DE19735040A1 - Kontaktfreier Phototransistor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen kontaktfreien Phototransistor
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bipolare Transistoren werden als Sensoren von Abbildungsanord
nungen verwendet. Jeder Transistor kann sowohl als integrierender Pho
tosensor als auch als Selektionselement verwendet werden. Der Photo
transistorsensor erzeugt einen Ausgangsstrom (Photostrom) infolge ab
sorbierter Photonen, wobei der Ausgangsstrom proportional zur Intensi
tät des auf den Sensor fallenden Lichtes ist. Photonen, die in einem
Bereich der Kollektor-Basis- oder Emitter-Basis-Grenzschicht eines Pho
totransistors absorbiert werden, erzeugen Elektron-Loch-Paare, die von
einer nahegelegenen p-n-Grenzschicht gesammelt werden. Die von jeder
Grenzschicht gesammelten Minoritätsträger wirken als Basisstrom und
werden zur Erzeugung des Kollektorstroms mit der Transistorverstär
kung multipliziert. Der Emitterstrom ist die Summe aus Basisstrom und
Kollektorstrom und wird gewöhnlich als Ausgangssignal des Sensors ver
wendet.
Ein bekannter kontaktfreier Phototransistor kann in einer
n-Wanne gebildet werden, die in einem Halbleitersubstrat mittels eines
Standard-BiCMOS-Herstellungsprozesses mit zusätzlicher Diffusion einer
p-Basisregion und Abgrenzung eines Emitters ausgebildet wurde. Die
n-Wanne dient als gemeinsamer Kollektor für die Phototransistoren in
der Photosensoranordnung und wird mit einer Spannung Vcc vorgespannt.
Eine p-Basisregion des Phototransistors wird durch Implantation geeig
neter Dotanden in die n-Wanne durch Öffnungen in einer Feldoxidschicht
gebildet. Auf der Oberfläche des Phototransistors wird eine Polysilici
um-1-Schicht aufgewachsen. Die Polysilicium-1-Schicht wird mit herkömm
lichen Halbleiterverfahren mit einem n-leitenden Material, wie Arsen,
dotiert. In den Bereichen, wo sich die Polysilicium-1-Schicht in Kontakt
mit der Oberfläche der p-Basisregion befindet, bildet sie eine epitakti
sche n⁺-Region, die als Emitter des Phototransistors dient. Um die
n-leitenden Dotanden in die p-Basisregion zur Bildung der eigentlichen
Grenzschicht zu diffundieren, sollte die Phototransistorstruktur einem
Hochtemperaturschritt ausgesetzt werden. Die Polysilicium-1-Schicht wird
zur Bildung einer Spaltenleseleitungsregion strukturiert, welche die
p-Basisregionen anderer Phototransistoren kontaktiert (und die Emitter
bildet), die sich in derselben Spalte der Abbildungsschaltung befinden.
Nach der Strukturierung der Polysilicium-1-Schicht wird eine Zwischenpo
ly-Gateoxidschicht über der Oberfläche der Polysilicium-1-Schicht gebil
det. Die Gateoxidschicht dient als Dielektrikum des Kondensators, der
die p-Basisregion des Phototransistor mit einer n⁺-Polysilicium-
2-Schicht koppelt, die über der Gateoxidschicht gebildet wird. Die Plat
ten des Kondensators sind die p-Basisregion und die Polysilicium-
2-Schicht. In einer Anordnung solcher Leseelemente sind die Basisan
schlüsse aller Phototransistoren einer Zeile an eine gemeinsame Zeilen
wählleitung kapazitiv gekoppelt, welche durch die Polysilicium-2-Schicht
gebildet wird.
Der Emitter dient als Ausgangsknoten für den integrierenden
Photosensor, wobei die Ausgangsknoten aller Sensoren einer Spalte mit
einer gemeinsamen, aus der Polysilicium-1-Schicht gebildeten Spaltenle
seleitung verbunden sind. Ein entsprechender pnp-Transistor kann durch
Austausch von n- und p-Regionen und Umkehr der Polaritäten der jeweili
gen Spannungen gebildet werden.
Die Bildung der p-Basisregion wird nach der Feldoxidbildung
und der Nitridablösung oder einem ähnlichen Schritt im Standardprozeß
durchgeführt. Nach der Bildung der p-Basisregion wird die Emitterregion
umgrenzt, und die Polysilicium-1-Schicht wird mit einem n-leitenden Im
plantat zur Bildung des Emitters dotiert. Während der Prozeßschritte,
die zur Bildung der Gateoxidschicht und der Polysiliciumgates von MOS-
Bauelementen verwendet werden, werden die Gateoxidschicht und die Zei
lenwählleitung gebildet.
Im Betrieb des Phototransistors wird eine feste Spannung an
die Wählleitung angelegt, welche als Sperrvorspannung der Basis-Emit
ter-Grenzschicht des Phototransistors gewählt wird. Wenn Bildphotonen
den Phototransistor treffen, werden Elektronen und Löcher erzeugt. Die
photoerzeugten Elektronen werden in die n-Wanne abgelenkt und durch die
Kollektorspannungsleitung (Vcc) entfernt. Die photoerzeugten Löcher
sammeln sich in der p-Basisregion und bewirken ein Ansteigen des Basi
spotentials. Der erzeugte Photostrom vereinigt sich auf dem Kondensa
tor, welcher als Teil der Struktur des Phototransistors gebildet wird.
Dies entspricht einem Bildspeicherungsbetrieb. Wenn das im vom Photo
transistor dargestellten Abbildungselement enthaltene gespeicherte Bild
ausgelesen werden soll, wird die Wählleitung auf einen hohen Wert ge
bracht, wobei die Basis-Emitter-Grenzschicht des Transistors in Durch
laßrichtung vorgespannt wird. In diesem Fall fließt der integrierte und
mit der gegenwärtigen Verstärkung des Phototransistors multiplizierte
Photostrom von der Emitterregion bis zur Spaltenleseleitung. Ein mit
der gemeinsamen Leseleitung verbundener integrierender Leseverstärker
wird verwendet, um den von jedem der in der Spalte enthaltenen Sensor
elemente erzeugten Strom zu lesen.
Ein solcher Phototransistor hat gegenüber anderen Abbildungs
elementen einige Vorteile: 1) die Struktur kann im Vergleich zu entspre
chenden CCD- und CMOS-kompatibelen Elementen in kleinerer Größe reali
siert werden; und 2) der Herstellungsprozeß ist kompatibel mit Doppel-
Poly-CMOS-Prozeßabläufen mit einer zusätzlichen Maske für die Basis-Im
plantation und einer weiteren zusätzlichen Maske für die Emitter-Abgren
zung. Das Dielektrikum des Kondensators aus Polysilicium-2-Schicht (Zei
lenwählleitungsregion) und Basis ist die Gateoxidschicht, und die Emit
terregion wird durch die n⁺-Implantation selbstjustiert.
Ein solcher Phototransistor hat jedoch auch Nachteile. Wenn
ein lichtintensives Bild auf das vom Transistor gebildete Abbildungsele
ment trifft, wächst das Basispotential während des Integrationsprozesses
aufgrund der photoerzeugten Löcher schnell an, bis die Basis-Emitter-
Grenzschicht schwach in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Weitere Lö
cher, die in der Basisregion erzeugt werden, werden in den Emitter inji
ziert. Dies wird als "Überlauf"- Problem bezeichnet, und es trägt zum
Spaltenleseleitungssignal als Rauschen bei, wenn andere Elemente (das
Bild) in derselben Spalte der Anordnung gelesen werden. Dies erzeugt
eine vertikale Rauschstruktur auf einem hellen Bild.
Ein zweiter Nachteil besteht darin, daß solche einem lichtin
tensiven Bild ausgesetzten Abbildungselemente schwierig auf dieselbe
Sperrvorspannung zu Zwecken der Bildspeicherung (photoerzeugte Ladungs
integration) zurückzusetzen sind. Die Restladung benötigt eine relativ
lange Zeitperiode (etwa 100 ms), um in der Basis des Phototransistors zu
rekombinieren. Dies erzeugt einen Bildverzögerungs- oder "Überstrahl"-
Effekt, bei dem ein bewegter heller Bildpunkt von einem hellen Schweif
begleitet wird.
Sowohl das "Überlauf"- als auch das "Überstrahl"-Problem füh
ren bei lichtintensiven Bildern zu einer Verschlechterung der Bildquali
tät. Hierdurch wird die Verwendbarkeit solcher Photosensoren bei inten
sivem Licht eingeschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kontaktfreien Phototran
sistor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der kein
"Überlauf"- oder "Überstrahl"-Problem aufweist.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 gelöst.
Bei einem solchen kontaktfreien Phototransistor wird ein wei
terer Emitter, welcher als elektronische Blende dient, in der p-Basisre
gion gebildet, wobei die Grenzschicht zwischen Basis und Blende früher
in Durchlaßrichtung vorgespannt wird als die Grenzschicht zwischen Ba
sis und Emitter, so daß überlaufstrom-Löcher zur Blende gezogen werden,
was den "Überlauf"-Effekt und den "Überstrahl"-Effekt vermindert.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten
Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Querschnittsdiagramm eines Phototransistor-
Abbildungselements mit einer integrierten elektronischen Blende.
Fig. 2 zeigt eine Aufsicht des Layouts für das Phototransi
stor-Abbildungselement von Fig. 1.
Fig. 3 zeigt in einer Querschnittsansicht, wie sich das Photo
transistor-Abbildungselement von einem bekannten bipolaren Transistor
unterscheidet.
Fig. 4 zeigt in einem Zeitdiagramm die Beziehung zwischen der
Integrationsperiode des Phototransistors und dem Betrieb der elektroni
schen Blende des Abbildungselements aus Fig. 1.
Fig. 5 zeigt schematisch die Verbindung zwischen dem Photo
transistor mit elektronischer Blende und einem Spaltenleseschaltkreis
zur Bestimmung des Ausgangssignals des Phototransistors.
Fig. 6 zeigt, wie mehrere Phototransistoren in einer Abbil
dungsanordnung angeordnet werden können.
Gemäß Fig. 1 wird ein Phototransistor 40 in einer n-Wanne 44
hergestellt, die in einem Halbleitersubstrat gebildet wird. Die n-Wan
ne 44 dient als gemeinsamer Kollektor für die Phototransistoren einer
Photosensoranordnung und wird mit einer Spannung Vcc vorgespannt. Eine
p-Basisregion 46 des Phototransistors 40 wird durch geeignete Implan
tation in die n-Wanne 44 gebildet.
Eine in der p-Basisregion 46 gebildete n⁺-Region dient als
erster Emitter 48 des Phototransistors 40. Außerdem wird ein zweiter
Emitter als elektronische Blende 42 durch Implantation von n-Dotanden
in die p-Basisregion 46 gebildet. Während des Betriebs des Phototran
sistors 40 wird die Blende 42 etwas schwächer (ungefähr 0,5V) als der
Emitter 48 vorgespannt, wobei die Vorspannungen Vshut und Vcol mit 50
bzw. 52 bezeichnet sind. Wenn der Phototransistor 40 einem lichtintensi
ven (durch Bildphotonen 54 dargestellten) Bild ausgesetzt wird, wird
folglich die Grenzschicht zwischen Basisregion 46 und Blende 42 früher
in Durchlaßrichtung vorgespannt als die Grenzschicht zwischen Basis
region 46 und Emitter 48. Dies bewirkt, daß die Überlaufstrom-Löcher
(als h+ bezeichnet) zur Blende 42 anstatt zum Emitter 48 gezogen wer
den. Hierdurch wird der Beitrag der Überlaufstrom-Löcher zum Spalten
rauschen vermindert. Dies vermindert auch den "Überstrahl"-Effekt, der
mit der Existenz nicht rekombinierter Überschußelektronen (als e⁻ be
zeichnet) verbunden ist.
Gemäß Fig. 2 sind zwei Phototransistoren als Elemente 60 und
62 bezeichnet. Die n⁺-Grenzschicht der Blende 42 wird aus einer Polysi
licium-2-Schicht 102 gebildet. Die Steuerleitungen der Blende 42 und
eines Kondensators, der die Basis jedes Phototransistors 60, 62 an
eine aus einer Polysiliciumschicht 101 gebildete Zeilenwählleitung kop
pelt, werden zur gleichen Zeit gebildet.
Der Emitter 48 des Phototransistors wird durch Deposition ei
ner Polysilicium-1-Schicht 104 gebildet, welche auch als Spaltenleselei
tung dient und die Emitter 48 in derselben Spalte der Anordnung mitein
ander verbindet. Das Layout des Abbildungselements ist größer als das
des bekannten Abbildungselements aufgrund des vergrößerten Abstandes
der Blende 42 in Y-Richtung (vertikal). Die Querschnittsansicht der Pho
totransistoren 60, 62 aus Fig. 2 entlang der Linie AA′ ist die gleiche
wie für den bekannten Phototransistor.
In Fig. 3, die eine Querschnittsansicht entlang der Linie BB′
aus Fig. 2 darstellt, ist der zweite Emitter (Blende 42) für zwei Pho
totransistoren 60, 62 zu sehen. Jeder Phototransistor 60, 62 wird in
der n-Wanne 44 gebildet, die durch geeignete n-Implantation in ein
p-Substrat (nicht gezeigt) erzeugt wird. Die n-Wanne 44 dient als ge
meinsamer Kollektor der Phototransistoren in der Abbildungsanordnung.
Zur Abgrenzung der aktiven Regionen des Bauelements, zur Entfernung
der Nitridschicht und zur Bildung der Feldoxidschicht 70 werden Stan
dard-BiCMOS-Verfahren angewandt. Die p-Basisregion 46 jedes Phototran
sistors wird durch Implantation geeigneter p-Dotanden in die n-Wanne 44
durch Öffnungen in der Feldoxidschicht 70 gebildet.
Auf der Oberfläche der Phototransistoren wird eine Polysilici
um-1-Schicht 72 aufgewachsen. Die Polysilicium-1-Schicht 72 wird in be
kannter Weise mit einem n-leitenden Material wie Arsen dotiert. In den
Bereichen, in denen die Polysilicium-1-Schicht 72 in Kontakt mit der
Oberfläche der p-Basisregion 46 steht, bildet sie eine epitaktische
n⁺-Region, die als Emitter 48 der Phototransistoren dient. Anschließend
wird die Polysiliciuml-Schicht 72 zur Bildung einer Spaltenleseleitung
strukturiert, welche die p+-Basisregionen 46 anderer Phototransistoren
in derselben Spalte der Abbildungsanordnung kontaktiert (und die Emitter
48 bildet).
Nach der Strukturierung der Polysilicium-1-Schicht 72 zur Bil
dung der Spaltenleseleitung wird eine Zwischenpoly-Gateoxidschicht 74
auf der Oberfläche der Polysilicium-1-Schicht 72 gebildet. Daraufhin
wird die Region für den zweiten Emitter oder die Blende 76 jedes Photo
transistors abgegrenzt und geöffnet. Anschließend wird in den abgegrenz
ten Regionen eine n⁺-Implantation in die p⁺-Basisregion 46 durchgeführt.
Dann wird über der Oberfläche der Phototransistoren eine Polysilicium-
2-Schicht 78 aufgewachsen.
Die Polysilicium-2-Schicht 78 bildet die Blendensteuerungslei
tung der Blende 76. Auf der Blendensteuerungsleitung wird eine Oxid
schicht 80 aufgebracht. Die Gateoxidschicht 74 dient als Dielektrikum
für einen Kondensator, der die p-Basisregion 46 der Phototransistoren an
eine Zeilenwählleitung koppelt, wobei die Platten des Kondensators die
p-Basisregion 46 und die Zeilenwählleitung 150 sind.
Gemäß Fig. 4 ist im Betrieb des Phototransistors die Grenz
schicht der Blende 42 bei einem Potential von etwa 0,1 bis 0,5 Volt un
terhalb des n⁺-Emitterpotentials vorgespannt, kurz nachdem der Photo
transistor in eine Integrationsperiode übergeht. Kurz vor dem Ende der
Integrationsperiode wird die Blende 42 auf dasselbe (oder ein etwas
höheres) Potential wie der Emitter 48 zurückgeschaltet.
Die Blende 42 kann durch Anlegen eines variablen Spannungspe
gels unterhalb des Emitterpotentials für ein einstellbares Zeitinter
val innerhalb der Integrationsperiode als Mittel zur Variation des
Grades der durch die Blende 42 gelieferten Überlaufsteuerung aktiviert
werden. Folglich können sowohl das Potential zur Vorspannung der Blende
42 als auch die Zeitperiode, über die die Blende 42 aktiviert wird,
nach Wunsch variiert werden. Wenn keine Überlaufsteuerung benötigt
wird, wie im Falle dunkler Bilder, kann die Blende 42 sogar völlig abge
schaltet werden.
Gemäß Fig. 5 befindet sich ein einzelner Phototransistor oder
ein Abbildungselement in der j-ten Spalte und der i-ten Zeile einer Ab
bildungsanordnung mit vielen solcher Phototransistoren. Eine Zeilenwähl
leitung 150 ist mit einem Kondensator 160, die die Zeilenwählleitung
150 mit der Basis des Phototransistors 40 koppelt, verbunden, und wird
verwendet, um die Zeile der Abbildungsanordnung auszuwählen, in der
sich der zu lesende Phototransistor befindet. Eine Blendensteuerungs
leitung 152 ist mit der Blende 42 des Phototransistors 40 verbunden.
Jede Zeile kann ihre eigene Blendensteuerungsleitung 152 haben, oder
zwei Zeilen der Anordnung können eine gemeinsame Blendensteuerungslei
tung 152 teilen. Die Emittergrenzschicht des Phototransistors 40 ist
mit einer Spaltenleseleitung 154 verbunden, welche dazu dient, die
Emitter jedes Phototransistors in einer Spalte der Anordnung zu verbin
den.
Der Spaltenleseschaltkreis enthält einen Leseverstärker, wel
cher aus einem Verstärkungselement 200 gebildet wird, dessen nicht-in
vertierender Eingang mit einer Referenzspannung 202 ("Vref") und dessen
invertierender Eingang mit der Spaltensteuerungsleitung 154 verbunden
ist. Ein p-Kanal-Abgleichtransistor 204 und ein Kondensator 206 sind
zwischen dem invertierenden Eingang und Ausgang des Verstärkungsele
ments 202 verbunden. Das Gate des Abgleichtransistors 204 ist mit ei
ner Abgleichsteuerungsleitung (als "Vh-blank" bezeichnet) verbunden,
welche zur Kalibrierung des Verstärkungselements 200 vor dem Leitungs-
oder Lesebetrieb verwendet wird. Der in der Spaltensteuerungsleitung
154 erzeugte Emitter- (Ausgangs-) Strom wird durch das Verstärkungsele
ment 200 und den Kondensator 206 gelesen und integriert. Das Ausgangs
signal des Verstärkungselements 200 wird einem Abtast- und Halteprozeß
mit Hilfe eines Transistors 208 unterworfen, welcher durch eine Abtast
steuerungsleitung 210 (als "Vsample" bezeichnet) gesteuert wird. Das
Ausgangssignal des Transistors 208 wird an ein Verstärkungselement 212
geliefert, welches das Signal über eine Ausgangsleitung 214 zugänglich
macht.
Gemäß Fig. 6 kann eine Abbildungsanordnung aus zwei Zeilen i
und i+1 sowie drei Spalten bestehen. Die Zeilenwählleitung 150 (als
"Vread" bezeichnet) für die i-te Zeile ist mit dem Kondensator, der
die Zeilenwählleitung 150 an die Basis des Phototransistors 40 koppelt,
verbunden und wird verwendet, um die Zeile der Abbildungsanordnung aus
zuwählen, in der sich der zu lesende Phototransistor befindet. Eine
ähnliche Zeilenwählleitung für die (i+1)-te Zeile ist mit "Vread (i+1)
bezeichnet. Die Blendensteuerungsleitung 152 ist mit der Blende 42 des
Phototransistors 40 verbunden. In der Darstellung ist die Blendensteue
rungsleitung 152 mit den Blenden 42 für zwei Zeilen der Anordnung ver
bunden. Die Emittergrenzschicht des Phototransistors 40 ist mit der
Spaltensteuerungsleitung 154 verbunden, welche dazu dient, die Emitter
48 jedes Phototransistors 40 in einer Spalte der Anordnung zu verbinden.
Jede Spalte der Anordnung ist mit einem Bildleseschaltkreis des in Fig.
5 beschriebenen Typs verbunden und wird durch die entsprechenden Elemen
te identifiziert. Gemäß Fig. 6 weisen die Phototransistoren außerdem ei
nen zweiten Kondensator auf, der zwischen der Basis und der Zeilenwähl
leitung verbunden ist. Dies entspricht dem Kondensator, der während der
Bildung der Blende 42 zwischen Basis und Zeilenwählleitung 150 gebildet
wird.
Der Prozeßablauf des bipolaren kontaktfreien Phototransistors
mit integrierter elektronischer Blende 42 ist mit bekannten Standard-
BiCMOS-Herstellungsprozessen kompatibel. Es werden drei zusätzliche
Maskierungsschritte verwendet, einer für die Basisimplantation, ein
zweiter zur Abgrenzung des Emitters und ein dritter für die Abgrenzung
der Blendenregion. Die n⁺-Emitter- und Blenden-Grenzschicht kann durch
eine n⁺-Implantation oder durch Diffusion von n⁺-dotiertem Polysilicium
gebildet werden.
Die Blende 42 kann auch durch eine n⁺-Implantation unter Ver
wendung eines Metallkontakts gebildet werden. Es kann auch eine
Schottky-Grenzschicht als Blende 42 verwendet werden. Die metallische
Blendensteuerungsleitung liefert eine Isolation zwischen den Bildan
ordnungselementen, da sie Licht zwischen den Elementen blockiert. Eine
Blendenleitung kann von zwei Zeilen der Abbildungselemente geteilt wer
den, oder jede Zeile kann zum Liefern hochaufgelöster Bilder ihre eigene
Blendenleitung haben. Außerdem kann ein entsprechender pnp-Photosensor
mit elektronischer Blende 42 durch Austausch der jeweiligen n⁺- und
p⁺-Regionen realisiert werden.
Claims (8)
1. Kontaktfreier Phototransistor (40, 60, 62) mit einer in ei
nem Substrat zweiten Leitfähigkeitstyps gebildeten Kollektorregion (44)
ersten Leitfähigkeitstyps, einer in der Kollektorregion (44) gebildeten
Basisregion (46) zweiten Leitfähigkeitstyps und einer in der Basisregion
(46) gebildeten Emitterregion (48) ersten Leitfähigkeitstyps, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Basisregion (46) eine Blendenregion (42) er
sten Leitfähigkeitstyps von der Emitterregion (48) räumlich getrennt und
elektrisch isoliert, und eine Blendensteuerungsleitung (152) über der
Blendenregion (42) gebildet und elektrisch mit ihr verbunden ist.
2. Phototransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Leitfähigkeitstyp n-leitend und der zweite Leitfähigkeits
typ p-leitend ist.
3. Phototransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Leitfähigkeitstyp p-leitend und der zweite Leitfähigkeits
typ n-leitend ist.
4. Phototransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Blendenregion (42) niedriger vorspannbar ist als
die Emitterregion (48) des Phototransistors.
5. Phototransistormatrix aus einer Vielzahl von Phototransi
storen (40, 60, 62) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine über
der Emitterregion (48) gebildete Zeilenwählleitung (150) und ein Konden
sator (160), welcher die Basisregion (46) mit der Zeilenwählleitung
(150) koppelt, vorgesehen sind, wobei die Emitterregion (48) mit einem
Spaltenleseleitungsknoten und die Blendenregion (42) mit einem Blenden
steuerungsleitungsknoten verbunden sind, wobei die Zeilenwählleitung
(150) mit den Zeilenwählleitungsknoten jedes zu einer Zeile gehörenden
Phototransistors und die Spaltenleseleitung (154) mit den Spaltenlese
leitungsknoten jedes zu einer Spalte gehörenden Phototransistors verbun
den sind, und wobei die Blendensteuerungsleitung (152) mit den Blenden
steuerungsleitungsknoten jedes zu einer Zeile gehörenden Phototransi
stors verbunden sind.
6. Phototransistormatrix nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß ein Leseverstärker zum Lesen eines Photostromes vorgesehen ist,
wobei der Leseverstärker mit der Spaltenleseleitung elektrisch verbunden
ist.
7. Phototransistormatrix nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge
kennzeichnet, daß an den Wählleitungsknoten eine erste Spannung Vcol
(52) anlegbar ist, welche die Basis-Emitter-Grenzschicht in Sperrichtung
vorspannt, an den Blendensteuerungsleitungsknoten eine zweite Spannung
Vshut (50) anlegbar ist, welche die Basis-Blende-Grenzschicht schwächer
als die Basis-Emitter-Grenzschicht vorspannt, daß eine dritte Spannung
an den Blendensteuerungsleitungsknoten anlegbar ist, welche ausreicht,
um die Basis-Emitter-Grenzschicht in Durchlaßrichtung vorzuspannen, und
das eine vierte Spannung an den Wählleitungsknoten anlegbar ist, welche
die Basis-Emitter-Grenzschicht in Durchlaßrichtung vorspannt.
8. Phototransistormatrix nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich
net, daß die zweite Spannung um etwa (0,1-0,5) Volt niedriger als die
erste Spannung liegt.
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US11282891B2 (en) * | 2003-11-26 | 2022-03-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor with a gated storage node linked to transfer gate |
US6951790B1 (en) * | 2004-03-24 | 2005-10-04 | Micron Technology, Inc. | Method of forming select lines for NAND memory devices |
US7849962B2 (en) * | 2006-09-13 | 2010-12-14 | Coug Enterprises, Inc. | Portable railcar step and railcar therewith |
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