DE2653285A1

DE2653285A1 - Einrichtung zum speichern und abrufen analoger sowie digitaler signale

Info

Publication number: DE2653285A1
Application number: DE19762653285
Authority: DE
Inventors: Charles William Eichelberger; Wesley Kenneth Waldron
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-11-26
Filing date: 1976-11-24
Publication date: 1977-07-07
Also published as: NL7613186A; IT1064823B; JPS5275136A; US4000418A

Description

Einrichtung zum Speichern und Abrufen analoger sowie digitaler Signale

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Einrichtung mit hierfür bestimmten Vorrichtungen bzw. Gliedern und Schaltungen zum Speichern und Wiedererlangen bzw. Abrufen analoger sowie digitaler Signale und im einzelnen auf eine solche Einrichtung, bei der die Information in Form von lokalisierten Ladungen in einem Halbleitersubstrat gespeichert wird.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit Verbesserungen bezüglich der in den US-Patenten 3 805 062, 3 882 531 und 3 9 35 446 beschriebenen Einrichtungen.

Der nachfolgend unter Bezug auf die Figuren 1 bis 4 der Zeichnungen beschriebene bauliche Aufbau des Halbleitersubstrates und der darüber befindlichen Teile ähnelt bestimmten baulichen Maßnahmen der vorstehend genannten US-Patentschriften. Gemäß den US-Patentschriften 3 805 062 und 3 935 445 erfolgt das Auslesen aus dem Speicher in löschender Weise, was bedeutet, daß die einmal a.usgelesene Information nicht länger gespeichert ist und kein zweites Mal abgerufen werden kann. Demgegenüber bildet die Einrichtung gemäß der US-PS 3 935 446 ein löschungsfreies Auslesen, was bedeutet,

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daß dieselbe Information wiederholt bgerufen werden kann.

Wie bei der US-PS 3 935 446 ist die Speichereinrichtung der vorliegenden Erfindung in horizontale und vertikale Zeilen bzw. Lei tungen (Reihen und Spalten) von Speicherstellen oder -zellen organisiert, und in einer vorgegebenen Leitung bzw. Zeile (horizontal oder vertikal) ist ein Paar von Speicherstellen - nachfolgend als die erste und die zweite Speicherstelle des Paares bezeichnet - gerade einer Dateneinheit zugeteilt. Die erste Speicherstelle des Paares dient für eine permanente Speicherung, während die zweite Speicherstelle einer zeitweiligen bzw. vorübergehenden Speicherung für Auslesungszwecke dient. Wenn ein Auslesen von einer derartigen vorgegebenen Leitung bzw. Zeile erwünscht ist, wird eine Überführung bzw. übertragung der Informationseinheiten von den ersten Stellen der vorgegebenen Leitung zu den entsprechenden zweiten Stellen einer solchen vorgegebenen Leitung durchgeführt. Gemäß der US-PS 3 935 446 erfolgt die Übertragung bzw. Überführung gleichzeitig für alle zweiten Stellen der gegebenen Leitung bzw. Zeile, und danach werden die Informationseinheiten sequentiell von den zweiten Stellen einer solchen Leitung bzw. Zeile ausgelesen, so daß sich somit eine serielle Auslesung ergibt. Dies hat ein Ein- und dann ein Ausschalten der zweiten Stellen einer solchen Zeile bzw. Leitung zur Folge. Demgegenüber wird nach der vorliegenden Erfindung die Übertragung bzw. Überführung von den ersten Stellen zu den zweiten Stellen einer gegebenen Leitung bzw. Zeile sequentiell oder seriell durchgeführt, und auch das Auslesen von den zweiten Stellen erfolgt seriell, wobei dieser Vorgang jedoch während der entsprechenden Überführung von der ersten zur zweiten Stelle in dem ersten Paar von Stellen und dann für das zweite Paar von Stellen usw. erfolgt. Auf diese Weise wird die oben genannte Umschaltart der zweiten Stellen vermieden, woraus sich gewisse Vorteile ergeben, und ein wesentlicher Vorteil ist die Verbesserung des Rauschabstandes. Diese und weitere Vorteile sind ausführlicher in der detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung und insbesondere am Ende derselben näher erläutert.

Eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Schaffung einer verbesserten Einrichtung der oben er-

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wähnten Art zum Speichern und löschungsfreien Wiedererlangen bzw. Abrufen analoger sowie digitaler Signale.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Einrichtung der genannten Art vorgeschlagen, die sich erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale auszeichnet. In weiterer Ausgestaltung zeichnet sich diese Einrichtung durch die im Kennzeichen von Anspruch 2 und in den übrigen Ansprüchen enthaltenen Merkmale aus.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - in einer Draufsicht ein Feld oder einen Aufbau aus Ladungsspeicherungsvorrichtungen bzw. -gliedern, die in der in Figur 5 dargestellten erfindungsgemäßen Einrichtung eingebaut sind,

Figur 2 - einen Schnitt des Aufbaues aus Figur 1 längs der Schnittlinie 2-2 aus Figur 1,

Figur 3 - einen Schnitt des Aufbaues aus Figur 1 längs der Schnittlinie 3-3 aus Figur 1,

Figur 4 - einen Schnitt des Aufbaues aus Figur 1 längs der Schnittlinie 4-4 aus Figur 1,

Figur 5 - ein Blockschaltbild einer Einrichtung, die entsprechend der vorliegenden Erfindung entweder als ein Bildsensor bzw. -fühler oder als ein Speicher arbeiten kann,

Figuren OA bis 6W - Amplituden-Zeit-Diagramme von an verschiedenen Punkten in der Einrichtung aus Figur 5 erscheinenden Spannungssignalen, wobei die Diagramme aus den Figuren 6A-6I einen gemeinsamen Zeitmaßstab haben und zwei Zeilenabtastungen darstellen, wobei die Diagramme aus den Figuren 6J-6W einen anderen gespreizten gemeinsamen Maßstab haben und eine einzelne Zeilenabtastung zeigen und wobei das Auftreten eines Signals aus den Figuren 6A-6W in dem Blockschaltbild aus Figur 5 durch eine dort eingetragene Buchstabenbezeichnung entsprechend derjenigen der Figuren 6A-6W identifiziert ist (d.h. ¹A¹ entspricht Figur 6A),

Figur 7 - ein schematisches Schaltbild einer Lese-Schreib-Schaltung der Einrichtung aus Figur 5 /.um Darstellen der Art

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und Weise, in der die Einrichtung als ein Analogspeicher benutzt werden kann, und

Figur 8 - beim Erläutern der Betriebsweise der schaltung aus Figur 7 verwendbare Wellenformdiagramme.

Bevor mit einer Beschreibung der in Figur 5 dargestellten Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung fortgefahren wird, wird das in dieser Einrichtung benutzte Feld von Ladungsspeicherungs- und Strahlungserfassungsvorrichtungen beschrieben. Während eine bestimmte Form des hergestellten Feldes bzw. der Anordnung unter Anwendung einer bestimmten Technologie dargestellt und beschrieben ist, ist darauf hinzuweisen, daß das in der Einrichtung benutzte Feld anuere Formen annehmen kann und daß irgendeine der gewöhnlich für Ladungsübertragungs- bzw. -überfuurungsvorrichtun-' gen angewendeten Technologien bei der Herstellung benutzt werden kann. Es wird nunmehr auf die Figuren 1 bis 4 verwiesen, die ein Feld 2o von Ladungsspeicherungs- und Strahlungserfassungsvorrichtungen 21 zeigen, wie die ^.u Zusammenhang mit den Figuren 2A, 2B und 2C aus dem zuvor genannten US-Patent 3 Öo5 o62, wobei ein Aufbau mit vier Reihen und Spalten vorliegt. Das Feld enthält vier Reihen-Leitungsstränge, die jeweils die in Reihe ausgerichteten Platten bzw. Trägerkörper einer entsprechenden Reihe von Vorrichtungen verbinden und von oben nach unten mit X., , X^, X-, und X, bezeichnet sind. Das Feld enthält auch vier Spalten-Leitungsstränge, die jeweils die spaltenmäßig ausgerichteten Platten bzw. Trägerkörper einer entsprechenden Spalte von Vorrichtungen verbinden und von links nach rechts mit Y.,, Y₂, Y₃ sowie Y₄ bezeichnet sind, über leitende Ansätze oder Kontaktstreifen 22 an jedem Ende einer jeden Leitung werden leitende Verbindungen mit den Leitungen hergestellt. Während es in Figur 1 so aussieht, daß die Reihen-Leitungsstränge die Spalten-Leitungsstränge kreuzen, sind jedoch die Reihen-Leitungsstränge gegenüber den Spalten-Leitungssträngen durch eine Schicht 24 aus transparentem Glas isoliert, wie es aus den Figuren 2,3 und 4 leicht ersichtlich ist. In Figur 1 ist der Umriß aes unter der Glasschicht 24 liegenden Gebildes aus Gründen der Klarheit durchgezogen dargestellt.

Das Feld bzw. die Anordnung enthält ein Substrat od.τ Plättchen 25 aus N-leitfähigem Halbleitermaterial, über dem eine

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isolierende Schicht 26 vorgesehen ist, die eine Hauptfläche des Substrats 25 berührt. In der isolierenden Schicht ist eine Vielzahl von tiefen Aussparungen bzw. Vertiefungen 27 vorgesehen, und zwar jeweils eine für eine entsprechende Vorrichtung 21. Dementsprechend ist die isolierende Schicht 26 mit einem dicken oder Kantenteil 28 versehen, der eine Vielzahl von dünnen Teilen oder Bereichen 29 am Boden der Aussparungen umgibt. In jeder der Aussparungen bzw. Vertiefungen sitzt ein Paar von im wesentlichen identischen leitenden Platten oder leitenden Gliedern 31 und 32 mit einem rechtwinkligen Umriß. Die Platte 31 wird als eine reihenorientierte Platte bezeichnet, während die Platte 32 als eine spaltenorientierte Platte zu bezeichnen ist. Die Platten 31 und 32 einer Vorrichtung 21 sind längs der Richtung einer Reihe eng angeordnet bzw. dicht verteilt und mit angrenzenden Rändern im wesentlichen parallel ausgerichtet. Bei einem Fortschreiten vom linksseitigen zum rechtsseitigen Teil wechseln sich die reihenorientierten Platten 31 in der Querposition mit den spaltenorientierten Platten 32 ab. Dementsprechend grenzen die reihenorientierten Platten 31 von Paaren angrenzender Vorrichtungen aneinander an, und sie sind durch einen Leiter 33 miteinander verbunden, der einstückig bei der Ausbildung der Platten 31 gebildet wurde. Bei einem solchen Aufbau wird von einem Reihen-Leitungsstrang durch ein Loch 39 in der zuvor erwähnten Glasschicht 24 eine einzelne Verbindung 34 zu dem ein Paar von reiht.uorientierten Platten verbindenden Leiter 33 hergestellt. Die spaltenorientierten Leitungsstränge werden einstückig beim Ausbilden der spaltenorientierten Platten 32 hergestellt. Der oberflächennahe Teil des Substrats 25 unter dem Raum zwischen den Platten 31 und 32 einer jeden Vorrichtung 21 ist mit einem P-leitίähigen Bereich 36 versehen. Die Glasschicht 24 erstreckt sich über den dicken Teil 28 sowie den dünnen Teil 29 der isolierenden bzw. Isolierschicht 26 sowie die Platten 31 und 32, die Leiter 33 und die spaltenorientierten Leitungsstränge Y₁-Y^ bis auf die Kontaktstreifen 22 derselben. Die ijlasschicht 24 kann einen Akzeptor-Aktivator enthalten und bei der Bildung des P-Leitungsbereiches 36 benutzt werden. Eine ringförmige Elektrode 3b ist an ier Hauptfläche des Substrats festgelegt, die derjenigen Hauptfläche gegenüberliegt, an der die

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Vorrichtungen 21 ausgebildet sind, und diese Elektrode bildet eine leitende Verbindung zum Substrat. Eine solche Verbindung zum Substrat ermöglicht eine rückseitige wie auch eine vorderseitige Bestrahlung des Feldes.

Das Feld 2o und die Vorrichtungen 21 desselben können unter Anwendung einer Vielzahl von Materialien und in vielfältigen Formen bzw. Größen entsprechend den Techniken zum Herstellen integrierter Schaltungen hergestellt werden, wie es in dem zuvor erwähnten US-Patent 3 8o5 o62 beschrieben ist.

In Figur 5 ist ein Blockschaltbild einer das Ladungsspeicherungsfeld aus Figur 1 ausnutzenden Einrichtung dargestellt, die sowohl als ein Bildsensor (imager), wie auch als ein Analogspeicher fungieren kann. Die Einrichtung wird zunächst bezüglich ihrer Funktionsweise als ein Bildsensor und dann bezüglich ihrer Funktionsweise als ein Analogspeicher beschrieben. Als Bilderzeuger bildet die Einrichtung ein Videosignal in Abhängigkeit von einer Strahlung, die beispielsweise mittels eines Linsensystems (nicht dargestellt) auf das Feld geworfen wird. Das Videosignal kann einer geeigneten Anzeigevorrichtung (nicht dargestellt), wie einer Kathodenstrahlröhre, zugeführt werden, wie es in dem oben genannten US-Patent 3 8o5 o62 beschrieben ist, und zwar zusammen mit Abtastspannungen, welche mit dem Abtastvorgang des Feldes synchronisiert sind, um das Videosignal in eine optische Bildanzeige umzusetzen.

Das System wird in Verbindung mit den Figuren 6A-6W beschrieben, die in Diagrammen in Abhängigkeit von der Zeit die Amplitude von an verschiedenen Punkten in dem System aus Figur 5 auftretenden Signalen zeigen. Der Punkt des Auftretens eines Signals aus den Figuren 6A-6W ist in 1 igur 5 duroh eine Buchstabenbezeichnung angegeben, die der Buchstabenbezeichnung der jeweiligen Figur 6 entspricht.

Das System enthält einen Taktimpulsgenerator 51, der eine Reihe von regelmäßig erscheinenden Y-Achsen Impulsen 52 kurzer Dauer gemäß Figur 6A erzeugt, wobei diese Impulse hintereinander an Zeitpunkten t^-tn auftreten und einen halben Abtastbetriebszyklus des Feldes repräsentieren. Das Ausgangssignal des Taktimpulsgenerators 51 wird einem ersten Zähler 53 zugeführt, der die

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Impulsfolge des Generators durch vier teilt, um die X-Achsen-Taktimpulse gemäß Figur 6B abzuleiten. Das Ausgangssignal des ersten Zählers 53 wird auch einem zweiten Zähler 55 zugeführt, der eine weitere Teilung durch vier vornimmt, um die Rahmensynchronisierungsimpulse 56 des Feldes zu bilden.

Das erfassende Feld 2o, das identisch zum Ladungsspeicherungsfeld aus Figur 1 und entsprechend bezeichnet ist_r enthält Reihen-Leitungsstränge X.. bis X. und Spalten-Leitungsstränge Y-bis Y₄. Die Antriebs- bzw. Treiberschaltungen für die Reihen-Leitungsstränge sowie die Spalten-Leitungsstränge des Feldes 2o befinden sich auf demselben Substrat 5o wie das Feld, um die Anzahl von äußeren Verbindungen zu verringern, die erforderlich sind, um das Feld 2o in das System einzuschalten.

Um ein selektives Auslesen einer Reihe von Vorrichtungen zu ermöglichen, ist eine Vielzahl von Reihenansteuerungsschaltern 61-64 vorgesehen. Diese sind in Form von MOSFET Transistorvorrichtungen, einstückig aufdem Substrat ausgebildet bzw. integriert, und diese Transistorvorrichtungen haben jeweils eine Source- bzw. Quellenelektrode , eine Drain- bzw. Senkenelektrode und eine Gate- bzw. Steuerungselektrode. Die Drain-Elektroden der Vorrichtungen 61-64 sind jeweils mit einem Ende eines entsprechenden Reihen-Leitungsstrangs X*-X. verbunden, und die Source-Elektroden der Vorrichtungen 61-64 sind mit einem Reihen-Anschluß 65 verbunden. Dieser ist wiederum mit einem invertierenden Anschluß 71 eines Differentialverstärkers 7o hoher Verstärkung verbunden, dessen nichtinvertierender Anschluß 72 mit einem Pol 73 eines einpoligen Umschalters 74 verbunden ist. (Eine Spannungsänderung am invertierenden Eingangsanschluß in einer Richtung in bezug auf ein Referenzpotential führt zu einer Spannungsänderung am Ausgangsanschluß in der entgegengesetzten Richtung in bezug auf das Referenzpotential. Eine Spannungsänderung am nichtinvertierenden Eingang in einer Richtung In bezug auf ein Referenzpotential führt zu einer Spannungsänderung am Ausgangsanschluß in derselben Richtung in bezug auf das Referenzpotential.) Ein Anschluß 76 des Schalters 74 ist mit dem negativen Anschluß einer 5 Volt Vorspannungsquelle 77 verbunden, deren positiver Anschluß an Masse liegt b^w. geerdet ist. Der Pol 73 des Schalters wird von einem Injektions-Betätigungsorgan 78 an-

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getrieben, das mit den Y-Achsen Taktimpulsen synchronisiert ist, um die Wellenform aus. Figur 6F am nichtinvertierenden Anschluß des Differentialverstärkers 7o zu bilden. Wenn der Schalter 74 so eingestellt ist, daß eine -5 Volt Vorspannung an den nichtinvertierenden Anschluß 72 gelegt wird, wie es durch den gestrichelten Teil 78a der Wellenform aus Figur 6F dargestellt ist, kann ein Auslesen des Ladungszustandes in einer Reihe wiederholt werden, wie es nachfolgend erklärt wird. Ein Rückkopplungskondensator C ist zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang 71 des hochverstärkenden Differentialverstärkers 7o geschaltet. Im Nebenschluß zu diesem Kondensator liegt ein Rückstellschalter 79 in Form eines MOSFET Transistors, dessen Gate bzw. Steuerelektrode von der Integratorrückstellschaltung 79a angetrieben bzw. angesteuert wird, welche mit den Y-Achsen Taktimpulsen aus Figur 6A synchronisiert ist. Das Potential des invertierenden Anschlusses 71 folgt demjenigen des nichtinvertierenden Anschlusses 72 des hochverstärkenden Differenzverstärkers 7o. Wenn der Rückstellschalter 79 geschlossen ist, ist die Spannung am Anschluß 65 dieselbe wie an dem nichtinvertierenden Anschluß 72, d.h. sie entspricht der Spannungswellenforiit aus Figur 6F. Die Gitterelektrode der Transistoren 61-64 sind mit aufeinanderfolgenden Ausgangsanschlüssen 1, 2, 3 und 4 des Reihen- bzw. Serienschieberegisters 8o verbunden. Die Ausgangssignale an den Anschlüssen 1 und 2 des Schieberegisters sind in den Figuren 6D und 6E dargestellt. Die Ausgangssignale an den Anschlüssen 3 und 4 sind ähnlich wie das Ausgangssignal am Anschluß 1, jedoch mit dem Unterschied einer geeigneten Zeitverzögerung während der Zeilenabtastperioden der dritten und vierten Reihe. Das Eingangssignal des Reihenschieberegisters 8o ist als Rahmensynchronisationsimpuls bezeichnet und der am Ausgang des zweiten Zählers 55 erzielte Impuls. Während jeweils sechzehn Y-Achsen'Taktimpulsen entsteht ein Rahmensynchronisationsimpuls. Von den X-Achsen-Taktimpulsen werden Takttreiberimpulse mit entgegengesetzter Phasenbeziehung für das Reihenschieberegister 8o abgeleitet. Diese Treiberzeilenimpulse werden einer jeden Stufe des Reihenschieberegisters 8o zugeführt, um an dessen Anschlüssen 1-4 die angegebenen Ausgangssignale zu erzeugen. Das Reihenschieberegister 8o kann irgendeine einer Anzahl von bekann-

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tu Schieberegistern sein. Die Elemente des Schieberegisters 80 können gleichzeitig mit dem Ausbilden der Vorrichtungen des Feldes 2o auf dem Substrat hergestellt werden.

Um die Speicherspannung an allen Reihenleitungen und insbesondere an der soeben ausgelesenen Reihe wiederherzustellen, sind Reihenrückstellschalter 81-84 vorgesehen. Diese Rückstellschalter sind in Form von MOSFET Transistoren an dem Substrat 5o integriert ausgebildet. Jeder Transistor hat exne Drain- bzw.Anodenelektrode, die mit dem anderen Ende einer der entsprechenden Reihen-Leitungsstränge X-1-X4 verbunden ist, und eine Source- bzw. Kathodenelektrode die mit einem Reihen-Vorspannungsanschluß 85 verbunden ist, welcher bei der i.^triebsweise des Systems als Bilderzeuger über einen Schalter 86 mit zwei Schaltpositionen mit dem negativen Anschluß einer -2o Volt Spannungsquelle 87 verbunden ist, deren positiver Anschluß an Masse bzw. Erde liegt. Alle Gitterelektroden der Transistoren 81-84 werden mittels eines in Figur dargestellten gemeinsamen Steuerungssignals 88 angesteuert, das über einen Schalter 9o mit zwei Schaltpositionen von dem Ausgang eines Spalten- und Zeilenrückstellgenerators 89 erzielt wird. Die X-Achsen -Taktimpulse aus Figur 6B sind die Eingangssignale des Spalten- und Rexhenrückstellgenerators 89.

Um das Speicherpotenticil an allen Spaltenleitungen nach dem Auslesen einer Reihe von Vorrichtungen wiederherzustellen, sind Spaltenruckstellschalter 91-94 vorgesehen. Diese sind in Form von MOSFET Transistoren integriert am Substrat 5o ausgebildet und haben jeweils eine Source- bzw. Kathodenelektrode, eine Drain- bzw. Anodenelektrode und eine Gate- bzw. Steuerungselektrode. Die Source-Elektroden der Schalter 91-94 sind jeweils mit einem Ende uiner der Spaltenleitungen Y...-Y, verbunden, und alle Drain-Elektroden sind mit einem Spaltenabflußanschluß 95 verbunden, der seinerseits über einen Schalter 96 mit zwei Schaltpositionen mit dem negativen Anschluß einer -1o Volt Spannungsquelle 97 verbunden ist. Der positive Anschluß derselben liegt an Masse bzw. Erde. Alle Gate-Elektroden der Schalter 91-94 sind mit einem Steuerungsanschluß 98 verbunden, der über den Doppelpositionsschalter 9o an den Spalten- und Reihenrückstellgenerator 89 angeschlossen ist. Somit wird während des Auftretens des X₁ Reihenansteuerungsimpul-

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ses aus Figur 6D die an der Leitung bzw. Zeile X.. erscheinende Spannung durch die in Figur 6F dargestellte Spannung am Anschluß 65 eingestellt bzw. festgelegt. Nach Ansteigen der Leitung X₁ auf null Volt wird Ladung ist das Substrat injiziert. Die Spannung fällt danach auf -2o Volt und verbleibt dort in Abhängigkeit von einer Betätigung der Rexhenrückstellschalter 81-84 durch die diesen Schaltern zugeführte Spannungswellenform aus Figur 61. Eine ähnliche Folge von Spannungsänderungen ergibt sich an der Leitung X₂ während des Auftretens der aus Figur 6E ersichtlichen Ansteuerungswellenform der X₂ Reihe. Auch tritt eine ähnliche Folge von Spannungsänderungen (nicht dargestellt) an den Leitungen X^ und X₄ auf.

Wenn die Einrichtung aus Figur 5 entweder als ein Bildsensor oder als ein Analogspeicher in der Auslesebetriebsart betrieben wird, befinden sich die beiden P.ositionsschalto.r 86, 9o und 96, die von einem Vorladungsbetätigungsorgan 99 gesteuert werden, in der zeichnerisch dargestellten Position. Wenn die Schalter 86·, 9o und 96 durch das Vorladungsbetätigungsorgan in die andere Position gebracht werden, die als die Vorladungsposition bezeichnet wird, werden -5 Volt Quellen Ιοί und 1o2 durch die Schalter 8b und 96 an die Reihenleitungen X₁-X₄ und die Spaltenleitungen Y₁-Y₄ angeschlossen. Dieser Vorgang wird durch Verbinden der Gate-Elektroden der Schalter 81-84 und 91-94 über den Schalter 9o mit der Vorspannungsquelle 1o3 erreicht. In der Vorladungsposition der Schalter füllt thermisch erzeugte Ladung in dem Substrat die Potentialschächte bzw. -senken (potential wells) aller Vorrichtungen des Feldes als Vorbereitung für das elektrische Einstellen bzw. Festlegen der Ladungspegel in der Vorrichtung in Übereinstimmung mit einem analogen Signal, das elektrisch in das Feld einzuschreiben und dort zu speichern ist, wie es nachfolgend noch näher erläutert wird.

An dem Substrat 5o ist ferner eine Vielzahl von Spaltenansteuerungsschaltern in Form von MOSFET Transistoren 111-114 integriert ausgebildet. Jeder dieser Transistoren hat eine Drainbzw. Anodenelektrode, die mit dem anderen Ende einer der Spalten-Leitungsstränge Y^-Y₄ verbunden ist. Die Source- bzw. Kathodenelektroden der Transistoren 111-114 sind mit einem Anschluß 115 ver-

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bunden. Die Gate- bzw. Steuerelektroden der Transistoren 111-114 sind mit aufeinanderfolgenden AusgangsanSchlüssen 1, 2, 3 und 4 des Spaltenschieberegisters 116 verbunden. Die Signale an den Ausgangsanschlüssen 1,2,3 und 4 des Spaltenschieberegisters sind entsprechend in den Figuren 6M-6P dargestellt. Das als Zeilensynchronisation bezeichnete Eingangssignal des Spaltenschieberegisters besteht aus den X-Achsen Taktimpulsen vom Ausgang des ersten Zählers 53. Taktantriebsimpulse entgegengesetzter Phasenbeziehung werden für das Spaltenschieberegister 116 von den Y-Achsen Taktimpulsen abgeleitet. Diese Antriebs- bzw. Ansteuerungsimpulse werden einer jeden Stufe des Spaltenschieberegisters zugeführt, um die an dessen Anschlüssen 1-4 angegebenen Ausgangssignale zu erzeugen .

Wie es oben erwähnt wurde, wird die ausgewählte Vorrichtungsreihe dadurch ausgelesen, daß sie auf ihren Auslösespannungspegel von -5 Volt nachgestellt wird und daß dieser Spannungspegel während der Ladungsüberführung von einer Spaltenzelle zu einer Reihenzelle der ausgewählten Reihe für jede ihrer Vorrichtungen aufrechterhalten wird. Das Nachstellen bzw. Rückstellen der ausgewählten Reihe erfolgt durch Anlegen der Nachstellimpulse aus Figur 61 an den Rückstell- bzw. Nachstellschalter 79, der den Ausgang des hochverstärkenden Differential- bzw. Differenzverstärkers mit dessen invertierendem Eingang während eines kurzen Intervalls vor der Betätigung eines jeden der Spaltenschalter 111-114 verbindet. Da der nichtinvertierende Anschluß 72 mit einer -5 Volt Quelle 77 verbunden ist und da das Potential des invertierenden Anschlusses 71 demjenigen des nichtinvertierenden Anschlusses folgt, erscheint eine Spannung von -5 Volt an der ausgewählten Reihenleitung. Kurz nachdem der Rückstellschalter 79 durch Rückführen der Vorspannung aus Figur 6L auf Null geöffnet ist, wird die erste Spaltenleitung Y- durch Anlegen der Torspannung aus Figur 6M an den Schalter 111 mit Masse verbunden. Die Ladungsüberführung von der Spaltenzelle in die Reihenzelle begründet eine Induzierung einer entgegengesetzten Ladung in der ausgewählten Reihenleitung, beispielsweise in der Reihenleitung X-, wobei diese Aufladung proportional zu der überführten Ladung ist. Diese induzierte Ladung erfolgt in Abhängigkeit von dem Verstärkervorgang, bei dem die Rückkopplungskapa-

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zität C_FB so wirkt, daß der invertierende Anschluß 71 des Verstärkers entsprechend dem Aufrechterhalten einer Spannungsnulldifferenz zwischen seinem Potential und dem Potential an dem mit der Quelle 77 verbundenen nichtinvertierenden Anschluß 72 angesteuert wird. Die am Ausgangsanschluß des Differenzverstärkers 7o auftretende Ausgangsspannungsänderung ist gleich der an die Reihenleitung X- gelieferten Ladung geteilt durch die Rückkopplungskapazitc Cpg. Dementsprechend ist die am Rückkopplungskondensator C„_B und demnach am Ausgangsanschluß des Differentidlverstärkers 7o entwickelte Spannung proportional zu der in der Spaltenzelle gespeicherten und zur Reihenzelle übertragenen Ladung. Die in jeder der anderen Spaltenzeller.der ausgewählten Reihe gespeicherte Ladung wird in ähnlicher Weise erfaßt, indem zuerst die ausgewählte Reihenleitung durch Rückstellimpulse gemäß Figur 61 zurückgestellt und danach die ausgewählte Spaltenleitung mit Masse verbunden werden, um an dem Ausgang des DifferenzVerstärkers eine Spannung zu erzeugen, die proportional zur gespeicherten Ladung ist. Die während dieser Betriebsfolge an den Leitungen ^₁-Y-4 erscheinenden Spannungen sind in den Figuren 6Q-6T dargestellt. Es ist darauf hinzuweisen, daß eine Betätigung der Schalter 111-114 durch die in den Figuren 6M-6P dargestellten Impulse an den Spaltenregisterausgängen die Spaltenleitungen Y-Y. dazu veranlassen, von einem Pegel von -Io Volt bis zum Nullpegel zu steigen und dort: bis zur Rückstellung durch den Spalten- und Reihenrückstellimpuls aus Figur 61 zu verbleiben. Die Impulse aus Figur 61 veranlassen eine Rückstellung der Spaltenleitungen Y-J^-Y₄ auf -1o Volt und der Reihenleitungen X₁ ^-X₄ auf -2o Volt nach jeder Reihenabtastung. Wie es aus Figur 6F vor dem Spalten- und Reihenrückstellvorgang ersichtlich ist, kann die in den Reihenzellen einer ausgewählten Reihe gespeicherte Ladung entweder durch ein Ansteigen des Potentials der ausgewählten Reihenleitung auf Null in das Substrat injiziert oder durch Aufrechterhalten der Spannung an der Reihenleitung bei -5 Volt gemäß dem gestrichelten Teil 118 aus Figur 6F gehalten werden. Während des Auftretens des Reihenrückstellimpul^es aus Figur 61 fällt die ausgewählte Reihenleitung auf -2o VoIL, und die in den Reihenzellen der ausgewählten Reihe gespeicherten Ladungen werden gespeic' ert und für ein nachfolgendes Auslesen verfügbar.

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Die am Ausgang des Differentialverstärkers 7o erscheinenden Signale sind in Figur 6U dargestellt. Die Signale werden mittels einer Abtast- sowie Halteschaltung 12o abgetastet und dann einem Ausgangsverstärker 121 zugeführt. Die Abtast- sowie Halteschaltung 12o enthält einen Transistor 122 mit einer Drain- bzw. Anodenelektrode 123, einer Source- bzw. Kathodenelektrode 124, sowie einer Gitterelektrode 125 und einen Kodensator C^. Der Strompfad des Transistors 12o von der Source- zur Drain-Elektrode ist zwischen den Ausgang des Verstärkers 7o und einen Anschluß des Kondensators C₁ geschaltet, dessen anderer Anschluß an Masse liegt. Die Gate-Elektrode 125 ist mit einem Abtastimpulsgenerator 126 verbunden, der von den Y-Achsen-Taktimpulsen angesteuert wird und die in Figur 6V dargestellte Folge von Abtastimpulsen 127 bildet. Alle Impulse 127 haben eine kurze Dauer und sind gleichmäßig längs der Zeitachse verteilt. Bei jedem Y-Achsen-Taktimpuls entsteht ein Abtastimpuls. Alle Impulse 127 haben eine solche Phasenbeziehung, daß sie während eines am Ausgang des Verstärkers 7o erscheinenden Signalpegels auftreten, der der hierdurch erfaßten Ladung aufgrund der Ladungsübertragung von einer Spaltenzelle zu einer Reihenzelle einer Vorrichtung in der ausgewählten Reihe entspricht.

Im Betrieb der Einrichtung sorgt die mit -2o Volt dargestellte Spannung der Reihenleitungsquelle 87 für die Ladungsspeicherungsfähigkeit der Reihenzellen bzw. reihenorientierten Zellen einer jeden der Vorrichtungen des Feldes, während die mit -1o Volt dargestellte Spannung der Spaltenleitungsquelle 97 für die Ladungsspeicherungsfähigkeit der Spaltenzellen bzw. spaltenorientierten Zellen einer jeden der Vorrichtungen des Feldes sorgt. Vorzugsweise sollte die Speicherungsfähigkeit der Reihenzelle größer als diejenige der Spaltenzelle einer jeden Vorrichtung sein. Dieses Ergebnis wird erreicht, indem höhere Spannungen an die Reihenplatten als an die Spaltenplatten angelegt werden. Natürlich könnte dasselbe Ergebnis erreicht werden, indem unter der Spaltenplatte eine dickere Oxidschicht als unter der Reihenplatte und dieselben Spannungen an den Spalten- sowie Reihenleitungen bzw. -zeilen benutzt werden.

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Unter der Steuerung des Taktimpulsgenerators werden Rahmensynchronisationsimpulse, wie sie in Figur 6C dargestellt sind, dem Reihenschieberegister zugeführt. Zeilen- bzw. Leitungsintervalltorimpulse (line interval gating pulses), von denen zwei für die Zeilen- bzw. Leitungen X^ und X₂ in den Figuren 6D und 6E dargestellt sind, werden in Abhängigkeit von der Zeilen- bzw. Leitungsgeschwindigkeitstaktung des Reihenschieberegisters durch die X-Achsen Taktimpulse an den Ausgangspunkten 1-4 des Reihenschieberegisters 80 abgeleitet. Die Zeilengeschwindigkeitsimpulse werden dazu benutzt, die Reihenansteuerungsschalter 61-64 aufeinanderfolgend anzusteuern, um hintereinander die am Anschluß 65 erscheinende Spannung an die Reihenleitungen X₁-X. u.izulegen.

Wenn der Reihenansteuerungsimpuls an die Leitung X₁ angelegt wird, ändert sich das Potential der Leitung X₁ von dem -2o Volt Pegel zum -5 Volt Pegel, und hierdurch wird die in den Reihenzellen der Reihe X₁ gespeicherte Ladung zu einem Übergang zu den Spaltenzellen dieser Reihe veranlaßt. Unter der Steuerung des Taktimpulsgenerators 51 werden Zeilen- bzw. Leitungssynchronisationsimpulse gemäß Figur 6B dem Spaltenschieberegister 116 zugeführt. In den Figuren 6M-6P dargestellte Vorrichtungs- oder Elementtorimpulse werden an den Ausgangspunkten 1-4 des Spaltenschieberegisters 116 in Abhängigkeit von der Elementengeschwindigkeitstaktung des Spaltenschieberegisters durch die Y-Achsen Taktimpulse abgeleitet. Die Elementtorimpulse werden zu einer aufeinanderfolgenden Torsteuerung der Spaltenleitungsschalter 111-114 benutzt, die nacheinander die Spaltenleitungen Y₁-Y. über den Betriebsartenschalter 117 an Masse bzw. Erde legen. Somit werden die in den Spaltenzellen der Reihe X₁ gespeicherten Ladungen nunmehr zu den Reihenzellen der Reihe X₁ überführt. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Ladungen in allen anderen Vorrichtungen bzw. Gliedern aller anderen Reihen des Feldes in den Reihenzellen der Vorrichtungen bzw. Glieder sitzen. Die aufeinanderfolgende Torsteuerung der Spaltenleitungen Yi^-^₄ hat keinen Einfluß auf die Ladungsüberführung in den Gliedern der anderen Reihen. Die Wirkung des Anlegens der Torsteuerungsimpulse an die Spaltenleitungsschalter 111-114 ist in den Figuren 6Q-6T dargestellt. Vor dem Betätigen eines jeden Spaltenleitungsschalters wird der Integrator-Rückstellschalter

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79 betrieben, um die Spannung am invertierenden Anschluß 71 des Differentialverstärkers 7o und am Anschluß 65 auf -5 Volt zurückzustellen. Während des Ladungsübergangs von einer Spaltenzelle zur angrenzenden Reihenzelle fließt eine Ausgleichsladung in der Leitung X-/ und es erfolgt eine Integration an der Rückkopplungskapazität C_FB des Differenzverstärkers. Am Ausgang desselben wird eine Spannung erzielt, die proportional zum Ladungsfluß in der Leitung X^ infolge des Ladungsübergangs von der Spaltenzelle zur Reihenzelle ist. In ähnlicher Weise werden die in den dritten und vierten Vorrichtungen bzw. Gliedern der Reihe gespeicherten Ladungen erfaßt, um am Ausgang des Verstärkers 7o Signale zu erzeugen, wie sie in Figur 6U dargestellt sind. Der Spannungspegel am Ausgang des Differenzverstärkers 7o wird bis zum Auftreten des Rückstellimpulses aus Figur 6L auf dem erfaßten Wert gehalten, um dann auf Null zu fallen. Der Pegel 131 aus Figur 6U repräsentiert ein Maß der Ladung, die in der Vorrichtung in der ersten Reihe und in der ersten Spalte des Feldes in Abhängigkeit von der empfangenen Bestrahlung gespeichert wurde. In ähnlicher Weise repräsentieren die Pegel 132 bis 134 die entsprechend in den zweiten, dritten und vierten Vorrichtungen der ersten Reihe des Feldes gespeicherten Ladungen. Die Impulse am Ausgang des Differenzverstärkers 7o werden von der Abtast- und Halteschaltung 12o abgetastet. Die in Figur 6V dargestellten Abtastimpulse sind mit den Y-Achsen Taktimpulsen synchronisiert, und sie haben ein solches Zeitverhalten, daß sie während des Auftretens der Pegel 131 bis 134 erscheinen. Während dieser Intervalle wird der Transistor durchgeschaltet, der somit ein Aufladen des Kondensators C₁ auf die diesen Pegeln entsprechenden Spannungen ermöglicht. Dementsprechend wird am Ausgang des Videoverstärkers 121 ein Videosignal der ersten abgetasteten Reihe erzielt, wie es in Figur 6W dargestellt ist. In diesem Videosignal erfolgt eine Signalverschiebung von einem Videopegel zum anderen mit der Abtastintervallgeschwindigkeit in Übereinstimmung mit der Spannung am Ausgang des Differenzverstärkers 7o während des Abtastintervalls.

Nachdem die Vorrichtungen bzw. Glieder einer Reihe abgetastet sind und die Spaltenleitungen nunmehr auf Null Volt liegen, führt eine Betätigung des Injektionsschalters 78 zu einem Um-

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schalten des Reihenleitungspotentials von -5 Volt auf null Volt und damit zu einem Injizieren der an den Reihenspeicherungsstellen von Reihe X.- befindlichen Ladungen in das Substrat (destruktives Lesen). Unmittelbar danach tritt der Spalten- und Reihen-Rückstelltorimpuls aus Figur 61 auf, und dieser Impuls betätigt die Reihenrückstelltore 81-84 und die Spaltenrückstelltore 91-94. Somit werden alle Reihenleitungen auf -2o Volt und alle Spaltenleitungen auf -Io Volt zurückgestellt. Das Feld ist nunmehr für ein Auslesen der Ladung in der nächsten Reihe des Feldes eingerichtet.

Wenn ein erneutes Lesen der in der Reihe X₁ gespeicherten Ladungen erwünscht ist, erfolgt keine Betätigung des Injektionsschalters 78, um die Spannung an der Reihenleitung X₁ von -5 Volt auf null Volt zu verschieben, sondern die Spannung an die^.x-Leitung wird vielmehr bei -5 Volt gehalten, wie es in dem gestrichelten Teil 78a der Spannungswellenform aus Figui 6F dargestellt ist. Beim Auftreten des Spalten- und Reihen-Rückstelltorimpulses fällt somit die Reihenleitung X₁ auf -2o Volt, und die an den Reihenstellen bzw. in den Zellen der Vorrichtungen der ersten Reihe gespeicherten Ladungen bleiben an diesen Stellen gespeichert. Die anderen Reihen des Feldes werden hintereinander in genau der gleichen Weise abgetastet und ausgelesen, um am Ausgang des Verstärkers 121 ein Videosignal zu bilden.

Um das System aus Figur 5 als Analogspeicher zu verwenden, bei dem Signale elektrisch in den Speicher eingeschrieben wie auch aus diesem ausgelesen werden, sind zusätzlich zu den für den Betrieb der Vorrichtung aus Figur b als ein Bilderzeuger benutzten Schaltungen weitere Schaltungen erforderlich. Diese zusätzlichen Schaltungen sind in Blockform in Figur 5 dargestellt und enthalten eine Lese-Schreib-Schaltung 14o sowie ^ inen Analog/Digital-Umsetzer 141. Für den Betrieb der Vorrichtung als Analogspeicher schaltet der Betriebsartensci\ulter 117 den Anschluß 115 von Masse zum Ausgang der Lese-Schre-j.b-Schali.ung 14o um. Der Einging der letzteren ist mit dem Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers 141 verbunden, dessen Eingang an einen drei Schaltpositionen aufweisenden Schalter 142 angeschlossen ist, welcher einen Ausschalt-Anschluß 143, einen Schreibposition-Anschluß 144 und einen Erneuerungsposition-Anschluß 145 hat, der mit dem Ausgang des Verstärkers 121

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verbunden ist. Der Analog/Digital-ümsetzer 141 ist eine Schaltung, die in Abhängigkeit von einem sich kontinuierlich ändernden Eingangssignal bestimmte Ausgangssignalpegel bildet und in der Weise arbeitet, daß in der Analogspeicher-Betriebsart der Vorrichtung Ladungserneuerungspegel erzeugt werden. Wenn der Speicher ständig ausgelesen wird, erfolgen ein Akkumulieren bzw. Aufspeichern von Ladung in den Vorrichtungen dus Feldes aus verschiedenen äußeren Gründen, wie einer Strahlung und Leckerscheinung, und ein Ändern der Pegel der in den Vorrichtungen gespeicherten Ladungen. Infolge der Verwendung des Analog/Digital-Umsetzers 141 in Verbindung mit der Lese-Schreib-Schaltung 14o können die ursprünglichen Ladungspegel in dem Feld hergestellt werden, wie es noch erläutert wird.

Die Lese-Schreib-Schaltungen sind detaillierter in Figur 7 dargestellt, worauf hiermit Bezug genommen wird. Die Lese-Schreib-Schaltung 14o enthält einen ersten Transistor 148 und einen zweiten Transistor 149, deren Drain- bzw. Abflußelektroden miteinander verbunden und über den Betrit-bsartenschalter 117 an den Spaltenleitungsanschluß 115 angeschlossen sind. Die Source- bzw. Zuflußelektrode des Transistors 148 ist mit Masse bzw. Erde verbunden. Wenn die Gate- bzw. Steuerelektrode des Transistors 148 von der mit dem X-Achsen Taktimpuls synchronisierten Leseansteuerungsschaltung 151 betätigt wird, wird der Anschluß 115 mit Masse bzw. Erde verbunden, so daß das Feld 2o in der Auslesebetriebsart betrieben werden kann, wie es oben in Verbindung mit dem Betrieb der Vorrichtung aus Figur 5 als ein Bildsensor erläutert wurde.

Die Source- bzw. Quellelektrode des Transistors 149 ist mit dem Ausgang des Analog/Digital-Umsetzers 141 verbunden, dessen Eingang an den drei Schaltpositionen aufweisenden Schalter 142 angeschlossen ist, wie es oben erläutert wurde. Die Gate- bzw. Steuerungselektrode des Transistors 149 ist mit einer Schreibansteuerungsschaltung 152 verbunden, die einen mit dem Y-Achsen Taktimpuls synchronisierten Torsteuerungsimpuls bildet, um einen Schaltungsvorgang zwischen den Source- und Drain-Elektroden des Transistors zu bewirken und ein elektrisches Einstellen der Ladungsspeicherungspegel in den Vorrichtungen des Feldes 2o zu ermöglichen.

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Die Drain-Elektroden der Transistoren 148 und 149 sind über einen Lastwiderstand 153 an eine -15 Volt Vorspannungsquelle angeschlossen. Außerdem sind sie über eine Diode 154 mit einer -1o Volt Quelle verbunden. Die Anode der Diode ist an die -1o Volt Quelle angeschlossen, während die Kathode mit der Drain-Elektrode verbunden ist. Somit wird die Spannung am Ausgangsanschluß 115 auf -1o Volt gehalten, wenn nicht durch den Transistor 148 und 149 eine höhere Spannung überlagert wird.

Es wird nunmehr auf die Figuren 8A-8D verwiesen, die vier Spannungswellenformen mit einer gemeinsamen Zeitskala entsprechend der Abtastung einer Reihe von Vorrichtunyen des Feldes 2o aus Figur 5 darstellen. Die Wellenform aus Figur 8A zeigt die Folge der Impulse (Figuren 6M-6P) von den Ausgangsanschlüssen 1-4 des Spaltenschieberegisters 116. Die Wellenform aus Figur 8B zeigt die aufeinanderfolgenden Leseansteuerungsimpulse am Ausgang der Leseansteuerungsschaltung 151 in Relation zum Auftreten der Ausgangsimpulse des Spaltenschieberegisters. Die Wellenform aus Figur 8C zeigt aufeinanderfolgende Schreibansteuerungsimpulse am Ausgang der Schreibansteuerungsschaltung 152 in Relation zu den Leseansteuerungsimpulsen aus Figur 8B und auch zu den Ausgangsimpulsen des Spaitenschieberegisters. Die Wellenform aus Figur 8D zeigt das Auftreten der Integratorrückstellimpulse aus Figur 6L.

Im Betrieb der Vorrichtung aus Figur 5 als Analogspeicher ist der Betriebsartenschalter 117 in die Analogspeicher-Betriebsposition gesetzt, um den Ausgang der Lese-Schreib-Schaltung 14o mit dem Spaltenleitungsversorgungsanschluß 115 zu verbinden. Das Vorladungsbetätigungsorgan 99 aktiviert kurzzeitig die Schalter 86, 9o und 96, um die Drain- Anschlüsse der Spaltenrückstelltransistoren und die Source-Anschlüsse der Reihenrückstelltransistoren mit -5 Volt zu verbinden und es zu ermöglichen, daß in dem Substrat thermisch erzeugte Ladung die Potentialsenken (potential wells) beider Spalten- und Reihenzellen der Vorrichtungen des Feldes auffüllt. Danach werden die Schalter 86, 9o und 96 in ihre dargestellte Anfangsposition zurückgeschaltet, und die Spannungspegel von -2o Volt an den Reihenleitungen sowie -1o Volt an den Spaltenleitungen werden durch die Spalten- und Reihen-Rückstelltorimpulse aus Figur 61 eingestellt. Die thermisch erzeugte Ladung

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ist nunmehr in den Reihenzellen gespeichert. Der Leseansteuerungsgenerator 151 ist außer Betrieb gesetzt (disabled), und nur der Schreibansteuerungsgenerator 152 kann arbeiten. Der Schalter 142 befindet sich in der Schreibposition. Während der Schreibansteuerungsintervalle aus Figur 8C werden die Spannungspegel an den Spaltenleitungen nacheinander in Übereinstimmung mit den quantisierten bzw. digitalisierten Pegeln des an den Schreibpositionsanschluß 144 angelegten Schreibsignals eingestellt. Nachdem alle Spannungen entsprechend einem Analogsignal eingestellt sind, wird die Reihenspannung an der für die Speicherung ausgewählten Reihe durch die Spannungswellenform aus Figur 6F auf Null angehoben, um ' die in den Reihenzellen gespeicherte Ladung zu einem Übergang auf die Spaltenzellen und jegliche überschüssige Ladung zu einem Injizieren in das Substrat zu veranlassen. Danach werden die Reihenleitung auf -2o Volt abgesenkt und Ladung zu den Reihenzellen zurückübertragen. Somit ist die ausgewählte Reihe von Vorrichtungen bzw. Gliedern mit Proben des Analogsignals beladen. Die anderen Reihen der Vorrichtungen sind in ähnlicher Weise mit Proben des Analogsignals beladen bzw. behaftet. Das Auslesen der Analogproben erfolgt in derselben Weise wie das Auslesen der gespeicherten Ladung bei der als Bilderzeuger arbeitenden Vorrichtung. Zu diesem Zweck wird der drei Schaltpositionen aufweisende Schalter 142 in die Aus-Position geschaltet. In dieser Position sind die Source-Anschlüsse beider Transistoren 148 und 149 geerdet, und dementsprechend werden die Spaltenleitungen Y^-Y. beim Auftreten der Spaltenimpulse aus Figur 8A sukzessive auf Null angehoben, und die gespeicherte Ladung wird auf die Reihenzellen der ausgewählten Reihe überführt, um die Auslesesignale wie im Fall der in der Bilderzeugerbetriebsart arbeitenden Vorrichtung zu bilden.

Wenn die Analogproben repräsentierenden Ladungen in Relation zu einem vollständigen Auslesezyklus aller Vorrichtungen des Feldes während langer Zeitperioden in den Vorrichtungen des Feldes gespeichert werden, beispielsweise über Sekunden, erfolgen eine Akkumulation von in dem Substrat fremd erzeugter Minoritätsträgerladung, beispielsweise durch Strahlung und Leckerscheinung, in den Vorrichtungen und ein Hinzufügen zu der Analogprobenladung. Um die ursprünglichen Werte der gespeicherten Ladungen aufrechtzu-

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erhalten, ist es erforderlich, das Feld zu erneuern. Dies erfolgt durch Entfernen der überschüssigen Ladung von den Vorrichtungen. Der Erneuerungsvorgang wird in Verbindung mit dem Auslesen einer Vorrichtung durchgeführt. Für den Erneuerungsvorgang wird der drei Schaltpositionen aufweisende Schalter 142 In die Erneuerungsposition geschaltet, um den Eingang des Analog/Digital-Umsetzers 141 mit dem Ausgang des Verstärkers 121 zu verbinden. Nach dem Ausleseintervall einer Vorrichtung, wenn die in der Spaltenzelle befindliche Ladung zu der Reihenzelle überführt worden ist, und während des Schreibintervalls wird an die Spaltenleitung der Vorrichtung ein Spannungspegel angelegt, der dem Erneuerungsspannungspegel der Vorrichtung entspricht und auch der ursprüngliche Schreibspannungspegel ist. Diese Spannung wird von der an der Vorrichtung eriaßten Ladung erzielt, d.h. am Ausgang des Verstärkers 121 erfaßt, durch den Analog/Digital-Umsetzer 141 quantisiert und an die Spaltenleitung angelegt. Der Analog/Digital-Umsetzer 141 is! eine Vorrichtung, die entsprechend den sukzessiven Bereichen det, Kingangssignals sukzessive bestimmte Ausgangspegel erzeugt. Beispielsweise erzeugt der Analog/Digital-Umsetzer für einen Eingangssignalbereich von 2 bis 3 Volt eine Ausgangsgröße von 2 Volt. Für einen Spannungsbereich am Eingang von 3 bis 4 Volt erzeugt der Analog/Digital-Umsetzer 141 eine Ausgangsspannung beispielsweise von 3 Volt. Somit idhrt das Anlegen einer pegelverminderten Spannung an die Spaltenleitung zu einem Reduzieren der Ladungsmenge, die in der hiermit verbundenen Spaltenzelle gespeichert werden kann. Alle Vorrichtungen in einer Reihe werden ähnlich eingestellt. Am Ende einer Reihenabtastung wird die Reihenleitung potentialmässig auf Null angehoben, und die Ladung in den Reihenzellen der Vorrichtung wird auf die Spaltenzellen übertragen. Jegliche überschüssig angesammelte Ladung wird injiziert (injected), da die Spannungspegel an den verschiedenen Spaltenleitungen unzureichend sind, um eine derartige überschüssige: Ladung zu halten. Nach Beendigung des letztgenannten Übertragungsvorgangs werden die ausgewählte Reihenleitung auf -2o Volt abgesenkt und die Ladungspakete bzw. -mengen in den verschiedenen Spaltanzellen der ausyuwählten Reihe für die Speicherung zu den Reihenzellen übertragen. Die anderen Reihen der Vorrichtungen des Feldes werden in der gleichen Weise erneuert.

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Wenn das Feld 2o als ein Analogspeicher betrieben wird, wird es selbstverständlich gegenüber einer Umgebungsbestrahlung abgeschirmt.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung beruht auf der Tatsache, daß die Signalerfassung den Reihenleitungen zugeordnet ist und die Umschaltungsschaltungen (den Spaltenleitungen zugeordnet) ihren Schaltvorgang mit hoher Geschwindigkeit durchführen. Bei einem solchen Schaltungsaufbau ist der Einfluß der flüchtigen Schaltvorgänge auf die Signalerfassung verringert. Da ferner eine Ladungserfassung mit einer festen Spannung an der erfaßten Reihenleitung angewendet wird, wird zusätzlich der Einfluß geometrischer Feldunglexchförmigkeiten auf das Signal, was als Bildrauschen (pattern noise) bezeichnet wird, weiter verringert.

Während in der Ausführungsform aus Figur 5 die Spaltenleitungen Y-j-Y₄ nacheinander auf null Volt angehoben und während der Abtastung einer Reihe von Vorrichtungen auf diesem Potential gehalten werden, wie es in den Wellenformen aus Figuren 6Q-6T ersichtlich ist, könnten die Spaltenleitungen Y^-Y, unmittelbar nach der Erfassung potentialmäßig abgesenkt werden, um die erfaßte Ladung wieder zu sammeln und hierdurch eine konstante Impedanz an der Reihenleitung aufrechtzuerhalten.

Während bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das an die Reihenleitungen angelegte Potential doppelt so groß wie das an die Spaltenleitungen angelegte Potential ist, können andere Potentialverhältnisse angewendet werden, wenn das für die Reihenleitungen benutzte Potential in ausreichendem kaße größer als das für die Spaltenleitungen benutzte Potential ist, so daß in einer Vorrichtung gespeicherte Ladung vollständig in der Reihenzelle der Vorrichtung gespeichert werden kann.

Während bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform die Injektion (injection) von einer Reihe von Vorrichtungen durch Zusammenfallen des Potentials an der Reihenleitung auf das Potential des Substrats erfolgt, sind Alternativen zu einem derartigen Zusammenfallen möglich. Beispielsweise kann eine kleine Vorspannung entsprechend der Schwellwertspannung des Leiter-Isolator-Halbleiter-Speicherkondensators oder der Zelle zwischen der adressierten Reihenleitung und dem Substrat aufrechterhalten werden, um

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eine Vorladung in der Reihenzelle zu erhalten und die nachteiligen Effekte eines Entleerens und Auffüllens der Oberflächenzustände des Halbleitersubstrates zu vermeiden. Wenn die Spannung an einer Reihenleitung zum Injizieren von Ladung in das Substrat zum Zusammenfallen gebracht wird, sollte natürlich die Spannung an den Spaltenleitungen auf demselben Vorspannungspotential gehalten werden. Eine größere Vorspannung kann benutzt werden, um die lineare Beziehung zwischen der gespeicherten Ladung und den angelegten Spannungen zu verstärken. Um zusätzlich nachteilige Einflüsse, wie sie durch die Existenz von Oberflächenzuständen in dem Substrat erzeugt werden, zu vermeiden, erleichert die Vorladung in den Zellen der Vorrichtung einen Ladungsübergang zwischen den Reihen- und Spaltenzellen einer Vorrichtung. Diese Betriebsart ist in dem zuvor genannten US-Patent 3 8o5 062 in Verbindung mit Figuren 9A-9E erläutert.

Während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem Feld aus sechzehn Vorrichtungen beschrieben wurde, ist es offensichtlich,' daß die Erfindung in gleicher Weise auf Felder anwendbar ist, die mehr als sechzehn Vorrichtungen enthalten und sogar um Größenordnungen größer sind.

Während die Erfindung in Verbindung mit einem Feld beschrieben wurde, das aus einem Substrat mit einer N-Leitfähigkeit gebildet ist, kann in gleicher Weise auch ein Substrat mit einer P-Leitfähigkeit angewendet werden. Natürlich würden in einem solchen Fall die angelegten Potentiale polaritätsmäßig umgekehrt.

- Ansprüche -

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Claims

Ansprüche

(1.j Einrichtung zum Speichern und löschungsfreien Abrufen analoger sowie digitaler Signale, gekennzeichnet durch ein Substrat (25) aus einem Halbleitermaterial einer Leitfähigkeitstype mit einer Hauptoberfläche, mit einer ersten Vielzahl von an die Hauptoberfläche des Substrats (25) angrenzenden Ladungsspeicherstellen für entgegengesetzte Ladungsträger und mit einer zweiten Vielzahl von an die Hauptoberfläche des Substrats (25) angrenzenden sowie für entgegengesetzte Ladungsträger bestimmten Ladungsspeicherstellen, die jeweils an eine entsprechende Ladungsspeicherstelle der ersten Vielzahl angekoppelt sind, um eine Vielzahl von gekoppelten Ladungsspeicherstellenpaaren (21) zu bilden, welche in einem Feld von Reihen und Spalten angeordnet sind, durch eine Vielzahl von Reihenlextungssträngen (X.., X₂, X₃, X₄) sowie eine Vielzahl von Spaltenleitungssträngen (Y₁ _r Y , Y₃, Y₄), durch eine der ersten Vielzahl von Ladungsspeicherstellen zugeordnete erste Vielzahl von Elektroden (31), die jeweils isoliert über einer der Speicherstellen der ersten Vielzahl angeordnet sind, wobei die Elektroden (31) der ersten Vielzahl in einer entsprechenden Reihe von Speicherstellen mit einer entsprechenden Reihenleitung (X^, X₂, X₃/ X₄) verbunden sind, durch eine der zweiten Vielzahl von Speicherstellen zugeordnete zweite Vielzahl von Elektroden (32), die jeweils isoliert über einer der Speicherstellen der zweiten Vielzahl angeordnet sind, wobei die Elektroden (32) der zweiten Vielzahl in einer entsprechenden Spalte von Speicherstellen mit einer entsprechenden Spaltenleitung (Y.., Y₂ 1 Y-D, Y₄) verbunden sind, durch Mittel zum Einführen von Ladung zum Speichern an den Speicherstellen des Substrats (25), ferner durch Mittel (111, 112, 113, 114) zum nacheinander erfolgenden Übertragen von Ladung von jeder der mit der Spaltenleitung (Y-, Y₂, Y₃, Y₄) gekoppelten Speicherstellen, die sich in einer gemeinsamen bzw. ausgewählten Reihe von Speicherstellen befinden, zu der entsprechenden reihengekoppelten Speicherstelle der ausgewählten Reihe durch nacheinander erfolgendes Reduzieren der Spannung an jeder der Spaltenleitungen, und durch Mittel (7o, 121, 122) zum Erfassen der an

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der Reihenleitung (X.., X₂, X₃, X^), die an die ausgewählte Reihe von Speicherstellen angekoppelt ist, induzierten Signale in einer entsprechenden Folge während der sequentiellen Spannungsverminderung an den Spaltenleitungen (Y*, Yy, Y-,, Y₄) .
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Vielzahl von Elektroden (31) in Form einer entsprechenden Vielzahl von leitenden Platten ausgebildet ist, die als erste leitende Platten bezeichnet werden und mit dem Substrat (25) eine Vielzahl von ersten Leiter-Isolator-Halbleiter-Kondensatoren bilden, daß die zweite Vielzahl von Elektroden (32) in Form einer entsprechenden Vielzahl leitender Platten ausgebildet ist, die als zweite leitende Platten bezeichnet werden und jeweils an eine entsprechende erste leitende Platte (31) angrenzen, wodurch eine entsprechende Vielzahl von Paaren erster und zweiter Platten gebildet wird, die in einer Matrix der zuvor genannten Reihen und Spalten angeordnet sind, wobei jede der zweiten leitenden Platten mit dem Substrat (25) einen zweiten Leiter-Isolator-Halbleiter-Kondensator bildet, der jeweils mit einem entsprechenden ersten Leiter-Isolator-Halbleiter-Kondcnsator gekoppelt ist, ferner gekennzeichnet durch ein ersLes Spannungsmittel (86) zum Bilden einer ersten Spannung zwischen den Reihenleitungssträngen (X.., X₂, X₃ , Xa) und dem Substrat (25), um entsprechende erste darunter befindliche Substratbereiche bezüglich Majoritätsladungsträgern zu verarmen und in diesen Bereichen ein absolutes Potential eines ersten Wertes zu bilden, durch ein zweites Spannungsmittel (97) zum Bilden einer zweiten Spannung zwischen den Spaltenleitungssträngen (Y-, Y₂, Y₃, Y₄) sowie dem Substrat (25), um entsprechende zweite darunter befindliche Substratbereiche bezüglich Majoritätsladungsträgern zu verarmen und in diesen Bereichen ein absolutes Potential eines zweiten Wertes zu bilden, wobei die Ladung zum Speichern in die ersten Bereiche des Substrats (25) eingeführt wird und die Ladungsüberführungsmittel erste Spannungsreduzierungsmittel (65, 77) zum nacheinander erfolgenden Reduzieren der ersten Spannung an jedt_r der Reihenleitungsstränge (X₁, X₂, X₃, X₄) während einer entsprechenden ersten Zeitperio-

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de auf einen ersten Pegel aufweisen, um die ersten jeder entsprechenden Reihenleitung zugeordneten Substratbereiche bezüglich des absoluten Potentials sequentiell auf einen dritten Wert zu vermindern, der kleiner als der zweite Wert ist, wodurch in den ersten Bereichen gespeicherte Ladung in die entsprechenden zweiten Substratbereiche übertragen wird, die der entsprechenden Reihenleitung zugeordnet sind, wobei die Ladungsüberführungsmittel ferner zweite Spannungsreduzierungsmittel (115, 117) zum nacheinander erfolgenden Reduzieren der zweiten Spannung an jeder der Spaltenleitungsstränge (Y-, Y^, Y₃, Y.) auf einen zweiten Pegel aufweisen, um die zweiten Substratbereiche bezüglich des absoluten Potentials auf einen vierten Wert zu vermindern, der kleiner als der dritte Wert ist, wodurch in jedem der zweiten Bereiche gespeicherte Ladung in die ersten Bereiche überführt wird, und wobei die Erfassungsmittel (7o, 121, 122) nacheinander alle an der entsprechenden Reihenleitung (X-, X2/ X3, X4) in Abhängigkeit von der Ladungsüberführung von den zweiten zu den ersten der entsprechenden Reihenleitung zugeordneten Substratbereichen induzierten Signale erfassen.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Spannungspegel ein Wert ist, der unzureichend ist, um die Ladungsspeicherung in den zweiten Bereichen zu halten.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Spannungsreduzierungsmittel C115, 117) nacheinander an jeder der Spaltenleitungen (Y₁, Y₀, Y₇, Y.) die zweite Spannung während einer entsprechenden zweiten Zeitperiode, die kürzer als die erste Zeitperiode ist, auf einen zweiten Pegel reduzieren und danach die zweite Spannung wiederherstellen, um hierdurch eine Reduzierung des absoluten Potentials der zweiten Substratbereiche auf einen vierten Wert zu begründen, der kleiner als der dritte Wert ist, und danach wieder den zweiten Wert herzustellen, wodurch die in jedem der zweiten Bereiche gespeicherte Ladung in einen entsprechenden ersten Bereich und wieder zurück zum zweiten Bereich überführt wird.

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5. Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch ein drittes Spannungsreduzierungsmittel für ein Zusammenfallen der ersten Spannung an der entsprechenden Reihenleitung (X.., X^, X₃; X₄) nach dem Erfassen der hierauf befindlichen Signale während der ersten Periode, um zu veranlassen, daß die erfaßte Ladung in den ersten, der entsprechenden Reihenleitung zugeordneten Substratbereichen in das Substrat (25) injiziert (injected) wird.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Spannungsreduzierungsmittel für ein Zusammenfallen der ersten Spannung an jeder der Reihenleitungen (X^, Xj ι ^-\' ^4 ^ während eines Intervalls am Ende einer entsprechenden ersten Periode und für ein gleichzeitiges Zusammenfallen der zweiten Spannung an allen Spaltenleitungen (Y*, Y^* Y₃^ Y4) während dieses Intervalls sorgt, um zu veranlassen, daß die Ladung in den ersten, der entsprechenden Reihenleitung zugeordneten Substratbereichen in das Substrat (25) injiziert wird.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch Mittel zum Wiederherstellen der ersten Spannung an der entsprechenden Reihenleitung (X-, X₂I- X₃ r X4) nach dem Erfassen der darauf befindlichen Signale, um die in den ersten, der entsprechenden Reihenleitung zugeordneten Substratbereichen erfaßten Ladungen erneut zu speichern.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis Y₃ dadurch gekennzeichnet, daß an die Reihenleitungen (X., X_?, X^, Xj.) und die Spaltenleitungen (Y₁, Y₂, Y,, Y^) jeweils wieder Spannung angelegt wird (floated), nachdem jeweils die ersten bzw. zweiten Spannungen aufgebracht worden sind.
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Spannungen etwa im Verhältnis von zwei zu eins stehen.

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10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet/ daß die Signalerfassungsmittel (7o, 121, 122) Mittel für ein Festhalten der entsprechenden Reihenleitung (X,. , X₂, X₃, X*) an dem ersten Pegel der ersten Spannung während jeder Ladungsüberführung von den zweiten zu den ersten, der entsprechenden Reihenleitung zugeordneten Bereichen und Mittel zum Erfassen des gesamten Ladungsflusses während einer solchen Überführung bzw. Übertragung aufweisen/ um jedes der Signale abzuleiten.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 1O/ gekennzeichnet durch Mittel zum Zurückstellen der zweiten Spannung an jeder Spaltenleitung (Y.,, Y₂, Y₃/ Y^) auf einen Spannungspegel entsprechend der anfänglichen Ladungsspeicherungsspannung der zweiten, der ausgewählten Reihe zugeordneten Bereiche/ wobei das Zurückstellen erfolgt, nachdem die zweite Spannung auf den zweiten Pegel reduziert worden ist, um die Ladungsüberführung von den zweiten zu den ersten, einer ausgewählten Reihenleitung zugeordneten Bereichen zu begründen, und wobei die Rückstellmittel Mittel zum Erfassen aller in den ersten, der ausgewählten Reihenleitung zugeordneten Bereichen gespeicherten Ladungspakete und zum Entwickeln einer entsprechenden hierzu proportionalen Signalspannung enthalten, und durch Mittel zum Ableiten einer zweiten Rückstellspannung von der entsprechenden SignalSpannung durch größenmäßige Verminderung derselben um einen Faktor entsprechend einer in dem Ladungspaket enthaltenen, äußerlich bzw. fremd erzeugten Ladung, wodurch dann, wenn die ausgewählte Reihenleitung potentialmäßig abgesenkt wird, Ladung von den ersten zu den zweiten, der ausgewählten Reihenleitung zugeordneten Bereichen überführt und fremd erzeugte Ladung in das Substrat injiziert wird.
12. Einrichtung nach, einem der Ansprüche 2 bis 11, gekennzeichnet durch Mittel zum Liefern von Ladung in die ersten Bereiche des Substrats (25), durch Mittel zum sequentiellen Einstellen der zweiten Spannung an jedem der Spaltenleitungsstränge (Y.., Y₂, Y₃, Y^) auf aufeinanderfolgende Pegel entsprechend aufeinan-

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derfolgenden Proben eines Analogsignals, durch Mittel zum Reduzieren der ersten Spannung an einem ausgewählten Reihenleitungsstrang zumindest auf die Schwellwertspannung eines jeden der hiermit verbundenen Leiter-Isolator-Halbleiter-Kondensatoren, um die Ladung in den ersten Bereichen zu einem Fließen in die zweiten, dem ausgewählten Reihenleitungsstrang zugeordneten Bereiche zu veranlassen, um deren Potentialsenken-Speicherstellen aufzufüllen und um überschüssige Ladung in das Substrat fließen (spill) zu lassen, wodurch nunmehr in den ersten Bereichen Ladungspakete entsprechend den entsprechenden Proben des Analogsignals gespeichert sind, und durch Mittel zum Wiederherstellen der ersten Spannung an der ausgewählten Reihenleitung, um die Ladungspakete in jedem der zweiten Bereiche zu einem Fließen in die ersten Bereiche sowie zu einem darin erfolgenden Speichern zu veranlassen.
13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung durch Strahlungsmittel in die ersten Bereiche eingeführt wird.

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