DE2842648A1

DE2842648A1 - Opto-electronic sensor cell with doped semiconductor substrate - has two parallel slots, with differently doped strip-like zones at slot bottoms

Info

Publication number: DE2842648A1
Application number: DE19782842648
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl Ing Knauer; Guenther Dipl Ing Meusburger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1980-05-08

Abstract

The sensor cell substrate has a terminal and two parallel strip zones doped in an opposite sense to the substrate. They have terminals, and an insulating layer at least partly covers this surface of the substrate. A transparent electrode(6) covers the substrate surface between the strip zones. The strip zones(8, 9) run along deeper sides of two parallel slots(3, 4) in the substrate(1). A Schottky contact is(10) formed intermediately in the regions between the two strip zones(8, 9).

Description

Optoelektronische SensorzelleOptoelectronic sensor cell

Die Erfindung bezieht sich auf eine optoelektronische Sensorzelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an optoelectronic sensor cell according to the preamble of claim 1.

Derartige Sensorzellen sind bereits in der Deutschen Patentanmeldung P 27 40 996.7 vorgeschlagen worden. Bei diesen Sensorzellen sind die streifenförmigen Bereiche so angeordnet, daß sie sich bis zu der von der Isolierschicht wenigstens teilweise überdeckten Oberfläche des Halbleitersubstrats hin erstrecken. Der zwischen ihnen eingeschlossene Substratbereich, der durch die von den streifenförmigen Bereichen ausgehenden, sich überschneidenden Raumladungsschichten vom übrigen Substrat getrennt wird, ist in seiner Größe durch die maximalen Betriebsspannungen, die zur Verfügung stehen, und dem sich hieraus ergebenden maximal zulässigen gegenseitigen Abstand der streifenförmigen Bereiche nach oben begrenzt.Such sensor cells are already in the German patent application P 27 40 996.7 has been proposed. These sensor cells are strip-shaped Areas arranged so that they extend to that of the insulating layer at least partially covered surface of the semiconductor substrate extend out. The between substrate area enclosed by them, which is covered by the strip-shaped areas outgoing, overlapping space charge layers separated from the rest of the substrate its size is determined by the maximum operating voltages that are available stand, and the resulting maximum permissible mutual distance of the strip-shaped areas limited upwards.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten Sensorzellen so auszubilden, daß der zur Informationsspeicherung herangezogene Substratbereich zwischen den beiden streifenförmigen Bereichen weiter vergrößert werden kann. Das wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen erreicht. Die Ansprüche 2 bis 6 geben bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Gegenstandes des Anspruchs 1 an. Die Ansprüche 7 bis 14 sind auf Verfahren zum Betrieb von erfindungsgemäß ausgebildeten Sensorelementen gerichtet.The present invention is based on the object to train named sensor cells so that the used for information storage Substrate area between the two strip-shaped areas further enlarged can be. This is according to the invention by the characterizing part of the claim 1 achieved. Claims 2 to 6 give preferred refinements and further developments of the subject matter of claim 1. Claims 7 to 14 are based on methods for operating sensor elements designed according to the invention directed.

Der mit der Erfindung erzielbare Vorteil besteht insbesondere darin, daß sich die von den beiden streifenförmigen Bereichen ausgehenden Verarmungsschichten trotz eines großen, zwischen ihnen befindlichen Substratbereiches mit den normalerweise zur Verfügung stehenden Betriebsspannungen zur Überschneidung gebracht werden können. Mit der Größe des Substratbereiches steigt auch die Größe der in ihm speicherbaren Ladungsmenge, die sich in Abhängigkeit von der durch die Zelle auszuwertenden optischen Information ansammelt. Je größer die speicherbare Ladungsmenge ist, um so größere Intensitäten des einfallenden Lichtes können in Form von elektrischen Signalen ausgewertet werden.The advantage that can be achieved with the invention is, in particular, that the depletion layers emanating from the two strip-shaped areas despite a large substrate area between them with the normally available operating voltages can be brought to overlap. With the size of the substrate area, the size of the areas that can be stored in it also increases Amount of charge, which depends on the optical to be evaluated by the cell Information accumulates. The greater the amount of charge that can be stored, the greater Intensities of the incident light can be evaluated in the form of electrical signals will.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter, bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Sensorzelle nach der Erfindung, Fig. 2 Potentialverläufe im Halbleitersubstrat der Zelle nach Fig. 1 bei einem ersten, bevorzugten Betriebsverfahren, Fig. 3 andere bei dem ersten Betriebsverfahren auftretende Potentialverläufe, Fig. 4 den Aufbau einer Sensorzeile aus Sensorzellen nach Fig. 1, Figuren 5 bis 8 Potentialverläufe analog zu den Figurren 2 und 3 bei einem anderen Betriebsverfahren, Figuren 9 und 10 ein weiteres Betriebsverfahren, Fig. 11 ein zweites Ausführuzigsbeispiel der Sensorzelle nach der Erfindung und Figuren 12 und 13 Potentialverläufe bei einem Betrieb der Sensorzelle nach Fig. 11.The invention is described below with reference to some of the drawings shown in preferred embodiments explained in more detail. They show: FIG. 1 a first Embodiment of the sensor cell according to the invention, FIG. 2 potential curves in the semiconductor substrate of the cell according to FIG. 1 in a first, preferred operating method, Fig. 3 other potential curves occurring in the first operating method, FIG. 4 the structure of a sensor line from sensor cells according to FIG. 1, FIGS. 5 to 8 potential curves analogous to FIGS. 2 and 3 with a different operating method, FIGS. 9 and 10 shows a further operating method, FIG. 11 shows a second exemplary embodiment of FIG Sensor cell according to the invention and FIGS. 12 and 13 potential curves in a Operation of the sensor cell according to FIG. 11.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine optoelektronische Sensorzelle, die auf einem dotierten Ealbleitersubstrat 1 aufgebaut ist, das einen mit einer großflächigen Elektrode 2 verbundenen Substratanschluß 2a aufweist. Mit 3 und 4 sind zwei zueinander parallele, grabenartige Ausnehmungen des Substrats 1 bezeichnet, die in Fig. 1 senkrecht zur Bildebene verlaufen. Sie weisen in der dargestellten Ausführrngsform einen V-förmigen Querschnitt auf. Eine Isolierschicht 5 mit gleichmäßiger Dicke überdeckt eine Oberfläche des Substrats 1 einschließlich der Wandungsteile der Ausnehmungen 3 und 4.Fig. 1 shows a cross section through an optoelectronic sensor cell, which is built on a doped Ealbleitersubstrat 1, the one with a having large-area electrode 2 connected substrate terminal 2a. With 3 and 4 two parallel, trench-like recesses of the substrate 1 are designated, which in Fig. 1 run perpendicular to the plane of the drawing. They show in the depicted Embodiment has a V-shaped cross section. An insulating layer 5 with more uniform Thickness covers a surface of the substrate 1 including the wall parts of the recesses 3 and 4.

Auf der Isolierschicht 5 ist eine lichtdurchlässige Elektrode 6 angeordnet, die sich über. beide Ausnehmungen 3 und 4 erstreckt und mit einem Anschluß 7 versehen ist.A transparent electrode 6 is arranged on the insulating layer 5, which is about. both recesses 3 and 4 and provided with a connection 7 is.

Längs der tieferliegenden Wandungsteile der Ausnehmungen 3 und 4 sind jeweils entgegengesetzt zum Substrat 1 dotierte, streifenförmige Halbleiterbereiche 8 und 9 vorgesehen, die mit außerhalb der Bildebene liegenden Anschlüssen 8a und 9a verbunden sind, was in Fig. 1 durch gestrichelte Verbindungslinien angedeutet ist.Along the lower wall parts of the recesses 3 and 4 are in each case opposite to the substrate 1 doped, strip-shaped semiconductor regions 8 and 9 are provided, with the connections 8a and 8a lying outside the plane of the drawing 9a are connected, which is indicated in Fig. 1 by dashed connecting lines is.

Vorteilhaft besteht das Substrat 1 aus p-dotiertem Silizium, dessen Dotierung beispielsweise 5 ~ 1014 cm 3 beträgt. Die streifenförmigen Gebiete 8 und 9, die bei- spielsweise einen etwa kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von etwa 3 bis 5 pm aufweisen, sind dann n+-dotiert. Die Isolierschicht 5 besteht zweckmäßigerweise aus Siliziumdioxid und weist eine Dicke von ungefähr 60 nm auf. Die lichtdurchlässige Elektrode 6 ist vorzugsweise aus hochdotiertem, polykristallinem Silizium gebildet, während die Elektrode 2 beispielsweise aus Aluminium besteht.The substrate 1 is advantageously made of p-doped silicon, the Doping is, for example, 5 ~ 1014 cm 3. The strip-shaped areas 8 and 9, the two for example with an approximately circular cross-section have a diameter of about 3 to 5 μm, are then n + -doped. The insulating layer 5 expediently consists of silicon dioxide and has a thickness of approximately 60 nm. The transparent electrode 6 is preferably made of highly doped, polycrystalline silicon, while the electrode 2 is made of aluminum, for example consists.

Das mit dem Anschluß 8a verbundene, streifenförmige Gebiet 8 wird im folgenden als Masseleitung bezeichnet, das mit dem Anschluß 9a versehene Gebiet 9 als Bitleitung.The strip-shaped area 8 connected to the connection 8a is hereinafter referred to as the ground line, the area provided with the connection 9a 9 as a bit line.

Zur Erläuterung von verschiedenen Betriebsverfahren für eine Sensorzelle nach der Erfindung sei zunächst ein Betriebszustand beschrieben, bei dem die Masseleitung 8 und die Bitleitung 9 gegenüber dem Substrat 1 derart vorgespannt sind, daß von ihnen zwei sich überschneidende Verarmungsschichten ausgehen, die einen zwischen diesen Leitungen befindlichen Substratbereich 10 von dem übrigen Substrat 1 abtrennen. Die Randzonen der beiden Verarmungsschichten sind in Fig. 1 mit 11 und 11a angedeutet. Gegenüber dem Substrat stellt die Verarmungsschicht 11, 11a eine Potentialschwelle dar. Die Figuren 2 und 3 zeigen schematisch Potentialverläufe t im Substratbereich 10 in Abhängigkeit vom Abstand x von der Elektrode 6, wobei Fig. 2 bei geringerer und Fig. 3 bei höherer (positiver) Vorspannung der Leitungen 8, 9 gegenüber dem Substrat 1 gilt. Die Potentialschwellen sind dabei durch die Linien 15 und 16 angedeutet. Voraussetzung für die Ausbildung der Potentialschwelle ist, daß an der Elektrode 6 eine Spannung UE anliegt, die so klein ist, daß noch kein monotoner Potentialabfall zum Substrat hin auftritt. In den Figuren 2 und 3 sind die einem monotonen Potentialabfall zugeordneten Spannungswerte von UE mit U1 bzw. U3 und die dazugehörigen Potentialverläufe mit 17 bzw. 18 bezeichnet. Die Elektrodenspannung UE darf aber auch nicht so klein (so stark negativ) sein, daß durch das entstehende elektrische Feld die Potentialschwelle im Substrat so weit abgebaut würde, daß Ladung aus dem Substrat durch die Verarmungsschicht zum Substratbereich 10 fließen könnte, was bei den mit U2 bzw.To explain different operating procedures for a sensor cell According to the invention, an operating state will first be described in which the ground line 8 and the bit line 9 are biased with respect to the substrate 1 such that from they run out of two overlapping layers of impoverishment, the one between Separate the substrate area 10 located in these lines from the rest of the substrate 1. The edge zones of the two depletion layers are indicated in FIG. 1 by 11 and 11a. Compared to the substrate, the depletion layer 11, 11a represents a potential threshold FIGS. 2 and 3 schematically show potential curves t in the substrate area 10 as a function of the distance x from the electrode 6, FIG and FIG. 3 with a higher (positive) bias of the lines 8, 9 compared to the Substrate 1 applies. The potential thresholds are indicated by lines 15 and 16. A prerequisite for the formation of the potential threshold is that on the electrode 6 a voltage UE is applied which is so small that there is still no monotonic drop in potential occurs towards the substrate. In FIGS. 2 and 3, there is a monotonous drop in potential assigned voltage values of UE with U1 or U3 and the associated potential curves with 17 and 18 respectively. However, the electrode voltage UE must not be so small either (see above strongly negative) that the potential threshold would be degraded in the substrate to such an extent that charge from the substrate would pass through the depletion layer could flow to the substrate area 10, which in the case of the U2 resp.

U4 bezeichneten Spannungswerten von UE der Fall ist (Kurven 19 und 20). Liegt die Elektrodenspannung UE außerhalb des durch U1 und U2 oder U3 und U4 gegebenen Bereiches, so ist ein Übertritt von Ladungen aus dem Substrat bzw. ins Substrat möglich. Bei Spannungen innerhalb dieser Bereiche besteht jedoch im Substratbereich 10 eine Potentialsenke, in der die bei Lichteinfall 12 erzeugten Ladungsträger gesammelt werden.U4 designated voltage values of UE is the case (curves 19 and 20). If the electrode voltage UE is outside the range indicated by U1 and U2 or U3 and U4 given area, there is a transfer of charges from the substrate or into the Substrate possible. In the case of tensions within these areas, however, there is in the substrate area 10 a potential well in which the charge carriers generated upon incidence of light 12 are collected will.

Zum Auslesen der von den optisch erzeugten Ladungsträgern gebildeten Information kann nun die Elektrodenspannung UE und gegebenenfalls auch die Vorspannung U8, Ug an wenigstens einer der Leitungen 8, 9 so verändert werden, daß Ladungsträger durch die Verarmungsschicht 11, 11a hindurchtreten können. Vorteilhaft kann dabei wenigstens eine der Leitungen auf konstantem Potential liegen, wodurch an dieser Seite eine definierte Begrenzung der Sensorzelle möglich ist.For reading out the charge carriers formed by the optically generated Information can now be provided by the electrode voltage UE and possibly also the bias voltage U8, Ug are changed on at least one of the lines 8, 9 so that charge carriers can pass through the depletion layer 11, 11a. Can be advantageous here at least one of the lines are at constant potential, which leads to this Side a defined limitation of the sensor cell is possible.

Ein erstes Betriebsverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zunächst am Anschluß der Masseleitung 8 gegenüber dem Substrat 1 eine konstante Spannung U8 von +10 V liegt.A first operating method is characterized in that initially at the connection of the ground line 8 with respect to the substrate 1 a constant voltage U8 of +10 V.

Zum Sammeln der Ladung liegt während der Integrationszeit, in der die Ladungsträger bei Lichteinfall gesammelt werden, auch an der Bitleitung 9 eine Vorspannung U9 derselben Größe. Die Elektrodenspannung UE kann z. B.To collect the charge lies during the integration time in the the charge carriers are collected when incident light, also on the bit line 9 Bias U9 of the same size. The electrode voltage UE can, for. B.

zwischen 0 und +5 V liegen. Dadurch wird entsprechend Fig. 3 ein nicht verarmter Bereich im Substratbereich 10 definiert, in dem die optisch erzeugten Ladungsträger eingeschlossen sind.lie between 0 and +5 V. As a result, according to FIG. 3, a not Defined depleted area in the substrate area 10, in which the optically generated charge carrier are included.

Wird nun die Elektrodenspannung UE über den Wert U3 angehoben, z. B. auf +30 V, so fließt die gesammelte Ladung ins Substrat 1 ab und kann über den Anschluß 2a auf bekannte Weise abgelesen werden. Genausogut kann aber auch das Potential an den Leitungen 8, 9 abgesenkt werden. Wird die Potentialschwelle durch Absenken des Bitleitungspotentials U9 erniedrigt und die Elektrodenspannung UE gleichzeitig etwas über die zu der niedrigeren Potentialschwelle (Fig. 2) gehörende Spannung U1 angehoben, so wird bei einem Sensor, der aus in Reihen und Spalten angeordneten Sensorzellen besteht, durch Absenken des Bitleitungspotentials Ug einer Spalte und Erhöhen des Elektrodenpotentials UE einer Zeile genau eine Sensorzelle ausgelesen.If the electrode voltage UE is now raised above the value U3, e.g. B. to +30 V, the collected charge flows into the substrate 1 and can be via the Terminal 2a can be read in a known manner. But the potential can just as well be lowered on the lines 8, 9. The potential threshold is increased by lowering of the bit line potential U9 and the electrode voltage UE at the same time somewhat above the voltage belonging to the lower potential threshold (Fig. 2) U1 is raised, so is a sensor that is arranged in rows and columns There is sensor cells by lowering the bit line potential Ug of a column and Increasing the electrode potential UE of a row reads exactly one sensor cell.

Vorteilhaft enthält die Sensorzelle nach Fig. 4 spiegelsymmetrisch um die Bitleitung 9 angeordnet einen zweiten Substratbereich 10' mit einer zweiten Masseleitung 8', wobei sich die Elektrode 6 bis zu der anderen Masseleitung 8' erstreckt. Die Sensorzelle ist dann seitlich durch die beiden Masseleitungen 8 und 8' mit konstantem Potential begrenzt und das erhaltene Signal verdoppelt sich.The sensor cell according to FIG. 4 advantageously contains mirror symmetry Arranged around the bit line 9 is a second substrate region 10 ′ with a second Ground line 8 ', the electrode 6 extending to the other ground line 8'. The sensor cell is then laterally through the two ground lines 8 and 8 'with a constant Limited potential and the signal obtained doubles.

Die Masseleitungen 8 und 8' einer Sensorzelle können dann gleichzeitig als Masseleitung der jeweils nächsten Zellen eine Reihe dienen. Die Elektrode 6 kann sich dabei durchgehend über alle Sensorzellen einer Reihe als gemeinsame Elektrode.erstrecken. Die seitliche Begrenzung einer Zelle durch die Masseleitungen verhindert dabei weitgehend ein blooming in die seitlich benachbarten Sensorzellen.The ground lines 8 and 8 'of a sensor cell can then simultaneously a row serve as the ground line of the next cells. The electrode 6 can extend continuously over all sensor cells of a row as a common electrode. The lateral delimitation of a cell by the ground lines largely prevents this blooming in the laterally adjacent sensor cells.

Da bei der bisher beschriebenen Betriebsweise die Ladung von einer kleinen auf eine große Kapazität umgeladen wird, ergibt sich ein kleines Signal. Man kann aber die Sensorzelle auch-so betreiben, daß die Ladung in getrennten Leitungen gesammelt wird. Zur Erläuterung dieser Betriebsweise wird von einem Zustand ausgegangen, bei dem die Masseleitung 8 und Bitleitung 9 ungefähr auf gleicher, gegenüber dem Substratpotential etwas erhöhter Spannung liegen. An der Sensorelektrode 6 liegt eine mittlere Spannung. Fig. 5 zeigt wieder den Potentialverlauf, wie er sich dabei von der Oberfläche ins Substratinnere fortschreitend im Substratbereich 10 ergibt. In der entstehenden Potentialsenke können die optisch erzeugten Ladungsträger gesammelt werden. Der Potentialverlauf 40 liegt vor im Falle, daß in der Potentialsenke keine Ladungsträger vorhanden sind, der Verlauf 42 bei Vorhandensein optisch erzeugter Ladungen. Wird nun die Elektrodenspannung UE abgesenkt, so ergeben sich die in Fig. 6 gezeigten Potentialverläufe. Dabei kommt es schließlich, insbesondere wenn gleichzeitig das Potential der Bitleitung 9 erhöht wird, zwischen dem Substratbereich 10 und der Bitleitung 9 zu einem Zenerdurchbruch und es fließen von der Bitleitung 9 her Ladungen in das Substratgebiet 10 ein. Durch das Einfließen dieser Ladungen er.-höht sich jedoch das Potential der Potentialsenke, so daß der Durchbruch automatisch beendet wird, wie in Fig. 7 dargestellt ist. Insgesamt fließen also von der Bitleitung 9 unsomehr Ladungen zu, je weniger Ladungsträger optisch erzeugt wurden. An der Bitleitung kann daher als Information ein Signal entnommen werden, das der Menge der optisch erzeugten Ladungsträger komplementär ist.Since in the mode of operation described so far, the charge of one If small is transferred to a large capacity, there is a small signal. But you can also operate the sensor cell so that the charge in separate cables is collected. To explain this mode of operation, a state is assumed in which the ground line 8 and bit line 9 are approximately the same, compared to the Substrate potential of slightly increased voltage. Is on the sensor electrode 6 a medium tension. Fig. 5 again shows the potential profile as it is progressing from the surface into the interior of the substrate in the substrate area 10 results. The optically generated charge carriers can be collected in the resulting potential well will. The potential profile 40 is present in the case that none in the potential well Charge carriers are present, the course 42 in the presence of optically generated Charges. If the electrode voltage UE is now lowered, the results shown in FIG. 6 shown potential curves. It eventually comes about, especially if at the same time the potential of the bit line 9 is increased, between the substrate region 10 and of the bit line 9 to a Zener breakdown and it flows from the bit line 9 Charges into the substrate region 10. The influx of these charges increases however, the potential of the potential well, so that the breakthrough is automatic is terminated as shown in FIG. All in all, therefore, flow from the bit line 9 the less charge carriers are optically generated, the more charges increase. At the Bit line can therefore be taken as information a signal that the crowd the optically generated charge carrier is complementary.

Das Masseleitungspotential U8 wird dabei konstant gehalten.The ground line potential U8 is kept constant.

Anschließend an dieses Auslesen müssen die nunmehr im Substratgebiet 10 vorhandenen Ladungsträger ins Substrat entleert werden. Dazu wird das Elektrodenpotential UE so weit angehoben, daß ein monotones Potentialgefälle von der Oberfläche bis in das Innere des Substrates hinein entsteht, das zum Abfließen der Ladung ins Substrat führt. Die Elektrodenspannung Um muß hierzu weniger erhöht werden, wenn gleichzeitig das Bitleitungspotential Ug erniedrigt wird (Fig. 8).Subsequent to this readout, they must now be in the substrate area 10 existing charge carriers are emptied into the substrate. This is done using the electrode potential UE raised so far that a monotonous potential gradient from the surface to into the interior of the substrate arises, which allows the charge to flow off into the substrate leads. The electrode voltage Um has to be increased for this less if the same time Bit line potential Ug is lowered (Fig. 8).

Bei einer zeilenartigen Anordnung der Zellen anch Fig. 4 kann vorteilhaft mit einem einzigen Impuls der Elektrodenspannung UE die Information einer ganzen Zeile in die entsprechenden Bitleitungen ausgelesen werden.In the case of a line-like arrangement of the cells according to FIG. 4, it can be advantageous with a single pulse of the electrode voltage UE the information of a whole Row can be read out into the corresponding bit lines.

Die Sensorzelle gemäß der Erfindung kann aber auch vorteilhaft in der im folgenden erläuterten Weise betrieben werden. Es wird wieder von einem Ausgangszustand mit entleertem Substratbereich 10 ausgegangen, in dem entsprechend der einfallenden Lichtintensität optisch erzeugte Ladungsträger erzeugt werden. Bitleitung 9 und Masseleitung 8 liegen zunächst auf gleichem Potential und an der Elektrode 6 liegt eine kleine bis mittlere Spannung an. Zum Auslesen der Information wird das Potential der Bitleitung 9 soweit abgesenkt oder angehoben, daß ein monotones Potentialgefälle von der Bitleitung 9 über den Substratbereich 10 zur Masseleitung 8 hin entsteht, falls im Bereich 10 genügend Ladung gesammelt ist. Es kommt zu einem Stromfluß zwischen Bitleitung 9 und Masseleitung 8, der umso größer ist, je mehr optisch erzeugte Ladungsträger im Bereich 10 gesammelt wurden. Um den Stromfluß zu ermöglichen, kann dabei gleichzeitig die Elektrodenspannung UE erhöht werden.The sensor cell according to the invention can, however, also advantageously be used in operated in the manner explained below. It is back from an initial state assumed with emptied substrate area 10, in which corresponding to the incident Light intensity optically generated charge carriers are generated. Bit line 9 and Ground lines 8 are initially at the same potential and connected to electrode 6 a small to medium voltage. To read out the information, the potential the bit line 9 lowered or raised so far that a monotonous potential gradient arises from the bit line 9 via the substrate area 10 to the ground line 8, if enough charge has been collected in area 10. There is a flow of current between Bit line 9 and ground line 8, which is larger, the more optically generated charge carriers were collected in area 10. In order to enable the flow of current, it can be done at the same time the electrode voltage UE can be increased.

Die Figuren 9 und 10 zeigen die Abhängigkeit des Stromflusses von der gesammelten Ladung: hoher Strom bei viel Ladung (Fig. 9) bzw. gesperrter Zustand bei wenig Ladung (Fig. 10). Anschließend kann die gesammelte Ladung ins Substrat 1 entleert werden, wie bereits bei der vorangegangenen Betriebsweise beschrieben wurde. Es wird hierbei also nicht eine - relativ kleine - Ladungsmenge als Signal ausgelesen, vielmehr findet in jeder Zelle eine Stromverstärkung statt. Nach diesem Vorgang werden die optisch erzeugten Ladungen aus dem Bereich 10 entfernt, indem die Elektrodenspannung UE stark angehoben und gleichzeitig die Spannung an der Bitleitung 9 wieder abgesenkt wird, so daß die Ladungsträger ins Substrat 1 abfließen. Zwar können z. B. aufgrund von Schwankungen der Isolierschichtdicke in den einzelnen Sensorzellen Exemplarstreuungen auftreten, die in die Stromverstärkung und in die Bildqualität eingehen. Bei entsprechend sorgfältiger Herstellung können jedoch besonders vorteilhafte Sensoren hergestellt werden.Figures 9 and 10 show the dependence of the current flow on of the collected charge: high current with a lot of charge (Fig. 9) or blocked state with little charge (Fig. 10). The collected charge can then be transferred to the substrate 1 can be emptied, as already described for the previous operating mode became. So there is not a - relatively small - amount of charge as a signal read out, rather finds one in every cell Current amplification instead of. After this process, the optically generated charges are removed from the area 10 removed by greatly increasing the electrode voltage UE and at the same time increasing the Voltage on bit line 9 is lowered again, so that the charge carriers ins Drain substrate 1. Although z. B. due to variations in the thickness of the insulation layer In the individual sensor cells, specimen variations occur which affect the current amplification and go into the image quality. With appropriately careful production can however, particularly advantageous sensors can be produced.

In Fig. 11 ist eine andere Ausführungsform einer Sensorzelle dargestellt. Auch diese Zelle besteht aus einem dotierten Substrat 60 mit einem Substratanschluß 61, zwei im Querschnitt V-förmigen, grabenartigen Ausnehmungen 62 und 63, einer Isolierschicht 64, zwei parallelen, längs der tieferliegenden Wandungsteile der Ausnehmungen 62 und 63 angeordneten dotierten streifenförmigen Bereichen bzw. Leitungen, und zwar der Masseleitung 65 und der Bitleitung 66, und einer lichtdurchlässigen Sensorelektrode 67. Die Elektrode 67 ist jedoch nur gegenüber den Leitungen 65 und 66 durch die Isolierschicht 64 isoliert.Another embodiment of a sensor cell is shown in FIG. This cell also consists of a doped substrate 60 with a substrate connection 61, two in cross-section V-shaped, trench-like recesses 62 and 63, one Insulating layer 64, two parallel, along the lower wall parts of the Doped strip-shaped areas or lines arranged in recesses 62 and 63, namely the ground line 65 and the bit line 66, and one transparent Sensor electrode 67. The electrode 67 is only opposite the lines 65 and 66 isolated by the insulating layer 64.

Am Substratbereich 68 zwischen den Leitungen 65 und 66 liegt die Elektrode 67 direkt an der Substratoberfläche an und bildet einen Schottky-Kontakt.The electrode lies on the substrate area 68 between the lines 65 and 66 67 directly on the substrate surface and forms a Schottky contact.

Zum Sammeln der optisch erzeugten Ladungen wird an die Elektrode 67 eine positive Spannung UE gelegt. Dann entsteht an der Oberfläche des Substrats 60 eine Verarmungszone, so daß keine Ladung in die Elektrode 67 abfließen kann. Die Streifen 65 und 66 sind ebenfalls soweit positiv gegenüber dem Substrat 60 vorgespannt, daß die von ihnen ausgehende Vorarmungsschicht den Substratbereich 68 zwischen den beiden Leitungen 65, 66 umschließt. Der Potentialverlauf ist in Pig. 12 dargestellt. Die in diesem Bere#ich 68 gesammelte Ladung kann also weder ins Substrat 60 noch zur Elektrode 67 abfließen. Um die Ladung auszulesen, wird an die Elektrode 67 eine negative Spannung gelegt (Fig. 13). Dann kann die Ladung aus dem Gebiet 68 in die Elektrode 67 fließen und von dort ausgelesen werden. Die Verarmungsschicht der Leitungen 65 und 66 verhindert dabei ein Nachfließen der Ladung aus dem Substrat 60.To collect the optically generated charges, an electrode 67 a positive voltage UE is applied. Then arises on the surface of the substrate 60 a depletion zone, so that no charge can flow into the electrode 67. The strips 65 and 66 are also biased positively with respect to the substrate 60 to the extent that that the pre-heating layer emanating from them encompasses the substrate area 68 between the two lines 65, 66 encloses. The potential curve is in Pig. 12 shown. The one in this So if you have 68 collected cargo, you can neither get into the Substrate 60 still flow off to electrode 67. To read the charge, the Electrode 67 applied a negative voltage (Fig. 13). Then the charge can come out of the Area 68 flow into electrode 67 and can be read from there. The impoverishment layer the lines 65 and 66 prevent the charge from flowing out of the substrate 60

Um eine Zeile eines aus derartigen Zellen aufgebauten Sensors auszulesen, wird Spalte um Spalte des Potential an den Leitungen 65 und 66 soweit abgesenkt, daß im Zusammenwirken mit der negativen Spannung der Elektrode 67 genau das Element ausgelesen wird, das zwischen zwei derartigen Leitungen mit verringertem Potential liegt. Bei den anderen Zellen bewirken die Verarmungsschichten eine Abtrennung der Substratbereiche 68 von den Elektroden 67.To read a row of a sensor made up of such cells, the potential on lines 65 and 66 is lowered column by column to such an extent that that in cooperation with the negative voltage of the electrode 67 is precisely the element is read out between two such lines with reduced potential lies. In the other cells, the depletion layers cause the cells to separate Substrate areas 68 from electrodes 67.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Sensorzelle liegt in den kleinen Abmessungen. Pro Zelle ergibt sich nur ein Flächenbedarf von etwa 100 Um bei einer bestimmten einfallenden Strahlungsenergie ein möglichst großes elektrisches Signal zu erhalten, ist es zweckmäßig, den zwischen der Masseleitung 8 und der Bitleitung 9 liegenden Substratbereich 10 stärker zu dotieren als das übrige Substrat 1. Dabei kann aus Gründen der einfachen Herstellung das Substrat 1 ganzflächig in einer der Tiefe der Ausnehmungen 3, 4 etwas entsprechenden Tiefe zusätzlich dotiert werden, z. B. im Wege der Ionenimplantation.The particular advantage of the sensor cell according to the invention lies in the small dimensions. The area required per cell is only about 100 .mu.m with a certain incident radiation energy, an electrical energy that is as large as possible To get signal, it is useful to get between the ground line 8 and the bit line 9 lying substrate region 10 to be more heavily doped than the rest of the substrate 1. Here can for reasons of simple production, the entire surface of the substrate 1 in one of the Depth of the recesses 3, 4 are additionally doped somewhat corresponding depth, z. B. by way of ion implantation.

Die Ausnehmungen 3, 4 können auch andere, z. B. rechteckige oder trapezförmige Querschnittsformen aufweisen.The recesses 3, 4 can also be other, for. B. rectangular or trapezoidal Have cross-sectional shapes.

Bei einer V-Form werden sie zweckmäßigerweise durch eine anisotrope Ätzung hergestellt.In the case of a V shape, they are expediently replaced by an anisotropic one Etching made.

14 Patentansprüche 13 Figuren14 claims 13 figures

Claims

Claims 3 optoelectronic sensor cell with a doped Semiconductor substrate, which has a substrate connection, with two to each other and running parallel to a surface of the substrate; opposite to the substrate doped, strip-shaped areas that are provided with electrical connections with an insulating layer at least partially covering this surface and with one the substrate approximately from one strip-shaped area to the other covering, translucent electrode, d u r c h e k e n n n z e i 0 h n e t that the strip-shaped areas (8, 9) along the lower-lying wall parts of two trench-like recesses (3, 4) of the substrate running parallel to one another (1) are arranged.

2. Sensor cell according to claim 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the recesses (3, 4) have a V-shaped cross section.

3. Sensor cell according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the insulating layer (5) including the surface of the substrate (1) the wall parts of the recesses (3, 4) are covered and have a uniform thickness.

4. Sensor cell according to claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the insulating layer (5) only covers the wall parts of the recesses (3, 4) and in the substrate area (10) lying between the latter a Schottky contact between the substrate (1) and the transparent electrode (6) is established.

5. Sensor cell according to one of claims 1 to 4, d a -d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that in the middle between two recesses (8, 8 ') a third, similarly designed recess (9) is provided, at its lower lying Wall parts a third, doped opposite to the substrate, with an electrical one Connection provided, strip-shaped area (9) is arranged.

6. Sensor cell according to one of claims 1 to 5, d a -d u r c h g e k e n n n n e i c h n e t that the between the strip-shaped areas (8,9) lying substrate area has a higher doping than the other parts of the Substrate (1).

7. A method for operating a sensor cell according to one of the claims 1 to 6, that is, the strip-shaped areas (8,9) with respect to the substrate (1) are polarized in such a way that the one lying between them Substrate area (10) starting from one of the strip-shaped areas (8, 9) Depletion layer (11,11a) is enclosed that to collect the optically generated Charge carriers are applied to the electrode (6) such a voltage (UE) that the substrate area (10) lying between the strip-shaped areas opposite the substrate (15. by a potential threshold (15, 16) is separated and that for Reading out the information formed by the charge carriers, the electrode voltage (UE) compared to the voltages (U8, Ug) on the strip-shaped areas in this way is changed so that charges pass through the depletion layer (11, 11a).

8. The method according to claim 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that with a sensor cell with a continuous insulating layer (5) for reading the information mation to the electrode (6). such a voltage difference is applied to at least one of the strip-shaped areas (8,9) that in the substrate area (10) lying between the strip-shaped areas monotonous potential gradient through the depletion layer (11, 11a) from the Surface to the substrate arises, and that the thereby from the between the strip-shaped Areas lying substrate area (10) into the substrate (1) draining charge the substrate connection is read out in a known manner.

9. The method according to claim 8, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the potential threshold is simultaneously with the application of the voltage difference by changing the potential of at least one strip-shaped area (8,9) is reduced.

10. The method of claim 7, d a d u r c h g e -kee n n z e i c h n e t that for a cell with a continuous insulating layer (5) for reading the information between the electrode (6) and at least one strip-shaped Area (9) such a voltage difference is applied that there is a Zener breakdown between the strip-shaped area (9) and the strip-shaped area between the two Areas lying substrate area (10) comes that the until the end of the Zener breakthrough charge which has passed through the depletion layer (11, 11a) is in the form of a strip on this one Area (9) is read out and that after completion of the Zener breakthrough the in the substrate area (10) lying between the two strip-shaped areas Charges are emptied into the substrate (1).

11. The method according to claim 10, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that when reading out the potential of one strip-shaped area (8) kept constant and the potential of the other strip-shaped Area (9) is changed so that it only increases when the voltage difference is applied a Zener breakthrough between the other strip-shaped area (9) and the between the two strip-shaped areas lying substrate area (10) comes.

12. The method according to claim 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that for reading out the information in a sensor cell with continuous Insulating layer (5) between the two strip-shaped areas (8, 9) a potential difference generated and the voltage at the electrode is chosen such that it is through the substrate area (10) lying under the electrode (6) to a flow of current between the two strip-shaped areas (8,9) comes that the current flow as Signal is read out on a strip-shaped area in a manner known per se and that the charge collected in the substrate region (10) then enters the substrate is emptied.

13. The method according to claim 7, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that with a sensor cell with Schottky contact for collecting the optically generated charges is applied to the electrode (6) such a voltage (UE), that a passage of the charge carriers from the substrate area below the electrode (6) (10) in the electrode (6) is prevented, and that for ~ reading out the optically generated Charges the voltage at the electrode (6) is changed in such a way that the collected Charges in the Schottky electrode (6) transfer.

14. The method according to claim 13, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t that the voltage on the transparent electrode (6) when reading is chosen so that there is only one charge transfer into the translucent Electrode (6) comes when at the same time the potential threshold at the Schottky contact by changing the potential on at least one of the two strip-shaped Areas (8,9) is reduced.