DE2826195C2 - Mit Wechselstrom betriebenes Flüssigkristall-Lichtventil - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen den Zwischenschichten (14, 16) und dem Halbleiterkörper (10) eine dielektrische Isolierschicht (12) angeordnet ist, und
daß die Wechselspannungsquelle (53) den Elektrodenschichten {iß, 22) eine Wechselspannung zuführt, die bewirkt, daß der der Halbleiterkörper (iö) infoige der Kondensator-Funktion der Elektrodenschichten (20, 22) und der dielektrischen Isolierschicht (12) praktisch vollständig von beweglichen Ladungsträgern entblößt ist.

2. Lichtventil nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (160) an die dielektrische Isolierschicht (140) angrenzende, hochdotierte Stellen (240) aufweist, die eine mikroskopisch feine Netzstruktur und Bereiche mit einer hohen Konzentration unbeweglicher Ladungsträger bilden.

3. Lichtventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechsel pannung zumindest während des größten Teils eines Wechselspannungs-Zykiüs eine die vollständige Ladungsträger-Verarmung in dem Halbleiterkörper bewirkende Größe aufweist.

4. Lichtventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Halbleiterkörper (10; 160) zugeordnete Elektrodenschicht (22) eine Halbleiterschicht vom selben Leitungstyp wie der des Halbleiterkörpers (10; 160) ist und daß die Elektrodenschicht (22) stärker dotiert ist als der Halbleiterkörper (10; 160).

5. Lichtventil nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Isolierschicht (12) aus Siliziumdioxid besteht.

Die Erfindung betrifft ein mit Wechselstrom betriebenes Flüssigkristall-Lichtventil nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Ein derartiges Lichtventil ist z. B. aus der DE-OS 50 933 der selben Anmelderin bekannt. Dabei besteht der Halbleiterkörper aus zwei Halbleiterschichten, welche einen dazwischenbefindlichen pn-Übergang bilden. Eine Schicht weist am Übergang eine große Anzahl von Störstellen auf. Eine einzige Zwischenschicht zwischen dem Halbleiter und der Fiüssigkristall-Änordnung umfaßt einen dielektrischen Spiegel, der eine Isolierschicht zur Optimierung der Funktion des zu reflektierenden Lichtes bildet und keinen wesentlichen Einfluß auf die Bildung einer Verarmungszone, insbesondere nicht im Bereich des pn-Übergangs hat.

Bei diesem bekannten Lichtventil wird die Wechselspannung an die, die Flüssigkristallanordnung und den Halbleiter seitlich einschließenden, transparenten Elektroden angelegt Während eines Teils des Wechselspannungs-Zyklus wird der pn-Übergang gegengesetzt vorgespannt, so daß die Tiefe der Verarmungszone im Halbleiterkörper anwächst und bei völliger Dunkelheit bis zu dessen voller Breite reichen kann. Je größer jedoch der Lichteinfall auf den Halbleiterkörper wird, umso stärker wird die Verarmungszone zurückgedrängt so

U) daß ein Iichteinfallsabhängiger Modulationseffekt entsteht Diese Photomodulation der Dicke der Verarmungszone resultiert in einer entsprechenden Modulation der zugehörigen Spannungspotentiale an der Flüssigkristallschicht bzw. an den Halbleiterschichten, was fü. die aufgabengemäße Funktion notwendig ist Dabei wird zur Beibehaltung einer hohen Auflösung auch im beleuchteten Zustand eine abgestimmte Störstellenschicht am pn-Übergang vorgesehen und dadurch erreicht, daß die photoerzeugten Ladungsträger sehr nahe

2C am Übergang gehalten werden, v/eil dies der einzige Bereich innerhalb der Gesamtanordnung ist, wo der Verarmungsbereich beinahe immer existiert Werden jedoch Ladungsträger zwar innerhalb des Halbleiterkörpers aber außerhalb der Verarmungszone gebildet, dann bewirkt die Seitendiffusion der Ladungsträger einen erheblichen Auflösungsverlust.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Lichtventil der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei welchem auch bei verstärktem Lichteinfall eine scharfe Auflösung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Dabei wird der zusätzliche Vorteil erreicht, daß immer Überschußladungsträger auf den als Kondensatorwände wirkenden Elektrodenschichtcn vorhanden sind, so daß keine Änderung des lichtabhän-

wesentlich beeinflussen kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem erfindungsgemäßen Lichtventil wird also ein elektrisches Feld über einem relativ dicken Halbleiterkörper mit einem relativ hohen spezifischen Widersland während eines vorbestimmten Abschnittes der Wcchselspannungs-Periode erzeugt, um den Halbleiterkörper von allen beweglichen Ladungsträgern zu entblößen. Die Verarmung der Ladungsträger in dem Halbleiterkörper erfolgt durch die Anwendung eines Kondensators vom MOS-Typ, der auf einer Oberfläche des Halbleiterkörpers, welche an die Flüssigkristall-Zwischenschichten angrenzt, gebildet wird. Das quer gerichtete und räumlich gleichförmige elektrische Feld des vollständig entblößten MOS-Kondensators wird dazu benutzt, für das Signal charakteristische Minoritälsträger zu sammeln und mittels einer Feldfokussierung während der Verarmungsphase der angelegten Wechselspannung eine räumliche Auflösung zu bewirken.

Obwohl bei einer Ausführungsform der Erfindung als Halbleiterkörper eine Siliciumscheibe benutzt wird, können auch andere Halbleiter-Werkstoffe bcnul/.l werden.

■ ψ. φ Die besonderen Vorteile der Erfindung Umfassen die

^Y !Übertragung eines Bündels von Ladungsträgern, die für Informationssignale charakteristisch sind, gleichzeitig und parallel zueinander von einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers, bei dem es sich Um das Substrat des Lichtventiles handelt, zu dessen gegenüberliegender Seite unter der Wirkung eines Wechselfeldes mit guter räumlicher Auflösung, d. h. ohne seitliche Ausbreitung

der Ladungsträger infolge vort Diffusion. Das Lichtventil ist wechselstrom-betrieben, wodurch die elektrochemische Stabilität der Flüssigkristall-Anordnung verbessert wird. Die für das Signal charakteristischen Ladungsträger, bei denen es sich um Minoritätsträger im Halbleiterkörper handelt, können durch optische Bilder, Röntgenstrahlen, Elektronen hoher Energie oder unter Verwendung einer Anordnung von ladungsgekoppelten Bauelementen eingebracht werden.

Die räumliche Auflösung, die mittels einer Feldfokussierung während der Verarmungs- oder Entblößungsphase der zugeführten Wechselspannung bewirkt wird, kann noch durch eine zusätzliche Fokussieranordnung verbessert werden, welche die Form einer mikroskopisch feinen Netzstruktur im Halbleiterkörper annimmt. Unter Netzstruktur soll hier eine Struktur verstanden werden wie beispielsweise ein Mikrokanal-Netz, also eine Netzsiruktur aus Halbleiterbereichen höherer Leitfähigkeit, die beim Normalbetrieb während des Verarmungsteiles der Wechselspannungsperiode von beweglichen Ladungsträgern ebenso vollständig entblößt ist wie der Rest des einen höheren spezifischen Widerstand aufweisenden Halbleiterkörpers. Dieses Mikronetz, das auf dem Substrat eine Vielzahl von Auflösungszeilen bildet hat im verarmten Zustand eine höhere Konzentration von unbeweglichen Ladungsträgern als die benachbarten Abschnitte des Halbleiterkörpers, weil es eine erhöhte Konzentration von Verunreinigungen aufweist, und erfüllt seine fokussierende Funktion durch Abstoßen der Signalträger in Richtung auf die Zentren der Auflösungszellen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen schematischen Querschnitt durch ein Flüssigkristall· Lichtventil,

F i g. 2 einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Flüssigkristall-Lichtvcntils, das ein Mikronetz aufweist,

F i g. 3 und 4 in schematischen Querschnitten weitere Einzelheiten von Lichtventilen,

F i g. 5 eine schematische Draufsicht auf das Fokussicr-Mikronetz eines Flüssigkristsll-Lichtventils und

F i g. 6a bis 6d Diagramme von Spannungen und Strömen, welche bei einem Flüssigkristall-Lichtventil auftreten, das ein Mikronetz zur Auflösungsverbesserung aufweist.

Das in F i g. 1 dargestellte, mit Wechelstrom angeregte Flüssigkristall-Lichtventil umfaßt ein Silicium-Substrat 10 mit hohem spezifischem Widerstand, das auf einer Seite mit einer Gate-Isolierschicht 12 aus S1O2 versehen ist, der eine Lichtsperrschicht 14, ein dielektrischer Spiegel 16, eine Flüssigkristallschicht 18 und eine durchsichtige Gegenelektrode 20 folgt. Auf der anderen Seite des Substrates 10 befindet sich eine dünne Elektrodenschicht 22, eine Passivierungsschicht 24 aus S1O2 und eine Kontaktleiste 25 aus Aluminium. Eine Spannungsquelle 53 ist an die Kontaktleiste 25 der Elektrodenschicht 22 und an die Gegenelektrode 20 angeschlossen. Das Siücium-Substrat 10 des Lichtventils nach Fig. 1 ist p-Typ mit einem ,typischen spezifischen Widersland von mehr als 1 kD -cm. Ein p-Halbleiterkörper wird häufig auch mit dem Symbol π bezeichnet, wogegen ein η-Material mit hohem spezifischen Widerstand häufig auch mit dem Symbol ν bezeichnet wird. Obwohl bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ein π-Material benutzt wird, kann das Lichtventil ebenso gut auch mit einem y-Material verwirklicht werden, wobei dann die Spannungs- und Strompolaritäten umgekehrt werden müssen.

Das Halbleitermaterial 10 kann eine Dicke in der Größenordnung von 75 bis 250 μΐη aufweisen und sollte auf beiden Seiten chemisch-mechanisch poliert sein, um zu beiden Seiten optisch ebene und zueinander parallele Flächen zu erzeugen. Auf der der Isolierschicht 12 zugewandten Seite weist das Substrat isolierende Kanalbegrenzungen 26 auf, um den aktiven ^-Bereich von der schädlichen Wirkung einer Minoritätsträger-Erzeugung an den Außenflächen des Substrates und einer Ladungsinversion, wie sie typischerweise an SiC^-Grenzflächen von p-Silicium vorliegt, zu schützen. Bei diesen Kanalbegrenzungen 26 handelt es sich für ein Substrat vom ^•-Typ um p⁺-8ereiche, die durch eine starke Dotierung vorbestimmter Bereiche des Substrates mit Verunreinigungen vom p-Typ gebildet werden, beispielsweise mittels Gasdiffusion oder Ionenimplantation. Die dünne Elektrodenschicht 22 ist in dem Siliciumsubstrat durch starke Dotierung gebildet und wird b?' einem Substrat vorn ;r-Typ durch einen p ⁺ -Bereic·) gebildet. Der Zweck dieser Elektrodenschicht besteht darin, zur Rückseite des Substrates einen gleichförmigen ohmschen Kontakt herzustellen, so daß das elektrische Potential der gesamten Rückseite des Substrates und an Stellen innerhalb des Substrates gemäß der angelegten Vorspannung erhöht oder gesenkt werden kann. Diese Schicht muß jedoch für Licht durchlässig sein, so daß Photonen die Schicht durchdringen können, ohne in nennenswertem Maße absorbiert zu werden. Um diese Forderung zu erfüllen, ist es erforderlich, die Schicht optisch dünn auszubilden, was bedeutet, daß die Dicke geringer sein muß als der Kehrwert des Absorptionskoeffizienten für Photonen der Wellenlängen im Spektralbereich von 0,4 bis 1,0 μπα. Damit diese Schicht einen gleichförmigen elektrischen Kontakt ergibt, ist außerdem eine degenerative Dotierung erwünscht. Die Passivierungsschicht 24 besteht typischerweise aus einer dünnen SiCVSchicht, die dazu dient, die Oberfläche des Silicium-Substrats zu schützen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Substrates 10 befindet sich eine Gate-Isolierschicht 12, bei der es sich typischerweise um eine SiO₂-Schicht handelt. Diese SiO₂-Schirht ist die dielektrische Schicht eines MOS-Kondensators, dei auf dem Substrat 10 gebildet ist. Dieser Gate-Isolierschicht 12 benachbart ist eine Cermet-Lichtsperrschicht 14, die bei diesem Lichtventil dazu dient, das Projektionslicht zu absorbieren, das wegen des begrenzten Reflexionsvermögens des dielektrischen Spiegels i6 vom Spiegel übertragen werden könnte. Bei CdS-Lichtventilen ist eine CdTe-Schicht vorhanden, welche die gleiche Funktion hat wie die Cermet-Schicht 14 bei dem Lichtventil nach F i p. 1. Eine CdTe-Schicht ist jedoch für das Lichtventil nach F i g. 1 ungeeignet, weil es Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 0,85 μιη absorbiert, während das Siücium-Substrat bis zu einer Wellenlänge von annähernd 1,1 μη"· photoempfindlich ist, also bis in den nahen Infrarotbereich des optischen Spektrums. Die Cermet-Schicht K besteht aus einem Stapel von abwechselnden Metallteilchen, wie beispielsweise Zinn, Indium und.Blei, in dielektrischen Schichten, beispielsweise aus Αί2θ3. Wenn die Metallteilchen jn relativ dünnen Filmen angeordnet werden, coagulieren sie zu einer dichten Anordnung kleiner Metallinseln, die elektrisch nicht zusammenhängen, jedoch die optischen Eigenschaften der Metalle im Bereich der Wellenlängen des sichtbaren Lichtes behalten. Die Verwendung von abwechselnden Schichten dieser von einem Isolator ge-

trennten Metalltröpfchen vermindert noch weiter die elektrische Leitung in der Ebene einer Schicht und erlaubt die kapazitive Kopplung von Ladungen zwischen den Metallinseln benachbarter Filme. Wenn der Abstand zwischen diesen Metallinseln im Verhältnis zur Dicke der isolierenden Filme relativ groß ist, dann ist die Impedanz sowohl bei Gleichstrom als auch bei Wechselstrom für eine Ladungsübertragung in der Ebene sehr viel größer als diejenige zwischen den Ebenen, so daß ein anisotropisch leitendes Material mit den optischen Eigenschaften von Metall erzeugt wird. Wenn viele abwechselnde Filme in eine einzige Schicht eingebracht werden, ist die Undurchsichtigkeit der kombinierten Filme durch die vielfache Lichtstreuung an den vielen willkürlich verteilten Metallinseln nocht weiter verstärkt. Da die Inseln aus Metall bestehen und durch Anregung freier Elektronen Licht absorbieren, hat diese Cermet-Schicht eine geringe optische Durchlässigkeit in einem größeren Spektraibereicn, ais es mit Haibisoiatoren wie CdTe erreichbar wäre, weil die letztgenannten durch die Breite ihres verbotenen Bandes begrenzt ist. Da die in F i g. 1 dargestellte Anordnung zur Verwendung mit Wechselstrom bestimmt ist, ist es nicht erforderlich, daß die Cermet-Schicht eine geringe Gleichstrom-Leitfähigkeit senkrecht zur Schichtebene aufweist.

Bei der Schicht 16 handelt es sich um einen dielektrischen Spiegel, beispielsweise um einen TiCVSiOj-Spiegel. Die Schicht 18 ist eine elektro-optische Flüssigkristallschicht, deren Dicke durch dielektrische Abstandsstücke 19 bestimmt ist, welche die Flüssigkristallschicht begrenzen und beispielsweise aus S1O2 bestehen können. Die Gegenelektrode 20 ist für Licht durchlässig und grenzt an die Flüssigkristallschicht 18 an.

Dieses Lichtventil macht von den elektro-optischen Eigenschaften nematischer Flüssigkristalle Gebrauch, um einen projizierten Ausgangs-Lichtstrahl optisch zu modulieren. Dsbsi wird entweder mit dsm 45° vsrdriütnematischen oder dem doppelbrechend farb-schaltenden Betriebszustand gearbeitet. Bei beiden Phänomenen existiert eine Spanungsschwelle VV, unterhalb welcher die Moleküle der Schicht ihre ursprüngliche Ausrichtung parallel oder senkrecht zu den Elektroden-Oberflächen beibehalten. Wenn die Effektivspannung über der Flüssigkristallschicht die Schwellenspannung Vt überschreitet, dann tritt eine Umorientierung der Moleküle in einem Ausmaß ein, der von der Größe der dielektrischen Anisotropie des speziellen verwendeten Flüssigkristalles und der Größe der Überspannung Vcl— VVabhängt Dieser Effekt führt zu einer optischen Doppelbrechung, die leicht dazu benutzt werden kann, die Phase eines polarisierten Lichtstrahles zu verzögern und dabei eine FarbVIntensitäts-ModuIation proportional zu Vcl— Vtzu erzeugen.

Bei einem speziellen Silicium-MOS-Lichtventil wurde ein Silicium-Substrat vom p-Typ mit einem spezifischen Widerstand Yon etwa 40 kil - cm und einer Dicke von etwa 0,15 mm benutzt Auf einer Oberfläche des Substrates wurde durch thermische Oxydation eine SiO2-Schicht mit einer Dicke von 100 nm als Gate-Isolierschicht gebildet Auf der anderen Seite wurde als Elektrode eine p⁺-Kontaktschicht durch Eindiffundieren von Bor erzeugt Da ein He-Ne-Laserstrahl benutzt wurde, um das Ausgangssignal des Lichtventils zu projizieren, wurde ein auf Rot abgestimmter, siebenpaariger, dielektrischer SKVTiOi-Spiegei dazu benutzt, das Silicium-Substrat optisch von dem Lesestrahl zu trennen, so daß die Notwendigkeit für eine getrennte Lichtsperrschicht nicht bestand. Eine Flüssigkristallschicht wurde senkrecht auf eine Elektrodenfläche ausgerichtet und dann mit dem übrigen Teil des Lichtventilcs vereinigt. Dieses Lichtventil zeigte sowohl eine gute Fhotocmpfindlichkeit als auch eine gute räumliche Auflösung unter Verwendung von grünem Eingangslicht mit Intensitäten von etwa 300 μ W/cm² und verschiedenen Formen der Eingangsspannung mit Frequenzen zwischen 100 kHz und 5 MHz.
Bei der in Fig.2 schematisch dargestellten Ausführungsform handelt es sich um Lichtventil, das durch eine aus ladungsgekoppelten Bauelementen bestehende Anordnung angesteuert wird. Das Lichtventil empfängt von der ladungsgekoppelten Anordnung ein Gleichspannungs-Signal und setzt es in ein Wechselspannungs-Signal um, dessen mittlere Ladung Null beträgt und welches den Flüssigkristall aktiviert. Es umfaßt eine durchsichtigte Elektrode 50, eine Flüssigkristallschicht 80, einen mehrlagigen dielektrischen Spiegel 100, eine Lichcsperrsehiehi 120, eine SU^-iSöiicrSChichi 140, ein Silicium-Substrat 160 mit hohem spezifischen Widerstand, eine epitaxiale Siliciumschicht 180, eine Siliciumdioxid-Schicht 200 und einen Satz von CCD-Elektrodcn 220. Die Kombination aus dem mehrlagigen dielektrischen Spiegel 100 und der Lichtsperrschicht 120 bildet eine Anordnung zur optischen Isolierung des Flüssigkristalls von dem Substrat und der ladungsgekoppelten Anordnung des Lichtventils. In dem Silicium-Substral 160 befind,;: sich eine ein Mikronetz 240 bildende Struktur, die dazu dient, die Signal-Ladungsträger zu fokussieren. Diese Mikronetz-Struktur definiert Zellenberciche. Obwohl diese Struktur in Verbindung mit einem Silicium-Substrat vom p-Typ beschrieben wird, versteht es sich, daß nach der Erfindung auch Lichtventile aufgebaut werden können, die ein Silicium-Substrat vom n-Typ oder Substrate aus anderen Halbleitermaterialien aufweisen, die mit Verunreinigungen dotiert sind, wel-/*hft ierlon hialifsHiopn I pitfühiokpitctvn hpQtimmpn Rf¹I

einem speziellen Beispiel wurde ein Silicium-Substrat vom p-Typ mit der kristallographischen Orientierung < 100 > verwendet Der spezifische Widerstand des Substrates kann in weiten Grenzen schwanken, obwohl für eine gute Auflösung ein spezifischer Widerstand von mehr als 1 kD. · cm bevorzugt wird. Da es sich hierbei um ein Material vom p-Typ mit hohem spezifischen Widerstand handelt, wird es auch manchmal als ^r-Typ bezeichnet Zwischen die epitaxiale Siliciumschicht 180 und die durchsichtige Elektrode 50 ist ein Wechselspannungsquelle 260 geschaltet
Im Betrieb nimmt ein CCD-Eingangsregister serielle Eingangsdaten auf, speichert und formiert sie für eine nachfolgende Parallelverarbeitung. Dies erfolgt beispielsweise in der Weise, daß das CCD-Eingangsregister seriell eine Zeile an Informationen aufnimmt und, nachdem es gefüllt ist, die Information parallel in eine paral-IeIe CCD-Gruppe überträgt Danach wird das Eingangsregister mit einer neuen Zeile an Informationen gefüllt, während die erste Zeile der Informationen um einen Schritt in der Parallelanordnung verschoben wird. Dann wird die zweite Informationszeile von dem seriellen Eingangsregister in die erste Stufe der Parallelanordnung übertragen. Der gleiche Vorgang wird wiederholt, bis die Parallelanordnung ein gesamtes Bild an Informationen enthält Dann wird das gesamte Informationsbild gleichzeitig mittels der Leseeinrichtung zur vorübergebender. Speicherung auf die Flüssigkristallschicht über-, tragen, wo sie dazu benutzt wird, einen Laser-Lesestrahl räumlich zu modulieren. Die Leseeinrichtung arbeitet mit Wechselspannung unter Verwendung der S1O2-ISO-

licrschicht, die verhindert, daß eine Gleichstromkomponente die Anordnung durchfließt Durch die SiO₂-IsO-licr.schiehl entsteht die elektrische Funktion eines MOS-Kondcnsators. Die an diesen Kondensator angelegte Spannung hat eine derart gewählte Form, daß während der größten Zeit die SiO₂-Schicht 140 in bezug auf die .geerdete Epitaxialschicht 180 positiv vorgespannt ist. Für die restliche Zeit der Periode ist die SiOj-Schicht 140 geerdet. Die Frequenz der Spannungsquelle ist so gewählt, daß sie mit der Bildfrequenz übereinstimmt. Während des positiven Teils der Periode ist das Λτ-Substrat 160 und mit ihm das Mikronetz 240 von beweglichen Ladungsträgern vollständig entblößt. Die Verarmungszone erstreckt sich auch in einen kleinen Teil der Epitaxialschicht 180, und es ist dieses Eindringen im Bereich zwischen den Mikronetz-Bereichen tiefer. Die Bereiche des Mikronetzes wirken wie Bereich mit unbeweglichen negativen Ladungen, welche die Signal-Elekironcn abstoßen, infolgedessen wirki das Niikronciz wie ein Fokussiergitter, das die Elektronen in Richtung auf die Mitten der Bereiche zwischen den dotierten Regionen abstößt. Ladungsträger, die aus der Kontrolle durch die CCD-Elektroden entlassen werden, diffundieren in einen Teil der Epitaxialschicht und werden dann von dem elektrischen Feld über den verarmten Bereich der Epitaxialschicht und die gesamte Dicke des ^τ-Substrats geschwemmt und erreichen die Si/SiOrGrenzfläche an Stellen zwischen dem Mikronetz. Die Anwesenheil dieser Ladungen ändert den Spannungsabfall an dem Flüssigkristall, wodurch dieser aktiviert wird. Die Ladungsträger werden an der Si/SiCVGrenzfläche an den Stellen innerhalb des Mikronetzes gespeichert, bis die Vorspannung an der SiO₂-Schicht verschwindet was zu einem Zusammenbrechen der verarmten Zone führt. Zu dieser Zeit diffundieren die Minoritätsträger, bei denen es sich in diesem Fall um Elektronen handelt, in den ~ Bereich wo es während des restlichen Teiles der Vorspannungs-Periode zu einer Rekombination kommt.

F i g. 3 zeigt schematisch einen Abschnitt des Lichtventils nach F i g. 2, der das Substrat 160 des Lichtventils mit einer CCD-Struktur umfaßt, die das aktivierende Eingangssignal liefert. Es umfaßt eine Siliciumscheibe 160 vom Λτ-Typ, also mit hohem spezifischem Widerstand, die auf einer Seite eine SiCVSchicht 140 und auf der anderen Seite eine epitaxiale Siliciumschicht 180 vom p-Typ aufweist Zur Epitaxialschicht 180 benachbart befindet sich eine SiO₂-Schicht 200, auf der CCD-Elektroden 220 angebracht sind. Eine Spannungsquelle 260 ist einerseits an die Epitaxialschicht 180 und andererseits an eine transparente Elektrode 50 angeschlossen.

Fig.4 zeigt schematisch im Querschnitt einen Teil eines Lichtventils mit Photoaktivierung. Es umfaßt ein Silicium-Substrat 160 vom Λτ-Typ, das auf einer Seite mit einer SiO₂-Schicht 140 versehen ist. Der SiO₂-Schicht benachbart befindet sich im Substrat ein Mikronetz 240. Auf der anderen Seite des Substrats befindet sich eine transparente Elektrode 280, die durch starkes Dotieren eines relativ dünnen Abschnittes des Substrates mit einer Verunreinigung vom p-Typ gebildet ist. Bei der Elektrode handelt es sich demnach um einen p⁺-Bereich. Anschließend an die Elektrode 280 befindet sich eine dünne, durchsichtige SiCVSchicht 300. Eine Spannungsquelle 260 ist an eine transparente Elektrode 50 und die transparente Elektrode 280 angeschlossen. Das zum Einschreiben von Informationen dienende Licht 320 durchdringt die SKVSchicht 300 und die p⁺-Schicht 280 und erreicht das Silicium-Substrat 160 vom ;r-Typ, das für die empfangene Strahlung empfindlich ist. In jeglicher anderer Hinsicht ist die Arbeitsweise des photonktivierlen FIUssigkrislall-Lichtvcntiles mit der Arbeitsweise des CCD-gesteuerten Flüssigkristall-Lichtventiles identisch.

Fig.5 zeigt schematisch die Draufsicht auf eine Scheibe für ein Flüssigkristall-Lichtventil, welche die Relativstellung der Mikronetz-Bereiche oder Mikro-,Kanalbegrenzungen aufzeigt, wie sie oben erwähnt

,10 worden sind. In der Siliciumscheibe 160 ist eine mäßig dotierte Netzstruktur 240 gebildet, um eine Anordnung von Auflösungszellen 420 zu bilden, die aus ,τ-SiIicium bestehen. Eine Kanalbegrenzung 360 vom p⁺-Typ ergibt eine Art von Feldisolierung. Das Mikrokanalnetz 240 wird entweder durch Ionenimplantation oder durch Diffusion erzeugt und hat eine ebene Oberfläche, um eine gute Ausrichtung des Flüssigkristalls zu gewährleisten. Der Dotierungs-Pegel und die Tiefe des Netzes sind so gewählt, daß das Netz während normaler Arbeitsbedingungen von Ladungsträgern verarmt oder entblößt ist. Da das Netz Bereiche mit unbeweglichen negativen Ladungen bildet, welche Elektronen abstoßen, werden die übertragenen Elektronen auf die Mitte der Zellen fokussiert.

In den Fig. 6a bis 6d ist der Verlauf von Spannungen und Strömen sowie ein Äquivalent-Schaltbild dargestellt, um die Wirkungsweise eines Lichtventils zu erläutern. F i g. 6a zeigt die von der Spannungsquelle 260 in F i g. 2 gelieferte Vorspannung. Die Spannung hat einen Wert von 0 V während der Zeit T₂ (Akkumulationsphase) und die Spannung V, welche einen typischen Wert zwischen 50 und 100 V haben kann, während der Zeit Ti (Verarmungsphase). Die Zeit 7Ϊ ist sehr viel größer gewählt als die Zeit T₂. Der Flüssigkristall-Strom ist der Ableitung der Spannung proportinal und hat den in F i g. 6b dargestellten Verlauf. Die Stromimpulse, die zwischen den durch die Spannungsquelle hervorgerufenen Stromimpulsen liegen, sind die Signalimpulse. Unter der Annahme, daß die Flüssigkristall-Schicht 80 durch das Äquivalent-Schaltbild nach F i g. 6c dargestellt werden kann und eine ßC-Zeitkonstante von etwa 5 ms aufweist, und unter der Annahme, daß T₂ eine Dauer von 5 ms hat, dann hat die an dem Flüssigkristall anstehende Spannung die in F i g. 6d dargestellte Form.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Mit Wechselstrom betriebenes Flüssigkristall-Lichtventil mit

an eine Wechelspannungsquelle angeschlossenen Elektrodenschichten, zwischen welchen
eine Flüssigkristallschicht,

eine Anzahl Zwischenschichten, die einen dielektrischen Spiegel und eine Lichtsperrschicht umfassen, und ein den Zwischenschichten benachbarter Halbleiterkörper angeordnet ist,