DE2847778A1 - Vorrichtung zur parallel-serien- umsetzung - Google Patents
Vorrichtung zur parallel-serien- umsetzungInfo
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Description
Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of The United Kingdom of
Great Britain and Northern Ireland, Whitehall, London SWl, Großbritannien
Vorrichtung zur Parallel-Serien-ümsetzung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umsetzen paralleler Eingangssignale in serielle
Ausgangssignale, kurz einen Parallel-Serien-Umsetzer. Die
Erfindung ist insbesondere anwendbar auf optische Abbildung (optical imaging) und auf Signalverarbeitung.
Für diese beiden besonderen Anwendungen wurden schon ladungsgekoppelte Bauelemente (CCD) verwendet. Die Anwendung
von ladunTsgekoryoelten Bauelementen zur Infraroterfassung
und für Abbildungssysterne beispielsweise waren bereits
Gegenstand erheblichen Interesses (vgl. The Proceedings of the IEEE, Bd. 63, No. 1, S. 67 - 74, Januar 1975 ).
Bei einem üblichen Darstellungs- bzw. Abbildungssystem
mit Infrarot-CCD (IRCCD) wird ein infrarotes Bild auf eine Anordnung diskreter Fotodetektorelemente fokussiert. Diese
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Elemente wirken parallel zusammen mit einem CCD-Schieberegister derart, daß nach einer vorrreaebenen Belichtungszeit
ein analoges Ladungspaket an je einan. einer entsprechenden Anzahl
von Speicherplätzen im Register angesammelt ist. Wenn eine synchronisierte Folge von Spannungsimpulsen dem Register
in üblicher Weise zugeführt wird, werden die Ladungspakete von Speicherplatz zu Speicherplatz übertragen unter
der Wirkung elektrischer Rand- oder Streufelder. Ein impulsförmiges
serielles Ausgangssignal wird durch Erfassen der
Ladungspakete an einem Ende des Registers erhalten. Es ist bei derartigen Systemen nachteilig, daß die Signalverarbeitungskapazität begrenzt ist, und zwar nicht so sehr durch
die Fotodetektoren, sondern durch den dynamischen Bereich
bzw. die LadungsVerarbeitungskapazität des CCD-Schieberegisters. Der Wirkungsgrad des CCD ergibt auch einen Grenzwert für sowohl die Betriebsgeschwindigkeit als auch die
Anzahl der Fotodetektoren, die in der Anordnung eingesetzt werden können. Diese Begrenzungen sind insbesondere wesentlich, wenn eine Erfassung und wenn eine Abbildungsanwendung im fernen Infrarotbereich (z. B. 8-4 μπι) betrachtet werden. In diesem Fall werden höhere Betriebsgeschwindigkeiten notwendig, weil die Fotodetektor-Belichtungszeiten (ungefähr 10 ßs) durch den Hintergrundfluß und die begrenzte Kapazität des CCD begrenzt sind.
Ladungspakete an einem Ende des Registers erhalten. Es ist bei derartigen Systemen nachteilig, daß die Signalverarbeitungskapazität begrenzt ist, und zwar nicht so sehr durch
die Fotodetektoren, sondern durch den dynamischen Bereich
bzw. die LadungsVerarbeitungskapazität des CCD-Schieberegisters. Der Wirkungsgrad des CCD ergibt auch einen Grenzwert für sowohl die Betriebsgeschwindigkeit als auch die
Anzahl der Fotodetektoren, die in der Anordnung eingesetzt werden können. Diese Begrenzungen sind insbesondere wesentlich, wenn eine Erfassung und wenn eine Abbildungsanwendung im fernen Infrarotbereich (z. B. 8-4 μπι) betrachtet werden. In diesem Fall werden höhere Betriebsgeschwindigkeiten notwendig, weil die Fotodetektor-Belichtungszeiten (ungefähr 10 ßs) durch den Hintergrundfluß und die begrenzte Kapazität des CCD begrenzt sind.
Eine andere Art einer Infrarot-Belichtungsvorrichtung ist beschrieben in der GB-PS 1 488 258 (US-PS 3 995 159).
Eine derartige Vorrichtung enthält einen länglichen Streifen eines Fotoleitwerkstoffs, an dem zwei Strom-Elektroden angebracht sind. Eine dritte Elektrode ist zwischen diesen beiden Strom-Elektroden an einem Ende des Streifens angeordnet, um ein Signal-Auslesen zu erreichen. Wenn ein Infrarot-
Eine derartige Vorrichtung enthält einen länglichen Streifen eines Fotoleitwerkstoffs, an dem zwei Strom-Elektroden angebracht sind. Eine dritte Elektrode ist zwischen diesen beiden Strom-Elektroden an einem Ende des Streifens angeordnet, um ein Signal-Auslesen zu erreichen. Wenn ein Infrarot-
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Streifenbild über den Streifen abgetastet wird, erzeugen die infraroten Photonen Elektronen-Löcher-Paare in einem aktiven
Bereich des Streifens, wodurch die örtlichen Majoritäts- und Minoritätsträgerdichten über deren Werte bezüglich des thermischen
Gleichgewichts ansteigen. Die Ladung der Minoritätsträger wird wirksam durch Majoritätsträger-Abschirmung neutralisiert,
wobei die abgeschirmten Minoritätsträger als "ambipolare Träger bezeichnet sxnd.
Das Bild wird so längs der Längsausdehnung des Streifens abgetastet, und der Strom ist so gewählt, daß die Driftgeschwindigkeit
der ambipolaren Träger und die Geschwindigkeit des Bildes miteinander abgestimmt sind. Auf diese Weise werden
die ambipolaren Träger parallel gesammelt sowie im Register mit dem Bild und zur dritten Elektrode gedriftet oder
verschoben, wo sie erfaßt werden, um ein serielles Ausgangssignal zu erzeugen. Übliche verwendbare Driftgeschwindigkeiten
sind jedoch hoch, und eine einzige Vorrichtung der beschriebenen Art erfordert einen schnellen Abtastmechanismus
für die Anpassungszwecke. Mit geeigneten Abtastoptiken kann eine infrarote Darstellung Streifen für Streifen nach Art eines
Rasters abgetastet werden, jedoch sind die für ein derartiges System erforderlichen hohen Abtastgeschwindigkeiten
nachteilig.
Die US-PS 3 111 556 beschreibt eine infrarot-Abbildungsvorrichtung,
bei der Minoritätsträger durch eine Eingangsstrahlung erzeugt werden, die auf einen Streifen aus einem
fotoleitfähigen Halbleiterwerkstoff einfällt. Nach der Beleuchtung
wird erreicht, daß die Minoritätsträger längs des
Streifens verschoben werden und daß das sich darüber erstrekkende Muster der einfallenden Strahlung in einen sich ändernden
Spannungspegel umgesetzt wird durch Einschalten eines Po-
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tentialqradi.enten für eine vorgegebene Zeitdauer. Nachteilig
bei Abbildungsvorrichtungen dieser Art ist jedoch, daß die Trägerverteilung sehr stark von der Quantenausbeute und der
Trägerlebensdauer abhängt und eine wesentliche Werkstoffgleichförmigkeit erfordert, um die deutlichen Ergebnisse der
Musterempfindlichkeit/insbesondere für Darstellungen niedrigen
Kontrastes, zu vermeiden.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Parallel-Serien-ümsetzung
vorgesehen, das folgende Schritte aufweist:
Zum einen werden Träger in mehrere diskrete Eingänge eingegeben und werden dadurch gesammelt längs der Längsausdehnung
eines Substrats eines Halbleiterwerkstoffs in dessen aktiven
Bereich zwischen einer ersten Strom-Elektrode und einem Detektor in einer entsprechenden stehenden oder stationären
Verteilung von ambipolaren Trägern; zum zweiten wird, nachdem eine wesentliche Ansammlung stattgefunden hat, über
das Substrat ein elektrischer Auslese-Stromimpuls angelegt, wobei der Ausleseimpuls so aneinander angepaßte Amplitude
und Dauer besitzt, daß die entsprechende Verteilung der ambipolaren Träger zum Detektor abgelenkt wird längs der Gesamtlänge
des aktiven Bereiches, ohne zu große Diffusionsstreuung der Verteilung und ohne zu große thermische Verluste;
zum dritten wird während der Dauer des Impulses ein Parameter erfaßt, abhängig von der örtlichen Dichte der ambipolaren
Träger, und wird dadurch ein serielles Ausgangssignal erzeugt.
Die Eingänge können eine Anordnung aus Dioden aufweisen, die in dem Substrat ausgebildet sind, das zwischen der ersten
Strom-Elektrode und dem Detektor angeordnet ist, wobei elek-
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trische Signale in Form von vorgespannten Spannungen an die
Dioden angelegt werden über synchrone Verknüpfungsglieder, um eine Trägerinjektion zu ermöglichen. Die Injektionszeit
kann begrenzt sein durch eine ausgewählte Eingangssignal-Zeitsteuerung und durch den Betrieb der synchronen Verknüpfungsglieder.
Jedoch können die Dioden-Eingänge kontinuierlich gespeist werden, wobei die Injektionszeit effektiv
dann beendet wird, wenn die ambiOolaren Träger abhängig
vom Ausleseimpuls abgelenkt bzw. herausgeführt werden.
Andererseits können Träger durch die Übertragung von ambipolaren
Trägern von erweiterten Eingängen injiziert werden, die mit dem Substrat einstückig sind.
Eine Vorrichtung zum Durchführen des erläuterten Verfahrens weist auf: ein Substrat aus Halbleiterwerkstoff, das
zeitweilig eine räumliche Verteilung von ambipolaren Trägern halten kann, beabstandet eine erste und eine zweite Strom-Elektrode
in elektrischem Kontakt mit dem Substrat, eine Detektoreinrichtung zwischen der ersten und der zweiten Strom-Elektrode,
wobei die Detektoreinrichtung im Betrieb auf einen Parameter anspricht, der von einer örtlichen Dichte von
ambipolaren Trägern abhängt, um ein serielles Ausgangssignal
zu erzeugen, und Mehrfach-Eingangseinrichtungen zum Injizieren von Informations-Trägern und um in einem aktiven Bereich
des Substrats zwischen der ersten Strom-Elektrode und der Detektoreinrichtung eine entsprechende Verteilung von ambipolaren
Trägern zu sammeln.
Die Mehrfach-Eingangseinrichtung kann eine Anordnung beabstandeter
Dioden aufweisen, die in dem Substrat zwischen der ersten Strom-Elektrode und der Detektoreinrichtung aus-
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gebildet sind, wobei die Dioden mit Eingangsanschlüssen verbunden sind, um ein Anlegen äußerer elektrischer Signale und
die Injizierung von Informations-, d. h. Minoritäts-Trägern zu ermöglichen. Bei dieser Form der Vorrichtung können die
Eingangsdioden mit den Ausgängen einer entsprechenden Anzahl von Bilddetektoren verbunden sein. Auf diese Weise und mit
einer geeigneten Anordnung des Detektors kann eine zweidimensionale Detektoranordnung mit seriellem Ausgangssignal erreicht
werden.
Andererseits kann die Mehrfach-Eingangseinrichtung mehrere Detektorbereiche aufweisen, die mit dem Substrat des
Halbleiterwerkstoffes sich gemeinsam erstreckend ausgebildet sind. In diesem Fall können Informations-Träger in den aktiven
Bereich durch die übertragung von ambipolaren Trägern aus dem Detektorbereich injiziert werden.
Die Detektoreinrichtung kann durch eine am Substrat ausgebildete Ausgangsdiode gebildet sein. Andererseits kann die
Detektoreinrichtung eine dritte Elektrode aufweisen, die mit vorgegebenem Abstand von der zweiten Strom-Elektrode beabstandet
ist. Das Ausgangssignal kann jedoch über ein Elektrodenpaar mit vorgegebenem Abstand voneinander und vorgegebenem
Abstand von der ersten Strom-Elektrode abgenommen werden.
Vorzugsweise enthält die Vorrichtung weiter eine Ansteuereinrichtung,
um Stromimpulse vorgegebener Amplitude und Dauer anzulegen, ein Ausgangs-Verknüpfungsglied, das mit der
Detektoreinrichtung verbunden ist und das so ausgebildet ist, daß es synchron mit der Antriebseinrichtung arbeitet zum Trennen
des Ausgangssignals in einen ersten und einen zweiten Teil, eine Verzögerungseinrichtung, die mit dem Ausgangs-Verknüp-
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fungsglied verbunden ist, um das Signal des ersten Teils um
eine Zeit zu verzögern, deren Dauer gleich deren zeitliche Länge ist, um ein verzögertes Signal zu erzeugen und eine
Subtrahiereinrichtung, die mit dem Ausgangs-Verknüpfungsglied
und der Verzögerungseinrichtung verbunden ist, um das Signal des zweiten Teils vom verzögerten Signal zu subtrahieren
zum Erzeugen eines korrigierten Signals.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch teilweise in Perspektive und teilweise
als Schaltbild ein Umsetzer einschließlich einer Übertragungseinrichtung gemäß der
Erfindung;
Fig. 2 schematisch teilweise in Perspektive und teilweise
als Schaltbild ein Umsetzer mit einem anderen Ausgangsaufbau als die gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Folge elektrischer
Stromimpulse, die zum Betrieb des Umsetzers gemäß Fig. 1 geeignet sind;
Fig. 4 schematisch ein Schaltbild des Umsetzers gemäß Fig. 1, durch die ein korrigiertes Signal erreichbar
ist;
Fig. 5 schematisch, teilweise in Aufsicht und teilweise
als Schaltbild, ein Umsetzer einschließlich einer Übertragungseinrichtung mit vielen Diodeneingängen;
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Fig. 6 in Aufsicht eine Hybrid-Detektoranordnung einschließlich
der Übertragungseinrichtung gemäß Fig. 5;
Fig. 7 in Aufsicht eine integrierte Detektoranordnung einschließlich der Kombination einer übertragungseinrichtung
und mehrerer zusammenwirkender Detektorbereiche.
Gemäß Fig. 1 enthält der Umsetzer 1 eine Übertragungseinrichtung
3 und über diese angeschlossen einen Stromimpulsgenerator 5. Die Übertragungseinrichtung 3 ist als länglicher
Streifen 7 aus Halbleiterwerkstoff ausgebildet. An den jeweiligen Enden des Streifens 7 sind metallische Elektroden
11 bzw. 13 aufgebracht, beispielsweise aus Aluminium, die um einen Abstand L voneinander beabstandet sind, sowie eine
Elektrode 15 aus beispielsweise Aluminium mit einem Abstand f
von der Elektrode 13, die dazwischen aufgebracht oder niedergeschlagen ist. Die Elektroden 11, 12, 13 sind in üblicher
Weise aufgebracht oder niedergeschlagen, um einen Ohmschen Kontakt mit dem Substrat-Streifen 7 zu erreichen. Die Elektroden
11 und 13 sind elektrisch mit dem Stromimpulsgenerator
5 so verbunden, daß ein gepulster oder impulsförmiger Ablenkstrom so gesteuert werden kann, daß er in Längsrichtung
durch den Streifen 7 zwischen diesen Elektroden 11, 13
fließt. Die Elektroden 13 und 15 sind über eine Auslese-Ausgangsschaltung
17 verbunden, die im wesentlichen ein Verstärker hoher Impedanz ist, zum Erfassen der über den Elektroden
13 und 15 abfallenden Spannung, wenn erreicht ist, daß ein Strom zwischen den Elektroden 11 und 13 fließt.
Üblicherweise ist die übertragungseinrichtung 3 auf
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-M-
tiefe Temperaturen abgekühlt, um thermisches Rauschen zu verringern. Daher wird üblicherweise die Übertragungseinrichtung
3 auf 77 K in einem nicht dargestellten Flüssigstickstoff-Kühlbehälter
abgekühlt, während der Generator und die Ausgangsschaltung 17 außerhalb des Behälters auf
Raumtemperatur sind, übliche Verkapselung wird verwendet,
um Teile der Vorrichtung thermisch zu isolieren, wobei eine geeignete elektrische Verbindung ermöglicht ist.
Bei dieser Vorrichtung werden Informations-Träger in die Übertragungseinrichtung 3 bei einer Anzahl paralleler
Eingänge (nicht dargestellt) injiziert und als entsprechende stehende Verteilung von ambipolaren Trägern gesammelt.
Der Halbleiterwerkstoff muß daher in der Lage sein, diese Verteilung zumindest während einer Zeitdauer zu halten, die
ausreicht, daß genügend Zeit zur Verfügung steht zum einerseits Ansammeln dieser Verteilung und zum andererseits anschließenden
Erfassen dieser Ansammlung.
Der.geringste Abstand zwischen den Eingängen der Übertragungseinrichtung
3 ist durch die Diffusion der angesammelten ambipolaren Träger begrenzt. Wenn daher eine Zeit von
t Sekunden zwischen dem Beginn der Ansammlung der ambipolaren Träger und der letzten Erfassung dieser Träger vergangen
ist, ergibt sich die Diffusionsstreuung .< durch:
>= \[d - t jt^-T ...(1a),
wobei D die Diffusionskonstante entsprechend der Diffusion
von ambipolaren Trägern im Halbleiterwerkstoff ist mit
D = μ k T/q ... (2),
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mit μ = Beweglichkeit der ambinolaren Träger, kT = thermische
kinetische Energie entsprechend der Betriebstemperatur von T Kelvin, und q = wirksame (dynamische) Trägerladung.
Die maximale Diffusionsstreuung Λ , . ergibt sich zu:
X = s/D · T ; t J>
T ...(1b).
■ max -ve/ I)
wobei i die Lebensdauer der Minorxfcätsträger ist.
So ergibt sich dieser geringste erhältliche Eingangsabstand, statt daß er durch die Detektorgeometrie gegeben ist,
wobei der Abstand J-- zwischen den Elektroden 13 und 15 so gewählt
wird, daß er einen Wert besitzt, der annähernd das Doppelte der Diffusionslänge ist:
i= 2 λ ... (3 a).
Die effektive Breite der auflösbaren Bereiche zwischen den Eingängen ist in ähnlicher Weise definiert, wobei die Breite
w des Substrats 7 üblicherweise gewählt wird zu:
w = i f 2 λ ...(3 b).
Die Länge L des Elements bzw. der Einrichtung 3 kann so aufgefaßt werden, als daß sie in η auflösbare Bereiche der Länge
^ und der Breite w aufgeteilt ist, in die die Information parallel zugeführt werden kann, wodurch sich ergibt:
η = L/e = L/2/A ... (4).
Es sei nun angenommen, daß, bevor Informations-Träger injiziert werden, ein Stromimpuls angelegt wird, um die Ein-
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richtung 3 -yon ambipalaren Trägern zu löschen- Die in dem
Substrat vorhandenen Minoritäts- und Majoritätsträger erreichen
schnell ihre Dichten für thermisches Gleichgewicht, und wenn Informations-Träger in die Einrichtung 3 injiziert
werden,, wird eine überschüssige Verteilung ambipolarer Träger angesammelt.
^n nimmt mit zunehmender Injizierung von Trägern
die Dichteverteilung der ambipolaren Träger zu. Wenn jedoch die Injektionszeit sich an die Lebensdauer der Minoritätsträger
annähert, beginnt auch der Vorgang einer Rekombination der ambipolaren Träger anzulaufen.
Es ist besser, die Injektionszeit zu begrenzen und die entsprechende Verteilung zu den Detektor-Ausgangselektroden
15 schnell abzulenken, um einen Verlust des Ausgangssignalpegels und der Auflösung zu vermeiden. Ein Auslesestromimpuls
wird mittels des Generators 5 zugeführt zum Ablenken der Verteilung zur Detektorelektrode 15. Wenn ambipolare Träger
in das Halbleiterwerkstoff-Volumen zwischen den Elektroden
13 und 15 abgelenkt werden, wird der Interelektroden-Widerstand
moduliert. Eine Ausgangsspannung <j>
wird auf diese Weise zwischen diesen Elektroden erzeugt, die folgende Beziehung zur örtlichen Dichte der ambipolaren Träger besitzt:
φ = φ0 + Δφ ... (5 a).
Dabei hängen die Pedestal- oder Sockelspannung 0„ und die
Modulationssignalspannung Αφ vom spezifischen Werkstoffwiderstand ab:
Φο = 1O Po ^/a ··· <5 b>,
Αφ = I0 Λρί/Α ... (5 c),
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mit In = Amplitude des Impulsstroms, OQ = Gleichcrewichtswert
des spezifischen Widerstands für den Halbleiterwerkstoff,
Ao= durchschnittlxche Änderung des spezifischen Widerstands
aufgrund in das örtliche oder lokalisierte Volumen injizierter überschüssiger ambipolarer Träger, und A =
Werkstoff-Querschnitt senkrecht zum Stromfluß.
Die Ausgangsspannung φ wird mittels der Ausgangsschaltung
17 erfaßt und verstärkt.
Eine andere Ausbildung des Aufbaus des Ausgangsteils ist in Fig. 2 dargestellt. In diesem Fall ist die Elektrode
15 durch eine nichtohmsche Elektrode 41 ersetzt, beispielsweise durch einen p-Bereich, der einen pn-übergang mit einem
Streifen 7, falls dieser aus η-Werkstoff besteht, bildet, wobei der Übergang mittels einer Batterie 43 in Sperrrichtung
vorgespannt ist, sowie mit einer integrierenden Ausgangsschaltung 45 verbunden. Da die Signalauflösung durch
die Diffusion begrenzt ist, ergibt sich die optimale Zeitkonstante T für die Ausgangsschaltung 45 zu:
Tc = 2 λ / ν ... (6)
Üblicherweise gilt T = 0,02 μβ, mit ν = die Träger-Driftgeschwindigkeit.
Das beschriebene System kann mit oder ohne Ausgangssignalverknüpfung
betrieben werden. Wenn die Injektion kontinuierlich ist, wird die tatsächliche Injektionszeit durch
geeignete zeitgesteuerte Lösch-Auslese-Impulse definiert.
Die Kenndaten von zu diesem Zweck geeigneten Impulsen sind in Fig. 3 dargestellt.
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Die Impulse sind im wesentlichen rechteckförmig mit einer Amplitude In und einer Impulsdauer t , die für kontinuierlichen
Betrieb mit der Periode T wiederholt werden.
Der Injektionsbeginn erfolge zum Zeitpunkt t«. Während
der Anfangsperiode von tQ bis t.. wird der durch den Streifen
7 fließende Strom im wesentlichen auf Nullpegel gehalten. Die in den Streifen 7 injizierten ambipolaren Träger
können sich ansammeln^ bis zum Zeitpunkt t. ein Ausleseimpuls
31 angelegt wird. Zum Zeitpunkt t.. wird jedoch der Strom
schnell vom Nullpegel auf den endlichen Wert IQ umgeschaltet
und wird ein Feld E im Streifen 7 erzeugt. Dieses Feld erreicht eine Drift oder Verschiebung von sowohl Majoritätsais auch Mxnoritätsträgern, und die ambipolaren Träger fließen
auf die Detektorelektrode 15 zu. Die Geschwindigkeit ν der ambipolaren Träger ergibt sich zu:
ν = μΆ E = μα I0 p0 /A ... (7),
Damit die gesamte Verteilung der sich über die Streifenlänge L angesammelten ambipolaren Träger zur Detektorelektrode
15 und über die Strom-Elektrode 13 nach außen abgelenkt
wird, darf die Impulsbreite t nicht kleiner sein als die maximale Übergangs- bzw. Durchgangszeit t gemäß:
fcp ^ ^n = L/v '·· (8)·
Dies führt zu einer Begrenzung der Impulsform gemäß:
I0 tp >LA / (μα_ρ0) ... (9).
Der Strom In ist notwendigerweise auf niedrige Werte
begrenzt, um ein wesentliches Aufheizen aufgrund der Joul-
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sehen oder Stromwärmeverluste zu vermeiden, wodurch sich
sonst ein starker Rauschanteil und eine Instabilität ergeben würde.
Da die Injektion in diesem Fall kontinuierlich ist, sammeln sich ambipolare Träger weiterhin an, während die
Verteilung über die Einrichtung 3 abgelenkt wird. Die Verteilung der ambipolaren Träger ist jedoch nicht mehr mit
den Eingängen in fester Beziehung, und folglich wird in der Periode t ein unerwünschtes übersprechen der Verteilung
hinzugefügt. Um eine ernsthafte Verfälschung der Verteilung zu vermeiden, sollte die maximale Durchgangszeit
t im Vergleich zur geringsten Injektionsperiode (T - t )
kurz sein:
fcm « Tr - fcp ·'· (10)·
Auf diese Weise wird beim Durchgang des Stromimpulses im Intervall t.. - t„ die Verteilung ausgelesen und die Vorrichtung
gelöscht, bevor die nächste Verteilung angesammelt wird. Der Ausleseimpuls 31 wirkt daher als Löschimpuls für
den nächsten Ausleseimpuls 33.
Typische Werte für die Systemparameter sind folgende:
CMT auf 77 K;
Γ= 2 μβ ; μΆ = 500 cm2/Vs; jOQ~ 6 χ 10~ O. cm;
λ = 25 m;
η = 10, i = w = 50 μπι, L = 500 μια, Dicke -^10 μπι
Tr = 2 με ; t = 0,2 μ3 , IQ ■£* 40 mA.
Die Wirkung des Übersprechens kann durch Signalverarbeitung erheblich verringert werden. Wie in Fig. 3 darge-
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stellt, kann der Ansteuerimpuls 31 größere Dauer gemäß der
Strichlinie besitzen. Das Inter.vall t.. bis t5 beträgt das
Doppelte der minimalen Auslesedauer t .
Wie zuvor wird das Ausgangssignal in der Periode t. t„
erfaßt, jedoch wird während der Erfassung das übersprechen
zur bereits angesammelten Information hinzugefügt. Im weiteren Intervall t„ bis tg wird lediglich übersprech-Information
angesammelt. Eine Einrichtung, die geeignet ist, diese letztere Information zu verwenden, um ein verbessertes
Signal zu erzeugen, ist in Fig. 4 dargestellt. Die zwischen den Elektroden 13 und 15 erzeugte Ausgangsspannung
wird zunächst mittels einem Verstärker 51 hoher Impedanz verstärkt. Das verstärkte Signal wird dnm. -lurch ein synchrones
Verknüpfungsglied 53 verknüpft. Der Betrieb diesesVerknüpfungsglieds 53 ist mit den Impulsen synchronisiert,
die vom Generator 5 erzeugt sind, derart, daß der erste Teil des Ausgangssignals, der das Übersprechen und
die wahre oder richtige Information besitzt, über eine Verzögerungsleitung 55 geführt wird und dem Addiereingang eines
Differenzverstärkers 57 nach einer Verzögerungszeit t zugeführt wird. Das Verknüpfungsglied 53 wird zum Zeitpunkt
t2 so geschaltet, daß der zweite Teil des Ausgangssignals,
der der letzteren Hälfte des Impulses 31 (t„ - tj.) entspricht
und der lediglich die Übersprech-Information enthält, direkt dem Subtrahiereingang des Differenzverstärkers
57 zugeführt wird. Die beiden Teile des Ausgangssignals werden voneinander subtrahiert, wodurch das korrigierte Bildsignal
übrigbleibt.
Eine Form der beschriebenen Übertragungseinrichtung ist
in Fig. 5 dargestellt. Eine Übertragungseinrichtung 3' in
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Form eines länglichen Streifens 7' aus Halbleiterwerkstoff
ist mit einer Anordnung von Eingangsdioden D1 bis D5 mit
einem Abstand Ϊ1 voneinander längs der Längsausdehnung L1
angeordnet. Der Werkstoff kann leicht mit η-Silizium dotiert sein, wodurch die Dioden durch p-Diffusionen gebildet
sind. Eine entsprechende Anordnung von Eingangselektroden E1 bis E1. aus beispielsweise Aluminium sind zur Bildung
Ohmscher Kontakte mit den Dioden D- ... D^ aufgebracht oder
niedergeschlagen.
An den jeweiligen Enden des Streifens 7' sind zwei metallische,
beispielsweise aus Aluminium bestehende Strom-Elektroden 11' und 13' aufgebracht oder niedergeschlagen,
und zwischen diesen mit einem Abstand %' von der Strom-Elektrode
13" ist eine Detektorelektrode 15', beispielsweise aus
Aluminium, aufgebracht oder niedergeschlagen.
Der Abstand 'i' ist wie zuvor durch die Diffusion bestimmt
zu:
/'= 2 λ .. . (11 )y
wobei A eine geeignete Arbeits-Diffusionslänge ist. Elektrische
Spannungen V- bis V5 werden an die Dioden D ... D5 parallel
über synchrone Verknüpfungsglieder 61, 62, 63, 64 bzw. 65 angelegt. Die Elektroden 11' und 13' sind über den Stromimpulsgenerator
51 verbunden, und die Elektroden 13' und 15'
sind über eine Ausgangsverstärkerschaltung 17' miteinander
verbunden.
Die Verknüpfungsglieder 61 ... 65 sind so betrieben, daß sie nach jedem Anlegen eines Ausleseimpulses durch den Generator
51 öffnen oder durchschalten. Mit offenen oder durch-
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geschalteten Verknüpfungsgliedern werden Minoritätsträger in die Diodenbereiche D1 ... D1. injiziert, und in einer kurzen
Entspannungszeit oder Abklingzeit sammelt sich eine Verteilung ambipolarer Träger oder eine ambipolare Verteilung
an, entsprechend der Größe der in Sperrichtung anliegenden Vorspannungen V1 ... V5. Die Injektion wird dann durch
Schließen oder Sperren der synchronen Verknüpfungsglieder 61 ... 65 beendet. Bevor ein Auslesestromimpuls angelegt
wird zum Ablenken der gesamten stehenden Verteilung zur Detektorausgangselektrode
15', muß, um zu großen Verlust aufgrund von Rekombination zu vermeiden, der Auslöseimpuls nach einem Intervall
angelegt werden, das dem Beginn der Injektion folgt und das nicht wesentlich größer ist als die Minoritäts-Lebensdauer,
die für den Werkstoff charakteristisch ist.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 5 kann auch einfach zum Durchführen einer signalkomplementierenden Abbildungseinrichtung
verwendet werden. Das Substrat ist in diesem Beispiel ein fotoleitfähiger Werkstoff und kann optisch abgetastet
werden, um eine Verteilung von ambipolaren Trägern zu erzeugen, über diese Verteilung kann eine Signalverteilung
überlagert werden, die über Dioden D1 ... D,- injiziert
wird. Die Signalverteilung kann additiv sein und beispielsweise eine andere Bildinformation besitzen, oder kann subtraktiv
sein, beispielsweise den Signalpegel verbessern.
Zwei Anordnungen von Übertragungseinrichtungen 3, die
zur Verwendung für die optische Abbildung geeignet sind, sind in den Figuren 6 und 7 dargestellt. In Fig. 6 ist die
übertragungseinrichtung 3 ein Teil einer Hybrid-Detektoranordnung 71. Diese Anordnung 71 enthält eine Anzahl optischer
Abbildungsdetektoren OD1, OD2 ... ODn, deren Ausgänge O1, O2,
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O elektrisch mit den Diodeneingängen D* r D2 ··- D verbunden
sind, die in dem Substrat 7 der Einrichtung 3 gebildet sind. Die Bilddetektoren sind vorzugsweise ähnlich denen gemäß der
GB-PS 1 488 258 = US-PS 3 995 159 und werden zusammen mit
einem optischen Abtastsystem verwendet. Im Betrieb wird erreicht, daß Strom über die Detektoren OD1, OD7 ... OD fließt
ι ^ η
durch Anlegen einer Spannung zwischen jeweiligen Endelektroden E1'
Wenn die Oberflächen der Detektoren OD1 0D0 ... OD einer
fokussierten optischen Strahlung ausgesetzt sind, werden fotoelektrisch ambipolare Träger im Substratwerkstoff jedes
Detektors erzeugt, wobei erreicht wird, daß sie zu den Detektordioden O1, O2 ... 0 nahe dem Ende der Detektoren gedriftet
oder verschoben werden. Gemäß der GB-PS 1 488 258 ist die Driftgeschwindigkeit dieser Träger und die Abtastgeschwindigkeit
des Bildeinfalls oder Strahlungseinfalls auf jedem Detektor so synchronisiert, daß eine Integration während
des Trägerübergangs oder -durchgangs stattfindet. Wenn diese ambipolaren Träger erfaßt werden, erzeugen sie elektrische
Änderungen, und Ladungsträger werden über die angeschlossenen Eingangsdioden D1, D- ... D der Übertragungseinrichtung
3 injiziert. Auf diese Weise werden ambipolare Träger in der übertragungseinrichtung 3 gesammelt. Da die
Übertragungseinrichtung 3 von den Bilddetektoren OD1, OD2
... OD getrennt ist, können die jweils zugrundeliegenden
Halbleiterwerkstoffe so gewählt werden, daß sie den verschiedenen Funktionen der Erfassung bzw. der Umsetzung genügen.
Insbesondere kann zur Bilderfassung im Infrarotspektrum-Band von 8 - 14 μΐη ein Kadmium-Quecksilber-Tellur-Werkstoff
für das Band 8 - 14 μπι (ζ. B. CdQ 21 HgQ ?g Te) für
die Detektoren verwendet werden, während ein Kadmium-Queck-
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silber-Tellur-Werkstoff (ζ. B. Cdn 3Q Hgn 7Q Te) für das
Band von 3 - 5 μηι für die übertragungseinrichtung 3 verwendet werden kann.
Band von 3 - 5 μηι für die übertragungseinrichtung 3 verwendet werden kann.
Gemäß Fig. 7 sind die Bilddetektoren OD1', OD9' ...
OD ' und die übertragungseinrichtung 3 aus einer einzigen
Halbleiterwerkstoffscheibe hergestellt. Die Detektoren OD1', OD9' ... OD ' sind längs ihrer Längsausdehnung durch Schiitze voneinander getrennt, die in den Werkstoff eingeschnitten sind, wobei das Schneiden beispielsweise mittels eines Ätz-
und eines Fotolithographie-Verfahrens erreicht sein kann.
Der Detektor OD.1, OD' ... OD ' besitzt eine Strom-Elektrode E1" am entfernten Ende. An seinem rückseitigen Ende, an
dem er von seiner übertragungseinrichtung 3 wegragt, ist von der Verbindung beabstandet eine weitere Elektrode E9" vorgesehen. Im Betrieb wird, wenn ein elektrisches Potential zwischen den Elektrodenpaaren E1", E2" angelegt ist, erreicht,
daß ambipolare Träger längs jedes Detektors auf die Elektrode E9" zudriften. Wenn sich die Träger den Elektroden E0"
annähern, driften sie in einen gemeinsamen Bereich des Halbleiterwerkstoffes, der durch die Detektoren OD1', OD2' ...
OD ' und die Übertragungseinrichtung 3 eingenommen wird.
Wenn ein elektrischer Impuls zwischen die Elektroden 11 und
13 der Übertragungseinrichtung 3 angelegt wird, werden die
angesammelten ambipolaren Träger zur Elektrode 13 und zur
Erfassungsdiode 41 abgelenkt.
OD ' und die übertragungseinrichtung 3 aus einer einzigen
Halbleiterwerkstoffscheibe hergestellt. Die Detektoren OD1', OD9' ... OD ' sind längs ihrer Längsausdehnung durch Schiitze voneinander getrennt, die in den Werkstoff eingeschnitten sind, wobei das Schneiden beispielsweise mittels eines Ätz-
und eines Fotolithographie-Verfahrens erreicht sein kann.
Der Detektor OD.1, OD' ... OD ' besitzt eine Strom-Elektrode E1" am entfernten Ende. An seinem rückseitigen Ende, an
dem er von seiner übertragungseinrichtung 3 wegragt, ist von der Verbindung beabstandet eine weitere Elektrode E9" vorgesehen. Im Betrieb wird, wenn ein elektrisches Potential zwischen den Elektrodenpaaren E1", E2" angelegt ist, erreicht,
daß ambipolare Träger längs jedes Detektors auf die Elektrode E9" zudriften. Wenn sich die Träger den Elektroden E0"
annähern, driften sie in einen gemeinsamen Bereich des Halbleiterwerkstoffes, der durch die Detektoren OD1', OD2' ...
OD ' und die Übertragungseinrichtung 3 eingenommen wird.
Wenn ein elektrischer Impuls zwischen die Elektroden 11 und
13 der Übertragungseinrichtung 3 angelegt wird, werden die
angesammelten ambipolaren Träger zur Elektrode 13 und zur
Erfassungsdiode 41 abgelenkt.
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Claims (6)
- AnsprücheÜbertragungseinrichtung mit einem Substrat aus Halbleiterwerkstoff, beabstandeten Strom-Elektroden und dazwischen einer Detektoreinrichtung,gekennzeichnet durchmehrere Eingänge (D.., D ... D , OD1, OD2 ... OD ),über die Informations-Träger in die Übertragungseinrichtung (3) injizierbar sind und als räumliche Verteilung von ambipolaren Trägern ansammelbar sind.
- 2. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Eingänge durch eine Anordnung von Dioden (D1, D2 ... D ) gebildet sind, die auf dem Halbleiterwerkstoff (7) zwischen einer der Strom-Elektroden (11) und der Detektoreinrichtung (15, 41) ausgebildet sind.
- 3. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (7) mehrere wegragende Abschnitte (OD,OD ') (Fig. 7) besitzt, wobei in'2 · -n
diesen Abschnitten ambipolare Träger in einen aktiven Bereich der Einrichtung (3) zwischen den Strom-Elektroden (11, 13) überführbar sind.293-(JX 5280/05)-Me-r909819/0821ORIGINAL INSPECTED2347778 - 4. übertragungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wegragenden Abschnitte (OD1 1, OD2 1 ... OD ') fotoleitend sind derart, daß in diesen ambipolaren Träger fotoelektrisch erzeugbar sind.
- 5. übertragungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere diskrete Detektoren (OD1, OD2 ··. OD ) mit jeweils einem Ausgang (0., O2 ... 0 ), die mit einem entsprechenden Eingang (D1, D2 ... D ) der Übertragungseinrichtung (3) verbunden sind.
- 6. Übertragungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bild-Detektoren (OD1, OD2 ... OD ) aus einem Kadmium-Quecksilber-Tellur-Werkstoff für das Band 8 bis 14 μπι und das Substrat (7) aus einem Kadmium-Quecksilber-Tellur-Werkstoff für das Band 3 bis 5 μπι gebildet sind.909819/0821
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB4599577 | 1977-11-04 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2847778A1 true DE2847778A1 (de) | 1979-05-10 |
Family
ID=10439416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19782847778 Withdrawn DE2847778A1 (de) | 1977-11-04 | 1978-11-03 | Vorrichtung zur parallel-serien- umsetzung |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4231052A (de) |
| JP (1) | JPS5474691A (de) |
| DE (1) | DE2847778A1 (de) |
| FR (1) | FR2408193A1 (de) |
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-
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- 1978-11-02 US US05/956,960 patent/US4231052A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-11-02 JP JP13564078A patent/JPS5474691A/ja active Pending
- 1978-11-03 FR FR7831194A patent/FR2408193A1/fr not_active Withdrawn
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5474691A (en) | 1979-06-14 |
| FR2408193A1 (fr) | 1979-06-01 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |