DE2734409A1

DE2734409A1 - Bildaufnahmegeraet in ccd-bauweise

Info

Publication number: DE2734409A1
Application number: DE19772734409
Authority: DE
Inventors: Walter Frank Kosonocky
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1976-12-14
Filing date: 1977-07-29
Publication date: 1978-02-02
Also published as: JPS5317220A; US4246591A; GB1559860A; DE2734409B2; DE2734409C3; FR2360176B1; CA1090453A; FR2360176A1

Description

Bildaufnahmegerät in CCD-Bauweise

Die Erfindung bezieht sich auf Bildaufnahmegerate, die aus ladungsgekoppelten Elementen aufgebaut sind. Als Bezeichnung für ladungsgekoppelte Elemente wird im folgenden die auch im deutschen Sprachgebrauch üblich gewordene Abkürzung CCD verwendet (von engl.: "Charg Coupled Devices¹¹). Die vorliegende Erfindung betrifft speziell Bildaufnahmegeräte in CCD-Bauweise, die mit sogenannter Feldübertragung arbeiten.

Der Ausgangspunkt der Erfindung wird nachstehend anhand der Pig. 1 der beigefügten Zeichnungen erläutert, die ein Blockschaltbild eines für den Stand der Technik typischen CCD-Bildaufnahmegeräts mit Feldübertragung zeigt, bei dem die Erfindung angewendet werden kann. Die übrigen Figuren veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar zeigt:

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Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil eines erfindungsgemäß ausgebildeten CCD-Bildaufnahmegeräts mit Feldübertragung;

Fig. 3 eine graphische Darstellung des Kanalpotentials als Funktion der Gatespannung bei einer CCD-Anordnung mit versenktem Kanal und einer CCD-Anordnung mit Oberflächenkanal ;

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil eines mit Feldübertragung arbeitenden Bildaufnahmegeräts gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch das Gerät nach Fig. 4 sowie Profile der sich während des Betriebs dieses Geräts ergebenden Substratpotentiale.

Das in Fig. 1 dargestellte, für Feldübertragung ausgelegte CCD-Bildaufnahmegerät enthält eine Matrix 10 aus lichtfühlenden Elementen, die üblicherweise als A-Register bezeichnet wird, eine Zwischenspeichermätrix 12, die als B-Register bekannt ist, sowie ein Ausgangsregister 14, das gemeinhin C-Register genannt wird. Das B- und das C-Register sind abgedeckt oder verdunkelt, durch irgendwelche Maßnahmen (nicht dargestellt) ist dafür gesorgt, daß nichts von der Strahlungsenergie des aufzunehmenden Bildes auf diese Register treffen kann.

Das Α-Register und das B-Register sind jeweils mit Kanalbegrenzungen versehen, die sich in Spaltenrichtung der jeweiligen Matrix erstrecken, um die einzelnen Kanäle (d.h. die Spalten der CCD-Matrix) voneinander zu trennen (die Kanalbegrenzungen für das B-Register sind teilweise in den Figuren 2 und 4 zu erkennen). Die in Fig. 1 nicht eigens dargestellten Elektroden der CCD-Anordnungen können vom einschichtigen Typ sein und z.B. aus N-leitenden Polysiliziumbereichen bestehen, die durch P-leitende Polysiliziumbereiche voneinander getrennt sind, wie es in der Offenlegungsschrift 26 04 081 beschrieben ist.

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Pur die Elektroden können aich Anordnungen aus Polysilizium und sich damit überlappenden Lagen aus Polysilizium oder Metall verwendet oder andere bekannte CCD-Elektrodenstrukturen genommen werden. Das Bildaufnahmegerät kann zwei-, drei-, vier- oder mehrphasig betrieben werden. Eine handelsübliche Form eines solchen Geräts, die von der RCA Corporation unter der Typenbezeichnung SID 51232 und dem Namen "Big Sid" auf den Markt gebracht wird, arbeitet mit Dreiphasensteuerung und hat 320 Spalten und 512 Zeilen (256 Zeilen im A-Register und 256 im B-Register).

Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 1 ist einfach zu verstehen. Während der sogenannten Integrationszeit wird eine Szene oder irgend ein anderes Bild auf das Α-Register abgebildet. Das Bild kann aus Licht oder andersartiger Strahlungsenergie bestehen. Diese Energie bewirkt, daß an verschiedenen Stellen des Α-Registers Ladungen entsprechend der auf die betreffenden Stellen fallenden Strahlungsintensität erzeugt wird.

Nach dem Ende der Integrationszeit (z.B. während des Vertikalaustastintervalls beim kommerziellen Fernsehen) werden die angesammelten Ladungssignale (ein sogenanntes "Feld", das einem Teilbild beim kommerziellen Fernsehen entsprechen kann), parallel in Spaltenrichtung vom Α-Register zum B-Register übertragen, indem die Mehrphasenspannungen φ...... ψ.^ und φ_Β^... ψ_ΒΝ in passender Folge angelegt werden, wobei N eine der Anzahl der verwendeten Phasen gleiche ganze Zahl ist. Anschließend werden die Ladungen, Jeweils eine Zeile auf einmal, vom B-Register zum C-Register übertragen, und jede Zeile von Ladungen wird dann, nachdem sie das C-Register erreicht hat, unter Steuerung durch die Schiebe spannungen φ«^... <J)q_N in Serienform aus diesem Register hinausgeschoben. Dieses serielle Hinausschieben aus dem C-Register erfolgt mit relativ hoher Geschwindigkeit (z.B. während einer "Zeilenzeit" des kommerziellen Fernsehens). Während der Übertragung eines Feldes vom B-Register in das C-Register kann ein neues Feld im Α-Register integriert werden.

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Bei dem oben erwähnten Bildaufnahmegerät des RCA-Typs SID 51232 ("Big Sid") sind das A-, das B- und das C-Register sämtlich CCD-Anordnungen mit Oberflächenkanälen. Ein solcher Gerätetyp hat im Betrieb eine Menge wesentlicher Vorteile. Zum einen werden im Α-Register nur relativ schwache Dunkelströme erzeugt. Zum anderen läßt sich bei diesem Gerätetyps eine relativ große Ladungsmenge bei gegebener Zellengröße (Kanalbreite und Elektrodenfläche) speichern. Anders ausgedrückt kann bei Vorgabe der zu speichernden Ladungsmenge die Kanalbreite und die Elektrodenfläche relativ klein gehalten werden, was eine hohe Packungsdichte erlaubt, d.h. auf einer gegebenen Substratfläche kann eine relativ große Anzahl von Ladungsspeicherplätzen untergebracht werden. Ein weiterer Vorteil eines Α-Registers mit Oberflächenkanälen besteht in der Möglichkeit, eine sogenannte operative ÜberStrahlungskontrolle vorzusehen, wie sie in der USA-Patentschrift 3 931 4-65 beschrieben ist.

Obwohl die mit Oberflächenkanälen ausgelegten Bildaufnahmegeräte äußerst gute Bilder liefern, ist noch Raum für Verbesserungen. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß speziell das C- Register eines derjenigen Teile ist, die einer noch weiteren Verbesserung der Bildqualität entgegenstehen. Das mit Oberflächenkanälen ausgelegte C-Register erfordert für optimalen Betrieb die Einführung sogenannter "dicker Nullen" (engl.: "Pat Zeros"). Bei einer speziellen Ausführungsform werden in der Praxis diese dicken Nullen an einem Ende des Registers in Serienform eingegeben, wenn der Inhalt des C-Registers an dessen anderem Ende ausgeschoben wird, und diese dicken Nullen füllen dann teilweise die Potentialgruben im C-Register. Die Information der nachfolgenden vom B-Register in das C-Register geschobenen Bildzeile wird dann den Ladungssignalen überlagert, die in den jeweiligen Stufen des C-Registers entsprechend den eingegebenen dicken Nullen vorhanden sind.

Der Grund für die Notwendigkeit des Einführens dicker Nullen in CCD-Anordnungen mit Oberflächenkanal ist bekannt und sei hier nur kurz erläutert. Bei CCD-Anordnungen mit Oberflächenkanal

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gibt es Defekte in Form sogenannter "fester Haftstellen¹¹ (engl.: "fast trapping states") an der Substratoberfläche. Diese Haftstellen begrenzen die Leistungsfähigkeit der Ladungsübertragung, da sie den die Information enthaltenden Ladungssignalen bei deren Wanderung längs der Oberfläche des CCD-Kanals Ladung wegnehmen oder hinzufügen. Durch Einführung der dicken Nullen wird dieser Übertragungsverlust wesentlich verringert und dadurch die Güte der Ladungsübertragung verbessert. Andererseits wurde jedoch gefunden, daß die Erzeugung der dicken Nullen für ein C-Register mit Oberflächenkanal und einschichtiger Elektrodenstruktur auch Rauschkomponenten verursacht.

Wenn auch die Güte der Ladungsübertragung in einem C-^egister mit Oberflächenkanal beim Betrieb mit dicken Nullen relativ hoch ist, gibt es immer noch ein gewisses Maß an Übertragungsverlusten (in der Größenordnung von 1O~* bis 10 pro Ladungsübertragung bei Taktfrequenzen von 5 bis 10 MHz) während der Weitergabe der Ladungssignale längs des C-Registers. Da das C-Register aus relativ vielen Stufen bestehen kann (z.B. aus 320 Stufen), führt dieser sehr kleine Verlust pro Stufe zu einem beträchtlichen Gesamtverlust bei denjenigen Signalen, die eine große Anzahl von Einzelübertragungen erfahren. Dieser Übertragungsverlust äußert sich in einer Abnahme der Horizontalauflösung des CCD-Bildaufnahmegeräts.

Es gibt außerdem noch einen praktischen Gesichtspunkt, der den Gebrauch eines CCD-Bildaufnahaegeräts mit Oberflächenkanal manchmal problematisch erscheinen läßt. Wenn das Gerät in einer tragbaren Fernsehkamera verwendet werden soll, ist es wichtig, die Spannung und Leistung und das Gewicht möglichst gering zu halten. In der Praxis hat sich gezeigt, daß die Übertragungsspannungen für das A- und das B-Register relativ niedrig (z.B. etwa 8 Volt) sein können, weil die Übertragungen in diesen Registern relativ langsam erfolgen (etwa 200 KHz für die Übertragungen vom A- zum B-Register und etwa 15»75 KHz für die Übertragungen vom B- zum C-Register). Diese Spannung kann von einer gewöhnlichen 12 VoIt-

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Batterie geliefert werden. Die Übertragungen im C-Register finden jedoch mit viel höherer Geschwindigkeit statt (etwa 6 MHz). In der Praxis hat sich gezeigt, daß im Falle einer einschichtigen Elektrodenstruktur, wie sie in der weiter oben erwähnten USA-Patentanmeldung beschrieben ist , für die Takt Spannungen (J),,,. bis φ«, am C-Register etwa 15 Volt erforderlich sind. Um diese 15 Volt von der 12-Volt-Batterie zu erhalten, wird ein Gleichspannungswandler verwendet, der den Aufwand und die Kompliziertheit des Systems vergrößert. Außerdem steigt mit der höheren Spannung und mit dem benötigten Wandler auch der Leistungsverbrauch des Systems, was die Lebensdauer der Batterie verkürzt.

Bei einem erfindungsgemäß verbesserten CCD-^Bildaufnahmegerät mit Feldübertragung ist das A-Register 10 (Fig. 1) nach wie vor eine CCD-Anordnung mit Oberflächenkanal, während das C-Register 1* jedoch ein Typ mit sogenanntem versenkten oder vergrabenen Kanal ist. Das B-Register bleibt vorzugsweise eine Anordnung mit Oberflächenkanälen, es kann jedoch auch ein Typ mit vergrabenen Kanälen sein.

Venn man bei dem in Fig. 1 dargestellten Bildaufnahmegerät das C-Register mit vergrabenem Kanal auslegt, dann ergibt sich für den Ladungsubertragungsverlust je Stufe in diesem Register ein Maß von 10 bis 10 ^y bei Taktfrequenzen von 10 bis 20 MHz. Außerdem werden im C-Register keine "dicken Nullen" verwendet. Da der Ladungsubertragungsverlust wesentlich niedriger ist, wird die Horizontalauflösung wesentlich höher, und da keine dicken Nullen in Serienform in das C-Register eingeschoben werden, erzeugen sie auch keine Rausch- oder Störkomponenten in diesem Register. Außerdem hat die Praxis gezeigt, daß man zum Betreiben des mit vergrabenem Kanal ausgelegten C-Registers bei 6 MHz mit einer Taktspannung von 12 Volt oder weniger auskommt, die sich aus der 12-Volt-Batterie ohne die Notwendigkeit eines aufwärtstransformierenden Gleichspannungswandlers entnehmen läßt (vgl. in diesem Zusammenhang Fig. 3, die veranschaulicht, daß bei einem gegebenen Gateelektrodenpotential in

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einer CCD-Anordnung mit vergrabenem Kanal ein höheres Kanalpotential erzeugt wird als in einer CCD-Anordnung mit Oberflächenkanal; vgl. außerdem die in Fig. 5 veranschaulichte Arbeitsweise). Außerdem wurde gefunden, daß auch die erforderliche Leistung zum Betreiben des C-Registers im Falle eines vergrabenen Kanals wesentlich niedriger ist als im Falle eines Oberflächenkanals.

In einem erfindungsgemäßen Bildaufnahmegerät können alle Register auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat (ein einziges Halbleiterplättchen) gebildet sein; bei den dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich z.B. jeweils um ein P-leitendes Substrat. Das A- und das B-Register der Ausführungsform nach Fig. 2 sind beide mit Oberflächenkanal ausgelegt und werden mit Dreiphasensteuerung betrieben. Die Fig. 2 zeigt teilweise das B-Register und das C-Register einer Ausführungsform der Erfindung. Die Elektroden wie z.B. 20, 22 und 24- können einschichtig sein und sind nur schematisch dargestellt· In Vertikalrichtung laufende P⁺-Diffusionen (Kanalbegrenzungen) wie z.B. 26, 28 und 30 definieren die Grenzen der vertikalen CCD-Kanäle. Jeder dieser Kanäle besteht aus einer CCD-Anordnung mit Oberflächenkanal· Ein typischer Kanal, wie er mit 32 bezeichnet ist, kann etwa 25*4- £un breit sein. Die Kanalbegrenzungen sind an ihren Enden verbreitert, um dort kleine öffnungen oder Durchlässe 34- zu bilden, durch die hindurch Ladungen in das C-Register fließen können.

Das C-Register ist ein Register mit vergrabenem Kanal, was durch die gepunktete Darstellung zum Ausdruck kommen soll. Das Substrat ist P-leitend, und der vergrabene Kanal sei durch einen sehr dünnen N-leitenden Bereich an der Oberfläche des Substrats hergestellt, der einen PN-Halbleiterübergang mit dem Substrat bildet. Der vergrabene Kanal ist an einem Rand durch eine Kanalbegrenzung z.B. in Form eines P⁺-Diffusionsgebiets 36 begrenzt. Da die Kapazität einer Potentialgrube für eine gegebene Elektrodenfläche bei einem vergrabenen Kanal geringer ist als bei einem Register mit Oberflächenkanal, wird der vergrabene Kanal we-

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sentlich breiter als die vertikal verlaufenden Oberflächenkanäle des B-Registers ausgelegt (in der Praxis z.B. doppelt so breit oder noch breiter). Bei einer praktischen Ausführungs form, bei der das B-Register 25,4 jun breite Kanäle 32 hat, beträgt die Breite w des vergrabenen Kanals beispielsweise 50,8

Die Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 2 läßt sich relativ einfach erklären. Nach einer gewissen Pitegrationszeit wird der Inhalt des Α-Registers (Pig. 1) in das B-Register geschoben. Es sei z.B. angenommen, daß nach dem Ende dieser Übertragung eine Zeile oder Reihe von Ladungssignalen vorübergehend unter einer mit der Phase 1 (φ_Β>ι) angesteuerten Elektrode 20 gespeichert ist. Zu diesem Zeitpunkt ist die (L^-Spannung verhältnismäßig positiv, während die φ_Β2~ ¹¹¹¹Cl (^-Spannungen weniger positiv, z.B. gleich 0, sind. Diese Zeile von Ladungssignalen wird dann durch die φηρ~ ^¹*¹ ta^-Spannungen nacheinander zuerst unter die Elektrode 22 und dann unter die Elektrode 24 geschoben. Wenn φ_Β, positiv wird, dann wird auch (J>_c, relativ positiv, wodurch eine Potentialgrube unter den (J^-Elektroden wie z.B. der Elektrode 40 geschaffen wird. Das zu dieser Zeit in einem Kanal 32 unter der Elektrode 24 vorhandene Ladungssignal läuft unter die Elektrode 40 im C-Register. Die Ladungsübertragung vom B-Register in das C-Register ist beendet, wenn die 4b3~ Spannung auf ihren niedrigen Wert zurückkehrt, während die <j>Q,-Spannung hoch bleibt. Bei einer praktischen Ausführungsform kann der Hub der Mehrphasenspannungen des B-Registers (z.B. der (^,-Spannung) von 0 bis 11 Volt gehen, während der Hub der Mehrphasenspannungen des O-Registers (z.B. der φ_σ^- Spannung) von -2 bis +8 Volt gehen kann, wobei in beiden Fällen die Vorspannung des Substrats mit 0 angenommen wird. In Fig. läßt sich erkennen, daß bei diesen Spannungswerten (es ist auch eine andere Wahl dieser Werte möglich) derartige Substratpotentiale entstehen, daß eine Ladungsübertragung aus dem Bereich des Kanals 32 unterhalb der Elektrode 24 in den Bereich des Substrats unterhalb der Elektrode 40 stattfindet. Es sei erwähnt, daß im B-Register der von 0 bis 11 Volt gehende Spannungs-

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hub zu einer Änderung des Oberflächenpotentials am Substrat von 0 bis ungefähr 8,5 Volt führt, und daß im C-Register der von -2 bis +8 Volt gehende Spannungshub zu einer Änderung des Kanalpotentials von etwas über 8 Volt bis auf ungefähr 16 Volt führt.

Der vorstehend beschriebene Vorgang läuft in allen vertikalen Kanälen ab, d.h. die unter der Elektrode 24 gespeicherte Zeile von Ladungssignalen wird in paralleler Weise unter die φ,,,-Elektroden des C-Registers geschoben. Anschließend wandern die Ladungssignale unter dem Einfluß der Spannungen φ_σ,ρ φ_σ2 und φ_σ^ längs durch das C-Register, um an einem Ausgangsanschluß dieses Registers (in Fig. 1 bei 15 gezeigt) Bildsignale in Serienform zu erzeugen.

Während bei der Ausführungsform nach Fig. 2 die Übergabe aus dem Oberflächenkanal in den vergrabenen Kanal hinter der Elektrode 24 stattfindet, kann diese Übergabe auch unter der Elektrode 24 erfolgen.

Die Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 2 darin unterscheidet, daß das B-Register zwei zusätzliche Elektroden 42 und 44 enthält, wobei die Elektrode 42 wesentlich breiter als die restlichen Elektroden des B-Registers und auch breiter als die Elektrode 44 ist. Der vergrabene Kanal erstreckt sich von der Kanalbegrenzung 46 bis unter die Elektrode 42. Es ist nicht notwendig, den Rand 48 des vergrabenen Kanals allzu genau auszurichten. Dieser Rand 48 sollte wesentlich näher am Rand 50 der Elektrode 42 als am Rand 52 dieser Elektrode liegen, und diese grobe Vorschrift ist relativ einfach zu erfüllen. Die breite Elektrode 42 bringt auch eine Potentialgrube erhöhter Kapazität (verglichen nit dem Fall einer schmalen Elektrode, unter der Bereiche sowohl des vergrabenen Kanals als auch des Oberflächenkanals vorhanden sind). Die erhöhte Kapazität der Potentialgrube erlaubt die vorübergehende Speicherung von La-

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dung, während Ladungen im C-Register aus diesem Register hinausgeschoben werden, wie es in Pig. 5 dargestellt ist.

Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Pig. 4 wahrend der Übertragung vom B-Register in das C-Register ist in Pig. 5 veranschaulicht. Die verschiedenen dargestellten Substratpotentiale können aus der graphischen Darstellung nach Pig. 3 ermittelt werden, worin die Beziehung zwischen dem Gateelektrodenpotential und dem Substratpotential gezeigt ist. Die Pig. 5 zeigt bei a) die verschiedenen Substratpotentiale im Augenblick, wo das Ladungssignal an der φ_Β2~ Elektrode 41 ankommt. Diese Elektrode liegt auf +10 Volt, um ein Substratoberflachenpotential von 8 Volt zu erzeugen. Die Elektrode 42 liegt auf +6 Volt,um unter ihrem Bereich 42a ein Substratoberflachenpotential von 5 Volt und unter ihrem Bereich 42b ein Potential von +14,5 Volt für den vergrabenen Kanal zu erzeugen. Es sei angenommen, daß die Potentialgrube 60 unter der Elektrode 41 relativ voll ist, so daß ein Teil des Ladungssignals über die 5-Volt-Barriere lauft und in die Potentialgrube 62 unter dem Teil 42b der Elektrode 42 fließt.

Wahrend der folgenden Zeitspanne, die bei b) in Pig. 5 veranschaulicht ist, ist das Potential φ«« der Elektrode 41 von +10 Volt auf +2 Volt verringert. Das Oberflächenpotential unter der Elektrode 41 ist entsprechend auf etwa +1,7 Volt vermindert, so daß der Rest des unter der Elektrode 41 befindlichen Ladungssignals in die Grube 62 fließt· Während dieser Zeitspanne (und auch während der vorangegangenen Periode) liegt die Gateelektrode 44 auf einem Potential V^o v<>ⁿ ~8 Volt, um eine +2,8 Volt-Barriere zu bilden und dadurch zu verhindern, daß irgendwelche Teile des unter der Elektrode 42 vorhandenen Ladungssignals in das C-Register fließen.

Während des nächstfolgenden Zeitintervalls, das bei c) in Pig. dargestellt ist, ist das der Elektrode 42 angelegte Potential V_G1 von +6 Volt auf -8 Volt verringert, und gleichzeitig ist

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das der Elektrode 44 angelegte Potential V_G2 von -8 Volt auf 0 Volt erhöht. Diese Potentialänderungen haben zur Folge, daß die Tiefe der Potentialgrube unter dem Bereich 42b der Elektrode 42 geringer wird und daß die Potentialbarriere unter der Elektrode 44 verschwindet und dort das gleiche Potential von +9,5 Volt entsteht, wie es der vergrabene Kanal unterhalb der Elektrode 53 des C-Registers hat. Unter diesen Bedingungen läuft das unter dem Teil 42b der Elektrode 42 gespeicherte Ladungssignal unter die Elektroden 44 und 53, wie es bei c) in Fig. 5 veranschaulicht ist. Gleichzeitig bewirkt die Abnahme der Spannung V_G>., daß die Höhe der unter dem Bereich 42a der Elektrode 42 befindlichen Barriere von 5 Volt auf 0 Volt abnimmt. Zur gleichen Zeit wird die der Elektrode 41 angelegte Spannung <j>_B2 von +2 Volt auf +10 Volt erhöht, so daß ein neues Ladungssignal aus dem B-Register in die dadurch gebildete 8-Volt-Grube fließt. Selbst wenn diese Grube hierdurch voll wird, kann dieses Ladungssignal wegen der O-Volt-Barriere unter dem Bereich 42a der Elektrode 42 nicht unter die Elektrode 42 gelangen.

Die Fig. 5 zeigt bei d) dieselben Bedingungen, wie sie bei a) dargestellt sind. Die sich hier abspielenden Vorgänge werden bei Betrachtung dieser Figur deutlich. Die Spannung V«₂ liegt bei -8 Volt, so daß am vergrabenen Kanal eine +2,8-Volt-Barriere vorhanden ist, die das B-Register vom C-Register trennt. Das Ladungssignal unter der Elektrode 53 kann nun mit hoher Geschwindigkeit längs des C-Registers weitergegeben werden, um am Ausgangsanschluß 15 (Fig. 1) die Bildsignale in Serienform zu liefern.

Es ist auch möglich, sowohl das B-Register als auch das C-Register mit vergrabenen Kanälen auszulegen. Die Übergabe von dem mit Oberflächenkanälen ausgebildeten Α-Register kann in diesem Fall nach der in Fig. 2 veranschaulichten Methode erfolgen, oder gewünachtenfalls kann auch eine gesonderte Gateelektrode größerer Breite verwendet werden, wie es in den Figuren 4 und 5 veranschaulicht ist. Ein Nachteil dieser Aus-

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führungsform besteht darin, daß in einem solchen B-Register die Kapazität der Potentialgruben für Ladungssignale kleiner ist als bei dem gleich großen mit Oberflächenkanal ausgelegten Α-Register. Diese Eigenheit läßt sich nicht ausgleichen, ohne daß andere Probleme entstehen. Wenn man beispielsweise die Elektroden im B-Register breiter macht, um deren Fläche zu vergrößern, dann wird die Vertikalauflösung geringer. Wenn jedoch nur das C-Register mit vergrabenem Kanal ausgelegt ist, wie es die Figuren 2, 4· und 5 zeigen, dann kann man eine erhöhte Ladungsspeicherkapazität einfach dadurch erreichen, daß man die Breite des CCD-Kanals des C-Registers vergrößert, wie es dargestellt ist. Durch diese Maßnahme wird die Auflösung nicht vermindert, weil hier die vergrößerte Breite in Vertikalrichtung geht· Die Horizontalauflösung wird aus den bereits beschriebenen Gründen verbessert.

Ein mit vergrabenem Kanal ausgelegtes Register für den dargestellten Typ eines Bildaufnahmegeräts mit P-leitendem Substrat (N-leitendem Kanal) kann auf folgende Weise hergestellt werden: Bevor Elektroden aufgebracht werden, wird zunächst eine relativ dicke Schicht (5000 2) aus Siliziumdioxid durch thermisches Wachstum auf dem Substrat gebildet, indem das Substrat erhitzt wird. Dann wird mit Hilfe photolithographischer Verfahren die Oxidschicht an demjenigen Teil des Substrats entfernt, wo der vergrabene Kanal zu bilden ist. Hierauf wird ein zur N-Leitung führender Stoff wie z.B. Phosphor in das Substrat implantiert. Bei einem in der Praxis ausgeführten Verfahren mit Phosphor-

12 —? dotierung wurde eine Dosis von 1,3x10 cm mit einer Spannung von 200 KeV implantiert. Die weitere Herstellung des Bildaufnahmegeräts erfolgt dann auf herkömmliche Weise. Die Oxidschicht an den Kanälen mag bei allen Registern einschließlich des mit vergrabenem Kanal ausgelegten Registers 2000 A betragen und durch thermisches Wachstum gebildet werden.

Die vorstehend beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen der Erfindung, bei denen P-leitende Substrate und N-Implantationen

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zur Bildung der vergrabenen Kanäle verwendet werden, sind lediglich als Beispiele anzusehen, d.h. man kann das Gerät auch mit Oberflächenkanälen auf N-leitendem Substrat ausbilden und die vergrabenen Kanäle durch P-leitende Bereiche an der Oberfläche des Substrats schaffen. In diesem Fall sind die Polaritäten der zum Betrieb verwendeten Spannungen entsprechend zu ändern.

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Claims

Patentansprüche

(i/ Mit Feldübertragung arbeitendes Bildaufnahmegerät aus ladungsgekoppelten Elementen (CCD-Bauweise), mit einem ersten Register in CCD-Bauweise, dessen Kanaltyp ein Oberflachenkanal ist und das als Antwort auf ein aufprojiziertes Strahlungsbild Ladungssignale erzeugt und speichert, ferner mit einem zweiten Register in CCD-Bauweise,das mit dem ersten Register gekoppelt ist und in welches ein Feld von LadungsSignalen aus dem ersten Register zum Zwecke der Zwischenspeicherung einschiebbar ist, sowie mit einem dritten Register in CCD-Bauweise, das mit dem zweiten Register gekoppelt ist, um von dort die zu jeweils einer Zeile des Feldes gehörenden Ladungssxgnale parallel zu empfangen, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Register (14·) ein Typ mit vergrabenem Kanal ist.
2. Sildaufnahmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Register (10) aus einer Vielzahl von sich in der Spaltenrichtung des Feldes erstreckenden CCD-Kanälen besteht, deren jeder im wesentlichen die gleiche Breite in Zeilenrichtung hat, und daß das dritte Register (14-) aus einem sich in Zeilenrichtung erstreckenden CCD-Kanal besteht; daß der Kanal des dritten Registers eine in der Spaltenrichtung gemessene Breite (w) hat, die wesentlich größer als die Breite der CCD-Kanäle des ersten Registers (10) ist.
3. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des CCD-Kanals des dritten Registers (14-) mindestens doppelt so groß wie die Breite der CCD-Kanäle des ersten Registers (10) ist.
4. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß das zweite Register (12) aus einer Vielzahl von sich in Spaltenrichtung des Feldes erstreckenden CCD-Kanälen und aus einer Vielzahl von sich in Zeilenrichtung über die Spalten der CCD-Kanäle erstreckenden Elektroden besteht, die alle im wesentlichen gleiche Breite haben; daß das zweite Register (12) in Spaltenrichtung gesehen hinter seiner dem ersten Register (10) am weitesten entfernt liegenden Registerelektrode (4-1) eine erste Gateelektrode (4-2) aufweist, deren Breite wesentlich größer als die Breite der anderen Registerelektroden des zweiten Registers ist und hinter der sich eine zweite Gateelektrode (44) befindet, die unmittelbar an das dritte Register (14) angrenzt; daß sich die erste und die zweite Gateelektrode quer über die Spalten der CCD-Kanäle erstrecken; daß das mit vergrabenem Kanal ausgelegte dritte Register (14) aus einem Substrat eines ersten Leitungstyps besteht, das einen Oberflächenbereich eines dazu entgegengesetzten Leitungstyps aufweist, der bis unter die besagte erste Gateelektrode (42) reicht und sich im wesentlichen über die gesamte Länge der ersten Gateelektrode erstreckt ·
5. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Register (12) eine Vielzahl von sich in Zeilenrichtung erstreckenden Elektroden aufweist, deren letzte (24) in unmittelbarer Nachbarschaft des dritten Registers (14) liegt und die alle quer über die Spalten der CCD-Kanäle laufen; daß das mit vergrabenem Kanal ausgelegte dritte Register (14) ein Substrat eines ersten Leitungstyps aufweist, auf dem ein Oberflächenbereich eines dazu entgegengesetzten Leitungstyps gebildet ist, der an einem hinter der letzten Elektrode des zweiten Registers liegenden Bereich des Substrats en£det und überlappungsfrei mit dieser letzten Registerelektrode ist.
6. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aweite Register (12) eine Vielzahl von sich in Zeilen-

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richtung erstreckenden Elektroden aufweist, deren letzte in unmittelbarer Nachbarschaft des dritten Registers (14-) liegt und die sich alle quer über die Spalten der CCD-Kanäle erstrecken, und daß das mit vergrabenem Kanal ausgelegte dritte Register (14-) ein Substrat eines ersten Leitungstyps aufweist, auf dem ein Oberflachenbereich eines dazu entgegengesetzten Leitungstyps gebildet ist, der vom dritten Register bis unter die letzte Registerelektrode des zweiten Registers reicht und sich im wesentlichen über die gesamte Länge dieser letzten Registerelektrode erstreckt.
7. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Register (10) aus einer Vielzahl von sich in Spaltenrichtung des Feldes erstreckenden CCD-Kanälen besteht, die mit den CCD-Kanälen des zweiten Registers (12) ausgerichtet sind und die alle im wesentlichen die gleiche Breite in Zeilenrichtung haben, und daß sich der vergrabene Kanal des dritten Registers (14) in Zeilenrichtung erstreckt und in Spaltenrichtung eine Breite hat, die wesentlich größer als die Breite der Kanäle des ersten und des zweiten Registers (10, 12) ist.
8. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanaltyp des zweiten Registers (12) ein vergrabener Kanal ist.
9. Bildaufnahmegerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanaltyp des zweiten Registers (12) ein Oberflächenkanal ist.

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