DE2425392C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen CID-Bildsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei bekannten CCD-Bildsensoren dieser Art wird eine Diode derart in Sperrichtung vorgespannt, daß am Übergang zwischen zwei unterschiedlich dotierten Halbleiterbereichen ein Verarmungsbereich entsteht, d. h. ein Bereich, der frei von Ladungsträgern ist. Auf einer der beiden Halbleiterschichten liegt über einer Isolierschicht eine Eletkrode auf, wobei sowohl die Isolierschicht als auch diese Elektrode Lichteinfall in die Halbleiterschicht nicht oder nur wenig behindern dürfen. Die genannte Elektrode wird in Durchlaßrichtung vorgespannt, so daß sich unter ihr im Halbleiterbereich Minoritätsträger sammeln. Bei Lichteinfall bilden sich in dem genannten Halbleiterbereich Ladungsträgerpaare, von denen die Minoritätsträger unter die Elektrode wandern, während die Majoritätsträger über eine Vorspannungsquelle abgeführt werden. Vermindert man nun die Spannung an der isolierten Elektrode auf 0 V, diffundieren die Minoritätsträger in das Innere der Halbleiterschicht, wodurch an der Sperrschicht der Diode eine Spannung entsteht, die ein Videosignal bildet. Das Anlegen dieser Spannung an die isolierte Elektrode und deren Verminderung auf 0 V stellt einen Abtastzyklus für das Videosignal dar.

Bildsensoren, die nach diesem Prinzip arbeiten, sind sowohl in der US-PS 36 76 715, als auch in "Digest of Technical Papers", ISSCC 1973, Seiten 138-139 beschrieben; dabei ist allerdings nur eine geringe Abtastfrequenz möglich, da das Eindiffundieren der Minoritätsträger nur langsam erfolgen kann. Würde ein weiterer Abtastzyklus zu schnell nachfolgen, wären von dem vorangegangenen Abtastzyklus noch restliche Minoritätsträger vorhanden, die das resultierende Videosignal verfälschen. Ein solcher Dämpfungseffekt wäre so stark, daß mit diesen bekannten Bildsensoren eine Abtastung mit den üblicherweise verwendeten Bildfrequenzen nicht möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine CID-Bildsensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine hohe Abtastfrequenz erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Erfindungsgemäß wird beim Abtastvorgang, bei dem die Spannung an der isolierten Elektrode herabgesetzt ist, gleichzeitig ein Kondensator an das Substrat angeschlossen. Dieser zuvor entladene Kondensator wirkt wie ein Kurzschluß und saugt dadurch die Minoritätsträger mit entsprechend hoher Geschwindigkeit aus dem Substrat ab. Nach Abnahme des Videosignals wird der Kondensator wieder entladen und steht für einen neuen Abtastzyklus bereit. Wegen der mit Hilfe des Kondensators erreichten hohen Geschwindigkeit, mit der die Minoritätsträger abgesaugt werden, sind sehr hohe Abtastfrequenzen möglich

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1A bis 1C zeigen einen CID-Bildsensor in Form von Leiter-Isolator-Halbleiter-Zellen als Ausführungsbeispiel, wie er in der Strahlungsempfängeranordnung nach Fig. 2 eingefügt ist, und veranschaulichen die verschiedenen Stufen beim Betrieb derselben.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht einer Anordnung einer Vielzahl von CID-Bildsensoren gemäß den Fig. 1A bis 1C, welche auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat ausgebildet sind.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt der Anordnung nach Fig. 2 entlang den Schnittlinien 3-3.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt der Anordnung nach Fig. 2 entlang der Schnittlinien 4-4.

Fig. 5 zeigt einen Schnitt der Anordnung nach Fig. 2 entlang der Schnittlinien 5-5.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems mit einer Bildsensoranordnung nach den Fig. 2 bis 5.

Fig. 7A bis 7L zeigen Kurven für die Amplitude über der Zeit mit einem gemeinsamen Zeitmaßstab für die Signale, die an verschiedenen Stellen in der Anordnung nach Fig. 6 auftreten. Die Stelle, an der die Signale nach den Fig. 7A bis 7L in dem Blockschaltbild nach Fig. 6 auftreten, ist jeweils gemäß der Figur bezeichnet.

Fig. 8A bis 8C zeigen einen Sensor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, wie er in der Strahlungsempfängeranordnung nach Fig. 9 eingefügt ist, und veranschaulichen verschiedene Stufen beim Betrieb derselben.

Fig. 9 zeigt eine Draufsicht einer Anordnung einer Vielzahl von CID-Bildsensoren gemäß den Fig. 8A bis 8C, welche auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat ausgebildet sind.

Fig. 10 zeigt eine Draufsicht einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats der Anordnung nach Fig. 9 und bestimmte Kennzeichen dieser Anordnung

Fig. 11 ist ein Schnitt der Anordnung nach Fig. 9 entlang den Schnittlinien 11-11.

Fig. 12 ist ein Schnitt der Anordnung nach Fig. 9 entlang den Schnittlinien 12-12.

Fig. 13 ist ein Schnitt der Anordnung nach Fig. 9 entlang den Schnittlinien 13-13.

Die Fig. 1A, 1B und 1C zeigen ein Paar von gekoppelten CID-Bildsensoren, welche für den Betrieb in zweidimensionalen Anordnungen besonders geeignet sind. Die Fig. 1A zeigt eine Einrichtung 10 mit einem Substrat 11 aus Halbleitermaterial, wobei eine Schicht 11 a mit hohem spezifischem Widerstand auf einer Basisschicht mit niedrigem spezifischen Widerstand ausgebildet ist, um in der Hauptmasse des Substrats 11 einen PN-Übergang zu erhalten. Weiterhin ist ein isolierendes Teil 12 gezeigt, das über der Hauptoberfläche 13 des Substrates 11 liegt, und ein Paar von leitenden Teilen oder Elektroden 14 und 15 liegen über dem isolierenden Teil 12. Die Elektrode 14 ist so eingerichtet, daß sie mit einer Zeilen-Leiter- Leitung einer Anordnung verbunden werden kann, die aus Zeilen und Spalten von CID-Bildsensoren besteht. Die Elektrode 15 ist so eingerichtet, daß sie mit einer Spalten-Leiter- Leitung der Anordnung verbunden werden kann. Ein Integrationskondensator 18 ist zwischen einen Anschluß 16 der Schicht 11 b und einen Masseanschluß 17 geschaltet. Dieser Kondensator 18 stellt die Kapazität der Elektrode 14 und 15 bezüglich des Substrates sowie eine absichtlich hinzugefügte Kapazität dar. Ein Rückstellschalter 19 (reset switch) ist über Anschlüsse 16 und 17 geschaltet. Die Elektroden 14 und 15 sind eng beabstandet, und das unter dem Raum zwischen den Elektroden liegende Substrat ist mit einem Bereich 20 des Leitfähigkeitstyps P ausgestattet. Die Elektrode 14 und die Elektrode 15 sind mit den Anschlüssen einer Betriebsspannungsquelle (nicht gezeigt) verbunden, um die angegebenen negativen Potentiale, d. h. V _x = -15 V und V _y = -15 V bezüglich Masse zu erhalten. Die Schicht 11 a des Substrates 11 ist mit dem positiven Anschluß einer Gleichspannungsquelle 26 verbunden, deren negativer Anschluß mit der Schicht 11 b des Substrates 11 verbunden ist. Hierdurch wird ein PN-Übergangsbereich 27 in Gegenrichtung vorgespannt, wie dies durch einen Verarmungsbereich 28 in dem Substrat angedeutet ist. Die Schicht 11 b des P-Typs ist nahe benachbart zu einem Verarmungsbereich 22 angeordnet; sie ist jedoch nicht nahe genug, um zu bewirken, daß die unter der Elektrode 15 gesammelte Ladung während des normalen Betriebes der Elektrode 15 in ihrer Betriebsart für Ladungsspeicherung durch die Schicht 11 b des P-Typs abgeführt wird. Der Verarmungsbereich 28 kann jedoch in Kontakt mit dem Bereich 22 gelangen. Wenn daher die Elektrode 15 so betrieben wird, daß Ladung injiziert wird, dann bewegen sich die Ladungsträger zu dem Verarmungsbereich 28, welcher dem PN-Übergangsbereich 27 zugeordnet ist, und werden aus der Schicht 11 a ausgetrieben.

Der Anschluß an die spaltenorientierte Elektrode 15, der Masseanschluß 17 und der Substratanschluß 16 werden als erster, zweiter und dritter Anschluß bezeichnet, und weiterhin wird der Anschluß an die zeilenorientierte Elektrode 14 als vierter Anschluß bezeichnet. Die an die spaltenorientierte Elektrode 15 und an die zeilenorientierte Elektrode 14 angelegten Speicher-Potentiale werden als erstes bzw. viertes Potential bezeichnet. Das Massepotential wird als zweites Potential bezeichnet. Das Injektionspotential für die spaltenorientierte Elektrode 15 wird als drittes Potential bezeichnet.

Wenn Potentiale mit geeigneter auf das Substrat 11 bezogenen Polarität und der richtigen Amplitude, beispielsweise einer in Fig. 1a gezeigten Amplitude von -15 V, an den Elektroden 14 und 15 angelegt werden, dann werden unter den Elektroden 14 und 15 ein Paar von Verarmungsbereichen 21 und 22 gebildet, welche durch den Bereich 20 mit hoher Leitfähigkeit des P-Typs miteinander verbunden sind, dem ebenfalls noch ein Verarmungsbereich 23 zugeordnet ist. Demgemäß kann die in einem der Verarmungsbereiche 21 oder 22 unter einer der Elektroden 14 und 15 gespeicherte Ladung leicht durch den Bereich 20 des Leitfähigkeitstyps P zu dem anderen Verarmungsbereich 21 oder 22 abfließen. Der Strahlungsfluß, welcher in die Verarmungsbereiche 21 oder 22 von der Vorder- oder Hauptfläche des Substrates 11 eintritt, bewirkt die Erzeugung von Minoritätsträgern, welche an der Oberfläche der Verarmungsbereiche 21 und 22 gespeichert werden. Dieser Zustand ist angedeutet durch einen Stromfluß in das Substrat 11 hinein, während sich Ladung in dem Oberflächenteil der Verarmungsbereiche 21 und 22 anhäuft, und entspricht der Leitung von Elektronenladung in die äußeren Potential zuführenden Schaltkreise zwischen den Elektroden 14 und 15 und dem Substrat 11. Die Fig. 1B zeigt den Zustand des Sensors, wenn die Spannung auf der Elektrode 14 auf Null eingestellt wird, um den Verarmungsbereich 21 derselben zum Zusammenbrechen zu veranlassen und zu bewirken, daß die dort zuvor gespeicherte Ladung in die Inversionsschicht im Bereich 22 fließt, welche runter der Elektrode 15 liegt. Zum Auslesen einer zuvor in der Inversionsschicht gespeicherten Ladung wird das Potential an der Elektrode 15 aufgehoben oder in seiner Amplitude auf einen geeigneten Wert, beispielsweise auf Null, verringert, nachdem der Rückstellschalter 19, der über den Integrationskondensator 18 geschaltet ist, gemäß der Abbildung in Fig. 1C geöffnet wurde. Dieser Vorgang bewirkt, daß die in der Inversionsschicht gespeicherten Träger in das Substrat 11 injiziert werden und einen Stromfluß aus demselben heraus erzeugen, welcher der in dem Verarmungsbereich 22 gespeicherten und in das Substrat 11 injizierten Ladung entspricht. Die Injektion der Minoritätsträger ist angedeutet durch die Verteilung der positiven Ladung über das Substrat 11. Eine solche Injektion bewirkt, daß eine neutralisierende negative Ladung in das Substrat 11 hineinfließt, d. h. ein konventineller Strom fließt aus dem Substrat 11 heraus. Dieser Strom fließt vom Substrat 11 in den Kondensator 18, der auf einen Wert aufgeladen wird, welcher von der injizierten Ladung abhängig ist. Die in das Substrat 11 injizierten Minoritätsträger diffundieren entweder von dem Bereich hinweg, in den sie injiziert wurden, oder sie rekombinieren dort. Der in Gegenrichtung vorgespannte PN- Übergangsbereich 27 besitzt einen Verarmungsbereich 28, welcher sich benachbart zu den Ladungsspeicherbereichen in der Schicht 11 a in dieselbe hinein erstreckt und so die Abführung der injizierten Träger erleichtert. Die Ladungsträger, welche in den Verarmungsbereich diffundieren, werden aus der Schicht 11 a herausgetrieben, und eine Wiedersammlung wird dadurch vermieden. Das Potential an der Elektrode 15 wird dann auf seinen ursprünglichen Wert vor dem Schließen des Rückstellschalters 19 und nach dem Zeitpunkt zurückgestellt, bei dem die injizierten Ladungsträger aus dem Bereich 22 verschwunden sind.

Abtastproben der Spannung auf dem Integrationskondensator 18, die sich aus aufeinanderfolgenden Betriebszyklen der Zelle ergeben, können vorgenommen werden, um ein Video-Signal zu erhalten, welches den integrierten Wert der Strahlung darstellt, die bei aufeinanderfolgenden Betriebszyklen in die Zelle einfällt. Daher werden Störsignale größtenteils beseitigt, welche in dem Video-Ausgangssignal infolge der an den Zellen angelegten Ansteuerungsspannungen oder Versorgungsspannungen erzeugt werden. Im Falle einer Anordnung nach Fig. 2 ist in dem in den Integrationskondensator fließende Strom auch noch die Ladung enthalten, welche in der Streukapazität der Leiter vorhanden ist, die mit den Elektroden der Einrichtung, die ausgelesen wird, verbunden sind. Diese Stromkomponente kann sehr groß sein im Verhältnis zu dem infolge der Ladungsinjektion erzeugten Stromfluß. Da diese Stromkomponente jedoch nicht durch Ladungsspeicherung in der Einrichtung beeinflußt wird, wird sie durch den erneuten Aufbau des Speicherpotentials in der Einrichtung vollständig aufgehoben. Ebenso werden bei solchen Anordnungen Schwankungen der Kapazitäten der einzelnen Zellen beseitigt, wenn beim Abtastvorgang der Anordnung keine Änderung des ersten und dritten Potentialpegels erfolgt. In dem Beispiel wurde das an die Elektrode 14 angelegte dritte Potential als Erdpotential oder identisch zum zweiten Potential angegeben. Es ist jedoch ersichtlich, daß dieses dritte Potential auch irgendein zwischen dem ersten und zweiten Potential liegendes Potential sein könnte.

Die Fig. 2, 3, 4 und 5 zeigen eine Anordnung 50 aus CID-Bildsensoren 51 entsprechend der in den Fig. 1A, 1B und 1C beschriebenen Einrichtung 10, die hier in vier Zeilen und Spalten angeordnet sind. Die Anordnung enthält vier Zeilen-Leiter-Leitungen, die jeweils die zeilenorientierten Elektroden einer entsprechenden Zeile von Einrichtungen 51 miteinander verbinden und von oben nach unten mit X 1, X 2, X 3 und X 4 bezeichnet sind. Die Anordnung enthält auch vier Spalten- Leiter-Leitungen, die jeweils die spaltenorientierten Elektroden einer entsprechenden Spalte von Einrichtungen 51 verbinden und von links nach rechts mit Y 1, Y 2, Y 3 und Y 4 bezeichnet sind. Die leitenden Verbindungen zu den Leitungen sind über leitende Anschlußstücke oder Kontaktstücke 52 vorgenommen, die an jedem Ende jeder der Leitungen vorgesehen sind. In Fig. 2 scheinen die Zeilen-Leiter-Leitungen die Spalten-Leiter-Leitungen zu kreuzen; die Zeilen-Leiter-Leitungen sind jedoch von den Spalten-Leitungen durch eine Schicht 54 aus durchsichtigem Glas isoliert, wie dies aus den Fig. 3, 4 und 5 ersichtlich ist. In Fig. 2 sind die Umrisse der Struktur unter der Glasschicht 54 zur deutlicheren Darstellung mit ausgezogenen Linien wiedergegeben.

Die Anordnung enthält ein Substrat oder Plättchen 55 aus Halbleitermaterial, bei dem eine Schicht 55 a mit hohem spezifischem Widerstand epitaxial auf einer Basisschicht 55 b mit niedrigem spezifischem Widerstand ausgebildet ist. Die Schichten 55 a und 55 b entsprechen den Schichten 11 a und 11 b der Fig. 1A bis 1C. Eine isolierende Schicht 56 liegt über der Schicht 55 a und ist in Kontakt mit einer Hauptfläche des Substrats 55. In der isolierenden Schicht 56 ist eine Vielzahl von tiefen Aussparungen 57 vorgesehen, wobei für jede Einrichtung 51 eine solche Aussparung 57 vorhanden ist. Demgemäß enthält die isolierende Schicht 56 ein dickes Teil oder Stegteil 58, das eine Vielzahl von dünnen Teilen 59 am Boden der Aussparungen 55 umgibt. Am Boden jeder Aussparung 55 ist ein Paar im wesentlichen identischer leitender Elektroden oder leitender Teile 61 und 62 mit rechteckiger Umrißform vorgesehen. Die Elektrode 61 ist als zeilenorientierte Elektrode und die Elektrode 62 ist als spaltenorientierte Elektrode bezeichnet. Die Elektroden 61 und 62 der Einrichtung 51 sind eng zueinander beabstandet entlang der Richtung einer Zeile, wobei benachbarte Kanten im wesentlichen parallel zueinander sind. Vom linken zum rechten Teil der Anordnung fortschreitend, wechseln die zeilenorientierten Elektroden 61 in seitlicher Lage mit den spaltenorientierten Elektroden 62 ab. Demgemäß sind die zeilenorientierten Elektroden 61 von Paaren benachbarter Einrichtungen 51 einer Zeile zueinander benachbart und durch einen Leiter 63 miteinander verbunden, welcher integral bei der Ausbildung der Elektroden 61 gebildet wird. Bei einer solchen Anordnung wird eine einzige Verbindung 64 von einer Zeilen-Leiter- Leitung zu dem Leiter 63 durch eine Öffnung 69 in der Glasschicht 54 hergestellt zur Verbindung eines Paars von zeilenorientierten Elektroden 61. Die spaltenorientierten Leiter-Leitungen werden bei der Ausbildung der spaltenorientierten Elektroden 62 integral gebildet. Ein Bereich 66 des Leitfähigkeitstyps P mit hoher Leitfähigkeit oder niedriger Impedanz ist in dem oberflächenbenachbarten Bereich des Substrats vorgesehen, welcher unter dem Boden der Vertiefung 57 liegt. Die Bereiche 67 in dem Substrat besitzen ebenfalls den Leitfähigkeitstyp P und werden gleichzeitig mit der Ausbildung der Bereiche 66 des Typs P gemäß dem Diffusionsverfahren ausgebildet, wobei die Elektroden 61 und 62 dicke Oxidschichten 58 sind, die durch Maskendiffusion eines Dotierungsmittels des P-Typs in das Substrat ausgebildet sind, und die seitlichen Begrenzungen der Diffusionsbereiche des P-Typs ergeben, welche die Ladungsspeicherbereiche umgeben; sie sind nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Die Glasschicht 54 liegt über dem dicken Teil 58 und dem dünnen Teil 59 der isolierenden Schicht 56, den Elektroden 61 und 62, den Leitern 63 und über den spaltenorientierten Leiter-Leitungen Y 1 bis Y 4 mit Ausnahme der Kontaktplättchen 52 derselben. Die Glasschicht 54 kann einen Akzeptor-Aktivator enthalten und kann als eine Akzeptordiffusionsquelle für die Ausbildung des Bereichs 66 des P-Typs benutzt werden.

Gemäß Fig. 4 ist das Anschlußteil 48 über Isolationsschichten 56 und 54 mit der Schicht 55 a mit hohem spezifischem Widerstand verbunden. Eine ringförmige Elektrode 68 ist auf der Hauptunterfläche des Substrates 55 entgegengesetzt zu der Hauptoberfläche vorgesehen, auf welcher die Einrichtungen 51 ausgebildet wurden, um den Kontakt mit der Schicht 55 b herzustellen. Das Anschlußteil 48, welches mit der Schicht 55 a des N-Typs verbunden ist, und das ringförmige Anschlußteil 68, welches mit der Schicht 55 b des P-Typs verbunden ist, ermöglichen es, den dazwischen gebildeten PN-Übergangsbereich in Gegenrichtung vorzuspannen.

Die Bildsensoranordnung 50 und die Einrichtungen 51, aus denen sie besteht, können hergestellt werden unter Verwendung einer Vielzahl von Materialien und einer Vielzahl von Abmessungen gemäß erprobten Verfahren zur Herstellung von intergrierten Schaltungen. Ein Beispiel für eine solche Anordnung 50 unter Verwendung bestimmter Materialien und bestimmter Abmessungen wird nachstehend beschrieben. Das Substrat 55 ist hier ein Basisplättchen aus monokristallinem Silizium des Leitfähigkeitstyps P mit einem spezifischen Widerstand von 0,01 Ohm-cm und einer Dicke von etwa 0,25 mm (10/1000 Zoll) (10 mil), und auf ihm ist eine Siliziumschicht des N-Typs epitaxial aufgebracht, die eine spezifischen Widerstand von 10 Ohm-cm und eine Dicke von etwa 0,013 mm (0,5/1000 Zoll) (0,5 mil) besitzt. Die Isolationsschicht beteht aus thermisch aufgewachsenem Siliziumdioxid, wobei die dünnen Teile 59 eine Dicke von 0,1 Mikron besitzen, unter den Elektroden 61 und 62 liegen und nach dem Ätzen einer anfangs gleichförmig dicken Schicht von 1 Mikron von thermisch aufgewachsenem Siliziumdioxid getrennt aufgewachsen sind, um darin die Vertiefungen 57 auszubilden. Die zeilenorientierten rechteckigen Elektroden 61 und die spaltenorientierten Elektroden 62 werden aus Molybdän hergestellt, welches bei der Dampfphase abgeschieden wird. Die Elektroden 61 und 62 haben eine Größe von etwa 0,03 × 0,023 mm (1,2/1000 Zoll × 0,9/1000 Zoll) (1,2 mil by 0,9 mil) und benachbarte Kanten haben einen Abstand von etwa 0,005 mm (0,2/1000 Zoll) (0,2 mil). Die Verbindungen 63 zwischen benachbarten zeilenorientierten Elektroden 61 benachbarter Einrichtungen einer Zeile und den Spaltenleiterleitungen Y 1 bis Y 4 werden ebenfalls aus Molybdän hergestellt und werden integral mit der Ausbildung der zeilenorientierten Elektroden 61 und der spaltenorientierten Elektroden 62 ausgebildet. Die Isolationsschicht 54 besteht aus einem Borsilikatglas, welches auf die Elektroden 61 und 62 und die Leiter derselben aufgedampft wird. Wie noch nachstehend erklärt, wird der Bereich 66 des P-Typs in dem Substrat 55 durch Diffusion aus der Borsilikatglasschicht 54 durch den dünnen Teil 59 der Siliziumoxidschicht 56 gebildet. Die zeilenorientierten Leiter-Leitungen X 1 bis X 4 bestehen aus aufgedampftem Aluminium, das über der isolierenden Schicht 54 liegt. Die Öffnungen 69 in der isolierenden Schicht 54 über den Leitern 63 zur gegenseitigen Verbindung benachbarter zeilenorientierter Elektroden 61 benachbarter Einrichtungen 51 einer Zeile ermöglichen es, durch diese Öffnungen 69 Verbindungen 64 herzustellen, so daß alle zeilenorientierten Elektroden 61 einer Zeile mit der Zeilen- Leiter-Leitung dieser Zeile verbunden sind.

Ausgehend von dem Plättchen 55 mit einer Schicht 55 a des N-Typs auf einer Basisschicht 55 b des Leitfähigkeitstyps P wird eine dicke Schicht von Siliziumoxid 56 thermisch über der Schicht des N-Typs aufgewachsen. Dann werden Vertiefungen 57 in der Oxidschicht 56 unter Verwendung konventioneller fotolithographischer Verfahren gebildet, welche sich bis zur Oberfläche des Siliziumplättchens erstrecken. Danach werden die dünnen Teile 59 der Schicht 56 thermisch zur erwünschten Stärke gewachsen, um die Basis oder den Boden der Vertiefungen 57 zu bilden. Eine Molybdänschicht mit einer Dicke von 0,4 Mikron wird über den freiliegenden Teilen der Isolationsschicht aufgedampft. Die Molybdänschicht wird dabei unter Verwendung konventioneller fotolithographischer Verfahren mit einem Muster versehen, um die Elektroden 61 und 62, die Leiter 63 und die spaltenorientierten Leitungen Y 1 bis Y 4 zu bilden. Als nächstes wird ein Niedertemperatur- Borsilikatglas auf das Plättchen 55 aufgebracht, um die isolierende Schicht 54 zu bilden. Das Substrat 55 wird erhitzt, um das Bor aus der Schicht 54 durch die dünnen Teile 59 der Schicht 56 in die Bodenteile der Vertiefungen 57 zu treiben, welche nicht durch die Molybdänleiter abgedeckt sind, und in die Epitaxialschicht 55 a, um darin die Bereiche 66 und 67 des Leitfähigkeitstyps P zu bilden. Die isolierende Schicht 54 wird mit einem Muster von Öffnungen 69 ausgestattet, welche sich zu den Leitern 63 erstrecken, und danach wird eine Aluminiumschicht mit einer Dicke von 1 Mikron durch Aufdampfen auf die Oberfläche der Isolationsschicht 54 aufgebracht. Die Aluminiumschicht erstreckt sich in die Öffnungen 69 hinein und stellt eine Verbindung mit den Leitern 63 her. Die Aluminiumschicht wird mit einem solchen Muster versehen, daß man die zeilenorientierten Leiter- Leitungen X 1 bis X 4 erhält.

Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild eines Systems mit einer Bildsensoranordnung 50 nach Fig. 2 zum Empfangen eines Video-Signals bei Vorhandensein einer durch ein Linsensystem (nicht gezeigt) auf die Anordnung abgebildeten Strahlung. Das Video-Signal kann einer geeigneten Anzeigeeinrichtung (nicht gezeigt), beispielsweise einer Kathodenstrahlröhre, zusammen mit Ablenkspannungen zugeführt werden, welche synchron mit dem Abtasten der Anordnung laufen, um das Video-Signal in eine visuelle Wiedergabe des Bildes umzuwandeln.

Das System wird im Zusammenhang mit den Fig. 7A bis 7L beschrieben, welche Kurven der Amplitude über der Zeit mit einem gemeinsamen Zeitmaßstab für die Signale zeigen, die an verschiedenen Stellen in dem System nach Fig. 6 auftreten. Die Stelle, an der ein Signal der Fig. 7A bis 7L auftritt, ist in Fig. 6 durch eine entsprechende Bezeichnung angegeben, welche der Bezeichnung der Figur entspricht. Die Amplituden der Signale der Fig. 7A bis 7L sind nicht mit einem gemeinsamen Maßstab für die Spannung oder die Stromstärke wiedergegeben, um die Arbeitsweise des Systems übersichtlicher darstellen zu können.

Das System enthält einen Taktimpulsgenerator 71, der eine Folge von regelmäßig auftretenden Impulsen 72 für die Y-Achse mit kurzer Dauer erzeugt, die zur Taktgabe für das Bildsensorsystem benutzt werden. Das Augangssignal des Impulsgenerators 71 ist in Fig. 7A gezeigt, welches die Impulse 72 in zeitlicher Sequenz bei den Zeitpunkten t₁ bis t₈ zeigt. Diese Kurve stellt eine halbe Abtastperiode des Betriebes der Anordnung dar. Das Ausgangssignal des Taktimpulsgenerators 71 wird einem ersten Zähler 73 zugeführt, welcher die Zählzahl des Taktimpulsgenerators 71 durch 4 teilt. Das Ausgangssignal des ersten Zählers 73 wird ebenfalls einem zweiten Zähler 74 zugeführt, welcher die zugeführte Zählzahl weiter durch 4 teilt.

Das Ausgangssignal des zweiten Zählers 74 wird der Decodierung und Ansteuerung 75 für die Zeilenleitung zugeführt, die während einer Betriebsperiode vier Ausgangssignale erzeugt, von denen jeweils ein Signal einer entsprechenden Zeilen-Leiter-Leitung X 1 bis X 4 der Anordnung zugeführt wird. In den Kurven der Fig. 7B und 7C ist nur das erste und zweite dieser Ausgangssignale gezeigt. Das erste Ausgangssignal 76 nach Fig. 7B wird der Zeilen-Leiter-Leitung X 1 zugeführt, und das zweite Ausgangssignal 77 nach Fig. 7C wird der Zeilen-Leiter-Leitung X 2 zugeführt. Das erste Ausgangssignal steigt von einem Wert von -25 V auf -5 V an und bleibt auf diesem Wert bis zu dem Zeitpunkt t₄, zu dem es auf -25 Volt absinkt und dort während des restlichen Teils der Periode verbleibt. Am Zeitpunkt t₄ steigt das zweite Ausgangssignal von -2 Volt auf -5 Volt an und verbleibt auf diesem Wert bis zum Zeitpunkt t₈ und sinkt dann auf -5 Volt ab und verbleibt während der Dauer der Abtastperiode auf diesem Wert. In ähnlicher Weise steigt das dritte Ausgangssignal (nicht gezeigt) zum Zeitpunkt t₈ von -25 Volt auf -5 V an und verbleibt auf diesem Wert bis zum Auftreten des 12. Impulses des Taktgenerators 71, sinkt dann auf -25 Volt ab und bleibt auf diesem Wert. Schließlich besitzt während des Zeitraums zwischen dem zwölften und dem 16. Impuls vom Taktgenerator das vierte Ausgangssignal (nicht gezeigt) einen Wert von -5 Volt und besitzt einen Wert von -25 Volt während des übrigen Teils der Abtastperiode. Da jede der Leitungen X 1 bis X 4 über einen entsprechenden Trennwiderstand 81 bis 84 mit einem Potential von -25 V bezüglich Masse verbunden ist, das von einer Quelle geliefert wird, bewirken die dort von der Decodierung und Ansteuerung 75 für die Zeilenleitung zugeführten Ausgangssignale einen Anstieg des Potentials auf jeder der Leitungen X 1 bis X 4 in Sequenz von -25 V auf -5 V. Das Anheben des Potentials einer Zeilen-Leiter-Leitung hebt das Potential der zeilenorientierten Elektroden 61 der Einrichtungen 51, die mit ihr verbunden sind, und ermöglicht das Auslesen der Einrichtungen 51 indem den spaltenorientierten Elektroden 62 nacheinander Auslesepotentiale zugeführt werden.

Das Ausgangssignal des Taktimpulsgenerators 71 wird auch einem Block 85 für die Takt- und Steuerschaltungen zugeführt, der eine Vielzahl von Ausgangssignalen für das System liefert. Die Decodierung und Ansteuerung 86 für die Spalten erhält ein Eingangssignal von dem Block 85 und Eingangssignale vom ersten Zähler 73, um vier Ausgangssignale zu liefern, die in den Fig. 7D bis 7G gezeigt sind. Diese entsprechen jeweils einem der Taktimpulse, welche zu den Zeitpunkten t₁ bis t₄ auftreten. Jedes der Ausgangssignale wird einer entsprechenden Spalten-Leiter-Leitung Y 1 bis Y 4 zugeführt und besitzt entsprechende Impulsteile 87′ bis 90′. Jedes der Ausgangssignale steigt von einem Wert von -15 V auf einen Wert von -5 V, verbleibt dort während eines Zeitintervalls und kehrt anschließend auf den Wert von -5 V zurück. Da jede der Leitungen Y 1 bis Y 4 über einen entsprechenden Trennwiderstand 91 bis 94 mit einem Potential von -15 V, bezogen auf Masse, verbunden ist, das von der Quelle 95 geliefert wird, bewirken die dort von der Decodierung und Ansteuerung 86 für die Spaltenleitung zugeführten Ausgangssignale ein Ansteigen des Potentials auf jeder der Leitungen Y 1 bis Y 4 in Sequenz von einem Wert von -15 V auf -5 V. Das Anheben des Potentials einer Spalten-Leiter-Leitung hebt das Potential auf den spaltenorientierten Elektroden 62 der damit verbundenen Einrichtungen 51, und demgemäß werden die in den Einrichtungen 51 in der zur Auslesung ausgewählten Reihe gespeicherten Minoritätsträger in das Substrat 55 der Anordnung injiziert.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Schichten 55 b des P-Typs in engem Abstand zu den spaltenorientierten Zellen der Anordnung, und durch die Quelle 70 wird zwischen den Anschlüssen 48 und 68 eine Gegenspannung aufgebaut. Hierdurch werden die injizierten Ladungsträger, welche in den zugeordneten Abreicherungsbereich fließen, schnell gesammelt. Anstelle der Batterie 70 kann auch ein Kondensator (zusätzlich zur inhärenten Abreicherungskapazität des Plättchens 55) verwendet werden, um während des Betriebes die Vorspannung aufrechtzuerhalten. Dieser Kondensator könnte dann während der Rückstellintervallzeit auf die Vorspannung aufgeladen werden, d. h. wenn der Rückstellschalter 101 geschlossen ist. Die schnelle Abführung der injizierten Träger gestattet, daß jede der Spalten-Leiter-Leitungen mit einer kürzeren Zeitverzögerung auf das Speicherpotential zurückgeführt werden kann, als sie sonst erforderlich wäre, um ein Verschwinden der injizierten Ladungsträger aus den Speicherbereichen zuzulassen.

Der Stromfluß in der Schaltung mit dem Substrat 55 der Anordnung durch den Substratkontakt 68 bei Vorhandensein einer sequentiellen Abtastung der Einrichtungen 51 in den ersten und zweiten Zeilen der Anordnung ist in Kurve 96 der Fig. 7H wiedergegeben. In dieser Figur sind acht Paare von Stromimpulsen gezeigt, die jeweils dem Stromfluß in der Schaltung mit dem Substrat 55 während der Auslesung jeder der Einrichtungen 51 der ersten und zweiten Zeilen in Sequenz entsprechen. Der erste auftretende Impuls jedes Paars entspricht dem Stromfluß entsprechend der Auslesung der durch die Strahlung erzeugten Ladung und einem gewissen Teil der Ladung zur Erzeugung des Verarmungsbereichs, welche im Augenblick der Zuführung des Speicherpotentials zur spaltenorientierten Elektrode 62 der Einrichtung 51 gespeichert wird. Der zweite auftretende Impuls besitzt eine entgegengesetzte Polarität zum ersten auftretenden Impuls und entspricht dem zuvor erwähnten Stromfluß, welcher sich aus der Zuführung von Spannung zur zeilenorientierten Elektrode 62 der Einrichtung 51 ergibt. Der erste Impuls jedes Paars tritt an der Vorderflanke eines entsprechenden Spaltenansteuerungsimpulses 87′ bis 90′ auf, und der zweite Impuls jedes Paars tritt an der rückwärtigen Flanke eines entsprechenden Ansteuerungsimpulses 87′ bis 90′ auf. Die ersten Impulse sind mit verschiedenen Amplituden entsprechend den verschiedenen Amplituden der in den verschiedenen Einrichtungen 51 der ersten beiden Zeilen gespeicherten Ladung dargestellt. Die Amplituden der zweiten Impulse sind identisch, da die spaltenorientierten Zellen jeder Einrichtung 51 identisch aufgebaut sind und braucht daher zum Erzeugen eines Stromflusses einen identischen Anreicherungs- oder Verarmungsbereich. Die wichtige Überlegung in diesem Zusammenhang besteht nicht in der Änderung der Aufladeströme der verschiedenen Zellen, sondern vielmehr in der Differenz des Ladungsflusses in das Substrat zum Aufbau des anfänglichen Verarmungsbereichs und derjenigen Ladung, welche bei Injektion der gespeicherten Ladung in das Substrat zurückfließt. Die Integration der ersten und zweiten Impulse jedes Paares von Impulsen wird durch Aufladung eines Kondensators erhalten; beispielsweise stellt die Spannung über dem Kondensator die in der Empfängereinrichtung 51 in der ersten Reihe und der ersten Spalte gespeicherte Ladung dar. Eine solche Funktion wird erhalten durch den Kondensator 100, welcher zwischen den Subtratkontakt 68 und Masse geschaltet ist. Der Kondensator 100 entspricht im wesentlichen den Kapazitäten des Substrats 55 der Anordnung 50, bezogen auf die Elektroden 61 und 62 der Einrichtungen 51 und enthält auch noch Streukapazität, beispielsweise die Kapazität der Zuführungsleitungen zu der Anordnung 50 und den Kontaktplättchen und kann auch gewünschtenfalls noch eine zusätzliche Kapazität beinhalten. Ein N-Kanal-Feldeffekttransistor 101 ist vorgesehen, dessen Kathoden-Anodenstrecke (source 103, drain 102) parallel zu dem Kondensator 100 liegt. Das Gitter 104 ist mit dem Block 85 für Taktgabe und Steuerung verbunden, welcher die in Fig. 7K gezeigten Rückstellimpulse 105 liefert. Die Rückstellimpulse 105 schalten von einem Massepegel auf eine positive Spannung. Die rückwärtige Flanke 106 jedes Rückstellimpulses ist koinzident mit der Vorderflanke eines entsprechenden Ansteuerungsimpulses 87′ bis 90′ für die Spaltenleitung. Demgemäß wird der Kondensator 100 kurzgeschlossen oder nach Masse überbrückt mit Ausnahme des Ausleseintervalls für jede der Einrichtungen 51. Beim Auftreten eines Spaltensteuerimpulses werden in Paar von Stromimpulsen erzeugt, welche durch den Kondensator 100 integriert werden und einen entsprechenden Ausgangsimpuls mit zwei Pegelwerten ergeben. Der erste Wert entspricht dabei der Ladung des ersten Stromimpulses und der zweite Wert entpricht der Ladung des ersten Stromimpulses, vermindert durch die Ladung des zweiten Stromimpulses. Das Ausgangssignal über dem Kondensator ist in der Kurve 107 der Fig. 7I wiedergegeben, wobei jeder der Impulse 108 mit zwei Werten einen ersten Wert 108 a und einen zweiten Wert 108 b besitzt, die einem entsprechenden Paar von Impulsen der Fig. 7H entsprechen. Im Falle des ersten und des siebten Impulses der Kurve 107 ist der zweite Wert 0. Dies zeigt an, daß keine durch Strahlung erzeugte Ladung in den entsprechenden Einrichtungen 51 gespeichert war. Da für die Auslesung der in jeder der Einrichtungen 51 gespeicherten Ladung der gleiche Kondensator 100 und der gleiche Schalter, der Transistor 101, verwendet werden, ist die Anordnung viele Male während der Speicherperiode einer Einrichtung 51 ungeerdet. Da jedoch die Signalspannungsamplitude klein ist, bezogen auf die an den Elektroden 61 und 62 der Einrichtungen 51 verwendeten Speicherpotentiale, wird hierdurch die Speicherung in den gerade nicht ausgelesenen Einrichtungen 51 nicht beeinträchtigt.

Das Ausgangssignal, welches über dem Integrationskondensator 100 erscheint, wird einem Video-Kanal 110 zugeführt, der einen ersten Verstärker 111, einen Abtast- und Haltekreis 112 und einen zweiten Verstärker 113 enthält, dessen Ausgangssignal einer Kathodenstrahlröhre als Anzeigeeinrichtung (nicht gezeigt) zugeführt werden kann. Der Abtast- und Haltekreis 112 enthält einen N-Kanal MOSFET-Transistor 114 (Metalloxyd-Halbleiter-Feldeffekttransistor) mit einer Anode 115, einer Kathode 116 und einem Gitter 117 und einen Kondensator 118. Die Stromstärke des Transistors 114 von der Kathode 116 zur Anode 115 ist zwischen den Ausgang des Verstärkers 111 und eine Elektrode des Kondensators 118 geschaltet, dessen andere Elektrode mit Masse verbunden ist. Das Gitter 117 ist mit dem Block 85 für die Takt- und Steuerschaltungen verbunden, welcher eine Folge von Abastimpulsen 120 liefert, wie sie in der Kurve der Fig. 7J dargestellt sind. Alle Impulse 120 sind von kurzer Dauer und entlang der Zeitachse der Kurve gleich beabstandet. Für jeden Taktimpuls 72 tritt ein Abtastimpuls 120 auf. Jeder der Impulse 120 liegt in seiner Phase so, daß er während des Auftretens des zweiten Pegelwertes 108 b der Videdo-Impulse 108 mit zwei Pegelwerten nach Fig. 7I auftritt, welche an dem Integrationskondensator 100 erscheinen. Während der Abtastintervalle wird der Transistor 114 eingeschaltet, so daß er eine Aufladung des zweiten Kondensators 118 auf eine Spannung gestattet, welche der Spannung der zweiten Pegelwerte 180 b der Impulse 108 nach Fig. 7I entspricht. Demgemäß wird ein Video-Signal 121, wie in Fig. 7L gezeigt, geliefert, wobei das Signal im Abtastintervall von einem Video- Pegelwert zu einem anderen Pegelwert wechselt gemäß der Spannung am Integrationskondensator 100 während des Abtastintervalls.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 1A bis 1C und der Fig. 6 ist eine Vorspannungsbatterie gezeigt zur Erzeugung der Vorspannung in Gegenrichtung für die Schicht 11 b des P-Typs bezüglich der Schicht 11 a des N-Typs. Eine ohm'sche Verbindung zwischen den Schichten 11 b und 11 a wäre jedoch ebenfalls geeignet zum Aufbau des Verarmungsbereiches 28 an dem Übergang der beiden Schichten zur Sammlung der injizierten Träger. Ebenso könnte auch eine metallische Schicht anstelle der P-Schicht 116 verwendet werden, um eine Schottky-Grenzschicht zu bilden zum Aufbau des Verarmungsbereiches 28.

Die Fig. 8A, 8B und 8C zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Sie enthält ein Paar von gekoppelten Empfängerzellen, die besonders geeignet sind für den Betrieb in zweidimensionalen Anordnungen. Die Fig. 8A zeigt eine Einrichtung 110, die ein Substrat 111 aus Halbleitermaterial des Leitfähigkeitstyps N, ein isolierendes Teil 112, welches über der Hauptoberfläche 113 des Substrates 111 liegt, und ein Paar von leitenden Teilen oder Elektroden 114 und 115 enthält, die ihrerseits über dem isolierenden Teil 112 liegen. Die Elektrode 114 ist so eingerichtet, daß sie mit einer Zeilen-Leiter-Leitung einer Anordnung verbunden werden kann, die aus Zeilen und Spalten von CID-Bildsensoren besteht. Die Elektrode 115 ist so eingerichtet, daß sie mit einer Spalten-Leiter-Leitung der Anordnung verbunden werden kann. Zwischen den Substratanschluß 116 und den Masseanschluß 117 ist ein integrierender Kondensator 118 geschaltet. Dieser Kondensator 118 stellt die Kapazität der Elektroden 114 und 115 bezüglich des Substrates sowie eine absichtlich hinzugefügte Kapazität dar. Über die Anschlüsse 116 und 117 ist ein Rückstellschalter 119 geschaltet. Die Elektroden 114 und 115 sind beabstandet, und das unter dem Raum zwischen den Elektroden liegende Substrat ist mit einem Bereich 120 des Leitfähigkeitstyps P ausgestattet. Die Elektrode 114 und die Elektrode 115 sind mit Anschlüssen einer Betriebsspannungsquelle (nicht gezeigt) verbunden, um die angegebenen negativen Potentiale bezüglich Masse zu erhalten, d. h. V _x = -15 V und V _v = -15 V.

Wenn Potentiale richtiger Polarität bezüglich des Substrats und richtiger Amplitude, beispielsweise -15 V, wie in Fig. 8A angedeutet, an den Elektroden 114 und 115 angelegt werden, werden unter denselben Verarmungsbereiche 121 und 122 gebildet, welche miteinander durch den Bereich 120 hoher Leitfähigkeit des Typs P verbunden werden, wobei diesem letzteren Bereich 120 ebenfalls noch ein Verarmungsbereich 123 zugeordnet ist. Demgemäß wird die in einem der Verarmungsbereiche 121 oder 122 unter einer der Elektroden 114 und 115 gespeicherte Ladung leicht zum anderen Verarmungsbereich 121 oder 122 durch den Bereich 120 des Leitfähigkeitstyps P hindurch abfließen. Der in die Verarmungsbereiche 121 und 122 eintretende Strahlungsfluß bewirkt die Erzeugung von Minoritätsträgern, welche an der Oberfläche der Verarmungsbereiche 121 und 122 gespeichert werden. Dieser Zustand wird angezeigt durch einen Stromfluß in das Substrat 111 mit der Aufsammlung von Ladung in dem Oberflächenteil der Verarmungsbereiche und entspricht der Leitung von Elektronenladung in die äußeren Schaltkreise zwischen den Elektroden 114 und 115 und dem Substrat 111, welche das Potential zuführen. Die Fig. 8B zeigt den Zustand der Einrichtung, wenn die Spannung auf der Elektrode 114 auf 0 eingestellt wird, um den Verarmungsbereich 121 derselben zum Zusammenbruch zu bringen und zu bewirken, daß die dort zuvor gespeicherte Ladung in die Inversionsschicht im Bereich 122 abfließt, der utner der Elektrode 115 liegt. Zum Auslesen einer zuvor in der Inversionsschicht gespeicherten Ladung wird das Potential an der Elektrode 115 aufgehoben oder in seiner Amplitude auf einen geeigneten Wert, beispielsweise auf 0, verringert, nachdem der Rückstellschalter 119 geöffnet wurde, welcher über den Integrationskondensator 118 geschaltet ist. Dieser Vorgang bewirkt, daß die in der Inversionsschicht gespeicherten Träger in das Substrat 111 injiziert werden und einen Stromfluß aus demselben heraus erzeugen, welcher der in dem Verarmungsbereich 122 gespeicherten und in das Substrat 111 injizierten Ladung entspricht. Die Injektion von Minoritätsträgern ist angedeutet durch die Verteilung der positiven Ladung über das Substrat 111. Eine solche Injektion bewirkt, daß eine neutralisierende negative Ladung in das Substrat 111 hineinfließt, d. h. ein konventioneller Strom fließt aus dem Substrat 111 heraus. Dieser Srom fließt von dem Substrat 111 in den Kondensator 118, welcher auf einen Wert augeladen wird, der von der injizierten Ladung abhängt. Die in das Substrat 111 injizierten Minoritätsträger diffundieren schließlich von dem Bereich hinweg, in den sie injiziert wurden, oder rekombinieren dort.

Um die Entfernung der injizierten Träger aus der Umgebung der Injektionsstelle zu fördern, ist benachbart zum Verarmungsbereich 122 des Substrates 111 ein Bereich 125 des P-Typs angeordnet. Der Bereich 125 des P-Typs ist mit dem negativen Anschluß einer Gleichspannungsquelle 126 verbunden. Der positive Anschluß der Quelle 126 ist mit dem Substrat 111 verbunden, hierdurch wird der PN-Überhang 127 in Gegenrichtung vorgespannt, wie dies durch die Bildung des Verarmungsbereiches 128 im Substrat 111 angedeutet ist. Der Bereich 125 des P-Typs ist nahe dem Verarmungsbereich 122 angeordnet; er liegt jedoch nicht so nahe zu demselben, daß er eine Entfernung der unter der Elektrode 115 gesammelten Ladung aus dem Bereich 125 des P-Typs während des normalen Betriebs der Elektrode 115 in der Betriebsart für Ladungsspeicherung bewirken würde. Der Verarmungsbereich 128 kann jedoch in Kontakt mit dem Bereich 122 sein. Wenn daher die Elektrode 115 zur Ladungsinjektion betrieben wird, dann bewegen sich die Ladungsträger schnell zu dem Verarmungsbereich 128, welcher dem PN-Übergang 122 zugeordnet ist, und werden aus dem Substrat 111 herausgetrieben.

Das Potential an der Elektrode 115 wird dann auf seinen ursprünglichen Wert vor dem Schließen des Rückstellschalters 119 und nach dem Zeitpunkt zurückgestellt, bei dem die injizierten Minoritätsträger aus dem Bereich 122 verschwunden sind.

Die Fig. 9, 10, 11, 12 und 13 zeigen eine Bildsensoranordnung 150 von CID-Bildsensoren. Die Einrichtung 151 entspricht dabei einer Einrichtung 110 gemäß der Beschreibung zu den Fig. 8A, 8B und 8C. Die einzelnen Einrichtungen 151 sind in vier Zeilen und Spalten angeordnet. Die Anordnung 150 nach Fig. 9 ist im wesentlichen die gleiche wie in Fig. 2 und enthält entsprechende Bezugsziffern, die jedoch alle um die Zahl 100 vermehrt sind; eine weitere Beschreibung der Anordnung erübrigt sich daher. In Fig. 10 kreuzen die Zeilen-Leiter-Leitungen scheinbar die Spalten-Leiter-Leitungen. Die Zeilen-Leiter-Leitungen sind jedoch von den Spalten-Leiter-Leitungen durch eine Schicht 154 aus durchsichtigem Glas isoliert, wie dies aus den Fig. 11, 12 und 13 leicht ersichtlich ist. In Fig. 10 ist der Umriß der Struktur, welche unter der Glasschicht 154 liegt, zur deutlicheren Darstellung mit ausgezogenen Linien wiedergegeben.

Eine Vielzahl von spaltenorientierten und zeilenorientierten Streifen 145 aus Halbleitermaterial des P-Typs, entsprechend dem Bereich 125 des P-Typs der Fig. 8A bis 8C, ist auf dem oberflächenbenachbarten Bereich des Substrats 155 gemäß der Darstellung in Fig. 10 vorgesehen. Die Streifen 145 des P-Typs unterteilen den oberflächenbenachbarten Bereich in eine Vielzahl von diskreten Teilen, welche von den Streifen umgeben sind, in denen die Zellen der CID-Bildsensoren 151 ausgebildet sind. In dieser Figur sind die Stellen für die Bogenteile der Vertiefungen 157 in dem Isolator in der Zeichenebene mit gestrichelten Kästen 146 dargestellt. Ein spaltenorientierter Streifen besitzt eine Verlängerung 147 mit dem ein Anschlußteil 148 durch die isolierenden Schichten 156 und 154, wie in Fig. 12 gezeigt, verbunden ist. Das Anschlußteil 147 ist mit dem P-Typ-Bereich, ein ringförmiges Anschlußteil 168 ist mit dem Substrat des N-Typs verbunden, und beide Anschlußteile gestatten eine Vorspannung des Bereichs 145 des P-Typs in Gegenrichtung bezüglich des Substrats.

Die Anordnung 150 arbeitet in einem System, wie es in Fig. 6 unter Beschreibung der Arbeitsweise der Anordnung 50 erläutert ist; das System für diese Anordnung 150 ist im wesentlichen gleichartig. Eine weitere Beschreibung hierzu erscheint daher an dieser Stelle nicht erforderlich.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sammelt der P-Typ-Bereich 145 in Form einer Vielzahl orthogonal orientierter Streifen, welche eng beabstandet zu den spaltenorientierten Zellen der Anordnung vorgesehen sind, wobei der Bereich 145 noch durch eine zwischen die Anschlüsse 148 und 168 geschaltete Quelle 70 in Gegenrichtung vorgespannt ist, die injizierten Ladungsträger, welche in den zugeordneten Verarmungsbereich 128 diffundieren, schnell ein. Die schnelle Entfernung der injizierten Träger erlaubt es, jede der Spalten-Leiter-Leitungen schnell auf ein Speicherpotential zurückzusetzen mit einer kürzeren Zeitverzögerung, als sie sonst benötigt würde, um zu gestatten, daß die injizierten Träger aus den Speicherbereichen verschwinden.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 8A bis 8C und der Fig. 6 ist eine Vorspannungsbatterie 126 zur Erzeugung der Vorspannung in Gegenrichtung für die P-Typ-Bereiche bezüglich des Substrates 111 gezeigt. Eine ohm'sche Verbindung zwischen dem P-Typ-Bereich und dem Substrat 111 wäre jedoch ebenfalls geeignet, einen Verarmungsbereich 121, 122 an der Übergangsstelle derselben zur Sammlung der injizierten Träger aufzubauen. Eine solche Anordnung wäre jedoch im allgemeinen weniger wirksam zur Sammlung der injizierten Ladung, als eine Vorspannungsquelle mit einer wählbaren Ausgangsspannung. Ein solcher nicht mit Vorspannung versehener Bereich würde auch eine unerwünschte Quelle für thermisch erregte Minoritätsträger darstellen. Ebenso kann eine metallische Schicht anstelle des P-Typ-Bereichs verwendet werden, um eine Schottky-Grenzschicht zum Aufbau des Abreicherungsbereichs 128 zu bilden.

Die Sammelbereiche des P-Typs wurden eng benachbart zu den spaltenorientierten Zellen der Anordnung 150 angeordnet. Der Sammelbereich des P-Typs sollte gut innerhalb einer Diffusionslänge, bezogen auf den Platz der Injektion der Ladungsträger liegen, d. h. so nah wie praktisch möglich zu den Ladungsspeicherbereichen, ohne in Kontakt mit diesen Bereichen zu sein, um auf diese Weise die Sammlung der Ladung zu fördern. Ebenso sollte die seitliche Ausdehnung der Sammelbereiche klein sein, bezogen auf die seitliche Ausdehnung der Speicherbereiche, um ein gutes Ansprechen der Anordnung auf Strahlung zu erhalten. Vorstehend wurde eine bestimmte räumliche Gestaltung der Sammelbereiche gezeigt. Die Sammelbereiche können jedoch auch andere geometrische Formen annehmen, um einen hohen Wirkungsgrad für die Sammlung von injizierten Ladungsträgern zu erhalten, ohne dabei in merklicher Weise die Strahlungsempfindlichkeit zu verringern.

Vorstehend wurde die Erfindung in Verbindung mit Anordnungen von sechzehn Bildsensoreinrichtungen beschrieben. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Erfindung besonders auf Anordnungen, welche eine bedeutend größere Zahl von Einrichtungen enthalten, anwendbar ist. Ebenso können die Einrichtungen der Anordnung in anderer Weise zusammengefaßt und angeordnet sein, als in der gezeigten Weise.

In den vorstehend beschriebenen anschaulichen Ausführungsbeispielen besteht das Halbleitersubstrat aus Siliziumhalbleitermaterial. Es können jedoch auch andere Halbleitermaterialien, beispielsweise Germanium und Verbindungen von Elementen der Gruppe III-Gruppe V, beispielsweise Galliumphosphid, verwendet werden. Ebenso bestanden in den beschriebenen anschaulichen Ausführungsbeispielen die isolierenden Teile aus Siliziumdioxid. Es sind jedoch auch andere Isolationsmaterialien geeignet, beispielsweise Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid und Aluminiumoxid. Ebenso können die leitenden Platten aus irgendeinem leitenden Material bestehen, und zwar aus einem metallischen oder auch nichtmetallischen Material.

Vorstehend wurde das Substrat der Anordnung in einer Form beschrieben, bei der es aus einer Schicht Halbleitermaterial des Leitfähigkeitstyps N auf einer Schicht von Halbleitermaterial des Leitfähigkeitstyps P besteht. Es könnte jedoch auch eine Schicht aus Halbleitermaterial des Leitfähigkeitstyps P auf einer Schicht Halbleitermaterial des Leitfähigkeitstyps N verwendet werden. In einem solchen Falle würden auch die verwendeten Potentiale in ihrer Polarität umgekehrt werden, und die Richtung des Stromflusses wäre umgekehrt.

Die Einrichtungen und die beschrieben Anordnung sind besonders geeignet für Beleuchtung über die vordere Fläche. Vorzugsweise sind die leitenden Elektroden durchsichtig, um einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Empfindlichkeit zu erhalten.

Die Durchsichtigkeit in den leitenden Elektroden kann erhalten werden durch Verwendung von durchsichtigen Metallschichten oder durchsichtigen Halbleitermaterialien hoher Leitfähigkeit, beispielsweise stark dotiertem Silizium oder anderen Materialien, welche sowohl leitend als auch durchsichtig sind.

Claims (9)

1. CID-Bildsensor, bei dem in einem Halbleitersubstrat durch Lichtenergie erzeugte Minoritätsträger in einem Inversionsbereich unter einer gegenüber dem Substrat isolierten Elektrode gesammelt werden und bei der Bildabtastung durch Änderung der an der Elektrode anliegenden Spannung ins Substratinnere injiziert werden, wobei der sich dadurch ergebende Substratstrom als Videosignal gewertet wird, gekenn­ zeichnet durch einen Kondensator (18), der bei der Bildabtastung an das Substrat (11) zur Aufnahme des Substratstroms geschaltet wird und nach Abtastung seiner das Videosignal darstellenden Ladespannung wieder entladen wird.

2. Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (11) aus zwei übereinanderliegenden Bereichen (11 a, 11 b) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp (P+, N) gebildet ist und daß in dem der Elektrode (14, 15) zugewandten oberen Bereich ein weiterer Bereich des ersten Leitfähigkeitstyps (P+) eingebetet ist, der mit dem oberen Bereich (11 a) einen gleichrichtenden PN-Übergang bildet.

3. CID-Bildsensor nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26), mittels der ein zwischen dem eingebetteten Bereich (20) und dem unteren Bereich (11 a) befindlicher ohm'scher Kontakt derart herstellbar ist, daß die Ladungsträger aus der näheren Umgebung des PN-Übergangs abfließen.

4. CID-Bildsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26) zum Herstellen des ohm'schen Kontakts eine nicht gleichrichtende Verbindung zwischen den genannten Bereichen ist.

5. CID-Bildsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand von dem eingebetteten Bereich (20) zu einer Grenzschicht (27) zwischen dem oberen (11 a) und dem unteren Bereich (11 b) des Substrats wesentlich geringer ist als die Diffusionslsänge der Minoritätsträger in dem Substrat (11).

6. CID-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Bereich des Substrats (11 a) einen relativ hohen spezifischen Widerstand hat, und daß der eingebettete Bereich (20 a) einen relativ geringen spezifischen Widerstand hat.

7. CID-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode aus einer ersten (14) und einer zweiten Teilelektrode (15) besteht.

8. CID-Bildsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilelektroden (14, 15) so angeordnet sind, daß der eingebettete Bereich (20) nicht von ihnen bedeckt ist.

9. CID-Bildsensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilelektroden (14, 15) aus durchsichtigem Material bestehen.