DE1932516A1

DE1932516A1 - Bildwandlereinrichtung

Info

Publication number: DE1932516A1
Application number: DE19691932516
Authority: DE
Inventors: Hofstein Steven Robert
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1968-06-26
Filing date: 1969-06-26
Publication date: 1970-07-16
Also published as: FR2014229A1; US3576392A; NL6909719A; JPS4728166B1; GB1211513A

Description

68 06-69 /fcö/S
RCA 60 557
Convention Date:
June 26, 1968

Radio Corporation of America, New York, N. Y., V.St.A.

Bi1dw andler ei nri ch tung

Die Erfindung betrifft eine Bildwandler einrichtung mit einer Halbleiter; platte gegebenen Leitungstyps, an deren einer Hauptfläche mindestens ein Gebiet des entgegengesetzten Leitungstyps unter Bildung eines pn-übergangs zwischen diesem Gebiet und dem angrenzenden Teil der Platte vorgesehen ist; sowie mit einer Elektrodenanordnung zum Anschließen dieses Gebietes und der Platte an eine Spannungsquelle zwecks Vorspannung des pn-übergangs in der Sperrichtung.

Eine Üblicherweise für Fernsehzwecke verwendete Bildwandlereinrichtung arbeitet mit dem sogenannten Vidicon als Aufnahmeröhre. Im Betrieb des Vidicons wird normalerweise eine photoleitfähige Speicherplatte bildmäßig belichtet, wodurch die elektrischen Eigenschaften der Speicherplatte in einem dem Lichtbild entsprechenden Muster verändert werden, und wird sodann die Speicherplatte mit einem Elektronenstrahl abgetastet, um die räumliche elektrostatische Ladungsverteilung auf der Speicherplatte in ein Videosignal umzuwandeln.

Bei einem bestimmten Bildwandlertyp wird eine Halbleiterdiodenspeicherplatte verwendet, die entweder aus einer Halbleiterplatte mit durchgehender pn-übergangsebene, welche Halbleitergebiete von einander entgegengesetztem Leitung3typ trennt, oder aus einer Halbleiterplatte gegebenen Leitungstyps

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mit einer Vielzahl von diskreten Halbleitergebieten entgegengesetzten Leitungstyps, die mit der Platte entsprechende pn-übergänge bilden, besteht. Eine derartige Speicherplatte kann in eine Vakuumröhre mit einem Elektronen Strahlerzeugersystem eingebaut werden, dessen Elektronenstrahl über die Speicherplattenfläche abgelenkt wird, um mittels Vidiconbetriebs ein entsprechendes Ausgangssignal zu erzeugen.

Derartige Halbleiterdioden-Vidicons sind in folgenden Literaturstellen beschrieben:

(a) M.H. Crowell, T.M. Buck, E.P. Labuda, J.V. Dal ten und E. J. Walsh:

"A Camera Tube with a Silicon Diode Array Target", The Bell System Technical Journal, Februar 1967, Seiten 491 -495;

(b) P.H. Wendland: "A Charge Storage Diode Vidicon Camera Tube", IEEE Conference Record der 1966 Eighth Conference on Tube Techniques, 20. bis 22. September 1966, Seiten 197 -204;

(c) E. I. Gordon: "A Solid-State Electron Tube for the Picturephone Set", Bell Laboratories Record, Juni 1967, Seiten 175 - 179;

(d) USA-Patent 3 011 089.

Obwohl das Halbleiterdioden-Vidicon, speziell das Silicium-Vidicon (worunter hier ein Vidicon verstanden sein soll, das als Speicherplatte eine Siliciumplatte gegebenen Leitungstyps, in welche von ihrer einen Hauptfläche her eine Vielzahl von diskreten Gebieten entgegengesetzten Leitungstyps eingelassen sind, aufweist) gegenüber den vorbekannten Photoleiter-Vidicons mit Speicherplatten aus Antimontrisulfid oder Bleioxyd verschiedene Vorteile hinsichtlich der elektrischen und Umgebungseigenschaften bietet, hat es den Nachteil einer begrenzten Ansprech- und Farbempfindlichkeit.

Um den Färb- oder Spektralempfindlichkeitsbereich von z.B. Halbleiterdioden-Vidicons auszuweiten, mußte man mechanisch komplizierte optische Aperturregeleinrichtungen vorsehen, wodurch infolge der begrenzten Arbeitsgeschwindigkeit solcher optischer Einrichtungen die erzielbare Vielseitigkeit des Betriebs entsprechend beschränkt wurde.

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch behoben, daß als Speicherplatte des Bildwandlers eine Halbleiterdiodenplatte verwendet wird, auf deren anderer Hauptfläche eine Isolierschicht mit einer darauf angeord-

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neten Steuerelektrode angebracht ist, die an eine Vorspannquelle angeschlossen ist, um die Eekombinationsgeschwindigkeit von Minoritätsträgem in der Platte zu steuern.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist in der anderen flauptflache der Platte ein Minoritätsträgerkollektorgebiet des entgegengesetzten Leitungjs typs unter Bildung eines pn-übergangs zwischen dem Kollektor gebiet und der Platte vorgesehen.

In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 im Querschnitt eine Vidicon-Halbleiterspeicherplattenanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ;

Figur 2 in vergrößerter Darstellung einen Teil der Speicherplatte nach Figur 1 ;

Figur 3 die elektrische Feldverteilung innerhalb des Speicherplattenteils nach Figur 2;

Figur 4 ein Diagramm, das die Empfindlichkeit der Speicherplatte nach Figur 1 gegen einfallende Strahlung in Abhängigkeit von der S teuer el eic trodenvorspannung wiedergibt;

Figur 5 ein Diagramm_:, das die normalisier te Spektral empfindlichkeit der Speicherplatte nach Figur 1 mit der Steuerelektrodenvorspannung als Parameter wiedergibt;

Figur 6 im Querschnitt einen Teil einer Vidicon-HalblieiterspeicheTplatte gemäß einer anderen Ausfuhrungsform der Erfindung;

Figur 7 das Blocücschaltschema einer automatische¹¹ Empfindlichkeitsregeleinrichtung für die Speicherplatte gemäß einem Merkmal der Erfindung;

Figur 8 das Blockschaltschema einer sequentiellen Farbfernseh-Bildwandl er einrichtung gemäß !einem weiteren Merkmal der Erfindung;

Figur 9 das Blockschaltschema der in der Einrichtung nach Figur 8 verwendeten Farbmatrixschaltung; und

Figur TO das Blockschaltschema einer automatischen- Empfindlichkeitsregeleinrichtung für die Speicherplatte gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung.

-A-

Bei einer Halbleiter-Vidiconröhre mit strukturierter Siliciumdioden-Speicherplatte 1 gemäß Figur 1 wird die eine Fläche der Speicherplatte durch einen Elektronenstrahl 2 langsamer Geschwindigkeit, der von der Kathode 3 ausgeht, abgetastet. Der Elektronenstrahl 2 wird durch ein geeignetes Elektronenstrahlersystem (nicht gezeigt) geformt, kollimiert, fokus-siert, abgelenkt und beschleunigt. Typischerweise kann der Elektronenstrahl 2 einen Kreisquerschnitt mit einem Durchmesser von ungefähr 25 Mikron haben.

Die Speicherplatte 1 besteht aus einem Substrat 4 aus η-leitendem einkristallinen Halbleitermaterial, vorzugsweise Silicium, in welches eine große Anzahl von kleinen p-leitenden Gebieten 5 eindiffundiert ist. Die einzelnen Gebiete 5 können kreisförmig mit einem Durchmesser z.B. in der Größenordnung von 2 bis 12 Mikron sein.

Eine Siliciumdioxydschicht 6 überlagert und schützt diejenigen Teile der Speicherplattenoberfläche, an welchen die pn-Übergänge 7 zwischen dem Substrat 4 und den diffundierten Gebieten 5 heraustreten.

Das Substrat 4 hat einen relativ dicken, ringförmigen Randteil4a, mittels dessen die Speicherplatte 1 manipuliert und in einer evakuierten Elektronenröhrenanordnung montiert werden kann. Eine Aluminiumschicht 8 bildet einen ohmschen elektrischen Kontakt mit dem verdickten Randteil der Speicherplatte 1. Die einzelnen pn-übergänge 7 werden über den elektrischen Stromkreis mit dem Arbeitswiderstand 10, der Elektrode 8, dem Substrat 4, dem Elektronenstrahl 2 und der Kathode 3 sequentiell auf im wesentlichen das Potential der Gleichstromquelle 9 in der Sperrichtung vorgespannt. Der langsame Elektronenstrahl 2 trifft nacheinander auf die einzelnen p-Gebiete 5 auf, wobei diese Gebiete auf Kathodenpotential (Massepotential) gebracht werden.

Typischerweise liefert die Quelle 9 eine Spannung von 10 Volt und kann der Arbeitswiderstand 10 einen Wert von mehreren hundert Kiloohm haben.

Nachdem die einzelnen Dioden, die durch die diffundierten Gebiete 5 in Verbindung mit dem Substrat 4 gebildet sind, durch den Elektraienstrahl 2 auf ungefähr 10 Volt sperrgespannt sind, werden sie durch Licht, das innerhalb der in Figur 1 angedeuteten AbbildungsflÄche auf die entgegengesetzte Seite des Substrats 4 fokussiert wird, entladen. Der Betrag, um welchen die einzelnen Dioden entladen werden, hängt von demjenigen Gesamtphotonenfluß vom

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einfallenden Lichtbild ab, der die Diode in dem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Abtastungen des Elektronenstrahls 2 (Bildzeit T ) erreicht.

Jedesmal wenn der abtastende Elektronenstrahl 2 zu den einzelnen Dioden zurückkehrt, fließen Elektronen zum entsprechenden p-Gebiet 5, so daß sich ein Strom ergibt, durch welchen die betreffende Mode wieder auf geladen wird. Dieser Wiederaufladungsstrom steht in direkter Beziehung zum Gesamtphotonenfluß, der auf den entsprechenden Teil des Substrats 4 aufgetroffen ist. Der Wiederaufladestrom fließt durch den Arbeitswiderstand 10, wo er ein entsprechendes Videoausgangssignal 11 erzeugt, das über einen Kondensator 12 auf eine geeignete Verstärkeranordnung gekoppelt wird-

Statt für die Wiederaufladung der einzelnen Dioden einen Elektronenstrahl zu verwenden, kann man den Wiederaufladestrom auch über Leiter zuleiten, die elektrisch an die einzelnen p-Gebiete 5 angekoppelt sind. Die Elektroden können in einer geeigneten Koordinatenanordnung ausgelegt sein, die mit Hilfe von bekannten Schaltungsanordnungen abgetastet werden kann. Die hier beschriebene Steuerelektrodenanordnung ist gleichermaßen auch auf derartige Bildwandlereinrichtungen mit Festkörperabtastung anwendbar.

Das einfallende Licht, dessen Intensitätsmuster einem Lichtbild entspricht, entlädt selektiv die einzelnen Dioden durch Erzeugen von ELektronen-Lochpaaren in der Nachbarschaft der betreffenden pn-übergänge 7· Die erzeugten Löcher oder Defektelektronen (Minoritatsträger) diffundieren durch das η-leitende Substrat 4 nach den entsprechenden pn-übergängen 7, wo sie f

durch die entsprechenden Raumladungsfelder über die Obergänge getrieben werden.

Licht der lungeren sichtbaren (roten) und infraroten Wellenlängen dringt relativ tief in das Substrat 4 ein, so daß die entsprechenden Elektronen-Lochpaare relativ dicht bei den pn-übergängen 7 erzeugt werden. Entsprechend können durch solch langwelliges Licht erzeugte Minoritatsträger leichter zu den pn-übergängen diffundieren, so daß die Speicherplatte 1 eine relativ große Empfindlichkeit für Rotstrahlung sowie Infrarotstrahlung nahe Rot aufweist. Da das Substrat 4 verhältnismäßig dünn-(typischerweise 10 Mikron dick) in dem an die Abbildungsfläche angrenzenden Gebiet ist, können die lungeren Infrarotwellen ohne nennenswerte Absorption das Substrat ganz durchdringen, so daß die Empfindlichkeit der Speicherplatte 1 für diese

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Wellenlängen verhältnismäßig gering ist.

We kürzeren Wellenlängen des einfallenden Lichtes, besonders im Blaubereich, werden sehr nahe an der belichteten Oberfläche des Substrats 4 absorbiert, so daß die durch dieses Licht erzeugten Minoritätsträger nahezu gänzlich durch das Substrat 4 diffundieren müssen, um die pn-Übergänge 7 zu erreichen. Da eine Anzahl der durch einfallende Photonen erzeugten Minoritätsträger innerhalb des Substrats 4 und an dessen Oberfläche refcombinieren und folglich verlorengehen, erreicht nur ein Teil der durch Licht relativ kurzer Wellenlänge erzeugten Minoritätsträger die pn-Übergänge 7, um die entsprechenden Dioden zu entladen. Die Speicherplatte verliert daher an An-A Sprechempfindlichkeit und hat außerdem einen begrenzten Spektralempfindlich-

lceitsbereich.

Durch Steuern der Rekombinationsrate, d.h. des Prozentsatzes an Minoritätsträgern, die vor dem Diffundieren durch das Substrat 4 zu den pn-Obergängen 7 rekombinieren, kann man die effektive Ansprechempfindlichkeit und Spektralempfindlichkeit der Speicherplatte 1 für einfallendes Licht steuern.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann eine solche Steuerung mittels einer transparenten Anordnung auf der anderen Hauptfläche der Platte erreicht werden, die aus einer lichtdurchlässigen, als Steuerelektrode 13 auf einer lichtdurchlässigen Isolierschicht 14 angeordneten Leiterschicht ρ besteht, wie in Figur 1 gezeigt.

Die isolierende Dielektrikumschicht 14 kann z.B. aus einem Glas wie thermisch aufgewachsenem Siliciumdioxyd bestehen und typischerweise eine Dicke im Bereich von 500 A bis einige Mikron haben.

Die Steuerelektrode 13 kann aus einer anhaftenden, relativ transparenten Schicht aus einem Metall wie Chrom bestehen, das vorzugsweise in der geringstpraktikablen Dick« (typischerweise in der Größenordnung von einigen hundert X) aufgebracht sein kann, was eine maximale Lichtdurchllssigkeit bei noch genügendem SeitvÄrtsleitvermÖfen, um ein einwandfreies Einschwing- oder übergangsverhalten bei Änderungen der Steuerspannung sicherzustellen, ergibt.

Die Steuerelektrode 13 ist somit über die Dielektrikumschicht 14 kapazitiv mit der angrenzenden Flftche des Substrats 4 gekoppelt.

- Q Q q P ? 0 / Q Ο- * 0 _BAD

Um die Rekombinationsrate der Minoritätsträger (Löcher) im Substrat 4 zu steuern oder zu verändern, wird zwischen die Steuerelektrode 13 und das Substrat 4 mittels einer veränderlichen Spannungsquelle 15, deren Spannung durch eine geeignete Speicherplatten teuerschal tung 16 beeinflußt wird, eine Potentialdifferenz gelegt. Wenn die Polarität der Spannungsquelle 15 so ist, daß die Steuerelektrode 13 negativ in bezug auf das Substrat 4 ist, werden durch die kapazitive Kopplung zwischen der negativen Steuerelektrode 13 und dem angrenzenden Teil des Substrats 4 Majoritätsträger (Elektronen) von der Substratoberfläche weggestoßen, so daß an der Oberfläche ein Verarmungsgebiet 17 entsteht. Innerhalb des Verarmungsgebietes 17 herrscht ein elektrisches Feld solcher Polarität, daß Minoritätsträger gegen die Substratoberfläche an der Dielektrikumschicht 14 getrieben werden.

Um die Anhäufung von Löchern an der Substratoberfläche zu verhindern, ist ein Mechanismus vorgesehen, der es ermöglicht, daß die Löcher in der Nachbarschaft der Oberfläche mit Elektronen rekombinieren.

Dieser Minoritätsträger-Rekombinationsmechanismus kann dadurch geschaffen werden, daß man die an die Dielektrikumschicht 14 angrenzende Oberfläche des Substrats 4 bewußt so behandelt, daß die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit erhöht wird. Eine solche Behandlung kann z.B. darin bestehen, daß man die Substratoberfläche mit Elektronen beschießt, so daß Oberflächenzustände und Kristalldefekte eingeführt werden, die als Minoritatsträger-Rekombinationszentren wirken. Vorzugsweise sollten diese Rekombinationszentren an der Substratoberfläche lokalisiert sein und in das Substrat um eine Strecke hineinreichen, die sehr klein gegenüber der Breite der Verarmungsschicht 17 ist. Bei Anwendung einer derartigen Oberflächenbehandlung sollte die resultierende Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit Vorzugsweise in der Größenordnung von 10 bis 10 cm/sec oder mehr betragen.

Durch die Verarmungsschicht 17, die durch die kapazitiv angekoppelte negative Steuerelektrode 13 gebildet wird, wird dasjenige Gebiet des Substrats 4 verkleinert, innerhalb dessen photonenerzeugte Minoritätsträger effektiv zum Videosignal beisteuern können. Das heißt, Licht, das nicht bis jenseits der Außengrenze 18 der Verarmungsschicht 17 dringt, erzeugt Minoritätsträger nur innerhalb der Verarmungsschicht. Diese Minoritätsträger werden durch das Verarmungsschichtfeld gegen die Halbleiteroberfläche getrieben, wo sie rekombinieren.

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Löcher, die durch diesen Teil des einfallenden Lichtes erzeugt werden, erreichen also nicht die pn-übergänge 7, um zur Entladung der entsprechenden · Dioden beizusteuern, so daß sie folglich keinen Einfluß auf das Video aus g an gj3 signal 11 haben. Da Licht relativ kurzer Wellenlänge nur eine kurze Strecke in das Halbleitermaterial eindringt, wird solches kurzwelliges Licht durch das Verarmungsgebiet 17 stärker beeinflußt als das relativ langwellige Licht, welches in den im wesentlichen feldfreien Teil 19 des Substrats 4 zwischen der Verarmungsschicht 17 und der Verarmungsschicht 20 der pn-Übergänge 7 eindringen kann. Bei Vergrößern der negativen Spannung der Quelle 15 wird die Verarmungsschicht 17 weiter in das Substrat 4 hineingedrückt. Dadurch wird die Breite des feldfreien Gebiets 19, innerhalb dessen die Minoritätsträgererzeugung effektiv zum Videosignal beisteuert, verringert.

Obwohl eine hohe Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit in Verbindung mit der negativ gespannten Steuerelektrode 13 eine Steuerung der Ansprech- und Spektralempfindlichkeit der Speicherplatte 1 ergibt, ist die auf diese Weise erhältliche Steuerung in ihrem Ausmaß beschränkt, da bei Erhöhen der negativen Spannung der Quelle 15 die Majoritätsträgerkonzentration innerhalb der Verarmungsschicht 17 an der Dielektrikumschicht 14 laufend abnimmt, bis die Polarisationswirkung der Steuerelektrode 13 so stark wird, daß an der Oberfläche eine Inversion erfolgt, das heißt die Oberfläche in den p-Leitungstyp übergeführt wird. Eine solche Inversion führt dazu, daß die Ansprechempfindlichkeit der Speicherplatte 1 infolge Feldeinfangwirkung, seitlicher Redistribution und Reinjektion von Löchern in das η-leitende Substrat 4 zerstört wird.

Da die Verarmungsschicht 17 nur ein relativ kleines Stück in das Substrat 4 hineingedrückt werdenkann (typischerweise in der Größenordnung von 1,4 Mikron für Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 10 Ohmzentimetern), bevor die Inversion erfolgt, ist die erzielbare Ansprech- und Spektralempfindlichkeitssteuerung in ihrem Ausmaß begrenzt.

Um diese Schwierigkeit zu beheben, ist im Substrat 4 angrenzend an die

Steuerelektrode 13 und die Dielektrikumschicht 14 ein p-leitendes Gebiet 21

vorgesehen. Dieses p-Gebiet 21, das über die Gleichrichterdiode 22 elektrisch/ der Steuerelektrode 13 verbunden ist, wirkt als "Senke" für Minoritätsträger, wodurch die Anhäufung von Löchern an der Substratoberfläche verhindert und

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damit der Oberflächeninversion entgegengewirkt wird. Das p-Gebiet 21, welches mit dem Substrat 4 einen pn-übergang 24 bildet, ist durch eine Aluminiumelektrode 23 ohmisch kontaktiert. Der pn-übergang 24 muß der Spannungsdifferenz der Quelle 15 , die im wesentlichen am Übergang 24 auftritt, stand halten können. Zugleich muß der spezifische Widerstand des p-Gebietes 21 ausreichend niedrig sein, so daß die in das p-Gebiet 21 hineinreichende Gren ze der Verarmungsschicht nicht die Elektrode 23 erreicht, da andernfalls ein durch "Durchgriffwirkung¹¹ bedingter Durchbruch der Sperrschicht 24 die Folge wäre. Man bildet daher das Gebiet 21 so aus, daß es über die Elektrode 23 hinausreicht, so daß es mit Randteilen die Steuerelektrode 23 unterlagert und der Übergang 24 durch die Schicht 14 von der Elektrode 23 isoliert ist.

Unter bestimmten Umständen kann es erwünscht sein, das Dielektrikum 14 relativ dick zu machen, so daß eine relativ hohe Spannungsdifferenz zwischen die Steuerelektrode 13 und das Substrat 4 gelegt werden muß. Um einen Spannungsdurchbruch des pn-übergangs 24 zu vermeiden, kann man das p-Gebiet 21 an eine getrennte Spannungsquelle anschließen, wobei lediglich erforderlich ist, daß die zwischen das p-Gebiet 21 (das relativ negativ gehalten wird) und das Substrat 4 gelegte Spannungsdifferenz so bemessen ist, daß das p-Gebiet 21 auf einem negativeren Potential als die angrenzende Substratoberfläche liegt und der Übergang 24 sperrgespannt ist.

Bei elektrisch mit der Steuerelektrode 13 verbundenem p-Gebiet 21 kann die Verarmungsschicht 17 beliebig tief in das Substrat 4 hineingedrückt werden (wobei die Eindringtiefe der Verarmungsschicht in das Substrat 4 lediglich durch den Spannungsdurchbruch der Dielektrikumschicht 14 oder des pn-übergangs 24 begrenzt ist), ohne daß ein Empfindlichkeitsverlust infolge Inversion der Substratoberfläche an der Dielektrikumschicht 14 auftritt.

Wenn die Ansprech- oder Spektralempfindlichkeit der Speicherplatte 1 erhöht werden soll, macht man die Steuerelektrode 13 etwas positiv gegenüber dem Substrat 4, indem man die Polarität der Sp annungs quelle 15 umkehrt. Eine derartige positive Polarisation der Steuerelektrode 13 bewirkt, daß ein elektrisches Feld erzeugt wird, das so orientiert ist, daß Minoritätsträger von der Oberfläche weggetrieben werden.

Folglich werden Minoritätsträger, die durch einfallende Lichtstrahlung innerhalb des Substrats 4 in der Nähe der die Dielektrikumschicht 14 unter-

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lagernden Substratoberfläche erzeugt werden, durch das induzierte elektrische Feld von der Oberfläche weg und gegen die pn-Übergänge 7 getrieben. Daraus ergibt sich, daß die Oberflächenrekombination der erzeugten Minoritätsträger verringert, dagegen die Minoritätsträgerdrift in Richtung zu den pn-Übergängen 7 vergrößert wird, wodurch sich effektiv die Ansprechempfindlichkeit der Speicherplatte 1 im Vergleich zu der ohne Anlegen irgendeiner Vorspannung an die Steuerelektrode 13 erhältlichen Ansprechempfindlichkeit erhöht.

Wenn die Steuerelektrode 13 in bezug auf das Substrat 4 verhältnismäßig positiv ist, verhindert die Diode 22, daß das p-Gebiet 21 positiv vorgespannt wird. Wäre das Gebiet 21 positiv vorspannbar, so würde es Löcher in das Substrat 4 injizieren, wodurch die Empfindlichkeit der Speicherplatte für optische Strahlung ernsthaft beeinträchtigt oder vollständig zerstört würde.

Die Art und Weise, in welcher durch die Steuerelektrode 13 die Ansprech- und Spektralempfindlichkeit der Speicherplatte 1 moduliert wird, soll an Hand der Figuren 2, 3 und 4 näher erläutert werden.

In Figur 2 ist ein Teil der Abbildungsfläche der Speicherplatte 1 gezeigt. Das auf die Oberfläche 25 des Substrats 4 auftreffende Licht dringt eine Strecket in das Halbleitermaterial ein, ehe es absorbiert wird. Wenn die Potentialdifferenz zwischen der Steuerelektrode 13 und dem Substrat 4 so bemessen ist, daß die äußere Grenze 18 der induzierten Verarmungsschicht um eine Strecke in das Substrat 4 hineinreicht, die größer ist als S, werden die durch das einfallende Licht erzeugten Minoritätsträger durch das Verarmungsschichtfeld gegen die Oberfläche 25 getrieben.

An der Oberfläche 25 hat das Verarmungsschichtfeld eine kleine Seitwärtskomponente, welche die Löcher in Richtung gegen das p-Gebiet 21 (Figur 1) lenkt. Wenn die Löcher den pn-übergang 24 am p-Gebiet 21 erreichen, diffundieren sie durch den Übergang in das Gebiet 21, wo sie jetzt als Majoritätsträger auftreten. Diese Löcher rekombinieren mit Elektronen an der ohmschen Elektrode 23.

Wenn also die äußere Grenze 18 der Verarmungsschicht 17 so tief in das Substrat 4 hineinreicht wie die Eindringtiefe S des einfallenden Lichtes, steuert das Licht zum Videosignal nicht bei, da die erzeugten Minoritätsträger die pn-Übergänge 7 nicht erreichen und folglich die entsprechenden Dioden nicht entladen können.

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Die Steuerelektrode 13 beeinflußt die Ansprechempfindlichkeit der Speicherplatte 1 für einfallendes Licht in erheblichem Maße selbst dann, wenn ihre negative Vorspannung soweit verringert wird, daß die äußere Grenze der Verarmungsschicht 17 sich in einer Position 13' befindet, die einer Verarmungsschichttiefe entspricht, die etwas kleiner ist als die Eindringtiefe ο des Lichts in das Substrat 4· Solange die Differenz zwischen der Verarmungsschichttiefe und der Eindringtiefe kleiner ist als die Minoritätsträger-Diffusionslänge £, diffundiert ein erheblicher Anteil der durch das einfallende Licht im Substrat 4 erzeugten Minoritatsträger in die Verarmung^ schicht 17, wo sie gegen die Oberfläche 25 und in das p-Gebiet 21 getrieben werden.

Da die einzelnen pn-übergänge 7 sperrgespannt sind (wie erwähnt, auf eine Spannung von z.B. ungefähr 1OVoIt), ist jedes der pn-Gebiete 7 von einer Verarmungsschicht umgeben. Die gestrichelte Linie 26 repräsentiert die äußere Grenze der einzelnen Verarmungsschichten sämtlicher pn-übergänge

Figur 3 gibt die elektrische Feldverteilung innerhalb der Speicherplatte 1 wieder, wobei die Amplitude des elektrischen Feldes E als Funktion des Abstands D von der Außenfläche der Steuerelektrode 13 aufgetragen ist. Das Diagramm nach Figur 3 ist in Vertikalrichtung auf die Querschnittsdarstellung in Figur 2 ausgerichtet.

Die Kurve V entspricht einer Potentialdifferenz zwischen Steuerelektrode 13 und Substrat 4, d.h. einer Spannung der Quelle 15, bei der die äußere Grenze der Verarmungsschicht im Substrat 4 der gestrichelten Linie 18 in Figur 2 entspricht. Man sieht, daß das elektrische Feld in der Dielektrikumschicht 14 verhältnismäßig stark ist (der genaue Feldwert hängt von der Dicke der Dielektrikumschicht und ihrer Dielektrizitätskonstante ab). An der Grenzfläche zwischen Dielektrikumschicht 14 und Substrat 4 weist das elektrische Feld eine Diskontinuität auf und springt auf einen relativ niedrigen Wert E. (bestimmt durch das Verhältnis zwischen den Dielektrizitätskonstanten der Dielektrikumschicht und des Halbleitermaterials), von wo aus das Feld innerhalb des Halbleitermaterials weitgehend linear auf praktisch null an der äußeren Grenzfläche 18 der Verarmungsschicht 17 abfällt.

Der zwischen dieser äußeren Grenze 18 und der äußeren Grenze 26 der Verarmungsschicht der einzelnen pn-übergänge 7 befindliche Teil 19 des

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Substrats 4 ist im wesentlichen feldfrei. In der Verarmungsschicht 20 der pn-Übergänge 7 herrscht ein relativ kleines elektrisches Feld, das entgegengesetzt gerichtetjist wie das elektrische Feld in der Verarmungsschicht 17·

Wird die von der Quelle 15 erzeugte Spannung V erhöht, d.h. die Steuerelektrode 13 negativer gespannt, so reicht die Verarmungsschicht 17 tiefer in das Substrat 4 hinein, wodurch derjenige Teil des Substrats vergrößert wird, innerhalb dessen ein elektrisches Feld herrscht, das Minoritätsträger gegen die Oberfläche 25 und von den pn-Übergängen 7 weg lenkt. Bei Erhöhen der Spannung V wird daher die Spektralempfindlichkeit der Speicherplatte 1 in der Weise modifiziert, daß infolge der größeren Eindringtiefe der längeren Wellenlängen die kürzeren Wellenlängen des Lichtes mehr abgeschwächt werden als die längeren Wellenlängen. Die Ansprechempfindlichkeit der Speicherplatte 1 für irgendeine bestimmte Wellenlänge wird somit erniedrigt, da die Größe des feldfreien Gebietes verringert, d.h. das "aktive" Volumen des Substrats 4 verkleinert ist.

Vorzugsweise sollte-die maximale Spannung V der Quelle 15 so gewählt werden, daß die äußere Grenze der bei dieser Spannung resultierenden Verarmungsschicht, angedeutet durch die gestrichelte Linie 18", sich in einem kurzen Abstand von der äußeren Grenze 26 der Verarmungsschicht 20 befindet, so daß ein kleines feldfreies Gebiet 19" zwischen den Verarmungsschichten 17 und 20 verbleibt. Wenn sich diese Verarmungsschichten überschneiden oder überlappen, kann eine Verschlechterung der Bildqualität die Folge sein.

Figur 4 gibt die Änderung des Videosignalstroms I in Abhängigkeit von der Spannung. V der Quelle 15 für eine bestimmte Wellenlänge innerhalb des sichtbaren Bereichs wieder. Das Diagramm nach Figur 4 ist in Vertikalrichtung auf die Figuren 2 und3 ausgerichtet, so daß die Horizontalachse in Figur 4 (für negative Werte von V) zugleich auch die Eindringtiefe der Verai»- mungsschicht 17 in das Substrat 4 wiedergibt.

■ . Nimmt die Steuerspannung V, beginnend beim Vorspannwert null, in negativer Richtung zu, so nimmt der Signalstrom I zunächst allmählich und dann rascher ab. Wird die Spannung auf einen Wert erhöht, bei welchem die äußere Grenze der Verarmungsschicht 17 der durch die Linie 18' (Figur 2) angedeuteten Position entspricht, innerhalb einer Diffusionslänge -ß der Eindring-

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tiefe ο des einfallenden Lichtes, beginnt der Signalstrom langsamer abzufallen, und in dem Maße, wie die äußere Grenze der Verarmungsschicht über die Eindringtiefe des einfallenden Lichts hinausgeschoben wird, pegelt sich der Signalstrom allmählich ein.

Eine Erhöhung der Steuerspannung über die bevorzugte Grenze V hinaus

ITl cQC

hat ein Ansteigen des Photostromes in der entgegengesetzten Richtung zur Folge, da die Verarmungsschicht 17 die Verarmungsschicht 20 zu übergreifen beginnt. Jedoch entspricht der Photostrom nicht mehr dem optischen Bild, so daß sich in diesem Fall eine Verschlechterung der Ansprechcharakteristik der Speicherplatte 1 ergibt. Der durch diese großen Steuerspannungswerte erzeugte Photostromanstieg resultiert aus einem Kriechstromfluß über die pn-Übergänge 7 infolge der durch das Feld der Verarmungsschicht 17 hervorgerufenen Änderung der Vorspannung an diesen Übergängen.

Wird die' angelegte Spannung V umgekehrt, d.h. die Polarität der Steuerelektrode positiv in bezug auf das Substrat 4 gemacht, so wird durch Anhäufung von Elektronen an der Oberfläche 25 (Figur 2) ein Anstieg des Signa_l Stroms I hervorgerufen. Ein weiterer Anstieg der Steuerspannung V in positiver Sichtung wirkt sich auf den Signalstrom nur wenig aus, da durch Oberflächenrekombinationseffekte die erzielbare Verbesserung begrenzt ist.

Statt die Steuerelektrode 13 mit positivem Potential zu beaufschlagen, kann man die fUr die SignalStromerhöhung erwünschte Elektronenanhäufung an der Oberfläche 25 auch dadurch erzielen, daß man in die Dielektrikumschicht 14 eine positive Ladung einbaut. Diese positive Ladung bewirkt, daß an der Oberfläche 25 ein elektrisches Feld aufgebaut wird. Eine solche Ladung kann z.B. ohne weiteres dadurch eingebaut werden, daß man bei der Herstellung der Dielektrikumschicht 14 in Gegenwart einer Spurenmenge von Alkalimetalldämpfen arbeitet.

Figur 5 ist ein normalisiertes Diagramm, das den Signalstrom als Funktion der Wellenlänge, d.h. die Spektralempfindlichkeitscharakteristik der Speicherplatte 1 wiedergibt. Die einzelnen Spektralempfindlichkeitskurven in diesem Diagramm entsprechen verschiedenen Vorspannungen der Steuerelektro de 13· Man sieht, daß bei ansteigender Vorspannung in Richtung gegen V die kürzeren Wellenlängen des sichtbaren Bereichs zunehmend abgeschwächt werden, wahrend die längeren (roten) Wellenlängen relativ unbeeinflußt

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. bleiben. Die Empfindlichkeit der Speicherplatte fällt im Infrarotbereich (nicht gezeigt in Figur 5) ab, da die verhältnismäßig dünne Speicherplatte (10 Mikron) für Infrarotlicht im wesentlichen durchlässig ist.

Die Empfindlichkeit der Speicherplatte 1 für irgendeine bestimmte Wellenlänge kann durch Verändern der Vorspannung V der Steuerelektrode 13 über einen weiten Bereich verändert werden (siehe Figur 4)· Beispielsweise bei einer Silicium-Speicherplatte 1 mit einer Dielektrikumschicht 14 von 1 Mikron Dicke und bei einer maximalen negativen Steuerspannung V von -150 Volt kann der Signalstrom I für einfallendes Licht von 4000 bis 5300 2. über einen Bereich von 20 000 : 1 verändert werden. Für einfallendes Licht von 6500 i kann der Signalstrom über einen Bereich von 50 : 1 verändert werden.

Durch Wahl geeigneter Werte der Steuerspannung V kann man daher die Speicherplatte 1 empfindlich machen für entweder den gesamten sichtbaren Bereich oder den sichtbaren Bereich minus den Blauteil des Spektrums oder lediglich den Rotteil des Spektrums. Durch sequentielles Schalten der Steuerspannungen zwischen den vorerwähnten Werten ist es möglich, eine einzige Vidicon-Speicherplatte für die Gewinnung von Farbvideosignalen zu benutzen, wie noch erläutert werden wird.

Statt als "Senke" für die Minoritätsträger-Rekombination ein diffundiert tes p-Gebiet 21 (Figur 1) vorzusehen, lassen sich gleich befriedigende Resultate mittels einer Schottkyschen Barrier-Diodenanordnung erzielen, wie sie in Figur 6 gezeigt ist. Die Speicherplatte 27, von der ein Teil in Figur 6 gezeigt ist, entspricht im wesentlichen der Speicherplatte 1 nach Figur 1, mit Ausnahme der Steuerelektrodenanordnung mit der transparenten Dielektrikumschicht 28, der kapazitiv angekoppelten transparenten Steuerelektrode 29 und der Schottkyschen Barrier-Diode, die durch die metallische Schicht 30 und den angrenzenden Teil 31 des-Siliciumsubstrats der Speicherplatte 27 gebildet wird.

Die Dielektrikumschicht 28 kann aus einer thermisch aufgewachsenen Siliciumdioxydschicht bestehen, die mit einer kleinen (Q,127 bis 1,27 mm Durch messer), das Siliciumsubstrat freilegenden Öffnung 32 versehen ist. Die Steuerelektrode 29 und die Schottky-Biodenelektrode 30 sind durch eine durchgehende Schicht aus Platin, das auf die Speicherplatte 27 aufgestäubt ist, gebildet.

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!Jährend das Platin in irgendeiner geeigneten Edelgasatmosphäre zer-: stäubt werden kann, verwendet man vorzugsweise Helium wegen seines relativ geringen Molekulargewichts. Es wurde gefunden, daß beim Aufstäuben in einer Heliumatmosphäre sich ein verbessertes Haftvermögen und eine größere Dichte der Platinschicht ergibt.

Die aufgestäubte Platinschicht ist ausreichend dünn, so daß die Steuerelektrode 29 durchlässig für einfallendes Licht ist, und sie hat eine angemessene elektrische Leitfähigkeit. Der Teil 30 auf der aufgestäubten Platinschicht wird vorzugsweise mit dem darunterliegenden Teil 31 des Siliciumsubstrats reagiert, so daß man eine Platinsilicidelektrode (Pt₁-Si ) mit einer gleichrichtenden Schottky-Sperrschicht zwischen der Platinsilicidschicht und dem Siliciumsubstratmaterial erhält.

Da die Schottky-Sperrschichtdiode direkt (statt über eine äußere Diode 22 wie in Figur 1) mit der Steuerelektrode 29 verbunden ist, kann letztere nicht positiv in bezug auf das Substrat der Speicherplatte 27 gemacht werden, da dies eine Löcherinjektion über die Schottky-Sperrschicht mit entsprechender Verschlechterung oder Zerstörung des optischen Bildmusters zur Folge haben würde. Es ist daher die mit der Speicherplatte 27 erhältliche Empfind lichkeit, bei sonst gleichen Parametern, etwas geringer als die mit der Speicherplatte 1 bei positiver Steuerelektrodenspannung erzielbare Empfindlichkeit. Mit dieser einzigen Ausnahme funktioniert die Speicherplatte 27 in der gleichen Weise wie die Speicherplatte 1.

Wenn die Speicherplatte 1 als Schwarzweiß-Fernsehbildwandler verwendet wird, kann man ihre Empfindlichkeit automatisch mittels der in Figur 7 gezeigten Schaltungsanordnung so steuern oder regeln, daß das Videoausgangssignal über einen weiten dynamischen Lichtxntensitätsbereich des einfallenden Lichtbildes innerhalb eines annehmbaren Bereichs gehalten wird.

In Figur 7 wird das Videoausgangssignal 11 in einen Verstärker 33 eingegeben, dessen Ausgang an eine Anklammerungsschaltung 34 angekoppelt ist, die einen Gleichstrombezugspegel für das Videosignal herstellt. Das angeklammerte Videosignal wird sodann durch das Mittelwertbildungs- oder Mittelungsfilter 35 so gefiltert, daß sich ein Gleichstromsignal ergibt, welches den mittleren Videosignalwert, integriert über eine Dauer von ungefähr 0,1 Sekunde, entsprechend drei Einzelbildern des üblichen NTSC-Fernsehsignals,

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repräsentiert.

Das resultierende Gleichstromsignal, das auf die Intensität des auf die"Speicherplatte 1 auftreffenden Lichtbildes bezogen ist, wird in die Speicherplatten-Steuerschaltung 16 eingegeben, die ein entsprechendes Gleicli Stromsignal für die Steuerung der veränderlichen Spannungsquelle 15 (Figur 1) erzeugt, so daß die Vorspannung der Steuerelektrode 13 und folglich die Empfindlichkeit der Speicherplatte für das Lichtbild entsprechend verändert wird. Die Polarität des der Quelle 15 zugeführten Signals ist derartig, daß ein Anstieg des Videoausgangssignals eine erhöhte negative Vorspannung für die Steuerelektrode 13 ergibt, so daß das Videoausgangssignal verringert und dadurch innerhalb eines gewünschten Bereichs gehalten wird.

Die Speicherplatten-Regelschaltung 16 ist so ausgebildet, daß, wenn das Videoausgangssignal 11 unter einen vorbestimmten Schwellwert abfällt, die der Quelle 15 zugeführte Spannung so geändert wird, daß die Steuerelektrode 13 in positiver Richtung ausgesteuert und dadurch die Speicherplattenempfind lichkeit erhöht wird.

Durch Verändern der Vorspannung der Steuerelektrode 13 zwischen geeignet gewählten diskreten Spannungswerten kann man auch, wie bereits erwähnt, die Spektralempfindlichkeit der Speicherplatte 1 zwecks Erzeugung von Farbsignalen verändern. Figur 8 zeigt eine geeignete Schaltung für den Betrieb der Speicherplatte 1 als z.B. Farbfernseh-Bildaufnahmeröhre.

Die Farbfernsehschaltung nach Figur 8 arbeitet in der Weise, daß der Steuerelektrode 13 sequentiell drei diskrete Spannungen zugeleitet werden, und zwar jeweils eine über eine vollständige Bildperiode (i/30 Sekunde). Somit werden drei Fernsehbildperioden von je 0,1 Sekunde für die Erzeugung eines vollständigen Farbfernsehbildes benötigt. Die drei diskreten Vorspannungswerte entsprechen dem Luminanzsignal Y (Vorspannung von im wesentlichen null), wobei die Speicherplatte 1 für das gesamte sichtbare Spektrum empfind lieh ist, einem blaulosen Gelb-bis-Blau-Signal, wobei der Elektrode 13 eine SteuerSpannung V₁ zugeführt ist, und schließlich einem Rotsignal R, das einer wesentlich«»· höheren Steuerspannung als V entspricht.

Das Schalten zwischen diesen drei Werten erfolgt mittels eines Farbschalters 36, der sequentiell, also nacheinander zwischen den Steuerspan-

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nungswerten schaltet, die für die Erzeugung der Videosignale Y, Y-B und R unter Steuerung durch vom Farbschaltimpulsgenerator 37 erzeugtes*· Schaltsteuersignale»- benötigt werden. Der Farbschaltimpulsgenerator 37 ist seinerseits mit dem Ferns eh-Ver ti lc al synchroni si ersi gnal synchronisiert, das von einem üblichen Fernsehsynchronisiergenerator (nicht gezeigt) erzeugt wird.

Um das Videoausgangssignal 11 in seine drei, die Farbinformation enthaltenden Komponentensignale Y, Y-B und R zu zerlegen, schaltet ein Farbumschalter 38 das Videoausgangssignal, nach Verstärkung durch einen Verstärker 39, sequentiell auf drei, den gewünschten Signalen entsprechende Ausgangsleitungen um. Der Farbumschalter 38 wird in Intervallen von je einer Bildperiode synchron mit dem Farbschalter 36 unter Steuerung durch ein vom Farbschaltimpulsgenerator 37 erzeugtes Schaltsteuersignal geschaltet.

Die resultierenden, am Ausgang des Farbumschalters 38 erscheinenden Videosignale 40, 41 und 42 enthalten die Farbinformation Y, Y-B bzw. R. Um die gewünschten Grün- und Blau-Farbvideosignale, die für genormte Fernsehsysteme benötigt werden, zu gewinnen, muß man die Farbinformationssignale 40 bis matrizieren, und zwar entsprechend der folgenden Gleichung:

G « Y-B-R
B = Y-G-R

Diese Matrizierung erfolgt mittels der Farbmatrixschaltung 43, die im einzelnen in Figur 9 gezeigt ist.

Da die Y-, Y-B- und R-Farbinformationssignale 40 bis 42 sequentiell in Intervallen, die gleich sind der Bildperiode T (i/30 Sekunde), erzeugt werden, muß man entsprechende Verzögerungen einführen, um diese Signale matrizieren zu können. Da das Y-B-Farbinformationssignal 41 um eine Bildperiode früher erscheint als das R-Farbinformationssignal 42, wird das Signal 41 durch die Verzögerungsschaltung 43, die einen geeignet synchronisierten Videobandaufzeichner mit dazugehöriger Schaltung enthalten kann, um genau eine Bildperiode verzögert. Das Rot-Farbinformationssignal 42 wird vom Ausgangssignal der Verzögerungsschaltung 43 durch den Differenzverstärker 44 subtrahiert, so daß sich das Grün-Farbvideosignal 45 ergibt.

Das Grttn-Farbvideosignal 45 sowie das Rot-Farbinformationssignal 42 erscheint um zwei Bildperioden später al3 das Luminanzsignal 40. Um das Blau-

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•Farbvideosignal 46 zu gewinnen, wird das Luminanzsignal 40 durch die Verzögerungsschaltung 47, die ebenfalls aus einem geeigneten synchronisierten Videobandaufzeichner mit dazugehöriger Schaltung bestehen kann, um genau zwei Bildperioden verzögert. Das Rot-Farbinformationssignal 42 und das Grün-Farbvideosignal 45 werden durch den Differenzverstärker 48 vom verzögerten Luminanzsignal 40 subtrahiert, so daß sich das Blau-Farbvideosignal 46 ergibt.

Diese Farbvideosignale können nach üblichen Methoden zwecks Reproduktion des ursprünglichen Lichtbildes verarbeitet werden.

Außer zur Modulation der Ansprech- und Spektralempfindlichkeit der Speicherplatte 1 kann man die Steuerelektrode 13 (Figur i) auch dazu verwenden, die Ansprechempfindlichkeit der Speicherplatte auf einen vernachlässigbaren Wert zu verringern, d.h. die Speicherplatte gegen das einfallende Licht bild zu "sperren".

Dieser Sperreffekt kann dadurch erreicht werden, daß man bei einem gewünschten maximalen Ausgangssignal der Steuerelektrode eine so hohe negative Vorspannung zuführt, daß das feldfreie Gebiet des Substrats 4 im wesentlichen eliminiert wird. Durch abwechselndes Schalten der Steuerspannung an der Elektrode 13 (in bezug auf das Substrat 4) zwischen im wesentlichen null (oder einem kleinen positiven ¥ert) und dem großen negativen Sperrwert kann man das Vidicon mit einem elektronischen Schnellverschluß oder einer automatischen Belichtungssteuerung ausstatten.

Außer durch Schalten zwischen dem Nullwert und dem Sperrwert der Steue£ elektrodenspannung kann man eine elektronische Verschlußwirkung auch dadurch erzielen, daß man vor der Speicherplatte 1 ein Lichtfilter einschaltet, das nur die kürzeren Wellenlängen (z.B. Blaulicht) durchläßt. Schaltet man die Steuerspannung an der Elektrode 13 so, daß die Ansprechempfindlichkeit der Speicherplatte 1 für diese kürzeren Wellenlängen eliminiert wird, so erhält man eine effektive Verschlußwirkung.

Wenn ein bestimmter dynamischer Bereich der Empfindlichkeitssteuerung, d.h. der Empfindlichkeit des Videosignalstroms für die Intensität des einfallenden optischen Bildes gewünscht wird, kann man ein entsprechend konstruiertes Filter verwenden. Beispielsweise kann ein dynamischer Empfind-· lichkeitssteuerbereich von mindestens 50 : 1 erwünscht sein. Aus Figur 5 und

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den dazu gemachten Ausführungen ergibt sich, daß ein solcher Qnpfindlichkeitssteuerbereich von 50 : 1 für Licht von Wellenlängen, die kürzer sind als 6500 A, erreicht werden kann. Es sollte daher ein Lichtfilter vorgesehen werden, das von der Speicherplatte alles Licht eliminiert, das längere Wellenlängen als 6500 % enthält.

In Fällen, wo ein bestimmter dynamischer Empfindlichkeitssteuerbereich erwünscht ist, kann die erforderliche Filtergrenzwellenlänge an Hand von Spektralempfindlichkeitskurven, beispielsweise den in Figur 5 gezeigten Kurven, ermittelt werden.

Während man durch Anwendung einer Steuerelektrodenspannung veränderlicher Amplitude den gewünschten dynamischen Empfindlichkeitssteuerbereich erhält, ergibt sich dabei eine gewisse Verschiebung der Intensitätsverteilung über das Lichtbildmuster, d.h. die relative Helligkeit verschiedenfarbiger Teile des Bildes kann bei Änderung der Steuerspannung an der Elektrode 13 etwa» verändert erscheinen. Für viele Anwendungszwecke ist diese Änderung jedoch ohne Bedeutung.

In Fällen, wo die Verschiebung der relativen Helligkeit von Bildteilen infolge Änderung der Steuerspannung weitestmöglich vermieden werden sollte, kann man die Intensität des einfallenden Lichtbildes dadurch verändern, daß man der Elektrode13 periodisch (vorzugsweise je einmal pro Einzelbild) eine impulsförmige Steuerspannung fester Amplitude zuleitet. Durch Verändern der Breite (d.h. der Dauer) des zugeführten Steuersignalimpulses kann die effektive Belichtungszeit und folglich die Empfindlichkeit der Speicherplatte entsprechend verändert werden, ohne daß dabei die relative Helligkeit von Teilen des Bildes verschoben wird.

Figur 10 zeigt eine automatische Belichtungssteuerschaltung für die Speicherplatte 1, bei der die Steuerelektrodenv-orspannung V automatisch zwischen einem Ruhewert und einem Sperrwert geschaltet wird;

Die in Figur 10 gezeigte Schaltung arbeitet in der Weise, daß das Video_ ausgangssignal 11 über die einzelnen Fernsehbildperioden integriert wird (wobei das integrierte Videosignal auf den gesamten auf die Speicherplatte auftreffenden Photonenfluß bezogen ist), bis der gewünschte Lichtstrom erhalten wird. Wenn das integrierte Videosignal einen dem gewünschten Gesamt-

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lichtstrom entsprechenden Schwellwert übersteigt, springt die der Steuerelektrode 13 (Figur 1) zugeführte Spannung V in negativer Richtung auf den Sperrwert, so daß die Speicherplatte im wesentlichen unempfindlich für weiteren Lichtstrom vom Lichtbild wird.

Durch das Schalten der Steuerspannung auf diesen Sperrwert wird jedoch die elektrische Information, die zuvor in den Dioden der pn-Übergänge 7 (Figur l) gespeichert worden ist, nicht zerstört, so daß mittels des abtastenden Elektronenstrahls die in der Diodenanordnung gespeicherte elektrische Information, die dem vor dem Schalten der Steuerelektrodenspannung auf den Sperrwert auf die Speicherplatte 1 eingestrahlten optischen Bild entspricht, weiter abgelesen werden kann.

In Figur 10 wird das Videoausgangssignal 11 durch den Verstärker 49 verstärkt und durch die Anklammerungsschaltung 50 auf ein Gleichstrompotential bezogen. Das angeklammerte Videosignal wird dann durch den Videointegrator 51 zu einem monoton ansteigenden Signal 52 integriert, das den gesamten auf die Speicherplatte 1 einfallenden Lichtstrom repräsentiert. Der, Videointegrator 51 wird am Ende.jeder Bildperiode durch das Vertikalsynchronisiersignal auf null rUckgesteilt.

Das integrierte Videosignal 52 wird auf einen Schwellwertdetektor 53 gekoppelt, der ein Ausgangssignal 54 immer dann erzeugt, wenn das integrierte Videosignal einen dem gewünschten Gesamtlichtstrom entsprechenden Wert übersteigt.

Ein Flipflop 55 vom Setz-Rücksetz-Typ ist an die Speicherplatten-Regelschaltung 16 angekoppelt. Wenn am 1-Ausgang des Flipflops 55 ein Signal ansteht, erzeugt die Regelschaltung 16 an der Quelle 15 (Figur 1), d.h. zwischen Steuerelektrode 13 und Substrat 4, eine Spannung, die dem Sperrwert entspricht. Das Flipflop 55 wird durch das Vertikalsynchronisiersignal ge- · setzt (S) und durch den Schwellwertdetektor 54 unter Erzeugung eines Signals an seinem 1-Ausgang rückgesetzt (r). Die Regelschaltung 16 hält daher die Vorspannung an der Steuerelektrode 13 solange auf einem Ruhewert, bis das integrierte Videosignal 52 den gewünschten Schwellwert erreicht, bei welchem dann die Regelschaltung 16 die Quelle 15 veranlaßt, die Speicherplatte ΐ durch Zuleiten einer ausreichend großen negativen Spannung an die Steuerelektrode 13 zu "sperren". ·

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Statt einer Siliciumplatte vom n-Leitungstyp mit p-Gebieten 5 auf ihrer einen Hauptfläche kann man anstelle von Silicium auch andere bekannte nleitende Halbleitermaterialien verwenden oder für die Platte ein bekanntes p-leitendes Material mit η-leitenden Gebieten 5 verwenden. In diesen Fällen muß man die Vorspannungen umpolen und, falls mit Elektronenstrahlschalten gearbeitet wird, einen Elektronenstrahl hoher Geschwindigkeit zur positiven Aufladung der Oberfläche der Gebiete 5 durch Sekundäremission verwenden.

Statt daß Licht auf die Oberfläche der durch die transparente Steuerelektrode 13 abgedeckten Platte 4 gerichtet wird, kann man auch in bekannter Veise ein Lichtbild auf diejenige Oberfläche der Platte projizieren, in welcher die Gebiete 5 gebildet sind. Dabei erhält man in etwa die entgegengesetzte Spektralansρrechung wie bei der vorstehend beschriebenen Betriebsweise. In diesem Fall dringt Blaulicht oder Licht mit der kürzesten Wellenlänge nur eine kurze Strecke in die Platte ein, während Licht im Rotbereich die Platte im wesentlichen durchsetzt. Die Steuerspannung an der Elektrode 13 'ergibt in~ diesem Fall eine blaureiche Spektralempfindlichkeit statt einer Sotempfindlichkeit, und eine Änderung der Steuerspannung vom negativen Sperrwert auf null oder etwas positiv ergibt eine Spektralempfindlichkeit für Licht vom blauen Ende des Spektrums einerseits und Licht des gesamten sichtbaren Spektralbereichs andererseits.

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Claims

- 22 Patentansprüche

( 1 .J Bildwandlereinrichtung mit einer Halbleiterplatte gegebenen Leitung^ typs, an deren einer Hauptfläche mindestens ein Gebiet des entgegengesetzten Leitungstyps unter Bildung eines pn-Übergangs zwischen diesem Gebiet und dem angrenzenden Plattenteil vorgesehen ist, sowie mit einer Elektrodenanordnung zum Anschließen dieses Gebiets und der Platte an eine Spannungsquelle zwecks Vorspannung des pn-Übergangs in Sperrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß auf der anderen Hauptfläche der Halbleiterplatte (4) eine Isolierschicht (14) angeordnet ist, und daß auf dieser Isolierschicht eine Steuerelektrode (13) angeordnet ist, die an eine Vorspannquelle (15) angeschlossen ist, um die Rekombinationsrate der Minoritätsträger innerhalb der Platte zu beeinflussen.

2. Bildwandlereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der einen Hauptfläche der Halbleiterplatte eine Vielzahl von beabstandeten Gebieten (5) entgegengesetzten Leitungstyps unter Bildung eines pn-Übergangs (7) zwischen jedem dieser Gebiete und dem angrenzenden Teil der Platte vorgesehen sind.

3. Bildwandlereinrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte an ihrer anderen Hauptfläche mit Minoritätsträger-Rekombinationsgebieten zur Erhöhung der Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit versehen ist.

4· Bildwandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der anderen Hauptfläche der Platte ein Minoritätsträger-Sammelgebiet (21) des entgegengesetzten Leitungstyps unter Bildung eines pn-Übergangs (24) zwischen diesem Samraelgebiet und der Platte vorgesehen ist.

5. Bildwandler einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Minoritätsträger-Sammelgebiets (21) die. Steuerelektrode (t"3) unterlagert.

6. Bildwandlereinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h

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gekennz eich ne t, daß das Minoritätsträger—Sammelgebiet über eine Gleichrichterdiode (22) elektrisch an eine Spannungsquelle (15) angeschlossen ist, um den pn-übergang des Sammelgebiets in Sperrichtung vorzuspannen.

7- Bildwandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem begrenzten Teil der anderen Hauptfläche eine metallische Elektrode (30) angebracht ist, die zusammen mit diesem Oberflächenteil eine gleichrichtende Schottky-Sperrschicht an der Grenzfläche bildet, derart, daß ein Minoritätsträger-Rekombinationsgebiet entsteht.

8. Bildwandlereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Elektrode aus Platinsilicid besteht.

9. Bildwandlereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Platte aus Halbleitermaterial vom n-Leitungstyp besteht, dadurch gekennzeichnet, daß in die Isolierschicht an der Hauptfläche der Platte positive Ladungen eingebaut sind, derart, daß durch Verringern der Rekombinationsrate der Minoritatsträger innerhalb der Platte der Signalstrom erhöht wird.

10. Bildwandlereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g ekennzeichnet durch eine Speicherplatten-Regelschaltung (16), welche die Steuerelektrode mit einer veränderlichen Steuerspannung in bezug auf das Potential der Platte beliefert, um die Rekombinationsrate der Minori ta tstrager in der Platte zu verändern.

Π. Verfahren zum Betrieb einer Bildwandler einrichtung nach Anspruch 10, wobei die Eindringtiefe des Lichtes in die Halbleiterplatte der Wellenlänge des Lichtes proportional ist, bei welchem Licht eines bestimmten Spektralbereichs auf die Platte gerichtet und dadurch Elektronen-Lochpaare in der Platte erzeugt werden, die in Richtung gegen den oder die pn-übergang bzw. -übergänge diffundieren und dadurch das bzw. die Gebiet bzw. Gebiete entgegengesetzten Leitungstyps entladen werden, und bei welchem das bzw. die Gebiet bzw. Gebiete entgegengesetzten Leitungstyps periodisch unter Erzeugung eines Ausgangssignals wiederaufgeladen werden, dadurch

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gekennzeichnet, daß der Steuerelektrode eine veränderliche Steuerspannung zugeleitet wird, derart, daß die durch Licht am einen Ende des Spektralbereichs erzeugten Minoritatsträger von dem bzw. den pn-übergang bzw .-üb er gang en weg gelenkt und dadurch die Spektralempfindlichkeit und die Ansprechempfindlichkeit der Einrichtung verändert wird (Figur 5)·

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzei chn e t , daß die der Steuerelektrode zugeführte Spannung indirekt in Abhängigkeit von Änderungen des Ausgangssignals verändert und dadurch das Ausgangssignal innerhalb eines annehmbaren Bereichs gehalten wird (Figur 7)·

13· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzei chn e t , daß der Steuerelektrode sequentiell mehrere unterschiedliche Vorspannungen zugeleitet werden, derart, daß ein Ausgangssignal mit sequentiellen Teilen, die jeweils einem anderen Teil des Spektralbereichs des auf die Platte projizierten Lichtes entsprechen, erzeugt wird.

14· Verfahren nach Anspruch 11 zur Gewinnung eines Farbfernseh-Videoausgangssignals, wobei die Halbleiterplatte aus η-leitendem Silicium besteht und Licht mit einem sichtbaren Spektralbereich auf die andere Hauptfläche der Platte gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerelektrode sequentiell eine Vorspannung von im wesentlichen null zur Erzeugung eines dem gesamten sichtbaren Spektralbereich entsprechenden Luminanzsignals Y, eine erste negative Vorspannung zur Erzeugung eines blaufreien Signals und eine zweite, negativere Vorspannung zur Erzeugung eines Rotsignals zugeleitet werden (Figur 8).

15· Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzei ch- y

net, daß sequentiell ein gewünschtes maximales Ausgangssignal zur Er- ',

zeugung einer Sperrspannung an der Steuerelektrode und anschließend das resultierende minimale oder Nullausgangssignal zur Erzeugung einer im wesentlichen Mullvorspannung an der Steuerelektrode unter Erzielung des maximalen Ausgangssignals verwendet werden, derart, daß eine automatische Verschlußregelung erhalten wird.

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