DE2553703B1

DE2553703B1 - Optoelektronische Sensoranordnung und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE2553703B1
Application number: DE2553703A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl-Ing Mauthe; Hans-Joerg Dr Pfleiderer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1975-11-28
Filing date: 1975-11-28
Publication date: 1976-09-09
Also published as: JPS5267992A; FR2333396A1; IT1064417B; GB1529489A; NL7613104A; BE848809A; FR2333396B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensoranordnung an einer Oberfläche eines Substrats aus Halbleitermaterial, mit einem eindimensionalen optoelektronischen Sensor, einem Überlaufkanal zum Schutz gegen Überbestrahlen und mit mindestens einem Parallel-Serien-Ausleseschieberegister, in das die Bildpunkte des eindimensionalen optoelektronischen Sensors parallel auslesbar sind sowie ein Verfahren zu deren Betrieb.

Eindimensionale optoelektronische Sensoren der eingangs genannten Art bestehen im wesentlichen aus einer Reihe von MIS-Kondensatoren an der Oberfläche des Substrats. Jeder dieser MIS-Kondensatoren ist dabei so aufgebaut, daß auf der Oberfläche des Substrats eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, die eine Elektrode trägt. Mindestens bei jedem MIS-Kondensator muß eine lichtdurchlässige Stelle vorhanden sein, durch die Licht in das Substrat eindringen kann.

Durch Licht werden im Substrat Ladungsträger erzeugt. Legt man eine entsprechende Spannung zwischen Substratanschluß und der Elektrode eines MIS-Kondensators, können diese Ladungsträger in diesem Kondensator im Substrat unter der Kondensatorelektrode gesammelt werden. In einem praktischen Beispiel ist ein solcher eindimensionaler optoelektronischer Sensor so aufgebaut, daß auf der Oberfläche des Substrats eine lichtdurchlässige elektrisch isolierende Schicht aufgebracht wird, die an den Stellen der Kondensatorelektroden dünnere Schichtdicke aufweist als außerhalb. Auf die Oberfläche dieser elektrisch isolierenden Schicht ist ein durchgehenderr Streifen aus lichtdurchlässigem elektrisch leitendem Material aufgebracht, der sämtliche Stellen, an denen die elektrisch isolierenden Schicht dünnere Schcihtdicke aufweist, bedeckt. Durch Anlegen einer entsprechenden Spannung zwischen Substratanschluß und diesem Streifen wandern dann die vom Licht erzeugten Ladungsträger unter die Bereiche der dünneren elektrisch isolierenden Schicht.

Bei Sensoren tritt allgemein das Problem auf, daß durch Überbestrahlen mit Licht zu viele Ladungsträger erzeugt werden, die von den MIS-Kondensatoren nicht mehr aufgenommen bzw. gehalten werden können. Diese zuviel erzeugten Ladungsträger werden an das Substrat abgegeben und können bei Nachbarkondensatoren zu erheblichen Informationsverfälschungen oder gar zu Zerstörung der Information führen. Sensoren weisen deshalb in der Regel eine Schutzvorrichtung gegen Überbestrahlen auf. Bei einem eindimensionalen

6ο optoelektronischen Sensor der eingangs genannten Art besteht eine solche Schutzvorrichtung in der Regel aus einem Überlaufkanal. Dieser ist entlang einer Längsseite der MIS-Kondensatorreihe in einem Abstand von den MIS-Kondensatoren entlanggeführt. Er kann beispielsweise aus einer entgegengesetzt zum Substrat dotierten Leitung mit Anschlußkontakt bestehen. Ein Beispiel für einen solchen Überlaufkanal in Form einer dotierten Leitung ist in der Veröffentlichung »Charge

Coupled Device Scanner Having Simultaneous Readout, Optical Scan and Data Rate Enhancement« von W. F. Ba η ko w ski und J. D. Tartamelle in IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 16, Nr. 1, Juli 1973, S. 173 — 174 angegeben und beschrieben. Das Funktionsprinzip eines Sensors mit Überlaufkanal liegt darin, daß die überschüssige Ladung über eine Potentialschwelle, die einstellbar sein kann, in eine Potentialsenke fließt.

Es ist bekannt,. die Bildpunkte eindimensionaler optoelektronischer Sensoren parallel in ein Parallel-Serien-Ausleseschieberegister einzulesen. Dies geht beispielsweise aus der Veröffentlichung »Charge Coupled Device Scanner Having Simultaneous Readout, Optical Scan and Data Rate Enhancement« von W. F. Bankowski und J. D. Tar tarne 11 a in IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 16, Nr. 1, Juli 1973, S. 173-174 hervor.

Als Ausleseschieberegister wird vorzugsweise eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung verwendet, die auf der Oberfläche des Substrats integriert ist. Ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtungen sind in der DT-OS 22 01150 dargestellt und beschrieben. Solche Verschiebevorrichtungen sind im wesentlichen so aufgebaut, daß auf einer Oberfläche eines Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, die eine Reihe von Elektroden, die durch schmale Spalte voneinander getrennt sind, trägt. Es lassen sich Verschiebevorrichtungen für Zwei-, Drei-, Vier-Phasen-Betrieb usw. unterscheiden. Bei Verschiebevorrichtungen für den Zwei- bzw. Vier-Phasen-Betrieb bildet jeweils eine Gruppe von vier aufeinanderfolgenden Elektroden einen Speicherplatz. Bei einer Verschiebevorrichtung für den Drei-Phasen-Betrieb bildet jeweils eine Gruppe von drei aufeinanderfolgenden Elektroden in der Reihe einen Speicherplatz. Jeder Bildpunkt des eindimensionalen optoelektronischen Sensors wird in einen solchen Speicherplatz eingelesen. Die Auflösung eines solchen Sensors, d. h. die Bildpunktdichte, ist durch die Speicherplatzdichte des Ausleseschieberegisters bestimmt. Nach der genannten Veröffentlichung von W. F. Bankowski und J. D. T a r t a me 11 a kann man die Auflösung des Sensors um den Faktor 2 erhöhen, wenn man an beiden Längsseiten des Sensors ein Ausleseschieberegister anordnet und wenn man die Bildpunkte der Reihe nach abwechselnd an einen Speicherplatz des einen und an einen Speicherplatz des anderen Ausleseschieberegisters anschließt. Diese Anordnung mit zwei Ausleseschieberegistern zur Erhöhung der Auflösung des Sensors ist jedoch nicht möglich, wenn der eindimensionale optoelektronische Sensor entlang einer Längsseite einen Überlaufkanal zum Schutz gegen Überbestrahlen aufweist. Ein solcher eindimensionaler optoelektronischer Sensor mit Überlaufkanal kann dann nur an einer Längsseite parallel in ein Ausleseschieberegister ausgelesen werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optoelektronische Sensoranordnung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der trotz Vorhandenseins ' eines Überlaufkanals die Auflösung des Sensors erhöht werden kann sowie ein Verfahren zu deren Betrieb.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Ausleseschieberegister eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung mit vier Elektroden pro Speicherplatz ist, daß in jeden Speicherplatz zwei Bildpunkte des Sensors einlesbar sind, wobei ein Bildpunkt unter eine, der andere unter eine übernächste der vier Elektroden des Speicherplatzes auslesbar ist und wobei diese beiden Elektroden in allen Speicherplätzen den gleichen Platz in der Elektroden-Vierergruppe des Speicherplatzes einnehmen, daß in jedem Speicherplatz der Speicherbereich unter der einen dieser beiden Elektroden, die in allen Speicherplätzen denselben Platz in der Elektroden-Vierergruppe einnimmt, unmittelbar auslesbar ist und daß ein zweites Parallel-Serien-Ausleseschieberegister vorhanden ist, in das diese Speicherbereiche parallel einlesbar sind. Die Auflösung des Sensors wird also erheblich erhöht, da jetzt zwei Bildpunkte in einen Speicherplatz des Ausleseschieberegisters ausgelesen werden.

Vorzugsweise ist das Ausleseschieberegister so aufgebaut, daß seine Elektroden der Reihe nach abwechselnd auf dickerer und dünnerer elektrisch isolierender Schicht liegen, daß die Bildpunkte unter die Elektroden auf dünnerer Schicht einlesbar sind und daß jeweils der Speicherbereich unter einer Elektrode auf dünnerer elektrisch isolierender Schicht unmittelbar auslesbar ist. Es sind in diesem Fall zum Betrieb des Ausleseschieberegisters nur zwei Takte notwendig und es kann daher die Ansteuerung erheblich vereinfacht werden.

Vorzugsweise ist das zweite Ausleseschieberegister ebenfalls eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichr tung. Es ist dabei von Vorteil, wenn das zweite Ausleseschieberegister eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung mit vier Elektroden pro Speicherplatz ist. Sie kann dann gleichzeitig mit dem Ausleseschieberegister ohne zusätzliche Verfahrensschritte hergestellt werden. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang weiter, wenn die Elektroden des zweiten Ausleseschieberegisters der Reihe nach abwechselnd auf dünnerer und dickerer elektrisch isolierender Schicht liegen und wenn sie jeweils in einen Speicherplatz bei einem Speicherbereich unter einer Elektrode auf dünnerer elektrisch isolierender Schicht parallel einlesbar ist. Es sind dann zum Betrieb dieses zweiten Ausleseschieberegisters ebenfalls nur zwei Takte notwendig, wodurch die Ansteuerung erheblich vereinfacht wird.

Eine vorstehend angegebene Sensoranordnung wird so betrieben, daß der Sensor und der Überlaufkanal in an sich bekannter Weise betrieben werden, daß zum Auslesen des Sensors in das Ausleseschieberegister an die Elektroden des Ausleseschieberegisters Spannungen so angelegt werden, daß die Speicherbereiche unter den beiden Elektroden in jedem Speicherplatz, in die eingelesen wird, in Speicherzustand gesetzt sind, daß der Sensor in diese Speicherbereiche eingelesen wird, daß der Speicherbereich unter der einen dieser beiden Elektroden sofort in den entsprechenden Speicherplatz des zweiten Ausleseschieberegisters eingelesen wird und daß anschließend die jetzt in den beiden Ausleseschieberegistern gespeicherte Information seriell aus diesen ausgelesen wird und daß danach der Sensor, der wenigstens in dieser Zeit in Bildaufnahmezustand gesetzt ist, erneut ausgelesen wird.

Besondere Vorteile der angegebenen Sensoranordnung liegen zum einen darin, daß gegenüber herkömmlichen Sensoranordnungen mit Überlaufkanal die Auflösung praktisch verdoppelt werden kann und daß bei der Herstellung keine wesentlichen zusätzlichen Verfahrensschritte notwendig sind. Zudem weist die Anordnung einen einfachen Aufbau auf. Die Betriebsweise der Sensoranordnung ist ebenfalls sehr einfach und stellt gegenüber herkömmlichen Sensoren mit Überlaufkanal und Ausleseschieberegister keine besonderen Anforde-

rungen an die Betriebstakte.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in den Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel einer Sensoranordnung;

F j g. 2 zeigt in Diagrammen I — IX Betriebstakte für die Sensoranordnung nach F i g. 1.

In der Fig. 1 ist in Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform einer vorstehend beschriebenen Sensoranordnung dargestellt. Die gesamte Anordnung befindet sich auf der Oberfläche einer lichtdurchlässigen elektrisch isolierenden Schicht 1, die auf einer Oberfläche eines Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial mit Substratanschluß aufgebracht ist. Diese elektrisch isolierende Schicht weist innerhalb des durch die Linie 2 umrahmten Bereiches eine dünnere Schichtdicke als außerhalb auf. Günstig ist es dabei, wenn die Schichtdicke außerhalb des durch die Linie 2 definierten Bereiches möglichst groß (Dickoxid) gegenüber der dünneren Schichtdicke (Dünnoxid) im Inneren dieses Bereiches gewählt wird. Die Bildpunkte des eindimensionalen optoelektronischen Sensors sind durch die Vertiefungen 31 bis 36 in der Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht definiert. Die Übertragungskanäle des Ausleseschieberegisters und des zweiten Ausleseschieberegisters sind durch die kanalartigen Vertiefungen 4 und 5 in der Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht definiert. Die Bildpunkte des Sensors sind über dazu schmalere grabenartige Vertiefungen 41 bis 46 in der elektrisch isolierenden Schicht mit dem Übertragungskanal 4 verbunden. Der Übertragungskanal 4 ist über ebenfalls solche schmalen grabenartige Vertiefungen 51 bis 53 in der elektrisch isolierenden Schicht mit dem Übertragungskanal 5 verbunden. Entlang der dem Übertragungskanal 4 gegenüberliegenden Längsseite der Bildpunktreihe des Sensors ist der Überlaufkanai entlanggeführt, der aus einer entgegengesetzt zum Substrat dotierten Leitung 6 an der Substratoberfläche besteht. Diese Leitung weist einen hier nicht gezeichneten Anschlußkontakt auf. Von jedem Bildpunkt aus führt je eine von dazu schmaleren grabenartigen Vertiefungen 61 bis 66 in der elektrisch isolierenden Schicht bis über diese Leitung. Auf der elektrisch isolierenden Schicht befindet sich ein Streifen 7 aus lichtdurchlässigem elektrisch leitendem Material, der die Vertiefungen 31 bis 36 in der elektrisch isolierenden Schicht vollständig überdeckt. Über der kanalartigen Vertiefung 4 in der elektrisch isolierenden Schicht sind die Elektroden 401 bis 404 der ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtung aufgebracht. Jeweils eine Vierergruppe von Elektroden 401 bis 404 bildet einen Speicherplatz dieser Verschiebevorrichtung. Die Elektroden 402 und 404 befinden sich bei den schmalen grabenartigen Vertiefungen 41 bis 46 in der elektrisch isolierenden Schicht und überdecken diese bis nahe an den Streifen 7. Jeweils die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Elektroden sind über Taktleitungen 410 bis 440 elektrisch leitend miteinander verbunden. Das zweite Ausleseschieberegister ist wie das Ausleseschieberegister als ladungsgekoppelte Verschiebevorrichfung ausgebildet, d. h. über der kanalartigen Vertiefung 5 in der elektrisch isolierenden Schicht sind Elektroden 501 bis 504 aufgebracht, wobei jeweils eine Vierergruppe von Elektroden 501 bis 504 einen Speicherplatz bildet. Jede der Elektroden 502 befindet sich bei einer der schmalen grabenartigen Vertiefungen 51 bis 53 in der elektrisch isolierenden Schicht und überdeckt diese bis nahe an die Elektrode 404. Jede der Elektroden 404 des Ausleseschieberegisters befindet sich bei einer dieser grabenartigen Vertiefungen 51 bis 53 und ist ebenfalls über die kanalartige Vertiefung 4 seitlich erweitert und überdeckt dabei die grabenartige Vertiefung. Über den Zwischenräumen zwischen den Elektroden 402 und 404 des Ausleseschieberegisters und dem Streifen 7 ist von beiden elektrisch isoliert eine Transferelektrode 8 und über den Zwischenraum zwischen den Elektroden 404 des Ausleseschieberegisters und den Elektroden 502 des zweiten Ausleseschieberegisters ist ebenfalls von diesen elektrisch isoliert eine zweite Transferelektrode 9 aufgebracht. Die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Elektroden des zweiten Ausleseschieberegisters sind durch Taktleitungen 510 bis 540 elektrisch leitend miteinander verbunden. Über den Zwischenraum zwischen dem Streifen 7 und der dotierten Leitung 6 ist von beiden elektrisch isoliert eine Überlaufelektrode 10 aufgebracht. Diese Überlaufelektrode besteht aus zwei Elektrodenstreifen, einem Polysilizium-Elektrodenstreifen 102 und einem Metall-Elektrodenstreifen 101. Der Grund für diese spezelle Ausführungsform wird im folgenden noch näher erläutert. Grundsätzlich genügt jedoch auch ein einziger Elektrodenstreifen als Überlaufelektrode.

Auf eine Oberfläche eines Substrates aus p(n)-dotierten Silizium mit einer Dotierung von etwa 10¹⁴— 10¹⁶cm~³ wird eine Siliziumdioxidschicht von einer Schichtdicke von etwa 1 μΐη (Dickoxid) aufgebracht. Diese Schicht wird im von der Linie 2 umrahmten Bereich weggeätzt. Durch erneutes Oxidieren wird in diesem Bereich eine Siliziumdioxidschicht von etwa 0,1 μπι (Dünnoxid) erzeugt. Nun wird auf dieser Oberfläche eine Polysiliziumschicht von einer Schichtdicke von etwa 0,6 μΐη aufgebracht. Diese Schicht wird zunächst über den Bereich der noch zu erzeugenden Leitung 6 weggeätzt Nun wird die Oberfläche einer Ionenimplantation ausgesetzt, wodurch die Polysiliziumschicht dotiert und damit leitend gemacht wird und wodurch die dotierte Leitung 6 selbstjustierend hergestellt wird. Anstatt einer Ionenimplantation kann auch Diffusion verwendet werden. Die Dünnoxidschicht ist dann aber im Bereich 6 mit wegzuätzen (dies ist bei Verwendung der Ionenimplantation nicht notwendig, wenn mit hinreichend hoher Energie gearbeitet wird). Die Dotierung des Überlaufkanals und des Polysiliziums wird etwa 10¹⁹cm~³ oder größer gewählt. Als Implantations- bzw. Diffusionsstoffe können beispielsweise Phosphor-(Bor)-Ionen bzw. -Atome bei p(n)-dotiertem Substrat verwendet werden. Nach der Dotierung wird die Polysiliziumschicht bis auf die Elektrode 402 bzw. 404 bzw. 501 bzw. 504, die Taktleitungen 440,520 und 540, den Streifen 7 und dem Polysilizium-Elektrodenstreifen 102 der Überlaufelektrode 10 weggeätzt. Durch Oxidation werden nun diese Polysiliziumteile mit einer Siliziumdioxidschicht von einer Schichtdicke von etwa 0,3 μπι bedeckt. Es werden nun Kontaktlöcher für die Anschlußkontakte der Taktleitungen aus Polysilizium, den Streifen 7, den Streifen 102 und über den Elektroden 402 zur Herstellung der Verbindung dieser Elektroden mit der Taktleitung 420 geschaffen. In der F i g. 1 sind nur die Kontaktlöcher für die Elektroden 402 angedeutet und mit den Bezugszeichen 4020 versehen. Die übrigen Kontaktlöcher werden nahe an einem Ende der Taktleitungen aus Polysilizium, des Streifens 7 und des Streifens 102 angebracht. Auf dieser Oberfläche werden nun durch Aufbringen von Metallagen, beispielsweise

durch Bedampfen der Oberfläche mit Aluminium unter Verwendung von Bedampfungsmasken, die Elektroden 401 und 403 mit den sie verbindenden Taktleitungen 410 und 430, die Elektroden 501 und 503 mit den sie verbindenden Taktleitungen 520 und 530, die Transferelektroden 8 und 9, der zweite Elektrodenstreifen des Überlaufgates 10, die Taktleitung 420, die über die Kontaktlöcher 4020 geführt ist und die Anschlußkontakte über den noch freien Kontaktlöchern aufgebracht. Die Transferelektrode 8 überlappt den seitlichen Längsrand des Streifens 7 und die seitlichen Ränder der Elektroden 402 und 404, die Transferelektrode 9 überlappt die seitlichen Ränder der Elektroden 404 und 502 und der zweite Elektrodenstreifen des Überlaufgates 10 überlappt den anderen Längsrand des Streifens 7 und den einen Längsrand des ersten Elektrodenstreifens des Überlaufgates. In der F i g. 1 sind die Taktleitungen 440 und 430 und 520 und 530 und 540 seitlich gegeneinander verschoben gezeichnet. Dies geschah nur der Übersichtlichkeit halber. Bei der Herstellung der Anordnung durch das vorstehende Verfahren legt man natürlich aus Platzersparnisgründen die Leitung 440 unter die Leitung 430, die Leitung 520 unter die Leitung 510 und die Leitung 540 unter die Leitung 530.

Typische Lateralabmessungen für die beschriebene Anordnung sind folgende:

Breite des Überlaufkanals 6 10 μπι, Größe der Bildpunkte 9 χ 30 μπι, davon 9 μπι in Längsrichtung der Bildpunktreihe und 30 μπι senkrecht dazu, Breite der kanalartigen Vertiefungen 4 und 5 30 μπι, Breite der Taktleitungen 410 bis 440,510 bis 540, der Transferelektroden 8 und 9 und der Streifen 101 und 102 jeweils 9 μπι, Breite des Streifens 7 38μπι, Breite der Elektroden 9 μπι, sämtliche Überlappungen 2 μίτι, Breite der Vertiefungen 61 bis .66 bzw. 51 bis 53 jeweils 5 μηι, Kontaktlöcher 5x5 μπι. Das minimale Abstandsmaß ist etwa 5 μπι. Alle interessierenden Abstände können aus der Fig. 1 mit Hilfe des angegebenen Maßstabs entnommen werden.

Es sei an dieser Stelle ausdrücklich noch einmal darauf hingewiesen, daß die beschriebene Anordnung ein Ausführungsbeispiel darstellt, daß es aber eine Reihe von anderen Möglichkeiten gibt, eine solche Sensoranordnung herzustellen. Beispielsweise können anstatt der Ladungsverschiebeanordnungen mit unterschiedliches dicker elektrisch isolierender Schicht über dem Übertragungskanal auch Verschiebevorrichtungen verwendet werden, bei denen die elektrisch isolierende Schicht gleichmäßige Dicke aufweist, und bei denen unter den Elektroden 402 und 404 zusätzliche Dotierungen an der Substratoberfläche vorhanden sind. Allgemein kann für das Ausleseschieberegister jede Ladungsyerschiebevorrichtung für den Vier-Phasen-Betrieb und für das zweite Ausleseschieberegister prinzipiell jede Ladungsverschiebevorrichtung verwendet werden. Der Fachmann wird jedoch diese Verschiebevorrichtungen im Hinblick auf eine verbesserte Auflösung des Sensors auswählen. Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist im Hinblick auf eine verbesserte Auflösung des Sensors besonders günstig.

Allgemein wird eine angegebene Sensoranordnung so betrieben, daß der Sensor und der Überlauf kanal in an sich bekannter Weise betrieben werden, d. h. an den Polysiliziumstreifen 7 wird zumindest während der Bildaufnahme eine Spannung angelegt, die unter den Bildpunkten 31 bis 36 Potentialmulden für die vom Licht erzeugten Informationsladungsträger im Substrat erzeugt. Man kann dabei getakteten Betrieb und Dauerbetrieb unterscheiden, d. h. beim Taktbetrieb wird diese Spannung nur während der Bildaufnahme angelegt, während sie im Dauerbetrieb stets am Streifen 7 anliegt. Der Überlaufkanal wird so betrieben, daß an ihn eine Spannung angelegt wird, die einer sehr tiefen Potentialmulde für die Informationsladungsträger entspricht und daß an das Überlaufgate eine Spannung angelegt wird, die eine einstellbare Potentialschwelle zwischen den Potentialmulden in den Bildpunkten und der Potentialmulde im Überlaufkanal erzeugt. An sich ist ein Überlaufgate nicht notwendig, wenn man den Überlaufkanal hinreichend nahe an die Bildpunkte des Sensors anordnet. Dann kann aber die Potentialschwelle nicht mehr beeinflußt werden. Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 besteht die Überlaufelektrode aus zwei Elektrodenstreifen 101 und 102, wobei die eine aus Polysilizium besteht. Dies ist vorteilhaft, da mit einer Polysiliziumschicht eine Potentialschwelle sehr genau (bis auf 0,2 Volt) eingestellt werden kann. Die andere Elektrode aus Metall dient nur zur Überbrückung des Zwischenraums zwischen dieser Polysiliziumelektrode und dem Streifen 7. Zum Einlesen des Sensors in das Ausleseschieberegister werden an dessen Elektroden Spannungen so angelegt, daß die Speicherbereiche unter den beiden Elektroden in jedem Speicherplatz, in den ausgelesen wird, in Speicherzustand gesetzt sind, d. h. unter diesen Elektroden befinden sich während dieser Zeit tiefere Potentialmulden für die Informationsladungsträger als unter den Nachbarelektroden. In diese Speicherbereiche wird der Sensor ausgelesen. Der Speicherbereich unter der einen der beiden Elektroden wird jedoch sofort in den entsprechenden Speicherplatz des zweiten Ausleseschieberegisters ausgelesen. Anschließend wird die in beiden Ausleseschieberegistern gespeicherte Information seriell aus diesen ausgelesen. Wenigstens während des Auslesens der Information aus den Schieberegistern wird der Sensor in Bildaufnahmezustand gesetzt. Nach dem die Information aus den Schieberegistern ausgelesen ist, wird der Sensor erneut ausgelesen. An Hand der Betriebstakte I — IX in F i g. 2 sei das Betriebsverfahren für das in F i g. 1 dargestellte und nach dem angegebenen Verfahren hergestellte Beispiel näher erläutert. Diagramm I zeigt über die Zeit t die an den Streifen 7 anzulegende Betriebsspannung. Es ist Dauerbetrieb vorausgesetzt. Diese Spannung wird beispielsweise +( —) 8 Volt bei p(n)-dotiertem Substrat gewählt. Die Taktdiagramme II bis V geben in dieser Reihenfolge die Schiebetakte für die einzelnen Taktleitungen 410 bis 440 an. Der Spannungshub der einzelnen Impulse beträgt beispielsweise zwischen 10 und 15 Volt. Die Takte II und III für die Taktleitungen 410 und 420 und die Takte IV und V für die Taktleitungen 430 und 440 sind während der Bildaufnahme gleichphasig. Jedoch sind die Takte IV und V zu den Takten II und II gegenphasig. An die Taktleitungen 510 und 520 wird der Takt VIII und an die Taktleitungen 530 und 540 der Takt IX während der Bildaufnahme angelegt. Takt VIII ist zu den Takten II und III gleichphasig, während Takt IX zu den Takten IV und V gleichphasig ist. Der Spannungshub für die Takte VIII und IX wird größer gewählt als der Spannungshub für die Takte II bis V, beispielsweise 15 Volt. Vom Zeitpunkt t\ bis zum Zeitpunkt £2 sind sämtliche Takte unterbrochen. Dieser Zeitintervall ist die Auslesephase, d. h. während dieser Zeit wird der Sensor ausgelesen. Es sei vorausgesetzt, daß die Ausleseschieberegister bis zum Zeitpunkt ft ausgelesen sind. Zum Zeitpunkt ii werden sämtliche Takte

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abgeschaltet und an die Taktleitungen 410,430,530 und 540 eine Spannung von 0 Volt (oder negativ [positiv] bei p(n)-dotiertem Substrat) angelegt, während an die Taktleitungen 420 und 440 eine Spannung zwischen 10 und 15 Volt und an die Taktleitungen 510 und 520 eine Spannung von 15 Volt angelegt werden. Es sind dadurch nur unter den Elektroden 402, 404 und 510 und 502 Potentialmulden vorhanden. Gleichzeitig werden zum Zeitpunkt fi an die erste Transferelektrode 8 eine Spannung von beispielsweise 8 Volt und an die zweite Transferelektrode 9 eine Spannung zwischen 10 und 15

10

Volt, aber mindestens gleich der Spannung an den Taktleitungen 420 und 440 oder größer angelegt. Diese Spannungen dienen zum Abbau der Potentialschwellen unter den Transferelektroden und werden während der Auslesephase angelegt. Sonst liegen die Transferelektroden auf 0 Volt. Die Diagramme VI bzw. VII zeigen die Spannungen an der Transferelektrode 8 bzw. 9. Zum Zeitpunkt f2, also mit Beendigung der Auslesephase wird der normale Taktbetrieb wieder aufgenommen. Alle angegebenen Spannungen beziehen sich auf die Bezugsspannung am Substratanschluß.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Optoelektronische Sensoranordnung an einer Oberfläche eines Substrates aus dotiertem Halbleitermaterial, mit einem eindimensionalen optoelektronischen Sensor, einem Überlaufkanal zum Schutz gegen Überbestrahlen und mit mindestens einem Parallel-Serien-Ausleseschieberegister, in das die Bildpunkte des eindimensionalen optoelektronischen Sensors parallel auslesbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausleseschieberegister eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung mit vier Elektroden (401 bis 404) pro Speicherplatz ist, daß in jeden Speicherplatz zwei Bildpunkte (31 und 32, 33 und 34 und 35 und 36) einlesbar sind, wobei ein Bildpunkt unter" eine, der andere unter eine übernächste der vier Elektroden des Speicherplatzes einlesbar ist und wobei diese beiden Elektroden (402 und 404) in allen Speicherplätzen den gleichen Platz in der Elektroden-Vierergruppe des Speicherplatzes einnehmen, daß in jedem Speicherplatz der Speicherbereich unter der einen (404) dieser beiden Elektroden, die in allen Speicherplätzen denselben Platz in der Elektroden-Vierergruppe einnimmt, unmittelbar auslesbar ist und daß ein zweites Parallel-Serien-Ausleseschieberegister vorhanden ist, in das diese Speicherbereiche parallel einlesbar sind.

2. Optoelektronische Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß seine Elektroden der Reihe nach abwechselnd auf dickerer und dünnerer elektrisch isolierender Schicht liegen, daß die Bildpunkte in die Speicherbereiche unter den Elektroden auf dünnerer Schicht einlesbar sind und daß jeweils der Speicherbereich unter einer Elektrode aus dünnerer elektrisch isolierender Schicht unmittelbar auslesbar ist.

3. Optoelektronische Sensoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ausleseschieberegister ebenfalls eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung ist.

4. Optoelektronischer Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Ausleseschieberegister eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung mit vier Elektroden (501 bis 504) pro Speicherplatz ist.

5. Optoelektronische Sensoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden des zweiten Ausleseschieberegisters der Reihe nach abwechselnd auf dünnerer und dickerer elektrisch isolierender Schicht liegen und daß sie jeweils in einen Speicherplatz bei einem Speicherbereich unter einer Elektrode (502) aus dünnerer elektrisch isolierender Schicht parallel einlesbar ist.

6. Verfahren zum Betrieb einer optoelektronischen Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor und der Überlaufkanal in an sich bekannter Weise betrieben werden, daß zum Auslesen des Sensors in das Ausleseschieberegister an die Elektroden des Ausleseschieberegisters Spannungen so angelegt werden, daß die Speicherbereiche unter den beiden Elektroden in jedem Speicherplatz, in die eingelesen wird, in Speicherzustand gesetzt sind, daß der Sensor in diese Speicherbereiche eingelesen wird, daß der Speicherbereich unter der einen dieser beiden Elektroden sofort in den entsprechenden Speicherplatz des zweiten Ausleseschieberegisters eingelesen wird und daß anschließend die jetzt in den beiden Ausleseschieberegistern gespeicherte Information seriell aus diesen ausgelesen wird und daß danach der Sensor, der wenigstens in dieser Zeit in Bildaufnahmezustand gesetzt ist, erneut ausgelesen wird.