DE2405843C2

DE2405843C2 - Strahlungsabtastvorrichtung

Info

Publication number: DE2405843C2
Application number: DE2405843A
Authority: DE
Inventors: Hubert Kimper Scotia N.Y. Burke; Charles William Schenectady N.Y. Eichelberger
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-02-09
Filing date: 1974-02-07
Publication date: 1984-05-17
Also published as: US3801820A; GB1457791A; NL7400392A; FR2217806A1; FR2217806B1; DE2405843A1; NL181066C; JPS5820185B2; JPS49113524A

Description

dadurch gekennzeichnet, daß

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— die Zeilenleiterleitungen (X\—X*) über Schalter (81—84) sequentiell während einer ersten Zeitperiode auf ein vorbestimmtes Potential, bezogen auf ein Bezugspotential, äufladbar sind, wobei die Schalter (81—84) die Zeilenleiterleitungen (X\ — Xt), abgesehen von derjenigen, auf die gerade Zugriff genommen wird, von dem Substrat (10) trennen,

— und die Spaltenleiterleitungen ("Vi-V₄) über Schalter (91—94) sequentiell während einer zweiten Zeitperiode, die kurzer als die erste Zeitperiode und in dieser enthalten ist, auf ein anderes vorbestimmtes Potential, bezogen auf ein Bezugspotfintial, äufladbar sind, wobei die Schalter (91-94) die Spaltenleiterleitungen (Y\ — Kt), abgesehen von derjenigen, auf die gerade Zugriff genommen wird, von dem Substrat (10) trennen.

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2. Sirahlungsabtastvorrichtung mich Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Zcilenleitungen (Χι — A₄) zu anderen Zeilen als der vorgegebenen ersten Zeitperiode auf das vorgegebene Potential aufladbar sind. b5

3. Strahliingsabtastvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (81—84) für die Zeilenleitcrleilungcn (Xi- Xt) jeweils zwischen eine entsprechende Zeilenleiterleitung und einen Anschluß (85) geschaltet sind, der mit einer Quelle (86) zur Einstellung des vorgegebenen Potentials verbindbar ist

4. Strahlungsabtastvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltenleiterleitungen (Y\— Y4) zu anderen Zeiten als der vorgegebenen zweiten Zeitperiode, auf das andere vorgegebene Potential aufladbar sind.

5. Strahlungsabtastvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (91—94) für die Spaitenleiterleitungen (Vj- Y₄) jeweils zwischen eine entsprechende Spaltenleiterleitung und einen anderen Anschluß geschaltet sind, der mit einer anderen Quelle zur Einstellung des anderen vorbestimmten Potentials verbindbar ist

6. Strahlungsabtastvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeilenleiterleitungen (Xi-Xa) und die Spaltenleiterleitungen (Y\— V₄) periodisch und zur gleichen Zeit aufladbar sind.

7. Strahlungsabtastvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese gleiche Zeit am Ende der Ausleseperiode der in jeder Zeile von Leiterteilen gespeicherten Ladung liegt

8. Strahlungsabtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zeitperiode um ein Mehrfaches langer ist als die zweite Zeitperiode.

9. Strablungsabtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1—8, dadurch gekennzeichnet, daß das eine vorgegebene Potential und das andere vorgegebene Potential gleich sind.

10. Strahlungsabtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 —9. dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (81—84; 91—94) steuerbare Halbleiterschalter sind.

11. Strahlungsabtastvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennze; -hnet, daß die Schalter (81-84;91-94)MOSFET-Transistorensind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strahlungsabtastvorrichtung gemäß dern Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Strahlungsabtastvorrichtung ist in der DE-PS 23 31 093 vorgeschlagen. Dort weist ein Substrat aus Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps eine Vielzahl von Speicherplätzen auf, die in einer Vielzahl von Reihen und Spalten zur Speicherung der durch Strahlung erzeugten Minoritätsträger angeordnet sind. Jeder der Speicherplätze enthält eine zeilenorientierte kapazitive Zelle aus einem Leiter-Isolator-Halbleiterelement (CIS-Element) und eine eng gekoppelte spaltenorientierte kapazitive Zelle aus einem Leiter-lsolator-Halbleiterelement (CIS-F.lement). Jeder der zeilenorientierten leitenden Teile oder Platten einer Reihe solcher Plätze ist mit einer jeweiligen Zeilenleitung für die Leiter verbunden. Ähnlich ist jeder der spaltenorientierten leitenden Teile oder Platten einer Spalte von Platzen mit einer jeweiligen Leitung für die Spaltenleitcr verbunden. Es sind Schalter vorgesehen, um periodisch das Substrat mit Masse oder einem anderen Bezugspotential zu verbinden und zu trennen. Die Leitungen der Zeilen- und Spaltenleiter können über Trennwiderstände, insbesondere vorgespannte MOSFET-Tran-

sistoren, auf vorbestimmte Potentiale in Relation zum Bezugspotential aufgeladen werden, wodurch Verarmungsbereiche im Substrat entstehen, weiche unter jeder der ersten und zweiten leitenden Platten liegen. Die Verarmungsbereiche, welche unter benachbarten ersten und zweiten leitenden Platten liegen, sind gekoppelt Die selektive Auslesung der in einer Reihe von Plätzen gespeicherten Ladung wird durch Änderung des Potentials auf der Zeilenleitung herbeigeführt. Hierdurch wird bewirkt, daß die in ihren zeilenorientierten Speicherzellen gespeicherte Ladung in die spaltenorientierten Speicherzellen abfließt. Das Auslesen der in den spaltenorientierten Zellen gespeicherten Ladung wird dadurch erreich», daß das Potential auf jeder der Spaltenleitungen in Sequenz geändert wird, um eine Injektion der darin gespeicherten Träger in das Substrat in Sequenz zu bewirken, wobei gleichzeitig das Substrat von Masse oder dem Bezugspotential während jeder solchen Injektion von Ladungsträgern getrennt wird. Eine jede Injektion erzeugt einen entsprechenden Stromfluß im Substrat, und dieser Strom wird an einer Integrationskapazität erfaßt (gemessen), welche die inhärente Kapazität der Leitungen für den Leiter und der damit verbundenen leitenden Teile, bezogen auf das Substrat, einschließt Schließlich kann die Spannungsänderung, die an der Integrationskapazität auftritt, periodisch abgetastet werden, um ein elektrisches Ausgangssignal zu erhalten, das sich zeitlich gemäß der Amplitudenänderung dieser Meßwerte ändert

Mit der Erhöhung der Anzahl der Speicherplätze in einer Anordnung erhöht sich jedoch die gesamte inhärente Kapazität des Substrats, bezogen auf Masse oder ein Bezugspotential, und damit verringert sich die über der Kapazität erzeugte Signalspannung. Infolgedessen kann der Signalpegel bei Anordnungen mit einer großen Zahl von Speicherzellenpaaren sehr klein werden. Weiterhin kann durch das Auftreten von durch Photonen erzeugten Strömen aus anderen kapazitiven Zellen aus CIS-Elementen als dem ausgewählten Platz und durch de·! Fluß dieser Ströme durch die Integrationskapazität bei fehlendem Nebenschluß über den Schalter ein durch Photonen erzeugter Gesamtstrom entstehen, welcher den Strom aus dem gewählten Platz übersteigen und demgemäß das erwünschte Signal überdecken kann. Selbst wenn der Injektionsstrom den durch Photonen erzeugten Strom übersteigt, welcher infolge der Schaffung von durch Photonen erzeugten Elektronen und Löchern an den anderen nicht ausgelesenen Stellen fließt, führt ein solcher durch Photonen erzeugter Strom ein Rauschen in de;; Signalstrom ein und erzeugt dadurch ein Rauschen in der Spannung, welche über der Integi ationskapazität auftritt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer Anordnung mit einer großen Anzahl von Strahlungsvorrichtungen das Rauschen zu vermindern und den Nutzsignaipegel zu erhöhen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit Ausnahme derjenigen Zeilen- und Spaltenleitung, auf die gerade Zugriff genommen wird, alle anderen Zeilen- und Spaltenleitungen von dem Substrat getrennt sind. Dadurch wird die Integrationskapazität lediglich durch die Kapazität der jeweils angesprocher, .·η Zeilenleiterleitung und der damit verbundenen Leiterteile gebildet. Auf diese Weise wird bei großen Feldern (Arrays) von Strahlungsabtastvorrichtungen das Signal/Rauschverhältnis wesentlich verbessert
Die Erfindung wird nun anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. tA—IC zeigen Darstellungen von Paaren von Leiter-Isolator-Halbleiter-Zellen der Art, wie sie in einer Strahlungsabtastvorrichtung nach F i g. 3 enthalten sind und veranschaulichen verschiedene Stufen des Betriebs derselben.

F i g. 2A—2C sind Kurvendarstellungen für verschiedenen Spannungs- und Stromsignale, welche in den Schaltungen nach den Fig. IA-IC auftreten und dienen zur Erläuterung der Betriebsweise derselben.

Fig.3 ist eine Draufsicht auf eine Anordnung mit einer Vielzahl von Strahlungsabtastvorrichtungen gemäß den F i g. 1A—1C, welche auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat gebildet sind.

F i g. 4 zeigt eine Schnittansicht der Anordnung nach F i g. 3 entlang der Schnittlinie 4-4 in F i g. 3.

Fig.5 ist eine Schnittansich? «er Anordnung nach F i g. 3 entlang der Schnittlinie 5-5 in Γ i g. 3.

Fig.6 ist eine Schnittansicht der Anordnung nach F i g. 3 entlang der Schnittlinie 6-6 in F i g. 3.

F i g. 7 zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung mit ein^m Bildabtastfeld gemäß den F i g. 4—7.

Fig.8A—8O sind Amplituden/Zeitdiagramme bezogen auf eine gemeinsame Zeitskala von Signalen, welche an verschiedenen Punkten in der Anordnung nach F i g. 7 auftreten. Der Punkt des Auftretens eines Signals der F i g. 8A—8O in dem Blockschaltbild nach F i g. 7 ist in F i g. 7 durch eine Buchstabenbezeichnung entsprechend der Buchstabenbezeichnung der Figur bezeichnet.

F i g. 1A, 1B und 1C zeigen ein Paar gekoppelter Sensorzellen, die besonders geeignet sind für den Betrieb in zweidimensionaien Anordnungen. Fig. IA zeigt eine Einrichtung 10,-welche ein Substrat 11 aus einem Halbleitermaterial mit N-Leitfähigkeit, ein isoliei^ndes Teil 12 über der Hauptoberfläche 13 des Substrats und ein Paar von leitenden Teilen oder Platten 14 und 15 enthält, welche über dem isolierenden Teil 12 liegen. Die Platte 14 ist eingerichtet zum Anschluß an eine Leitung für die Zeilenleiter einer Anordnung, welche aus Zeilen und Spalten von Strahlungssensoren besteht Die Platte 15 ist eingerichtet zum Anschluß an eine Leitung für die Spaltenleiter der Anordnung. Der Integrationskondensator 18 ist zwischen den Anschluß 16 für das Substrat und den Masseanschluß 17 geschaltet. Dieser Kondensator stellt die Kapazität der Platte 14 bezüglich des Substrats und auch eine absichtlich zugefügte Kapazität dar. Ein Rückstellschalter 19 ist über die Anschlüsse 16 und 17 geschaltet. Die Platten 14 und 15 sind eng beabsiandet und das unter diesem Abstand liegende Substrat zwischen den Platten ist mit einem Leitfähigkeitsbereich 20 des P-Typs ausgestattet. Die Platten 14 und 15 werden mit den Betriebspotentialpunkten an einer Quelle (nicht gezeigt) für Betriebsspannung verbunden, um die angedeuteten negativen Potentiale bezüglich Masse zu erhalten, d.h. V, = —15Volt und ν, = -15 Volt. Die Verbindung zu der spaitenorien· tierten Platte 15, dem Masseanschluß 17 und dem Substratanschluü 16 werden als erster, zweiter und dritter Anschluß bezeichnet, und weiterhin wird der Anschluß zu der zeilenori^ntierfjn Platte 14 als vierter Anschluß bezeichnet. Die Speicherpotentiale, welche an der spaltenorientierten Platte 15 und an der zeilenorientierten Platte 14 erscheinen, werden als erstes bzw. viertes Po-

tential bezeichnet. Das Bezugs- oder Erdpotential wird als zweites Potential bezeichnet. Das Injektionspotential für die spaltenorientierte Platte 15 wird als drittes Potential bezeichnet.

Wenn Potentiale der richtigen Polarität bezüglich des Substrates und der richtigen Amplitude, beispielsweise mit dem in Fig. IA angedeuteten Wert von —15 Volt, an die Platten 14 und 15 angelegt werden, werden zwei Verarmungsbereiche 21 und 22 gebildet, welche durch den stark P-Ieitenden Bereich 20 miteinander verbunden sind, dem ebenfalls ein Verarmungsbereich 23 zugeordnet ist. Demgemäß kann die in einer der Verarmungsbereiche unter einer der Platten 14 und 15 gespeicherte Ladung leicht über den P-Ieitenden Bereich 20 in den anderen Verarmungsbereich fließen. Der Strahlungsfluß, welcher in die Verarmungsbereiche eintritt, bewirkt die Erzeugung von Minoritätsträgern, welche an Her Oberfläche der Verarmungsbereiche gespeichert werden. Dieser Zustand wird angezeigt durch einen Stromfluß in das Substrat mit dem Ansammeln von Ladung in dem Oberflächenbereich der Verarmungsbereiche und entspricht einer Leitung von Elektronenladung in die äußeren, das Potential anlegende Schaltkreise zwischen den Platten und dem Substrat. Fig. IB zeigt den Zustand der Einrichtung, wenn die Spannung an der Platte 14 auf Null eingestellt wird, um deren Verarmungsbereich 21 zusammenbrechen zu lassen und zu bewirken, daß die zuvor gespeicherte Ladung in die Inversionsschicht im Bereich 22 fließt oder übertragen wird, welche unter der Platte 15 liegt. Um die Ladung, welche in der Inversionsschicht gespeichert wurde, auszulesen oder zu erfassen, wird das Potential auf der Platte 15 entweder weggenommen oder in seiner Amplitude auf einen geeigneten Wert, beispielsweise Null, vermindert, nachdem der Rückstellschalter 19 geöffnet wurde, welcher über den Integrationskondensator 18 geschaltet ist. Dieser Vorgang bewirkt, daß die in der Inversionsschicht gespeicherten Ladungsträger in das Substrat injiziert werden und einen Stromfluß aus diesem heraus erzeugen, welcher der Ladung entspricht, die im Verarmungsbereich 22 gespeichert und in das Substrat injiziert wurde.

Die Erhöhung des Potentials der Platte 14 von einem negativen Wert auf Null bewirkt eine Verminderung in dem elektrischen Feld, welches die Ladung in der Oberflächen-Inversionsschicht aufrechterhalten hat, und bewirkt, daß die in der Inversionsschicht gespeicherten Minoritätsträger in das Substrat injiziert werden. Die Injektion der Minoritätsträger ist angedeutet durch die Verteilung ven positiver Ladung über das ganze Substrat 11. Eine solche Injektion bewirkt, daß eine neutralisierende negative Ladung in das Substrat fließt, d. h. daß im üblichen Sinne ein Strom aus dem Substrat herausfließt. Ein solcher Strom fließt vom Substrat 11 in den Kondensator 18. welcher auf einen von der injizierten Ladung abhängigen Wert aufgeladen wird Letztendlich diffundieren oder rekombinieren die in das Substrat injizierten Minoritätsträger dort Vor dem erneuten Aufbau der Verarmungsschicht für einen weiteren Betriebszyklus sollte das Verschwinden der Minoritätsträger aus dem Bereich 22 abgewartet werden, da sonst die gespeicherte Ladung erneut angesammelt oder wieder gesammelt werden würde, wenn die Verarmung in der Schicht 22 erneut aufgebaut wird. Das Potential auf der Platte 14 wird vor dem Schließen des Rücksteltschalters 19 und nach dem Zeitraum, in dem die injizierten Minoritätsträger aus dem Bereich 22 verschwunden sind, auf seinen ursprünglichen Wert zurückgeführt. Bei dieser Betriebsweise ist der Stromfluß in das Substrat subtraktiv vom Stromfluß aus dem Substrat heraus. Die Komponente des Stromflusses aus dem Substrat he^raus, welche aus dem Verarmungsbereich herrührt, wird aufgrund einer bleibenden Verarmungsladung festgestellt und ist nahezu gleich dem Stromfluß in das Substrat, welcher ursprünglich den Verarmungsbereich aufgebaut hat und als Ladestrom für den Verarmungsbereich bezeichnet ist.

ίο Probemessungen der Spannung auf dem Integrationskondensator. welche sich aus aufeinanderfolgenden Betriebszyklen der Zelle ergeben, können entnommen werden, um ein Videosignal zu erhalten, welches den integrierten Wert der Strahlung darstellt, die in aufeinanderfolgenden Betriebszyklen auf die Zelle fällt. Daher werden größtenteils die sporadischen Signale beseitigt, welche im Video-Ausgangssignal infolge der den Zellen zugeführten Antriebs- oder Steuerspannungen erzeugt werden, im Fälle einer Anordnung ist in dem Stromfluß in die Integrationskapazität auch die Ladung enthalten, welche in der Streukapazität derjenigen Leiter enthalten ist, die mit den ausgelesenen Platten der Einrichtung verbunden sind. Diese Komponente des Stroms kann recht groß in Beziehung zu dem Stromfluß infolge einer Injektion der Ladung sein. Da diese Stromkomponente jedoch nicht durch die Speicherung der Ladung in der Einrichtung beeinflußt wird, wird sie vollständife-Qurch Neuaufbau des Speicherpotentials auf der Einrichtung aufgehoben. Ebenso werden die Schwankungen in den Kapazitäten der Zellen bei Gesamtanordnungen beseitigt, wenn sich nur bei der Abtastung der Anordnung die ersten umi dritten Potentialpegel nicht verändern. Obwohl in dem Beispiel das an der Platte 14 zugeführte dritte Potential Erd- oder Masse-

is potential oder identisch gleich dem zweiten Potential war. ist es leicht ersichtlich, daß das dritte Potential irgendein Potential zwischen dem ersten und dem zweiten Potential sein könnte.

Es wird nunmehr Bezug genommen auf die F i g. 2A.

2B und 2C. welche jeweils Kurven der Steuer- oder Speisespannung V_v für die spaltenorientierten Platten bzw. den Auslesestrom bzw. die Integrationskondensatoren zeigen. Dabei sind diese Kurven mit einer gemeinsamen Zeitskala für die Einrichtung gemäß der Darstellung in den Fig. IA. IB und IC für zwei verschiedene Zustände der Ladungsspeicherung in den Zellen gezeichnet. Bei einem Zustand wurde dabei keine durch Strahlung erzeugte Ladung gespeichert und bei dem anderen Zustand wurde Ladung infolge des Vorhandenseins von Strahlung gespeichert Es wird angenommen, daß die Spannung V_x der zeilenorientierten F>atte auf Null verringert wurde. Die F i g. 2A zeigt identische Impulse 31 und 32 der Steuerspannung, welche der Platte 15 in verschiedenen Betriebszyklen zugeführt werden.

Die F i g. 2B zeigt die Ströme, welche durch den Substratanschluß nach dem Zuführen solcher Impulse fließen. Die F i g. 2C zeigt die Spannung, welche über den Kondensator 18 infolge des Stromflusses nach F i g. 2B aufgebaut oder erzeugt wird. Die F i g. 2C zeigt auch die Zeitperioden, in denen der Rückstellschalter 19 unterbrochen oder geöffnet ist, und die Zeitperioden, in denen er geschlossen ist. Das erste Paar von Stromimpulsen 33 und 34, welches in Fig.2B gezeigt wird, stellt einen Zustand dar, in dem keine Strahlung empfangen wurde und bei dem daher in der spaltenorientierten Zelle der Einrichtung t0 keine Ladung gespeichert wurde. Während der Änderung der Spannung von einem Pegel von —15 Volt auf das Erd- oder Massepotential

fließt die zur Einstellung des Verarmungsbercichs 22 benutzte Ladung heraus und erscheint als positiv verlaufender Impuls 33. Nach der Ausleseperiode wird die Spannung auf d?r Platte auf ihren vorherigen Pegel von -15VoIt zurückgeführt und erzeugt einen LadungsfluB. welcher durch einen Stromimpuls 34 dargestellt ist, zum Aufbau des ursprünglichen Verarmungsbereichs tine; · der Platte 15, und dieser Impuls ist gleich dem Stromimpuls 33. Demgemäß wird über dem Kondensator 18 ein Spannungsimpuls 35 erzeugt, welcher im wesentlichen in der Form identisch ist dem Impuls 31 mit Ausnahme seiner Amplitude. Die resultierende Ausgangsspannung am Ende des Integratiopsvorgangs ist Null, wie dies in F i g. 2C gezeigt ist.

Es wird nunmehr auf die Impulse 37 und 38 Bezug genommen, welche infolge der Zuführung des Impulses 32 zur spaltenorientierten Zelle erzeugt werden. Der positive Impuls 37 mit großer Amplitude stellt die Ladung dar, die in <i<?m Verarmungsbereich 22 infolge der Strahlung gespeichert wurde, und auch einen gewissen Teil der Ladung, welche in das Substrat als Ergebnis der Kapazität des Verarmungsbereiches geflossen ist. Der negative Impuls 38 mit kleiner Amplitude stellt den Strom dar, welcher in das Substrat zum Aufbau des ursprünglichen Abreicherungsbereiches in demselben fließt. Die Integration der Impulse 37 und 38 im Kondensator 18 erzeugt einen Impuls 40 mit der gezeigten Form. Anfänglich steigt die Spannung über dem Kondensator 18 auf eine große Amplitude oder einen großen Pegel 41 infolge des ersten Stromimpulses 37 und be ;n Auftreten des zweiten Impulses 38 des Stroms sinkt die Spannung an dem Kondensator auf einen zweiten Pegelwert 42 ab, der bequemerweise als der »abgesetzte rückwärtige Rampenteil« des Impulses bezeichnet wird. Der zweite Pegel 42 stellt dabei eine Spannung entsprechend der Ladung dar, welche in der Inversionsschicht des Bereichs 22 gespeichert ist. Es ist zu beachten, daß während des Meßintervalls der Rückstellschalter 29 unterbrochen ist, d. h. während des Auftretens der Spannungsimpulse gemäß F i g. 2C für jeden Betriebszyklus des Strahlungssensors und während des übrigen Teils des Zyklus geschlossen bleibt, in dem die Ladungsspeicherung einer Anordnung mit einer einzigen Ladungsabtastvorrichtung erfolgt. Aufeinanderfolgende Betriebszyklen der Einrichtung in der Schaltung würden aufeinanderfolgende Spannungsimpulse wie den Impuls 40 erzeugen, wobei dessen »abgesetzter rückwärtiger Rampenteil« sich gemäß der Strahlung ändert, welche während der Speicherperiode auf die Einrichtung auftrifft Die Ausmessung des rückwärtigen abgesetzten Rampenteils, das die Änderung der Strahlung darstellt, welche in Abhängigkeit von der Zeit auf die Einrichtung fällt.

Im Falle eines Feldes (Array) mit mehreren dieser Einrichtungen ist der Schalter zur Überbrückung der Integrationskapazität für alle Einrichtungen der Anordnung gemeinsam und wird während der Auslesung jeder Einrichtung der Anordnung unterbrochen und geschlossen. Er wird demgemäß während eines Speicherungs- und Auslesezyklus einer einzigen Einrichtung der Anordnung viele Male durch diesen Zyklus geführt. Die dielektrische Kapazität der Zelle ist vorzugsweise groß im Verhältnis zur Kapazität der Zelle gemäß der anfänglichen Verarmung, um ein großes Verhältnis der Speicherfähigkeit für durch Photonen erzeugte Ladung zu dem auf die Ladung und Entladung des Verarmungsbereichs zurückzuführenden sporadischen Strom zu schaffen. Ein Verhältnis der dielektrischen Kapazität zur Vcrarmungskapaziiäi von 10:1 in jeder der Zellen eines zweidimensionalen Feldes einer großen Anzahl von Zellen ergibt eine ausreichende Speicherfähigkeit zur Darstellung eines weiten Bereichs von Strahlungsintensitäten. während dabei gleichzeitig das sporadische Signal infolge des Verarmungsbereichs klein genug ist. so dall keine Überlastung des Verstärkers und ein hierdurch bewirkter Verlust der Aufhebung oder Unterdrückung kapazitiver Signale von den nicht angesprochenen Zellen in einer Spalte des Feldes auftritt. Die zwei Wege zur Änderung dieses Verhältnisses bei vorgegebenen Betriebspotentialen bestehen einmal in einer Änderung der Dicke der isolierenden Schicht oder in einer Änderung des spezifischen Widerstandes des Substrates.

Die Integrationskapazität ist vorzugsweise groß im Verhältnis zur dielektrischen Kapazität einer Zelle, um relativ kleine Schwankungen des Substratpotentials bei dem zyklischen Betrieb der Zelle zu erhalten. Mit größerer Integrationskapazität sind die Spannungsschwankungen auf derselben infolge von Signalströmen von dem Substrat entsprechend kleiner, d. h. das Signal-Rausch-Verhältnis des Meßsignals vermindert sich. Bei kleinerer Integrationskapazität wird die Schwankung im Substratpotential größer und es wird für eine gegebene Differenz zwischen dem Speicherpotential und dem Injektionspotential auf der Platte der Zelle eine entsprechend geringere Ladung in das Substrat injiziert oder, in anderen Worten ausgedrückt, es wird eine größere Potentialdifferenz benötigt, um eine vollständige Injektion der gespeicherten Ladung zu erhalten.

Wenn andererseits die Integrationskapazität sehr groß ist, wie dies von Natur aus der Fall ist bei Feldern mit einer großen Zahl von Strahlungssensorelementen, dann ist der über der Integrationskapazität erscheinende Signalpegel sehr klein und man erhält dadurch ein schlechteres/Signal-Rausch-Verhältnis für das abgetastete Signal. Weiterhin wird das abgetastete Signal noch weiter durch einen Stromfluß verschlechtert, welcher dadurch entsteht, daß durch Photonen erzeugter Strom von allen Sensorplätzen des Feldes bei geöffnete!.·» Rückstellschalter durch die Integrationskapazität fließt. Diese Probleme sollen überwunden werden, wie es besonders im Zusammenhang mit Fig.7 näher erläutert wird.

Vor der Beschreibung der Strahlungsempfängeranordnung nach F i g. 7 als Ausführungsbeispiel der Erfindung, wird noch das verwendete Strahlungssensorfeld beschrieben.

F i g. 3,4, 5 und 6 zeigen ein Strahlungssensorfeld 50 aus solchen Strahlungsabtastvorrichtungen 10, die in vier Zeilen und Spalten angeordnet sind und den in den Fig. IA, IB und IC gezeigten entsprechen. Das Feld bzw. die Anordnung enthält vier Zeilenleiterleitungen, die jeweils die zeilenorientierten Platten einer entsprechenden Zeile dieser Vorrichtungen verbinden und von oben nach unten mit X\, X2, Xi und X» bezeichnet sind. Die Anordnung enthält auch vier Spaltenleiterleitungen, die jeweils eine Verbindung zu den spaltenorientierten Platten einer entsprechenden Spalte von Vorrichtungen herstellen, und diese sind von links nach rechts mit Yi, Y2, Yj und Ya bezeichnet. Die leitenden Verbindungen werden mit den Leitungen über leitende Bereiche oder Kontaktplättchen 52 vorgenommen, weiche an jedem Ende jeder der Leitungen vorgesehen sind. Obwohl in F i g. 3 die Zeilenleiterleitungen scheinbar die Spaltenleiterleitungen kreuzen, sind die Zeilenleiterleitungen von den Spaltenleitungen durch eine Schicht 54 aus

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durchsichtigem Glas isoliert, wie dies leicht aus den F i g. 4,5 und 6 ersichtlich ist. In F i g. 3 ist der Umriß für die unter der Glasschicht 54 liegende Struktur aus Gründen der Klarheit der Darstellung voll ausgezogen gezeichnet.

Das Feld bzw. die Anordnung 50 enthält das Substrat 11 aus N-leitendem Halbleitermaterial, über welchem eine Isolierschicht 56 vorgesehen ist, die mit einer Hauptoberfläche des Substrats 11 in Kontakt ist. Eine Vielzahl von tiefen Vertiefungen 57 ist in der isolierenden Schicht jeweils für eine entsprechende Vorrichtung 10 vorgesehen. Demgemäß ist die Isolierschicht 56 mit dicken oder Wulstteilen 58 ausgestattet, welche eine Vielzahl von dünnen Teilen 59 im Boden der Vertiefungen umschließen.

Am Boden oder am Grund jeder Vertiefung ist ein Faar im wesentlichen identischer leitender Platten oder leitender Teile 61 und 62 mit rechteckiger Umrißform vorgesehen. Die Piäiie 6i ist als zeüenorientierte Platte

ist in Blockform eine Einrichtung mit einem Sensorfeld 50 gemäß Fig.7 dargestellt, die ein Videosignal bei Vorhandensein von Strahlung liefert, die beispielsweise durch ein nicht gezeigtes Linsensystem auf dem Feld abgebildet wird. Das Videosignal kann einer geeigneten, nicht gezeigten Wiedergabeeinrichtung zugeführt werden, beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre, zusammen mit Ablenkspannungen, welche synchron zur Abtastung der Sensoranordnung sind, um das Videosignal in

ίο eine visuelle Anzeige des Bildes umzuwandeln.

Die Einrichtung wird nachstehend in Zusammenhang mit den F ig. 8A—80 beschrieben, welche Kurven der Amplitude, abgetragen über der Zeit, für die Signale zeigen, die an verschiedenen Punkten in F i g. 7 auftreten. Dabei ist eine gemeinsame Zeitskala verwendet. Der Punkt des Auftretens eines Signals nach den F i g. 8A—8O ist in F i g. 7 durch eine Buchstabenker.uzeichnung angegeben, welche der Buchstabenkenrzeichnung der entsprechenden Figurenbezeichnung

und die Platte 62 als spaltenorientierte Platte bezeich- 20 entspricht. Die Amplituden der Signale der h ig.8A —

net. Die Platten 61 und 62 einer Vorrichtung 10 sind mit engem Abstand untereinander längs der Richtung einer Zeile so angeordnet, daß benachbarte Kanten im wesentlichen parallel sind. Vom linken zum rechten Teil der Anordnung wechseln die zeilenorientierten Platten 61 in ihrer seitlichen Lage bezüglich der spaltenorientierten Platten 62 ab. Demgemäß sind die zeilenorienlierten Platten 61 von Paaren benachbarter Vorrichtungen einer Zeile benachbart zueinander und sind über

80 sind nicht in einer gemeinsamen Skala für Spannung oder Stromstärke wiedergegeben aus Gründen der Klarheit der Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtung.

25 Die Einrichtung enthält einen Taktimpulsgenerator 71, welcher eine Serie von regelmäßig auftretenden Impulsen 72 für die Y-Achse mit kurzer Dauer gemäß der Darstellung nach F i g. 8A erzeugt. Die Impulse treten dabei in Sequenz zu den Zeitpunkten fi — u auf und steleinen Leiter 63 miteinander verbunden, welcher integral 30 len jeweils einen halben Abtastzyklus für den Betrieb mit der Ausbildung der Platten 61 gebildet wird. Bei der Anordnung dar, und die Abbildung zeigt auch noch einer solchen Anordnung wird eine einzige Verbindung den zum Zeitpunkt fie auftretenden Impuls. Das Aus-64 von einer Zeilenleiterleitung durch eine Öffnung 69 gangssignal des Taktimpulsgenerators 71 wird einem in der vorgenannten Glasschicht 54 zu dem Leiter 63 ersten Zähler 73 zugeführt, welcher die Zählzahl des vorgenommen, welcher ein Paar von zeilenorientierten 35 Taktimpulsgenerators durch vier teilt, um gemäß der Platten verbindet. Die spaltenorientierten Leiterleitun- Darstellung in F i g. 8B Taktimpulse 74 für die X-Achse gen sind integral mit der Bildung der spahenorientierten abzuleiten. Das Ausgangssignal des ersten Zählers wird Platten 62 ausgebildet. Der oberflächenbenachbarte auch einem zweiten Zähler 75 zugeführt, welcher die Teil des Substrats 11 unter dem Raum zwischen den ihm zugeführte Zählzahl weiterhin durch vier teilt, um Platten 61 und 62 jeder Vorrichtung 10 ist mit einem 40 Bildsynchronisierimpulse an den Bildsynchronisations-P-leitenden Bereich 66 ausgestattet, welcher dem P-lei- generator 76 zu liefern.

tenden Bereich20in r'ig. IA entspricht. Der Bereich67 Die Sensoranordnung 50 ist identiscn mit der in

in dem Substrat besitzt ebenfalls P-Leitfähigkcit und F i g. 3 gezeigten und enthält die Zeilenleiterleitungen wird gleichzeitig mit der Bildung des P-leitenden Be- Xi-X₄ und die Spaltenleiterleitungen Yi-Y₄. Die Anreichs 66 gemäß dem für die Bildung desselben verwen- 45 steucrungs- oder Antriebsschaltungen für die Zeilenleideten Diffusionsverfahren ausgebildet, wobei die Plat- terleitungcn Xi-X₄ und für die Spaltenleiterleitungen ten 61 und 62 als Diffusionsmasken verwendet werden. Yi — Y₄ der Anordnung 50 sind in dem gleichen Substrat Die Glasschicht 54 liegt über dem dicken Teil 58 und 10 wie die Anordnung selbst enthalten, um die Anzahl dem dünnen Teil 59 der Isolierschicht 56 und der Platten von äußeren Verbindungsanschlüssen auf ein Minimum 61,62 und der Leiter 63 und spaltenorientierten Leiter- 50 zu bringen, welche zur Benutzung der Anordnung 50 in leitungen Y_t— Y₄ mit Ausnahme der Kontaktplättchen der Gesamteinrichtung hergestellt werden müssen. Eine 52 derselben. Die Glasschicht 54 kann einen Akzeptor- Vielzahl von Zeilenleitungsanalogschaltern 81—84 in Aktivator enthalten und kann bei der Formation der Form von MÖSFET-Transistoren besitzen jeweils eine P-leitenden Bereiche 66 und 67 benutzt werden. Eine Source- oder Anoden-Elektrode, eine Drain-Elektrode ringförmige Elektrode 68 ist auf der Hauptoberfläche 55 oder Kathode und eine Gate-Elektrode. Jede Kathode des Substrats gegenüber der Hauptoberfläche vorgese- der Transistoren 81—84, welche mit einem Ende einer hen, auf welcher die Vorrichtungen 10 ausgebildet wur- entsprechenden Zeilenleiterleitung Xi-X₄ verbunden den. Eine solche Anschlußverbindung zu dem Substrat sind, und jede Anode der Transistoren 81—84 ist mit gestattet ein Auffangen der Strahlung von einem zu einem Vorspannungsanschluß 85 für eine Zeilenleitung erfassenden Gegenstand sowohl an der rückwärtigen ω verbunden. Der Anschluß 85 ist mit dem negativen AnFläche als auch an der Vorderfläche. schluß einer Spannungsquelle 86 für —15 Volt verbun-

Die Strahlungsabtastanordnung 50 und die Vorrichtungen 10, aus denen sie besteht, können unter Verwendung einer Vielzahl von Materialien und unter Benutzung von verschiedenartigen Größenabmessungen gemäß vorhandener Verfahren zur Herstellung integrierter Schaltungen hergestellt werden.

Ls "-ird nunmehr auf Fi g.7 Bezug genommen. Dort

den, deren positiver Anschluß mit Erde oder Masse verbunden ist In ähnlicher Weise sind eine Vielzahl von Spaltenleitungsanalogschaltern 91 —94 in der Form von MOSFET-Transistoren vorgesehen, welche jeweils eine Source- oder Kathoden-Elektrode, eine Drain- oder Anoden-Elektrode und eine Gitter- oder Gate-Elektrode besitzen. Jede Kathode der Transistoren 91 —94 ist

mit hinein Ende einer jeweiligen Spaltenleiterleitung Vi-V₄ verbunden und jede Anode der Transistoren 91—94 is¹ mit dem Vorspannungsanschluß 85 verbunden. Die taOSFET-Transistoren 81 -84 und 9i -94 sind P-Kanal-Einrichtungen. Demgemäß wird zwischen Source- und Drain (Kathode und Anode) eine niedriger Widerstand erhalten, wenn die Gate-Elektrode einer solchen Einrichtung eine geeignete negative Vorspannung bezüglich der Source-Elektrode erhält, und umgekehrt ist zwischen Source- und Drain bei Abwesenheit einer solchen Vorspannung ein hoher Widerstand vorhanden. Eine Steuerung oder Zuschaltung der anderen Enden der Zeilenleiterleitungen Xi- X₄ wird erhalten durch eine Vielzahl von MOSFET-Transistoren 101 — 104, welche auf dem Substrat 10 integral ausgebildet sind und deren Anode oder Drain-Elektrode jeweils mit dem anderen Ende einer entsprechenden Zeilenleiterleitung Xi-Xt verbunden ist. Bei jedem dieser Transistoren ist die Source- oder Kathoden-Elektrode mit einem Kontikt 105 für eine Vorspannung der Spaltenleitung ve-bunden, der im Betrieb mit dem negativen Anschluß einer Quelle 109 für —5VoIt verbunden ist, deren positiver Anschluß mit Erde oder Masse verbunden ist. Jede Gate-Elektrode der Transistoren 101 — 104 wird durch ein jeweiliges Steuersignal angesteuert, welches aus dem Zeilenschieberegister 106 erhalten wird. Das Zeilenschieberegister 106 kann irgendein Schieberegister aus der Zahl der an sich bekannten Schieberegister sein. Die Elemente des Schieberegisters 106 können

Das Spaltenschieberegister 116 ist mit einem Eingangs anschluß 117 versehen, an dem Taktimpulse für die V-Achse zugeführt werden, welche aus einem Taktimpulsgenerator 71 erhalten werden. Das Spaltenschieberegister 116 ist auch noch mit einem horizontalen Zeilensynchronisieranschluß 118 ausgestattet, an dem die Zeilenf.ynchronisierimpulse von dem Zeitensynchronisierin;-pulsgenerator 119 zugeführt wctden. Der Zeilensynchronisicr-lmpulsgenerator isi mit dem ersten Zähler 73 ίο verbunden und liefert ein Ausgangssignal, das mit den Taktimpulsen für die X-Achse synchronisiert ist. Die Zeilensynchronisicrimpulse werden in dem Spaltenschieberegister bei Vorhandensein der Taktimpulse für die Y-Achse verschoben. Die Wellenform der Zeilen-Synchronisierimpulse, welche dem Zeilensynchronisieranschluß 118 zugeführt werden, ist in Fig.8C gezeigt, welche auch noch das Ausgangssignal des ersten Zustandes des Spaltenschieberegisters darstellt. Der Zeilensynchronisierimpuls besitzt eine Breite, die kleiner ist als das Intervall zwischen einem Paar von Takiinipuisen für die V-Achse. An den ausgangsseitigen Anschlußpunkten des Spaltenschieberegisters 116 werden Ansteuerungssignale 121 — 124 gemäß der Darstellung in den F i g. 8E—8M erhalten und entsprechend den Trrnsistoren 111 — 114 zugeführt. Die Ansteuerungssignale besitzen eine Amplitude von —20 Volt für das angedeutete Intervall. Eine Folge von Spaltensteuerimpulsen 125 gemäß der F i g. 81, welche noch mit den Taktimpulsen für die V-Achse synchronisiert sind, werden vom

zu dem gleichen Zeitpunkt au) dem Substrat ausgebildet jo Spaltensteuergenerator 126 erhalten und dem Anschluß werden, zu dem die Vorrichtungen des Sensorfeldes 50 115 zugeführt. Jeder der Impulse 125 besitzt eine kurze gebildet werden. Impulsdauer entsprechend dem Zeitraum, in dem eine

Das Schieberegister 106 ist mit einem Anschluß 107 Auslesung der durch Strahlung erzeugten und in einer versehen, an dem eine Folge von vertikalen Abtastge- Einrichtung in einer jeweiligen Spalte gespeicherten Lasch windigkeits-Taktimpulsen oder Impulsen 74 für die 35 dung erwünscht ist Solche Impulse bewirken eine InX-Achse zugeführt werden gemäß der Abbildung in jektion der gespeicherten Ladung, die über dem Integrationskondensator 18 erfaßt wird, welcher zwischen den Kontakiansehluß 127 des Substrats und Masse geschaltet ist. Der Kontaktanschluß 127 ist leitend mit der 40 Ringelektrode 68 des Substrats 10 verbunden. Die Impulse 125 besitzen zwischen den Werten für —15 und —5 Volt eine Amplitude von 10 Volt. Demgemäß wird während des Zeitintervalls von fo — ii die Strahlungsabtastvorrichtung 10 in der obersten Zeile und 4er Spalte

Perioden von vier Zyklen der Taktimpulse für die V- 45 links auf der Anordnung 50 ausgelesen, gefolgt von der Achse ist. Die Bildsynchronisierimpulse werden im Auslesung in der Spalte, welche der Leiterleitung Yi

entspricht, usw.
Nach Beendigung der Abtastung der Vorrichtungen

Fig.8B. Die Folgefrequenz der Impulse ist dabei ein Viertel der Folgefrequenz der Taktimpulse für die Y-Achse. Die Bildsynchronisierimpulse werden aus dem Zähler 75 abgeleitet und einem Bildimpulsgenerator 76 zur Erzeugung eines Ausgangssignals zugeführt, welches dem Bildsynchronisieranschluß 108 zugeführt wird. Jeder dieser Bildsynchronisierimpulse besitzt eine Impulsdauer, die im wesentlichen gleich der Summe der

einer Zeile werden Gate-Impulse 131 gemäß der Dar-

Schieberegister 106 mit der Taktfrequenz für die X-Achse verschoben, um eine aufeinanderfolgende Zuschaltung der Gitterelektroden der Transistoren 101 bis
104 zu bewirken, welche mit den Leitungen Xi — X₄ ver- so stellung in F i g. 8J den Steuerelektroden jeder der Tranbunden sind, und dadurch aufeinanderfolgend die Im- sistoren 81 und 84 und 91 und 94 zugeführt, um die pulsspannung zwischen einem Wert von — 15 Volt und
einem Wert von —5 Volt zu verschieben. Die Wellen

form der Steuerspannung auf X\ ist in Fig.8C gezeigt

Leitungen Xi-X₄ und Vi — V₄ mit der Quelle 86 für das Betriebspotential zu verbinden. Hierdurch wird ein richtiges Potential für die Erzeugung einer Verarmung auf

und die Wellenform der Steuerspannung auf der Lei- 55 allen Platten aller Vorrichtungen 11 eingestellt Gemäß tung X2 ist in F i g. 8D für eine Hälfte eines Betriebszy- der Darstellung tritt jeder Gate-Impuls nach dem Spal klus der Anordnung gezeigt

Ebenso ist auf dem Substrat 10 integral eine Vielzahl

von Ansteuerungs-MOSFET-Transistoren 111 —114 für

tenansteuerimpuls 125 auf, welcher die letzte Vorrichtung in jeder Reihe ansteuert Der Gate-Impuls tritt nach dem Ausgangssignal der Stufe 4 des Spaltenschiedie Spaltenleiterleitung ausgebildet Jeder der Transi- 50 beregisters und auch zu einem Zeitpunkt auf, bei dem stören 111 — 114 besitzt eine Drain-Elektrode oder Ano- sich die Spannung auf der X-Leitung auf dem Speicherde, welche mit dem anderen Ende einer entsprechenden
Spaltenleiterleitung Yi — Yt verbunden ist Seine Sour-

potential von —15 Volt befindet Die Dauer der Gate-Impulse ist so gewählt daß sie ausreicht, um das Speicherpotential von —15 Volt auf allen Leitungen erneut Schluß 115 verbunden, an dem ein Spaltenansteuerungs- 65 aufzubauen. Die Gate-Impulse werden aus einem Steusignal zugeführt wird. Jede der Gate-Elektroden der ergenerator t35 erhalten, weicher seinerseits durch ei-

ce-Elektrode oder Kathode ist mit einem Kontaktan-

Transistoren 111—114 ist mit einem entsprechenden Punkt auf dem Spaltenschieberregister 116 verbunden.

nen Zähler 136 angesteuert wird, der einen Ausgangsimpuls für jeweils 4 eingangsseitige Impulse liefert Der

Zähler wird durch die Taktimpulse für die Y-Achse vom Taktimpulsgenerator 71 angesteuert

Der Stromfluß im Schaltkreis mit dem Substrat durch den Substratkontakt 127 bei einem sequentiellen Abtasten der Vorrichtungen in der ersten und zweiten Zeile der Anordnung ist in der Kurve 137 der F i g. 8K dargestellt In dieser Abbildung sind 8 Stromimpulspaare gezeigt, welche jeweils dem Stromfluß in dem Stromkreis mit dem Substrat 10 während des sequentiellen Ausie-

erste Pegel der Ladung des ersten Stromimpulses und der zweite Pegel der Ladung des ersten Stromimpulses, vermindert um die Ladung des zweiten Stromimpulses, entspricht Die Ausgangsspannung am Kondensator ist 5 in der Kurve 144 der Fi g. 8L gezeigt, wobei jeder der beiden Impulse 145 einen ersten Pegel 146 und einen zweiten Pegel 147 besitzt und einem jeweiligen Impulspaar nach F i g. 8K enispricht Im Falle des ersten Impulses und des siebenten Impulses der Kurve SL ist der sens der Vorrichtungen der ersten und zweiten Zeilen io zweite Pegelwert 0 und zeigt an, daß in den ihm entspre-Xx und X₂ entsprechen. Der erste auftretende Impuls chenden Vorrichtungen keine durch Strahlung erzeugte jedes Paares entspricht dem Stromfluß infolge der Ladung gespeichert worden war. Die zweckmäßigerdurch Strahlung erzeugten Ladung und einem gewissen weise als erste vorgegebene Zeitperiode bezeichnete Teil der durch die Verarmung erzeugten Ladung, wel- Periode stellt diejenige Zeit dar, während der die durch ehe im Augenblick der Zuführung des Speicherpotenti- 15 Strahlung induzierte Ladung in einer Vorrichtung geraals auf die spaltenorientierte Platte der Vorrichtung ge- de gespeichert wird, und die ZAvei:kmäßigerweise als speichert wurde. Der zweite auftretende Impuls mit ent- zweite vorgegebene Periode bezeichnete Periode stellt gegengesetzter Polarität zum ersten auftretenden Im- diejenige Zeit dar, während der die Ladung ausgelesen puls entspricht dem zuvor erwähnten Stromfluß. wel- wird. Das dritte vorgegebene Intervall stellt diejenige eher sich aus der Zuführung der Spannung zu der spal- 20 Zeit dar. während welcher der RQckstellschalter 138 getenorientierten Fiaite der Vorrichtung ergibt. Der erste schlossen ist und das vierte vorgegebene Intervall stellt Impuls jedes Paares tritt an der Vorderflanke eines ent- diejenige Zeit dar, in der der Rückstellschalter geöffnet sprechenden Spaltenansteuerimpulses 125 auf und der ist Da bei der Auslesung der in jeder der Vorrichtungen zweite Impuls jedes Paares tritt an der rückwärtigen gespeicherten Ladung der gleiche Schalter 138 verwen-Flanke eines entsprechenden Spaltensteuerimpulses 25 det wird, wird die Erdung der Anordnung während des auf. Die ersten Impulse sind mit verschiedenen Amplitu- Speicherzyklus einer Vorrichtung viele Male aufgchoden dargestellt entsprechend den verschiedenen Ampli- ben. Da die Amplitude der Signalspannung klein ist im tvden der in den verschiedenen Vorrichtungen der er- Verhältnis zu den auf den Platten verwendeten Speisten beiden Zeilen gespeicherten Ladung. Die Amplitu- cherpotentialen, beeinträchtigt dieser Vorgang nicht die den der zweiten Impulse sind identisch, da die spalten- 30 Speicherung in denjenigen Einrichtungen, die nicht georientierten Zellen jeder der Vorrichtungen identisch rade einem Auslesevorgang unterzogen werden, aufgebaut sind und daher einen identischen Strom zur Das über dem Integrationskondensator 18 auftreten-

Aufladung oder zur Erzeugung des Verarmungsberei- de Ausgangssignal wird einem Video-Kanal 150 zugeches aufnehmen. Der wichtige Gesichtspunkt in diesem führt der einen ersten Verstärker 151, einen Momentan-Zusammenhang besteht nicht in einer Änderung solcher 35 Wertspeicher 152 und einen zweiten Verstärker 153 beLadeströme zwischen den Zellen, sondern vielmehr in sitzt dessen Ausgangssignal der Modulationselektrode der Differenz des Ladungsflusses in das Substrat zur für die Elektronenstrahlintensität an einer Kathoden-Erzeugung der ersten Verarmung und des Ladungsflus- strahlanzeige-Einrichtung (nicht gezeigt) zugeführt ses aus dem Substrat heraus bei der Injektion gespei- werden kann. Der Momentanwertspeicher 152 enthält cherter Ladung. Die Integration der ersten und zweiten 40 einen N-Kanal-MOSFET-Transistor 154 mit einer Ano-Impulse jedes Impulspaares wird erhalten durch den de 155, einer Kathode 156 und einem Gate 157 und Kondensator 18. Dabei stellt der Kondensator 18 im einen Kondensator 158. Die Stromleitungsstrecke von wesentlichen die Kapazität des Substrats der Anord- der Kathode zur Anode für diesen Transistor ist zwinung in Beziehung zu den zweiten oder zeilenorientier- sehen den Ausgang des Verstärkers 151 und eine Elekten Platten der Vorrichtung der Zeile der abgetasteten 45 trode des Kondensators 158 geschaltet, wobei die andere Elektrode mit Masse verbunden ist Das Gate 157 ist mit dem Block 139 für Taktgabe und Steuerung verbunden, welcher die Folge von Meßimpulsen oder Ausleseimpulsen 140 liefert, welche in der Kurve der F i g. 8M 50 gezeigt sind. Jeder der Impulse 140 besitzt eine kurze Dauer und die Impulse haben einen gleichen Abstand entlang der Zeitachse der Kurve. Für jeden Taktimpuls für die X-Achse tritt ein Meß- oder Ausleseimpuls auf. Die Phasenlage der Impulse 140 ist so gewählt, daß tungen 139 verbunden ist, welche gemäß der Darstel- 55 sie während des Auftretens des abgesetzten rückwärtilung in F i g. 8N Rückstellimpulse 151 liefern. Die Rück- gen Teils oder zweiten Pegels 147 der mit zwei Pegelstellimpulse springen dabei von einem Massepegel auf werten ausgestatteten Video-Impulse nach F i g. 8L aufeinen positiven Spannungspegel. Die rückwärtige Flan- treten, welche an dem Integrationskondensator 18 erke jedes Rückstellimpulses ist koinzident mit der vorde- scheinen. Während der Meßintervalle wird der Transiren Flanke eines entsprechenden Steuerimpulses 125 w stör 154 eingeschaltet, um auf diese Weise zu gestatten für die Spaltenleitung. Demgemäß wird der Kondensa- daß sich der Kondensator 18 auf eine Spannung ent

oder ausgelesenen Vorrichtungen dar und enthält auch Streukapazität, beispielsweise die Kapazität der angewählten Zeilenleiterleitung und tier Kontaktplatten derselben und kann auch gewünschtenfalls noch eine zusätzliche Kapazität enthalten.

Es ist ein N-Kanal-Feldeffekttransistor 138 vorgesehen, dessen Strecke Source-Drain (Kathode-Anode) im Nebenschluß zum Kondensator 18 liegt und dessen Gate- oder Steuerelektrode mit den Takt- und Stcuerschal-

tor 18 mit Ausnahme der Zeit während des Ausleseintervalls für jede Vorrichtung 10 nach Masse kurzgeschlossen oder überbrückt. Beim Auftreten eines Spaltensteuerimpulses werden, wie zuvor erläutert, zwei Stromimpulse erzeugt, welche von dem Kondensator 18 integriert werden und zu einem entsprechenden Ausgangsimpuls mit zwei Pegelwerten führen, wobei der

sprechend der Spannung 158 der zweiten Pegelwert« der Impulse 145 nach F i g. 8L aufladen kann. Demge maß wird ein Video-Signal 161 gemäß der Darstellunj 65 in Fig.8O erhalten, indem das Signal eine Verschie bung von einem Video-Pegel zu einem anderen Pege im Meßintervall gemäß der Spannung am Integrations kondensator 18 während des Meßintervalls erfährt. Wi

15

bereits zuvor ausgeführt, wird das Video-Signal 161 durch den zweiten Verstärker 153 verstärkt und einer geeigneten Anzeigeeinrichtung zur Wiedergabe oder Anzeige des erfaßten Bildes zugeführt.

In der Strahlungsabtasteinrichtung nach F i g. 7 sind die analogen Schalter 81 bis 84 und 91 bis 94 vorgesehen, um die Zeilenleitungen und die Spaltenleitungen nach der Aufladung auf das Betriebspotential durch die Quelle 86 zu trennen und periodisch diese Leitungen am Ende des Abtastvorganges oder Durchlaufs einer Zeile von Vorrichtungen mit der Quelle zu verbinden. Selbstverständlich können auch jede der Leitungen Y_x bis Y₄ vollständig von der Betriebspotentialquelle getrennt werden und man kann dann auf die Spaltensteuerimpulse zurückgreifen für den Neuaufbau des Betriebspoten- tials auf den Spaltenleitungen, nachdem dort das Injektionspotential angelegt wurde. Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß die Vorrichtungen 91 bis 94 und die zugeordneten Schaltkreise weggelassen sind.

Ein besonderer Vorteil der Benutzung von Gateoder Steuerimpulsen und insbesondere der Zuführung von Steuerimpulsen am Ende der Abtastung einer Zeile besteht darin, daß während des Rücklaufintervalls die durch Photonen erzeugte Ladung, welche sich angesammelt hatte, während die verschiedenen Vorrichtungen der Anordnung bzw. des Feldes ein sich änderndes oder »schwimmendes« Potential hatten, in Form eines Kondensatorladestroms auf die verschiedenen Platten der Vorrichtungen während dieses Intervalls geleitet werden kann und dabei der dynamische Bereich der Vorrichtungen des Feldes aufrechterhalten bleibt. Ebenso können bei einer Zeilenansteuerungs-Anordnung, wie sia iür die Spaltenleitungen gezeigt und beschrieben wurde, die Zeilenleitungen ebenfalls vollständig von der Betriebspotentialquelle getrennt werden und man kann dann auf die Zeilensteuerimpulse zurückgreifen zur Neueinstellung des Betriebspotentials an jeder Zeilenleitung nach dem Abtasten derselben. Da jedoch die Zeilenleiterleitungen weniger häufig zur Auslesung angesprochen werden als die Spaltenleiterleitungen, besteht hier eine größere Notwendigkeit zur periodischen Aufladung der Zeilcnleitungen auf Betriebspotenlial.

Vorstehend wurde die Ansteuerung der Analogschalter der Zeilenleiterleitungen und der Spaltenleiterlei- tungen so beschrieben, daß sie am Ende eines Zeilendurchlaufs oder einer Zeilenauslesung auftritt. Eine solche Ansteuerung kann jedoch auch an den Leitungen zu anderen Zeitpunkten vorgenommen werden, vorausgesetzt, daß die Leitungen auf Betriebspotential zurückge- gangen sind und der Schalter für das Substrat geschlossen ist.

Weiterhin sind zwar die mit den Zeilenleiterleitungen und die mit den Spaltenleiterleitungen verbundenen Analogschalter so dargestellt, daß sie zu eir.sr einzigen Signalpotentialquelle zurückgeführt sind. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Analogschalter der Zeilenleiterleitungen zu einer Potentialquelle und die Analogschalter der Spaltenleiterleitungen zu einer anderen Potentialquelle zurückgeführt werden können.

Schließlieh wurde ein Feldsubstrat mit N-Leitfähigkeit beschrieben. Es könnte jedoch in gleicher Weise ein Substrat mit P-Leitfähigkeit verwendet werden. Selbstverständlich würden in einem solchen Fall die zugeführten Potentiale bezüglich ihrer Polarität umgekehrt wer- den und die Ströme würden in umgekehrter Richtung fließen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Strahlungsabtastvorrichtung mit einem Substrat aus Halbleitermaterial eines Leitfähigkeitstyps mit folgenden Merkmalen:

— ein Leiterteil (14,15) ist über einem Teil eines Bereichs (21,22) des Substrates (11) und durch eine Isolierschicht (12) isoliert davon angeord- to net,

— eine Spannungsquelle legt zwischen dem Leiterteil (14,15) und dem Substrat (11) eine Spannung an, die den Substratbereich (21, 22) an Majoritätsladungsträgern verarmt, wobei bei is einer Bestrahlung des Substrates (11) in dem Substratbereich (21,22) erzeugte Minoritätsträger gespeichert werden,

— zum Auslesen der gespeicherten Ladungen dies; sin Schalter (19,138), dem eine Kapazität (18), die in einem Stromkreis mit dem Substrat (11) und dem Leiterteil (14,15) geschaltet ist, so parallel geschaltet ist, daß im Schließzustand des Schalters (19,138) in dem Substratbereich (21, 22) gespeicherte Ladung in das Substrat (U) injiziert wird und im Öffnungszustand des Schalters (19, 138) ein Verschiebungsstrom in den Kondensator (18) fließt, dessen Spannung den in dem Verarmungsbereich gespeicherten Minoritätsträgern proportional ist,

— eine 'Vielzahl von Strahlungsabtastvorrichtungen (10) ist in sinem ^sId (50) von Zeilen und Spalten angeordnet, wobei mehrere Zeilenleiterleitungen (X_x-Xj iz·'-. einem entsprechenden ersten Leiterteil (14) in jeder Zeile und mehrere Spaltenleiterleitungen (Yi-Ya) mit einem entsprechenden zweiten Leiterteil (15) in jeder Spalte verbunden sind.