DE3019481A1 - Waermestrahlen-bildaufnahmeanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmestrahlen-Bildaufnahme­ anordnung mit auf einem Substrat angeordneten Halbleiter­ elementen in Form von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten langgestreckten Streifen aus Halbleitermaterial, in dem freie Ladungsträger bei Absorption einer auf den Streifen auftreffenden Wärmestrahlung erzeugt werden, wobei Vorspannungselektroden an in Richtung der Streifen gegen­ überliegenden Stellen auf dem Streifen angebracht sind, um einen Vorstrom aus überwiegend Majoritätsladungsträgern in diesem Streifen zu erzeugen, der eine ambipolare Drift von durch Strahlung erzeugten freien Minoritätsladungsträgern in der zur Stromrichtung entgegengesetzten Richtung unter­ stützt, und Ausleseelemente in der ambipolaren Driftstrecke zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Vorspannungs­ elektroden vorgesehen sind.

Eine derartige Anordnung ist in der GB-PS 14 88 257 beschrie­ ben. Das Halbleitermaterial des Streifens ist üblicherweise Cadmium-Quecksilber-Tellurit. Die Ausleseelemente können eng benachbarte erste und zweite Ausleseelektroden enthalten, die einen ohmschen Kontakt mit dem Streifen bilden; diese Elektroden, die aus Metall, wie Aluminium, bestehen können, erstrecken sich vorzugsweise über den Streifen, und eine dieser beiden Elektroden kann mit der Vorspannungselektrode gemeinsam sein. Die beim Betrieb der Anordnung zwischen den zwei Ausleseelektroden erzeugte Spannung ist ein Maß für die Dichte der Minoritätsladungsträger, die durch die Strahlung erzeugt worden sind. In einer anderen Ausführungs­ form können die Ausleseelemente jedoch entweder aus einem Metall- oder einem Halbleiterbereich bestehen (der sich vor­ zugsweise über den Streifen erstreckt), durch den ein Dioden­ übergang mit dem Streifen gebildet wird, und dieser Dioden­ übergang ist in Sperrichtung durch Verwendung einer geeig­ neten Vorspannung vorgespannt. Der Strom, der durch diese Diode fließt, ist ebenfalls ein Maß für die Dichte der Minoritätsladungsträger, die durch die Strahlung erzeugt werden. Die Diodenübergänge können auch in einem nicht vorge­ spannten Zustand betrieben werden.

In den speziellen Ausführungsformen dieser Anordnung, die in der GB-PS 14 88 258 beschrieben und dargestellt sind, sind die Metall- oder Halbleiterbereiche, die die Ausleseelemente bilden, auf dem Halbleiterstreifen angebracht und dort be­ festigt; der Streifen selbst ist in einer üblichen Gehäuse­ anordnung zum Kühlen des Streifens auf die gewünschte Arbeits­ temperatur und zum Herstellen der geeigneten elektrischen Verbindungen eingebaut. Es ist üblich, für die elektrischen Verbindungen mit der Wärmestrahlen-Bildaufnahmeanordnung in solch einem Gehäuse Drahtverbindungen zu verwenden. Eine direkte Drahtverbindung mit solch einem Ausleseelement auf dem Streifen der Anordnung kann jedoch Probleme hervorrufen. Der Bereich des Ausleseelementes ist ein empfindlicher Be­ reich in der ambipolaren Driftstrecke. Drahtverbindungen in diesem Bereich können Störungen in dem Halbleitermaterial hervorrufen, wodurch eine erhebliche Rekombination der La­ dungsträger in diesem Bereich erfolgt. In extremen Fällen kann sogar ein Bruch des Halbleitermaterials auftreten.

Bei Untersuchungen, die zu der vorliegenden Erfindung führten, wurde ferner eine Vielzahl von solchen Streifen parallel auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet, um eine zweidimen­ sionale Abtastfläche zu bilden. Um den unempfindlichen Be­ reich zwischen den parallelen Streifen zu verringern, ist es erwünscht, daß die Streifen in engem Abstand zueinander liegen. Um eine Bildaufnahmeanordnung mit solchen parallelen Streifen zu vereinfachen, ist es außerdem allgemein wün­ schenswert, daß die Ausleseelemente und Vorspannungselektro­ den jeweils in Richtungen im wesentlichen senkrecht zu den Streifen ausgerichtet sind. Diese doppelte Forderung nach engem Abstand und Ausrichtung kann dadurch erfüllt werden, daß die Drahtverbindungen direkt zu den Ausleseelementen auf jeden Streifen führen, jedoch entstehen hierdurch die vor­ stehend beschriebenen Nachteile.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, ist die eingangs angegebene Wärmestrahlen-Bildaufnahmeanordnung erfindungs­ gemäß dadurch gekennzeichnet, daß jeder Streifen sich im Bereich dieser Ausleseelemente in zwei Teile verzweigt, die voneinander durch einen Schlitz getrennt werden, der sich von diesem Bereich aus in eine Richtung im wesentlichen parallel zu dem Streifen erstreckt, wobei der eine dieser beiden Teile die Fortsetzung der ambipolaren Driftstrecke von diesem Bereich zu einer der Vorspannungselektroden dar­ stellt und der andere dieser beiden Teile eine Verbindung zu dem Ausleseelement bildet und sich von diesem Bereich in eine Richtung im wesentlichen parallel zu dem Schlitz erstreckt und durch diesen Schlitz von der Vorspannungs­ elektrode getrennt wird.

In einer derartigen Anordnung enthalten die Verbindungen zu den Ausleseelementen diese anderen Teile der Streifen und erstrecken sich von dem Bereich der Ausleseelemente weg, so daß, falls beispielsweise Drahtverbindungen in einem Ge­ häuse dieser Anordnung verwendet werden, diese Drähte an einem Teil der Verbindung befestigt werden können, der von dem empfindlichen Bereich in der Umgebung der Ausleseelemente entfernt liegt. Die parallele Anordnung des Schlitzes und des verzweigten Teiles des Streifens ermöglicht es, daß diese Ausführung der Verbindung zu den Ausleseelementen sich zwi­ schen den Halbleiterstreifen erstreckt, auch wenn diese eng benachbart und genau ausgerichtet angeordnet sind. Daher müssen die Streifen so angeordnet sein, daß die Vorspannungs­ elektrode und die Ausleseelemente der einzelnen Streifen jeweils in Richtungen im wesentlichen senkrecht zu diesen Streifen ausgerichtet sind, und die Streifen können mit einem so geringen Abstand angeordnet sein, daß sie voneinan­ der auf dem Substrat durch Schlitze voneinander getrennt sind, deren Breite geringer als die Breite eines Streifens ist, beispielsweise weniger als die Hälfte oder sogar als ein Viertel der Breite eines Streifens.

Die Geometrie dieser Anordnung mit mehreren Streifen kann besonders kompakt sein, wenn der Streifenteil, der die Fort­ setzung der ambipolaren Driftstrecke darstellt, schmaler ist als der Teil dieser Driftstrecke vor dem Bereich der Aus­ leseelemente. Durch diese Verengung der ambipolaren Drift­ strecke in diesem Bereich der Ausleseelemente entsteht eine Einschnürung des Vorstroms in diesem Bereich, wodurch ein höheres elektrisches Feld erzeugt wird, das die Eigenschaf­ ten der Anordnung verbessert, indem sowohl die Driftgeschwin­ digkeit wie auch die Ansprechempfindlichkeit der Anordnung erhöht wird.

Um die Halbleiterstreifen von den Auswirkungen der elektri­ schen Verbindungen, die in dem Gehäuse vorhanden sind, zu isolieren, ist es zweckmäßig, diese Verbindungen direkt mit der Metallisierung auf dem Substrat anstatt auf einem Teil des Halbleiterstreifens vorzusehen. In einer besonders vor­ teilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die obere Ecke der Streifen mindestens an einem Ende mehr abgerundet als entlang den Seiten des Streifens, und Metallschichten, die die Verbindungen zu den Vorspannungselektroden und den Aus­ leseelektroden bilden, erstrecken sich über diese stärker abgerundete Ecke auf das Substrat. Dadurch, daß die Ecken entlang den Seiten der Streifen weniger gerundet sind, können die Streifen eng benachbart in einer kompakten Geometrie angeordnet sein, während die stärker abgerundeten Ecken an den Enden der Streifen die Probleme beim Auf­ bringen der Metallschicht über diese Ecke verringern, um eine durchgehende und zuverlässige Verbindung zu den Aus­ leseelementen und den Vorspannungselektroden herzustellen.

Die Ausleseelemente können in bekannter Weise hergestellt sein, z.B. ohmsche Kontakte oder Diodenübergänge enthalten, wie vorstehend beschrieben wurde. Um den Serienwiderstand in der Ausleseverbindung zu verringern, ist der andere Teil des Streifens vorzugsweise mit einem Metallstreifen bedeckt, der sich im wesentlichen bis mindestens zur inneren Ecke des Schlitzes zwischen den beiden Teilen erstreckt und der zumindest den Hauptstromweg der Verbindung darstellt, von der dieser Streifen ein Teil ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann in einem System ver­ wendet werden, das eine Abtasteinrichtung enthält, wie diese in der genannten GB-PS 14 88 258 beschrieben ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist daher eine Einrich­ tung vorgesehen, die ein Wärmestrahlungsbild entlang der Streifen in der gleichen Richtung wie die ambipolare Drift und mit einer Geschwindigkeit abtastet, die im wesentlichen der ambipolaren Driftgeschwindigkeit entspricht.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann jedoch auch in Wärme­ strahlen-Bildaufnahmesystemen verwendet werden, die andere Arten der Abtastung verwenden, beispielsweise ein System mit einer Anordnung, um den Streifen über die Vorspannungs­ elektroden einem Abtast-Spannungsgradienten zuzuführen, um die durch Strahlung erzeugten Ladungsträger zu den Auslese­ elementen zu treiben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Wärmestrahlen-Bildaufnahme­ anordnung entsprechend der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Teil der An­ ordnung nach Fig. 1, der die Endbereiche von zwei der Elemente entsprechend der Erfindung zeigt,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 4 eine Draufsicht auf einen Teil der Wärmestrahlen- Bildaufnahmeanordnung nach der Erfindung mit einem modifizierten Endbereich der Elemente,

Fig. 5 eine vereinfachte perspektivische Ansicht eines Teiles der Wärmestrahlen-Bildaufnahmeanordnung nach der Er­ findung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen Teil einer weiteren Wärme­ strahlen-Bildaufnahmeanordnung nach der Erfindung.

Es wird darauf aufmerksam gemacht, daß die Figuren nicht maß­ stabsgerecht gezeichnet sind und daß die Verhältnisse der Dimensionen und Proportionen einiger Teile vergrößert oder reduziert sind im Interesse der Klarheit und Einfachheit. In den verschiedenen Figuren sind die gleichen Bezugs­ zeichen verwendet, um nicht nur die gleichen, sondern auch ähnliche Teile von ähnlichen Anordnungen und Elementen zu bezeichnen.

Die Wärmestrahlen-Bildanordnung der Fig. 1 bis 3 enthält eine Anzahl von photoleitenden Elementen 1 auf einem Sub­ strat 2. Die Elemente 1 sind Halbleiterelemente in der Form von im wesentlichen parallel zueinander angeordneten lang­ gestreckten rechteckigen Streifen aus Halbleitermaterial mit einer gegebenen Leitfähigkeit, in dem bei Absorption von Wärmestrahlung, die auf den Streifen fällt, freie La­ dungsträger erzeugt werden können. Das Halbleitermaterial kann beispielsweise n-leitendes Cadmium-Quecksilber-Tellurit Hg_0,79 Cd_0,21 sein, das eine Ladungsträgerkonzentration von weniger als 5 × 10¹⁴ cm^-3 bei Abwesenheit von einfallender Strahlung hat. In einem Material mit dieser Zusammensetzung liegt bei der Arbeitstemperatur von 77 K die Spektralkante der Strahlungsabsorption bei einer Wellenlänge von etwa 11,5 µm. In diesem Material bewirkt die Absorption einer Infrarotstrahlung in dem Fenster von 8 bis 14 µm die Er­ zeugung von Elektronen-Löcher-Paaren, wobei die Beweglichkeit der Löcher bei der vorgesehenen Arbeitstemperatur von 77 K den Wert 600 cm² V^-1 sec^-1 hat und die Lebensdauer 2,5 µs beträgt. Die Beweglichkeit der Elektronen ist etwa 2×10⁵ cm² V^-1 sec^-1.

Jeder Streifen 1 hat beispielsweise eine Länge von etwa 1 mm, eine Breite von 62,5 µm und eine Dicke von 10 µm. Die Streifen 1 sind durch Schlitze 3 voneinander getrennt, die eine Breite von beispielsweise 12,5 µm haben. Fig. 1 zeigt beispielsweise acht solcher voneinander getrennter Streifen 1. Es ist klar, daß andere Systeme eine unterschiedliche Anzahl von Streifen und unterschiedliche Abmessungen für deren Länge, Breite, Dicke und Abstand erfordern können.

Das Substrat 2 kann aus Saphir bestehen, und die Halbleiter­ streifen 1 können auf dem Substrat durch eine Schicht 4 aus Epoxidkleber mit einer Dicke von beispielsweise 0,5 µm be­ festigt sein (siehe Fig. 3). Auf der äußeren Oberfläche je­ des Halbleiterstreifens 1 ist eine Passivierungsschicht 5 angeordnet, die etwa 0,1 µm dick ist und hauptsächlich aus Oxiden von Quecksilber, Cadmium und Tellur besteht.

Die Passivierungsschicht 5 ist von den beiden entgegenge­ setzten Enden der äußeren Oberfläche jedes Streifens 1 ent­ fernt, wo Anschlußelektroden 6 und 7 vorhanden sind. Diese Elektroden können aus abgeschiedenen Schichten aus Gold von einer Dicke von etwa 1 µm bestehen, die jeweils einen ohmschen Kontakt mit der Halbleiteroberfläche bilden. Sie können sich über die Halbleiteroberfläche über eine Länge von beispielsweise 100 µm von dem Ende der Streifen 1 er­ strecken. Wie in Fig. 3 dargestellt, können die Elektroden 6 und 7 über eine kurze Strecke in die Halbleiteroberfläche eingelassen sein, beispielsweise 1 oder 2 µm tief, und sie können unter Verwendung von Ionenätzung und der Metall­ abtragungstechnik gebildet sein, die in der GB-Patentanmel­ dung 20 27 986 A angegeben ist.

Die Metallschichten, die die Elektroden 6 und 7 bilden, können sich auch über das Substrat 2 erstrecken, wo sie als Verbindungen zu den Elektroden dienen. Die Elektrodenver­ bindungen 6 und 7 auf dem Substrat verbreitern sich etwas, indem die Kanten auseinander laufen, um Bereiche zu bilden, auf denen beispielsweise Golddrahtverbindungen hergestellt werden können, wenn die Anordnung in ein Gehäuse eingebaut wird. Wie in Fig. 3 dargestellt, ist die obere Kante jedes Streifens 1 an gegenüberliegenden Enden des Streifens mehr abgerundet als entlang den Seiten der Streifen. Die Metall­ schichten, die die Elektrodenverbindungen 6 und 7 bilden, laufen über diese abgerundete Ecke auf das Substrat 2. Ionen­ ätzung kann verwendet werden, um parallele Halbleiterstrei­ fen 1 aus einer zusammenhängenden Halbleiterschicht und die getrennten Elektroden und ihre Verbindungen für jeden Streifen 1 aus einer Metallschicht, die auf der Halbleiter­ schicht und dem Substrat 2 abgeschieden wurde, herzustellen. Dafür kann das Verfahren verwendet werden, das in der ver­ öffentlichten GB-Patentanmeldung 20 27 556 A beschrieben wurde.

Durch Anlegen einer Gleichspannungs-Vorspannung zwischen diesen Elektroden 6 und 7, die jeweils durch einen Streifen 1 getrennt sind, wird ein Vorstrom in einer Richtung entlang der Streifen verursacht, der überwiegend aus Majoritäts­ ladungsträgern (in diesem Beispiel Elektronen) besteht. Dieser Vorstrom ist in der Lage, eine ambipolare Drift von durch Strahlung erzeugten freien Minoritätsladungsträgern (in diesem Falle Löcher) in die entgegengesetzte Richtung zu unterstützen. Die Wirkungsweise dieser Anordnung wird später an Hand der Fig. 5 vollständig beschrieben.

In der ambipolaren Driftstrecke zwischen den entfernt von­ einander angeordneten Vorspannungselektroden 6 und 7 sind Ausleseelemente angeordnet, die die Elektroden 8 umfassen. Diese Ausleseelemente können von irgendeiner bekannten Art sein. Sie können ein auf der Oberfläche benachbarter Bereich von entgegengesetzter Leitfähigkeit (in diesem Beispiel p-Leitfähigkeit) sein, der mit dem Material des Halbleiter­ streifens 1 einen p-n-Diodenübergang bildet. Es sei darauf hingewiesen, daß dieser Bereich und das Material des Halblei­ terstreifens 1 diese Leitfähigkeitseigenschaften bei der vorgesehenen Arbeitstemperatur der Anordnung aufweisen, je­ doch diese Eigenschaften nicht notweniger Weise bei Raum­ temperatur haben müssen. In dem speziellen Fall, wenn n-lei­ tendes Cadmium-Quecksilber-Tellurit für die Streifen 1 ver­ wendet wird und wenn die vorgesehene Arbeitstemperatur 77 K beträgt, kann dieser p-n-Diodenübergang bei Raumtemperatur nicht vorhanden sein. Anstelle eines p-n-Überganges können die Ausleseelemente auch einen Schottky-(Metall-Halbleiter-) Diodenübergang enthalten.

Bei dem in Fig. 1 bis 3 dargestellten Beispiel enthalten die Ausleseelemente jedoch keinen Diodenübergang, sondern nur im Abstand voneinander angeordnete Elektroden 8 und 6 bzw. 8 und 7, die alle ohmsche Kontakte mit dem Halbleiterstreifen 1 bilden. Die Anordnung nach den Fig. 1 bis 3 enthält Auslese­ elemente an beiden Enden jedes Streifens 1. Dies erlaubt ein Auslesen bei jeder der beiden Richtungen, in denen die Streifen vorgespannt sein können, d.h. sowohl ein Auslesen unter Verwendung der Elektroden 8 und 6 mit einem Vorstrom von der Elektrode 6 zur Elektrode 7 oder ein Auslesen unter Verwendung der Elektroden 8 und 7 bei einem Vorstrom von der Elektrode 7 zur Elektrode 6. Falls daher bei einer herge­ stellten Anordnung die Eigenschaften besser sind, wenn der Strom in der einen Richtung anstatt in der anderen Richtung fließt, so kann die eine Richtung für den Betrieb gewählt werden.

Es ist jedoch nicht notwendig, Ausleseelemente an beiden Enden der Streifen 1 vorzusehen. So zeigen beispielsweise die beiden Fig. 4 und 5 Anordnungen, bei denen kein Auslese­ element an dem der Elektrode 7 gegenüberliegenden Ende des Streifens 1 angeordnet ist. In den Anordnungen gemäß den beiden Fig. 4 und 5 erstreckt sich die Metallschicht, die die getrennten Elektroden 7 jedes Streifens 1 bildet, über das Ende des Streifens 1 hinaus bis auf das Substrat 2. Es ist auch möglich, Ausleseelektroden in Abständen voneinander entlang der ambipolaren Driftstrecke jedes Streifens 1 vor­ zusehen, um an jedem Streifen 1 mehrere Elemente zu erzeugen, die nacheinander verwendet werden.

Die Länge der ambipolaren Driftstrecke vor den entsprechenden Ausleseelementen, über die eine vollständige Integration der durch Strahlung ausgelösten Minoritätsladungsträger erreicht werden kann, ist begrenzt auf eine Länge, die durch die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in dem Halbleiter­ material, das elektrische Feld und die ambipolare Drift in dem Halbleitermaterial, die allgemein angenähert die Minori­ tätsladungsträgerbeweglichkeit ist, bestimmt wird. Diese Länge muß daher bei der Anordnung von Ausleseelementen ent­ lang des Streifens 1 berücksichtigt werden.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung verzweigt sich jeder der Streifen 1 in dem Bereich der Ausleseelemente 8 und 6 bzw. 8 und 7 in zwei Teile 11 und 12 (siehe Fig. 2 und 3), die voneinander durch einen Schlitz 13 getrennt sind, der sich von diesem Bereich in einer Richtung im wesentlichen parallel zu dem Streifen 1 erstreckt.

Der eine Teil 11 dient für die Fortführung der ambipolaren Driftstrecke von diesem Bereich zu der benachbarten Vor­ spannungselektrode 6 oder 7.

Die Elektrode 8 erstreckt sich von dem Auslesebereich in einer Richtung im wesentlichen parallel zu dem Schlitz 13 und bildet eine metallische streifenförmige Verbindung dieser Ausleseelektrode 8, die durch den anderen Teil 12 unterstützt wird. Diese Verbindung umfaßt den Teil 12 zu­ mindest als mechanische Unterstützung für den Metallstreifen. Diese Elektrodenverbindung ist durch den Schlitz 13 von der benachbarten Vorspannungselektrode 6 oder 7 getrennt. Diese streifenförmige Verbindung ist über eine kurze Strecke in die Halbleiteroberfläche eingelassen und erstreckt sich über die mehr abgerundete Ecke am Ende des Streifens 1 und auf das Substrat 2, um einen Bereich für einen Drahtanschluß zu bilden. Dieses Metallstreifenmuster kann gleichzeitig aus der gleichen Metallschicht erzeugt werden wie die Elek­ troden 6 und 7, und die Schlitze 13 können gleichzeitig mit den Schlitzen 3 hergestellt werden. Die Schlitze 13 können ebenfalls eine Breite von beispielsweise 12,5 µm haben.

Auf diese Weise wird eine kompakte Geometrie der Anordnung erreicht, in der die Vorspannungselektroden 6 und 7 und die Ausleseelektroden 8 jeweils im wesentlichen in Richtungen ausgerichtet sind, die im wesentlichen senkrecht zu den Streifen 1 liegen.

Beide Teile 11 und 12 sind Verlängerungen des entsprechenden Streifens 1 über den Bereich des Ausleseelementes hinaus. Daher ist die Fortführung der ambipolaren Driftstrecke in dem Teil 11 schmaler als der Hauptteil dieser Driftstrecke vor dem Bereich des Ausleseelementes. Dies führt zu einer Einschnürung des Stromes in dem Teil 11, wodurch, wie vor­ her beschrieben, sowohl die Driftgeschwindigkeit wie auch die Ansprechempfindlichkeit der Anordnung erhöht wird. Der Teil 11 sollte jedoch nicht zu schmal sein, da an dessen Seiten eine höhere Ladungsträgerrekombination stattfindet, die die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger in dem Teil 11 verringert. Der Teil 11 wird daher breiter gewählt als der Teil 12 und ist daher mindestens halb so breit wie der Hauptteil der ambipolaren Driftstrecke vor diesem Bereich. In der Anordnung nach den Fig. 1 bis 3 sind die Teile 11 und 12 daher beispielsweise 35 µm bzw. 15 µm breit.

Falls die benachbarte Vorspannungselektrode 6 oder 7 zu dicht bei der Ausleseelektrode 8 angeordnet ist, kann die Ansprech­ empfindlichkeit und der Ansprechbereich des Elementes ver­ ringert werden. Die Weiterführung der Driftstrecke in den Teil 11 ist daher vorzugsweise länger als seine Breite. In der Anordnung nach den Fig. 1 und 3 ist der Abstand zwischen der Vorspannungselektrode 6 und dem Bereich, wo die Auslese­ elektrode die Driftstrecke berührt, beispielsweise 50 µm. In der speziellen Ausführung gemäß den Fig. 1 und 2 erstreckt sich die Ausleseelektrode 8 nicht über das innere Ende des Schlitzes 13 hinaus und berührt so die Driftstrecke an einer Seite; der Vorteil hiervon ist, daß die Querabmessung des Elektrodenstreifens 8 genau durch die parallelen Schlitze 13 und 3 bestimmt wird. Es sind jedoch auch andere Formen möglich, bei denen die Ausleseelektrode sich über das innere Ende des Schlitzes 13 hinaus erstreckt, um einen intensiveren Kontaktbereich mit der Driftstrecke zu erhalten.

In der Ausführungsform nach Fig. 6 erstreckt sich daher der Metallstreifen 8 quer über den Streifen 1, um eine Auslese­ elektrode hinter dem Schlitz 13 zu bilden.

Während des Betriebs wird die Anordnung auf einer niedrigen Temperatur gehalten und ist daher entsprechend der speziellen beabsichtigten Anwendung eingebaut. Ein derartiger Einbau ist in den Zeichnungen nicht dargestellt, besteht jedoch normaler­ weise aus dem Einbau des Substrats 2 in ein evakuiertes Ge­ fäß mit einem Fenster, das die Infrarot-Strahlung (bei­ spielsweise in dem 8- bis 14 µm-Band) durchläßt, wobei das Gefäß Einrichtungen enthält, die das Substrat 2 mit seinen Halbleiterstreifen 1 auf der gewünschten Arbeitstemperatur (beispielsweise 77 K) halten. Eine Ausführung eines solchen Einbaues besteht aus einem Dewar-Gefäß, wie es üblicherweise bei Infrarot-Detektoren verwendet wird.

Die Arbeitsweise einer solchen Anordnung entsprechend der Erfindung wird nun an Hand der Fig. 5 beschrieben. Über die Vorspannungselektroden 6 und 7 und die Drahtverbindungen ist jeder Streifen 1 in Reihe mit einer Gleichspannungsquelle 21 und einem variablen Widerstand 22 geschaltet, um einen kon­ stanten Vorstrom aus überwiegend Majoritätsladungsträgern (in diesem Falle Elektronen) in dem Streifen 1 in der Längs­ richtung von der Elektrode 6 zur Elektrode 7 zu erzeugen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnung sind die Ver­ bindungen von der Vorspannungsquelle 21 zu allen Elektroden 6 und 7 in Fig. 5 nicht dargestellt, die nur die Verbindungen zu einem Streifen 1 zeigt.

Der Vorstrom ist in der Lage, eine ambipolare Drift von durch Strahlung erzeugten freien Minoritätsladungsträgern (in diesem Falle Löcher) in die entgegengesetzte Richtung zu unterstüt­ zen, d.h. in der Richtung von der Elektrode 7 zur Elektrode 6. Ein geeigneter Bereich von Vorspannungen zwischen den Elek­ troden 6 und 7 ist von 1 V bis 10 V. Bei einem Potential­ gefälle von 15 V cm^-1 in dem n-leitenden Material mit der bereits erwähnten Zusammensetzung ist die ambipolare Drift etwa 400 cm² V^-1 s^-1.

Das Abtasten eines Strahlungsmusters und das Abbilden eines Bildes eines elementaren Bereiches dieses Musters auf den Streifen 1 kann in einer ähnlichen Weise durchgeführt wer­ den, wie diese in der eingangs erwännten GB-PS 14 88 258 be­ schrieben ist. Solche Einrichtungen zum Abtasten eines thermischen Strahlungsbildes entlang der Streifen 1 in der gleichen Richtung wie die ambipolare Drift und mit einer Geschwindigkeit im wesentlichen entsprechend der ambipolaren Driftgeschwindigkeit sind in einem vereinfachten Diagramm in Fig. 5 dargestellt. Die Einrichtung enthält ein Paar von rotierenden Spiegeln 25 und 26 und ein Linsensystem 27. Mit dieser Einrichtung werden Bildbereiche eines Strahlungs­ musters von einer Szene 28 mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 5000 cms^-1 bis 20 000 cms^-1 über die Oberfläche von einem oder mehreren Halbleiterstreifen 1 bewegt.

Da das Bild über die Oberfläche des Halbleiterstreifens 1 mit einer Geschwindigkeit entsprechend der ambipolaren Drift­ geschwindigkeit abgetastet wird, erfolgt die Integration der durch Strahlung erzeugten Minoritätsladungsträger in dem Teil des n-leitenden Streifens 2, wo die Strahlung einfällt, bevor die Ladungsträger die Ausleseelektrode 8 erreichen. Infolge des Durchgangs dieser gesammelten, durch Strahlung erzeugten Minoritätsladungsträger durch den Streifenteil 11 zwischen den Elektroden 6 und 8 erfolgt eine Leitfähigkeits­ modulation in diesem Teil 11. Das Bildsignal wird in bekann­ ter Weise abgeleitet, indem eine Ausgangsschaltung 29 zwi­ schen den Elektroden 8 und 6 angeschlossen wird, die die Spannungsänderung verstärkt und verarbeitet, die zwischen den Elektroden 8 und 6 als Ergebnis der Leitfähigkeits­ modulation auftritt. Für eine einfachere Darstellung ist nur eine Ausgangsschaltung 29 für einen Streifen 1 darge­ stellt, während in der Praxis getrennte Ausgangsschaltungen für jeden Streifen 1 vorgesehen und zwischen den Elektroden 6 und 8 der entsprechenden Streifen angeschlossen sind.

Es ist klar, daß innerhalb des Bereiches der Erfindung viele Abwandlungen möglich sind. So kann z.B. die Zusammensetzung des n-leitenden Cadmium-Quecksilber-Tellurits anders ge­ wählt werden, beispielsweise um eine Anordnung für Bilder aus Strahlung in den 3- bis 5 µm-Band zu erhalten. Es kann auch anderes Halbleitermaterial als Cadmium-Quecksilber- Tellurit für die photoleitenden Streifen 1 verwendet werden.

In der beschriebenen Ausführungsform erstrecken sich die Metallstreifen über die gesamte äußere Oberfläche des Teils 12 bis mindestens im wesentlichen zum inneren Ende des Schlitzes 13. Der Metallstreifen 8 bildet daher den haupt­ sächlichen leitenden Pfad für die Ausleseverbindung, die den Teil 12 enthält. In solch einem Fall ist es nicht notwendig, daß der Teil 12 einen leitenden Teil der elektrischen Ver­ bindung bildet, so daß er nur ein mechanisch unterstützender Teil der Verbindung sein kann. Falls jedoch das System, in dem die Anordnung verwendet werden soll, einen höheren Serienwiderstand in der Ausleseverbindung haben kann, braucht sich der Metallstreifen 8 nicht ganz bis zum inneren Ende des Schlitzes 8 erstrecken; er braucht sich nur über den Teil 12 nur soweit zu erstrecken, wie sich beispielsweise die Elektroden 6 und 7 über den Teil 11 erstrecken, so daß der Teil der Ausleseverbindung zwischen diesem kürzeren Streifen 8 und der ambipolaren Driftstrecke nur durch die leitende Strecke in dem Halbleiterteil 11 gebildet wird.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel werden die Strei­ fen 1 als diskrete Halbleiterelemente auf einem isolierenden Substrat gebildet, beispielsweise auf Saphir. Fig. 6 zeigt dagegen eine andere Anordnung ebenfalls entsprechend der Erfindung, in der die Streifen 1 Teile eines gemeinsamen Halbleiterelementes 10 und integriert über einen gemeinsamen Bereich vereinigt sind, der die Elektrode 6 enthält. Keine der Elektroden 6 und 8 erstreckt sich über das Substrat 2, das ebenso wie in den vorhergehenden Ausführungen aus Saphir bestehen kann. In einer abgewandelten Form ebenfalls ent­ sprechend der Erfindung können die Streifen 1 in Fig. 6 je­ doch durch eine epitaxiale Schicht aus einem leitenden Ma­ terial gebildet werden, das beispielsweise auf einem eigen­ leitenden Substrat 2 oder auf einem Substrat 2 aus Cadmium- Tellurit aufgebracht wurde. In dieser Ausführungsform nach Fig. 6 ist das epitaxiale Material bei den Vertiefungen 3 und 13 entfernt, um die Struktur der Elemente zu erzeugen, und die Metallisierung für die Vorspannungs- und Auslese­ elektroden 6, 7 und 8 ist auf die verbleibenden Teile der epitaxialen Schicht beschränkt; die Vertiefungen 3 und 13 fließen ineinander, um benachbarte Elektroden 6 und 8 von­ einander zu isolieren, und Drahtverbindungen sind an solchen Teilen der Elektrodenmuster 6, 7 und 8 auf der epitaxialen Schicht angebracht, die von den aktiven Streifenteilen 1 entfernt liegen.

Um unerwünschte injizierte Minoritätsladungsträger (Löcher) von der ambipolaren Driftstrecke neben der Hauptvorspannungs­ elektrode zu entfernen, die die Anode bildet, kann ein gleichrichtender Übergang mit einer Elektrodenverbindung neben dieser Vorspannungselektrode vorgesehen sein, um eine Senke für solche Minoritätsladungsträger zu bilden und da­ durch wirksam die erste Stufe der ambipolaren Driftstrecke von der Vorspannungselektrode zu isolieren. Diese Elektro­ denverbindung für solch einen gleichrichtenden Übergang kann hergestellt werden, indem ein Schlitz in ähnlicher Weise wie für die Ausleseelemente verwendet wird.

Durch Verbreitern der Zwischenräume 3 über den größten Teil ihrer Länge können die Streifen 1 zwischen den Auslese­ elementen schmaler gemacht werden als sie neben den Auslese­ elementen sind. Eine solche Konfiguration erhöht jedoch den unempfindlichen, sog. "toten" Abstand zwischen den Streifen 1 und ist daher nicht so sehr erwünscht.

Es ist nicht unbedingt notwendig, daß die Streifen 1 im wesentlichen gradlinig verlaufen. Jeder Streifen 1 kann da­ her um eine gedachte gerade Linie einen mäanderförmigen Verlauf haben, wobei diese gedachten Linien der einzelnen Streifen im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

Claims (10)

1. Wärmestrahlen-Bildaufnahmeanordnung mit auf einem Sub­ strat angeordneten Halbleiterelementen in Form von im wesent­ lichen parallel zueinander angeordneten langgestreckten Streifen aus Halbleitermaterial, in dem freie Ladungsträger bei Absorption einer auf den Streifen auftreffenden Wärme­ strahlung erzeugt werden, wobei Vorspannungselektroden an in Richtung der Streifen gegenüberliegenden Stellen auf dem Streifen angebracht sind, um einen Vorstrom aus überwiegend Majoritätsladungsträgern in diesem Streifen zu erzeugen, der eine ambipolare Drift von durch Strahlung erzeugten freien Minoritätsladungsträgern in der zur Stromrichtung entgegen­ gesetzten Richtung unterstützt, und Ausleseelemente in der ambipolaren Driftstrecke zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Vorspannungselektroden vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Streifen sich im Bereich dieser Ausleseelemente in zwei Teile verzweigt, die von­ einander durch einen Schlitz getrennt werden, der sich von diesem Bereich aus in eine Richtung im wesentlichen parallel zu dem Streifen erstreckt, wobei der eine dieser beiden Teile die Fortsetzung der ambipolaren Driftstrecke von diesem Bereich zu einer der Vorspannungselektroden darstellt und der andere dieser beiden Teile eine Verbindung zu dem Aus­ leseelement bildet und sich von diesem Bereich in eine Rich­ tung im wesentlichen parallel zu dem Schlitz erstreckt und durch diesen Schlitz von der Vorspannungselektrode getrennt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Ecke der Streifen mindestens an einem Ende mehr abgerundet ist als entlang der Seiten des Streifens, und daß sich Metallschichten, die die Verbindungen zu den Vorspan­ nungselektroden und den Ausleseelektroden bilden, über diese stärker abgerundete Ecke bis auf das Substrat erstrecken.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorspannungselektrode und die Ausleseelemente der einzelnen Streifen jeweils in Richtungen im wesentlichen senkrecht zu den Streifen ausgerichtet sind.

4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen parallel zueinander angeordneten langgestreckten Streifen auf dem Substrat durch Schlitze voneinander getrennt sind, deren Breite geringer als die Hälfte der Breite der eines Streifens ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Teil des Streifens, der die Fortsetzung der ambipolaren Driftstrecke darstellt, breiter ist als der andere Teil, der zu der Verbindung mit den Aus­ leseelementen gehört.

6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Fortsetzung schmaler ist als der Teil der ambipolaren Driftstrecke vor dem Bereich der Ausleseelemente.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsetzung der ambipolaren Driftstrecke nach diesem Be­ reich mindestens halb so breit ist wie die ambipolare Drift­ strecke vor diesem Bereich.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil des Streifens mit einem Metallstreifen bedeckt ist, der sich im wesent­ lichen bis mindestens zum inneren Ende des Schlitzes zwischen den beiden Teilen erstreckt und mindestens den wesentlichen leitenden Teil der Verbindung mit dem Ausleseelement bildet.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallstreifen sich über das innere Ende des Schlitzes hinaus und über den Streifen erstreckt, um eine Ausleseelektrode zu bilden.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Abtasten des Wärmestrahlenbildes entlang der Streifen in der gleichen Richtung wie die ambipolare Drift und mit einer Geschwin­ digkeit vorgesehen ist, die im wesentlichen der ambipolaren Driftgeschwindigkeit entspricht.