DE3105910C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung nach Gattungsbegriff des Anspruches 1, sowie auf ein Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung.

Die Verwendung von Ladungsübertragungseinrichtung für die Verarbeitung von durch Fotodetektoren erhaltenen Signalen besitzt eine Anzahl von Vorteilen. Zunächst können Ladungs­ übertragungseinrichtungen, insbesondere ladungsgekoppelte Einrichtungen (CCD) relativ leicht durch monolithisch integrierte Siliziumschaltkreise mit hoher Packungsdichte realisiert werden. Die Ladungsübertragungseinrichtung ver­ hält sich im Hinblick auf Analogsignale grundsätzlich als eine Abtasteinrichtung, die direkt auf die analoge Abtastung einwirkt. Die Schnittstelle zwischen einer solchen Ein­ richtung und dem zugeordneten Fotodetektor kann somit ver­ hältnismäßig unkompliziert sein, da der Fotodetektor typi­ scherweise ein analoges elektrisches Ausgangssignal liefert, das mehr oder weniger durch die erfaßte elektromagnetische Energie vorgegeben ist. Ferner können die durch die Ladungs­ übertragungseinrichtung zu handhabenden analogen Abtast­ werte durch die digitalen Taktschaltkreise gesteuert werden, was zu einer beträchtlichen Flexibilität führt.

Wenn die Technologie ladungsgekoppelter Einrichtungen ver­ wendet wird, um die durch den Fotodetektor gelieferten Sig­ nale zu verarbeiten, so stellt ein Detektor auf der Basis Leiter-Isolator-Halbleiter (CIS = Conductor-Insulator-Semi­ conductor) ein passendes Element dar, wobei dieses Element im wesentlichen einen Kondensator darstellt. Bei derartigen Fotodektoren trägt das Halbleitermaterial einen Isolator, der seinerseits einen Leiter abstützt, wobei die dem Iso­ lator gegenüberliegende Seite des Leiters der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt ist. Der Leiter ist eine Elektrode, die zusammen mit dem Isolator in der Lage ist, Strahlung hindurchzulassen, so daß diese die Oberfläche des Halbleitermaterials erreicht. Wenn zwischen dem als Fotodetektorelektrode dienenden Leiter und dem Halb­ leitermaterial eine solche Spannung angelegt wird, daß sich ein Verarmungsbereich in dem Halbleitermaterial bildet, so ist die auf der Oberfläche des Halbleitermaterials ange­ sammelte Ladung an der Sensorstelle dem Strahlungsbetrag proportional, der auf die Oberfläche des Halbleitermaterials auftrifft. Diese durch die Strahlung induzierte Ladung wird gesammelt und an der Oberfläche des Halbleitermaterials im Bereich der Sensorstelle für die Zeitdauer festgehalten, während der die Spannung auf dem Leiter aufrecht erhalten wird. In einem typischen Fotodetektorsystem handelt es sich bei der an den Leiter angelegten Spannung um einen sich wiederholenden Spannungsimpuls, der sich zwischen der Spannung Null und einem bestimmten Pegel bewegt, wobei dieser Spannungs­ impuls dem Leiter an jeder Sensorstelle zugeführt wird. Durch die einfallende Strahlung wird die Ladung an den verschiedenen Stellen der Abtastoberfläche verändert.

Es gibt jedoch eine maximale durch den Betrag der Strahlung induzierte Ladungsansammlung, die bezüglich einer Sensorstelle wünschenswert ist, da entweder erstens der Fotodetektor für die anliegende Spannung keine weitere Ladung an der Sensor­ stelle ansammeln kann oder da zweitens der Signalverarbeitungs­ schaltkreis der ladungsgekoppelten Einrichtung entwurfsbe­ dingt nur einen bestimmten maximalen Betrag von angesammelter Ladung in einer Zeitperiode verarbeiten kann. Eine Möglich­ keit würde dann darin bestehen, eine feste Zeitdauer für die Ansammlung der durch die auftreffende Strahlung induzierten Ladung an einer Sensorstelle in einer Abtastperiode vorzusehen. Auf ein solches Verfahren kann man sich jedoch nicht immer ver­ lassen, wenn man eine Überansammlung von Ladung während einer Abtastperiode an der Sensorstelle vermeiden will. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Intensität der auftreffenden Strahlung oftmals unbekannt ist und nicht vorhergesagt wer­ den kann. Der sich bei einer Abtastung in einer festen Zeit­ dauer ansammelnde maximale Ladungsbetrag kann somit ebenso wenig wie die Sensorstelle, an der dieser maximale Ladungsbe­ trag auftritt, vorhergesagt werden.

In der Zeitschrift "IEEE Transactions on Electron Devices", Volume ED-21, No. 6, Juni 1974, Seiten 331-343, wurde bei einer gattungsgemäßen Einrichtung vorgeschlagen, die Übersättigung der übertragungselektroden bei einer CCD-Anordnung durch die Integration von Überlaufsenken konstruktiv zu vermeiden. Abgesehen davon, daß diese konstruktive Lösung mit der Anordnung zusätzlicher Überlaufsenken einen beträchtlichen Aufwand bei der Herstellung der Einrichtung bedeutet, führt diese Lösung zu einer verringerten Signalempfindlichkeit.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Größe der an den verschiedenen Sensorstellen auftretenden Ladungspakete in der Zeit gesteuert werden kann, während diese Ladungen angesammelt werden, um während jeder speziellen Ab­ tastperiode die Entscheidung treffen zu können, wann die Ladungsansammlung unterbrochen werden soll. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Er­ findung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungs­ gemäßen Einrichtung und eines Verfahrens zu deren Betrieb sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Durch die vorliegende Erfindung werden die Ausgangssignale mehrerer Fotodetektoren erfaßt, und es wird die Sensorzeit während dieser Erfassung eingestellt, indem die Größe der Aus­ gangssignale dieser Fotodetektoren gemeinsam betrachtet wird. Die Anordnung umfaßt eine Anzahl von Fotodetektoren mit einer gemeinsamen Elektrode durch welche Strahlung einen inneren Teil eines jeden Fotodetektors erreichen kann. Dieser gemein­ samen Elektrode wird zu Anfang einer Abtastung eine Spannung zugeführt, wobei das Potential dieser Elektrode danach über­ wacht wird, um den Spannungsabfall gegenüber dem zuvor zuge­ führten Potential festzustellen. Bei der Feststellung eines ausreichenden Spannungsabfalles wird die Abtastung der Foto­ detektorausgänge in dieser Abtastperiode beendet.

Die Signalverarbeitungseinrichtung gemäß der Erfindung kann in vorteilhafter Weise durch eine Ladungsübertragungseinrichtung verwirklicht werden, wobei insbesondere ein monolithisch integrierter Schaltkreis mit ladungsgekoppelten Elementen zur Anwendung gelangt. Fotodetektoren in einer solchen Einrich­ tung können vom Typ Leiter-Isolator-Halbleiter (CIS) sein, wobei der Leiter als gemeinsame Elektrode dient. Diese Foto­ detektoren befinden sich in Nachbarschaft von ladungsgekoppel­ ten Oberflächenkanal-Einrichtungen, in die die in den Foto­ detektoren angesammelten Ladungspakete übertragen werden können, nachdem bei jeder Aufnahme die Ladungsansammlung auf­ grund der auftreffenden Strahlung vervollständigt ist. Die ge­ meinsame Elektrode der Fotodetektoren besitzt eine Schalt­ einrichtung, über die eine Spannung mit einem ausgewählten Wert an die Elektrode angelegt werden kann. Eine an die gemeinsame Elektrode angeschlossene Puffereinrichtung liefert einen Hinweis auf den Betrag des Spannungsabfalles gegenüber dem zuvor durch die Schalteinrichtung an die gemeinsame Elek­ trode angelegten Potentials. Eine Einrichtung kann ferner vorgesehen sein, die aufgrund dieses Hinweises die Abtast­ periode beendet.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Er­ findung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen er­ findungsgemäßen monolithisch inte­ grierten Schaltkreis;

Fig. 2 ein äquivalentes Schaltungsdia­ gramm für einen größeren Teil des monolithisch integrierten Schalt­ kreises gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Leistungscharakteristik des Schaltungsdiagrammes gemäß Fig. 2;

Fig. 4 ein schematisches Schaltungsdia­ gramm eines monolithisch inte­ grierten Schaltkreises, der der Einrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 zugeordnet ist und weitere Teile aufweist; und

Fig. 5 ein Diagramm mit verschiedenen in dem System gemäß Fig. 4 auf­ tretenden Signalen;

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen monolithisch integrierten Schaltkreis an einer Stelle, an der Fotodetek­ toren des Typs Leiter-Isolator-Halbleiter (CIS) gebildet werden. Die dargestellte Anordnung weist mehrere CIS-Foto­ detektoren auf, wobei diese einen gemeinsamen Leiter be­ sitzt, durch den elektromagnetische Strahlung an den Sen­ sorstellen hindurchtreten kann, um das Halbleitermaterial unterhalb der Isolierschicht zu erreichen, die den Leiter von dem Halbleitermaterial trennt. Der Querschnitt von Fig. 1 zeigt eine miteinander verbundene Gruppe von CIS-Foto­ detektoren, wobei der Schnitt durch den gemeinsamen Leiter und die darunter liegende Struktur erfolgt.

Der monolithisch integrierte Schaltkreis wird in dotiertem Silizium gebildet, das als Halbleiter-Grundmaterial dient und mit der Bezugsziffer 10 in Fig. 1 versehen ist. Dieser Grundkörper aus Halbleitermaterial besitzt mit Ausnahme von ausgewählten Bereichen aufgrund der Gegenwart von Bor­ atomen eine Leitfähgikeit von p-Typ. Die Leitfähigkeit be­ wegt sich typischerweise in dem Bereich von 9-13 Ω-cm bzw. die Dotierung beträgt ungefähr 1×10¹⁵ Boratome/cm³.

Auf einer Haupt-Oberfläche 11 des Halbleiterkörpers 10 ist eine Isolierschicht 12 gebildet. Die Isolierschicht 12 be­ steht aus Siliziumdioxyd und weist eine unterschiedliche Stärke entlang der Oberfläche 11 auf. Die Feldbereiche der Isolierschicht um die Fotodetektorstellen sind mit 12′ bezeichnet, während die Merkmalbereiche dieser Isolierschicht 12 an den Fotodetektorstellen mit 12″ bezeichnet sind. Die Dicke der Isolierschicht in den Feldbereichen 12′ ist in der Größenordnung von 6700 Å, während die Dicke der Isolier­ schicht in den Merkmalbereichen 12′′ sich in der Größen­ ordnung von 1100 Å bewegt.

Die Isolierschicht 12 besitzt eine Oberfläche 13, auf der eine Leiter 14 aus dotiertem polykristallinem Silizium auf­ gebracht ist. Der Leiter 14 dient als Elektrode, die jedem CIS-Fotodetektor gemeinsam ist. Die durch die Fotodetektoren zu erfassende Strahlung durchsetzt die Elektrode an den erwähnten Sensorstellen. Das die Elektrode 14 bildende polykristalline Silizium ist mit Phosphor in ausreichender Konzentration dotiert, um einen Flächenwiderstand von 15-50 Ω/ zu erzielen, was zu einer Leitfähigkeit der Elektrode 14 führt. Die Elektrode 14 weist eine Dicke von 5000 Å auf.

Die Elektrode 14 besitzt eine Oberfläche 15, auf der eine passive Isolierschicht 16 gebildet ist. Die Schicht 16 be­ steht ebenfalls aus Siliziumdioxyd und besitzt eine Dicke von 4000 Å.

Schließlich besitzt die Schicht 16 eine Oberfläche 17, auf der eine Grenzschicht 18 für die elektromagnetische Strahlung gebildet ist, wobei diese Grenzschicht aus Aluminium be­ steht und für Licht undurchdringlich ist. Die Dicke der Grenz­ schicht beträgt 1,2 µm. Die Grenzschicht 18 besitzt Aus­ nehmungen an den Fotodetektorstellen in dem jeweiligen Merk­ malsbereich der Einrichtung, um dem Licht den Durchtritt durch die Isolierschicht 12′′ und 16, sowie durch die Elektrode 14 zu gestatten, so daß das Licht auf dem Halbleitermaterial 10 an diesen Stellen auftreffen kann.

Um ferner sicherzustellen, daß die der Elektrode 14 zuge­ führte Spannung auf das Halbleitermaterial 10 in den Feld­ bereichen einwirkt, sind leitfähige Bereiche 19′ mit be­ trächtlich höherer Leitfähigkeit in dem Halbleitermaterial 10 unmittelbar unterhalb der Bereiche 12′ der Isolierschicht vorgesehen. Diese Bereiche sind ebenfalls mit Bor in einer Konzentration von 1×10¹⁸ Atomen/cm³ dotiert.

Um schließlich die Charakteristik der CID-Fotodetektoren zu beeinflussen, werden Bereiche 19′′ mit geringfügig höherer Leitfähigkeit in dem Halbleitermaterial 10 unmittelbar unter­ halb der Isolierschichtbereiche 12′′ gebildet. Diese Bereiche sind durch kurze diagonale Linien in Fig. 1 gekennzeichnet, wobei diese Bereiche mit Boratomen in einer Konzentration von 2×10¹⁵ Atomen pro cm³ dotiert sind. Dies führt zu einem In­ versionsschwellwert an den Sensorstellen von ungefähr 0,5 V.

Der Aufbau und die Betriebsweise der Einrichtung gemäß Fig. 1 führt zu bestimmten wirksamen Kapazitäten, wenn der Aufbau gemäß Fig. 1 in einem elektrischen Schaltkreis betrieben wird. Typischerweise wird im Betrieb eine Spannung zwischen der Elektrode 14 und dem Halbleiterkörper 10 angelegt, wo­ durch Verarmungsbereiche 20 in dem Halbleiterkörper 10 an den Fotodetektorstellen in dem Merkmalbereichen hervorgerufen wer­ den. Diese Verarmungsbereiche sind durch langgestrichelte Linien in dem Halbleiterkörper 10 veranschaulicht, wobei diese Linien die Oberfläche 11 schneiden. Derartige Verarmungs­ bereiche werden nicht unter den Feldbereichen gebildet, da die Isolierschichtbereiche 12′ eine wesentlich größere Dicke aufweisen und die Bereiche 19′ eine höhere Leitfähigkeit besitzen. Der Wert der an die Elektrode 14 angelegten Spannung kann typischerweise ungefähr 3,5 V aufweisen.

Bei dieser an die Elektrode 14 angelegten Spannung führt das Auftreffen von elektromagnetischer Strahlung an den Foto­ detektorstellen zu der Ansammlung von Ladungsträgern; im vorliegenden Fall von Elektroden in dem Halbleiterkörper 10 an der Oberfläche 11 in den Merkmalbereichen und innerhalb der Verarmungsbereiche 20. Elektromagnetische Strahlung in Form von Licht ist in Fig. 1 durch eine Reihe vertikaler Pfeile dargestellt, die auf die Struktur an den Fotode­ tektorstellen und an den benachbarten Teilen in den Feld­ bereichen gerichtet sind. Die auf die Feldbereiche auftretende elektromagnetische Strahlung wird durch die Grenzschicht 18 daran gehindert in die Struktur einzudringen. Die zugeführte Spannung bildet somit eine Potentialquelle an der Oberfläche 11 in den Fotodetektorbereichen, durch welche durch die auftreffende Strahlung ausgelöste Elektronen eingefangen wer­ den. Die Hinzufügung der durch die Strahlung induzierten Elektronen vermindert an den Fotodetektorstellen die Tiefe der Potentialquelle.

Die angesammelten durch die Strahlung induzierten Elektronen bzw. Ladungsträger bilden ein Ladungspaket in dem Halbleiter­ körper 10 an der Oberfläche 11 an jeder Fotodetektorstelle. Dieses Ladungspaket trägt aufgrund der Höhe der Ladung eine Information darüber, wieviel Strahlung die Öffnung in der Grenzschicht 18 passiert und den Halbleiterkörper 10 er­ reicht hat. Je größer die an einer Fotodetektorstelle den Halbleiterkörper 10 erreichende Strahlungsintensität ist, um so größer ist der Ladungsbetrag, der in einer vorgegebenen Zeit in dem Halbleiterkörper 10 eingefangen wird. Die sich ergebende Potentialquelle ist erneut auf das sich ergebende Oberflächenpotential an der Oberfläche 11 in den Verarmungs­ bereichen 20 zurückzuführen. Dieses Oberflächenpotential sei an den Detektorstellen mit Φ _s bezeichnet, wobei dieses sowohl von der Spannung der Elektrode 14 als auch von dem angesammelten durch die Strahlung induzierten Ladungsbe­ trag abhängt.

Diese Situation an jeder Fotodetektorstelle kann durch einen äquivalenten Kondensator repräsentiert werden, wobei dieser Kondensator dem Verarmungsbereich zugeordnet ist und einen veränderlichen Wert aufweist. Der Wert des Kon­ densators verändert sich mit dem Betrag der zwischen der Elektrode 14 und dem Halbleiterkörper 10 zugeführten Spannung und mit dem Betrag des induzierten und an der Oberfläche 11 in dem Verarmungsbereich 20 angesammelten Ladungsbetrages. Dieser Verarmungsbereichs-Kondensator ist mit c _d bezeichnet und in Fig. 1 an jeder Fotodetektorstelle durch eine ge­ strichelte Linie über dem Verarmungsbereich 20 eingezeichnet.

Die anderen durch Kondensatoren dargestellten Kapazitäten in dem Aufbau gemäß Fig. 1 sind durch den Aufbau vor­ gegeben und werden nicht in merklicher Weise durch die an­ gelegte Spannung und die angesammelten Ladungsträger beein­ flußt. Diese Kondensatoren treten zwischen der Elektrode 14 auf der einen Seite der Isolierschicht 12 und dem Halb­ leitermaterial 10 auf der anderen Seite der Isolierschicht 12 auf. In dem Merkmalbereich ist dieser Kondensator in Reihe zu dem Kondensator des Verarmungsbereiches geschaltet. Dieser mit c _oxp bezeichnete Kondensator an der Fotodetektorstelle basiert auf einem Oxyd-Dielektrikum in dem Bereich 12′′ zwischen dem Leiter 14 und dem Halbleiterkörper 10. Der entsprechende Kondensator in den Feldbereichen ist mit c _oxf bezeichnet und durch die Isolierschicht 12′ zwischen der Elektrode 14 und dem Halbleiterkörper 10 vorgegeben. Der Kondensator c _oxp ist in Reihe zu dem Kondensator c _d ge­ schaltet, wobei beide Kondensatoren parallel zu dem benach­ barten Kondensator c _oxf liegen. Die Elektrode 14 und der Halbleiterkörper 10 bilden die beiden gemeinsamen Anschlüsse. Aufgrund der bei dem Herstellverfahren monolithisch inte­ grierter Schaltkreise erzielbaren gleichmäßigen Ergebnissen sind diese durch Kondensatoren veranschaulichten Kapa­ zitäten von im wesentlichen gleichen Wert in der gesamten Struktur. Die zueinander äquivalenten Kondensatoren sind somit mit dem gleichen Index versehen und weisen entsprechende Werte auf.

Die äquivalenten Kondensatoren von Fig. 1 können in einem Schaltkreis dargestellt werden, wie in Fig. 2 zeigt. An­ stelle der nur zwei Merkmalbereiche und drei Feldbereiche von Fig. 1 weist der äquivalente Schaltkreis gemäß Fig. 2 eine größere Anzahl von Fotodetektoren auf, die gemeinsam an die Elektrode 14 angeschlossen sind. Insgesamt zeigt die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 2 N Kombinationen von Foto­ detektor-Merkmalbereichen und zugeordneten benachbarten Feld­ bereichen, die an eine Verbindungsleitung 14 angeschlossen sind, welche der gemeinsamen Elektrode 14 entspricht.

Die Anschlüsse der Kondensatoren, die in Fig. 1 mit dem Halb­ leiterkörper 10 verbunden sind, sind in Fig. 2 an Masse angeschlossen, wobei davon ausgegangen wird, daß der Halb­ leiterkörper 10 in Fig. 1 an Massepotential gelegt ist. Die vertikalen gestrichelten Linien in Fig. 2 dienen der Abgrenzung einer jeden Kombination, bestehend aus Merkmal­ bereich und zugeordnetem Feldbereich. Für die Kondensatoren werden in Fig. 2 die gleichen Indizes mit einer zusätzlichen Nummer verwendet. Diese zusätzliche Nummer gibt den Ort der Kombination entlang der Elektrode 14 an.

An die Elektrode 14 ist gemäß Fig. 2 die Quelle eines Feld­ effekttransistors 25 vom n-Kanaltyp mit isoliertem Gate (IGFET) angeschlossen, wobei dieser Feldeffekttransistor 25 ein Metalloxyd-Halbleiter (MOSFET) sein kann, der mit seiner Senke an eine Referenzspannung V _REF und mit seinem Gate an ein Steuersignal Φ _r angeschlossen ist. Diese Anordnung gestattet die Zuführung einer Spannung zu der Elektrode 14, bezogen auf Masse, um den Verarmungsbereich im Fotodetek­ tor-Merkmalbereich zu bilden. Das Steuersignal Φ _r ist ein Taktsignal, das den Beginn einer Abtastperiode vorgibt, während welcher die an die Elektrode 14 angeschlossenen Foto­ detektoren die auftreffende elektromagnetische Strahlung sammeln.

Ein weiterer n-Kanal-Feldeffekttransistor 26 vom Anreicherungs­ typ und mit isoliertem Gate (IGFET) ist gemäß Fig. 2 vorgesehen und mit seiner Senke an die Elektrode 14 und mit seiner Quelle an Masse angeschlossen. Ein weiteres Steuer­ signal Φ _d wird dem Gate des Feldeffekttransistors 26 dann zugeführt, wenn alle an die Elektrode 14 angeschlossenen Fotodetektoren unwirksam gemacht werden sollen. Dies ge­ schieht, indem der Feldeffekttransistor 26 die Elektrode 14 elektrisch an Masse anschließt.

Mit dem anderen Ende der Elektrode 14 ist das Gate eines weiteren n-Kanal-Feldeffekttransistors 27 mit isoliertem Gate und vom Anreicherungstyp angeschlossen. Die Senke des Feldeffekttransistors 27 ist an eine Versorgungsspannung V _S angeschlossen, während die Quelle dieses Transistors über eine Last 28 an Masse gelegt ist. Die Last 28 kann beispiels­ weise durch einen Widerstand oder durch einen anderen Feld­ effekttransistor gebildet werden.

Eine Ausgangsspannung V _O wird zwischen der Last 28 und dem Feldeffekttransistor 27 abgenommen. Die Ausgangsspannung V _O dient im folgenden als Hinweis auf den Betrag der durch die Strahlung induzierten Ladung, die an den verschiedenen Fotodetektorstellen in Fig. 2 angesammelt wurde. Die der Elektrode 14 über den Feldeffekttransistor 25 zugeführte Spannung ist lediglich ein Spannungsimpuls, der während einer Bildaufnahme lediglich solange zugeführt wird, daß die Aufladung der Kondensatoren über die Elektrode 14 eine Änderung erfährt, wobei der Spannungsimpuls während der tat­ sächlichen Aufnahme eines Bildmusters in der Abtastperiode beendet sein muß.

In Fig. 2 ist ferner das Oberflächenpotential Φ _s darge­ stellt, wobei eine zusätzliche Zahl dieses Oberflächenpoten­ tial einer bestimmten Fotodetektorstelle innerhalb der An­ ordnung zuordnet. Bei dem vorliegenden Aufbau der Anordnung gemäß Fig. 1 ist das Oberflächenpotential Φ _sn im allge­ meinen groß im Vergleich zu der Änderung des Oberflächen­ potentials ΔΦ _sn aufgrund der durch die Strahlung induzierten Ladungsansammlung wähend der Aufnahme eines Bildmusters. Somit kann in einer ersten Annäherung der Verarmungskonden­ sator c _d als konstant betrachtet werden, da seine Kapazi­ tät insgesamt von dem vorliegenden Oberflächenpotential Φ _sn abhängt.

Wenn zunächst die Situation betrachtet wird, wo die auf jeden Detektor auftreffende elektromagnetische Strahlung einen gleichen Wert besitzt, so können die verschiedenen Kondensatorzweige der Merkmalbereiche zwischen der Elektrode 14 und Masse in Fig. 2 alle als identisch angesehen werden, so daß wie auf einen einzigen Zweig zwischen der Elektrode 14 und Masse reduziert werden können. In gleicher Weise kann ein einziger Zweig zwischen der Elektrode 14 und Masse eine Reduktion aller Kapazitäten der Feldbereiche repräsentieren. Dieser reduzierte Zweig für die Feldbereiche kann durch einen einzigen Kondensator mit einem Wert dar­ gestellt werden, der der Summe der Werte aller Kondensatoren c _oxfn von 1 bis N entspricht. Der andere reduzierte Zweig ist durch die Summe der Reihenschaltungen der Kondensatoren c _oxpn und c _dn für alle Bereiche 1 bis N gegeben. Bezüglich der Kondensatoren der Merkmalbereiche kann diese Reduktion der Zweige vorgenommen werden, da das Oberflächenpotential an der Verbindungsstelle zwischen jedem Kondensator c _oxpn und c _dn aufgrund der angenommenen gleichmäßigen elektromagne­ tischen Strahlung den gleichen Wert besitzt.

Berücksichtigt man, daß die Ladung eines Kondensators durch dessen Kapazität und die über dem Kondensator anliegende Spannung vorgegeben ist, so läßt sich die folgende Gleichung angeben:

ΔΦ _s C_eq (reduzierter _{Φ s} -Knoten) = ΔΦ = Δ V₁₄ C _eq (red. Knoten für Elektrode 14)

Dies bedeutet, daß die Ladungsänderung eines an einen Knoten in dem reduzierten Schaltkreis angeschlossenen Kondensators der Ladungsänderung über einem Kondensator entsprechen muß, der an einen anderen Knoten in dem reduzierten Schaltkreis angeschlossen ist.

Die obige Beziehung kann in der nachstehenden Weise umge­ schrieben werden, um die Spannungsänderung an der Elektrode 14 in Abhängigkeit von der Änderung des Oberflächenpotentiales anzugeben:

Die Werte für die entsprechenden Kondensatoren in jedem der zwei Knoten des reduzierten Schaltkreises ergeben sich folgendermaßen aus der Schaltkreistheorie:

Läßt man die Annahme einer gleichen Oberflächenpotential­ änderung bezüglich jedes Fotodetektors aufgrund einer ein­ heitlichen auftreffenden elektromagnetischen Strahlung fallen, so führt die lineare Schaltkreistheorie mit ihrem Überlagerungsprinzip und die vorstehend angegebene zweite Gleichung zu dem Ergebnis, daß die Spannungsänderung be­ züglich der Elektrode 14 aufgrund der auf die Fotodetektoren auftreffenden Strahlung der Summe der einzelnen Ober­ flächenpotentialänderungen eines jeden Fotodetektors gleich ist, wobei eine Gewichtung mit dem Faktor K vorzunehmen ist. Es läßt sich somit folgende Beziehung angeben:

Die Änderung der Oberflächenpotentials in irgendeinem spe­ ziellen Detektor entspricht der dort durch die Strahlung induzierten Ladung dividiert durch die entsprechende Kapa­ zität an diesem Ort. Die Änderung des Oberflächenpotentiales an irgendeiner bestimmten Fotodetektorstelle kann somit folgendermaßen angegeben werden:

In dieser Gleichung entspricht Q der elektrischen Ladung und N (strahlungsinduzierte Elektronen)·n der Anzahl der Elektronen, die durch die auf den Fotodetektor n auf­ treffende Strahlung induziert werden. Die entsprechende an dem Fotodetektorknoten N auftretende Kapazität kann über die Schaltkreistheorie ermittelt werden, wobei sie durch die Parallelschaltung der Kapazität c _dn und der Kapazität c _oxpn mit allen übrigen Kondensatorzweigen in Reihe vor­ gegeben ist. Dieser Sachverhalt läßt sich folgendermaßen an­ geben:

Infolgedessen läßt sich die Spannungsänderung der Elektrode 14 aufgrund der auf die Fotodetektoren auftreffenden Strahlung bei Annahme äquivalenter Kondensatoren wie folgt angeben:

Wie man dieser Gleichung entnehmen kann, ergibt sich die Gesamt-Spannungsänderung der Elektrode 14 aufgrund der Ladungsansammlung in den verschiedenen Fotodetektoren als eine Funktion der mittleren in jedem Fotodetektor ge­ sammelten Ladung, d. h. aus der Größe des Ladungspaketes multipliziert mit einer Konstanten.

Während vorstehend eine etwas vereinfachte Analyse des Schaltkreises vorgenommen wurde, zeigen die Ergebnisse, daß die mittlere Größe des angesammelten Ladungspakte auf­ grund der auftretenden Strahlung durch Überwachung der Spannung an der Elektrode 14 festgestellt werden kann, nach­ dem die an die Elektrode 14 angebundenen Kondensatoren über den Feldeffekttransistor 25 auf einen ausgewählten Wert auf­ geladen sind. Bei Beendigung dieser Aufladung der Kondensa­ toren ergibt sich eine Spannung auf der Elektrode 14, die durch die Bezugsspannung V _REF vorgegeben ist. Die Spannung auf der Elektrode 14 fällt ab, wenn auf den Fotodetektoren Ladung aufgrund der auftreffenden Strahlung angesammelt wird. Dieser Spannungsabfall kann anhand der Spannung V _O am Ausgang des Feldeffekttransistors 27 beobachtet werden. Wenn die Spannung V _O auf einen hinreichend kleinen Wert abge­ fallen ist, so weiß der Beobachter, daß die mittlere Größe der an den Fotodetektoren angesammelten Ladungspakete einen hinreichend großen Wert erzielt hat, und daß die laufende Aufnahme eines Bildmusters beendet werden sollte.

Dies ist aus Fig. 3 ersichtlich, in welcher Figur die Spannung V _O über der Abtastzeit aufgetragen ist. Wenn die an die Elektrode 14 angeschlossenen Kondensatoren aus der Spannungsquelle V _REF über den Feldeffekttransistor 25 auf einen Wert entsprechend dieser Referenzspannung minus einer Schwellenwertspannung des Feldeffekttransistors 27 aufge­ laden worden sind und wenn anschließend der Feldeffekttransistor 25 ausgeschaltet wird, so beginnt die Spannung auf der Elektrode 14 abzusinken, was anhand der Ausgangsspannung V _O beobachtet werden kann. Gemäß Fig. 3 führt eine höhere Intensität der auf die Fotodetektoren auftreffenden elektro­ magnetischen Strahlung zu einem Abfall der Elektroden­ spannung auf einen vorgegeben Spannungspegel innerhalb einer relativ kurzen Zeitperiode. Der während des Spannungsab­ falles erreichte ausgewählte Spannungspegel ist durch eine gestrichelte horizontale Linie angegeben. Umgekehrt führen geringere Intensitäten der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung zu längeren Zeitperioden bezüglich des Abfalles der Elektrodenspannung auf den vorgegebenen Spannungspegel. Durch Auswahl eines bestimmten Spannungspegels zur Vorgabe der gewünschten maximalen Größe der mittleren Ladungs­ paketansammlung auf den Detektoren läßt sich die Abtast­ zeit bezüglich der Aufnahme eines Bildmusters vorgeben. Nach Beendigung der Abtastung werden die angesammelten Ladungs­ pakete aus den Fotodetektoren herausgeschoben und die Foto­ detektoren werden für eine neue Abtastung der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung vorbereitet.

Fig. 4 zeigt die schematische Auslegung eines Systems, mit welchem die Einrichtung gemäß Fig. 1 betrieben werden kann. Systemkomponenten in Fig. 4, die mit denjenigen in Fig. 2 übereinstimmen, sind in Fig. 4 mit gleichen Bezugsziffern versehen. Somit erscheinen in der linken Hälfte von Fig. 4 die Feldeffekttransistoren 25 und 26, die an die Elektrode 14 angeschlossen sind. Die Elektrode 14 weist in Fig. 4 eine veränderliche Dicke auf und besteht aus dotiertem poly­ kristallinem Silizium, wobei sie einerseits die Fotodetek­ toren 1 bis N miteinander verbindet und andererseits im Be­ reich ihrer Verbreitung den jeweiligen Merkmalsbereich der Fotodetektoren vorgibt. Die verengten Bereiche der Elektrode 14 bilden die eingangs erwähnten Feldbereiche zwischen den Fotodetektorstellen.

In der rechten Hälfte der Fig. 4 ist die Elektrode 14 an das Gate des Feldeffekttransistors 27 angeschlossen, der seinerseits die Last 28 ansteuert.

Die Feldeffekttransistoren 25 bis 27 sind als Einzelkompo­ nenten dargestellt, obwohl die Struktur zwischen diesen Feld­ effekttransistoren durch die Draufsicht auf einen mono­ lithisch integrierten Schaltkreischip vorgegeben ist. In der Praxis können die Feldeffekttransistoren 25 bis 27 eben­ falls in dem monolithisch integrierten Schaltkreischip her­ gestellt werden. Ihre Einzeldarstellung dient lediglich dem leichteren Verständnis des Systems gemäß Fig. 4.

Fig. 4 zeigt ferner ein Rückstellgatter 30 aus dotiertem polykristallinem Silizium in unmittelbarer Nachbarschaft der Fotodetektoren 1 bis N. Auf der den Fotodetektoren 1 bis N gegenüberliegenden Seite des Rückstellgatters 30 ist eine Reihe von Diffusionsbereichen 31 dargestellt, die in dem darunter­ liegenden Halbleiterkörper auftreten und das Rückstellgatter 30 über einen isolierende Schicht aus Siliziumdioxyd ab­ stützen. Die Diffusionsbereiche 31 sind durch gestrichelte Linien dargestellt. Jeder dieser Bereiche 31 bildet zusammen mit dem Rückstellgatter 30 an jeder Fotodetektorstelle einen Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGFET), wobei diese Feldeffekttransistoren alle einen gemeinsamen durch das Rückstellgatter vorgegebenen Gatebereich aufweisen. Die Diffusionsbereiche 31 sind alle elektrisch an eine Versor­ gungsspannung V _SUPP angeschlossen und das Rückstellgatter 30 ist an die gleiche Steuerspannung Φ _r angeschlossen, an die auch das Gate des Feldeffekttransistors 25 angeschlossen ist.

Diese Anordnung gestattet eine Aufladung der Elektrode 14 und der wirksamen Kondensatoren auf die Bezugsspannung V _REF bei gleichzeitiger Entfernung von jeglicher strahlungsindu­ zierter Ladung in den CIS-Fotodetektoren 1 bis N vor oder während der Anlegung des Bezugspotentials V _REF. Die Ladungs­ entfernung geschieht durch Übertragung der Ladung von jedem Fotodetektor 1 bis N unter dem Rückstellgatter 30 zu dem zugeordneten Diffusionsbereich 31 und durch Abführen der Ladung an die Spannungsversorgung V _SUPP.

An den Feldeffekttransistor 26 wird eine Steuerspannung Φ _d angelegt, um die Elektrode 14 dann an Masse legen zu können, wenn in ein Signalübertragungs-Schieberegister 33 keine zusätzlichen Rauschsignale übertragen werden sollen. Die Signale werden von den Fotodetektoren 1 bis N über ein Eingangs-Übertragungsschieberegister 34 in das Haupt­ signal-Übertragungsschieberegister 33 übertragen. Dies ist für den Fall wünschenswert, wo durch das Haupt-Schiebere­ gister 33 eine weitere Gruppe von Fotodetektor-Ladungs­ paketen zu Zeitpunkten ausgelesen wird die gegenüber den Zeit­ punkten der Ladungsübertragung der dargestellten Fotodetek­ toren verschoben sind.

Gemäß Fig. 4 ist das Hauptsignal-Schieberegister 33 als dreiphasige ladungsgekoppelte Einrichtung realisiert. Typischerweise besteht diese Einrichtung aus einer ladungs­ gekoppelten Oberflächenkanal-Einrichtung, wobei aber auch eine ladungsgekoppelte Einrichtung mit verdecktem Kanal An­ wendung finden kann. In jedem Fall sind drei Elektroden in dem Schieberegister 33 jeder Fotodetektorstelle und dem zugehörigen Eingangsschieberegister 34 zugeordnet, wobei diese Elektroden aus dotiertem polykristallinem Silizium bestehen.

Die Eingangs-Schieberegister 34 sind elektrisch voneinander durch Kanal-Stopbereiche 35 getrennt, wobei diese auch Teile des Hauptsignal-Schieberegisters 33 von den benachbarten Eingangs-Schieberegistern 34 isolieren. Natürlich sind weitere Kanal-Stopbereiche um die Schieberegister 33 und 34 vorgesehen, wobei diese jedoch nicht weiter dargestellt sind. Diese Kanal-Stopbereiche werden durch dotierte Bereiche in der Nähe der Oberfläche des Halbleitermateriales gebildet, wobei sie eine Leitfähigkeit vom p+-Typ an den Stellen auf­ weisen, wo die Abgrenzung gewünscht ist.

Die Eingangs-Schieberegister 34 werden durch drei dotierte polykristalline Siliziumelektroden gebildet, wobei diese drei Elektroden ein dreiphasiges einstufiges Schieberegister bilden. Es ist ferner eine vierte jedem Eingangs-Schiebe­ register 34 gemeinsame Elektrode vorgesehen, die als Transfer­ gatter dient, um die auf jedem Fotodetektor 1 bis N ange­ sammelte Ladung zu dem jeweils zugeordneten Eingangs-Schiebe­ register 34 und anschließend zu dem Hauptsignal-Schiebere­ gister 33 zum Auslesen dieser Ladungspakete zu übertragen.

Im Betrieb wird ein Ladungspaket von jedem der Fotodetek­ toren 1 bis N gleichzeitig in sein zugeordnetes Eingangs- Schieberegister 34 übertragen, und anschließend wird jedes Paket gleichzeitig in das Hauptsignal-Schieberegister 33 über­ tragen. Die Ladungspakete in dem Hauptsignal-Schiebere­ gister 33 werden während der Abtastung eines Bildmusters nach rechts verschoben und erreichen hierbei die rückstell­ bare Ausgangsanordnung 36 mit gleitendem Gate, die am Ende des Hauptsignal-Schieberegisters 33 vorgesehen ist.

Bezüglich dieser Ausgangsanordnung ist das gleitende Gate 36 mit dem Gate eines Feldeffekttransistors 37 (IGFET) ver­ bunden, der als Quellenfolger eine Last 38 ansteuert. Die Last 38 ist zwischen der Quelle des Feldeffekttransistors 37 und Masse angeordnet. Die nach rechts übertragenen Ladungs­ pakete passieren das gleitende Gate 33 und führen hierbei zu einer Spannung V _SAMP an der durch den Feldeffekttransistor 37 angesteuerten Last 38.

Die Ladungspakete werden weiter nach rechts in dem Schiebe­ register 33 geschoben bis sie einen Diffusionsbereich 39 erreichen, der durch gestrichelte Linien am Ende dieses Schiebe­ registers angedeutet ist. Dieser Diffusionsbereich ist an die Spannungsversorgung V _SUPP angeschlossen, die die Ladungs­ pakete vernichtet. Weitere Komponenten bezüglich der rückstell­ baren Ausgangsanordnung mit gleitendem Gate sind ein weiterer Feldeffekttransistor 40 (IGFET) und ein Kondensator 41. Die Wirkungsweise und der Betrieb all dieser Komponenten am Ende des Hauptsignal-Schieberegisters 33 in der rückstellbaren Aus­ gangsanordnung sind bekannt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.

Die verbleibenden Teile des Systems gemäß Fig. 4 dienen unter anderem der Erzeugung eines Impulses Φ _T für die Betätigung des Transfergatters am jeweiligen Eingang eines jeden Eingangs- Schieberegisters 34. Der Impuls Φ _T signalisiert somit das Ende der Aufnahme eines Bildmusters, indem er die Übertragung der durch Fotodetektoren 1 bis N angesammelten Ladungspakete veranlaßt. Zur Erzeugung des Impulses Φ _T wird die Spannung V _O am Ausgang des Feldeffekttransistors 27 einer Detektor­ einrichtung 42 zugeführt. Die Detektoreinrichtung 42 stellt fest, wann die Spannung V _O hinreichend weit abgefallen ist, d. h. die horizontal gestrichelte Linie in Fig. 3 erreicht hat, wodurch angezeigt wird, daß das mittlere Ladungspaket in den Fotodetektoren 1 bis N ausreichend angewachsen ist, so daß die Abtastung eines bestimmten Bildmusters beendet werden kann. Der Detektor 42 kann in einfacher Weise durch einen Vergleicher vorgegeben sein, der mit einem Anschluß an eine Bezugsspannung entsprechend der geforderten Spannung ent­ lang der horizontalen Linie in Fig. 3 angeschlossen ist, während dem anderen Eingang die Spannung V _O zugeführt wird.

Das Ausgangssignal des Detektors 42 ist durch einen Spannungs­ pegelsprung vorgegeben, der einer Synchronisationslogik 43 zugeführt wird. Die Logik 43 reagiert auf den Spannungspegel­ sprung durch Ausgabe des Impulses Φ _T , wobei dieser Impuls Φ _T mit den die Schieberegister 33, 34 ansteuernden Impulsen Φ 1, Φ 2 und Φ 3 synchronisiert ist. Die Synchronisation ist erforderlich, um die Ladungsübertragung von jedem der CIS- Fotodetektoren mit der Schiebefolge in den Eingangs-Schiebe­ registern 34 zu koordinieren, so daß die Ladungspakete in der richtigen Weise von den Fotodetektoren in dieser Eingangs- Schieberegister übertragen werden.

Die Wirkungsweise des Systems gemäß Fig. 4 kann zusammen­ fassend anhand der Impulszüge in Fig. 5 erläutert werden. Die ersten drei Impulszüge stellen die Betriebsspannungen Φ 1, Φ 2 und Φ 3 für das Schieberegister dar. Der nächste Im­ puls in Fig. 5 repräsentiert die Steuerspannung Φ _r , die dem Gate des Feldeffekttransistors 25 zugeführt wird, woraufhin die an die Elektrode 14 angeschlossenen CIS-Fotodetektoren auf den Spannungswert V _REF aufgeladen werden. Die erste vertikale gestrichelte Linie in Fig. 5 zeigt den Aufnahmebeginn eines Bildmusters an, wobei dieser Beginn mit dem Ende des Impulses Φ _r zusammenfällt, der den Feldeffekttransistor 25 steuert. Von dieser ersten vertikalen gestrichelten Linie in Fig. 5 beginnt die Spannung V _O am Ausgang des Feldeffekttransistors 27 abzufallen, da das mittlere Ladungspaket in den Fotode­ tektoren 1 bis N aufgrund der auftreffenden elektromag­ netischen Strahlung anzuwachsen beginnt. An einem bestimmten Punkt ist die Spannung V _O ausreichend abgefallen, so daß der Detektor 42′ einen ansteigenden Spannungssprung an die Synchronisationslogik 43 liefert. Infolgedessen wird der Impuls Φ _T beim Auftritt des nächsten Impulses innerhalb des Impulszuges Φ 1 ausgegeben, wodurch die Übertragung der in den Fotodetektoren 1 bis N angesammelten Ladungspakete in die zugeordneten Eingangs-Schieberegister 34 beginnt. Danach nimmt der Steuerimpuls Φ _r erneut den hohen Pegel ein, um über den Feldeffekttransistor 25 die Bezugsspannung V _REF an die Elektrode 14 und somit an die hieran ange­ schlossenen Fotodetektoren anzulegen, wodurch die Abtastung eines weiteren Bildmusters beginnt.

Die vorliegende Einrichtung gestattet daher die Erfassung des mittleren Betrages von angesammelten Ladungspaketen aufgrund der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung in dem Zeitpunkt, wo diese Ladungen angesammelt werden. Es muß somit keine zusätzliche Zeit in einer Abtastperiode für die Signalerfassung und Signalverarbeitung bereitge­ stellt werden, um festzustellen, welche mittlere Größe das Ladungspaket nach Ablauf der Abtastperiode besitzt. Ferner müssen keine zusätzlichen Fotodetektoren außerhalb der miteinander verbundenen Detektoranordnung vorgesehen werden, um die Größe des auftretenden Ladungspaketes festzustellen.

Es sei darauf verwiesen, daß die verbleibenden Schaltkreis­ komponenten in Fig. 4 in dem gleichen monolithisch inte­ grierten Schaltkreischip integriert werden können, in dem das Hauptsignal-Schieberegister 33 und das Eingangs-Schiebe­ register 34 verwirklicht sind. Dies bedeutet, daß das ge­ samte System einschließlich der Fotodetektoren in dem gleichen monolithisch integrierten Schaltkreischip vorgesehen sein kann.

Verschiedene derartige Fotodetektoranordnungen zusammen mit entsprechenden gemeinsamen Elektroden und zugeordneten Schiebe­ registern können vorgesehen sein, um eine erweiterte zwei­ dimensionale Anordnung in einem monolithisch integrierten Schaltkreischip zu bilden. Ferner können mehr als eine solche Fotodetektoranordnung auf einem Chip durch ein einziges Hauptsignal-Schieberegister verarbeitet werden, wenn zwischen jedem Fotodetektoranordnung und dem Haupt-Schieberegister getrennte Eingangs-Schieberegister vorgesehen sind.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung an mehreren Sensorstellen sowie zur Bildung und Verarbeitung entsprechender elektrischer Signale, welche aufweist: einen Körper aus Halbleitermaterial mit einer ersten Oberfläche, der außer in ausgewählten Bereichen einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist;
mehrere Eingangs-Ladungsübertragungseinrichtungen, von denen jede wenigstens eine erste Speicher-Quellenelektrode aufweist, die durch eine erste elektrisch isolierende Schicht von der ersten Oberfläche getrennt ist;
eine erste Sensorelektrode mit mehreren durch wenigstens einen Verbindungsbereich voneinander getrennten ausgewählten Bereichen, die den Speicher-Quellenelektroden unmittelbar benachbart gegenüber angeordnet sind, so daß eine elektrische Ladungsübertragung zwischen ihnen gesteuert werden kann, und mit zweiten elektrisch isolierenden Schichten zwischen den ausgewählten Bereichen bzw. den Verbindungsbereichen und der ersten Oberfläche, wobei sich die ausgewählten Bereiche an den Sensorstellen befinden, gekennzeichnet durch
eine erste Schalteinrichtung (25) mit ersten und zweiten Anschlüssen und mit einem Steueranschluß (Φ _r ), wobei der erste Anschluß an eine Referenzspannung (V _ref) und der zweite Anschluß an die erste Sensorelektrode (14) angeschlossen ist; und
eine erste Puffereinrichtung (27) mit einem Ausgang und einem Eingang hoher Impedanz, der an die erste Sensorelektrode (14) angeschlossen ist, um am Ausgang eine am Eingang anstehende Spannung abzugeben, die ein Maß für die über die erste Sensorelektrode an den Sensorstellen erfaßte elektromagnetische Strahlung ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Sensorelektrode (14) mit ihren Verbindungsbereichen einen gegenüber den ausgewählten Bereichen weiteren Abstand von der ersten Oberfläche (11) auf­ weist, wobei der Abstand durch die zweite elektrisch isolierende Schicht (12′12′′) vorgegeben ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Eingangs-Ladungsübertragungsein­ richtungen (34) durch ladungsgekoppelte Oberflächenkanal-Ein­ richtungen vorgegeben sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Sensorelektrode (14) auf der dem Körper (10) aus Halbleitermaterial gegenüberliegenden Oberfläche (15) zumindest teilweise mit einem Blockiermaterial (16, 18) bedeckt ist, welches in der Lage ist, die elektro­ magnetische Strahlung am Erreichen der ersten Sensorelektrode (14) zu hindern, und daß das Blockiermaterial (18) in den aus­ gewählten Bereichen mit Öffnungen versehen ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Schalteinrichtung (25) und die erste Puffereinrichtung (27) beide durch Feldeffekt­ transistoren mit isoliertem Gate vom Anreicherungstyp vor­ gegeben sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jede Speicher-Quellenelektrode der Eingangs-Ladungsübertragungseinrichtungen (34) wenigstens einer weiteren Quellenelektrode benachbart ist, so daß eine Ladungsübertragung zwischen ihnen erfolgen kann, wobei maximal zwei andere Speicher-Quellenelektroden benachbart sind, und daß jede Eingangs-Ladungsübertragungseinrichtungen (34) zu einem gemeinsamen Ladungsübertragungs-Schieberegister (33) führt, um die zugeführte elektrische Ladung zu verschieben.

7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Körper (10) aus Halbleitermaterial in der Nähe der ersten Oberfläche (11) im Verbindungsbereich gegenüber der zweiten isolierenden Schicht (12′) stärker als im ausgewählten Bereich gegenüber der zweiten isolierenden Schicht (12′′) dotiert ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Körper (10) aus dotiertem Silizium besteht, daß die erste Sensorelektrode (14) und jede Speicher-Quellenelektrode der Einrichtungen (34) aus dotiertem polykristallinem Silizium bestehen, und daß die ersten und zweiten isolierenden Schichten eine gemeinsame Isolierschicht aus Siliziumdioxyd bilden, die zugleich die Oxydschicht zwischen den Gate-Bereichen für die Feldeffekttransistoren (25, 27) in dem Körper (10) vorgeben.

9. Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden zur Ermittlung eines Strahlungsmusters, gekennzeichnet durch Anlegung einer Spannung (V _REF) mit einem ausgewählten Wert und mit einer ersten ausgewählten Zeitdauer zwischen die erste Sensorelektrode (14) und an den Halbleiter­ körper (10) an den Sensorstellen und nachfolgende Unterbrechung jeglicher Leitungsverbindung zu der ersten Sensorelektrode (14) während einer zweiten ausgewählten Zeitdauer;
Überwachung der zwischen der ersten Sensorelektrode (14) und dem Halbleiterkörper (10) während der zweiten ausgewählten Zeitdauer auftretenden Spannungswerte während des Auftreffens der elektromagnetischen Strahlung auf die Sensorstellen; und
nachfolgende Wiederholung der vorangehenden Schritte in einer ausgewählten Anzahl.

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Feststellen einer ausreichenden Änderung des Spannungswertes auf der ersten Sensorelektrode (14) während der ausgewählten zweiten Zeitdauer und Erzeugung eines Signales bei ausreichender Änderung, um die zweite Zeitdauer zu beenden; und
Übertragung der Ladung von den Sensorstellen zu den Eingangs-Ladungsübertragungseinrichtungen (34) bei Auftritt dieses Signales.