DE2527625C2 - Optoelektronischer Sensor - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor, bei dem auf einer Oberfläche eines Substrates aus dotiertem Halbleitermaterial mit Substratanschluß wenigstens eine lichtdurchlässige elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, die eine Gesamtheit von matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordneten Elektroden trägt, wobei wenigstens eine Zeile mit wenigstens einer Elektrode verbunden ist, wobei jeweils die zu einer Zeile gehörenden Elektroden durch je eine elektrische Leitung miteinander verbunden sind und bei dem unter jeder Spalte je ein entgegengesetzt zum Substrat dotierter vergrabener Kanal im Substrat vorläuft.

Optoelektronische Sensoren der eingangs genannten Art sind bekannt. Ein solcher Sensor wird beispielsweise in der Veröffentlichung »A Three Terminal Charge Injection Device« von Paul J espers und Jean Marie M i 11 e t in 1975 IEEE International Solid State Circuits Conference, S. 28 - 29 beschrieben. Dort ist in der Fig. 5 auf S. 29 ein solcher Sensor in der Draufsicht dargestellt. Die Elektroden bestehen dabei aus zeilenweise nebeneinander angeordneten Polysiliziumstreifen (Si-gatestripes) unter denen quer dazu im Substrat die vergrabenen Kanäle (buried collectors stripes) verlaufen. Jeder dieser vergrabenen Kanäle weist einen externen Anschlußkontakt auf, über den er über einen Widerstand R (siehe dort Fig. 2) mit Masse verbunden ist Die Betriebsweise ist so, daß während des Speicherns unter den Elektroden Potentialtöpfe für die vom einfallenden Licht erzeugten Ladungsträger gebildet werden und daß beim Auslesen die in diesen Potentialtöpfen gespeicherten Ladungsträger vom darunterliegenden vergrabenen Kanal aufgenommen werden. Der geladene Kanal entlädt sich über den Widerstand R. Das Ausgangssignal wird am externen Anschlußkontakt des vergrabenen Kanals entnommen. Bei großflächigen Sensoren sind jedoch vergrabene Kanäle mit großen Längen notwendig. Vergrabene Kanäle mit großer Länge besitzen aber auch eine große Kapazität. Mit zunehmender Kapazität der vergrabenen Kanäle wird jedoch das Ausgangssignal immer kleiner.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Sensor der eingangs genannten Art anzugeben, der unabhängig von der Länge und damit von der Kapazität der vergrabenen Kanäle ein großes Ausgangssignal liefert.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder vergrabene Kanal übei einen Ein-Ausschalter mit einem Eingang eines Verstärkers mit einem Eingangswiderstand kleiner als 100 Ω verbunden ist.

Vorteilhafterweise ist ein Integrator vorhanden der über das am Eingang des Verstärkers anliegende Signal integriert.

Vorzugsweise ist der Integrator dadurch gebildet, daß zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers ein Kondensator geschaltet ist.

Vorzugsweise ist der Ausgang des Integrators über einen Ein-Ausschalter an einem Eingang eines Momentanwertspeichers angeschlossen.

Vorteilhafterweise besteht jeder Hin-Ausschalter aus einem MIS-Schalttransistor.

Neben dem Vorteil eines großen Ausgangssignals unabhängig von der Länge der vergrabenen Kanäle, liegt ein zusätzliche: Vorteil des erfindungsgemäßen Sensors darin, daß keine Takteinkopplungen im Ausgangssignal auftreten.

Die Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert.

Die Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensors.

In der Figur ist der eigentliche Sensor dadurch gebildet, daß sich auf einem dotierten Substrat, beispielsweise η-dotiertes Silizium, eine lichtdurchlässige elektrisch isolierende Schicht, beispielsweise Siliziumdioxid, befindet, die nebeneinander verlaufende Streifen 11 bis 14 aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus Polysilizium, trägt und daß quer /ti diesen Streifen im Inneren des Substrates die entgegengesetzt zum Substrat dotierten vergrabenen Kanäle 21 bis 24 verlaufen. Die eigentlichen Elektroden des Sensors sind dabei jeweils durch die Hächenstücke 211 bis 244 auf den Streifen 11 bis 14 gegeben. Die auf einem Streifen liegenden Flächenstücke gehören jeweils zu einer Zeile. Die vergrabenen Kanäle 21 bis 24 sind jeweils über einen Ein-Ausschalter 31 bis 34, die durch je einen MIS-Schalttransistor realisiert sind, mit einem Eingang 4 eines Verstärkers 1 mit einem I'ingangswiderstand kleiner als 100 Ω elektrisch leitend verbunden. Der Ausgang 5 des Verstärkers ist in der Fig. 1 über einen MIS-Schalttransistor mit einem Einging 6 eines Momentanwertspeichers 3 mit dem Ausgang 8 verbunden. Der Ausgang 5 des Verstärkers ist über einen Kondensator 2 mit seinem Eingang 4 rückverbunden. 2'um Entladen des Kondensators ist parallel zu ihm ein Ein-Ausschalter 20 geschaltet.

Der eigentliche Sensor wird in herkömmlicher Weise betrieben. Nachdem die unter den Elektroden einer Zeile gespeicherte Information auf die vergrabenen Kanäle ausgelesen wurde, werden nacheinander die Ein-Ausschalter 31 bis 34 kurzzeitig geöffnet. Beim Öffnen eines der Ein-Ausschalter 31 Dis 34 fließt aus dem betreffenden vergrabenen Kanal dort aufgenommene Ladung über den Verstärker 1 mit dem niederohmigen Eingangswiderstand ab. Wegen dieses niederohmigen Eingangswiderstandes geschieht die Entladung sehr rasch. Nach dem Entladen liegt der betreffende geladene Kanal auf dem am Anschluß 10 des Stromverstärkers anliegenden festen Potentials Un. Nach Beendigung des Entladevorganges wird der betreffende Ein-Ausschalter geöffnet und ein nächster geschlossen. Die aus dem vergrabenen Kanal abfließenden Ladungen werden vom Verstärker verstärkt, wobei gleichzeitig über aas am Eingang 4 anliegende Signal integriert wird. Nach dem Öfinen des betreffenden Ein-Ausschalters und vor dem Schließen des nächsten wird zunächst kurzzeitig der Ein-Ausschaher 7 geschlossen und dabei der am Ausgang 5 anliegende Spannungswert in den Momentanwertspeicher 3 gegeben. Anschließend wird durch kurzzeitiges Schließen Jes Schalters 20 der Kondensator 2 entladen. Sind alle Ein-Ausschalter 31 bis 34 nacheinander geöffnet worden und ist der letzte Imegrationswert in den Momentanwertspeicher eingelesen, kann die Information unter den Elektroden einer anderen Zeile auf die vergrabenen Kanäle ausgelesen werden und der vorstehend beschriebene Vorgang kann erneut gestartet w erden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Optoelektronischer Sensor, bei dem auf einer Oberfläche eines Substrates aus dotiertem Halbleitermaterial mit Substratanschluß wenigstens eine lichtdurchlässige elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, die eine Gesamtheit von matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnete Elektroden trägt, wobei wenigstens eine Zeile mit wenigstens einer Elektrode verbunden ist, wobei jeweils die zu einer Zeile gehörenden Elektroden durch je eine elektrische Leitung miteinander verbunden sind und bei dem unter jeder Spalte je ein entgegengesetzt zum Substrat dotierter vergrabener Kanal im Substrat verläuft, dadurch gekennzeicnnet, daß jeder vergrabene Kanal über einen Ein-Auscchalter (31 bis 34) mit einem Eingang (4) eines Verstärkers (1) mit einem Eingangswiderstand <100Ω elektrisch leitend verbunden ist.

2. Optoelektronischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Integrator vorhanden ist, der über das am Eingang des Verstärkers anliegende Signal integriert.

3. Optoelektronischer Sensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Integrator dadurch gebildet ist, daß zwischen Eingang und Ausgang des Verstärkers ein Kondensator geschaltet ist.

4. Optoelektronischer Sensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Integrators über einen Ein-Ausschalter (7) an einen Eingang (6) eines Morrentanwertspeichers (3) angeschlossen ist.

5. Optoelektronischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Ein-Ausschalter aus einem MlS-Schalltransistor besteht.