DE2331093A1

DE2331093A1 - Verfahren und vorrichtung zum abtasten von strahlung und zur lieferung einer elektrischen ausgabe

Info

Publication number: DE2331093A1
Application number: DE2331093A
Authority: DE
Inventors: Charles William Eichelberger; Gerald John Michon
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-06-21
Filing date: 1973-06-19
Publication date: 1974-01-17
Also published as: US3786263A; GB1431209A; US3805062A; JPS5652462B2; CA1005152A; NL7308610A; DE2331093C2; NL185807C; CA1004357A; JPS4976493A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abtasten
von Strahlung, Integrieren der aus dieser Strahlung resultierenden Ladung, Speichern des integrierten Wertes und zur Lieferung einer elektrischen Ausgabe des gespeicherten Wertes.

Strahlungsabtastvorrichtungen werden in grossem Umfang in vielen Anwendungsfällen benutzt, um elektrische Signale zu erhalten, die ein Mass für die empfangene Strahlung sind. Die elektrischen Signale werden gewöhnlich dazu verwendet, eine visuelle Anzeige der aufgenommenen Strahlung zu liefern. Eine Klasse

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von Vorrichtungen, die bei derartigen Strahlungsattastgeräten verwendet wird, umfasst eine strahlungsempfindliche Speicherplatte, auf der eine elektrische Ladung in Abhängigkeit von der empfangenen Strahlung entwickelt und durch einen Elektronenstrahl ausgegeben v/ird, der die Speicherplatte abtastet. Die Erzeugung und Steuerung des Elektronenstrahles erfordert die Anwendung von Vakuumröhrentechniken mit einer Vakuunhülle, 'einer thermo-ionischen Kathode, Hochspannungs-Leistungsspeisungen und gewöhnlich umfangreiche und teure magnetische Fokussierungs- und Ablenkungsspulen.

Es sind verschiedene Versuche gemacht worden, um eine vollständig aus Festkörperelementen bestehende Bildabtastvorrichtung zu schaffen, in der die Abtastfunktionen und desgleichen die Bildabtastfunktionen durch Festkörperelemente erfolgen, wodurch das Erfordernis für einen Elektronenstrahl und die Apparatur vermieden wird, die zur Erzeugung und Betätigung des Elektronenstrahles erforderlich ist. Ein derartiger Versuch beinhaltet die Verwendung einer Matrix .aus Photodioden, die auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen und gemäss der aufgenommenen Strahlung entladen werden. Das Ausmass der Entladung von jeder dieser Dioden wird abgetastet, beispielsweise in^dern der Strom abgetastet wird, der zur Wiederaufladung jeder dieser Dioden auf die vorgegebene Spannung erforderlich ist. Somit wird ein Mass der von jeder der Dioden aufgenommenen Strahlung erhalten.

Anordnungen aus solchen Diodenvorrichtungen haben eine schlechte Substratflächenausnutzung und weisen einen begrenzten dynamischen Bereich auf. Ferner vergrössert die Anzahl der Schaltungsverbindungen, die für jede der Vorrichtungen erforderlich ist, um eine Selektion und Ausgabe der Vorrichtung zu erhalten, die Komplexität der Anordnung. Bei grossen Anordnungen würde eine derartige Komplexität die Ausbeute verwendbarer Anordnungen begrenzen, die bei der Massenproduktion derartiger Anordnungen erhältlich ist. Im Betrieb derartiger Anordnungen wird das Kapazitätssignal, das von den abtastenden 'Treiberleitungen zur

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Uisgabeschaltung gekoppelt ist, nicht unterdrückt und erscheint" als unerwünschte 'Änderungen des Video-Signales.

Kürzlich ist eine andere Klasse von Vorrichtungen, die als Oberflächen-Ladungsspeicherungsvorrichtungen bezeichnet werden, vorgeschlagen und entwickelt worden, die ein Substrat aus ilalbleitermaterial verwendet wird, in welchem in einem der Oberfläche benachbarten Abschnitt eine Anordnung von Ladungsspeicherstellen vorgesehen ist. Auf das Substrat auftreffende Strahlung erzeugt Ladungen, die in den Stellen genäss der von diesen empfangenen Strahlung gespeichert werden. Derartige Vorrichtungen sind in der britischen Patentschrift 1 305 S02 beschrieben. Ein Verfahren, um eine elektrische Ausgabe in derartigen Vorrichtungen zu erhalten, besteht in einer Reihen- und Spaltenadressierung der Stellen entlang der Oberfläche des Substrates.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine verbesserte Vorrichtung gerichtet, die Oberflachen-Ladungsspeicherungsvorrichtungen und elektrische Ausgabemittel enthält.

Erfindungsgemäss wird ein Substrat aus Halbleitermaterial mit dem einen Leitfähigkeitstyp geschaffen, wobei ein Isolierteil über einer Oberfläche des Substrates und ein Leiterteil über dem Isolierteil liegt, um eine Oberflächen-Ladungsspeicherzelle zu bilden. Ein Kondensator ist in Reihe rait einer Betriebsspannungsquelle zwischen dem Leiterteil und dem Substrat vorgesehen. Eine dem Kondensator parallel geschaltete Schalteinrichtung verbindet die Pole des Kondensators für eine gewisse Zeit-Periode und untex'bricht die Pole für eine andere Zeitperiode. Die Polarität und Amplitude der an die Speicherzelle angelegten Spannung ist so gewählt, dass sie eine Verarmung von Majoritätsträgern in einem Bereich in einem der Oberfläche benachbarten Abschnitt des Substrates erzeugen, der unter dem leitenden Teil liegt. Die Aussetzung des Substrates einer Strahlung evzeugt in diesem Minoritätsträger, die nahe der Oberfläche der Verari-iiungszone gespeichert werden. Es sind Schaltungsaittel vorgesehen, um die Spannung zwischen dem leitenden Teil und

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dem von dem Substrat entfernten Pol des Kondensators während derjenigen Zeit zu verändern, in der die Pole des Kondensators voneinander¹ getrennt sind, um die gespeicherten Minoi"itätsträger in das Substrat zu injizieren, wodurch ein Verschiebungsstrom fliesst in dem Kreis zwischen dem Substrat und dem Kondensator und dieser eine Spannung über dem Kondensator erzeugt, die den Minoritätsträgern proportional ist, die in.dem Verarmungsbereich während der Zeit gespeichert worden sind, in der die Kondensatorpole verbunden waren.

Ferner kann erfindungsgemäss ein zweites leitendes Teil verwendet werden, das über dem isolierenden Teil liegt und eine daran angelegte Spannung von solcher Polarität und Grosse aufweist, dass ein \>erarmungsbereich erzeugt wird, der mit dem unter dem ersten leitenden Teil liegenden Verarmungsbereich zusammenhängt,'wodurch zwischen den Verarmungsbereichen Ladung fliessen kann. Es sind Schaltungsmittel vorgesehen, um die Spannung auf dem zweiten leitenden Teil aufzuladen, um einen Ladungsstrom zum ersten Verarmungsbereich zu bewirken, woraufhin die Spannung zwischen dem ersten leitenden Teil und dem von dem Substrat entfernten Pol des Kondensators aufgeladen wird, um die gespeicherten Minoritätsträger in das Substrat zu injizieren, wie es im folgenden noch beschrieben wird.

Erfindungsgemäss können derartige Speicherzellen als eine Anordnung oder Reihe auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet werden, und jede Einheit der Anordnung kann adressiex't werden, um ihrerseits eine Injektion der dai'in gespeicherten Ladung in das Substrat zu bewirken und entsprechende Spannungen über einem Kondensator zu erzeugen, der mit dem Substrat in einen Schaltkreis geschaltet ist. Es sind Mittel vorgesehen, um die über dem Kondensator entwickelten Spannungen abzutasten, ura dadurch wiederum eine Ausgangsgrösse mit einer Amplitude zu bilden, die sich mit der Zeit gemiiss der Änderung der Amplitude der abgetasteten Spannungen ändert.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen an Hand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung verschie-

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dener Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figuren IA - IC zeigen Abbildungen von einer Leiter-Isolator-Halbleiterzelle, die in einem Schaltkreis angeordnet ist, und stellen verschiedene Betriebsstufen der Zelle gemäss einem _s Merkmal der vorliegenden Erfindung dar.

Figur ID zeigt ein vereinfachtes schematisches Schaltbild eine:

linearen Anordnung von Abtastzellen, wie sie in den Figuren IA - IC dargestellt sind.

Figuren 2A - 2C zeigen Abbildungen von in Paaren angeordneten Leiter-Isolator-Halbleiterzellen, die in einem Schaltkreis angeordnet sind, und stellen verschiedene Betriebsstufen gemäss anderen Merkmalen der vorliegenden Erfindung dar.

Figuren 3A - 3C sind Kurvendarstellungen verschiedener Spannungs- und Stromsignale, die in den Abbildungen der Figuren 2\ - 2C auftreten.

Figur 4 ist eine Draufsicht auf eine Anordnung oder Zusammensetzung einer Vielzahl auf Strahlung ansprechender Zellen, die auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat gemäss der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.

Figur 5 ist eine Querschnittsansicht der in Figur 4 gezeigten Anordnung nach einem Schnitt entlang der Schnittlinien 5-5 in Figur 4.

Figur 6 ist eine Schnittansicht der in Figur 4 gezeigten Anordnung nach einem Schnitt entlang der Schnittlinien6-6 in vl^ur 4.

Figur 7 ist eine Schnittansicht der in Figur 4 gezeigten Anordnung nach einem Schnitt entlang der Schnittlinien 7-7 in Figur 4.

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Figuren SA - 8E sind Darstellungen, die zur Erläuterung von einer Betriebsart der Abtastzellen gemäss den Figuren 2Λ -2C und Figuren 4-7 verwendet v/erden. · Jede Figur enthält einen Abschnitt einer Vorrichtung mit zwei gekoppelten Leiter-Isolator-Halbleiterzellen, wobei an verschiedene Elemente verschiedene Potentiale angelegt sind, sowie ein Diagramm des Potentials an der Oberfläche des Halbleitersubstrates.

Figuren 9A - 9E sind Darstellungen, die den Darstellungen gemäss den Figuren 8Λ - 8E ähnlich sind und die zur Erläuterung einer anderen Betriebsart der Abtastzellen gemäss den Figuren 2A - 2C und Figuren 4-7 verwendet werden.

Figuren 1OA - 1OE sind Darstellungen, die den Darstellungen der Figuren 8Λ - SE ähnlich sind und die zur Erläuterung einer weiteren Betriebsart der Abtastzellen gemäss den Figuren 2A 2C und den Figuren 4-7 verwendet werden.

Figur 11 ist ein Blockbild von einem Bildabtast- und Anzeigesystem, das die Bildabjrastanordnung gemäss den Figuren 4-7 enthält. Eine Buchstabenbezeichnung in dem Blockbild bezieht sich auf eine entsprechende Buchstabenbezeichnung in den VIeI-lenformendarstellungen gemäss den Figuren 12A - 120.

Figuren 12A - 12 0 sind Darstellungen von Y/ellenformen, die auf eine gemeinsame Zeitskala bezogen sindy und stellen Signale dar, die an verschiedenen Punkten in dem System gemäss Figur 11 auftreten.

Figur 13 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Anordnung der Abtastvorrichtungen, die jeweils zwei Platten in einer Leiter-Isolator-Halbleiterstruktur aufweisen,die auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat ähnlich der Anordnung gemäss Figur 4 ausgebildet ist, und zeigt eine andere Kopplungsart der Platten von einem Zellenpaar.

Figur 14 ist eine Schnittansicht der in Figur 13 gezeigten

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Anordnung nach einem Schnitt entlang der Linien 14-14 in Figur 13.

Figur 15 ist eine Schnittansicht der in Figur 13 gezeigten Anordnung nach einem Schnitt entlang der Linien 15-15 in Figur 13.

Figur 16 ist eine Draufsicht auf einen Teil einer Anordnung von Abtastvorrichtungen, die jeweils zwei Platten in einer Leiter-Isolator-Halbleiterstruktur aufweisen, die auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat ähnlich der in Figur 4 gezeigten Struktur ausgebildet ist, und zeigt eine weitere Kopplungsart der Platten der Zellen einer Vorrichtung.

Figur 17 ist eine Schnittansicht der in Figur IG gezeigten Anordnung nach einem Schnitt entlang der Linien 17-17^ in Figur 16. '

Figur 18 ist eine Darstellung von einer Bildabtastanordnung, in der verschiedene funktionelle Blöcke zur Dui'chführung von Abtast- und anderen Funktionen integral auf einem gemeinsamen Substrat zusammen mit Abtastzellen und Leitungen dafür ausgebildet sind, um eine Bildabtastanordnung gemäss einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung zu bilden.

Figuren 19A - 1911 sind Darstellungen der Amplitude über der Zeit, bezogen auf eine gemeinsame Zeitskala, von Signalen, die an verschiedenen Punkten in der Anordnung ge.-näss Figur IS auftreten. Die Stelle des Auftretens eines Signales gemäss den Figuren 1ΟΛ - 1911 in dem Blockbild gemäss Figur 18 ist in Figur 18 durch eine Buchstabenbezeichnung angegeben, die der Buchstabenbezeichnung der Figurenbezeichnung entspricht.

Es wird nun auf die Figuren IA, IB und IC eingegangen, die eine Leiter-Isolator-Halbleiter-Strahlungsabtastzelle 10 im Schnitt zeigen, die verschiedenen Betriebsstufen gemäss der vorliegenden Erfindung ausgesetzt ist. Die Zelle kann ein Teil

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einer Anordnung aus derartigen Zellen sein, die auf eineu gemeinsamen Substrat aus Halbleitermaterial ausgebildet ist. Die Zelle ist nicht im genauen Verhältnis gezeigt, ura die verschiedenen Teile und deren Funktionsweise deutlich darzustellen, Die Zelle umfasst ein Substrat 11 aus η-leitendem Halbleitermaterial, eine Schicht 12 aus Isoliermaterial, die über einer Ilauptf lache 13 des Substrates liegt, und einen leitenden Teil oder eine Platte 14, die über der gegenüberliegenden Oberfläche der Isolierschicht liegt. Die Platte 14 ist mit dem negativen Pol einer Quelle 15 für die Betriebsspannung verbunden, deren positiver Pol mit Erde verbunden ist. Es sind zwei Ausgangsklemmen 16 und 17 vorgesehen, von denen die eine mit Erde und die andere mit dem Substrat 11 verbunden ist. Zwischen die Klemmen 16 und 17 ist ein Kondensator IS geschaltet. Ti'eiterhin ist zwischen die Klemmen 16 und 17 ein Schalter 19 geschaltet, der funktionell als ein einpoliger Hebe!ausschalter dargestellt ist. Der einfachheithalber werden der Anschluss' an die Platte 14, die mit einem Pol der Quelle 15 verbundene Ausgangsklemme 17 und die mit dem Substrat 11 verbundene Ausgangsklemme 16 entsprechend als erste, zweite und dritte Anschlüsse bezeichnet.

Die Yiirkungsweise der Zelle 10 in einer Schaltung wird'nun erläutert, wobei ein spezielles Beispiel betrachtet wird, in dem die Zelle 10 aus einem speziellen Material aufgebaut, die Elemente der Zelle IO in speziellen Verhältnissen stehen und in dem spezielle Betriebsspannungen angelegt sind. Das Substrat 11 ist aus monokristallinem Silicium mit einer Dicke von etwa 250,-u (1 jü = 10 ~ m) mit einem spezifischen Widerstand von etwa 4 Ohm-cm und einer angemessenen Minoritätsträger-Lebensdauer in der Grössenordnung von 50 Mikrosek. aufgebaut. Die Isolierschicht 12 ist thermisch aufgewachsenes Siliciumdioxyd mit einer Dicke von etwa 0,1 /U^-W. Die Platte ist eine dünne Schicht aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Molybdän oder Aluminium, das durch Aufdampfen auf der Isolierschicht abgeschieden ist und eine Kontaktoberfläche von etwa 625 xim aufweist, d.h. die Platte 14 kann als eine Platte

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von rechtwinkligem Umriss betrachtet werden, der etwa die \bniessungen 30 Aim auf 22yüm aufweist. Selbstverständlich kann die Platte auch aus irgendeinem leitfähigen Material gebildet sein, wie beispielsweise Silicium, das auf geeignete Weise dotiert ist, um es leitfähig zu machen. Die Quelle 15 liefert eine Spannungsdifferenz von IO Volt. Wenn der Schalter 19 geschlossen ist, wird ein negatives Potential von iO Volt in Bezug auf das Substrat 11 an die Platte 14 angelegt, damit Majoritätsträger aus dem Bereich 20 in den der Oberfläche benachbarten Abschnitt des Substrates abgeführtVr wöoei diese Grenze schematisch durch die gestrichelte Linie 21 dargestellt ist. Zv/eckmässigerweise kann das an die Platte 1.4 angelegte Anfangspotential als das erste Potential bezeichnet und das an den von dem Substrat entfernten Pol des Kondensators 18 angelegte Potential als das zweite Potential bezeichnet werden. Ein Strom fliesst in den Kreis mit dem Substrat, um die dielektrische Kapazität, die durch die Kapazität der Platte im Verhältnis zur Substratoberfläche dargestellt wird, und die in Reihe geschaltete Kapazität der Verarmungszone aufzuladen. Die Breite der Verarmungszone, d.h. deren Eindringungsmass in den der Oberfläche benachbarten Abschnitt des Substrates, kann in der Grössenordnung von 3 Ax unmittelbar nach Anlegen der dargestellten Potentiale an die Zelle betragen, wobei eine Anfangsverarmungskapazität von etwa O,O3 Pikofarad pro 625X»m gebildet wird. Die Platten/Substrat- oder dielektrische Kapazität liegt in der Grössenordnung von der lOfachen Kapazität der Kapazität der Verarraungszone. Im Augenblick des Anlegens der Betriebspotentiale an die Zelle wird eine Verarmung der Zone 20 erzeugt, und das Potential der Oberfläche der Zone 20 fällt auf einen Wert ab, der nahe bei dem Potential der Platte 14 liegt. Der Abschnitt des Substrates 11 ausserhalb der Zone 20 liegt auf Erdpötential. Demzufolge sind die Potentialgradienten in der Verarmungszone derart orientiert, dass Minoritätsträger, also Löcher im Falle eines Halbleitermaterials mit -Leitfähigkeit, die durch Strahlung erzeugt und insgesamt mit dem Pfeil 22 bezeichnet sind, in die Verarmungszone eintreten, um über die Verarmungszone gespült und an der Oberfläche davon

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gespeichert zu werden, um eine Inversionsschicht eines Leiifähigkeitstyps zu bilden, der dem Leitfähigkeitstyp des Substrates entgegengesetzt ist. T/enn ein Loch bzw. eine Fehlstelle an die Oberfläche der Verarmungszone gespült wird, bewegt sich ein Elektron aus dem Substratanschluss 16 zur platte 14, um auf dieser eine Ausgleichsladung zu bilden. Dies ist schematisch durch den Pfeil 23 angegeben.

Es wird nun auf Figur IB eingegangen, die die Zelle ge-säss Figur IA nach einer Zeitperiode zeigt, während der auf Grund von Strahlung Ladungen erzeugt und in der Inversionsschicht gesammelt worden sind, die schematisch durch positive Ladungszeichen 24 nahe der Oberfläche der Zone 20 bezeichnet sind. Eine derartige Sammlung bewirkt, dass sich die Ausdehnung oder Breite der Verarmung in dem Substrat verkleinert, wie es durch die Grenzlinie 21 angegeben ist, und sie bewirkt weiterhin, dass das Potential der Oberfläche der Zone 20 in Richtung Erde bzw. Masse zunimmt.

In Figur IC ist der Schalter 19 geöffnet und anschliessend ist das Potential der Platte 14 auf ein drittes Potential erhöht, d.h. in dem betrachteten Beispiel auf Erdpotential, was durch eine 0 neben einem Pol der mit der Platte 14 verbundenen Quelle 15 bezeichnet ist. Die Erhöhung des Potentials der Platte 14 von einem negativen Wert auf O bewirkt eine Verkleinerung des elektrischen Feldes, das die Ladung in der Oberflächen-Inversionsschicht hält, und bewirkt weiterhin, dass die in der Inversionsschicht 24 gespeicherten Minoritätsträger in das Substrat injiziert werden. Die Injektion von Minoritätsträgern ist durch die Verteilung von positiver Ladung über das Substrat 11 dargestellt. Eine derartige Injektion bewirkt, dass eine neutralisierende negative Ladung in das Substrat fliesst, d.h. dass ein konventioneller Strom aus dem Substrat fliesst. Dieser Strom fliesst von dem Substrat 11 in den Kondensator 18, der auf einen Wert aufgeladen wird, der von der injizierten Ladung abhängt. Die in.das Substrat injizierten Minoritatstrager Verteilen sich^l^^n/"oder rekombinieren sich darin. Eine er-

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neute Herstellung der Verarmungszone für einen weiteren 3etriebszyklus sollte ein Verschwinden derartiger Minoritätsträger aus der Zone 20 abwarten, anderenfalls würde die gespeicherte Ladung in der erneut gebildeten Verarmungszone reakkumuliert oder erneut gesammelt werden.

In der einen Betriebsart verbindet der Schalter 19 die Substratklemme 16 mit Erde und anschliessend wird ein negatives Potential an die Platte angelegt, um die Verarmungszone in dem Substrat für einen weiteren Strahlungsabtastzyklus erneut herzustellen. Demzufolge wird die Zelle einer Strahlung für einen Zeitraum ausgesetzt, der relativ lang sein kann, um Ladung zu speichern, die eine Punktion des Zeitintegrals des Strahlungsflusses auf die Zone bzw. den Bereich 20 und den dazu benachbax'ten Zonen oder Bereichen ist. Während eines zweiten Zeitraumes, d.h. der Zeit für die Ausgabe bzw. Anzeige, und diese Zeit kann ziemlich kurz sein, wird Ladung injiziert, in—dem zur gleichen Zeit, zu der der Schalter 10 geöffnet wird, das Potential der Platte 14 wieder auf 0 gebracht wird. Die integrierte Ladung auf Grund von Strahlung und die Verarmungszonenladung wird in dem Kondensator IS gespeichert. Es können aufeinander folgende Proben der auf der integrierenden Kapazität 18 auftretenden Spannung abgenommen, werden, um ein Video-Signal zu bilden, das die Änderung in der von der Zelle abgetasteten Strahlung darstellt. In einem alternativen Schaltkreis für diese Betriebsart kann der integrierte Kondensator eliminiert werden, und es wex'den die Spitzen der Verschiebungsströme, die durch Injektion in sukzessiven Betriebszyklen erzeugt werden, abgetastet und daraus werden Video-Signale entwickelt .

In einer anderen bevorzugten Betriebsai-t der Struktur genäss den Figuren IA, IB und IC wird das Potential auf der Platte 14 auf seinen ursprünglichen Viert zurückgebracht, bevor der

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Rückstellschalter 19 geschlossen,und nach der Zeit, während der die injizierten Minoritätsträger aus der Zone bzw. dem Bereich 20 verschwunden sind. In dieser Betriebsart subtrahiert sich der Strotnfluss in das Substrat von dem Stronuluss

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aus dom Substrat heraus. Die Verarmungszonenkor/iponente des Stromflusses aus dem Substrat heraus, die sich auf Grund von verbleibender Verarmungsladung gezeigt hat, ist ziemlich genau gleich dem Stromfluss in das Substrat hinein, der zunächst die Verarmungszone aufbaute, der als Verarmungszonen-. Ladungsstrom bezeichnet wurde. Wenn llinoritätsträger, die wegen aufgenommener Strahlung erzeugt werden, in zunehmendem Masse in der Inversionsschicht gespeichert werden, wird die Ausdehnung oder· die Breite der Verarmungszone zunehmend verkleinert, d.h. die durch Strahlung erzeugte mobile Ladung verkleinert progressiv das elektrische Feld in dem Substrat und somit die Breite bzw. Ausdehnung der Verarmungszone. Deshalb wird die Verarraungszonenkomponente des Stromes in dem bei Injektion aus dem Substrat herausfliessenden Strom zunehmend kleiner, wenn durch Photonen erzeugte Ladung angesammelt wird. Ytonn demzufolge das Zeitintegral des Verarmungszonen-Ladestromes subtrahiert wird von dem Zeitintegral des Injektionsstromes plus des verbleibenden Verarmungsladungsstromes, ist die resultierende Ladung als eine Funktion der empfangenen Strahlung im wesentlichen linear bei niedrigen Speicherwerten und weicht bei ansteigenden Speicherungswerten in zunehmenden Masse von der Linearität ab, bis bei einem maximalen Speicherungswert, oder der Sättigung, die Abweichung von der Linearität ein .Maximum wird. Da jedoch die die Verarmungszone aufbauende Ladung v/esentlich kleiner ist als die beim Sättigungswert gespeicherte Ladung, ist die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung nicht merklich beeinflusst. Selbst wenn sie für wesentlich gehalten würde, kann eine derartige Nichtlinearität auf einfache Weise in den Gebrauchsschaltungen, in die die Vorrichtung eingebaut ist,itompensiert werden, wenn dies notwendig oder wünschenswert ist.

Es können Prüfwerte von der Spannung auf dem integrierenden Kondensator entnommen werden, die aus sukzessiven Betriebszyklen der Zelle resultiert, um ein Video-Signal zu liefern, das den integrierten Wert der Strahlung darstellt, die in sukzessiven Betriebszyklen auf die Zelle fällt. Somit können in

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dieser Betriebsart Störsignale, die in dem Video-Ausgangssig— nal auf Grund von an die Zelle angelegten Treiberspannungen erzeugt werden, -weitgehend eliminiert werden. Im Falle einer Anordnung bzw. Reihe ist auch Ladung, die in der Streukapazität der Leiter enthalten ist, welche mit der Platte der zur Ausgabe verwendeten Vorrichtung verbunden sind, ebenfalls in dem Strom enthalten, der in die integrierende Kapazität fliesst. Diese Str©Bicomponente kann ziemlich gross sein im Verhältnis zu dem Stroaafluss auf Grund von Ladungsinjektion. Da diese Stromkomponente jedoch durch Speicherung von Ladung in der Vorrichtung nicht beeinflusst wird, wird sie vollständig unterdrückt bei der Wiederherstellung von Speicherpotential auf der Vorrichtung. Weiterhin werden bei Anordnungen bzw. Reihen die Änderungen in deii Zellkapazitäten eliminiert, so lange die ersten und dritten Potentialwerte sich nicht beim Abtasten der Anordnung bzw. Reihe ändern. Auch wenn in dem beschriebenen Beispiel das dritte Potential, das an die Platte 14 angelegt ist, Erdpotential oder ein mit dem zweiten Potential identischen Potential ist, so sei darauf hingewiesen, dass das dritte Potential irgendein Potential zwischen den ersten und zweiten Potentialen sein könnte, was aus der folgenden Beschreibung noch deutlich wird.

Die in den Figuren IA, IB und IC beschriebene Zelle kann in einer linearen oder eindimensionalen Anordnung derartiger Zellen verwendet werden, die abgetastet und der Reihe nach adressiert werden, um ein elektrisches Signal von der auf die Anordnung auftreffenden Strahlung zu liefern. Jede Zelle kann periodisch betätigt werden, um der Reihe nach die durch die , Figuren IA, IB und IC dargestellte Folge auszuführen, um an den Ausgangsklemmen ein Signal zu liefern. Die Spannung an den Ausgangsklemmen wurde der Reihe nach abgefragt, um ein Video-Signal zu liefern, das die empfangene Strahlung darstellt. Die lineare Anordnung von Elementen kann in zwei Dimensionen angeordnet sein, d.h. in Reihen und Spalten, in denen die Elemente in einer ersten Reihe abgetastet und danach der Reihe nach die Elemente in einer zweiten Reihe und so fort abgeta-

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stet werden, bis die gesamte Anoi-dnung abgetastet v/orden ist.

bild Figur ID zeigt ein vereinfachtes Schalt/ von einer derartigen

eindimensionalen Anordnung von Abtastzellen, wie sie in den Figuren 1Λ, IB und IC beschrieben sind. In dieser Figur stellt das Substrat 25 das Substrat der für die Ausgabe zu adressierenden Zelle 26 dar. Das Substrat 27, das schematisch als grosser als das Substrat 25 gezeigt ist, stellt das Substrat der anderen Zellen 28 der Anordnung dar. Die Substrate der Zellen der Anordnung können getrennt sein oder in einem gemeinsamen Körper oder Plättchen aus Halbleitermaterial ausgebildet sein. Die Kapazität 31 stellt die Kapazität zwischen der Platte der Zelle 26 und der Oberfläche des Substrates^ 25 dar. Die Kapazität 32 stellt die Sammelkapazitäten der Platten der anderen Zellen 28 in Relation zur Oberfläche des Substrates 27 dar. Die Substrate 25 und 27 sind durch einen Leiter 33 miteinander verbunden, auf dem die eine Ausgangsklemme 29 ausgebildet ist. Die mit Erde verbundene Klemme 30 bildet die anist

dere Ausgangsklemme. Die Platte der Zelle 26/über einen Trennwiderstand 34 mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle 35 verbunden, deren positiver Pol mit Erde verbunden ist. Die Platten der anderen Zellen 32 sind über einen kollektiven Trennwiderstand 36 mit dem negativen Pol der Quelle 35 verbunden. Die Platte der Zelle 26 steht über einen Schalter 40 mit Erde in Verbindung. Die Platte von jeder der Zellen 27 ist weiterhin über einen entsprechenden Schalter mit Erde verbunden, der nicht dargestellt ist, da er nur zu der Zeit benutzt wird, zu der die Zelle für eine Ausgabe bzw. Anzeige adressiert wird. Ein Rückstellschalter 42 ist zwischen die Ausgangsklemmen 29 und 30 geschaltet. In dieser Schaltung wird nun die integrierende Kapazität, die relativ gross ist, im wesentlichen durch die Summe der Verarmungskapazitäten der Zellen 28 und der Streukapazität der Anordnung gebildet. Die integrierende Kapazität sollte gross sein in Relation zu der dielektrischen Kapazität einer Zelle. Der natürlichen Kapazität der Anordnung kann eine äussere Kapazität parallel geschaltet werden, falls dies wünschenswert oder notwendig ist.

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Im Betrieb der Schaltung gemäss Figur ID wird zunächst der Rückstellschalter 42 geschlossen, wodurch eine Spannung zwischen den Platten und dem Substrat der Anordnung gebildet und eine individuelle Verarmungszone 45 und eine kollektive Verarmungszone 46 in den Substraten 25 bzw. 27 hergestellt wird. Die Substrate der Zelle 26 und der kollektiven Zelle 28 werden auf Erdpotential aufgeladen. In den Verarraungsboreichen wird durch Strahlung erzeugte Ladung gespeichert. Nach einem gewissen Zeitraum, der ausreicht, damit sich durch Strahlung erzeugte Ladung in der Verarmungszone 45 sammelt, wird der Schalter 42 geöffnet. Da die Kapazität der kollektiven Zelle 28 gross ist, bleibt das Potential des Substrates 27 im wesentlichen auf Erdpotential. Als nächstes wird der Ausgabeschalter 40 geschlossen, der die Platte der Zolle 26 mit' Erde verbindet und bewirkt, dass in der Verarmungszone 45 gespeicherte Ladung in das Substrat 25 injiziert wird. Eine derartige Injektion bewirkt, dass ein Verschiebungsstrom aus dem Substrat 25 heraus in die Kapazität der kollektiven Zelle 28 der Anordnung hinei-nf liesst, wodurch eine Spannungsänderung zwischen den Ausgangsklemmen 29 und 30 erzeugt wird. Eine Öffnung des Ausgabeschalters 40, nachdem die injizierten Minoritätsträger sich entweder rekombiniert haben oder aus der Verarmungszone heraus gewandert sind, führt dazu, dass über den Ausgangsklemmen 29 und 30 eine resultierende Spannung auftritt, die die durch Strahlung erzeugte Ladung darstellt, die in der Zelle 26 gespeichert ist. Die resultierende Spannung kann geprüft bzw. abgenommen werden. Der Rückstellschalter 42 wird dann geschlossen und das System wird automatisch für einen anderen Ausgabevorgang für eine andere Zelle zurückgestellt. Demzufolge können der Reihe nach die Zellen einer so geschalteten linearen Anordnung von Zellen abgefragt v/erden, um entsprechende Spannungen zu liefern, die ihrerseits abgenommen werden können, um ein Video-Signal zu liefern. Auch wenn die Trennwiderstände 34 bzw. 36 als mit den Platten der Zellen 26 und 28,verbunden gezeigt sind, so könnten die Platten genau so gut in der Weise dargestellt sein, dass sie mit Punkten verbunden sind, die einzeln pulsiert werden, wie es

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- 16 im folgenden beschrieben wird.

Es werden nun die Figuren 2A, 2B und 2C beschrieben, die ein Paar gekoppelte Abtastzellen zeigen, die für einen Betrieb in zweidimensionalen Anordnungen besonders geeignet sind. Figur 2A zeigt die gekoppelten Zellen in einem Stadium, in dem Ladung in den Verarmungszonen gesammelt worden ist. Dieses Stadium würde dem in Figur IB dargestellten Stadium entsprechen. Figur 2B zeigt ein Stadium im Betrieb der gekoppelten Zellen, in dem die in einer Zelle gespeicherte Ladung auf die andere Zelle übertragen worden ist. Figur 2C zeigt das Ausgabestadium im Betrieb der gekoppelten Zellen und würde dem in Figur IC dargestellten Stadium entsprechen. Figur 2Λ zeigt eine Vorrichtung 50, die ein Substrat 51 aus η-leitendem Halbleitermaterial, ein isolierendes Teil 52, das über der Hauptfläche 53 des Substrates liegt, und zwei Platten 54 und 55 aufweist, die über dem isolierenden Teil liegen. Die Platte 54 ist mit einer Reihenleiterleitung einer Anordnung verbindbar, die aus Reihen und Spalten von Strahlung abtastenden Vorrichtungen besteht. Die Platte 55 ist mit einer Spaltenleiterleitung der Anordnung verbindbar. Der integrierende Kondensator 18 ist zwischen die Substratklemme 16 und die Erdklemme 17 geschaltet. Ein Rückstellschalter 19 ist den Klemmen 16 und 17 parallel geschaltet. Die Platten 54 und 55 sind in engem Abstand zueinander angeordnet, und das Substrat, das unter dem Raum zwischen den Platten liegt, ist mit einem p-leitenden Bereich 56 versehen. Die Platte 54 und die Platte 55 sind mit Betriebsspannungspunkten einer nicht gezeigten Quelle der Betriebsspannung verbunden, um die angegebenen negativen Potentiale in Bezug auf Erde zu liefern, d.h. V -10 Volt und V -10 Volt. Die Vorrichtung 50 und ihre zugehörige Schaltung ist der Vorrichtung 10 gemäss Figur IA und deren Schaltung ähnlich. Demzufolge können die Klemmen der Vorrichtung 50 und die Betriebspotentiale dafür ähnlich bezeichnet werden. Die Verbindung mit der spalten-orientierten Platte 55, der Erdklemme 17 und der Substratklemme werden entsprechend als erste,

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zweite und dritte Anschlüsse bezeichnet, und zusätzlich wird die Verbindung mit der reihen-orientierten Platte 54 als der vierte Anschluss bezeichnet. Die Speicherungspotentiale, die an die spalten-orientierte Platte 55 und die reihen-orientierte Platte 54 angelegt sind, werden entsprechend als erste und vierte Potentiale bezeichnet. Das Referenz- oder Erdpotential wird als das zweite Potential bezeichnet. Das Injektionspotential für die spalten-orientierte Platte 55 wird das dritte Potential genannt. Im Aufbau ist die Vorrichtung 50 mit der Vorrichtung IO gleich, ausser dass zusätzlich die Platte 54 vorgesehen ist, die der Platte 55 gleich ist und' im Abstand dazu auf einem Isolierteil 52 angebracht ist, und dass ein p-leitender Bereich in dem Substrat vorgesehen ist, der unter dem Raum zwischen den Platten 54 und 55,liegt.

Wenn Potentiale geeigneter Polarität in Bezug auf das Substrat und geeigneter Grosse, beispielsweise die -10 Volt, wie es in Figur 2A angegeben ist, an die Platten 54 und 55 angelegt werden, werden zwei Verarmungszonen 57 und 58 ausgebildet, die durch den eine höbe Leitfähigkeit aufweisenden Bereich 56 des p-Typs miteinander verbunden sind, der ebenfalls eine Verarmungszone 59 aufweist. Demzufolge kann eine Ladung, die in einer der Verarmungszonen unter einer der zwei Platten 54 und 55 gespeichert ist, auf einfache Weise über den p-leitenden Bereich 56 in die Verarmungszone fliessen. Wie im Falle von Figur IB bewirkt ein in die Verarmungszone eintretender Strahlungsfluss die Erzeugung von Minoritätsträgern, die an der Oberfläche der Verarmungszonen gespeichert werden. Dieser Zustand wird durch einen Strorafluss in das Substrat hinein angezeigt, wenn sich Ladung im Oberflächenbereich der Verarmungszonen sammelt, und entspricht der Leitung von Elektronenladung in den äusseren Potential anlegenden Schaltkreisen zwischen den Platten und dem Substrat. Figur 2B zeigt den Zustand der Vorrichtung, wenn die Spannung auf der Platte 54 auf 0 gestellt ist, damit der Verarmungsbereich zusammenbricht und die darin gespeicherte Ladung in die unter der Platte 55 liegende Inversionsschicht im Bereich 58 fliesst oder

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auf diese übergeht. Um die Ladung auszugeben oder anzuzeigen, die in der Inversionsschicht gespeichert worden ist, wird das Potential auf der Platte 55 auf O herabgesetzt, nachdem der Rückstellschalter 19, der über dem integrierenden Kondensator 18 geschaltet ist, geöffnet worden ist. Ein derartiger Vorgang bewirkt, dass die in der Inversionsschicht gespeicherten Träger in das Substrat injiziert werden und einen Stromfluss aus dem Substrat heraus erzeugen, der die in der Verarmungszone gespeicherte Ladung darstellt, wie es bereits in Verbindung mit Figur IC beschrieben wurde.

Es werden nun die Figuren 3A, 3B und 3C erläutert, die auf entsprechende Weise die Kurvenbilder der Treiberspannung V der spalten-orientierten Platte, des Ausgabestromes und der Spannung des integrierenden Kondensators zeigen, die auf eine gemeinsame Zeitskala bezogen sind. Diese Kurvenbilder gelten für die in den Figuren 2A, 2B und 2C gezeigte Vorrichtung für zwei unterschiedliche Zustände der Ladungsspeicherung in den Zellen, wobei in dem einen Zustand keine durch Strahlung erzeugte Ladung gespeichert und in dem anderen Zustand Ladung auf Grund von empfangener Strahlung gespeichert worden ist. Es sei angenommen, dass die Spannung V der zeilen-orientierten Plätte auf O herabgesetzt worden ist. Figur 3A zeigt gleiche Impulse 61 und 62 der an die Platte 55 angelegten Treiberspannung in verschiedenen Betriebszyklen. Figur 3B zeigt die Ströme, die bei Anlegen derartiger Impulse durch die Substratverbindung fHessen. Figur 3C zeigt die Spannung, die auf Grund des in Figur 3B gezeigten Stromflusses über den Kondensator 18 entwickelt wird. Figur 3C zeigt auch die Zeitperioden, in denen der Rückstellschalter 19 offen ist, und die Zeitperioden, in denen dieser Rückstellschalter geschlossen ist. Die ersten zwei Stromimpulse 63 und 64, die in Figur 3B gezeigt sind, stellen einen Zustand dar, in denen keine Strahlung aufgenommen und demzufolge keine Ladung in der spalten-orientierten Zelle der Vorrichtung 50 gespeichert wird. Während der Spannungsänderung von minus 10 Volt auf Erdpotential fliesst die Ladung, die zur Herstellung der Verarmungs-

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zone 58 verwendet wurde, ab und erscheint als der positiv verkaufende Impuls 63. Nach der Ausgabeperiode wird die Spannung auf der PjLatte wieder auf ihren Wert; von minus 10 Volt zurückgebracht und erzeugt einen Ladungsfluss, der durch einen Stromimpuls 64 dargestellt ist, um die anfängliche Verarmungszone unter der Platte 58 herzustellen. Dieser Stromimpuls 64 ist gleich dem Stromimpuls 63. Demzufolge wird über dem Kondensator 18 ein Spannungsimpuls 65 erzeugt, der abgesehen von seiner Amplitude in der Form im wesentlichen identisch ist mit dem Impuls 61. Die resultierende Ausgangsspannung am Ende des Integrationsbetriebes ist O₁ wie es in Figur 3C gezeigt ist. Es sei nun auf die Impulse 67 und 68 hingewiesen, die bei Anlegen des Impulses 62 an die spalten-orientierte Zelle erzeugt werden. Der positive Impuls 67 mit grosser Amplitude stellt die Ladung, die in dem Verarmungsbereich 58 auf Grund von Strahlung gespeichert wurde, und desgleichen einen gewissen Teil der Ladung dar, die auf Grund der Kapazität des Verarmungsbereiches in das Substrat floss. Der negative Impuls mit kleiner Amplitude stellt den Strom dar, der in das Substrat fliesst, um darin die Ausgangs-Verarmungszone herzustellen. Eine Integration der Impulse 67 und 68 im Kondensator erzeugt einen Impuls 70 der gezeigten Form. Zunächst steigt die Spannung über dem Kondensator IS auf eine grosse Amplitude oder auf einen Wert 71 wegen des ersten Stromimpulses 67 an, und bei Auftreten des zweiten Stromimpulses 63 fällt die Spannung auf dem Kondensator auf einen zweiten V,^rert 72 ab; der zweckmässigerweise als die Hinterschulter des Impulses bezeichnet wird. Der zweite Wert 72 stellt eine Spannung dar, die der in der Inversionsschicht des Bereiches 58 gespeicherten Ladung entspricht. Es sei darauf hingewiesen, dass der Ruckstellscbalter Ιίϊ v/äbrcnü cos Abtastintervalles geöffnet ist, d.h. während des Auftretens der Spannungsimpulse ge:näss Figur 13 von jedem Betriebszyklus der Abtastvorrichtung, und der Schalter bleibt während dos Restes des Zyklus geschlossen, in dem die Ladungsspeicherung in der Vorrichtung auftritt, falls ein System mit einer einzigen Vorrichtung vci'v/encet wird. Aufeinanderfolgende Betriebszyklen der Vorrichtung in

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einer flchaltung bürden aufeinanderfolgende Spnnnungsir.roulse cry;or.-;en, v;ic beispielsweise den Impuls 70, dessen. Kinterschulter sich mit der Strahlung ändert, die wehrend der Speicherangsperiode auf die Vorrichtung auffällt. "Ίΐη Abtasten der 7^Tintcrschulter der aufeinanderfolgenden S pannun gs impulse würde ein Signal liefern, das die änderung der auf die Vorrichtung auffallenden Strahlung als eine funktion der Zeit darstellt. Bei einer !"leihe derartiger Vorrichtungen wird der Schalter, der die allen Vorrichtungen der P.eihe bzw. Anordnung goneinanr.e integrierende Kapazität kurzschlicsst, während dei- Ausgabe bzw. Anzeige jeder Vorrichtung der Anordnung bzw. Reihe geöfCnet und geschlossen und v/ird demzufolge während eines Speicherungs- und Ausgabezyklus einer einzelnen Vorrichtung der Anordnung bzw. Reihe viele Male periodisch betätigt.

Eine Anordnung und die Art und l/eise, in der eine derartige Anordnung hergestellt wird, wird nun in Verbindung mit den Figuren 4,5,6 und 7 beschrieben. lüine detailliertere ~Zvläuterung der verschiedenen Betriebsarten der Zellen wird in Verbindung mit den Figuren CA - &7, CA - 07 und IO \ - I0F gegeben. Sin die Anordnung gemäss !Figur 4 enthaltendes System wird in Verbindung mit den Figuren II und 12A - 12D beschrieben. Bevor jedoch die Anordnung gemäss Figur 4 weiter beschrieben wird, erscheint es zweckinässig, den Betrieb einer Zelle gemäss den Figuren IA - ID oder der Zellen gemäss den Figuren 2A - 2C zu betrachten. Die dielektrische Kapazität der Zelle ist vorzugsweise gross in Relation zur Ausgangs- Verarinungskapazität dex" Zelle, um für ein grosses Verhältnis der Speicherungskapazität für durch Photonen erzeugte Ladung zu Stör- bzw. Streustrom auf Grund einer Ladung und Entladung der Verarniungszone zu sorgen. Ein Verhältnis der Dielektrikums- zur Verarnur.gskapazität von 10:1 in jeder der Zellen einer zweidimensionalen Anordnung aus einer grossen Anzahl von Zellen liefert eine angemessene Speicherungskapazität, u:n einen grossen Bereich von Strahlungsintensitäten darzustellen, während das Störbzw. Streusignal auf Grund der Verarmungszono klein genug ist, damit keine Uberbelastung des Verstärkers und demzufolge ein

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Voι-lust des Untercrückens von kapazitiven Signalen aus den nicht zugegriifenen Zellen in einer Spalte der \norcinung auftritt. Es gibt zwei Woge, um das Verhältnis für gegebene Betriebspotentiale zu ändern. Diese sind die Änderung eier Isolierschichtclicke einerseits oder die Änderung des spezifischen Widerstandes des Substrates andererseits.

Auch die integrierende Kapazität ist vorzugsweise gross im Verhältnis zur dielektrischen Kapazität einer Zelle, um für relativ kleine Fluktuationen im Substratpotential in dem zyklischen Betrieb der Zelle zu sorgen. Bei einer grösseren integrierenden Kapazität sind die Spannungsänderungen auf dieser in Abhängigkeit von Stromsignalen aus dem Substrat entsprechend kleiner, d.h. das Signal-Rauschverhältnis des abgetasteten Signales nimmt ab. Bei kleinerer integrierender Kapazität wird die änderung im Substratpotential grosser und es wird eine entsprechend kleinere Ladung in das Substrat für eine gegebene Differenz zwischen dem Speicherungspotential und dem Injektionspotential auf der Platte der Zelle injiziert, oder, in it anderen Worten, es ist eine grössere derartige Potentialdifferenz erforderlich, um eine vollständige Injektion der gespeicherten Ladung zu erhalten.

Weiterhin, ist es instruktiv zu betrachten, was passiert, v/enn an eine Zelle, wie sie in den Figuren 1\, IB und IC beschrieben ist, eine Stufenspannung zv/ischen das Substrat und die Platte von einer solchen Polarität und Grosse angelegt wird, dass eine Verarmung in einem der Oberfläche benachbarten Bereich erzeugt wird, d.h. wenn die Platte in Bezug auf das Substrat negativ ist. Im Augenblick des Anlegens der Rechteckspannung erstreckt sich die Verarmung für eine gewisse Rtrekke von der Substratoberfläche nach innen. Das Potential an der Oberfläche liegt in der Nähe des Potentials auf der Platte, d.h. es ist negativ. Das Potential nimmt als eine Funktion der Strecke in das Substrat hinein zu, bis es bei der vorgenannten gewissen Strecke Erdpotential beträgt. Im Laufe der Zeit werden Minoritätsträger, die in dem Verarmungsbereich durch die thermische Energie der Zelle und durch auf die Zelle

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- vv -

auftretende Strahlung erzeugt werden, durch den vorgenannten r'Otcntialgradienten in dem Verarmungsbereich zur Oberfläche des Veraivr.ungsbereiches getrieben und dort durch das hergestellte elektrische Feld festgehalten. Die entsprechenden Elektronen der Löcherelektronenpaare, die erzeugt werden, wandern in der äusaeron Vorspannschaltung zur Platte, wo sie gespeichert werden. Die Ansammlung von Minoritätsträgern in einer Schicht nahe der Oberfläche hat die Y/irkung, dass der Loitfähigkeitstyp davon geändert wird, das Potential der Oberfläche des Halbleiters erhöht wird und die Strecke verkürzt wird, auf der die Verarmung in den Halbleiter hineinführt.~Nachdem eine relativ lange Zeit verstrichen ist, die von der Geschwindigkeit der Erzeugung von Minoritätsträgern abhängig ist, ist in der Inversionsschicht genügend Ladung gespeichert, um das Gberflächenpotential auf einen Gleichgewichtswert anzuheben, der nahe bei und in einer festen Relation steht zum Erdpotential. Das Gleichgewichtsoberflächenpotential ist um einen Wert kleiner als das Potential der Masse des Substrates oder Erde, der in wesentlichen eine Funkt i-on des Bandabstandes des für das Substrat verwendeten Halbleitermaterial und der Konzentration der darin vorhandenen Aktivatoren ist, und er würde der Differenz der Spannung des Valenzbandes in der blasse des Substrates und der Spannung des Valenzbandes an der nach innen gerichteten Fläche der Inversionsschicht entsprechen. Bei Gleichgewicht ist <j) „ = ψ , wobei φ die Potentialdifferenz zwischen dem Fermi-Niveau der Masse und dem Valenzbandwert an der nach innen gerichteten Fläche der Inversionsschicht und O „ die Potentialdifferenz zwischen dem 7ermi-Niveau der Masse und dem V.^rert des Leitfähigkeitsbandes in der Masse des Substrates ist. Für das n-leitende Slliciummaterial mit einem spezifischen Widerstand von 4 SL cm unterscheidet sich bei dem hier angegebenen Gleichgewicht das Oberflächenpotential von dem Potential in der Masse um einen Bruchteil von 1 Volt. Bei Gleichgewicht hat sich die Verarmungskapazität auf einen V'ert erhöht, der in Relation zu seinem Anfangswert gross ist. Die bei Gleichgewicht in der Zelle gespeicherte Gesamtladung ist etwa gleich dem Produkt der dielektrischen Kapazität und der angelegten Spannung abzüglich der Schwellwertspannung, Die

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."■c.iwellv/ertspannung wird definiert als die Spannung, bei der c'ie 'ucit iiähigkeiis- und Valenzbänder derart gebogen sine, dass die potentialdifferenz zwischen dem Valenzband an der Ober- :.'Iriche und dem Massen-Fermi-Niveau gleich der PotentialdifZeror.z zwischen dem Leitfähigkeitsband und dem Fcrmi-Niveau in t'.er Masse des Halbleiters^; ist. Wenn nichts anderes unternommen wird, verbleibt die Ladung in der Inversionsschicht, wenn ein Gleichgewicht hergestellt ist. Eine weitere thermische Erregung des Halbleiters oder eine weitere Belichtung der Zelle mit Strahlung hat im wesentlichen keinen Einfluss darauf. Wenn die platte wieder auf Erdpotential gebracht wird, nachdem die Zelle vollständig geladen ist, bricht das Feld in der Zelle zusammen. Demzufolge v/erden die Minoritätsträger in der Inversionsschicht freigelassen oder in die Ilalbleitermasse injiziert, und es fliesst ein entsprechender Verschiebungsstrom in der äusscren Schaltung, die einen Leiter mit dem Substrat verbindet. Sollte eine Ladungsinjektion in die Inversionsschicht vor einer Sättigung der Zelle auftreten, d.h. bevor cas Oberflächenpotential einen Gleichgev/ichtswert erreicht,' wird selbstverständlich ein Stromfluss erhalten, der diesen ^T'ert der Ladungsspeicherung darstellt. Gemäss" einem Merkmal der vorliegenden Erfindung v/erden die hier geschaffenen Leiter-Isolator-IIaibleiterzellen in verschiedenen Betriebsarten bzw. -modi betrieben, wie es noch eingehender im folgenden in Verbindung mit den Figuren 8Λ - SF, CA - CF und 10Λ - 1OF beschrieben wird, bevor ein Gleichgewicht erreicht wird.

ϊ:ν: betrieb einer Anordnung bzw. Reihe würde eine Zelle auf Grund von Strahlung während einer ersten Zeitperiode Ladung speichern. Diese erste Zeitperiode sollte kleiner eingestellt sein, als sie auf Grund einer vollständigen Sättigung vor» eir.igon Zellen der Anordnung bzw. Reihe sein würde. Eine Ausgabe bzw. Anzeige der gespeicherten Ladung wird während einer zweiten nach folgenden Zeitperiode durchgeführt, die gewöhnlich wesentlich kurzer als die erste Periode ist. Eine Zelle speichert Ladung, während die anderen Zellen der Anordnung der Reihe nach abgefragt werden. Die zweite Periode sollte langer

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sein als die Zeit, die die injizierten Träger benötigen, um aus der zunächst verarmten Zone zu diffundieren, sich in dieser zu rekombinieren oder auf einem anderen Weg aus dieser entfernt zu werden, um eine Sammlung von vorher gespeicherter und injizierter Ladung zu vermeiden. Die untere Grenze der Abtastgeschwindigkeit für eine Anordnung bzw. Reihe gegebener Grosse wird durch die Intensität der aufgenommenen Strahlung, die Speicherungskapazität einer Zelle und die Geschwindigkeit bzw. Rate der thermischen Erzeugung von Trägern bestimmt. Die obere Grenze wird selbstverständlich durch die oben erwähnten Diffusions- und Rekombinationszexten festgelegt.

Wenn die Zellen einer Anordnung für eine lange Zeitperiode Strahlung ausgesetzt sind, werden sie vollständig mit Ladung gefüllt, d.h. es wird ein Gleichgewicht erreicht, und sie liefern eine sehr kleine Information auf dem abgetasteten Bild.

Der der integrierenden Kapazität parallel geschaltete Schalter wird während einer dritten Periode geschlossen, während eine Zelle Ladung speichert, und wird während einer vierten Periode geöffnet, wenn Ladung von einer Speicherungsstelle in das Substrat injiziert wird. Es wurde oben darauf hingewiesen, dass, da der gleiche Schalter für jede Zelle verwendet wird, dieser viele Male geöffnet und geschlossen wird während der Speicherungsperiode der Zelle oder der Zeit, in der die Vorrichtung nicht abgefragt wird. Da jedoch das Substratpotential in der Nähe des Erd- oder Referenzpotentials liegt, ist die Speicherfunktion im wesentlichen unbeeinflusst. In der bevorzugten Betriebsart wird der Schalter im Augenblick der Wiederherstellung der Verarmung in der Zelle für einen Zyklus einer folgenden Zelle geschlossen, und wird als die Rückstellzeit bezeichnet, und wird im Augenblick der Ladungsinjektion in das Substrat geöffnet.

Minoritätsträger werden in dem Substrat einer Zeile auf Grund thermischer Energie bei einer Geschwindigkeit und auf Grund von Photonenfluss auf Grund einer anderen Geschwindigkeit erzeugt. Thermische Energie allein bewirkt, dass eine Zelle

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ein Gleichgewicht über ein bestimmtes Zeitintervall erreicht, das durch die thermische Erzeugungsgeschwindigkeit von Minoritätsträgern bestimmt wird. Photonenenergie allein bewirkt,'

em

dass eine Zelle ein Gleichgewicht über ein anderen Zeitintervall erreicht, das durch die Photonen-Erzeugungsgeschwindigkeit der Minoritätsträger· bestimmt wird.

Für eine Anordnung brauchbarer Zellen sollte die Geschv/indigkeit der Photonenerzeugung von Minoritätsträgern vorzugsweise grosser sein als die thermische Erzeugungsgeschwindigkeit über einen Abtastzyklus. Würden die Zellen einer Anordnung in der thermischen Erzeugung von Trägern gleichförmig sein, könnte die thermische Geschwindigkeit die Pnotonengeschwindig-* keit übersteigen und es würde trotzdem ein brauchbares Signal erhalten. Wenn die thermische Geschwindigkeit der Erzeugung von Trägern nicht gleichförmig ist, stellt die Zelle mit der höchsten thermischen Erzeugungsgeschwindigkeit die Photpnengeschwindigkeit ein, für die der Sensor vermutlich ausgelegt sein würde. ·

Es werden nun die Figuren 4,5,6 und 7 beschrieben, die eine Bildabtastanordnung 80 aus Strahlungsabtastvorrichtungen 81 zeigen, wie beispielsweise die in den Figuren 2Λ, 2B und 2C beschriebene Vorrichtung 50, die in vier Reihen und Spalten angeordnet sind. Die Anordnung enthält vier Reihenleiterleitungen, die jeweils die reihen-orientierten Platten einer entsprechenden Reihe der Vorrichtungen verbinden und die von oben nach unten mit X-, X₂, X₃ und X₄ bezeichnet sind. Die Anordnung umfasst weiterhin vier Spaltenleiterleitungen, die jeweils die spalten-orientierten Platten einer entsprechenden Spalte von Vorrichtungen verbinden und die von links nach rechts mit Y-, Y₂, Y₃ und Y. bezeichnet sind. Leitende Anschlüsse zu den Leitungen sind über leitende Stege oder Kontaktfahnen 82 hergestellt, die an jedem Ende von jeder der Leitungen vorgesehen sind. Auch wenn es in Figur 4 erscheinen mag, dass die Reihenleiterleitungen die Spaltenleiterleitungen kreuzen, so sind die Reihenleiterleitungen von den Spaltenleiterleitungen durch eine Schicht 84 aus transparentem

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Glas isoliert, wie es aus den Figuren 5, ß und 7 deutlich wird. In Figur 4 ist die Aussenlinie der unter der Glasschicht 84 liegenden Struktur aus Klarheitsgründen ausgezogen gezeigt.

Die Anordnung enthält ein Substrat oder Plättchen (wafer) 85 aus Halbleiterraaterial mit n-Leitfähigkeit, über dem eine Isolierschicht 86 ausgebildet ist, die eine Hauptflache des Substrates 85 berührt. In der Isolierschicht sind zahlreiche tiefe Aussparungen 87 ausgebildet, die jeweils für eine entsprechende Vorrichtung 81 vorgesehen sind. Demzufolge ist die Isolierschicht 86 mit einem dicken oder wulstartigen Abschnitt 88 versehen, der zahlreiche dünne Abschnitte 89 an der Unterseite der Vertiefungen umgibt. Auf dem Boden oder dem Basisabschnitt von jeder Vertiefung ist ein Paar im wesentlichen gleicher leitfähiger Platten oder leitfähiger Teile 91 und mit rechtwinkligem Umriss angeordnet. Die Platte 91 wird als eine reihen-orientierte Platte und die Platte 92 wird als eine spalten-orientierte Platte bezeichnet. Die Platten 91 und 92 einer Vorrichtung 81 sind im engen Abstand zueinander entlang der Richtung einer Reihe und mit im wesentlichen parallelen benachbarten Kanten angeordnet. Betrachtet man die Anordnung von links nach rechts so ändern die reihen-orientierten Platten 91 ihre seitliche Lage in Bezug auf die spalten-orientierten Platten 92. Demzufolge sind die reihen-orientierten Platten 91 von Paaren benachbarter Vorrichtungen einer Reihe benachbart und durch einen Leiter 93 miteinander verbunden, der einstückig mit der Bildung der Platten 91 hergestellt wird. Mit einer derartigen Anordnung wird eine·einzige Verbindung 94 von einer Reihenleiterleitung durch ein Loch in der erwähnten Glasschicht 84 mit dem Leiter 93 hergestellt, der zv/ei reihen-orientierte Platten verbindet. Die spalten-orientierten Leiterleitungen werden einstückig mit der Ausbildung der spalten-orientierten Platten 92 hergestellt. Der der Oberfläche benachbarte Abschnitt des Substrates 85, der unter dem Raum zwischen den Platten 91 und 92 von jeder Vorrichtung 81 liegt, wird mit einem Bereich 96 mit p-Leitfähigkeit versehen,

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der dem p-leitenden Bereich 56 gernäss Figur 2Λ entspricht. Ein Bereich 97 in dem Substrat weist ebenfalls p-Leitfähigkeit auf und wird gleichzeitig mit der Bildung des p-leitenden Bereiches 96 gemäss einer Diffusionstechnik für deren Ausbildung hergestellt, bei der die Platten 01 und 02 als Diffusionsmasken verwendet werden. Die Glasschicht 84 liegt über dem dicken Abschnitt 88 und dem dünnen Abschnitt 89 der Isolierschicht 86 und den Platten 91 und 92, den Leitern 93 und deren spalten-orientierten Leitungen Y-, - Y₄, abgesehen von deren Anschlussfahnen 82. Die Glasschicht 84 kann einen ^kzeptor-Aktivator 33 enthalten und kann in der Ausbildung der p-leitenden Bereiche 96 und 97 verwendet werden. Auf der Ilauptflache des Substrates ist gegenüber der Hauptfläche, auf der die Vorrichtungen 81 ausgebildet v/erden, eine ringförmige Elektrode 08 vorgesehen. Eine derartige Verbindung mit dem Substrat gestattet, dass die Rückfläche und desgleichen auch die Frontfläche Strahlung von einem abzutastenden Objekt aufnimmt.

Die Bildabtastanordnung 80 und die Vorrichtungen 81, von denen sie gebildet wird, kann unter Verwendung verschiedener Materialien und in einer grossen Vielfalt von Grossen durch bekannte Techniken zur Herstellung integrierter Schaltungen hergestellt werden. Es wird nun ein bestimmtes Beispiel einer Anordnung beschrieben, bei dem spezifische Materialien und spezifische Abmessungen verwendet werden. -Das Halbleitermaterial ist ein Plättchen aus monokristallinem Silicium mit n-Leitfähigkeitstyp', einem spezifischen Widerstand von Ί-Λ-cm und einer Dicke von 250 /im. Die Isolierschicht ist thermisch aufgewachsenes Siliciumdioxyd_; wobei die dünnen Abschnitte 80 von 0,1 /um,die unter den Platten liegen, getrennt aufgewachsen sind nach dem ^vtzen einer zunächst gleichförmigen Schichtdicke von 1 im aus thermisch aufgewachsenem Siliciumdioxyd, um darin die Vertiefungen 87 auszubilden. Die reihen-orientierten rechtwinkligen Platten 91 und die spalten-orientierten Platten 02 sind aus dampf-abgeschiedenem Molybdän hergestellt. Die blatten sind 30,5 χ 22,9/Um gross und benachbarte Kanten sind in einem Abstand von 5/Um angeordnet. Die Verbindungen 93 zwischen benachbarten reihen-orientierten Platten benachbar-

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— Zo —

ter Vorrichtungen einer Reihe und die Spaltenleiterleitungen Y - Y. bestehen ebenfalls aus Molybdän und sind einstückig mit der Ausbildung der reihen-orientierten Platten Ol und spalten-orientierten Platten 92 hergestellt. Die Isolierschicht 84 ist ein Borsilikatglas, das über den Platten Pl und 92 und deren Leitern durch Dampf abgeschieden ist. 'wie im folgenden noch erläutert wird, ist die p-leitende Zone in dem Substrat durch Diffusion aus der Borsilikat-Glasschicht 84 durch den dünnen Abschnitt 89 der Siliziumoxydschicht 86 hindurch gebildet. Die reihen-orientierten Leitungen X - X. sind aus dampf-abgeschiedenem Aluminium gebildet, das über der Isolierschicht 84 liegt. Öffnungen 90 in der Isolierschicht 84 über den Leitern 93, die benachbarte reihen-orientierte Platten 91 von benachbarten Vorrichtungen einer Reihe verbinden, ermöglichen die Herstellung von hindurchführenden Verbindungen 94, so dass alle reihen-orientierten Platten einer Reihe mit der Reihenleiterleitung der entsprechenden Reihe verbunden werden. Die Ringelektrode 98 bildet einen ohmischen Kontakt mit dem Substrat.

Ausgehend von dem Siliziumplättchen 85 mit n-Leitfähigkeitstyp wird eine dünne Schicht von Feldoxyd 86 thermisch darauf aufgewachsen. Bis zur Oberfläche des Siliziumplättchens füh- rende Vertiefungen werden in der Oxydschicht 85 ausgebildet, wobei übliche photolithographische Techniken verwendet werden. Anschliessend werden die dünnen Abschnitte 89 der Schicht bis zur gewünschten Dicke thermisch aufgewachsen, um die Basisabschnitte der Aussparungen 87 zu bilden. Über den freiliegenden Abschnitten der Isolierschicht wird eine Molybdänschicht mit einer Dicke von 0,4 yü durch Dampf abgeschieden. Die Molybdänschicht wird mit einem Muster versehen, wobei konventionelle photolithographische Techniken angewendet werden, um die Platten 91 und 92, die Leiter 93 und die spaltenorientierten Leitungen Y- - Y zu bilden. Als nächstes wird das Niedertemperatur-Borsilikatglas über dem Plättchen abgeschieden, um die Isolierschicht 84 zu bilden. Das Plättchen 85 wird erhitzt, um Bor aus der Schicht 84 heraus durch die

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dünnen Abschnitte 89 der Schicht 36 in die Basisabschnitte der Vertiefungen 87, die durch die Molybdänleiter nicht maskiert sind, und in das Siliciumsubstrat hinein zu drücken, um in diesem die Bereiche bzw. Zonen 96 und 97 des p-Leitfähigkeitstyps auszubilden. Die Isolierschicht 84 wird mit einem Muster aus Löchern 99 versehen, die durch die Leiter 33 hindurchführen, und anschliessend wird eine Schicht aus Aluminium mit einer Dicke von 1 ^u dui*ch Verdampfung über der Oberfläche der Isolierschicht 84 ausgebildet. Die Aluminiumschicht erstreckt sich in die Löcher 99 hinein und stellt eine Verbindung mit den Leitern 93 her. Die Aluminiumschicht wird in der Weise ausgeformt, dass die reihen-orientierten Leiterleitungen X- - X. gebildet werden.

Die Figuren 8A - 8D stellen Stufen in dem Betrieb einer Vorrichtung 81 der Bildabtastanordnung 80 gemäss Figur 4 dar, wenn die Anordnung auf der Basis von Reihe bei Reihe und Spalte bei Spalte abgetastet wird. Das Abtasten der Anordnung wird in Verbindung mit den Figuren 11 und 12A - 12 O näher beschrieben. Bei einem typischen Abtastzyklus der vollständigen Anordnung wird die Spannung auf der Reihenleiterleitung der abgetasteten Reihe von einer vierten vorbestimmten Spannung auf eine dritte vorbestimmte Spannung geändert und dann wieder auf die vierte vorbestimmte Spannung gebracht, nachdem alle Spaltenleiterleitungen abgetastet worden sind. Um jede Vorrichtung der Reihe nach in der Reihe der abgetasteten Vorrichtungen abzufragen, wird die Spannung auf.jeder der Spaltenleiter leitungen ihrerseits von einer ersten vorbestimmten Spannung auf eine dritte vorbestimmte Spannung verändert und dann wieder auf die erste vorbestimmte Spannung zurückgebracht, In den Diagrammen gemäss Figur 8Λ - 8D werden bestimmte Spannungswerte von -20, Obzw. -IO für die vierten, dritten und ersten vorbestimmten Spannungen verwendet. Die Werte von -20 Volt und -10 Volt liegen sicher jenseits der Schwellwertspannung von einigen Volt, was für die Zellen charakteristisch ist, aus denen die Vorrichtungen gebildet sind.

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Jede der Figuren 8A - 8D enthält eine Endansicht der Vorrichtung 81 und zeigt die reihen-verbundene oder reihen-orientierte Platte.91, die spalten-verbundene oder die spaltenorientierte Platte 92, die dünne Isolierschicht 89 und das Halbleitersubstrat 85. Unter jeder der Vorrichtungen in den Figuren befindet sich ein Diagramm, in dem die Abszisse die Strecke entlang der Oberfläche des Substrates darstellt und in der die Ordinate das ungefähre Oberflächenpotential 0_ς des Substrates darstellt. In Figur 8A stellt die Umrisslinie 105, die zweckmässigerweise als eine zusammengesetzte Potentialwelle bezeichnet wird, da sie aus zwei eng gekoppelten Potentialmulden gebildet ist, und zwar die eine unter der Platte 91 und die andere unter der Platte 92, die Potentialänderung entlang der Oberfläche des Substrates im Augenblick des Anlegens der angegebenen Spannungen dar, d.h. bei Fehlen der in den Zellen der Vorrichtung gespeicherten Ladung. Das Niveau bzw. der Wert 106 stellt das Potential an der Oberfläche des Substrates unter der Platte 91 dar, und das Niveau bzw. der Wert 107 stellt das Potential auf der Oberfläche des Substrates unter der Platte 92 dar. Auch wenn die Werte und 107 mit entsprechenden Werten -20 und -10 Volt dargestellt sind, so sind die tatsächlichen absoluten Werte um einen Faktor kleiner als angegeben, der von der Schwellwertspannung der Leiter-Isolator-Halbleiterstruktur und dem Verhältnis der Oxydkapazität zur Verarmungsschichtkapazität abhängt.

Auf sowohl thermisch erzeugte als auch durch Strahlung erzeugte Minoritätsträger in den Verarmungszonen der Zellen und innerhalb einer Diffusionslänge in den Zellen hin akkumulieren die Potential mulden und speichern derartige Minoritätsträger. Irgendwelche in dem Substrat unterhalb der spalten-orientierten Platte 92 erzeugte Minoritätsträger fliessen in die Potentialmulde unter der reihen-orientierten Platte 91 wegen der Differenz in den Potentialwerten 106 und 107, bis das Oberflächenpotential unter der Platte 91 auf einen Wert 108 ansteigt, der gleich dem Wert 107 ist, wie es in Figur 8B gezeigt ist. Die schraffierte Fläche bezeichnet gespeicherte Minoritätsträger, die im wesentlichen alle durch

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Photonen erzeugt wurden. Zweckmässigerweise wird diese Ladung als durch Photonen erzeugte Ladung Q bezeichnet. Der gezeigte Zustand ist eine maximale Ladungsspeicherung für die Vorrichtung und ist zu Zwecken der Erläuterung der Prinzipien der
Erfindung gewählt. Es sei angenommen, dass ein derartiger Zustand aus der Ansammlung von durch Photonen erzeugten Trägern im wesentlichen über 'einem Abtastzyklus der Vorrichtung der
Anordnung resultiert. Figur 8C stellt den Ladungsspeicherungszustand der Vorrichtung dar, der für eine Ausgabe der gespeicherten Ladung vorbereitet ist, d.h. wenn die Spannung der
reihen-orientierten Platte auf O herabgesetzt ist..Unter diesem Zustand wird die in der reihen-orientierten Zelle der Vorrichtung gespeicherte Ladung "umgekippt" oder fliesst in die
spalten-orientierte Zelle, wobei sie deren Oberflächenpotential auf den Gleichgewichtswert erhöht, der der Zweelcmässigkeit wegen mit O angegeben ist. Tatsächlich ist das Gleichgewicht-Oberflächenpotential um einen festen Wert, wie es- vorstehend bereits ausgeführt wurde, kleiner als O,aber nahe genug bei O, um die Erfindung zu beschreiben. Die wichtigen
Überlegungen sind, dass es einen festen Wert in Relation zu
Ardpotential und einen Wert aufweist, der von dem Wert bei
der anfänglichen Verarmung genügend getrennt ist, um eine
Speicherung von durch Photonen erzeugten Ladung zu gestatten. Figur 8D stellt den Ladungsspeicherungszustand der Vorrichtung nach dem Erhöhen der Spannung der spalten-orientierten
blatte 92 auf O dar, damit die gespeicherte Ladung in das
Substrat injiziert wird. Aus Zweckmässigkeitsgrüntien ist die
injizierte Ladung als ein Block der Ladung 0 gezeigt, der von der Nullachse des Kurvenbildes getrennt ist. Es sei darauf
hingewiesen,dass einige der Minoritätsträger, die in den Verarmungszonen der Zellen der Vorrichtung erzeugt werden, die
schnellen Oberflächenstellen an der Oberfläche des Substrates ausfüllen, da deren Belegungswahrscheinlichkeit
durch das Biegen der Leitfähigkeits- und Valensbänder des
Substrates in dem der.Oberfläche*benachbarten Voschnivt

auf die angelegte Speicherspannung hinjerhöht wurde Diese Ladung wird bei '"'nderung der Spannung auf der ~>latte C2 \uf 0 injiziert. Die injizierte Ladung wird in der V/eise ab-

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getastet, wie es in Verbindung mit den Figuren 2\, 2B und 2C beschrieben wurde und wie es in Verbindung mit Figur 12 noch näher beschrieben wird. Die gespeicherte Ladung O ist proportional zum Zeitintegral des Strahlungs- oder Photonenflusses, der durch die Verarmungszonen der Zellen der Vorrichtungen aufgenommen wird und entspricht einem Sättigungswert der aufgenommenen Strahlung. Die reihen-orientierte und spalten-orientierte Plattenspannung wurde im Verhältnis von 2:1 ausgewählt, so dass unter dem in Figur 8C dargestellten Zustand die spalten-orientierte Zelle in der Lage sein würde, die gesamte Ladung in der Vorrichtung zu speichern, ohne dass eine unerwünschte Injektion der überschüssigen Ladung in das Substrat die Folge ist. Es wird deutlich, dass, wenn weniger als die maximale Ladung Q in einem Zyklus der Zelle gespeichert sein würde, diese Ladung insgesamt injiziert werden würde.

Nachdem die gespeicherte Ladung injiziert worden und aus dem Verarmungsbereich der spalten-orientierten Zelle verschwunden ist, wird deren Platte 92 auf -10 Volt herabgesetzt, u;n eine Potentialmulde zu erzeugen, wie. sie in Figur 8C ohne die gespeicherte Ladung Q gezeigt ist. Nachdem die Vorrichtungen einer Reihe abgetastet worden sind, werden die Spannungen der Reihenleitung und demzufolge den reihen-orientiertenPlatte 91 auf -20 Volt herabgesetzt, um im wesentlichen die zusammengesetzte Potentialmulde 105 zu erzeugen, wie sie in Figur 8A gezeigt ist. Dies vervollständigt die zyklische Arbeitsweise der Vorrichtung der Anordnung.

Es wird nun auf Figur 8E eingegangen, die den Zustand der Zellen einer Vorrichtung in einer Spalte, die für eine Ausgabe adressiert ist, aber in einer anderen Reihe als der zur Ausgabe gebrachten darstellt. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ladung, die der Einfachheitjhalber als maximale gespeicherte Ladung Q gezeigt ist, in der reihen-orientierten Zelle beibehalten wird, während die Spannung der spalten-orientierten Zelle auf 0 herabgesetzt ist. Somit gewinnt keine Vor-

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richtung, die ''halb-gewählt" ist, keine Ladung beim Anheben der Spannung der spa,lten-orientierten Platte auf O. Es sei bemerkt, dass schnelle Oberflächenladung injiziert wird; sie ist jedoch klein, im Vergleich zur gespeicherten Ladung und sie ist nicht variabel mit durch Photonen erzeugten Ladungsraten.

Die Figuren 9Λ - 9D stellen Stadien in dem Zyklus einer Vorrichtung 81 gemäss der vorliegenden Erfindung dar, die esiakt den in den Figuren 8A - 8D beschriebenen Stadien mit gewissen Modifikati.on.en entsprechen, um die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung zu verbessern. Die dritte vorbestimmte Spannung, auf die die reihen-orientierte Platte 91 verändert wird, um Ladung vpn der reiften-orientierten auf die spalten-orieptierte Zelle ζμ übertragen,und auf die die spalten-orientierte Platte Ö2 verändert ist, ura eine Injektion vpn Ladung zu bewirken, ist nun auf -5 Volt eingestellt. Diese Spannung, liegt oberhalb der Schwellwertspannung der Zellen. Ein Betrieb der Zellen der Anordnung oberhalb der Schwellwertspannung liefert eine gute Leitfähigkeit zwischen den Zellen für einen Ladungsübergang zwischen diesen. Die Existenz einer Inversionsschicht ays Jtfinoritätsträgerladung 'bei dieser Spannung vermeidet irgendwelche Probleme, die durch Nichtgleichförmigkeit der Schwellwertspannijngen der Vorrichtungen der Anordnung hervorgerufen werden, vpn der sie ein Teil sind, und §ie vermeidet auch, die Injektion vpn Ladung, die die schnellen Oberfläfihepstellen in den. Vorrichtungen füllt, wenn diese sich in dera in Figur 0E dargestellten Halbwählzustand befinden. Auf diese Möglichkeit ist in Verbindung mit Figur 8E hingewiesen. IJm für die gleiche ILadungsspeicher kapazität in der Vorrichtung gemftss, fan figuren 94 - 9Q au sorgen, wie in der vorrichtung g©flipf§ den figuren 8A - 8p_f i«?t die Spannung der reihen^arientieFten Platte 3u£ *·'4§ und die spannung der ^ spalten-orientierte» Platte auf -IS Volt eingestellt.

Die peripdische Arfeeitsweise der Vorrichtung 81 gemüse den Figuren ΘΑ - Qp ist der zyklischen ArReitsweiee der vorrich-

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tung unter den Betriebsbedingungen gemäss den Figuren SA 8D ähnlich. Figur 9Λ stellt den Beginn eines Betriebszyklus der Vorrichtung dar, d.h. den Augenblick der Rückkehr sov/ohl der spalten-orientierten Platte 92 als auch der reihen-orientierten Platte 91 der Vorrichtung 81 auf ihre Speicherpotentiale. Die Ladung Q¹, die als iterative Ladung bezeichnet und in der zusammengesetzten Potentialmulde 110 unter der reihen-orientierten Platte 91 gespeichert gezeigt ist, hat ihren Ursprung in der änderung der Spannung auf den spaltenorientierten und reihen-orientierten Platten auf eine von O abweichende Spannung, um eine Injektion der gespeicherten Ladung zu bewirken. Ihr Ursprung wird deutlich aus der Erläuterung der periodischen Arbeitsweise der Vorrichtung 91, Die Ladungskomponente Q' ist in den Potentialmulden zur Identifikation und Erläuterung durch eine Schraffur gezeigt, die zur Schraffur der durch Photonen erzeugten Ladung Q senkrecht verläuft. Am Beginn des Zyklus beträgt das Potential an den Oberflächenabschnitten des Substrates 85, die unter der spalten-orientierten Platte 92 und der reihen-orientiertenblatte 91 liegen, -15 Volt, wie es durch das Niveau 111 angegeben ist. Figur 9B zeigt, dass die maximale durch Photonen erzeugte Ladung Q, die in der Vorrichtung gespeichert ist, und die iterative Ladung Q' ein Oberflächenpotential von -10 Volt erzeugen, was durch das Niveau 112 angegeben ist. Vor der Injektion der durch Photonen erzeugten Ladung Q wird das Potential auf der reihen-orientierten Platte 91 auf -5 Volt verändert, wodurch die Ladungsverteilung der unter den Platten liegenden Potentialmulden erzeugt wird, die in Figur 9C dargestellt ist. Als nächstes wird das Potential der spalten-orientierten Platte 92 auf -5 Volt verändert, wodurch eine Ladung, die über das hinaü^ehfc, was die unter den Platten liegenden Potentialmulden von -5 Volt halten können, was durch die durch Photonen erzeugte Ladung Q dargestellt ist, in das Substrat injiziert wird, wie es in Figur 9D beschrieben ist. Im Betrieb der Vorrichtung in einer Anordnung würde sich die iterative Ladung Q¹ über den ersten wenigen Betriebszyklen ansammeln. Die Ansammlung und Existenz derar-

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tiger Ladung ist wesentlich für die in den Figuren OA - DD dargestellte Betriebsweise, wobei die daraus resultierenden Vorteile vorstehend hervorgehoben wurden. Nachdem die gespeicherte Ladung Q injiziert worden und aus der Verarmungszone der spalten-orientierten Zelle verschwunden ist, wird die Platte 02 auf -15 Volt herabgesetzt, um eine Potentialmulde, wie sie in Figur 9C gezeigt ist, ohne die durch Photonen erzeugte Komponente der Ladung Q zu erzeugen. Nach Abschluss des Abtastens der Reihe wird die reihen-orientierte Platte v/ieder auf -25 Volt gebracht, um darin die zusammengesetzte Potentialmulde mit der iterativen Ladung Q' auszubilden, wie es in Figur 9Λ gezeigt ist. Dies schliesst den Zyklus der Vorrichtung der Anordnung. Es sei darauf hingev/iesen, dass Ladung gespeichert wird, während sich die Vorrichtung 81 in den verschiedenen Selektionszuständen zur Ausgabe und Rückkehr von einem derartigen Zustand zu dem in Figur 9Λ dargestellten Zustand befindet.

Ds wird nun Figur 9E beschrieben, die die Zustände der Zellen einer Vorrichtung 81 in einer Spalte, die zur Ausgabe adressiert ist, aber in einer anderen Reihe als derjenigen Reihe darstellt, die abgefragt wird.'Es sei darauf hingewiesen, dass die maximale durch Photonen erzeugte Ladung Q und die iterative Ladung Q' die unter der reihen-orientierten Platte Cl liegende Potentialmulde so weit füllen, dass ein Oberflächenpotential von -5 Volt erzeugt wird, das gleich dem unter der ripalten-orientierten Platte 92 liegenden Oberflächenpotential ist. Demzufolge wird eine Injektion von Oberflächenladung, wie sie in Verbindung mit Figur SE beschrieben wurde= vermieden und zusätzlich wird eine Sicherheitsgrenze geschaffen für ein unerwünschtes Überspülen von in den Potentialmulden angesammelter Ladung und demzufolge eine unerwünschte Ladungsinjektion.

In den Figuren 1O\ - IOD sind Stadien in der periodischen Arbeitsweise einer Vorrichtung 81 gemäss der vorliegenden Tlrfindung dargestellt, die exakt den in den Figuren SA-CD

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BAD ORtQINAL

dargestellten Stadien entsprechen, wobei gewisse r.Iodiiikationen vorgenommen sind, um die Ladungsspeicherkapazität zu verdoppeln. Die Speicherspannung, die an die spalten-orientierte Platte 02 angelegt ist, wird der Speicherspannung gleich gemacht, die an die reihen-orientierte Platte Gl angelegt wird. Demzufolge wird Ladung in den Potentialmulden gespeichert, die unter beiden Platten liegen. Die Verwendung von -5 Volt auf der reihen-orientierten Platte 91 und der spalten-orientierten Platte 92_; um einen Ladungsübergang und eine Injektion zu bewirken, stellt eine gute Leitfähigkeit in dem Substrat unter beiden Platten sicher und ermöglicht demzufolge, dass Ladung zwischen den Zellen für eine Ausgabe leicht übertragen wird, wie es in Figur IOD dargestellt ist, und dass eine Injektion unter dem Halbwählzustand vermieden wird, wie es in Figur 1OE dargestellt ist. Die iterative Ladung Q' tritt aus Gründen auf, die in Verbindung mit Figur GA - 9D angegeben wurden. Die iterative Ladung Q' wird in der zusammengesetzten Potentialmulde 114 gespeichert, die unter beiden Platten liegt, wie es an dem Wert 115 in Figur 1OA gezeigt ist. Figur 1OB zeigt die durch Photonen erzeugte Ladung Q zusammen mit der iterativen Ladung Q', die in der unter beiden Platten liegenden zusammengesetzten Potentialmulde gespeichert ist und die dadurch das Oberflächenpotential auf einen Wert 116 erhöht. Figur IOC zeigt die Vorbereitung der Vorrichtung für eine Ausgabe bzw. Anzeige durch eine Änderung des Potentials der reihen-orientierten Platte 01 auf das Übergangspotential von -5 Volt. Es ist zu beachten, dass die iterative Ladung Q* und die durch Photonen erzeugte Ladung Q die resultierende zusammengesetzte Mulde 117 vollständig füllen. Eine Änderung der Spannung auf der spalten-orientierten Platte 92 auf Injektionspotential von -5 Volt bewirkt eine Injektion der durch Photonen erzeugten Ladung Q und eine Beibehaltung der iterativen Ladung Q'. Figur 1OE zeigt den Ladungsspeicherungszustand einer "halb-gewählten" Vorrichtung 81, wenn sie eine maximale durch Photonen erzeugte Ladung enthält.

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Dei den in Verbindung mit den Figuren 8Λ - SE, ΟΛ - GE und 1ΟΛ - 1OS beschriebenen Betriebsarten ist das Ladungsübertragungspot ential auf der reihen-orientierten Platte Cl das gleiche wie das Ladungsinjektionspotential, das auf den spalten-orientierten Platten 92 verwendet wird. Die Vorrichtungen arbeiten in gleicher Weise, wenn das Übertragungspotential und das Injektionspotential unterschiedlich sind, unter dieser Bedingung ist jedoch die maximale speicherbare Ladung verkleinert. Das Potential, auf das die reihen-orientierte Platte 91 zurückkehrt, wenn es anders als das gleiche Potential ist, auf das die spalten-orientierte Platte verändert wird, kann zweckmässigerweise als das fünfte Potential bezeichnet werden.

In Figur 11 ist ein Blockdiagramm von einem System gezeigt, das die Bildabtastanordnung 80 gemäss Figur 4 enthält, um ein Video-Signal zu liefern auf Grund von Strahlung, die beispielsweise durch ein nicht gezeigtes Linsensystem auf die Anordnung geworfen ist. Ferner ist eine Anzeigevorrichtung 120 in das System geschaltet, wie beispielsweise eine Kathodenstrahlröhre, um das Video-Signal in eine visuelle Anzeige des Bildes umzuwandeln. Das System wird in Verbindung mit den Figuren 12A - 12 0 beschrieben, die auf eine gemeinsame Zeitskala bezogene Kurvenbilder der Amplitude über der Zeit von Signalen zeigen, die an verschiedenen Punkten in dem System gemäss Figur 11 auftreten. Die Stelle des Auftretens eines Signales gemäss den Figuren 12Λ - 12 0 ist in Figur 11 durch eine Buchstabenbezeichnung angegeben, die der Buchstabenbezeichnung der jeweiligen Figur entspricht. Die Amplituden der Signale der Figuren 12A - 12 0 sind nicht auf eine gemeinsame Spannungs- oder Stromskala bezogen. Dies ist aus Gründen der Klarheit der Beschreibung des Betriebes des erfindungsgemässen Systems geschehen. Die Betriebsart für die Vorrichtungen der Anordnung gemäss Figur 11 ist diejenige, die in Verbindung mit den Figuren 9A - 9E beschrieben wurde.

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Das System enthält einen Zeitimpulsgenerator 121, der eine Reihe regelinässig auftretender Impulse von kurzer Dauer erzeugt, die zur Zeitsteuerung des Bildabtast-Subsystems und des Anzeige-Subsystems dafür verwendet werden. Die Ausgangsgrösse des Impulsgenerators 121 ist in Figur 12A gezeigt, die Impulse 122 zeigt, die der Reihe nach an Zeitpunkten t-, - t_R auftreten und einen halben Abtastzyklus des Betriebes der Anordnung darstellen. Der Ausgang des Zeitimpulsgenerators ist an einen ersten Zähler 123 gelegt, der die Zählung des Zeitimpulsgenerators durch vier dividiert. Die Ausgangsgrösse des ersten Zählers 123 wird auch einem zweiten Zähler 124 zugeführt, der die zugeführte Zählung nochmals durch vier dividiert .

Die Ausgangsgrösse des zweiten Zählers 124 wird dem Reihenleitungsdekoder und Treiber 125 zugeführt, der während eines Betriebszyklus vier Ausgangsgrössen entwickelt, die jeweils einer entsprechenden der Reihenleiterleitungen X.. - X der

X *i

Anordnung zugeführt werden, wobei in den Kurvenbildern gemäss den Figuren 12B und 12C nur die ersten und zweiten Ausgangsgrössen dargestellt sind. Die erste Ausgangsgrösse 126, die in Figur 12B gezeigt ist, wird der Reihenleiterleitung X₁ zugeführt und die zweite Ausgangsgrösse 127, die in Figur 12C gezeigt ist, wird der Reihenleiterleitung X₂ zugeführt. Die erste Ausgangsgrösse steigt von -25 Volt auf -5 Volt an, wo sie bis zur Zeit t. verbleibt, wo sie auf -25 Volt abfällt. Auf dieser Spannung bleibt sie während des restlichen Zyklus. Zur Zeit t. steigt die zweite Ausgangsgrösse von -25 Volt auf -5 Volt an, wo sie bis zur Zeit to bleibt, wonach sie auf -5 Volt abfällt und dort für den Rest des Abtastzyklus bleibt. In ähnlicher V/eise steigt zur Zeit t_g die nicht gezeigte dritte Ausgangsgrösse von -25 Volt an, wo sie bis zu einer Zeit verbleibt, zu der der zwölfte Impuls des Zeitimpulsgcnerators auftritt. Dann fällt sie auf -25 Volt ab, wo sie stehen

bleibt. Schliesslich hat während der Zeit zwischen den zwölfgroße
ten und sechzehnten Ausgangs/von dem Zeitimpulsgenerator die nicht gezeigte vierte Impuls einen Wert von -5 Volt und einen Wert von -25 Volt während des restlichen Abtastzyklus. Da je-

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ce dor Leitungen X - X über einen entsprechenden Trennwiderstand 131 - 134 mit einem durch eine Schwelle 130 gelieferten Potentialpunkt von -25 Volt in Bezug auf Erde verbunden ist, bewirken die zugeführten Ausgangsgrössen aus dem Reihenleitungsdekoder und Treiber 125 einen Potenitialanstieg auf jeder der Leitungen X- - X. der Reihe nach von -25 Volt auf -5 Volt. Wie vorstehend in Verbindung mit den Figuren 9Λ OE ausgeführt wurde, erhöht die Anhebung des Potentials der Reihenleiterleitung das Potential der reihen-orientierten Platten 91 der damit verbundenen Vorrichtungen 81 und ermöglicht eine Ausgabe der Vorrichtungen durch Anlegen der Ausgabepotentiale an die spalten-orientierten Platten S2.

Die Ausgangsgrösse des Zeitimpulsgenerators 121 wird auch dem Zeitgeber- und Steuerschaltungsblock 135 zugeführt, der zahlreiche Ausgangsgrössen für das System liefert. Der Spaltenleitungsdekoder und Treiber 136 erhält eine Eingangsgrösse von dem Zeitgeber- und Steuerschaltungsblock 135 und Eingangsgrössen von dem ersten Zähler 123, um vier Ausgangsgrössen 137 - 140 zu liefern, die auf entsprechende '.,'eise in den Figuren 12D - 12G gezeigt sind und die einem entsprechenden Zeitimpuls entsprechen, die zu den Zeitpunkten t- - t. auftreten. Jede der Ausgangsgrössen werden einer entsprechenden der Spaltenleiterleitungen Y- - Y. zugeführt, wobei die Ausgangsgrössen 137 - 140 entsprechende Impulsabschnitte 137' - 140' aufweisen. Jede Ausgangsgrösse steigt von -15 Volt auf

-5 Volt an, wo sie für ein Zeitintervall verbleibt, und änschliessend kehrt sie auf -15 Volt zurück. Da jede der Leitungen Y₁ - Y. über einen entsprechenden Trennwiderstand 141-144 mit einen durch eine Quelle 145 gelieferten Potentialpunkt von -15 Volt in Bezug auf Erdpotential verbunden ist, bewirken die von dem Spaltenl-eitungsdekoder und Treiber I36 daran angelegten lusgangsgrössen einen Potentialanstieg auf jeder der Leitungen Y- - Y- der Reihe nach von -15 Volt auf

-5 Volt. Wie oben bereits in Verbindung mit den Figuren 9Λ GE ausgeführt v/urde, erhöht die Anhebung des Potentials einer spalten-orientierten Leitung das Potential der spalten-orientierten Platten S2 der damit verbundenen Vorrichtungen 81 und

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demzufolge v/erden Minoritätsträger, die in der Vorrichtung in der für eine Ausgabe gewählten Reihe gespeichert sind, in das Substrat der Anordnung injiziert. Das Intervall, zu dem die Spaltenleiterleitung auf -5 Volt gehalten wird, wird so eingestellt, dass die injizierten Träger aus dem Speicherbereich verschwinden können. Die Wiederherstellung von -Ϊ5 Volt stellt die Vorrichtung für einen weiteren Betriebszyklus ein.

Der Stromfluss in der Schaltung mit dem Substrat der Anordnung über den Substratkontakt 98 in Abhängigkeit von einem sequentiellen Abtasten der Vorrichtungen in den ersten und

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zweiten Reihen der Anordnung ist in der Kurve/gemäss Figur 12II dargestellt. In dieser Figur sind acht Paare von Stromimpulsen gezeigt, die dem Stromfluss in der Schaltung mit dem Substrat während der Ausgabe der Vorrichtungen der ersten und zv/eiten Reihen in einer Sequenz entsprechen. Der erste auftretende Impuls von jedem Paar entspricht einem Stromfluss, der der Ausgabe von durch Strahlung erzeugten Ladung und einem gewissen Teil der Verarmung erzeugenden Ladung entspricht, die im Augenblick des Anlegens von Speicherpotential an die spalten-orientierte Platte 92 der Vorrichtung entspricht. Der zweite auftretende Impuls mit entgegengesetzter Polarität zu dem ersten auftretenden Impuls entspricht dem oben erwähnten Stromfluss, der aus dem Anlegen von Spannung an die spalten-orientierte Platte 92 der Vorrichtung resultiert. Der erste Impuls von jedem Paar tritt an der Vorderkante von einem entsprechenden der Spaltentreiberimpulse 137* - 140' auf und der zweite Impuls von jedem Paar tritt an der Hinterkante eines entsprechenden der Treiberimpulse 137' 140' auf. Die ersten Impulse sind mit verschiedenen Amplituden gezeigt, die verschiedenen Grossen der in verschiedenen Vorrichtungen der ersten zwei Reihen gespeicherten Ladung entsprechen. Die Amplituden der zweiten Impulse sind identisch, da die spalten-orientierten Zellen von jeder Vorrichtung identisch aufgebaut sind und demzufolge einen identischen Strom aufnehmen würden, der einen Lade- oder Verarmungsbereich erzeugt. Die wichtige Überlegung in diesem Zu-

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sammenhang ist nicht die Änderung bzw. Abweichung in derartigen Ladeströmen unter den Zellen, sondern vielmehr die Differenz im Ladungsfluss in das Substrat hinein, um die Anf-angsverarmung und die Ladung auszubilden, die bei Injektion der gespeicherten Ladung zurückfliesst. Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist bei Ladungsspeicherungswerten von O die Differenz O und nimmt progressiv zu bis zum maximalen Speicherungswert. Ein derartiger Zustand erzeugt eine leichte Nichtlinearität im Ansprechverhalten des Systems. Eine Integration der ersten und zweiten Impulse von jedem Impulspaar wird beispielsweise durch Aufladen eines Kondensators geschaffen, wobei die Spannung über dem Kondensator die Ladung darstellt, die in der Abtastvorrichtung 81 in der ersten Reihe und,der ersten Spalte gespeichert ist. Eine derartige Funktion wird von einem Kondensator 150 ausgeführt, der zwischen dem Substratkontakt 98 und Erde geschaltet ist. Der Kondensator 150 stellt im wesentlichen die Kapazitäten des Substrates 8'5 der Anordnung 80 in Relation zu. den Platten der Vorrichtungen 81

als die

dar, die andere sind / Vorrichtungen in der eine Ausgabe durchlaufenden Spalte, wie es in Verbindung mit Figur 2D erläutert wurde, und umfasst die Streukapazität, wie beispielsweise die Kapazität der Anordnungsleiter und der Kontaktfahnen, und kann auf Wunsch auch eine zusätzliche Kapazität umfassen. Ein N-Kanal-Feldeffekttransistor 151 ist vorgesehen, von dem der seine Source 153 und Drain 152 umfassender Kreis dem Kondensator 150 parallel geschaltet ist und dessen Steuerelektrode 154 mit dem Zeitgeber- und Steuerblock 135 verbunden ist, der die Rückstellimpulse 155 liefert, wie sie in Figur 12K gezeigt sind. Die Rückstellimpulse 155 schalten von Erdpotential auf eine positive Spannung um. Die Hinterkante 156 von jedem Rückstellirapuls weist die gleiche Lage auf wie die Vorderkante von einem entsprechenden Impuls der Spaltenleitungs-Treiberimpulse 137* - 140'. Demzufolge ist ausser während des Ausgabeintervalles für jede Vorrichtung 81 der Kondensator 180 kurzgeschlossen oder ein Nebenschluss nach Erde gelegt. Beim Auftreten eines Spaltentreiberimpulses werden zwei Stromimpulse, wie oben bereits erläutert wurde, er-

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zeugt, die durch den Kondensator 150 integriert werden und zu einem entsprechenden, zwei Vierte aufweisenden Ausgangsimpuls führen, wobei der erste Wert der Ladung des ersten Stromimpulses und der zweite Wert der Ladung des ersten Stromimpulses abzüglich der Ladung des zweiten Stromimpulses entsprechen. Die Ausgangsgrösse über dem Kondensator ist in der Kurve 157 gemäss Figur 12 I gezeigt, in der jeder der zwei Werte aufweisenden Impulse 158, die einen ersten Wert 15Sa und einen zweiten Wert 158b besitzen, einem entsprechenden Paar der Impulse gemäss Figur 1211 entsprechen. Im Falle des ersten und siebten Impulses der Kurve 157 ist der zweite Wert 0, wodurch angezeigt ist, dass keine durch Strahlung erzeugte Ladung in den entsprechenden Vorrichtungen gespeichert worden ist. Derjenige Zeitraum, der der Einfachheithalber als die erste vorbestimmte Periode bezeichnet wird, stellt diejenige Zeit dar, während der durch Strahlung hervorgerufene Ladung in einer Vorrichtung gespeichert wird, und diejenige Periode, die der Einfachheifhalber als eine zweite vorbestimmte Periode bezeichnet wird, stellt die Zeit dar, während der Ladung ausgegeben bzw. angezeigt wird und die dem Zeitintervall eines Spaltentreiberimpulses entspricht. Das dritte vorbestimmte Intervall entspricht derjenigen Zeit, während der der Rückstellschalter geschlossen ist, und das vierte vorbestimmte Intervall stellt die Zeit dar, während der der Rückstellschalter offen ist. Da der gleiche Kondensator 150 und der gleiche Schalter, der Transistor 151, bei der \usgabe von in jeder der Vorrichtungen gespeicherten Ladung verwendet wird, ist die Anordnung während des Speicherzyklus einer Vorrichtung viele Male mit Erde verbunden. Da die SignaIspannungsamplitude klein ist in Relation zu den Speicherungspotentialen, die auf den Platten verwendet werden, beeinflusst ein derartiger Vorgang nicht die Speicherung in den Vorrichtungen, die nicht abgefragt werden.

Die über dem integrierenden Kondensator 150 auftretende Ausgangsgrösse wird einem Video-Kanal 160 zugeführt, der einen ersten Verstärker 161, eine Abtast- und Halte_schaltung 162 und einen zweiten Verstärker 163 umfasst, dessen Ausgangs-

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grösse der Z-Achse oder Elektronenstrahl-Intensitätsmodulationselektrode der Kathodenstrahlröhren-Anzeigevorrichtung 120 zugeführt wird. Die Abtast- und Halteschaltung 162 enthMlt einen Ii-Xanal MOSFET-Transistor 164, der eine Drain 165, eine Source 166 und eine Steuerelektrode 167 aufweist, und einen Kondensator 168·. Der Stromverlauf von Source nach Drain des Transistors 164 ist zwischen den Ausgang des Verstärkers 161 und eine Elektrode des Kondensators 168 geschaltet, dessen andere Elektrode mit Erde verbunden ist. Die Steuerelektrode 167 ist mit dem Zeitgeber- und Steuerschaltungsblock 135 verbunden, der einen Zug von Abtastimpulsen 170 liefert-, wie sie in der Kurve gemäss Figur 12J gezeigt sind. Jeder der Impulse 170 weist eine kurze Dauer auf und ist im gleichen Abstand entlang der Zeitachse der Kurve angeordnet. Für' jeden Zeitgeberimpuls 122 tritt ein Abtastimpuls 170 auf. Jeder Impuls weist eine derartige Phasenlage auf, dass er während des Auftretens der Ilinterschulter oder dem zweiten Wert 158b der Z'.vei Werte aufweisenden Video-Impulse 158 gemäss Figur 121 auftritt, die auf dem integrierenden Kondensator 150 erscheinen. Während der Abtastintervalle ist der Transistor 164 eingeschaltet, damit sich der zweite Kondensator 168 seinerseits auf eine Spannung aufladen kann, die der Spannung der zweiten v<"erte 15Sb der Impulse 158 gemäss Figur 121 entspricht. Demzufolge wird ein Video-Signal 171, wie es in Figur 12L gezeigt ist, geliefert, bei dem sich das Signal von einem Video-Vt'ert bzw. -Niveau auf ein anderes verschiebt beim Ibtastintervall gemäss der Spannung auf dem integrierenden Kondensator 150 während des \btastintervalles. V/ie vorstehend bereits ausgeführt wurde, wird das Video-Signal durch den zweiten Verstärker 163 verstärkt und der Intensitätsmodulationselektrode der Anzeigevorrichtung 120 zugeführt.

Eine vertikale \blenkung des Elektronenstrahles der Anzeigevorrichtung wird durch eine Rechteckwelle 174 einer Spannung geliefert, von der in Figur 12 0 nur 2 Stufen gezeigt sind. Die Rechteck- bzw. Stufenwelle 174 wird aus der Ausgangsgrösse des zweiten Zählers 124 mittels eines Digital/Analog-

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wandlers 175 gebildet. Dieser Digital-Analogwandler l'75, der mit dem Ausgang des zweiten Zählers 124 verbunden ist, liefert eine Null-Ausgangsgrösse während der ersten vier Impulse eines Zeitsteuerzyklus und demzufolge ist der Elektronenstrahl in seiner obersten oder ersten Lage entlang der Y-Achse der Anzeigevorrichtung angeordnet. Beim Auftreten des vierten Zeitsteuerimpulses zur Zeit t. verschiebt sich die Spannung am Ausgang des Digital/Analogwandlers 175 auf einen höheren Wert bzw. ein höheres Niveau, das einer Koordinate auf der Y-Achse der Anzeigevorrichtung entspricht, die von der ersten Lage nach unten in eine zweite Lage verschoben ist, und bleibt dort während der nächsten vier Zeitimpulse. Beim Auftreten des Zeitsteuerimpulses zur Zeit tr, wird der Elektronenstrahl nach unten in eine dritte Lage verschoben und bleibt dort bis zum Ende des zwölften Zeitimpulses. Zu dieser Zeit verschiebt sich die Ausgangsgrösse aus dem Digital/Analogwandler 175 auf ihren höchsten Wert und bleibt dort 'bis zum Ende des sechzehnten Impulses, wonach sie auf O zurückkehrt. Während der vierten Stufe in der Spannungswelle nimmt der Strahl seine unterste oder vierte Stellung auf der Y-Achse ein.

Für ein Kippen des Elektronenstrahles der Anzeigevorrichtung 120 entlang der X-Achse oder der horizontalen Achse wird durch eine weitere Stufenwelle 176 gesorgt, wie sie in Figur 12N gezeigt ist. Die Spannungswelle 176 wird von dem Digital/ Analogwandler 177 geliefert, der mit dem ersten Zähler 123 verbunden ist und alle vier Zeitimpulse periodisch arbeitet und eine Reihe von Stufen mit zunehmender Amplitude in dem Augenblick liefert, in dem ein Zeitimpuls auftritt. Während der Strahl an einer Bewegung auf einem Niveau entlang der Y-Achse durch die Stufenwelle 174 gehindert ist, wird der Elektronenstrahl demzufolge stufenförmig an der X-Achse entlang bewegt, um vier Stellungen einzunehmen, die jeweils von dem linken Rand der Anzeigevorrichtung sukzessiv weiter verschoben sind. Während der stufenförmigen Bewegung der Kippspannungswelle auf der Y-Achse von einem Wert zu einem ande-

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ren Wert kehrt die Kippspannungswelle für die X-Achse zum linken Rand zurück, um ihren Zyklus zu wiederholen. Wenn demzufolge an der oberen linken Ecke der Anzeigevorrichtung gestartet wird, wird der Elektronenstrahl von links nach rechts entlang der X-Achse sukzessiv umgeschaltet auf sukzessiv verschobene Stellungen entlang einer Reihe für jede der aufeinanderfolgenden Reihen. Während des Intervalles, in dem der Elektronenstrahl von einer Stellung zur anderen umgeschaltet wird, wird der Elektronenstrahl mittels eines Austastsignales 178 ausgetastet, wie es in Figur 12N gezeigt ist. Das Austastsignal gemäss Figur 12N wird von dem Zeitgeber- und Steuerschaltungsblock 135 erhalten und tritt in einer zeitgesteuerten Relation zum Zug der Zeitimpulse aus dem Zeitimpulsgenerator 121 auf. Während des horizontalen Abtastzyklus wird der Elektronenstrahl der Anzeigevorrichtung 120 während desjenigen Intervalles ausgeschaltet, in dem der Elektronenstrahl von der einen Horizontalstellung der Anzeigevorrichtung· in die nächst benachbarte Stellung umgeschaltet wird, und bleibt ausgeschaltet bis nach dem Auftreten eines entsprechenden Abtastimpulses 170. Anschliessend wird der Strahl eingeschaltet und bleibt eingeschaltet, bis der Elektronenstrahl der Anzeigevorrichtung in seine nächst benachbarte Position umgeschaltet ist. Es sei darauf hingewiesen, dass positive Werte des Austastsignales ein Austasten des Elektronenstrahles erzeugt, und Null-Werte des Austastsignales entsprechen Intervallen, in denen der Elektronenstrahl eingeschaltet ist. In dem System gemäss Figur 11 ist zwar nur eine Form des Abtastens und Austastens für eine Anzeige gezeigt worden, selbstverständlich können jedoch auch andere Ausführungsformen zum Kippen und Austasten verwendet werden, um eine Anzeige zu schaffen.

Es werden nun die Figuren 13, 14 und 15 erläutert, die vier Abtastvorrichtungen .180 einer Bildabtastanordnung 181 für Strahlungsabtastvorrichtungen zeigen, die der Anordnung 80 gemäss den Figuren 4-7 ähnlich ist. Diejenigen Elemente der Anordnung 181 der Figuren 13 - 15, die mit den Elementen

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der Anordnung 80 geraäss den Figuren 4-7 identisch sind, sind gleich bezeichnet. Die Anordnung gemäss den Figuren 13, 14 und 15 wird in einer ähnlichen Weise hergestellt,in der die Anordnung gemäss Figur 4 hergestellt ist. Jedoch ist die Lage des p-leitenden Bereiches 96, der die Verarmungszonen der Zellen einer Vorrichtung 81 koppelt und die spalten-orientierte Platte 182 der Vorrichtung 181 mit der reihen-orientierten Platte 183 mittels einer Verlängerung 182' überlappt, derart ausgebildet, dass eine enge Kopplung zwischen den Verarmungszonen der Zollen der Vorrichtung 181 erzielt wird. An_stelle des Ringleiters 98 gemäss den Figuren 4-7 bildet ein leitfähiger Film oder eine leitfähige Platte 184 die elektrische Verbindung mit dem Substrat 85, Das Verfahren zur Herstellung der Anordnung gemäss Figur 13 ist identisch mit dem Verfahren zur Herstellung der Anordnung gemäss den Figuren 4 - 7, ausser dass der Diffusionsschritt eliminiert worden ist. Die reihen-orientierten Platten 183 von jeder'der Vorrichtungen werden gleichzeitig zusammen mit den Reihenleiterleitungen zum Verbinden der reihen-orientierten Platten einer Reihe hergestellt. Dann wird über die reihen-orientierten Platten eine Isolationsschicht 84 gelegt und die Leiterleitungen werden darauf gelegt. Anschliessend werden die spalten-orientierten Platten 182 von jeder der Vorrichtungen und die Spaltenleiterleitungen gleichzeitig durch Dampfabscheidung aus einem Metall gebildet, wie beispielsweise Aluminium. Die metallisierte Schicht wird so geformt, dass sie einen Überlappungsabschnitt der reihen-orientierten Platte 183 einer Vorrichtung mit deren spalten-orientierten Platte 182 schafft, wie es in den Figuren gezeigt ist. Bei diesem Verfahren ist die Oxydschicht zwischen der Platte 182 und dem Substrat dicker als die Schicht 89 unter der Platte 183. Die Speicherkapazität, die in der Potentialmulde unter der Platte 182 gewünscht wird, wird durch Anlegen des geeigneten Speicherpotentials erhalten. In anderer Hinsicht ist die Anordnung gemäss Figur 13 identisch mit der Anordnung gemäss Figur 4. Die Betriebsweise der Anordnung 181 in einem System zur Lieferung eines Video-Signales auf die empfangene Strah-

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lung hin ist identisch mit der Betriebsweise der Anordnung gemäss den Figuren 4-7, die bereits in Verbindung mit den Figuren 11 und 12Λ - 12 O beschrieben wurde.

Tss wird nun auf die Figuren 16 und 17 eingegangen, die zwei Vorrichtungen 100 einer Bildabtastanordnung 191 zeigen, die der Bildabtastanordnung gemäss den Figuren 4-7 ähnlich ist, ausser dass die p-leitenden Diffusionszonen 96 eliminiert worden sind. Eine enge Kopplung der Verarmungsbereiche einer Vorrichtung wird durch eine enge Beabstandung ihrer blatten 91 und 92 erhalten. Vorzugsweise sind die Platten und 92 derart zu den benachbarten Rändern 91a und 92a beabstandet, dass deren Verarmungsbereiche mit den Inversionsschichten der Zelle einer Vorrichtung in koppelndem Eingiiff stehen, um dazwischen eine gute Leitfähigkeit zu erhalten, wie es bereits in Verbindung mit den Figuren 9Λ - 9D und 1Ο.^Λ - IOD beschrieben wurde. Die Elemente der Anordnung gemäss den Figuren 16 und 17 sind gleich bezeichnet. Das Verfahren zur Ausbildung der Anordnung gemäss den Figuren 16 und 17 ist identisch mit dem Verfahren zur Ausbildung der Anordnung gemäss den Figuren 4-7, ausser dass der Schritt zur Herstellung des diffundierten p-leitenden Bereiches 96 zwischen den Platten einer Vorrichtung eliminiert worden ist.

\n stelle des Ringleiters 98 gemäss den Figuren 4-7 sorgt

ein leitender Film oder eine Platte 194 für die elektrische Verbindung mit dem Substrat 85. In anderer Hinsicht ist die Vorrichtung und deren Herstellung identisch mit der Vorrichtung gemäss Figur 4. Die Betriebsweise der Vorrichtung gemäss den Figuren 16 und 17 ist identisch mit der Betriebsweise der Vorrichtung gemäss Figur 4 in einem System, wie es in Verbindung mit Figur 11 beschrieben wurde.

In Figur 18 ist ein Blockdiagramm der Anordnung 80 gemäss Figur 4 und auch Figur 11 für eine Verwendung in einem System gezeigt, wie es in Verbindung mit Figur 11 beschrieben wurde,

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in dem die Treiberschaltungen für die Reihenleiterleitungen Χ.. - X. und die Spaltenleiter leitungen Y₁ - Y„ in das Substrat 207 der Baueinheit 200 inkorporiert sind, um die Anzahl der Aussenanschlüsse auf ein Minimum herabzusetzen, die zur Verwendung der Anordnung 80 in einem System hergestellt werden müssen. Das Substrat 207 weist eine grössere Fläche auf als das Substrat 85 gemäss Figur 4, um eine Inkorporation der zusätzlichen Schaltungen zu gestatten. Ansonsten ist das Substrat 207 gleich aufgebaut wie das Substrat 85.

Das System wird nun in Verbindung mit den Figuren 19Λ - IGH beschrieben, die auf eine gemeinsame Zeitskala bezogene Kurvenbilder der Amplitude über der Zeit zeigen für Signale, die an verschiedenen Punkten in der Baueinheit 200 gemäss Figur 18 auftreten, wenn diese in der zu beschreibenden Weise in ein System geschaltet wird, wie es in Figur 11 gezeigt ist. Der Punkt des Auftretens eines Signales gemäss den Figuren 19A - 19H ist in Figur 18 mit einem Buchstaben bezeichnet, der der Buchstabenbezeichnung in der Vergleichsfigur entspricht. Der Arbeitsmodus für die Vorrichtungen der Anordnung gemäss Figur 18 ist gleich dem Arbeitsmodus, der in Verbindung mit den Figuren 10Λ - 1OE beschrieben wurde. In den Vorrichtungen gemäss Figur 18 ist jedoch die maximale an die Vorrichtungen angelegte Speicherspannung -15 Volt an—stelle der -25 Volt, die in Verbindung mit den Figuren 1OA - 1OE angegeben wurde. Die Bildabtastanordnung 80 ist identisch mit der Bildabtastanordnung gemäss Figur 11 und enthält Reihenleiterleitungen X₁ - X. und Spaltenleiterleitungen Y - Y.. Es sind zahlreiche Reihenleitungs-Trennwiderstände 201 - 204 vorgesehen, von denen jeweils das eine Ende mit einem entsprechenden der Reihenleiterleitungen X - X verbunden und von denen jeweils das andere Ende mit einer Reihenleitungs-Vorspannklemme 205 verbunden ist, die in einem System mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle 206 von -215 Volt in Verbindung steht. Diese Verbindung ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Der positive Pol der Quelle 206 ist mit Erde bzw. Masse verbunden. In ähnlicher

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Weise sind zahlreiche Spaltenleitungs-Trennwiderstände 211 214 auf dem Substrat vorgesehen, von denen jeweils das eine Ende mit einem entsprechenden Ende der Spaltenleiterleitungen Y₁ - Y. verbunden und von denen das andere Ende mit einer Spaltenleitungs-Vorspannklemme 215 in einem System verbunden ist, die mit dem negativen Pol einer Spannungsklemme 216 verbunden ist. Diese Verbindung ist ebenfalls durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Der positive Pol der Quelle 216 ist mit Erde bzw. Masse verbunden. Die Widerstände 201 - 204 und 211 - 214 können durch verschiedene Techniken hergestellt werden. Gemäss einem bekannten Ausführungsbeispiel kann jeder der Widerstände von einem MOSFET-Transistor gebildet werden, der zweckmässig proportioniert und vorgespannt ist, um den gewünschten Widerstand zu schaffen. Eine Ansteuerung der Reihenleiterleitungen X₁ - X. wird durch zahlreiche MOSFET-Transistoren 221 - 224 gesorgt, die auf dem Substrat 207 integral ausgebildet sind. Von jedem MOSFET-Transistor.ist eine Drain-Elektrode mit einer entsprechenden Reihenleiterleitung X- - X. und eine Source-Elektrode ist mit einem Spaltenleitungs·*-Vorspannkontakt 225 verbunden, der im Betrieb eines Systems mit Erde verbunden ist. Diese Verbindung ist durch eine gestrichelte Linie angegeben. Jede Steuerelektrode der Transistoren 221 - 224 wird von einem entsprechenden Treibersignal angesteuert, das von dem Reihen-Schieberegister 226 abgeleitet wird. Das Reihen-Schieberegister 226 kann irgendeines von zahlreichen bekannten Schieberegistern sein. Die Elemente des Schieberegisters 226 können gemeinsam auf dem Substrat zu derjenigen Zeit ausgebildet werden, zu der die Vorrichtungen der Bildabtastanordnung 80 ausgebildet werden.

Das Schieberegister 226 ist mit einer Klemme 227 versehen, der ein Zug von Zeitsteuerimpulsen für die vertikale Abtastung zugeführt wird, die eine Periode aufweisen, die der Summe der Perioden der vier angelegten Zeitsteuerimpulse für die Y-Achse entsprechen. Die Impulse für die vertikale Abtastgeschwindigkeit oder für die X-Achse können vom Ausgang

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eines Zählers abgenommen werden, wie beispielsweise dem ersten Zähler 123 gemäss Figur 11. Bildsynchronisierimpulse können von dem Zähler 123 abgenommen werden und werden an den Bildsynchronisierkontakt 229 angelegt. Jeder der Bildsynchronisierimpulse weist eine Dauer auf, die gleich der Summe der Perioden der vier Zeitstjeuerimpulse für die Y-Achse ist. Die Bildsynchronisierimpulse werden in dem Schieberegister 286 bei dem Zeitgang der X-Achse verschoben, um eine sukzessive Ansteuerung der Steuerelektroden der Transistoren 221 - 224 zu bewirken, die auf entsprechende Weise mit den Leitungen X.. - X- verbunden sind, um die Spannung sukzessive von einem Wert von -15 Volt auf einen Wert von -5 Volt zu verschieben. Die Wellenform für die Treiberspannung auf der Leitung X₁ ist in Figur 19G gezeigt und die Wellenform für die Treiberspannung auf der Leitung X„ ist in Figur 1911 für eine Hälfte eines Betriebszyklus der Anordnung gezeigt. Weiterhin sind auf dem Substrat 207 zahlreiche MOSFET-Tra,nsistoren 231 - 234 für die Spaltenleiterleitungen integral ausgebildet. Jeder der Transistoren 231 - 234 weist eine Drain-Elektrode, die mit einer entsprechenden Spaltenleiterleitung verbunden ist, und eine Source-Elektrode auf, die mit einer Kontaktklemme 235 verbunden ist, der Spaltentreibersignale zugeführt werden. Jede der Steuerelektroden der Transistoren 231 - 234 ist mit einem entsprechenden Punkt auf dem Spalten-Schieberegister 236 verbunden. Das Spalten-Schieberegister 236 ist mit einer Eingangskontaktklemme 237 versehen, der Zeitsteuerimpulse für die Y-Achse zugeführt werden. Diese Impulse werden von einem Zeitimpulsgenerator abgeleitet, wie beispielsweise dem Zeitimpulsgenerator 121 gemäss Figur 11. Das Spalten-Schieberegister 236 ist weiterhin mit einem Synchronisierungskontakt 238 für die horizontale Leitung versehen, dem ein Eingangsimpuls zugeführt wird. Der Eingangsimpuls wird in dem Spalten-Schieberegister auf die Zeitimpulse für die Y-Achse hin verschoben. Die Wellenform 241 für den an den Synchronisierungskontakt 238 angelegten Impuls ist in Figur 19B gezeigt. Wie hier gezeigt ist, weist der Leitungssynchronisierungsimpuls eine Breite auf, die dem Intervall zwischen einem Paar der Zeitimpulse 228 für die

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Y-Achse entspricht. An den Ausgangsklemmenpunkten des Spalten-Schieberegisters 236 werden Treibersignale 241 - 244 erhalten, die auf entsprechende Weise in den Figuren 1ΠΒ - 19E gezeigt sind, und auf entsprechende Weise den Transistoren

werden

231 - 234 zugeführt/. Die Treibersignale haben für das angegebene Intervall eine Amplitude von -20 Volt. Gleichzeitig wird der Klemme 235 ein Zug bzw. eine Folge von Spalten-Treiberimpulsen 245 zugeführt, die in Figur 19F gezeigt sind und die von einem Zeitgeber- und Steuerschaltungsblock abgeleitet werden können, wie beispielsweise dem in Figur 11 gezeigten Block 135. Jeder der Impulse 245 weist eine kurze Dauer auf, die der Zeit entspricht, während der es erwünscht ist, die durch Strahlung erzeugte Ladung auszugeben, die in einer Vorrichtung in einer entsprechenden Spalte gespeichert ist. Derartige Impulse bewirken eine Injektion gespeicherter Ladung, die über einem integrierenden Kondensator, wie beispielsweise dem Kondensator 150 in Figur 11, abgetastet werden würde, der zwischen dem Substratkontakt 248 und Erde in dem Abtastsystem geschaltet sein würde. Die Impulse 24 5 weisen eine Amplitude von 10 Volt zwischen den -15-und -5 VoIt-V.^rerten auf. Demzufolge wird während des Zeitintervalles von t - t- die Strahlungsabtastvorrichtung 81 in der obersten Reihe und der Spalte an der linken Seite der Anordnung 80 abgefragt, der die der Leiterleitung Y„ entsprechende Spalte folgt etc.

Die MOSFET-Transistoren in der Baueinheit 20 können in einer ähnlichen Weise ausgebildet werden wie die Vorrichtungen der Anordnung 80. Dies kann auch gleichzeitig damit geschehen. In ähnlicher Weise kann das Spalten-Schieberegister aus MOSFET-Transistoren hergestellt sein, die in einer ähnlichen V'eise hergestellt werden wie die Vorrichtungen der Anordnung 80.

Dem Spalten-Schieberegister 236 und dem Reihen-Schieberegister 226 wird Leistung über Speisekontakte 246 bzw. 247 zugeführt. Der Kontakt 248 liefert eine Verbindung mit dem

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Substrat und entspricht dem Kontakt 98 in Figur 11. Die 'wirkungsweise des Systems einscMiesslich der Baueinheit 20 mit der d-irin enthaltenen \nordnung GO ist identisch rp.it der ^T.'.'irkungsweise des Systems, das in Figur 11 gezeigt und in Verbindung damit beschrieben wurde, ausser den vorgenannten Abweichungen. Demzufolge wird in Figur IS eine selbst-abgetastete Baueinheit geschaffen, in der ein !,Tinimurc an Kontakten erforderlich ist, um die Baueinheit in ein System zu schalten, und zwar unabhängig von der Zahl der verwendeten Reihenleiterleitungen und Spaltenleiterleitungen und unabhängig von der Grosse der Anordnung.

Auch wenn mit den in Verbindung mit den Figuren 11 und 18 beschriebenen Systemen Abtastsysteme geschaffen worden sind, bei denen die Abtastung der Reihenleiterleitungen und Spaltenleiter leitungen auf einer sequentiellen Basis erfolgt, so ist doch klar, dass das Abtasten der Reihen- und Spaltenleitungen auch auf einer anderen Basis erfolgen kann. Beispielsweise kann dies genau—so gut auf einer zufälligen Basis geschehen.

Y.'eiterhin wurde die Erfindung zwar in Verbindung mit Anordnungen von 16 Vorrichtungen beschrieben, obwohl es einleuchtend ist, dass auch Anordnungen mit viel mehr als 16 Vorrichtungen gemäss der vorliegenden Erfindung aufgebaut werden können. Ferner können die Vorrichtungen in anderen als den gezeigten Anordnungen zusammengesetzt sein.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist das Ilalbleiter-Substrat zwar aus Silicium gebildet, obwohl auch andere Halbleitermaterialien verwendet v/erden könnten, wie beispielsweise Germanium und Verbindungen der Gruppe III - V, wie Indiumarsenid und Indiumantimonid. Ferner war bei dem beschriebenen Ausführungsbeispie1 der isolierende Teil aus Siliciumdioxyd aufgebaut, obwohl auch andere Isoliernaterialien, wie beispielsweise Siliciumnitrid, Siliciumoxynitrid und Aluminiumoxyd geeignet sein wurden. Ferner könnten die leitenden Platten aus irgendeiner AnzahJ leitfähiger Materi-

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alien aufgebaut sein, seien sie nun metallisch oder nichtmetallisch.

Die Anordnungen gemäss den Ausführungsbeispielen wurden auch dahingehend beschrieben, dass sie aus n-lei^endem Halbleitermaterial aufgebaut sind. Trotzdem könnte auch ein Halbleitermaterial mit p-Leitfähigkeit verwendet werden. In einem derartigen Fall würde selbstverständlich die Polarität der angelegten Potentiale umgekehrt und die Stromflüsse würden in entgegengesetzter Richtung auftreten.

Bei einer Frontflächenbeleuchtung der Anordnung sind die leitfähigen Platten vorzugsweise transparent, um für eine hohe Wirksamkeit und Empfindlichkeit zu sorgen. Eine Transparenz in den leitfähigen Platten wird durch Verwendung transparenter Metallschichten oder transparenter Halbleitermaterialien hoher Leitfähigkeit erhalten, wie beispielsweise stark dotiertes Silicium oder andere Materialien, die sowohl leitfähig als auch transparent sind, insbesondere in dünnen Schichten. Bei einer Rückflächenbeleuchtung der Anordnung ist die Dicke des Substrates vorzugsweise herabgesetzt, um die Wirksamkeit und Empfindlichkeit der Anordnung zu erhöhen.

Schliesslich wird auch deutlich, dass die Erfindung zwar in Verbindung mit der Abtastung von Strahlung beschrieben worden ist, dass sie aber in gleicher Weise auch auf die Abtastung energetischer Partikelchen anwendbar ist, wie z.B. auf Elektronen. Bei einer derartigen Applikation würden die energetischen Partikelchen vorzugsweise an der hinteren Oberfläche oder der Frontfläche des Substrates aufgenommen, d.h. der zu derjenigen Fläche entgegengesetzten Fläche, auf der der isolierende Teil und die leitenden Teile angeordnet sind.

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Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Abtasten von Strahlung und zur Lieferung einer elektrischen Ausgangsgröße davon, gekennzeichnet durch ein Substrat (11) aus Halbleitermaterial des einen Leitfähigkeitstyps, einen über einer Hauptfläche (13) des Substrates (11) liegenden Isolierteil (12), wenigstens einen ersten Leiterteil (14), der über einer Oberfläche des Isolierteiles (12) liegt, eine erste, mit dem Leiterteil (14) verbundene Klemme, eine zweite Klemme (17), eine dritte, mit dem Substrat verbundene Klemme (16), mit der ersten Klemme verbundene Schaltungsmittel (15) zur Herstellung eines ersten Potentials an der ersten Klemme und Schaltungsmittel zur Herstellung eines zweiten Potentials an der zweiten Klemme (17), wobei die Differenz des ersten und zweiten Potentials eine derartige Polarität und Größe besitzt, daß eine Verarmung von Majoritätsträgern in einem Bereich (20) der der Oberfläche benachbarten Abschnitte des Substrates (11) unter dem Leiterteil (14) erzeugbar ist, ferner Mittel zum Aussetzen des Substrates einer Strahlung für eine erste Zeitperiode, derart, daß Minoritätsträger, die in dem Bereich (20) und in dessen Nähe im proportionalen Verhältnis zum Zeitintegral der Intensität der darauf auftreffenden Strahlung erzeugt sind, in einer der Oberfläche benachbarten Schicht des Bereiches (20) gespeichert sind, die eine Inversion dessen Leitfähigkeit erzeugen, Schaltungsmittel zum Verändern des Potentials während einer Zeitperiode zum Injizieren der in der Inversionsschicht gespeicherten Minoritätsträger in das Substrat (11) und durch kapazitive Mittel (18), die mit der zweiten und dritten Klemme (17, 16) verbunden sind, so daß die injizierten Minoritätsträger einen Stromfluß in dem Kreis mit dem Substrat in die kapazitiven Mittel hervorrufen, der eine Spannungsänderung zwischen den zweiten und dritten Klemmen (17, l6) erzeugt, wobei die Spannungsänderung im wesentlichen proportional zu den Minoritätsträgern ist, die während der Zeitperiode in· dem Verarmungsbereich (20) gespeichert sind.

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Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zahlreiche erste Leiterteile des Substrates aus Halbleitermaterial, die über dem Isol'ierteil liegen, wobei zahlreiche erste Klemmen jeweils mit einem entsprechenden der ersten Leiterteile Verbunden sind, Mittel zur Herstellung des ersten Potentials an den ersten Klemmen, wobei die Differenz zwischen den ersten und zweiten Potentialen eine derartige Polarität und Größe aufweist, daß zahlreiche Bereiche von Majoritätsträgern in dem der Oberfläche benachbarten Abschnitt des Substrates verarmt sind, wobei jeder Verarmungsbereich unter einem entsprechenden Leiterteil liegt, ferner Mittel zum periodischen Verbinden der dritten Klemme mit der zweiten Klemme während einer dritten Zeitperiode und zum Trennen der dritten Klemme von der zweiten Klemme während einer vierten Zeitperiode, wobei das an der dritten Klemme hergestellte Potential im wesentlichen gleich dem Potential auf der zweiten Klemme während dessen Verbindung ist, Mittel zum Aussetzen des Substrates einer Strahlung., wobei Minoritätsträger, die in jedem der Verarmungsbereiche und in deren Nähe in proportionaler Relation zu der auftreffenden Strahlung erzeugt sind, in einer entsprechenden, der Oberfläche benachbarten Schicht des Bereiches gespeichert sind, wodurch eine Inversion dessen Leitfähigkeit erzeugt ist, ferner Mittel zur Veränderung des Potentials der ersten Klemmen in ein drittes Potential und wieder zurück zum ersten Potential während der vierten Zeitperiode, so daß einige der in einer entsprechenden Inversionsschicht gespeicherten Träger in das Substrat injizierbar sind, wodurch ein resultierender Strom in dem Kreis mit dem Substrat in die Kapazität, die durch andere Leiterteile in Relation zu dem Substrat gebildet ist, während der vierten Periode fließt, so daß eine resultierende Spannung zwischen den zweiten und dritten Klemmen in einer proportionalen Relation zur injizierten Ladung erzeugbar ist, und Mittel zum Abtasten jeder der resultierenden Spannungen zwischen den zweiten und dritten Klemmen der Reihe nach zur Lieferung einer zeitveränderlichen elektrischen Ausgangsgröße gemäß der Änderung der Amplitude der Abtastwerte.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiton Leiterteil, der über einer Oberfläche des Isolierteiles liegt und von dem ersten Leiterteil isoliert ist, eine vierte, mit dem zweiten Leiterteil verbundene Klemme, Mittel zur Herstellung eines vierten Potentials .an der vierten Klemme, wobei die Differenz zwischen den vierten und zweiten Potentialen eine derartige Polarität und Größe aufweist, daß eine Verarmung von Majoritätsträgern in einem zweiten Bereich in dem der Oberfläche benachbarten Abschnitt des Substrates unter dem zweiten Leiterteil erzeugbar ist, und wobei die Verarmungsbereiche miteinander gekoppelt sind, ferner durch Schaltmittel zum periodischen Verbinden und Trennen der dritten Klemme von der zweiten Klemme, wobei auf der dritten Klemme ein Potential herstellbar ist, das während deren Verbindung aufgrund der Kapazität der kapazitiven Mittel im wesentlichen gleich dem Potential auf der zweiten Klemme ist, ferner durch Mittel zum Aussetzen des Substrates einer Strahlung, wobei die Minoritätsträger, die in den Bereichen und in deren Nähe in proportionaler Relation zum Zeitintegral der Intensität der auftreffenden Strahlung erzeugbar sind, in einer der Oberfläche benachbarten Schicht der gekoppelten Verarmungsbereiche gespeichert sind, so daß eine Inversion deren Leitfähigkeit erzeugbar ist, Mittel zur Änderung des Potentials der vierten Klemme auf ein drittes Potential, so daß wenigstens einige der in dem zweiten Verarmungsbereich gespeicherten Träger in den ersten Verarmungsbereich fließen, und Mittel zur Veränderung des Potentials der ersten Klemme auf das dritte Potential und wieder zurück auf das erste Potential während derjenigen Zeit, zu der die zweiten und dritten Klemmen voneinander getrennt sind, so daß einige der Träger im ersten Verarmungsbereich in das Substrat injizierbar sind, wodurch ein Strom in dem Kreis mit dem Substrat in die kapazitiven Mittel fließt, um zwischen den zweiten und dritten Klemmen eine Spannung in proportionaler Relation zur injizierten Ladung zu erzeugen.

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Vorrichtung nach Anspruch 3, . dadurch gekennzeichnet , daß die Schicht aus Isoliermaterial ein Paar gegenüberliegende Oberflächen aufweist, von denen die eine mit einer Hauptfläche des Substrates in Kontakt steht und die andere zahlreiche Vertiefungen aufweist, die in einer Matrix aus Reihen und Spalten angeordnet sind, daß die ersten Leiterteile von einer Vielzahl erster Leiterplatten gebildet sind, die jeweils auf dem Boden einer entsprechenden Vertiefung liegen und einen ersten Leiter-Isolator-Halbleiterkondensator mit dem Substrat bilden, daß die zweiten Leiterteile von einer Vielzahl zweiter Leiterplatten gebildet sind, die jeweils auf dem Boden einer entsprechenden Vertiefung liegen und einen Leiter-Isolator-Halbleiterkondensator mit dem Substrat bilden, wobei die ersten und zweiten Kondensatoren zur Kopplung der Verarmungsbereiche der Kondensatoren beabstandet sind, daß die ersten Klemmen von einer Vielzahl Spaltenleiterleitungen gebildet sind, die ersten Platten von jeder der Spalten von Vertiefungen mit einer entsprechenden Spaltenleiterleitung verbunden sind, eine Vielzahl von Reihenleiterleitungen die vierten Klemmen bilden, die zweiten Platten in jeder der Reihen von Vertiefungen mit einer entsprechenden Reihenleiterleitung verbunden sind, Mittel zur Herstellung eines vierten Potentials- auf jeder der Reihenleiter leitungen, Mittel zur Herstellung eines ersten Potentials auf jeder der Spaltenleiterleitungen und Mittel zum periodischen Verbinden und Trennen der dritten Klemme und der zweiten Klemme vorgesehen sind, so daß auf der dritten Klemme ein Potential herstellbar ist, das während deren Verbindung aufgrund der Kapazität der Platten und Leiterleitungen in Relation zum Substrat im wesentlichen gleich dem Potential auf der zweiten Klemme ist, wobei die Potentialdifferenz zwischen den ersten und zweiten Potentialen eine derartige Polarität und Größe aufweist, daß ein erster Verarmungsbereich in dem der Ober-

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fläche benachbarten Abschnitt des Substrates unter jeder

wobei

der ersten Platten erzeugbar ist, und-die Potentialdifferenz zwischen den vierten und zweiten Potentialen eine derartige Polarität und Größe aufweist, daß ein zweiter Verarmungsbereich in dem der Oberfläche benachbarten Abschnitt des Substrates unter jeder der zweiten Platten erzeugbar ist, daß ferner Mittel zum Aussetzen des Substrates einer Strahlung, so daß Minoritätsträger, die in den Verarmungsbereichen und in deren Nähe und in proportionaler Relation zu der Strahlung erzeugbar sind, in den der Oberfläche benachbarten Schichten der Verarmungsbereiche gespeichert sind, um eine Inversion deren Leitfähigkeit zu erzeugen, Mittel zum Verändern, des Potentials von jeder Reihenleitung in einer vorbestimmten Sequenz für eine vorbestimmte Zeitperiode auf ein drittes Potential, bei .dem wenigstens einige der in den zweiten Verarmungsbereichen einer entsprechenden Reihe gespeicherten Träger in die ersten Verarmungsbereiche einer entsprechenden Reihe fließen, und Mittel vorgesehen.sind zum Verändern des Potentials von jeder der Spaltenleitungen in einer vorbestimmten Sequenz für die zweite Zeitperiode auf ein drittes Potential und zurück zum ersten Potential während derjenigen Zeit, zu der die zweiten und dritten Klemmen voneinander getrennt sind, um wenigstens einige der Träger in einem entsprechenden ersten Verarmungsbereich in das Substrat zu injizieren, wodurch ein entsprechender Strom in dem Kreis mit dem Substrat in die Kapazität fließt, wodurch eine entsprechende Spannung zwischen den zweiten und dritten Klemmen in einer proportionalen Relation zu der entsprechenden injizierten Ladung erzeugbar ist, und daß Schaltungsmittel mit den zweiten und dritten Klemmen verbunden sind zum Abtasten von jeder der Spannungen in einer Sequenz, derart, daß ein elektrisches Signal erzeugbar ist, dessen Amplitude sich gemäß den Abtastwerten in zeitlicher Relation zum Abtasten von Spalte zu Spalte und Reihe zu Reihe der Paare

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von Leiter-Isolator-Halbleiterkondensatoren ändert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Potential der ersten Klemme nach einer zweiten Periode wieder das erste Potential erhält, so daß in einem Kreis mit dem Substrat und den kapazitiven Mitteln ein Stromflüß erzeugbar ist, der die Verarmung in dem Bereich wieder herstellt und eine resultierende Spannungsänderung zwischen den zweiten und dritten Klemmen err zeugt, die im wesentlichen proportional ist zu den während der ersten Zeitperiode im Bereich gespeicherten Minoritätsträgern.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zeitperiode kurz ist im Verhältnis zur ersten Zeitperiode.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Ze.itperipde genügend lang ist, damit Ladungsträger, die in das Substrat während der Potentialänderung des Leiterteiles von dem ersten Potential auf das dritte und zurück injiziert sind, aus dem Abschnitt des Substrates verschwunden sind, der den Bereich umgibt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zeitperiode in bezug auf die abgetastete Strahlung genügend kurz ist, damit die durch die Strahlung erzeugten Minoritätsträger nicht ausreichen, den Bereich auf seine maximale Ladungsspeicherkapazität aufzuladen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel zum Verbinden der dritten Klemme mit der zweiten Klemme für eine dritte Zeitperiode

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und zum Trennen der dritten Klemme von der zweiten Klemme für eine vierte Zeitperiode vorgesehen sind, wobei die vierte Zeitperiode die zweite Zeitperiode umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel wiederholt betätigbar sind zum Verbinden und Trennen der zweiten und dritten Klemmen und das Potential auf der ersten Klemme wiederholt veränderbar ist von dem ersten Potential auf das dritte Potential und zurück, und daß in den Schaltmitteln eine Einrichtung enthalten ist zum periodischen Abtasten der Spannung auf den kapazitiven Mitteln während der vierten Zeitperiode und zur Lieferung einer elektrischen zeitveränderlichen Ausgangsgröße gemäß der Änderung der Amplitude der Abtastwerte.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitiven Mittel zahlreiche Zellen umfassen, die jeweils einen Teil des Substrates aus Halbleitermaterial des einen Leitfähigkeitstyps, einen Teil des Isolierteiles und einen entsprechenden Leiterteil aufweisen, der über der Oberfläche des Isolierteiles liegt, wobei die Leiterteile der zahlreichen Zellen in einen Kreis mit der ersten Klemme geschaltet sind.

12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Potential zwischen dem ersten und zweiten Potential liegt.

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche I¹bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die absolute Größe des dritten Potentials um wenigstens die absolute Größe der Schwellwertspannung größer ist als die absolute Größe des zweiten Potentials.

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Ik. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität des Leiterteiles in Relation zum Substrat groß ist im Vergleich zur Kapazität des Bereiches, aus dem Majoritätsträger unmittelbar nach Anlegen des ersten Potentials verarmt werden.

15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß das dritte Potential über dem Schwellwertpotential liegt.

16. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die absolute Größe des vierten Potentials größer ist als das erste Potential.

17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, d a ,-durch gekennzeichnet, daß das zweite Potential ein Null-Referenzpotential ist.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, . daß das erste Potential in der Amplitude äquidistant ist zwischen den vierten und dritten Potentialen und. die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Unterbrechungen der zweiten und dritten Klemmen durch die Schaltmittel kurz genug ist in bezug auf die abgetastete Strahlung, daß die durch die Strahlung erzeugten Minoritätsträger nicht ausreichend sind, um mehr als eine Hälfte der Speicherkapazität des zweiten Verarmungsbereiches zu füllen.

19· Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und vierten Potentiale gleich sind.

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20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarmungsbereiche durch einen Bereich mit entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp in dem der Oberfläche benachbarten Abschnitt des Substrates miteinander gekoppelt sind.

21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarmungsbereiche durch Überlappung eines Abschnittes von einem der Leiterteile mit dem anderen der Leiterteile miteinander gekoppelt sind.

22. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterteile dünn sind und eine geradlinige Umrißlinie aufweisen.

23· Vorrichtung nach einem öder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch - gekennzeichnet, daß die Umrisse der Leiterteile kongruent sind.

24. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Umrisse der Leiterteile rechtwinklig sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Ränder der Leiterteile eng beabstandet und im wesentlichen parallel sind, wobei die Ränder derart beabstandet sind, daß die Verarmungsbereiche in bezug zueinander gekoppelt sind.

26. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche ijbis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterteile transparent sind.

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27. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterteile metallisch sind.

28. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial Silizium ist, das Isoliermaterial Siliziumoxid ist und die Leiterteile polykristallines Silizium sind.

29. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung über .dem Kondensator periodisch abgetastet und eine Stufenwelle erzeugt ist, bei der die Höhe der Stufen der Höhe der Abtastwerte entspricht.

30. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen in dem Substrat eng beabstandet sind. ·

31. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität von jedem der Leiterteile in Relation zum Substrat groß ist im Vergleich zur Kapazität eines entsprechenden Verarmungsbereiches, der darin unmittelbar nach Anlegen eines entsprechenden Betriebspotentials erzeugbar ist. .

32. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Verarmungsbereichen erzeugten Inversionsschichten sich in einem leitenden Eingriff befinden.

33. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,, daß die Mittel zum Verändern des Potentials von jeder der Reihenleitungen eine Vorrichtung umfassen zum Anlegen einer ersten Vielzahl von Zügen aus Spannungs-

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impulsen an die Reihenleitungen, wobei jeder Zug an eine entsprechende Reihenleitung angelegt ist und die Impulse von jedem Zug eine Dauer, die gleich der ersten Zeitperiode dividiert durch die Anzahl der Reihenleiterleitungen ist, und eine Amplitude aufweisen, die zwischen den ersten und vierten vorbestimmten Potentialen variiert, wobei entsprechende Impulse von aufeinanderfolgenden Zügen aufeinanderfolgend auftreten, und ferner die Mittel zum Verändern des Potentials jeder der Spaltenleitungen eine Einrichtung aufweist zum Anlegen einer zweiten Vielzahl von Zügen aus Spannungsimpulsen an die Spaltenleiterleitungen, wobei jeder Zug einer entsprechenden Spaltenleitung zuführbar ist und die Impulse von jedem Zug eine Dauer, die gleich dem Produkt der zweiten Zeitperiode multipliziert mit der Anzahl der Spaltenleiterleituhgen ist, und eine Amplitude aufweist, die zwischen den ersten und dritten vorbestimmten Potentialen, variiert, wobei entsprechende Impulse von aufeinanderfolgenden Zügen aufeinanderfolgend auftreten, so daß während jeder der zweiten Zeitperioden eine entsprechende Spannung zwischen den zweiten und dritten Klemmen erzeugt ist, die einer Ladung entspricht, die in einem entsprechenden Paar von Kondensatoren gespeichert ist.

3^4. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß alle Platten identisch sind und in einer entsprechenden Vertiefung identisch orientiert sind.

35· Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Reihenleiterleitungen durch eine Isolierschicht von den Spaltenleiterleitungen beabstandet und isoliert sind.

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