DE2727156C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ladungsspeicherplatte für eine
Bildaufnahmeröhre entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1. Eine Ladungsspeicherplatte dieser Art ist aus
der DE-AS 18 01 247 bekannt.
Die Erfindung bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zum
Befestigen einer solchen Ladungsspeicherplatte in einer
Bildaufnahmeröhre.
Bei Ladungsspeicherplatten der genannten Art wird das von
der Strahlung (die, je nach der Anwendung, elektromagnetischer
sowie korpuskularer Art sein kann) erzeugte Ladungsbild
bzw. Potentialbild von einem Elektronenstrahl
abgetastet und die von der (den) Elektrode(n) herrührenden
elektrischen Signale werden als Bildsignal in einer dazu
geeigneten Schaltung weiter verarbeitet.
Für das Signal-Rausch-Verhältnis ist es dabei von besonderer
Bedeutung, daß das von der (den) Elektrode(n) herrührenden
Signal über eine möglichst niedrige Kapazität
der genannten Schaltung zugeführt wird. Dies ergibt oft
Probleme bei bekannten Ladungsspeicherplatten in Bildaufnahmeröhren,
bei denen die Elektroden über Glasdurchführungen
mit u. a. der Fassung der Aufnahmeröhre verbunden
sind und dadurch eine verhältnismäßig große Eingangskapazität
liefern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Ladungsspeicherplatte zu schaffen, die es ermöglicht, die
Anzahl der Glasdurchführungen auf ein Mindestmaß herabzusetzen
oder auf sie völlig zu verzichten, weiterhin eine
Ladungsspeicherplatte zu schaffen, die auf technologisch
vorteilhafte Weise hergestellt werden kann und bei der die
Eingangskapazität für das von der (den) Elektrode(n) der
Ladungsspeicherplatte herrührenden Signal erheblich niedriger
als bei bekannten Bauarten ist, sowie eine Vorrichtung
zu schaffen, um eine solche Ladungsspeicherplatte auf sehr einfache
Weise in einer Bildaufnahmeröhre zu montieren.
Der Erfindung liegt u. a. die Erkenntnis zugrunde, daß der
angestrebte Zweck dadurch erreicht werden kann, daß die
genannte Schaltung in Form einer integrierten Schaltung
mit der Ladungsspeicherplatte in einer Halbleiterscheibe
gebildet und der diese integrierte Schaltung enthaltende
Teil der Halbleiterscheibe außerdem auf geeignete Weise
bei der Abdichtung der Bildaufnahmeröhre verwendet wird.
Es sei bemerkt, daß der Ausdruck "integrierte Schaltung"
in diesem Zusammenhang in weitem Sinne als Schaltung mit
einem oder mehreren in der Halbleiterscheibe gebildeten
Halbleiterschaltungselementen aufzufassen ist, wobei diese
Schaltung unter Umständen aus nur einem einzigen Halbleiterbauelement,
z. B. einem Transistor, mit zugehörigen Anschlußleitern
bestehen kann.
Die genannte Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.
Dabei sei bemerkt, daß Ladungsspeicherplatten mit einem
dicken einkristallinen Randteil und einem dünneren Mittelteil
bereits aus der US-PS 38 14 965 bekannt sind.
Die Erfindung ist von besonderem Vorteil, wenn die Elektroden
aus einer Vielzahl von Streifen bestehen, die sich
praktisch parallel zueinander erstrecken. Eine derartige
Ladungsspeicherplatte ist z. B. aus der US-PS 24 46 249 bekannt,
bei der die streifenförmigen Elektroden in drei
Gruppen unterteilt sind, um z. B. ein "rotes", ein "blaues"
und ein "grünes" Bildsignal zu liefern. Dabei ist es in
bestimmten Fällen wünschenswert, die von jeder streifenförmigen
Elektrode herrührenden Bildsignale gesondert zur
Verarbeitung einem Eingang eines Schieberegisters mit einem
oder mehreren Ausgängen zuzuführen, die mit dem weiteren
Teil der Signalverarbeitungsschaltung verbunden
sind. Ein derartiges System ist z. B. in der nicht vorveröffentlichten
DE-OS 27 04 193 der Anmelderin beschrieben.
Die Erfindung gibt nun eine Lösung, bei der insbesondere
eine derartige Kombination streifenförmiger Elektroden
und eines oder mehrerer Schieberegister auf sehr vorteilhafte
Weise unter drastischer Herabsetzung der benötigten
Anzahl nach außen führender Verbindungen erhalten werden
kann, wobei das Schieberegister in der Halbleiterscheibe
integriert wird, und wobei, im Gegensatz zu Kombinationsmöglichkeiten
üblicherer Art, keine (oft verhältnismäßig
hochohmigen) Glasdurchführungen zu der Ladungsspeicherplatte
erforderlich sind. Dabei befindet sich außerdem die
integrierte Schaltung nicht in dem Röhrenvakuum und beeinträchtigt
dadurch die elektrische Feldverteilung in der
Nähe der Auftreffplatte nicht oder nahezu nicht.
Eine verbesserte Befestigung einer Ladungsspeicherplatte
nach der Erfindung wird durch die Ausgestaltung gemäß Anspruch 5
erreicht.
Eine solche Vorrichtung nach der Erfindung weist u. a. den
großen Vorteil auf, daß die Signaleingangskapazität sehr
niedrig sein kann, weil die Elektrode(n) nun nicht mehr
direkt mit der Fassung der Bildaufnahmeröhre, sondern
direkt mit dem Eingang der integrierten Schaltung verbunden
ist(sind). Weiter sind grundsätzlich keine Glasdurchführungen
durch die Röhre erforderlich, während ein druckbeständiges
Fenster mit Abmessungen, die viel kleiner als
der Querschnitt der Bildaufnahmeröhre sind, genügend ist;
dies im Gegensatz zu bekannten Bauarten.
Der Gegenstand der Erfindung bietet weiter den wichtigen
Vorteil, daß die Netzelektrode, die in bekannten Bildaufnahmeröhren
zum Erzeugen eines für nahezu senkrechten Einfall
des Elektronenstrahls günstigen Feldes verwendet
wird, auf einfache Weise integriert werden kann.
Vorteilhafterweise wird der vakuumdichte Anschluß des
Fensters an den Randteil der Ladungsspeicherplatte über
eine Isolierschicht, z. B. eine Glasschicht, erhalten, die
sich auf der Seite der einfallenden Strahlung über die
Ladungsspeicherplatte und die darauf liegenden Elektroden
und Metallschichten erstreckt, wobei auf dieser Isolierschicht
das Fenster befestigt ist. Dies ist technologisch
vorteilhaft.
Weiter bietet die Erfindung die Möglichkeit, bei Anwendung
zueinander paralleler streifenförmiger Elektroden auf sehr
geeignete Weise ein Farbfilter zu integrieren, wobei sich
das Farbfilter zwischen dem Fenster und den streifenförmigen
Elektroden befindet und Bänder mit verschiedener spektraler
Durchlässigkeit enthält, die parallel zu den streifenförmigen
Elektroden verlaufen.
Die Erfindung wird nachstehend für ein Ausführungsbeispiel
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch im Querschnitt einen Teil einer
Bildaufnahmeröhre mit einer Ladungsspeicherplatte
nach der Erfindung,
Fig. 2 schematisch im Querschnitt die gesamte Bildaufnahmeröhre
mit einer Ladungsspeicherplatte nach der Erfindung,
Fig. 3 schematisch in Draufsicht die Ladungsspeicherplatte,
die in Fig. 1 im Querschnitt längs der Linie I-I
dargestellt ist,
Fig. 3a eine Abwandlung der Fig. 3,
Fig. 4 bis 9 schematisch im Querschnitt
eine Ladungsspeicherplatte nach der Erfindung in
aufeinanderfolgenden Herstellungsstufen,
Fig. 10 schematisch eine Schaltung, in welche
die Ladungsspeicherplatte aufgenommen ist,
Fig. 11 ein Detail der Schaltung nach Fig.
10,
Fig. 12 eine Draufsicht auf einen Teil
der Schaltung nach Fig. 10, und
Fig. 13 schematisch einen Querschnitt
längs der Linie XIII-XIII der Fig. 12.
Die Figuren sind rein schematisch und
nicht maßstäblich gezeichnet. Entsprechende Teile
sind in der Regel mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet.
Fig. 1 zeigt schematisch im Querschnitt
eine Ladungsspeicherplatte für eine Bildaufnahmeröhre
nach der Erfindung.
Die Ladungsspeicherplatte enthält eine Halbleiterplatte
1, in diesem Beispiel aus p-leitendem
Silizium, mit einer strahlungsempfindlichen
Schicht 2, in diesem Beispiel aus Antimontrisulfid,
zur Umwandlung von Strahlung (in Fig.
1 mit den Pfeilen 3 angedeutet) in elektrische
Signale. Dabei ist auf der Seite der einfallenden
Strahlung 3 die strahlungsempfindliche Schicht
2 mit mindestens einer für die Strahlung 3 durchlässigen
Elektrode 4 versehen. In diesem Beispiel
ist eine Anzahl zueinander praktisch paralleler
streifenförmiger durchlässiger Elektroden 4₁, 4₂, 4₃
usw. vorgesehen, wie aus der schematischen Draufsicht
nach Fig. 3 deutlich ersichtlich ist.
Die Ladungsspeicherplatte weist weiter
einen Randteil 7 aus einkristallinem Silizium auf,
der eine integrierte Schaltung zur Verarbeitung
der von den durchlässigen Elektroden 4 herrührenden
elektrischen Signale enthält, und einen
mittleren Teil auf, der aus einer strahlungsempfindlichen
Schicht 2 mit den darauf vorhandenen
durchlässigen Elektroden 4 besteht, die
gleichstrommäßig mit einem Eingang 15 der genannten
integrierten Schaltung verbunden sind. Die integrierte
Schaltung, die auf sehr verschiedene Weise
aufgebaut sein kann, ist in den Fig. 1
bis 9 nicht im Detail dargestellt, sondern liegt
innerhalb des gestrichelten mit 8 bezeichneten
Gebietes des Randteiles 7. Die Ladungsspeicherplatte
ist derart ausgebildet, daß sie mit der von der einfallenden
Strahlung 3 abgekehrten Seite ihres Randteiles
7 vakuumdicht auf dem Träger 6 befestigt
ist, der aus einem Ring aus Isoliermaterial besteht.
steht. Weiter ist auf der Seite der einfallenden
Strahlung 3 ein Glasfenster 5 vorhanden, durch das
Strahlung 3 auf die Schicht 2 einfallen kann, wobei
sich das Fenster 5 vakuumdicht dem genannten
Randteil 7 anschließt und sich in Projektion wenigstens
bis zu dem Innenrand 9 erstreckt und im
vorliegenden Beispiel den Innenrand 9 des ringförmigen
Trägers 6 überlappt (siehe Fig. 1). Die
Anschlüsse 16 der Ausgänge und der für Speisung
und Steuerspannung benötigten Leitungen der integrierten
Schaltung sind mit
leitenden Schichten 10 verbunden, die sich wenigstens
teilweise außerhalb des Fensters 5 auf dem
Randteil 7 erstrecken und außerhalb des Fensters
5 mit Anschlußleitern 11 versehen sind. Im hier
beschriebenen Beispiel enthält der Träger 6 an
seinem Außenrand einen dickeren, auf der Seite
der einfallenden Strahlung 3 wenigstens teilweise
metallisierten Teil, wobei die mit den Ausgangs-,
Speisungs- und Steuerspannungsanschlüssen 16 der
integrierten Schaltung verbundenen Anschlußleiter
11 auf dieser Metallisierung 35 befestigt sind
und sich ein äußerer Anschlußleiter 36 gleichfalls
dieser Metallisierung 35 anschließt (siehe
Fig. 1).
Die beschriebene Ladungsspeicherplatte
kann mit dem Träger 6 direkt auf der Glasumhüllung
12 einer Bildaufnahmeröhre z. B. mittels einer Indiumschweißverbindung
13 befestigt werden, die eine auf
dem Träger 6 gebildete Metallschicht 14 mit dem
Glasrohr 12 verbindet, wie in Fig. 1 dargestellt
ist. Da die Elektroden 4 dadurch nicht mit der
Fassung der Aufnahmeröhre, sondern direkt mit dem
Eingang 15 der integrierten Schaltung verbunden
sind, ist die Kapazität am Signaleingang niedrig.
Ein weiterer wichtiger Vorteil ist der (siehe
Fig. 1), daß auf der Seite der Ladungsspeicherplatte
keine Glasdurchführungen erforderlich sind und
daß ein verhältnismäßig kleiner Querschnitt des
Fensters 5 genügt, das nicht den vollständigen
Querschnitt des Rohres 12 zu bedecken braucht und
dadurch leicht gegen den äußeren Druck beständig
ist. Dadurch, daß sich das Fenster mindestens
bis zu dem Rand 9 des Trägers erstreckt, wird
ein sehr druckbeständiges Gebilde erhalten. Zum
Schutz können noch die Abschirmkappen 17 und 18
(siehe Fig. 1) angeordnet werden.
Der vakuumdichte Anschluß des Fensters
5 an den Randteil 7 der Ladungsspeicherplatte wird in
diesem Beispiel durch eine Isolierschicht, in
diesem Falle eine Siliziumoxidschicht 19, hergestellt,
die sich auf der Seite der einfallenden
Strahlung 3 über die Ladungsspeicherplatte und die darauf
liegenden Elektroden 4 und Metallschichten 10 erstreckt,
wobei das Fenster 5 auf dieser Isolierschicht
19, in diesem Beispiel mit Hilfe eines
durchsichtigen Kitts 20 (siehe Fig. 1), befestigt
ist. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, das
Fenster direkt auf der Ladungsspeicherplatte und den
Elektroden festzukitten. Durch Anwendung der isolierenden
Glas- oder Oxidschicht 19 werden Beschädigungen
der Ladungsspeicherplatte, insbesondere des dünnen
mittleren Teiles derselben, vermieden.
Vorzugsweise sind, wie im vorliegenden
Beispiel, der Randteil 7 der Ladungsspeicherplatte auf
der Seite des Trägers 6 sowie der Träger 6 an der
Stelle seiner Berührungsfläche mit der Auftreffplatte
metallisiert. Diese Metallisierung 21 erstreckt
sich im vorliegenden Beispiel auch über
den Innenrand des Trägers 6, was aber nicht erforderlich
ist.
Wie in Fig. 1 angegeben ist, kann bei
einer Ladungsspeicherplatte nach der Erfindung
auf besonders vorteilhafte Weise die übliche Netzelektrode,
die zur Förderung des senkrechten Einfalls
des Elektronenstrahls dient, angeordnet werden.
Dies kann nämlich dadurch erfolgen, daß der Rand
22 dieser Netzelektrode 23 leitend auf der bereits
genannten am Rand des Trägers 6 vorgesehenen Metallisierung
14 befestigt wird, wodurch diese Netzelektrode
23 mit der Ladungsspeicherplatte ein Ganzes
bildet.
Fig. 2 zeigt, wie die beschriebene
Ladungsspeicherplatte in einer Bildaufnahmeröhre
montiert ist, wobei diese Aufnahmeröhre
weiter die üblichen Mittel (Glühkathode 24,
Wehneltzylinder 25, Ablenkspulen 26, usw.) enthält,
um einen Elektronenstrahl 27 zu erzeugen, mit dem die
von der einfallenden Strahlung 3 abgekehrte Seite
der Ladungsspeicherplatte abgetastet werden kann, wobei
der Außenrand des Trägers 6 auf der von der
Strahlung 3 abgekehrten Seite vakuumdicht auf dem
Rand der Aufnahmeröhre 12 befestigt ist.
Eine Ladungsspeicherplatte nach den
Fig. 1 und 3 wird mit Vorteil auf folgende Weise hergestellt.
Es wird (siehe Fig. 4) von einer Halbleiterscheibe
30 aus z. B. p-leitendem Silizium
mit einem spezifischen Widerstand von z. B. 6
Ω · cm und z. B. einer (100)-Orientierung ausgegangen.
Die Scheibe 30 weist eine praktisch homogene Dicke
von 250 µm auf. In einem Randteil dieser Scheibe
wird dann durch Anwendung in der Halbleitertechnologie
allgemein üblicher Dotierungstechniken,
z. B. Diffusion oder Ionenimplantation, die für die
Erfindung nicht wesentlich sind und daher hier nicht
im Detail beschrieben werden, auf einer Seite eine
integrierte Schaltung gebildet. Diese integrierte
Schaltung, die viele Formen aufweisen kann, ist
schematisch in Fig. 5 mit einer gestrichelten Linie
8 angegeben. Während der Herstellung dieser integrierten
Schaltung wird auf der Scheibe 30 eine
Oxidschicht 31 erzeugt, die in diesem Beispiel,
obschon dies nicht unbedingt notwendig ist, von
der Unterseite der Scheibe entfernt wird, während
weiter auf übliche Weise auf photolithographischem
Wege in die Schicht 31 Kontaktfenster (32, 33) zum
Anschließen von Leitern an die integrierte Schaltung
geätzt werden.
Der mittlere Teil der Scheibe 30 wird nun
auf der genannten einen Seite, auf der sich die integrierte
Schaltung befindet, mit mindestens einer
für Strahlung durchlässigen Elektrode 4 versehen.
In diesem Beispiel werden mehrere zueinander parallele
streifenförmige Elektroden 4 angeordnet,
die z. B. aus SnO₂- und/oder InO₂ -Schichten mit einer
Dicke von z. B. 0,2 µm bestehen. Fig. 6 zeigt
einen Querschnitt durch eine der Elektroden 4.
Unter Umständen könnte aber auch eine einzige
Elektrode 4, die den ganzen mittleren Teil der
Scheibe bedeckt, verwendet werden. Die Elektroden
4 sind mit je einem, Eingang 15 der integrierten
Schaltung über ein Fenster 32 verbunden. Die SnO-
Schicht wird z. B. durch Aufdampfen (siehe z. B.
"Thin Solid Films", Band 33, 1976, S. L 5) oder
durch Aufspritzen erhalten. Die Schicht wird in
die Form streifenförmiger Elektrodenschichten 4
gebracht, z.B. dadurch, daß die Schicht mit einer
Chrommaske bedeckt und der nichtmaskierte
Teil der Schicht durch Zerstäuben entfernt wird,
wonach das Chrom entfernt wird.
Die Ausgangsanschlüsse 16 der integrierten
Schaltung werden mit Metallschichten 10, z. B.
Aluminiumschichten, versehen, die sich auf dem
Randteil der Scheibe auf der Oxidschicht 31 erstrecken
und sich über die Fenster 33 der integrierten
Schaltung anschließen (siehe Fig. 6).
Diese Schichten werden dadurch erzeugt, daß Aluminium
aufgedampft und durch Anwendung des üblichen
photolithographischen Ätzverfahrens in die gewünschte
Form geätzt wird. Dann wird über das
Ganze eine 0,6 µm dicke Schutzschicht 19 aus
Siliziumoxid durch pyrolytische Ablagerung gebildet.
Dies ist für die Erfindung jedoch nicht
unbedingt notwendig.
Anschließend wird die Halbleiterscheibe
30 auf der anderen Seite mit ihrem Randteil vakuumdicht
auf einem ringförmigen Träger 6 befestigt
(siehe Fig. 7). Der Träger 6 besteht aus elektrisch
isolierendem, im vorliegenden Beispiel keramischem,
Material. Die Ränder des Trägers sind im vorliegenden
Beispiel z. B. mit einer Kupfer- oder Aluminiumschicht
21 metallisiert. Da in diesem Beispiel
die Oxidschicht 31 von der Unterseite der Scheibe
30 entfernt worden ist, kann diese mit ihrem Rand
leicht, z. B. mittels einer Silizium-Gold-Legierung,
auf der Metallisierung 21 des Trägers erzeugt werden.
Wenn die Oxidschicht 31 nicht von der Unterseite
der Scheibe entfernt wird, wird ein anderes
Verfahren zum vakuumdichten Anschließen (Kitten)
gewählt.
Dann wird auf der einen Seite, auf der
sich die integrierte Schaltung befindet, ein für
die einfallende Strahlung durchlässiges Fenster 5
vorgesehen. In diesem Fall ist dieses Fenster ein
Glasfenster mit einer Dicke von einigen Millimetern,
z. B. zwischen 1 und 6 mm, auf dem ein Farbfilter 34
angeordnet ist, das aus aufgedampften Streifen mit
verschiedener spektraler Durchlässigkeit besteht,
die abwechselnd drei komplementäre Farben, z. B.
Rot, Grün und Blau, durchlassen. Diese Streifen
bestehen z. B. aus TiO₂-SiO₂-Schichten. Die Streifen
34₁, 34₂ usw. des sich auf dem Fenster 5 befindenden
Farbfilters 34 (siehe Fig. 3) liegen je einem
Elektrodenstreifen 4₁, 4₂ usw. gegenüber. Sie
können auf einfache Weise direkt darauf ausgerichtet
werden, wonach das Fenster mit der Filterseite
mittels einer transparenten Kittschicht 20 auf der
Oxidschicht 19 befestigt wird. Dabei wird der
Durchmesser des Fensters 5 derart gewählt, daß
es sich in Projektion mindestens bis zu dem Innenrand
des Trägers 6 erstreckt, wobei in diesem Beispiel
das Fenster diesen Innenrand überlappt (siehe
Fig. 8).
Anschließend wird der mittlere Teil der
Siliziumscheibe von der dem Träger 6 zugewandten
Seite her, z. B. in einem KOH, K₂Cr₂O₇ und Isopropanol
enthaltenden Ätzbad oder in einem hydrazinhaltigen
Ätzmittel, weggeätzt, wobei die übrigen
Teile der Anordnung vor diesem Ätzvorgang durch
eine in der Zeichnung nicht dargestellte Ätzmaske
geschützt werden. Der Ätzvorgang wird dabei
automatisch gestoppt, wenn das Silizium über die
ganze Dicke durchgeätzt ist, weil die Siliziumoxidschicht
31 von dem Ätzbad praktisch nicht angegriffen
wird. Danach wird in einem zweiten Ätzschritt,
z. B. mit einem HF-haltigen Ätzmittel, die
Oxidschicht 31 auf dem mittleren Teil der Scheibe
entfernt, bis die Elektrodenschichten 4 freigelegt
sind. Auf diesen Elektrodenschichten 4 und auf dem
Rande der Scheibe 30 wird anschließend durch Aufdampfen
im Vakuum über eine Maske eine z. B. 1 µm
dicke strahlungsempfindliche Schicht 2, im vorliegenden
Beispiel aus Antimontrisulfid (Sb₂S₃)
erzeugt. Weiter können erwünschtenfalls in dieser
Stufe die Leiter 11 gebildet werden, die sich
metallisierten Teilen 35 des Trägers 6 anschließen.
Die Ladungsspeicherplatte ist nun
grundsätzlich fertig. Erwünschtenfalls kann eine Netzelektrode
23 aus z. B. Kupfergaze nun mit ihrem
Rande 22 leitend auf der Metallisierung 14 des
Trägers 6, z.B. durch Punktschweißen, befestigt
werden, wonach das Ganze durch die Indiumschweißverbindung
13 auf der Glasumhüllung 12 der Aufnahmeröhre
befestigt werden kann (siehe Fig. 1 und 2),
worauf die Röhre mit ihren weiteren Einzelteilen
auf bekannte Weise fertigmontiert wird.
Es sei noch bemerkt, daß, wenn die
Auftreffplatte nicht für sichtbares Licht, sondern
z. B. im Infrarotbereich verwendet wird, die
Elektrodenschichten 4 auch mit Vorteil aus polykristallinem
Silizium hergestellt werden können,
was technologisch günstig sein kann. Die Weise,
auf die eine Ladungsspeicherplatte der obenbeschriebenen
Art verwendet werden kann, ist im Detail in der oben
genannten nicht vorveröffentlichten
DE-OS 27 04 193 beschrieben.
Die Wirkungsweise wird außerdem in großen
Zügen an Hand der Fig. 10 bis 13 beschrieben
werden.
In Fig. 10 ist schematisch die Schaltung
dargestellt, mit der die Ladungsspeicherplatte der Bildnahmeröhre,
wie oben beschrieben, ausgelesen wird.
Auf die strahlungsempfindliche Schicht 2 fällt über
die durchsichtigen Elektrodenstreifen 4₁, 4₂ usw.
ein Strahlungsbild ein. Vor dem Einfallen der
Strahlung ist die gegenüberliegende Oberfläche
durch Abtasten mit dem Elektronenstrahl 27 auf
das Potential des Elektronenstrahlerzeugungssystems,
das im vorliegenden Beispiel an Erde
liegt, gebracht. Durch die einfallende Strahlung
werden die durch die unter den Streifen 4 liegenden
Teile der Schicht 2 gebildeten Kapazitäten
mehr oder weniger entladen. Dadurch wird ein dem
Strahlungsbild entsprechendes Potentialbild auf
der strahlungsempfindlichen Schicht 2 erhalten.
Indem die Schicht 2 aufs neue mit dem Elektronenstrahl
27 in einer zu der der Streifen 4 senkrechten
Richtung (nach dem Pfeil 40 in Fig. 10) abgetastet
wird, wird die abgetastete Oberfläche wieder
auf Erdpotential gebracht und das Potentialbild
auf die Streifen 4 übertragen. Von den Streifen
4 wird das Signal im vorliegenden Beispiel auf
zwei Ausgänge U₁ und U₂ dadurch übertragen, daß
wechselweise Schalter geschlossen werden, die
durch MOS-Transistoren T₁ und T₂ gebildet werden.
Dazu sind die Elektrodenstreifen 4 in zwei Gruppen
unterteilt, wobei die Transistoren T₁ mit den
Streifen 4₁, 4₃ usw. und die Transistoren T₂ mit
den zwischenliegenden Streifen 4₂, 4₄ usw. verbunden
sind. Nur einige Streifen 4 sind in den Fig.
3 und 10 dargestellt; tatsächlich beträgt
ihre Anzahl meist 400 bis 800.
Wenn z. B. der zu dem Elektrodenstreifen
4₁ gehörige Transistor T₁ leitend wird, wird die
zu diesem Streifen gehörige Kapazität über die
Ausgangsleitung U₁, in der ein Verstärker A₁ mit
rückgekoppeltem Widerstand r₁ aufgenommen ist, entladen
und am Ausgang U₁ tritt ein entsprechendes
Videosignal auf, das in einer weiteren nicht dargestellten
Schaltung auf übliche Weise verarbeitet
wird. Auf gleiche Weise liefern die Streifen
4₂, 4₄ usw. ein Videosignal am Ausgang U₂ über
den Verstärker A₂ mit rückgekoppelten Widerstand
r₂.
Die Spannungsimpulse an den Gate-Elektroden
der Transistoren T₁ und T₂, mit denen diese leitend
gemacht werden, werden von einem Schieberegister
R mit identischen Stufen R₁, R₂ . . .R n geliefert.
Dieses Schieberegister ist im vorliegenden Beispiel
von dem in "I.E.E.E. International Solid State Circuits
Conference", Februar 1971, S. 130 - 131 beschriebenen
Typ. Das elektrische Schaltbild einer
Stufe (R₁) ist in Fig. 11 dargestellt; jede Stufe
enthält vier MOS-Transistoren T₃ bis T₆. Das
Schieberegister R weist einen Erdanschluß C auf;
die ungeraden Stufen R₁, R₃ usw. und die geraden
Stufen R₂, R₄ usw. werden mit Taktimpulsen R₁ bzw.
R₂ betrieben, deren Form in der Figur schematisch
dargestellt ist. Ein am Anfang des Schieberegisters
an einem Transistor T₃ eingeführter Startimpuls
wird von dem Taktimpuls durch das Register
geschickt und liefert bei jeder Stufe eine Spannung
an der Gate-Elektrode des an diese Stufe angeschlossenen
Feldeffekttransistors (T₁ bzw. T₂),
wodurch dieser Transistor zu diesem Zeitpunkt leitend
wird und ein Ausgangssignal an U₁ bzw. U₂
liefert, auf diese Weise wird die Ladungsspeicherplatte
ausgelesen und dieses Auslesen wird nach jeder
Teilbildabtastperiode wiederholt.
Im vorliegenden
Beispiel sind die Transistoren T₁ und T₂ sowie das
Schieberegister als eine integrierte Schaltung in
den Randteil 7 der Ladungsspeicherplatte aufgenommen. Zur
Illustrierung ist der in Fig. 10 von der strichpunktierten
Linie umrahmte Teil in Draufsicht in
Fig. 12 dargestellt, während Fig. 13 schematisch
einen Querschnitt durch einen Teil des Randes 7 der
Ladungsspeicherplatte längs der Linie XIII-XIII der Fig.
12 zeigt. Die Kontaktlöcher sind in den Fig. 3,
3a und 12 mit einem diagonalen Kreuz bezeichnet;
die Metallschichten sind schraffiert; die Begrenzungen
der in das p-leitende Gebiet 7 eindiffundierten
n-leitenden Zonen sind mit vollen Linien
angedeutet. Der Einfachheit halber ist in Fig. 13
die Oxidschicht 31 überall mit gleicher Dicke angegeben,
d. h., daß Dickenunterschiede zwischen
Feld- und Gate-Oxid vernachlässigt worden sind;
auch sind Details, wie z. B. die üblichen kanalunterbrechenden
Zonen, weggelassen. Wie aus den
Fig. 12 und 13 ersichtlich ist, werden die
Leiter U₁, U₂, R₁, R₂ und C durch hochdotierte
n-leitende Zonen gebildet, die an anderen Stellen
auf der Scheibe kontaktiert werden. Die weiteren
Verbindungen und die Gate-Elektroden werden
durch Metallschichten gebildet, die sich auf der
Oxidschicht 31 erstrecken. Nach einer Abwandlung,
die in Fig. 3a in Draufsicht schematisch dargestellt
ist, kann der Randteil 7 der Scheibe zweckmäßiger
dadurch benutzt werden, daß die Elektrodenstreifen
4 wechselweise auf gegenüberliegenden Seiten der
Scheibe an zwei einander gegenüberliegende Schieberegister
R₁ . . .R n und S₁. . .S n angeschlossen werden,
die Ausgänge U₁, U₂ und Taktspannungen R₁ R₂ bzw.
U₃, U₄, R₃ und R₄ und einen gemeinsamen Anschluß
C aufweisen, wobei die Taktspannungen erwünschtenfalls
miteinander gekoppelt sein können. Eine weitere
Abwandlung kann dadurch erhalten werden, daß
die Elektrodenstreifen 4 z. B. in drei Gruppen (für
drei komplementäre Farben) miteinander verbunden
und ausgelesen werden. Weiter können erwünschtenfalls
auch die Verstärker A₁ und A₂ in den Randteil
der Halbleiterscheibe aufgenommen werden.
Wie aus den Figuren hervorgeht, ist
trotz einer Vielzahl von Elektrodenstreifen
nur eine geringe Anzahl von Durchführungen
nach außen erforderlich, für bei der
Ladungsspeicherplatte gemäß der Erfindung außerdem
keine Glasdurchführungen verwendet zu werden
brauchen.
Die Ausführung mit streifenförmigen Elektroden
und unter Verwendung von Schieberegistern
ist nur ein Beispiel; die Ausführung der
Elektrodenschicht(en) 4 und der integrierten Schaltung
kann beliebig geändert werden. Auch können
Schieberegister von einem ganz anderen Typ als die
hier beschriebenen Register Anwendung finden.
Claims (13)
1. Ladungsspeicherplatte für eine Bildaufnahmeröhre mit
- a) einer strahlungsempfindlichen Schicht (2) zur Umwandlung von Strahlung (3) in elektrische Signale,
- b) einer auf der der Strahlung (3) zugewandten Seite der strahlungsempfindlichen Schicht (2) angeordneten, für die Strahlung (3) durchlässigen Signalelektrode (4), und
- c) einer zur Verarbeitung der von der Signalelektrode (4) herrührenden elektrischen Signale dienenden Schaltung (8),
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- d) die Ladungsspeicherplatte besitzt einen dicken einkristallinen Randteil (7) und einen dünneren Mittelteil,
- e) der Mittelteil besteht aus der strahlungsempfindlichen Schicht (2) mit der darauf liegenden Signalelektrode (4),
- f) die Schaltung (8) ist in den dicken einkristallinen Randteil (7) integriert.
2. Ladungsspeicherplatte nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die für die Strahlung (3) durchlässige Elektrode aus
einer Mehrzahl von zueinander praktisch parallelen
streifenförmigen Elektroden (4₁, 4₂) besteht.
3. Ladungsspeicherplatte nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die integrierte Schaltung (8) mindestens ein Schieberegister
(R) enthält.
4. Ladungsspeicherplatte nach einem der vorstehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine der für Strahlung durchlässige Elektroden
(4₁, 4₂ . .) aus polykristallinem Silicium besteht.
5. Vorrichtung zum Befestigen der Ladungsspeicherplatte
nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Bildaufnahmeröhre,
bei der auf der Seite der einfallenden Strahlung
(3) ein Fenster (5) vorhanden ist, durch das die Strahlung
(3) auf die strahlungsempfindliche Schicht (2) einfallen
kann und wobei die Ladungsspeicherplatte auf einem Träger
(6) angeordnet ist, der aus einem Ring elektrisch isolierenden
Materials besteht, gekennzeichnet durch folgende
Merkmale:
- a) die Ladungsspeicherplatte (1) ist mit der von der einfallenden Strahlung abgekehrten Seite ihres Randteiles (7) vakuumdicht auf der Oberseite des Trägers (6) befestigt,
- b) das Fenster (5) schließt sich vakuumdicht dem genannten Randteil an und erstreckt sich in Projektion wenigstens bis zu dem Innenrand des ringförmigen Trägers (6),
- c) die Anschlüsse der Ausgänge und der für Speisung und Steuerspannung benötigten Leitungen der integrierten Schaltung (8) sind mit leitenden Schichten (10) verbunden, die sich wenigstens teilweise außerhalb des Fensters (5) mit Anschlußleitern (11) versehen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Fenster (5) entlang seines ganzen Randes den
Innenrand (9) des Trägers (6) überlappt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der vakuumdichte Anschluß des Fensters (5) an den
Randteil der Ladungsspeicherplatte (1) mit Hilfe einer
Isolierschicht (19) gebildet wird, die sich auf der Seite
der einfallenden Strahlung (3) über die
Ladungsspeicherplatte (1) und die darauf liegenden
Elektroden und Metallschichten erstreckt und auf der das
Fenster (5) befestigt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Randteil (7) der Ladungsspeicherplatte (1) auf der
Seite des Trägers (6) und der Träger (6) an der Stelle
seiner Berührungsfläche mit der Ladungsspeicherplatte (1)
metallisiert (21) sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf der von der Ladungsspeicherplatte (1) abgekehrten
Seite des Trägers (6) eine Netzelektrode (23) vorhanden
ist, deren Rand (22) leitend auf einer am Rande des
Trägers (6) gebildeten Metallisierung (14) befestigt ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Fenster (5) auf der Seite der streifenförmigen
Elektroden (4₁, 4₂) ein Farbfilter (34) mit Streifen
verschiedener spektraler Durchlässigkeit enthält, die sich
parallel zu den streifenförmigen Elektroden erstrecken.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Träger (6) an seinem Außenrand einen dickeren, auf
der Seite der einfallenden Strahlung wenigstens teilweise
metallisierten Teil enthält, wobei die mit den Ausgangs-,
Speisungs- und Steuerspannungsanschlüssen (16) der
integrierten Schaltung (8) verbundenen Anschlußleiter (11)
auf dieser Metallisierung (35) befestigt sind und sich ein
äußerer Anschlußleiter (36) auch dieser Metallisierung
anschließt.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Außenrand des Trägers (6) auf der von der
einfallenden Strahlung (3) abgekehrten Seite vakuumdicht
auf dem Rand (12) der Bildaufnahmeröhre (12) befestigt
ist.
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