DE2952159A1

DE2952159A1 - IR camera with detector matrix on semiconductor component - has all detectors in one column coupled to common line, each via switching transistor

Info

Publication number: DE2952159A1
Application number: DE19792952159
Authority: DE
Inventors: Dr.rer.nat. Otto 7900 Ulm Manck; Dipl.-Phys. Klaus 7901 Illerkirchberg Rödde; Hans-Jürgen Dipl.-Ing. 7900 ULm Wulf
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-12-22
Filing date: 1979-12-22
Publication date: 1981-06-25

Abstract

The infra-red camera has a number of detectors arranged in lines and columns of a matrix on a semiconductor component, as well as an integrated evaluation circuit. All detectors of one column are connected to a common conductor (81,82) via a switching transistor (211,212). At least one end of the common conductor is connected to an evaluation circuit (31,32). The control electrodes of the switching transistor of each line are connected to a parallel output of a shift register (6) by a conductive strip (71,72) for line addressing. Pref. one side of the semiconductor component carries the switching transistors, the common conductors, the conductive strips and the evaluation circuit, while its other side is coated by a layer transparent to infra-red radiation. The semiconductor component may be of p-conductive silicon, doped with substances whose excitation energy corresp. to that of infra-red quanta.

Description

"IR-Bildaufnahmeeinrichtung""IR image pickup device"

Die Erfindung betrifft eine IR-Bildaufnahmeeinrichtung mit einer Vielzahl zeilen- und spaltenförmig auf einem Halbleiter angeordneten Detektoren und mit einer integrierten Auswerteschaltung.The invention relates to an IR image recording device having a plurality detectors arranged in rows and columns on a semiconductor and with a integrated evaluation circuit.

Eine derartige Einrichtung, Jedoch für sichtbares Licht, ist zum Beispiel bekannt aus der DE-OS 25 58 337. Alle Detektoren (Photo- Sensorelemente) einer Spalte sind Jeweils mit einem zwischen den Detektoren zweier benachbsrter Spalten angeordneten Sciiieberegister (Vertikal-Schieberegister) verbunden. Ein Ende eines Jeden Vertikal-Schieberegisters steht mit einem Horizontal-Schieberegister in Verbindung, welches in Zeilenrichtung verläuft und an einer Seite der Detektorfläche angeordnet sind. Die in Paralleleingängen des Vertikal-Schieberegisters eingelesenen Werte werden ail in das Horizontal-Schieberegister weitergereicht und von dort seriell ausgelesen.One such device, but for visible light, is for example known from DE-OS 25 58 337. All detectors (photo sensor elements) of a column are each arranged with one between the detectors of two adjacent columns Sciiieberegister (vertical shift register) connected. One end of each vertical shift register is connected to a horizontal shift register, which is in the row direction runs and are arranged on one side of the detector surface. The ones in parallel entrances Values read in from the vertical shift register are all entered into the horizontal shift register passed on and read out serially from there.

Diese bekannte Anordnung hat Jedoch den Nachteil, daß die Vertikal-Schieberegister Jeweils zwischen den Spalten der Detektoren dort viel Platz beanspruchen, insbesondere deswegen, weil die Schieberegister in der Regel eine große Anzahl von zu kontaktierenden Takt elektroden erfordern, die von außen mitSteuersignalen versorgt werden müssen.However, this known arrangement has the disadvantage that the vertical shift register Each between the columns of the Detectors take up a lot of space there, especially because the shift registers usually have a large number of Require clock electrodes to be contacted, which are supplied with control signals from the outside Need to become.

Eine enge Anordnung von Detektoren ist daher nicht möglich, so daß die Bildauflösung unbefriedigend ist.A close arrangement of detectors is therefore not possible, so that the image resolution is unsatisfactory.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile bekannter Bildaufnahmeeinrichtungen zu vermeiden. Insbesondere soll eine IR-Bildaufnahmeeinrichtung der oben genannten Art angegeben werden, die eine enge Anordnung der Detektoren ermöglicht und möglichst wenig Kontaktierungen im Gebiet, wo die Detektoren angeordnet sind, erfordert.The invention is based on the problem of known disadvantages Avoid image recording devices. In particular, an IR image recording device should of the type mentioned above, requiring a close arrangement of the detectors allows and as few contacts as possible in the area where the detectors are arranged are required.

Die Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Es ist nunmehr möglich, Detektoren ohne aufwendige Kontaktierungsmahßnahmen sehr dicht nebeneinander anzuordnen, so daß über hundert Detektoren inklusive Auswerte schaltung auf einem Halbleiterchip integriert werden können. Dadurch wird die Auflösung der aufgenommenen IR-Bilder verbessert und/oder das strahlungempfindliche Gebiet bei gleicher Bildauflösung wesentlich kleiner, so daß auch die bei IR-Bildaufnahmeeinrichtungen erforderlichen Kiihlungsmaßnahmen weniger aufwendig sein können. Bei der erfindungsgemäßen Lösung sind kontaktierungsintensive Gebiete an den Rand der Detektorfläche verlagert, so daß die Kontaktierung der dort nur in geringer Anzahl erforderlichen Schieberegister ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden kann.The object is achieved by the invention specified in claim 1. It is now possible to use detectors without complex contacting measures to be arranged close to each other, so that over a hundred detectors including evaluations circuit can be integrated on a semiconductor chip. This will increase the resolution the recorded IR images and / or the radiation-sensitive area with the same image resolution much smaller, so that also with IR image recording devices necessary cooling measures can be less expensive. In the inventive The solution is to relocate contact-intensive areas to the edge of the detector surface, so that the contacting of the shift registers required there only in small numbers can be done without difficulty.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Durch Anordnung der Auswerteeinrichtungen auf die der mit der Infrarotstrahlung (IR-Strahlung) bestrahlten Seite gegenüberlie- genden Seite des Halbleiters kann der Halbleiter optimal zur Strahlungsdetektion ausgenutzt werden. Die Ansprüche 3 und 4 geben ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel unter Verwendung eines Silizium-Halbleiters. Die durch eine IR-Strahlung erzeugte elektrische Ladung in einem Detektor einer Spalte wird in einer allen Detektoren einer Spalte gemeinsamen Leitung weitergeleitet, die von einer als kurzes Schieberegister ausgebildete Eingangsschaltung ausgelesen werden kann. Das Auslesen kann jeweils an einem Ende einer gemeinsamen Leitung erfolgen. Anspruch 5 gibt eine einfache Lösung, bei der die Ladung direkt in das Schieberegister einer Eingangsschaltung übernommen wird.Advantageous refinements and developments of the invention are specified in the subclaims. By arranging the evaluation devices the side opposite the irradiated with infrared radiation (IR radiation) ends On the side of the semiconductor, the semiconductor can be optimally used for radiation detection will. Claims 3 and 4 give an advantageous embodiment Use of a silicon semiconductor. The electrical generated by an IR radiation Charge in one detector in a column is in all detectors in a column common line forwarded by one designed as a short shift register Input circuit can be read out. Reading can be done at one end a common line. Claim 5 gives a simple solution in which the charge is taken directly into the shift register of an input circuit.

Die letzte Elektrode dieser Schieberegister kann gemäß Anspruch 7 in vorteilhafter Weise gleichzeitig Elektrode eines Schieberegisters sein, aus welchem Jeweils die Ladungen einer ansteuerbaren Detektorzeile ausgelesen werden können.The last electrode of this shift register can according to claim 7 advantageously at the same time be the electrode of a shift register from which In each case the charges of a controllable detector row can be read out.

Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 8 mit Eingangsschaltungen und Je ein Schieberegister auf beiden Seiten der gemeinsamen Leitungen gestattet die Unterdrückung von Taktübersprechen (fixed pattern noise) welches beim Ladungstransport durch das Schieberegister entsteht, und/oder der unvermeidbaren, insbesondere bei IR-Strahlung störenden Hintergrundstrahlung.The embodiment of the invention according to claim 8 with input circuits and One shift register is permitted on either side of the common lines the suppression of clock crosstalk (fixed pattern noise) which occurs during charge transport arises through the shift register, and / or the unavoidable, especially with IR radiation interfering with background radiation.

Vorteilhaft hat sich auch die Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 6 gezeigt, die mit lediglich einseitigem Auslesen der Ladungnaus der jeweiligen Leitung auskommt, so daß die Bngangsschaltungen und das Schieberegister auf der anderen Seite der gemeinsamen Leitung eingespart werden können. Die Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 hat den Vorteil, daß im Bedarfsfall Jeder einzelne Detektor gezielt ausgewertet werden kann.The embodiment of the invention according to claim has also proven to be advantageous 6, with only one-sided reading of the charge from the respective Line gets by, so that the input circuits and the shift register on the other side of the common line can be saved. The design the invention according to claim 9 has the advantage that, if necessary, each individual Detector can be evaluated in a targeted manner.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen im einzelnen: FIG. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen IR-Bildaufnahmeeinrichtung mit zeilen- und spaltenförmig angeordneten Detektoren.The invention is based on drawings and exemplary embodiments explained in more detail. They show in detail: FIG. 1 is a schematic representation of a IR image recording device according to the invention with lines and columns arranged Detectors.

FIG. 2 eine Schnittansicht eines Detektors.FIG. 2 is a sectional view of a detector.

FIG. 3 den Verlauf von elektrisch leitenden Streifen zur Zeilenansteuerung und der gemeinsamen Leitungen.FIG. 3 the course of electrically conductive strips for line control and the common lines.

FIG. 4 eine Schnittansicht einer unmittelbar auslesenden Eingangsschaltung.FIG. 4 is a sectional view of an input circuit for direct reading.

FIG. 5 eine schemantische Darstellung einer erfindungsgemäßen IR-Bildaufnahmeeinrichtung mit beidseitigen Schieberegistern zur Ladungsübernahme.FIG. 5 shows a schematic representation of an IR image recording device according to the invention with shift registers on both sides for charge transfer.

FIG 6 eine Eingangsschaltung mit alternierender Ladungsübernahme auf zwei Kondensatoren und von dort auf ein Schieberegister.6 shows an input circuit with alternating charge transfer two capacitors and from there to a shift register.

FIG. 7 eine schematische Darstellung einer efindungsgemäßen IR-Bildaufnahmeeinrichtung, deren Eingangs schaltungen zusätzlich mit Je einem Verstärker und je einem Schalter versehen sind.FIG. 7 a schematic representation of an IR image recording device according to the invention, their input circuits also have an amplifier and a switch each are provided.

In FIG. 1 ist eine erfindungsgemäße IR-Bildaufnahmeeinrichtung mit einer Vielzahl zeilen- und spaltenförmig auf einem Halbleiter angeordneten Detektoren dargestellt. Die Detektoren sind mit 1 ij (i 51bisJ~1bBm) bezeichnet, um darzutun, daß n Detektoren in einer Spalte und m Detektoren in einer Zeile angeordnet sein können. Ihnen zugeordnet sind ebenfalls auf dem Hnlbleiter integrierte Auswerteschaltungen in Gestalt von Schalttransistoren 2ij (i und j wie oben angegeben) und Schieberegister 31, 32, ..., 3 m, 4 und 6.In FIG. 1 is an IR image pickup device according to the invention a plurality of detectors arranged in rows and columns on a semiconductor shown. The detectors are labeled 1 ij (i 51bisJ ~ 1bBm) to show that n detectors are arranged in a column and m detectors in a row can. They are also assigned evaluation circuits integrated on the semiconductor in the form of switching transistors 2ij (i and j as indicated above) and shift registers 31, 32, ..., 3 m, 4 and 6.

Gemäß der Erfindung sind alle Detektoren einer Spalte jeweils über einen Schalttransistor an eine gemeinsame Leitung angeschlossen. So liegen die Detektoren 111,121, 131,...According to the invention, all detectors in a column are each over a switching transistor to a common line connected. The detectors 111, 121, 131, ...

der Spalte 1 über die Schalttransistoren 211, 221, 231, an der gemeinsamen Leitung 81, die Detektoren 112,122, 132,...of column 1 via the switching transistors 211, 221, 231, on the common Line 81, the detectors 112, 122, 132, ...

der Spalte 2 über die Schalttransistoren 212, 222, 232, an der gemeinsamen Leitung 82 und so fort.of column 2 via the switching transistors 212, 222, 232, to the common Line 82 and so on.

Jeweils ein Ende der gemeinsamen Leituw81, 82, ... ist mit Jeweils einer Eingangsschaltung 31 bzw. 32 usw. verbunden und die Steuerelektroden der Schalttransistoren Jeweils einer Zeile sind mittels eines elektrisch leitenden Streifens an jeweils einem Parallel ausgang eines ersten Schieberegisters 6 zur Zeilenadressierung angeschlossen.One end of the common Leituw81, 82, ... is marked with each an input circuit 31 or 32 etc. connected and the control electrodes of the switching transistors Each row is connected to each other by means of an electrically conductive strip connected to a parallel output of a first shift register 6 for line addressing.

Wie aus der Figur ersichtlich sind beispielsweise die Stuerelektroden der Schalttransistoren 211, 212, ... der ersten Zeile mittels des elektrisch leitenden Streifens 71 an das Schieberegister 6 angeschlossen.As can be seen from the figure, for example, the control electrodes of the switching transistors 211, 212, ... of the first row by means of the electrically conductive Strip 71 is connected to the shift register 6.

Wird vom Schieberegister 6 ein Auslesesignal, beispielsweise auf den Streifen 71 gegeben, so werden die Schalttransistoren der ersten Zeile leitend und die Ladungen der Detektoren der ersten Zeile können jeweils auf die gemeinsame Leitung 81 bzw. 82 usw. fließen. Die beispielsweise auf die Leitung 81 übernomm~en Ladlw kalten von der Eingangsschaltung 31 übernommen und in das Schieberegister 4 eingespeist werden, von wo sie seriell an einen Verstärker 5 als unterschiedliche Signalspannungen zur weiteren Verarbeitung weitergeleitet werden.If the shift register 6 is a read-out signal, for example to the Given strip 71, the switching transistors of the first row become conductive and the charges of the detectors in the first row can each be transferred to the common line 81 or 82 etc. flow. The Ladlw took over, for example, on line 81 cold taken over by the input circuit 31 and fed into the shift register 4 from where they are serially connected to an amplifier 5 as different signal voltages forwarded for further processing.

FIG. 2 zeigt eine Schnittansicht eines Detektors der FIG. 1 mit der Anordnung des dem Detektor zugeordneten Schalttransisto#,der gemeinsamen Leitung und des elektrisch leitenden Streifens in bzw. auf einem Halbleiter. Im Ausführungsbeispiel wird von einem etwa 300/um dicken p-leitenden Silizium-Halbleiterblättchen 10 ausgegangen. Auf diesem ist von der einen Seite, hier der Oberseite, eine n-leitende Siliziumschicht 12 aufgebracht. Die n-leitende Siliziumschicht ist mit einer elektrisch isolierenden Oxidschicht 13 abgedeckt, die wie FIG. 2 zeigt eine unterschiedliche Dicke aufweist.FIG. 2 shows a sectional view of a detector of FIG. 1 with the Arrangement of the switching transistor # assigned to the detector, the common line and the electrically conductive strip in or on a semiconductor. In the exemplary embodiment an approximately 300 μm thick p-conducting silicon semiconductor wafer 10 is assumed. On this one is from the one side, here the top, an n-type Silicon layer 12 applied. The n-type silicon layer is electrically connected to insulating oxide layer 13 covered, which as FIG. 2 shows a different one Having thickness.

Das Gebiet eines Detektors ist als Gebiet mit einer tiefen + p -Diffusion 21 gekennzeichnet, die bis zum p-leitenden Silizium 10 reicht. Neben den Gebieten mit der tiefen p -Diffusion ist Jeweils eine schwache p+ -Diffusion 23 eingebracht, die lediglich bis in die n-leitende Siliziumschicht 12 reicht.The area of a detector is defined as an area with a deep + p diffusion 21, which extends to the p-type silicon 10. In addition to the areas With the deep p diffusion, a weak p + diffusion 23 is introduced in each case, which only extends into the n-conductive silicon layer 12.

Wahrend sich die tiefe p + -Diffusion senkrecht zur dargestellten Bildfläche Jeweils lediglich mit der Länge eines Detektors in Spaltenrichtungen erstrecht (etwa 50/um), erstreckt sich die flache Diffusion 23 über die ganze Spaltenlänge der Bildaufnahmeeinrichtung und bildet Jeweils eine allen Detektoren einer Spalte gemeinsame Leitung 81 bzw. 82 usw.While the deep p + diffusion is perpendicular to the one shown Image area Each with only the length of a detector in column directions even more so (about 50 μm), the flat diffusion 23 extends over the entire length of the column of the image recording device and forms one of each of the detectors of a column common line 81 or 82 etc.

Zwischen den Gebieten der flachen p + -Diffusion 23 und der Jeweils ihr zugeordneten tiefen p -Diffusion 21, also zwischen den Detektoren einer Spalte und der ihnen zugeordneten gemeinsamen Leitung, ist die Oxidschicht 13 wesentlich dünner als über benachbarten Gebieten. So beträgt die Oxidschicht an den dünnen Stellen etwa 0,1#um und in den übrigen Bereichen etwa 1/um.Between the areas of the shallow p + diffusion 23 and the respective their associated deep p diffusion 21, that is, between the detectors of a column and the common line assigned to them, the oxide layer 13 is essential thinner than over neighboring areas. So is the oxide layer on the thin Make about 0.1 # µm and about 1 / µm in the remaining areas.

Die elektrisch leitenden Streifen 71, 72, usw. sind senkrecht zu dem Verlauf der gemeinsamen Leitungen 81, 82, usw. angeordnet und auf die Isolierschicht 13 aufgebracht. Sie verlaufen jeweils über in einer Zeile liegende Detektoren, also über Gebiete mit der tiefen p+-Diffusion 21. Die in FIG. 2 dargestellte Schnittansicht zeigt beispielsweise den Schnitt durch den Detektor 112 mit Scittransistor 212 und gemein- samer Leitung 82. Der über dieses Gebiet verlaufende elektrisch leitende Streifen ist in diesem Fall der in FIG. 2 dargestellte Streifen 71. Der Schalttransistor 212 wird durch das Gebiet zwischen tiefer p + -Diffusion und flacher p -Diffusion gebildet. Gesteuert wird er durch den als Gate wirkenden Streifen 71, wobei der eigentliche Steuerbereich im Gebiet 22 zwischen der tiefen und der flachen p+ -Diffusion liegt. Die flache p+ -Diffusion 23 zeigt in FIG. 2 die gemeinsame Leitung 82 im Schnitt.The electrically conductive strips 71, 72, etc. are perpendicular to the Course of the common lines 81, 82, etc. arranged and on the insulating layer 13 applied. They each run over detectors lying in a row, that is over regions with the deep p + diffusion 21. The in FIG. 2 sectional view shown shows, for example, the section through the detector 112 with scit transistor 212 and mean- samer line 82. The one running over this area electrically conductive strip in this case is the one shown in FIG. 2 strips shown 71. The Switching transistor 212 becomes shallower due to the region between deep p + diffusion and p diffusion formed. It is controlled by the strip 71 acting as a gate, the actual control area in area 22 between the deep and the shallow p + diffusion. The shallow p + diffusion 23 shows in FIG. 2 the common Line 82 in section.

Auf der anderen Seite des Halbleiters, in FIG. 2 also die Unterseite, ist die Oberfläche des Halbleiters mit einer großflächigen IR-Strahlung durchlassenden Schicht 11 versehen, die zur Belichtung mit der IR-Strahlung vorgesehen.On the other side of the semiconductor, in FIG. 2 so the bottom, is the surface of the semiconductor with a large area that allows IR radiation to pass through Layer 11 provided, which is intended for exposure to the IR radiation.

ist. Diese Schicht ist etwa 1#um dick und kann durch eine zusätzliche p+ -Diffusion in das Halbleitermaterial eingebracht werden.is. This layer is about 1 # µm thick and can be replaced by an additional p + diffusion are introduced into the semiconductor material.

Aus FIG 2 ist ferner ersichtlich, daß auf der einen Seite des Halbleiters, beispielsweise der Oberseite, die Schalttransistoren, die durch die flache Diffusion 23 gebildeten gemeinsamen Leitungeninddie elektrisch leitenden Streifen 71, 72 ... angeordnet sind und daß auf der anderen Seite des Halbleiters, beispeilsweise der Unterseite, die IR-Bestrahlung stattfindet. Das gewählte Dotierungsprofil des Halbleiters gestattet es, auf seiner Oberfläche auch die gesamte Auswerteschaltung'bestehend aus den Eingangsschaltungen 31, 32, ... den Schieberegistern 4 und 6 und dem Verstärker 5 beim Herstellungsprozess der Bildaufnahmeeinrichtung mit zu integrieren In FIG. 3 ist der Verlauf der elektrisch leitenden Streifen 71, 72, ... über den Detektoren 111, 112,... Jeweils einer Zeile dargestellt. Ferner sind die senkrecht zu den elektrisch leitenden Streifen verlaufenden Leitungen 81, 82, (Jeweils flache p+-Diffusion 23) zu erkennen. Die Gate-Bereiche der Jeweiligen Schalttransisitoren sind schraffiert eingezeichnet.From FIG 2 it can also be seen that on one side of the semiconductor, for example the top, the switching transistors created by the shallow diffusion 23 formed common lines are the electrically conductive strips 71, 72 ... are arranged and that on the other side of the semiconductor, for example the Bottom where IR exposure takes place. The selected doping profile of the semiconductor allows the entire evaluation circuit to exist on its surface from the input circuits 31, 32, ... the shift registers 4 and 6 and the amplifier 5 to be integrated in the manufacturing process of the image recording device. 3 is the course of the electrically conductive strips 71, 72, ... over the detectors 111, 112, ... each shown in one line. Furthermore, the are perpendicular to the electrical senior Stripes running lines 81, 82 (each flat p + diffusion 23) can be seen. The gate areas of the respective switching transistors are shown hatched.

In FIG. 4 ist eine Schnittansicht einer unmittelbar auslesenden Eingangsschaltung dargestellt. Die Bezeichnungen beziehen sich auf die Eingangsschaltung 31. Wie ersichtlich ist die Eingangsschaltung als lediglich wenige Stufen umfassendes Schieberegister ausgebildet, deren Elektrodenanordnung auf der Oxidschicht 13 des Halbleiterchips unmittelbar dort beginnt, wo die als flache p+-Diffusion ausgebildete gemeinsame Leitung 81 endet, Gleiche Halbleiterschichten wie in FIG. 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Elektrodenanordnung besteht aus den Elektroden 3101 bis 3104.In FIG. Fig. 4 is a sectional view of an immediate readout input circuit shown. The designations relate to the input circuit 31. As can be seen is the input circuit as a shift register comprising only a few stages formed, the electrode arrangement on the oxide layer 13 of the semiconductor chip begins immediately where the joint formed as a shallow p + diffusion begins Line 81 ends, same semiconductor layers as in FIG. 2 are with the same Provided with reference numerals. The electrode arrangement consists of electrodes 3101 to 3104.

Beim Betrieb der erfindungsgemäßen Bildauswerteeinrichtung liegt beispielsweise die großflächige leitende Schicht 11 (FIG, 2) stets auf Bezugspotential, beispielsweise 0 Volt und die erste Elektrode 3101 (FIG. 4) des Schieberegisters stets auf beispielsweise -12 Volt. Die folgenden Elektroden 3102 bis 3104 werden beispielsweise mit -15 Volt und 0 Volt getaktet und dienen zum Weitertransport der unter der Elektrode 3101 fließenden positiven Ladungen (Löcher).When operating the image evaluation device according to the invention, for example the large-area conductive layer 11 (FIG, 2) always at reference potential, for example 0 volts and the first electrode 3101 (FIG. 4) of the shift register is always on, for example -12 volts. For example, the following electrodes 3102-3104 are at -15 volts and 0 volts clocked and are used to transport the under the electrode 3101 flowing positive charges (holes).

Ist die zweite Elektrode 3102 auf -15 Volt, so gibt die Leitung 81 an das Gebiet unter der Elektrode 3101 soviel Löcher ab, bis die Leitung 81 und damit das Gebiet der flachen Diffusion 23 (FIG. 2) etwa -10 Volt angenommen hat.If the second electrode 3102 is at -15 volts, then the line 81 outputs in the area under the electrode 3101 until the line 81 and so that the area of shallow diffusion 23 (FIG. 2) has assumed approximately -10 volts.

Wird nun der Streifen 71 mit einer Spannung von etwa -12 Volt beaufschlagt, so können Löcher der tiefen p -Diffusion 21 über das Gebiet 20 so lange zur flachen Diffusion 23 fließen, bis auch die tiefe Diffusion 21 mit der flachen Diffusion 23 potential gleich ist, also ebenfalls auf etwa -10 Volt liegt. Diese Schichtpotentiale sind der Ausgang der Bildaufnahmeeinrichtung ohne Belichtung. Liegt der Streifen 71 auf Null Volt, so sind die ihm zugeordneten Schalttransistoren gesperrt.If the strip 71 is now subjected to a voltage of about -12 volts, so holes of the deep p -diffusion 21 can be shallow over the region 20 for so long Diffusion 23 flow until also the deep diffusion 21 with the shallow diffusion 23 potential is the same, i.e. it is also at about -10 volts. These layer potentials are the output of the image recording device without exposure. If the strip 71 is at zero volts, the switching transistors assigned to it are locked.

Das Gebiet unter der tiefen p + -Diffusion 21 bildet einen für IR-Strahlung empfindlichen Photowiderstand. Wird die Schicht 11 bestrahlt, so bilden sich zusätzliche Ladungsträger im Halbleiter 10, welche die Leitfähigkeit zwischen der gut leitenden, beispielsweise auf Bezugspotential gehaltenen Schicht 11 und der gut leitenden tiefen p+-Diffusion 21 erhöhen.The area under the deep p + diffusion 21 forms one for IR radiation sensitive photoresistor. If the layer 11 is irradiated, additional ones are formed Charge carriers in the semiconductor 10, which increase the conductivity between the highly conductive, for example, the layer 11 held at reference potential and the highly conductive depths Increase p + diffusion 21.

Beim Takten, beispielsweise des Streifens 71, gelangen zwischen zwei Sperrzuständen der dem Streifen zugeordneten Schalttransistoren die im Halbleiterwiderstand zwischen Schicht 11 und Diffusion 21 gebildeten Ladungen auf die tiefe Diffusion 21 und von dort über die Leitung 81, unter der Elektrode 3101 hindurch, zur Elektrode 3102 des in FIG. 4 gezeigten Schieberegisters der Eingangsschaltung 31. Da der Halbleiterwiderstand unter der tiefen p+ -Diffusion 21 eine Funktion der IR-Bestrshlung ist, ist es somit auch die Anzahl der Ladungsträger, die zur Elektrode 3102 gelangen.When clocking, for example the strip 71, get between two Blocking states of the switching transistors assigned to the strip are those in the semiconductor resistor charges formed between layer 11 and diffusion 21 on the deep diffusion 21 and from there via the line 81, under the electrode 3101, to the electrode 3102 of the one shown in FIG. 4 of the input circuit 31. Since the semiconductor resistance is a function of the IR irradiation under the deep p + diffusion 21, it is therefore also the number of charge carriers that get to electrode 3102.

Die unter die Elektrode 3102 gelangten Ladungsträger können in an sich bekannter Weise im Schieberegister bis zur Elektrode 3104 weitergeschoben werden. Die Elektrode 3104 ist hier die letzte Elektrode des wenige Stufen aufweisenden Schieberegister der Eingangsschaltung 31. Zweckmäßigerweise wird das Schieberegister 4 (FIG. 1) so ausgebildet, daß Jeweils die letzte Elektrode Jedes Schiebereglsters der Eingangsschaltungen gleichzeitig eine Elektrode des Schieberegisters 4 ist, Die Ladungsübergabe von den Schieberegistern der Eingangsschaltungen 31,32,... zum Schieberegister 4 wird dadurch sehr platzsparend und einfach. ...The charge carriers that have come under the electrode 3102 can in on can be shifted further in the shift register to electrode 3104 in a known manner. The electrode 3104 is here the last electrode of the few steps Shift register of the input circuit 31. The shift register 4 (FIG. 1) designed so that in each case the last electrode of each slide control of the input circuits is at the same time an electrode of the shift register 4, The charge transfer from the shift registers of the input circuits 31, 32, ... to the This makes shift register 4 very space-saving and simple. ...

In sehr vielen Fällen ist die Ladung, welche in der Bildaufnahmeeinrichtung bereits bei unbelichteten Detektoren fließt, störend, weil sie die Empfindlichkeit der Bildaufnahmeeinrichtung, herabsetzt. Daher wird in einer ersten Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, die in FIG. 5 schematisch dargestellt ist, Jeweils an beiden Enden einer als flache p+ -Diffusion 23 ausgebildeten gemeinsamen Leitung 81, 82,... eine zweite Eingangsschaltung 311, 321, vorzusehen und Jede zweite Eingangsschaltung mit einem Paralleleingang eines dritten Schieberegisters 41 zu verbinden.In very many cases the charge is in the image pickup device flows even with unexposed detectors, disturbing because they reduce the sensitivity the image pickup device. Therefore, in an initial training proposed the invention, which is shown in FIG. 5 is shown schematically, respectively at both ends of a common line designed as a flat p + diffusion 23 81, 82, ... to provide a second input circuit 311, 321, and every second input circuit to be connected to a parallel input of a third shift register 41.

Die Bildaufnahmeeinrichtung wird in diesem Fall alternierend mit dem aufzunehmenden Bild bestrahlt, so daß das Schieberegister 4 die Ladungen bei Belichtung und das zusätzliche Schieberegister 41 die Ladungen bei abgedeckter Bildaufnahmeeinrichtung erhält. Die von den an den Schieberegistern 4 und 41 angeschlossenen Verstärker 5 bzw. 51 abgegebenen Signalspannungen braucht dann lediglich subtrahiert zu werden, um die dem aufgenommen IR-Bild entsprechenden ungestörten Signalspannungen zu erhalten. Gleichzeitig wird durch die Differenzbildung der Signalspannungen auch das Rauschen in Folge des sogenannten "Taktübersprechenß" unterdrückt.In this case, the image recording device is alternating with the irradiated image to be recorded, so that the shift register 4 the charges upon exposure and the additional shift register 41 the charges when the image pickup device is covered receives. The amplifier connected to the shift registers 4 and 41 5 or 51 output signal voltages then only needs to be subtracted, in order to obtain the undisturbed signal voltages corresponding to the recorded IR image. At the same time, the formation of the difference between the signal voltages also reduces the noise suppressed as a result of the so-called "clock crosstalk".

Eine zweite Weiterbildung der erfindungsgemäßem Bildaufnahmeeinrichtung zeigt FIG. 6. Die in der rechten Hälfte der Figur dargestellte Eingangsschaltung ist in diesen Fall als ebenfalls wenige Stufen umfassendes Schieberegister, deren Elektroden mit G1, G2, G3, ... bezeichnet sind, ausgebildet.A second further development of the image recording device according to the invention shows FIG. 6. The input circuit shown in the right half of the figure is in this case as a shift register also comprising a few stages, whose Electrodes labeled G1, G2, G3, ... are formed.

Die Elektrodenanordnung beginnt jedoch nicht unmittelbar dort, wo eine gemeinsame Leitung, beispielsweise Leitung 81 endet, sondern zwischen dem Ende einer gemeinsamen Leitung und dem Beginn des nur wenige Stufen umfassenden Schieberegisters ist eine aus der DE-OS 29 19 936 bekannte Schalttung zur Signaldifferenzbildung geschaltet. Diese in integrierter Technik realisierbare Schaltung ist in FIG. 6 zur einfacheren Uebersicht als elektrische Schaltung dargestellt, da sie ausführlich in der o, g. DE-OS beschrieben ist. Die Ladungen beispielsweise der Leitung 81 werden bei dieser Schaltung über die Schalttransistoren T1, T2 abwechselnd auf als Kondensatoren ausgebildete Speicher Cl bzw. C2 geleitet, welche über Schalttransistoren T3 und T4 zwischenzeitlich bis auf eine Referenzspannung UR aufladbar sind.However, the electrode arrangement does not begin immediately where a common line, e.g. line 81 ends, but between the end a common line and the beginning of the shift register, which has only a few stages is a circuit known from DE-OS 29 19 936 for signal difference formation switched. This circuit, which can be implemented using integrated technology, is shown in FIG. 6th for a simpler overview shown as an electrical circuit, since it detailed in the o, g. DE-OS is described. The charges for example of the line 81 are in this circuit via the switching transistors T1, T2 alternately as capacitors formed memory Cl or C2 passed, which via switching transistors T3 and T4 can be charged up to a reference voltage UR in the meantime.

Die Kondensatoren sind getrennt an die ersten beiden Elektroden G1 und G2 des Schieberegister3 der Eingangsschaltung angeschlossen. Während die erste Elektrode G1 von einer mit einer konstanten Spannung UO gespeisten InJektionsschicht eine ihrer Spannung entsprechende Ladungsmenge entnimmt, wird von dieser Ladungsmenge nach Maßgabe der Spannung der zweiten Brode G2 ein der Spannungsdifferenz der Kondensatoren Cl und C2 entsprechender Ladungsanteil weitergereicht. Die letzte Elektrode des nur wenige Stufen umfassenden Schieberegisters ist in vorteilhafter Weise wieder gleichzeitig Elektrode des in FIG. 1 gezeigten Schieberegisters 4. Diese Weiterbildung hat die gleichen Vorteile wie die in FIG#. 5 gezeigte. Sie kommt Jedoch ohne die Eingangaschaltungen 311, 321, ... und das Schieberegister 41 mit Verstärker 51 und die dort erforderliche Elektronik zur Differenzbildung aus.The capacitors are separated on the first two electrodes G1 and G2 of the shift register3 of the input circuit. While the first Electrode G1 from an injection layer fed with a constant voltage UO removes an amount of charge corresponding to its voltage, is taken from this amount of charge depending on the voltage of the second Brode G2 on the voltage difference of the capacitors Cl and C2 passed on the corresponding charge proportion. The last electrode of the Shift register comprising only a few stages is advantageously again at the same time electrode of the in FIG. 1 shift register 4. This development has the same advantages as those in FIG #. 5 shown. However, it comes without them Input circuits 311, 321, ... and the shift register 41 with amplifier 51 and the electronics required there to form the difference.

Die bisher erläuterten AusführungsbeispieLe und Weiterbildungen ermöglichten Jeweils ein zeilenweises Auslesen der Detektoren der Bildaufnahmeeinrichtung. Ist Jedoch eine Adressierung Jedes einzelnen Detektors erwünscht, so gibt die Weiterbildung gemäß FIG. 7 eine vorteilhafte Lösung.The previously explained examples and further training made possible Line-by-line reading of the detectors of the image recording device. is However, an addressing of each individual detector is desired, as stated in the further development according to FIG. 7 an advantageous solution.

Jede Eingangsschaltung 31, 32, ... ist hierzu mit einem Verstärker V1, V2, ... versehen,welcher an seinem Ausgang über einen elektronischen Schalter S1, 52, ... an einer zweiten, allen Schaltern gemeinsamen Leitung L angeschlossen ist.For this purpose, each input circuit 31, 32, ... is provided with an amplifier V1, V2, ..., which at its output via an electronic switch S1, 52, ... connected to a second line L common to all switches is.

Die Eingangsschaltungen 31, 32, ... sind zweckmäßigerweise gemäß FIG. 6 ausgebildet, da sie gegenüber der Anordnung gemäß FIG. 5 weniger Schieberegister erfordern, Der jeweilige Verstärker wird mit seinem Eingang Jeweils an die letzte Elektrode des nur wenige Stufen umfassenden Schieberegisters eiz Eingangsschaltung angeschlossen.The input circuits 31, 32, ... are expedient according to FIG. 6 formed, since compared to the arrangement according to FIG. 5 fewer shift registers require, The respective amplifier is connected to the last one with its input Electrode of the shift register, which has only a few stages, eiz input circuit connected.

Die Adressierung eines einzelnen Detektorelementes erfolgt so , daß beispielsweise zur Auslese des Detektors 122 die Schicht 72 etwa - 15 Volt erhält und der Schalter S2 geschlossen wird . Dadurch werden von den Detektoren der zweiten Zeile zwar an alle Eingangsachaltungen 31, 32, Ladungen abgegeben und an den Ausgängen der Verstärker V1, V2, ... entsprechende Signalspannungen erzeugt. Jedoch wird von diesen Signalspannungen nur die der zweiten Spalte über den geschlossenen Schalter 82 auf die Leitung L übertragen.The addressing of an individual detector element takes place in such a way that For example, to read out the detector 122, the layer 72 receives approximately -15 volts and the switch S2 is closed. This will make the detectors the second Line to all input circuits 31, 32, charges delivered and at the outputs the amplifier V1, V2, ... generates corresponding signal voltages. However, from these signal voltages only those of the second column via the closed switch 82 transferred to line L.

Die o .g. Ausführungen wurden am Beispiel einer Bildaufnahmeeinrichtung erläutert, die auf einem Silizium-Halbleiter integriert ist. Die p-Leitfähigkeit wird im Halbleiter-Chip 10 zweckmäßig durch Stoffe erzielt, die bei Bestrahlung mit der zu detektierenden IR-Strahlung Ladung; träger erzeugen. Als Stoffe für diese p-Dotierung haben sich Galium, Indium und thallium als besonders geeignet erwiesen.The above Explanations were made using the example of an image recording device explained, which is integrated on a silicon semiconductor. The p-conductivity is expediently achieved in the semiconductor chip 10 by substances that are irradiated with the IR radiation to be detected charge; generate carrier. As fabrics for this p-doping, galium, indium and thallium have proven to be particularly suitable.

Fiir die tiefe und flache p+ -Diffusion ist Bor und für die p- leitende Schicht 11 Phosphor als Dotierstoff zweckmäßig. Die p + -Diffusionen sind Jeweils bis zur Löslichkeitsgrenze durchgeführt.For the deep and shallow p + diffusion is boron and for the p- diffusion Layer 11 phosphorus is expedient as a dopant. The p + diffusions are respectively carried out up to the solubility limit.

Die elektrisch leitenden Streifen 71, 72, ... lassen sich bei der monolithischen Integration einfach als polykrista- lines Silizium realisieren. Hierfür genügt eine Schichtdicke von etwa 0,5/um.The electrically conductive strips 71, 72, ... can be used in the monolithic integration simply as a polycrista- lines silicon realize. A layer thickness of about 0.5 μm is sufficient for this.

Die Erfindung wurde am Beispiel eines p-dotierten Elementhalbleitern (Silizium) näher erläutert. Sie läßt sich jedoch auch mit einem n-dotierten Elementhalbleiter mit vertauschten Polaritäten oder mit einem Verbindungshalbleiter aus beispielsweise Cadmium-#uecksilber-Tellurid mit Vorteil realisieren.The invention was based on the example of a p-doped element semiconductor (Silicon) explained in more detail. However, it can also be used with an n-doped element semiconductor with reversed polarities or with a compound semiconductor from, for example Realize cadmium # mercury telluride with advantage.

Claims

Claims 1. IR image recording device with a variety detectors arranged in rows and columns on a semiconductor and with a integrated evaluation circuit, characterized in that all detectors one Column each via a switching transistor (211, 212, ...) to a common line (81, 82, ...) are connected that at least one end of the common line (81, 82, ...) is each connected to an input circuit (31, 32, ...) and that the control electrodes of the switching transistors (211, 212, ...) each have a row by means of an electrically conductive strip (71, 72, ...) to one parallel output each a first shift register (6) are connected for line addressing.

2. Device according to claim 1, characterized in that on the one side of the semiconductor the switching transistors (211, 212, ...), the common Lines (81, 82, ...) the electrically conductive strips (71, 72, ...) and the Evaluation circuit (31, 32, ..., 4, 5, 6) are arranged that on the other side of the semiconductor allowing the surface to pass through with a large-area IR radiation layer (11) is provided, and that the side with extensive IR radiation transmitting layer (11) is provided for receiving the IR radiation.

3, device according to claim 2, characterized in that the semiconductor consists of p-conductive silicon, which is doped with substances, whose excitation energy corresponds to the energy of the IR light quanta that on the p-conducting Silicon (10) has an n-conductive silicon layer (12) applied from one side is that with an electrically insulating oxide layer (13) of different thickness is covered that the detectors (111, 112, ...) as areas with a deep p + diffusion (21) are formed, which penetrates the n-conductive layer and up to the p-conductive ai) # z # i # n (1O) # 1 that in addition to the areas with the deep p + diffusion (21), respectively a shallow p + diffusion (23) forming the common line (81, 82, ...) is introduced is that only extends into the n-conductive layer (12) that between the areas the shallow p + diffusion (23) and the deep p diffusion assigned to it in each case (21) the oxide layer (13) is much thinner than over adjacent areas and that the electrically conductive strips (71, 72, ...) perpendicular to the course of the the common lines (81, 82, ...) forming shallow p + diffusion (23) the insulating layer (13) are applied and each over lying in a row Areas with the deep p diffusion (21) run.

4. Device according to claim 3, characterized in that the electrically conductive strips (71, 72, ...) consist of polycrystalline silicon,

5. Device according to Claim 3 or 4, characterized in that the input circuit (31, 32, ...) designed as shift registers comprising only a few stages are whose electrode arrangement (3101, 3102, ...) on the oxide layer (13), respectively begins immediately where the joint formed as a shallow p + diffusion Line (81, 82, ...) ends.

6. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the input circuits (31, 32, ...) as shift registers comprising only a few stages are formed, the electrode arrangement of which on the oxide layer (13) in each case there begins where the common line (81, 82, ...) ends and that two memories (C1, C2) are provided for each input circuit, which alternately share with the respective one via switching transistors (T1, T2) Line (81, 82, ...) can be connected and separately to the first two electrodes (G1 and G2) connected to the shift register comprising only a few stages are.

7. Device according to claim 5 or 6, characterized in that the last electrode of each shift register comprising only a few stages is at the same time an electrode of a second shift register (4).

8. Device according to claim 7, characterized in that each at both ends of a common line designed as a flat p + diffusion (81, 82, ...) a second input circuit (311, 321, ...) is provided and each second input circuit (311, 321, ...) with a parallel input of a third Shift register (41) is connected.

9. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that that each input circuit (31, 32, ...) is provided with an amplifier CVI, V2, ...) which is activated at its output via an electronic switch (S1, S2, ...) connected to a second line (L) common to all switches (S1, S2, ...) is.