DE2262047C2 - Bildaufnahmevorrichtung nach dem Ladungsübertragungsprinzip - Google Patents

Bildaufnahmevorrichtung nach dem Ladungsübertragungsprinzip

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Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Blklaufnahmevorrlchtung nach dem LiidungsUbertragungsprinzip gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Bildaufnahmevorrichtung ist aus der DE-OS 21 07 022 bekannt.
Zur Informationsspeicherung und -verarbeitung werden neuerdings LadungsObertragungsvorrlchtungen verwendet, die nach dem Ladungskopplungsprinzip (Folge von MOS-Kondensatoren) oder nach dem Eimerkettenprinzip (Folge von MOS-Transistoren) arbeiten. Bei beiden Ladungsübertragungsprinzipien liegt die Information in Form von Paketen beweglicher Ladungsträger vor, die in oberflächennahen Potentialenergieminima (Potentialsenken) innerhalb eines geeigneten Speichermediums aus halbleitendem oder isolierendem Material gespeichert und sequentiell im Takt einer ein- oder mehrphasigen Taktspannung von einer Potentialsenke zur nächstfolgenden Potentialsenke übertragen werden. Bei Ladungskopplungsvorrichtungen ist es bereits bekannt (DE-OS 21 07 022), die von den Potentialsenken weiter entfernt liegende Begrenzungsfläche des als Plättchen ausgebildeten Speichermediums mit elektromagnetischer Strahlung, z. B. sichtbarem Licht, zu bestrahlen und die dadurch im Speichermedium mitteis Absorption hervorgerufenen, beweglichen Minoritätsladungsträger als Information in den Potentialsenken zwischenzuspeichern und zeilenweise auszulesen. Um bei einer derartigen Bildaufnahmevorrichtung den Wirkungsgrad der Ladungsübertragung zu verbessern, wird die der Strahlung autgesetzte Begrenzungsfläche des Plätichens mit einer transparenten, dielektrischen Schicht überzogen, auf welcher wiederum eine transparente, leitfähige Schicht angebrrrracht wird. Die mit dieser Blldaufnahmevorrlchtung erzielbare BlIdqualität bei der Bildwiedergabe ist indessen wenig befriedigend, da die Strahlung kontinuierlich sowohl während des Empfangs- bzw. Abtastbetriebs als auch während des Auslesebetriebs auf das Plattchen einfällt, wodurch das aufgezeichnete Bild verschmiert wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Bildaufnahmevorrichtung der eingangs erwähnten Art hinsichtlich der Bildqualität der aufgezeichneten Bildsignale wesenllich zv verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei der erfindungsgemäßen Bildaufnahmevorrichtung sind die Abtast- und Auslesebereiche baulich und funktionell voneinander gelrennt. Die durch die einfallende Strahlung erzeugten Ladungsträger werden In Potenllalsenken, die dem matrixförmigen Abtastbereich zugeordnet sind, gesammelt und In die darunter angeordneten Potentialsenken der LadungsObertragungskanäle des /.uslesebereichs zyklisch parallel übertragen, welche gegen das einfallende Licht abgeschirmt sind. Aus den Potentialsenken der Ladungsübertragungskanäle des Auslesebereichs lassen sich die Bildinformationen mit einer relativ langsamen Geschwindigkeit auslesen, ohne die Bildinformation zu verschmieren, während gleichzeitig die Abtastung des nächsten Bildes (Halbbildes) in dem Abtastbereich erfolgt.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen In den Zeichnungen näher erläutert. L;s zeigt:
Flg. 1, 3 und 4 Längsschnitte durch drei verschiedene Ausführungsbelspiele der Blldaufnahmevorrlchtung.
Flg. 2A bis 2C Energlebänclermodelle der Ausführungsbelspiele gemäß Flg. 1. 3 und 4. und
Fig. 5 und 6 Draufsichten auf die Ausführungsbeispiele gemäß Fl g. I bzw. 3.
Das in Fig. 1 veranschaulichte Ausführungsbeispiel
einer Blldaufnahmevorrlchtung umfaßt ein fotoempflndllches Plättchen 10, das für einen Betrieb nach dem Ladungsübertragungsprlnzlp geeignet ist und im dargestellten Beispielsfall aus n-Slliclum besteht.
. Auf einer ersten Begrenzungsfläche (die im folgenden s als VorderflSche bezeichnet wird) des Plättchens 10 ist eine erste dielektrische Schicht 11 angeordnet, die transparent ist und zum Zwecke der Darstellung aus Siliciumoxid bestehen soll. Auf der dielektrischen Schicht 11 ist eine einzige leitfähige Schicht 12 angeordnet, die ebenfalls transparent ist und im betrachteten Beispielsfall aus einer etwa 10 nm dicken Goldschicht oder einer 100 nm dicken Schicht aus leitfähigem Zinnoxid besteht.
Wie in Fig. 1 gezeigt lsi, hat die dielektrische Schicht 11 keine gleichförmige Dicke, sondern umfaßt in regelmäßigen Abständen Abschnitte mit zwei bestimmten, unterschiedlichen Dicken. Die Teile der leitfähigen Schicht Ϊ2, die über den dickeren Abschnitten der dielektrischen Schicht 11 liegen, sind mit XlA bezeichnet. Die Teile der leitfähigen Schicht 12, die über den dünneren Abschnitten der dielektrischen Schicht 11 liegen, sind mit XlB bezeichnet. Diese Dickenänderunp.*n dienen hauptsächlich dazu, eine Matrix örtlich begrenzter Potentialsenken längs der Begrenzungsfläche des Pläitchens 10 zu erzeugen, während eine Spannung an die leitfähige Schicht 12 angelegt ist. Insbesondere zeigt Fig. 1 die Betriebsbedingung, bei der eine Spannung -V, durch einen Leiter 13 an die leitfähige Schicht 12 angelegt wird, so daß In der Nähe der Vorderfläche des Plättchens 10 ein im Ungleichgewicht befindlicher Verarmungsbereich hervorgerufen wird. Die untere Grenze dieses Verarmungsbereiches ist mit der gestrichelten Linie 21 angedeutet, die mit ihren unter den leitfähigen Abschnitten 12ß liegenden Abschnitten 21fl tiefer als die anderen unter den leitfähigen Abschnitten XlA liegenden Abschnitte 21Λ in dem Plättchen 10 verläuft.
Im Betrieb wird das Bild eines Objektes 22 mit Hilfe einer Lichtquelle 23 und einer Linse 24 durch die transparente, leitfähige Schicht 12 und die transparente, dielektrische cchicht 11 auf die Vorderfläche des Plattchens 10 projiziert. Die Ladungsträger, die In der Nähe der Vorderfläche durch das Licht erzeugt werden, werden von dem Verarmungsbereich 21 längs der gesamten Vorderfläche gesammelt und in die tieferen Abschnitte IXB gezogen. Bekanntlich ist die Zeitdauer, während der bewegliche Minoritätsladungsträger vhne größere Signalverzerrung In Halbleitermaterialien gespeichert werden können, durch die thermische Erzeugung von Mlnorltätsladungstragern bis zu Werten In der Größenordnung von etwa 1 s begrenzt. D'ese Werte sind jedoch mehr als ausreichend für die Speicherung der erzeugten Ladungsträger, bis sie zu der hinteren Begrenzungsfläche des Plättchens 10 In der nachstehend beschriebenen Welse übertragen werden.
Auf der anderen Begrenzungsfläche des Plättchens 10 (Fig. 1), die Im folgenden als hintere Fläche bezeichnet wird, Ist eine zweite dielektrische Schicht 14 angeordnet, auf welcher wiederum eine Vielzahl örtlich begrenzte;. In gleichbleibenden Abstanden angeordneter Elektroden XiD, X6D. XlD . . . XlG In einer Folge von links nach rechts angebracht sind. Die Elektroden 15, 16 und 17 sind durch Leitungsbahnen 18, 19 bzw. 20 verbunden, an die wiederum eine dreiphasige Taktspannung φ,. φ; und ψ) angelegt wird. Diese Anordnung entspricht einer dreiphasigen Ladungskopplungsschaltung. Der Grenzverlauf der Verarmungsbereiche, die sich beim Betrieb der Ladungskopplungsschali jng In das Plättchen 10 erstrekken. ist mit gestrichelter Linie 25 angedeutet, welche tiefere Abschnitte ISB und flachere Abschnitte 25-4 aufweist.
In den Flg. 2A bis 2C sind Energiebändermodelle dargestellt, die die relevanten Energien zeigen, die längs der Linie 2-2 in Fig. 1 während bestimmter, grundsätzlicher Betriebszustände auftreten, wie sie nachfolgend erläutert werden sollen. Nach allgemeiner Vereinbarung werden positive Spannungen und positive Energien so dargestellt, daß die Bandkanten mit zunehmender positiver Spannung abfallen und die Elektronenenergie in Aufwärtsrichtung zunimmt. In den F i g. 2A bis 2C sind von links nach rechts die relevanten Energieniveaus in dem Abschnitt XlA der leitfähigen Schicht 12, der dielektrischen Schicht 11, dem z. B. aus n-Silicium bestehenden Plättchen 10, der dielektrischen Schicht 14 und der Elektrode X6G dargestellt. In den dielektrischen Abschnitten und in dem Halbleiterabschnitt sind die unteren Kanten des Leitungsbandes Ec und die obere Kante des Valenzbandes Ey gezeigt. In den leitfähigen Abschnitten 12 und 16 ist die ungefähre Lage des Fermi-Niveaus EF dargestellt.
Fig. 2A zeigt die Energiebandni· eaus für den Zustand, bei dem eine negative Spannung -V1 an die leitfähige Schicht 12, eine etwas stärker negative Spannung -V11 über die Leitungsbahn 19 an die Elektrode 16 und eine e:was schwächer negative Spannung (In Fig. 2A nicht dargestellt) über die Leitungsbahnen 18 und 20 an die Elektroden 15 und 17 angelegt Ist. In diesem Zustand werden Ladungsträger, die in der Nahe der Vorderfläche des Plättchens 10 durch einfallendes Licht erzeugt werden, in die Potentiaisenken 21S getrieben. Das Plättchen 10 ist genügend dick im Vergleich zu der Absorptionstiefe bemessen, so daß nur eine unerhebliche Zahl von Ladungsträgern zu den Potentiaisenken ISB diffundiert, die der hinteren Fläche des Plättchens 10 zugeordnet sind. Da die Absorptionslänge für sichtbares Licht in Silicium im Bereich von 0,1 bis 5,0 μΐη liegt, sollte die Dicke des Plättchens 10 in diesen Füllen etwa 15 μπι oder größer sein.
Insbesondere aus Flg. 2A Ist ersichtlich, daß an der Grenzfläche zwischen dem Plättchen 10 und der vorderen dielektrischen Schicht 11 die Energiebänder nach oben gebogen sind, was bedeutet, daß dieser Bereich ein Einfangbereich Ist, d. h. ein Bereich mit einem lokal am niedrigsten liegenden Energiepotentlai für freie Löcher. Dies entspricht der Energiebanddarstellung der Potentialsenken 21fl In Fig. 1. Auf ähnliche Welse sind an der Grenzfläche zwischen der hinteren Fläche des Plättchens 10 und der dielektrischen Schicht 14 die Energiebänder ebenfalls nach oben gebogen, was einen anderen lokalen Einfangbereich für Löcher anzeigt. Dies entspricht der Energiebanddarstellung der Potentialsenken 25ß In Flg. 1.
In F i g. 2B sind die Energiebänder für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 wiederum gezeigt, jedoch mit der Ausnahme, daß im Falle von Fig. 2B angenommen Ist, daß eine bei Null liegende oder geringfügig positive Spannung +V, statt -V, an die leitfähige Schicht 12 angelegt ist. Dabei lsi zu beachten, daß Vp eine beliebige Spannung nahe Null oder im positiven Bereich ist, wobei Ihre Funktion darin besteht, Ladungsträger von den Potentialsenken IXB freizusetzen, so daß s!s frei zu der anderen Seite des Plättchens 10 diffundieren können, wo sie von der am nächsten liegenden, lokalen Potentlalsenke 2;ß elngefa"•.Ren werden können. Dies bedeutet, daß für eine maximale Empfindlichkeit das Plättchen 10 In vorteilhafter Welse dünn Im Vergleich zu der Dlffuslonslänge der Ladungsträger. In diesem Fall der Löcher.
Ist. Für eine maximale Auflösung sollte es dünn im Vergleich zu dem Abstand zwischen den Potentlalsenken 25S auf der hinteren Seite des Plättchens 10 sein. Diese Abmessungen sind mit den Abmessungen einer aus einer Slllclumdlodenanordnung bestehenden Blldaufzelchnungsröhre vergleichbar, so daß die Plättchendicke etwa 15 μηι betragen sollte.
In Flg. 2C Ist eine andere Betriebsart zur Übertragung der durch Licht erzeugten Ladungsträger von der Vorderfläche zu der hinleren Fläche des Plättchens 10 gezeigt. Wiederum wird eine bei Null Hegende oder schwach positive Spannung V, an die leitfähige Schicht 12 angelegt, so daß die in den Potentlalsenken gespeicherten Ladungsträger freigegeben werden. An den Elektroden 16 liegt eine stark negative Spannung -V8 genügender Größe, so daß sich die Verarmungsbereiche ISB vollständig durch das Plättchen 10 bis zu dessen Vorderfläche crstrscksri. Dies 1st durch den gleichförmigen Abfall der Energiebänder durch den Slllclumberelch In Flg. 2C angedeutet. Der Hauptvorteil dieser Betriebsart besteht darin, daß ein elektrisches Feld vorhanden Ist, um die Ladungsträger von der Vorderfläche zu der hinteren Fläche zu beschleunigen, so daß die Übertragung Insgesamt beschleunigt wird. Nach erfolgter Übertragung der Ladungsträger wird an die leitfähige Schicht 12 wieder die negative Spannung -V; angelegt, die negative Spannung -V, wird auf eine weniger negative Spannung reduziert, und die Integration weiterer erzeugter Ladungsträger wird an der Vordeifläche des Plättchens 10 wieder aufgenommen, während Ladungsträger, die In die Potentlalsenken 25fl In der Nähe der hinteren Fläche des Plättchens 10 übertragen wurden, nunmehr unter Verwendung der dreiphasigen Spannungen φι, φ2 und ψι ausgelesen werden.
Bei der anhand von Fig. 2C veranschaulichten Betriebsart muß keine auf dem Wert Null oder auf einem positiven Wert liegende Spannung Vr an die leitfähige Schicht 12 angelegt werden, um die gespeicherten Ladungsträger freizusetzen. Tatsächlich braucht dort die Spannung nicht von -V, verändert zu werden. Es ist lediglich erforderlich, daß -Vp genügend groß gegenüber der Spannung Ist, die an der leitfähigen Schicht 12 vorhanden Ist, so daß die Energiebänder gleichförmig über den gesamten Slliclumbereich abfallen, wie in Fig. 2C gezeigt ist.
Für die anhand von Flg. 2C veranschaulichte Betriebsart braucht die Dicke des Plättchens 10 nicht dünn im Vergleich zu der Diffusionslänge zu sein, da es in vielen Fällen möglich ist, die durch Verarmungsbereiche gebildeten Potentirisenken 25ß auf einen Abstand größer als die Diffusionslänge durch das Plättchen 10 auszudehnen, um die in der Nähe der Vorderfläche gespeicherten Ladungsträger zu sammeln. Wenn beispielsweise das Plättchen 10 aus Galliumarsenid besteht, ist die Trägerlebensdauer üblicherweise sehr kurz, so daß die Diffusionslängen sehr kurz sind, während die Verarmungsbereiche auf verhältnismäßig sehr große Entfernung ausgedehnt werden können. Bei dieser Betriebsart muß jedoch das Plättchen 10 genügend dünn sein, damit sich die Verarmungsbereiche vollständig durch das Plättchen 10 erstrecken können, ohne daß ein Lawinendurchbruch hervorgerufen wird. Ein Lawinendurchbruch würde sowohl Mengen an beweglichen Ladungsträgern erzeugen, daß das Auslesen der gespeicherten Informationen an der hinteren Fläche des Plättchens 10 verhindert würde.
Nachfolgend sollen nunmehr anhand der F i g. 3 und 4 zwei weitere Ausführungsbeispiele erläutert werden, die mit alternativen Einrichtungen zur Erzeugung der Potentlalsenken In der Nähe der Vorderfläche des Plättchens und (Flg. 3) mil alternativen Einrichtungen zum Sammeln und Auslesen der durch einfallendes Licht erzeugten Ladungsträger an der hinteren Fläche des Plättchens versehen sind.
In Flg. 3 ist ein Schnitt durch ein Ausführungsbelsplel gezeigt, bei dem Zonen ortsfester Ladungen In einer aus Reihen und Spalten bestehenden Matrix längs der Vorderfläche des Plättchens angeordnet sind, um eine Matrix von Potentialsenken zum Sammeln und Integrieren der beweglichen Ladungsträger auszubilden. Ferner Ist an der hinteren Fläche des Plättchens eine Eimerkettenstruktur zum Sammeln und Auslesen der Ladungsträger angeordnet, welche eine Abtastung der Matrix von Pntentlalsenken mit Festkörperbauelementen gestattet. Die Bildaufnahmevorrichtung 31 gemäß Flg. 3 umfaßt ein Plättchen 32. das mit dem Plättchen 10 gemäß Flg. 1 Identisch sein kann und zu Veranschaullchungszwecken auch so ausgeführt ist.
Bei dem Ausführungsbelsplel nach F! g. 3 Ist eine erste dielektrische Schicht 33 mit gleichförmiger Dicke auf der einen Fläche des Plättchens 32 angeordnet, auf welcher wiederum eine leltPahlge Schicht 34 angebracht Ist. um die Matrix von Potentlalsenken aufzubauen. Eine große Vielzahl örtlich begrenzter Zonen ortsfester Ladungen, die Im vorliegenden Beispielsfall als p-leitende Zonen 35D, 35/:'. . . 35/V In dem η-leitenden Plättchen 32 veranschaulicht sind, sind In Form einer aus Reihen und Spaljo ten bestehenden Matrix an der Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht 33 und dem Plättchen 32 angeordnet. Durch das Anlegen einer Spannung an diejenige Elektrode, die oberhalb einer der Zonen 35 Hegt, wird im Oberflächenpotentlal unter der betreffenden Zone eine kleinere Änderung als unter den Bereichen zwischen den Zonen hervorgerufen. Das beruht darauf, daß viele der Feldlinien an den unbeweglichen Ladungen enden, die den Zonen zugeordnet sind. Dies ergitv eine Form der Potentialsenken, wie sie mit der gestrichelten Linie 42 angedeutet ist. Die Zonen der unbeweglichen Ladungen brauchen nicht unbedingt in dem Halbleitermaterial angeordnet zu sein, sondern sie können ebensogut in der dielektrischen Schicht 33 über dem Halbleiter, jedoch unterhalb der leitfähigen Schicht liegen. Im Augenblick ist es jedoch einfacher, die Zonen In dem Halbleitermaterial herzustellen.
An der hinteren Fläche des Plättchens 32 ist eine Eimerkettenstruktur vorgesehen, welche eine auf der hinteren Fläche des Plättchens 32 angeordnete zweite dielektrische Schicht 36 gleichförmiger Dicke ur"1. eine Vielzahl örtlich begrenzter Elektroden 37 und 38 umfaßt, die hintereinander auf der dielektrischen Schicht 36 angeordnet sind. An der Grenzfläche zwischen der hinteren Fläche des Plättchens 32 und der dielektrischen Schicht 36 ist eine Vielzahl örtlich begrenzter, p-leitender Zonen 42D, 41E, AlE... 41G vorhanden, die bezüglich der Mitte der Elektroden 37 und 38 versetzt angeordnet sind, so daß jede Zone mehr über ihrer rechten Elektrode als über ihrer linken Elektrode liegt. Bei Anlegen einer zweiphasigen Spannung Φι und q>2 an die Elektroden 37 und 38 über die Leitungsbahnen 39 und 40 werden abwechselnd größere und kleinere negative Potentiale an den p-leitenden Zonen 41 und 42 hervorgerufen. Diese negativen Potentiale werden dazu verwendet, die Ladungsträger zu sammeln, die in der vorstehend beschriebenen Weiss freigegeben werden. Zusätzlich werden diese Potentiale dazu verwendet, die Ladungsträger seitlich von Zone zu Zone längs der hinteren Fläche
zn übertragen, um eine Auslosung mittels Festkörper-Biiuelemente /u erzielen
Die beim Auslesen der beweglichen Ladungsträger verwendeten Zonen 41 und 42 sind erheblich größer gezeichnet (Fig 3) als die Potentialscnkcn des V'erarmungsberelches 43. die zum Sammeln und Integrieren der durch Photonenabsorption erzeugten Löcher verwende! wt'.ien.
Ferner ist ersichtlich, daß die Zonen 41 und 42 nicht entsprechend einer speziellen I 1-Übereinstimmung mit to den Verarmungsbereichen in der Nähe der Vorderfläche des Plättchens 32 ausgerichtet sind. Daher wird die optische Auflösung der Bildaufnahmevorrichtung durch die Größe der Zonen 41 und 42 und nicht durch die Größe der Potentialsenken in der Nähe der Vorderfläche bestimmt. Die Zonen 41 und 42 brauchen auch nicht in irgendeiner Weise auf die Verarmungsbereiche der Vorderflii· he ausgerichtet zu sein. Bei Blldmatrlzen mit Reihers und Spalier! vop, Yerarmung^crcifhen. die der Vorderfläche zugeordnet sind, sind jedoch die Sammelzonen 41 und 42 in vorteilhafter Weise parallel ausgerichtet und so nahe wie möglich unter den Reihen bzw. Spalten der Matrix vorgesehen, um sicherzustellen, daß bei der Freigabe integrierter Ladungsträger von der Vorderfläche möglichst viele dieser Ladungsträger in der am nächsten liegenden Sammelzone 41 oder 42 gesammelt werden, um eine möglichst hohe Signalbündelung zu erzielen und das Verschmieren des Bildsignals zu vermeiden. Diese Überlegungen bezüglich der Ausrichtung, der Deckung und der Auflösung gelten auch für die anderen Ausführung'jeisplele In gleicher Weise.
In Fig. 4 Ist ein Schnitt durch einen Teil eines weiteren Ausführungsbeispieles gezeigt, das stärker als die vorhergehenden, schematisch dargestellten Ausführungsbeisplele Im Aussehen der tatsächlichen Anwendungsform entspricht. Das im dargestellten Belspielsfall aus nleitendem Silicium bestehende Plättchen 51 weist einen verhältnismäßig dicken, ringförmigen Umfassungsbereich 50 auf, der die Handhabung bei der Montage und Positionierung erleichtert. Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen Ist auf der Vorderflache des Plättchens 51 eine erste dielektrische Schicht 52 und auf dieser eine transparente, leitfähige Schicht 53 angeordnet. Wie Im Falle von Flg. 3 werden die Potentialsenken in der Nähe der Vorderfläche des Plättchens 51 zum Sammeln und Integrieren der induzierten Ladungsträger unter Verwendung eines an die leitfähige Schicht 52 angelegten Potentials - V, in Kombination mit einer Vielzahl von Oberflächenzonen 54D, 54£. . . 54/V aus ortsfesten Ladungen gebildet. Der Ausleseberelch in der Nähe der hinteren Fläche des Plättchens 51 weist wie Im Falle von Fig. 1 eine zweite dielektrische Schicht 57 gleichförmiger Dicke auf, auf der eine Vielzahl von Elektroden 580, 59D, 6QD... 60F angeordnet Ist. Die Bildaufnahmevorrichtung nach Fig. 4 ist für einen dreiphasigen Auslesebetrieb vorgesehen, was jedoch nicht zwingend ist. da anstelle eines dreiphasigen Auslesebetriebs auch ein bei bekannten Ladungsübertragungsvorrlchtungen vorgesehener zwei- oder einphasiger Auslesebetrieb verwirklicht werden kann.
Zur Verbesserung der mechanischen Stabilität und der Befestigungsmöglichkelten an anderen Teilen ist die Bildaufnahmevorrichtung nach Fig. 4 über eine Isolierende Masse 62, beispielsweise Gummi oder ein geeignetes Harz, auf einem Keramiksubstrat 61 montiert. In vorteilhafter Weise kann das Keramiksubstrat 61 mit Leitungsbahnen in einem bestimmten Muster vormetallisiert sein, um vor der eigentlichen Montage des Plattchens 51 an die Elektroden 58, 59 und 60 der Ladungs-Ubertragungsvorrichtung Spannungen anlegen zu können
In den Flg. 5 und 6 sind schematische Draufsichten zur Veranschaulichung der auf der unteren Fläche des Plättchens vorgesehenen Ladungsübertragungskanäle /um Auslesen der Blldlnformationen dargestellt.
Wie Flg. 5 zeigt. Ist eine Vielzahl von In engen Abständen angeordneten, leltfllhigen Streifen 15A\ 16A". 17,V. . . 17Z auf der unleren Plättchenfläche angeordnet, wobei jeder dritte Streifen mit einer gemeinsamen Leitungsbahn 18, 19 bzw. 20 verbunden Ist. Von den dargestellten Ladungsübertragungskanälen verläuft ein erster Kanal zwischen den gestrichenen Linien 64 und 65. ein zweiler Kanal zwischen den gestrichelten Linien 66 und 67 und ein dritter Kanal zwischen den gestrichelten Linien 68 und 69. Die hintere Fläche des Plättchens 10 ist mit Ausnahme des Bereichs der Ladungsübertragungskanäle mit einer verhältnismäßig dicken, dielektrischen Schicht, beispielsweise von 2 um Dicke, überdeckt. Im Bereich der Ladungsübertragungskanäle beträgt die Dicke der dielektrischen Schicht beispielsweise 0,1 um, so odaß die an die leitfähigen Streifen 15, 16 und 17 angelegten Spannungen das darunter liegende Oberflächenpotential nicht erheblich beeinflussen, außer In den dünnen Bereichen der dielektrischen Schicht. Auf diese Weise werden Ladungsübertragungskanalberelche gebildet. Obwohl im Falle von Flg. 5 drei Kanäle vorgesehen sind, sind bei einer praktischen Ausführungsform sehr viele, beispielsweise 100 bis 1000 Ladungsübertragungskanäle, auf der hinteren Fläche einer einzigen BlIdaufnahmevorrlchtung vorgesehen, wobei die genaue Anzahl von dem gewünschten Auflösungsvermögen abhängt.
Im Betrieb werden über die Leitungsbahnen 18, 19 und 20 an die lellfählgen Streifen 15, 16 und 17 sequentiell Spannungen angelegt, wodurch die gespeicherten Ladungsträger nacheinander und simultan nach rechts In den LadungsUbertragungskanälen bewegt werden. Auf der rechten Seite von Fig. 5 Ist ein weiterer Ladungsübertragungskanal gezeigt, der durch eine Vielzahl örtlich begrenzter Elektroden HX, 72Af. 73A-. . . 73Z gebildet wird, die senkrecht zu den vorstehend genannten drei Kanälen verlaufen, um die gesammelten Ladungsträger von diesen drei Kanälen aufzunehmen und sequentiell an den Ausleseberelch am Ausgang der Bildaufnahmevorrichtung zu übertragen.
Der erwähnte Ausleseberelch wird Im dargestellten Belspielsfall von einer gestrichelt angedeuteten Halbleiterzone 77 gebildet, die zum Sammeln der unter der letzten Elektrode 73Z ankommenden Ladungsträger in Sperrrlüitung vorgespannt Ist. Eine Leitungsbahn 78 verbindet die Zone 77 mit einer In Reihe angeordneten, negativen Spannungsquelle 80 und einem Abtastwiderstand 79. Der Leitungstyp der Zone 77 ist üblicherweise entgegengesetzt zu dem Leitungstyp des Ladungsübertragungskanals gewählt. Die strichpunktierte Darstellung der Zone 77 soll andeuten, daß die Zone 77 gewöhnlich durch die vorstehend erwähnte, verhältnismäßig dicke, dielektrische Schicht abgedeckt ist. Zwischen dem Widerstand 79 und einem Ausgangsanschluß 82 Ist eine Kapazität 81 angeschlossen, welche zur Gleichspannungstrennung dient. Im Betrieb bewirkt die vor der Zone 77 gesammelte Ladung einen Stromfluß durch den Widerstand 79 proportional zu der gesammelten Ladungsmenge, der seinerseits eine proportionale Spannung über dem Widerstand 79 aufbaut, welche über die Kapazität 81 zu dem Ausgangsanschluß 82 weitergeleitet wird.
Beim Auslesen wetden die mit den Elektroden 71, 72 bzw. 73 verbundenen Leitungsbahnen 74, 75 und 76 gepulst, um die Elektroden 72 negativer als die Elektroden 71 und 73 zu machen. Ferner werden Spannungen an die Leitungsbahnen 18, 19 und 20 angelegt, um Informatlonsblts nach rechts zu übertragen, wobei einzelne Bits zu den Elektroden 72Λ", 72Y und 72Z übertragen werden. Wenn die Elektroden 72 jeweils ein Bit empfangen haben, werden die Spannungen an den Leiterbahnen 18, 19 und 20 konstant gehalten, während alle unter den Elektroden 71. 72 und 73 gespeicherten Bits sequentiell von unten nach oben In Flg. 5 übertragen und nacheinander von der Zone 77 gesammelt und abgetastet werden. Anschließend wird ein anderes Bit unter jede Elektrode 72 übertragen, wobei der Betrieb In ähnlicher Weise fortgesetzt wird. Fig. 1 kann als Schnitt In Längsrichtung längs eines Ladungsübertragungskanalabschnltts von Fi g. 5 betrachtet werden.
Eine andere Möglichkeit zur Realisierung des Auslesens Ist anhand einer nach dem Elmerkettenprlnzlp arbeitenden Blldaufnahmevorrichtung nach Fig. 6 gezeigt, obwohl sich diese Möglichkeit auch bei der nach dem Ladungskopplungsprlnzip arbeitenden Bildaufnahmevorrichtung nach Flg. 5 verwenden läßt. Die Blldaufnahmevorrichtung nach Flg. 6 umfaßt eine Eimerkeitenstruktur, wie sie auf der unteren Fläche des Ausführungsbeispiels nach Flg. 3 gezeigt Ist. Dabei sind in Fi g. 6 die gleichen Bezugszeichen wie In Fl g. 3 verwendet. In Flg. 6 sind vier Ladungsübertragungskanäle gezeigt, wobei In der Praxis eine viel größere Anzahl ver- m wendet wird. Ein erster Kanal liegt unter dem durch die Elektroden 37 W. 38 W, 37Λ". 38,Y. . . 39Z definierten Pfad, wobei die Elektroden 37 mit einer ersten Leitungsbahn
39 und die Elektroden 38 mit einer zweiten Leitungsbahn
40 verbunden sind. In ähnlicher Weise ist ein zweiter Kanal unter dem durch die Elektroden 91 H'. 921» ... 92Z definierten Pfad angeordnet, wobei eine erste Leitungsbahn 93 mit den Elektroden 91 und eine zweite Leitungsbahn 94 mit den Elektroden 92 verbunden ist. Ein dritter Kanal liegt unter dem durch die Elektroden 95IV. 96W... 96Z definierten Pfad, wobei eine erste Leitungsbahn 97 mit den Elektroden 95 und eine zweite Leitungsbahn 98 mit den Elektroden 96 verbunden ist. Ein vierter Kanal liegt unter dem durch die Elektroden 99W. ΙΟΟΗΛ . . lOOZ definierten Pfad, wobei eine erste Lei- -»5 tungsbahn 101 mit den Elektroden 99 und eine zweite Leitungsbahn 102 mit den Elektroden 100 verbunden ist.
Im Betrieb werden die gesammelten Ladungsträger sequentiell von jedem einzelnen Kanal zu einer in Sperrlchtung vorgespannten, gestrichelt angedeuteten Halbleiter-Samnelzone übertragen, in dem eine von der Spannungsquelle 103 gelieferte zwelphaslge Spannung über die Leitungsbahnen 104 und 105 an die dem betreffenden Kanal zugeordnete Leitungsbahn angelegt wird. Da jedes In dem Kanal vorhandene Bit mittels der zwelphaslgen Spannungen zur Zone 106 übertragen und von dieser gesammelt wird, bewirkt es einen Strom, der durch die Leitungsbahn 107 und den Widerstand 108 zu der negativen Spannungsquelle 109 fließt, so daß eine proportionale negative Spannung über die Kapazität 110 dem Ausgangsanschluß Ul zugeführt wird, wie dies Im Zusammenhang mit Flg. 5 bereits erläutert wurde.
Nachdem sämtliche. In dem ersten Kanal gesammelten Ladungsträger ausgelesen sind, werden die Leitungsbahnen 104 und 105 auf die Leitungsbahnen 93 und 94 umgeschaltet, um die In dem zweiten Kanal gesammelten Ladungsträger auszulesen. Der Vorgang wlederhc.lt sich sodann in ähnlicher Welse, bis alle Kanäle ausgelesen sind.
Es versteht sich, daß die bei den erläuterten Ausführungsbelsplelen vorgesehenen Leitungstypen gegebenenfalls vertauscht werden können, wenn geeignete Änderungen in den Polaritäten der angelegten Spannungen vorgenommen werden. Ferner braucht das lotoempflndliche Plättchen nicht aus Halbleitermaterial bestehen, sondern kann aus einem beliebigen fotoempfindlichen Material gewählt sein, das wenigstens an Oberflächenbereichen für den Betrieb nach dem Ladungsübertragungsprinzip geeignet Ist.
Die Bildaufnahmevorrichtung kann auch für andere Zwecke als die optische Bildaufnahme verwendet werden, beispielsweise zum Auslesen von Hologrammen, für die Röntgenstrahlen-Abtastung und die nicht optische Erfassung von Spektren und Teilchenstrahlen.
Die erfindungsgemäße Einrichtung kann auch in Fällen angewandt werden, wo sehr geringe Intensitäten einfallender Strahlung abgetastet werden sollen, und zwar in der Weise, daß eine ausreichend große Spannung an die Vorderiläche angelegt wird, um das Plättchen an seiner Vorderfläche sehr nahe am Lawinendurchbruch vorzuspannen. Auf diese Weise nehmen die Jurch Licht erzeugten Ladungsträger genügend Energie in dem Verarmungsbereich auf. um eine proportionale Elektron-Lochpaar-Erzeugung durch Stoßionisation zu verursachen, woraus sich eine Verstärkung der durch die einfallenden Photonen erzeugten Ladungsträger ergibt. Des weiteren umfaßt die vorstehend beschriebene zweidimensional Matrix von Potentialsenken als Sonderfall auch eine eindimensionale »Matrix« in Form einer Reihe bzw. Spalte der zweidimensionalen Matrix.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Bildaufnahmevorrichtung nach dem Ladungsübertragungsprlnzip, mit einem fotoempfindlichen Plättchen, insbesondere Halbleiter-Plattchen, das zwei einander gegenüberliegende, im wesentlichen parallele Begrenzungsflächen aufweist, und bei dem auf der einen Begrenzungsfläche, die der einfallenden Strahlung zugewandt Ist, eine transparente erste dielek- trische Schicht und auf dieser eine transparente leitfähige Schicht angeordnet sind, während auf der anderen Begrenzungsfläche eine zweite dielektrische Schicht und auf dieser eine Vielzahl von Elektroden engeordnet sind, um LadungsObertragungskanäle In dem Plättchen auszubilden, so daß bei Anlegen geeigneter Spannungen an die Vielzahl von Elektroden in den Kanälen eine Vielzahl von Potentialsenken erzeugt werden, die der anderen Begrenzungsfläche zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anlegen einer geeigneten Spannung (-V1) an die transparente leitfähige Schicht (12; 34; 53) eine der einen Begrenzungsfläche des Plättchens (10; 32; 51) zugeordnete Matrix von Potentialsenken (215; 43) ausgebildet Ist, die zum Aufsammeln und Integrieren von durch Strahlungsabsorptio-.i erzeugten Ladungsträgern dient, und daß die Dicke des Plättchens (10; 32; 51) so bemessen Ist, daß einerseits die durch Strahlungsabsorption erzeugten Ladungsträger im wesentlichen nicht die Potentialsenken (25ß) der Ladungs- Übertragungskanäle erreichen, andererseits die in den Potentialsenken (21J3; 43) de· Matrix gesammelten Ladungsträger durch das Plättchen (10; 32; 51) zu den Potenllalsenken (2SB) der Ladun ^übcriragungskanäle Obertragen werden können, ohne daß ein Lawinendurchbruch In dem Plättchen (10; 32; 51) verursacht wird.
2. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Plättchens (10; 32; 51) geringer als die Diffusionslänge für die Ladungsträger bemessen 1st.
3. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch '., dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Matrix von Potentialsenken (2Id) bei Anlegen der geeigneten Spannung (-V,) eine Anordnung dicker und dünner Abschnitte der ersten dielektrischen Schicht (11) vorgesehen ist.
4. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Matrix von Potentialsenken (43) bei Anlegen der geeigneten Spannung (-V;) eine Matrix ortsfester Ladungen (35D . . . 35iV) In der Nähe der einen Begrenzungsfläche des Plättchens (10; 32; 51) angeordnet ist.
5. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die LadungsUbertragungskanäle parallel zu den Reihen der Matrix von Potentlaisenken (215; 43) angeordnet sind.
6. Bildaufnahmevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsübertragungskanäle mit den Reihen der Matrix von Potential- senken (HB; 43) fluchten.
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