/onc umgebenden Potentialschwcllc um cmc ,_{SUnismäßig na}he am Substrat angeordnet ist, und

,dvnam.sche« Schwelle, d. h., ihr Wert andc t sieη _Aluminium-Elektrode (z. B. 32), die sich weiter

mii den an den Leitungen 16 liegenden Spannungen ^^ ^^ _{befindel DieS}cs Elektroden-

Wenn beispeilsweisc die Spannung an der Leitung ^ ^ _ejn_ _{und derselben Phase} (_z. B. Φ,)

16</ 24 oh beträgt, dann ist die Schwellcnhohc am 1 _zweiphasigcn Stcucrspannung angesteuert und >nicdni.sien<, (d.h. am meisten positiv), sie betrat _bjldcl'_in/_{Substrat cin}e asymmetrische Potcnt.a grube dann nur 4 Volt. Wenn die Leitung 16 d' aul einei adungsspeichcrung. Das benachbarte Elektro-

Spannunu von 4 Volt liegt, dann wächst die Schwel· ■ ^ ^ _{mk dcf phasc} „^ _ge_

■ ,_lcu'_crt Die Arbeitsweise einer solchen Anordnung

ist ausführlich in einer USA.-Patentanmeldung mit

s'ehc-'ucMciit'wird "'dtir die Ladung, wenn sie längs 30 dem 1 J^c] »Charge ^up^^ ^^^^ _{Wa] R}

des Kanals weitergegeben Nvird, nicht aus dem Kana , ..._IJ:. _a.„„m„„„

vcrlo,cn,ehl. Wenn die Potentialschwelle konstant auf 4 W>\\ gehalten würde und dic Spannung an den I adunosspeicherelektroden dann während der Ladun^übe trammcszcit zum Zwecke der Weitergabe der I ad.„m läniis des Kanals geändert w.,d dann ^. . * ... ■ τ·ι .linonr I :idiinß an oil

Spannunu von 4 Volt liegt, dann wächst die Sch lcnhöhe (d. h., sie wird weniger positiv) auf einen Wen unterhalb von 1 Volt. Dies ist ein ™E" Merknu.' der vorliegenden Erfindung, ^wcl! id dß di Ladung w

I adi.nn länus des Kanals geände ^iire c, denkbar, daß ein Teil dieser Ladung an Sanum-ischicc 20 verlorengeht, wahrend die Span nun. einer Elektrode auf ihren relativ niedngeη, ^cr sinkt. Mit der Anordnung nach Fig. 7 wird sowoh ehrend der Integrationszeit als auch ^hrcn^d der Zeit der 1 aduncssignal-Übcrtragung cm Überstrahlen

verhindert. ^ . . ._Fic7

Beider Erläuterung der Arbeitswe.se der in Fig. 7

d i orausgesetzt daß die

_bcschricben, die auf den Erfinder Walte Kosonocky zurückgeht und auf die Anmeldern! _vorij_eecndcn Anmeldung überschrieben ist.

Anordnung nach Fig. 11 unterscheidet sich von der in der besagten Patentanmeldung bcschne-_Anordnung dadurch, daß s.e Sammclschienen

_34fl ^ ^ _{ft jm Subslrat h dcn} Ka-

^ ^ ^ ^ -^ der Abstand zwischen Sammclschienen und dem Polysihz.um-Leiter eingestellt sein muß. Jede Sammelschiene fe fc^^^ ^ _{yom Substral} fitesten ent ^ _E]ektrodenteils. Die Sammelschiencn wirken _{Abflüssc ode}r »Drains« fur Minor.tatstrager und sind elektrisch von den Kanälen getrennt una zwar _Pilhwellen die im Substra t durch die

. . ._Fic7 sind elektrisch von den Kanälen getrennt una zwar

Beider Erläuterung eitswe.se der in Fig. 7 _Potentialschwellen, die im Substra t durch die

darstellten Anordnung sei vorausgesetzt, daß die ..^ _{djc Sammelschienen} laufenden Elektroden er-

^^S^ % ^ZC^^W Fi^Il gezeigte Anordnung

wert der ansteuernden

ständig crarmt werden. .

Emc solche Betriebsweise ist m schaulicht. Wie man in der unteren stellung erkennen kann, wird ei«l groDer als der ivj^.i.c^v, . ^ der Aluminiumelektrode unc

i~ · . Λ r J _t„H

Im SubsUßeider zweiten, in Fig.16 dargestell « ten Ausführungsart liegt die Polysilizium-Elektrod. ⁵⁵ auch mit ihrem größten AbstandIJf, naher am Sub

strat als die Aluminiumelektrode. In den Fig.^l.

und 16 sind typische Maße für die jeweiligen Ab

in dieser Potentialgrube m«^imal _pSaTder Speidung ist fest und unabhängig vom Potential der o_V

cherclektrode. ^_{0 ausee}legten Ia-

Ein Vorteil einer gemäß Fig. ^O ausge:i ζ dungsgekoppclten Bildfühlermatnx besteht dann, α finden sich in der graphische _{609 635/27}

Darstellung nach Fig. 14. Die Polenlialschwelle V₁₁, d. h. das Oberllächeiipotential unmittelbar neben der Sammelschiene 34, beträgt 2 Volt. Das Oberlläclicnpotcntial zwischen benachbarten Speicherstellen längs des Kanals (vgl. Fig. 18a) beträgt I Volt, d.h., es ist höher (weniger positiv) als das Sperrpotential an der Sammelschiene. Jede Ladungsansiimmlung unterhalb der '/'.,-Elektrode 30, die das Oberllächenpotenlial unter dieser Llektrode auf weniger als 2 Volt vermindern könnte, lließl daher eher zur Sanimelscliiene 30 als zur benachbarten Speicherstelle desselben Kanals.

Aus der Fig. IS erkennt man, daß das Sperrpoiential, welches die Sammelschiene von den Kanälen Irennt, ebenso wie bei der weiter oben beschriebeneu ersten Aiislüliruiigslonii der EiTnidung einen Wert hat, tier vom Potential ties über die Sammelschiene laufenden Leiters abhängt. Wenn dieser PoIysili/iuni-Leiler auf KJVoIt liegt, dann beträgt das Sperrenpolenlial (iHieistralihingssperre) 2 Voll. Wenn die Aluminiumelektrode 32 auf K)VoIt liegt, dann beträgt das Sperrenpolenlial 1,5VoIl. Dieser Unterschied zwischen den Oberllächenpotentialen hat seinen (iiiind in den unterschiedlichen Abständen ilei Aluminium- und der Polysilizium-Elektroden von der Sammelschiene 34. Diese und die anderen Werte tier Oberlläclienpotentiale sind aus der Fig. 14 entnommen.

Die Fig. IHb zeigt den Betrieb für den Fall, daß während der Ladungssignal-Übertragungszeit die '/'.,-Elektrode auf 20 Voll und die '/',-[.Elektrode auf K)VoIt liegt. Auch hier ist zu erkennen, tlaß di;· Sperrenpotentiale -dynamisch* sind und eine Funktion mit denjenigen Spannungen darstellen, tlie an i\t:n über die Übertstrahlungssperre laufenden Leitern liegen. Die Spcrrenpotciuiale hängen außerdem ab vom Abstand zwischen den Leitern und demjenigen Teil des Substrats, der die Sammelschienen 34 enthält. Die in F"ig. 16 gezeigte Ausführungsart kann mit den in Fig. 13 gezeigten Spannungen betrieben werden. Wegen der gezeigten anderen Maße sind auch die während der Zeit der Strahlungserfassung, d. Ii. während der Integrationszeit, verwendeten Spannungen anders als in Fig. 12 angegeben.

Der daraus resultierende Betrieb ist in Fig. 10 veranschaulicht. Während der Integrationszeit ist das Sperrenpotential V₁₁ in der Nähe der die tiefste Potentialgrube aufweisenden Polysilizium-Elektrode 30 ■-■■- 9 ^; Volt. Das Obcrfiächcnpotential im Kanal unterhalb der mit dieser Polysilizium-FJektrode verbundenen Aluminiumelektrode 32 beträgt -I- Volt. Somit ist das Sperrenpotential niedriger

(d.h. positiver) als das Oberllächcnpotential in Kanal neben der tiefen Potenlialgrube. Das heißt, be diesem Beispiel kann sich die "polenlialgrube während der Inlegrations/eit nicht mit mehr Ladung füllen, als es elwa 44 Volt (14 Volt - 9 I Volt) entspricht.

Die vorstehend beschriebene Anordnung bildel einen Schulz gegen Überlastungen sowohl während Her lntegraHonszeit als auch während der Ladungssignal-Übeitragu.igszeit. Während des Intervalls L '''.I-ig 13 ι,·,, _d._ls Oberllächcnpotential das in 1 ig. Kh gezeigte Piolil. Das Sperrenpotential zwischen benachbarten Ladungsspeicherstellcn längs des Kanals ist I 8 Volt. Das Sperrenpotential an der sammelschiene ist »niedriger« und liegt bei I- 9 Volt. Wenn also während der Weitergabe des Ladungs-Mgnals eine überlastung eintritt und eine Potentialgrube überläuft, dann Hießt die überschüssige Ladung eher zur Sammelschiene als zur nächstbenachbarten Potcntialgrube desselben Kanals.

Die Ausluli. ungsart nach F i g. I 5 ist gegen Überlastungen nur während der Zeit der StrahhingscrasMing, j. 1,. während der Integrationszeit, geschützt, "e Mg. 17 und 18 zeigen, daß das Sperrenpoten- !" unterhalb der Polysiliz.ium-Flektrode mit der 'eisten I oleniialgrube höher (d. h. weniger positiv) <s. als das Oberllächenputential im Kanal unterhalb c er Aluminiumelektrode 32 des betreffenden Elektrouipaars \V ah rend der Übertragungszeil (Intervall/., " ü- I-; ist das Sperrenpotential hinter den lie- ^₁ I ou-ntialgrubcn IV- 2 V₀It, und das Ober-■■:«..κ;ι.ρο ential zwischen benachbarten Kanälen ist Ringer (c. h. poshiver) - V_s - - 3 Volt. Wenn also W rend der Signalübcrtragunuszcit eine Überbein \ fr Tv^{11 lind Cine} I'otenlialgrubc überläuft, dann fließt the überschüssige Ladung eher zur nächsterbenachbarten Potcntialgrube desselben Kanals als zur Sammelschiene 34.

V.?.'⁰,,?,^¹!¹^ ^Wurdc vorstehend im Zusammen- -'S nm P-ie.tendcn Substraten erläutert. Natürlich stat dessen auch N-leitende Substrate verwenden, wenn man die Polantäten der Span-'" '"rechend ändert und für die Sammelsinri ,v ^iC? ^{de DifTus}'onszonen venvendet. Auch

sind d.c vorstehend beschriebenen Prinzipien nicht Anordn ^dar8^es^llten zweiphasig angesteuerten

Anordnung anwendbar, sondern auch bei anderen gesteuerten Anordnungen, wie sie in ahnten USA.-Patcntanmeldung 106 381 dilwiiP^" Ϊ!" ,' ^{Es sei ferner darauf} hingewiesen, l!_cSpi:-l^^hJ_: ^e„^di^{nen an}ßegebenen Materialien ledig-

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Ladungsgekoppelte Strahlungsfühlermatrix mit einem Substrat und zwei benachbarten Reihen (Kanälen) von Ladungsspeicherstellen, derer, jede eine Elektrodenanordnung aufweist, die bei Anregung durch Strahlungsenergie zur Speicherung eines Ladungssignals an der Substratoberfläche 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 an einer 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 (22 α, 22 b, 22 c und die darüberliegenden Leiter 16 a b^;s 16 d in den F i g. 1 und 7, oder die Substratzonen neben der Sammelschiene 34a bzw. 34 ft und die darüberliegenden Leiter 30, 32, 30c, 32a in Fig. 11) von den Spannungen an den Leitern (16a bis I6d bzw. 30, 32, 30a, 32a) beeinflußbar ist und an der Substratoberfläche eine dynamische Potentialschwclle erzeugt, die sich mit diesen Spannungen ändert.

2. Ladungsgekoppelte Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter im wesentlichen den gleichen Abstand vom Substrat haben wie die Elektrodenanordnungen und daß die Sammelschiene eine DilTusionszone im Substrat ist, die einen anderen Leitfähigkeitstyp als das Substrat hat, und daß eine Anordnung zur Bildung einer Potentialschwelle aus einer Diffusionszone (22 in Fig. 7) im Substrat besteht, die denselben Leitfähigkeitstyp wie das Substrat hat und eine höhere Störstellcnkonzentration als das Substrat aufweist und zwischen jeder Reihe und der Sammelschiene angeordnet ist.

3. Ladungsgekoppelte Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (30, 32 in Fig. II) einen größeren Abstand vom Substrat haben als die mit ihnen verbundenen Elcktrodcnanordnimgcn, wobei der Abstand zwischen einem Leiter und dem Substrat in den Bereichen zwisehen einer Reihe und der Sammelschiene so gewählt ist. daß bei den während der Integ-ationszeit der Strahlungsenergie vorhandenen Spannungen eine Potcntialschwellc zwischen einer Reihe und der Sammelschiene gebildet wird, clic niedriger ist als die Potentialschwelle zwischen benachbarten I.adungsspciclicrstcllcn einer Reihe und die holier ist als das während der besauten Integrationszeit unter einer Elektrodenanordnung vorhandene maximale Oberflächenpotential.

4. Ladungsgekoppelte Matrix nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrodenanordnung aus zwei Elektroden besteht, von denen die erste näher am Substrat liegt als die zweite, um eine asymmetrische Potentialgrube zu erzeugen, und daß die Anzahl der Leiter gleich ist der Anzahl der Elektroden in einer Reihe.

5. Ladungsgekoppelte Matrix nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode jedes Paars näher an der Sammelschiene liegt als diejenigen Teile der Leiter, die die zweite Elektrode verbinden.

6. Ladungsgekoppelte Matrix nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode jedes Paars weiter vom Substrat entfernt liegt als diejenigen Teile der Leiter, die die zweiten Elektroden verbinden.