DE2139528C3 - Photo-MOS-Anordnung und daraus gebildete Matrix - Google Patents

Photo-MOS-Anordnung und daraus gebildete Matrix

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DE2139528C3 DE19712139528 DE2139528A DE2139528C3 DE 2139528 C3 DE2139528 C3 DE 2139528C3 DE 19712139528 DE19712139528 DE 19712139528 DE 2139528 A DE2139528 A DE 2139528A DE 2139528 C3 DE2139528 C3 DE 2139528C3
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf MOS-Anordnungen (Metall-Oxyd-Halbleiter-Anordnungen), die insbesondere zum Ablesen von optischen Speichern dienen.
In der FR-PS 15 66 558 ist eine MOS-Anordnung beschrieben, die ein Substrat eines ersten Leitungstyps, beispielsweise des Leitungstyps N aufweist. Auf diesem Substrat ist durch örtliche Diffusion ein Kollektor des entgegengesetzten Leitungstyps gebildet, und auf die ganze Anordnung ist eine dielektrische Schicht aufgebracht. Ein metallisches Gitter, das für die verwendete Strahlung durchlässig ist, ist auf die dielektrische Schicht aufgebracht Das Substrat wird auf Massepotential gehalten. Der pn-übergang ist durch ein an den Kollektor angelegtes negatives Potential in der Sperrrichtung vorgespannt. Das Gitter ist gleichfalls negativ vorgespannt
Es ist möglich, direkt eine aus Elementen dieser Art bestehende Matrix zu bilden. Diese weist jedoch bestimmte Nachteile auf.
Insbesondere ist der Zugangswiderstand zu dem
ίο ρπ,-Obergang groß, und bei einer aus Kollektoren der beschriebenen Art gebildeten Matrix sind die Kollektoren nicht voneinander unabhängig. Bei Beleuchtung eines Gitters entsteht in mehreren Kollektoren ein Signal.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Photo-MOS-Anordnung, die einen geringen Zugangswiderstand zu dem pn-übergang hat und eine voneinander unabhängige Funktion der Kollektoren gewährleistet.
Nach der Erfindung ist die Photo-MOS-Anordnung mit einem Substrat eines ersten Leitungstyps, wenigstens einem auf einer Fläche des Substrats gebildeten Kollektor mit einem zweiten Leitungstyp, der zu dem erster Leitungstyp entgegengesetzt ist, einer Isolierschicht, welche diese Fläche des Substrats teilweise bedeckt und den Kollektor wenigstens teilweise freiläßt einem auf die Isolierschicht aufgebrachten metallischen Gitter und Einrichtungen zum Anlegen einer Sperrspannung an den zwischen dem Substrat und dem Kollektor gebildeten pn-übergang zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß der nicht von dem Gitter bedeckte Teil des Kollektors wenigstens teilweise von einer dicken Isolierschicht bedeckt ist, die ihrerseits mit einer dicken Metallschicht bedeckt ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Darin zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht einer Photo-MOS-Anordnung bekannter Art,
F i g. 2 eine Oberansicht der Anordnung von F i g. 1,
F i g. 3 eine Schnittansicht der Elemente einer nach der Frfindung ausgeführten Matrix von Photo-MOS-Anordnungen,
F i g. 4 eine Oberansicht der Anordnung von F i g. 3,
Fig.5 eine perspektivische Darstellung der Anordnung von F i g. 3 und 4,
Fig.6 die elektrische Schaltung der Anordnung von F i g. 3 bis 5 und
F i g. 7 ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung.
so In Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform einer Photo-MOS-Anordnung dargestellt, wie sie in der zuvor benannten französischen Patentschrift beschrieben ist Sie enthält ein Halbleitersubstrat 1 des Leitungstyps N. In diesem Subsmit sind zwei Diffusionszonen des Typs P + gebildet. Diese beiden Diffusionszonen 2 sind die beiden Kollektoren der ''hoto-MOS-Anordnung. Zwischen den beiden Kollekt )ren ist eine Oxydschicht 4 so angebracht, daß sie über jeden der Kollektoren greift Auf die Oxydschicht 4 ist ein Metallgitter 5 aufgebracht, das für ein bestimmtes Frequenzband von Lichtstrahlen durchlässig ist. Die Anordnung ist in der folgenden Weise in der Sperrrichtung vorgespannt. Das Substrat 1 liegt an Masse, und das Gitter 5 ist mit dem Minuspol einer Gleichspannungsquelle 6 verbunden, deren Plüspol an Masse liegt
Die abgegebene Spannung beträgt beispielsweise -6 V.
. Die Kollektoren 2 sind, über einen gemeinsamen
Widerstand 7 mit dem Minuspol einer Spannungsquelle 8 verbunden, deren Pluspol an Masse liegt Diese Spannungsquelle liefert eine stärkere negative Spannung als die Spannungsquelle 6, beispielsweise —9 V. Das Ausgangssignal wird an der gemeinsamen Klemme der Kollektoren und des Widerstandes 7 abgenommen.
Das Gitter 5 wird auftreffenden Lichtstrahlen ausgesetzt, deren Frequenz in dem Bereich liegt, für den das Gitter 5 durchlässig ist. Die Anordnung arbeitet in der folgenden Weise:
Die an die Kollektoren und an das Gitter angelegten Spannungen haben zur Folge, daß in dem Substrat eine Raumladung 9 des Typs P erzeugt wird, die sich so ausbildet, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet ist Diese Raumladung bildet eine Potentialschwelle:. Wenn ein Photon durch das Gitter 5 hindurch auf das Substrat trifft, erzeugt es ein Elektron-Loch-Paar.
Die negative Ladung geht durch die von der Raumladung erzeugte Potentialschwelle hindurch und dringt in das Substrat ein. In dem Wide·, stand 7 wird ein Strom erzeugt Dieser Strom läßt die Ausgangsspannung Vs entstehen.
Die dargestellte Photo-MOS-Anordnung weist gewisse Nachteile auf. Insbesondere umgibt die Raumladung zwei Kollektoren. Wenn eine Matrix mit solchen MOS-Anordnungen gebildet wird, ist keine von ihnen unabhängig von den übrigen. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß bei Belichtung eines Gitters das erzeugte Signal gleichzeitig an mehreren Kollektoren abgenommen wird.
Das in Fig.3 im Schnitt dargestellte Photo-MOS· Mosaik ermöglicht die Beseitigung dieses Nachteils. Dabei sind die gleichen Teile wieder mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Vorspannungen sind nichi: dargestellt; sie sind denjenigen von F i g. 1 gleich.
Das Substrat 1 und die Kollektoren 2 sind in gleicher Weise wie bei der Anordnung von F i g. 1 und 2 ausgebildet.
Dagegen besteht die Oxydschicht 4 aus dünnen Zonen 41, (mit einer Dicke in der Größenordnung von 0,1 μ) und aus dicken Zonen 42 (mit einer Dicke in der Größenordnung von 1 bis 2 μ).
Jedem Kollektor entspricht eine Zone 42. Die Verbindungen 43 und 44 zwischen einer dünnen Zone 41 und einer benachbarten dicken Zone 42 haben im wesentlichen ebene und senkrecht zum Substrat stehende Wände.
Die Verbindungen 43 sind geringfügig gegen die Kollektoren ν ersetzt, so daß ein Teil 21 jedes Kollektors von einer dünnen Schicht und ein Teil 22 von einer dicken Schicht bedeckt ist
Die auf die Oxydschicht 4 aufgebrachte metallische Schicht 5 enthält dicke Abschnitte 52, die für die Strahlung nicht durchlässig sind und genau die Zonen 42 bedecken, und dünne Abschnitte 51, welche die Gitter der Photo-MOS-Anordnungen bilden und für die Stra! lung durchlässig sind; diese bedecken die Zonen 41.
F i g. 4 zeigt die Anordnung in Oberansicht. Die unter dem Metall liegenden Oxydschichten sina nicht sichtbar. Jedes Gitter hat die Form eines Rechtecks, das beispielsweise aus einer .■;>'.- dünnen Nickelschicht gebildet ist Alle Gitter *\ sind von Umrandungen 53 umgeben, die aus einer dicken Metallschicht besteht. Die den Elementen der gleichen Zeile entsprechenden Umrandungen 53 sind durch dicke Metallstäbe 52 miteinander verbunden, welche die im Schnitt in F i g. 3 dargestellten Zonen 52 sind.
Ein Teil 21 der Kollektoren li^gt unter den Gittern 41.
Der andere Teil 22 erstreckt sich teilweise unter einem Stab 52. Da dieser Stab weniger breit als der Kollektor ist, weist dieser zwei Zonen auf, die nicht von Metall bedeckt sind. In jeder dieser Zonen sind symmetrisch in Bezug auf den Stab 52 zwei Fenster 23 und 24 gebiloet, in denen die (P -i- )-Diffusionszone bloßliegt Das Fenster 23 ist durch einen metallischen Leiter 25 mit dem Fenster 24 des benachbarten Kollektors der
ι ο gleichen Spalte verbunden.
Die Anordnung ist in F i g. 5 perspektivisch dargestellt
Die vollständige Matrix ist mit der zugeordneten elektrischen Schaltung in F i g. 6 in vereinfachter Weise gezeigt.
APe Kollektoren der gleichen Spalte, die konstruktionsgemäß in Serie geschaltet sind, sind über den gemeinsamen Lastwiderstand 7 mit der Spannungsquelle 8 verbunden. Die Spannungsquelle legt sie auf ein Potential von —9 V in Bezug auf das Substrat
Die Gitter der gleichen Zeile sind an einen Ausgang eines beispielsweise elektronischen Umschalters 100 angeschlossen.
Der einzige Eingang dieses Umschalters ist mit dem Minuspol der Gleichspannungsquelle 6 verbunden, die eine Spannung von 6 V liefert Die Gitterzeilen werden dadurch wahlweise auf ein Potential von —6 V gelegt.
Dies ergibt folgende Wirkungsweise der Anordnung:
Wenn mit Hilfe des Umschalters 100 eine Gitterzeile auf —6 V gelegt wird, sind die pn-Übergänge aller Elemente dieser Zeile in der Sperrichtung vorgespannt.
Rings um jeden Kollektor entsteht eine Raumladung 9, wie in Fig. 3 gestrichelt dargestellt ist. Das elektrische Feld ist unter den dicken Oxyd- und Metallschichten schwach, während unter den Gittern 41 und unter den dünnen Oxydschichten das elektrische Feld sehr viel stärker ist. Dies hat zur Folge, daß die Raumladung 9 den Kollektor 2 umgibt und an der unmittelbar rechts davon liegenden Stelle, die, wie zuvor erwähnt wurde, unter einer dicken Oxydschicht und einer dicken Metallschicht liegt, an der Oberfläche des Substrats endet.
Dagegen bildet sich die Raumladung links vom Kollektor in dem Substrat über eine ziemlich große Tiefe unter dem dünnen Gitter 51 und der dünnen Oxydschicht 41 aus, und sie endet an der Oberfläche des Substrats, sobald sie auf die rechts von dem benachbarten Kollektor 2 liegende dicke Schicht trifft.
Die gegenseitige Versetzung der dicken Schichten so und der Kollektoren hat somit zur Folge, daß das Raumladungsgebiet jedes Kollektors deutlich von demjenigen der beiden benachbarten Kollektoren getrennt ist. Somit ist jedem Gitter 51 ein einziger Kollektor 2 zugeordnet.
Wenn eines der Gitter 51 belichtet wird, fließen die durch das Auftreffer jedes Photons erzeugten Löcher in das diesem Gitter tntsprechende Rauniladungsgebiet, und sie gelangen ausschließlich zu dem zugeordneten Kollektor 2.
Eine Anwendungsmöglichkeit der beschriebenen Anordnung ist in F i g. 7 dargestellt.
Eine Optik 101 beleuchtet einen Film 102, der lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Gebiete hat. Dieser Film ist ein optischer Speicher, und die L'chtdurchlässigkeit bzw. Lichtundurchlässigkeit einer Zone des Films drückt die Information 0 bzw. die Information 1 aus. Das Bild einer lichtdurchlässigen Zone wird von einer ,Linse 103 auf einem Gitter 51
..ty Λ
gebildet. Wenn die entsprechende Gitterzeile von dem Umschalter 100 ausgewählt ist, erzeugt das Auftreffen der Photonen auf dem Gitter 51 in der entsprechenden Kollektorspalte einen Strom und damit ein Signal in dem Lastwiderstand.
Die Zeilenauswahl erfolgt also durch den Umschalter, während die Spaltenauswahl durch den Film selbst
geschieht.
Die beschriebene Anordnung weist die folgenden Vorteile auf:
Die dicken Melallschichten verringern die Zugangswiderstände der Kollektoren.
Es besteht keine Wechselwirkung zwischen zwei benachbarten Kollektoren.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
JS^ff^S^

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Photo-MOS-Anordnung mit einem Substrat eines ersten Leitungstyps, wenigstens einem auf einer Fläche des Substrats gebildeten Kollektor mit einem zweiten Leitungstyp, der zu dem ersten Leitungstyp entgegengesetzt ist, einer Isolierschicht, welche diese Fläche des Substrats teilweise bedeckt und den Kollektor wenigstens teilweise frei läßt, einem auf die Isolierschicht aufgebrachten metallischen Gitter und Einrichtungen zum Anlegen einer Sperrspannung an den zwischen dem Substrat und dem Kollektor gebildeten pn-übergang, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht von dem Gitter (51) bedeckte Teil (22) des Kollektors (2) wenigstens teilweise von einer dicken Isolierschicht (42) bedeckt ist, die ihrerseits von einer dicken Metallschicht (52) bedecirt ist
2. Photo-MOS-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Kollektoren (2) und zwei jeweils auf eine Isolierschicht aufgebrachte Gitter (51) vorhanden sind, und daß sich die dicke Isolierschicht (42) und die dicke Metallschicht (52) jedes Kollektors an die dünne Isolierschicht bzw. an das Gitter (41) des anderen Kollektors in einer zwischen den beiden Kollektoren quer zum Substrat liegenden Ebene anschließen.
3. Matrix von Anordnungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitter (41) der Elemente der gleichen Zeile elektrisch in Serie geschaltet sind, und daß die Kollektoren (2) jeder Spalte in Serie geschaltet sind.
4. Matrix nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Gitter (51) eine rechteckige Form hat und mit den benachbarten Gittern der gleichen Zeile jeweils durch einen Metallstab großer Dicke verbunden ist, der teilweise den dem Gitter zugeordneten Kollektor bedeckt und die dicke Metallschicht (52) bildet.
5. Matrix nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren (2) über einen Lastwiderstand (7) mit dem negativen Pol einer Vorspannungsquelle (8) verbunden sind, welche die Kollektoren auf ein negatives Potential gegenüber dem Substrat (1) legt.
6. Matrix nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gitterzellen jeweils mit einem der Ausgänge eines Umschalters verbunden sind, dessen föngang an den negativen Pol einer Vorspannungsquelle (6) angeschlossen ist, die ein negatives Potential liefert, das dem Absolutwert nach weniger hoch als das den Kollektoren (2) zugeführte Potential ist.
DE19712139528 1970-08-07 1971-08-06 Photo-MOS-Anordnung und daraus gebildete Matrix Expired DE2139528C3 (de)

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