DE3101803A1

DE3101803A1 - Festkoerper-bildabtastvorrichtung

Info

Publication number: DE3101803A1
Application number: DE19813101803
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Kanazawa Yokohama Yamada
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-01-25
Filing date: 1981-01-21
Publication date: 1982-01-07
Also published as: DE3101803C2; JPH0125272B2; GB2069237B; US4389661A; JPS56104582A; GB2069237A

Description

Pestkörper-Bildabtestvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Pestkörper-Bildabtastvorrichtung .

Bei einer bisherigen Pestkörper-Bildabtastvorrichtung mit höherer lichtempfindlichkeit, insbesondere für blaues Licht, wird ein Lichtstrahl von einem aus einer pn-Sperrschicht- bzw. -Plächen-Idode bestehenden photoelektrischen Wandlerelement abgenommen und in eine elektrische Ladung einer der empfangenen Lichtmenge entsprechenden Größe umgesetzt; die so erhaltenen elektrischen Ladungen werden dann in einem neben dem photoelektrischen Wandlerelement ausgebildeten Ladungsspeicherbereich zwischengespeichert. Wie in den Fig. 1 und 2 schematisch veranschaulicht ist, umfaßt eine bisherige Pestkörper-Bildabtastvorrichtung mit der beschriebenen Punktion Photodioden oder photoelektrische Wandlerabschnitte 41 - 43» die beispielsweise aus parallel zueinander im Oberflächenbereich eines p-Typ-Substrats 2 ausgebildeten n-Typ-Halbleiterbereichen 4 bestehen, sowie einen n-Typ-Ladungsübertragungsbereich 6, der im Oberflächenbereich des Substrats so ausgebildet ist, daß er sich räumlich bzw. mit Abstand parallel zur Anordnungsrichtung der Wandlerabschnitte 41 - 43 erstreckt. Gemäß PIg. 1 sind eine Ladungsspeicherelektrode 8 und eine Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10, die parallel zuer Erstreckungsrichtung

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der l'/andlerabschnitte 41 -43 verlaufen, unter Isolierung auf dem Abschnitt des p-Substrats 2 angeordnet, der zwischen den Wandlerabschnitten 41 - 43 und dem Ladungsübertragungsbereich 6 liegt. Die bisherige Pestkörper-Bildabtastvorrichtung umfaßt weitex'hin unter Isolierung auf dem Ladungsübertragungsbereich 6 ausgebildete, jeweils auf die photoelektrischen Wandlerabschnitte 41-43 ausgerichtete Ladungsübertragungselektroden 11 - 13» zwischen letztere eingefügte Ladungsübertraguhgselektroden 21-24 und Ladungsübertragungselektroden 31 - 36, die jeweils bo angeordnet sind, daß sie die einander zugewandten Seiten von je zwei benachbarten Ladungsübertragungselektroden 11 - 13 und 21 - 24 überlappen. Diese Elektroden 11, 22, 12, 23, 13 und 24 sind in der angegebenen Reihenfolge jeweils mit den Elektroden 31 - 36 elektrisch verbunden. Wie in Fig. 1 durch die schraffierten Bereiche angedeutet, ist ein p-Typ-Bereich 50 als Kanalunterbrechung (channel stop) mit hoher Fremdatomkonzentration an einer passenden Stelle vorgesehen, um einen Streufluß einer Signalladung zu einem Bereich außerhalb einer vorgeschriebenen Entladungsstrecke zu verhindern.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der bisherigen Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach Fig. 1 und 2 anhand der ein Potentialprofil zeigenden Fig. 3 und 4 erläutert.

Beim Ladungsspeichervorgang wird die Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 auf einem Substratpotential gehalten. Das Oberflächenpotential des der Steuerelektrode 10 zugewandten Bereichs des Substrats 2 wird auf einem praktisch dem Oberflächenpotential des Kanalunterbrechungsbereichs 50 entsprechenden Pegel gehalten, wie dies durch die ausgezogene Linie 10A in Fig. 3 angegeben ist. In diesem Zustand bilden das Substrat und der Kanalunterbrechungsbereich 50 gemeinsam eine Sperre oder Barriere zum Einschlie-

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Ben einer Ladung. Infolgedessen werden Ladungen in einer Größe, welche der durch die photoelektrischen Wandlerabschnitte 41-43 empfangenen Lichtmenge entspricht, in diesem Bereich sowie in den Abschnitten des Oberflächenbereichs des Substrats 2 gespeichert» die neben den Wandlerabschnitten 41 - 45 und unter der Ladungsspeicherelektrode 8 liegen. Wie im schraffierten Teil von Fig. 3 dargestellt, werden im photoelektrischen Wandlerabschnitt oder -bereich 41 erzeugte Ladungen bzw. Elektronen in diesem Bereich 41 sowie in dem neben letzterem und unter der Ladungsspeicherelektrode 8 liegenden Abschnitt des Substrat-Oberflächenbereichs gespeichert.

Im Ladungsschiebevorgang wird der Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 eine positive Spannung eines höheren Pegels als der an die Ladungsspeicherelektrode 8 angelegten Spannung aufgeprägt. Wie durch die ausgezogene Linie 1OB in Fig. 4 angegeben, ist das Potential des der Steuerelektrode 10 zugewandten Abschnitts der Oberfläche des Substrats 2 höher als das Potential in dem Oberflächenbereich des Substrats 2, welcher der Ladungsspeicherelektrode 8 zugewandt ist, und niedriger als das Potential an der Oberfläche des n-Ladungsübertragungsbereichs 6. Infolgedessen werden Ladungen oder Elektronen, die in den n-Halbleiterbereichen 4 und dem unter der Ladungsspeicherelektrode 8 gelegenen Teil der Substratoberfläche gespeichert sind, auf die durch den Pfeil 4A in Fig. 4 angedeutete Weise zum Ladungsübertragungsbereich 6 verschoben. Mit anderen Worten: die in den photoelektrischen Wandlerabschnitten 41-43 erzeugten Elektronen werden jeweils zu den unter den Elektroden 11-13 liegenden Abschnitten des Ladungsubertragungsbereichs 6 verschoben. Wenn alle gespeicherten Elektronen zu diesem Bereich 6 verschoben worden sind, tritt in dem der Ladungsspeicherelektrode 8, welcher eine vorbestimmte Vorspannung aufgeprägt ist, zugewandten Teil der Oberfläche des Sub-

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strata 2 eine Verarmung(sschicht) auf. Das Oberflächenpotential des Substrats 2 entsteht entsprechend der Vorspannung, und durch das Oberflächenpotential des Substrats wird die pn-Flächen-Photodiode in Sperrichtung vorgespannt.

Wenn die Spannung der Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 auf das Substratpotential zurückgeführt wird, wird der Ladungsspeichervorgang eingeleitet, wobei die zum Ladungsübertragungsbereich 6 verschobenen Ladungen oder Elektronen parallel zur Erstreckungsrichtung der Elektroden 11 - 13» 21- 23 und 31 - 35 übertragen werden» indem den Elektroden 11 - 15, 21 - 23 und 31 - 35 in an sich bekannter Weise selektiv Spannungen aufgeprägt werden.

Bei dieser bisherigen Pestkörper-Bildabtastvorrichtung bestimmt sich die Zeitspanne, die für die Verschiebung einer im photoelektrischen Wandlerabschnitt erzeugten Ladung zum Ladungsübertragungsbereich 6 nötig ist, durch die Zeitspanne, die für die Übertragung einer in dem am weitesten von der Elektrode 10 entfernten Bereich gespeicherten Ladung zu dem unter der Elektrode 10 befindlichen Teil der Oberfläche des Substrats 2 erforderlich ist. Wenn somit Ladungen in vergleichsweise kurzer Zeit verschoben werden müssen, d.h. wenn eine positive Spannung nur für eine kurze Zeit der Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 aufgeprägt wird, und wenn der n-Halbleiterbereich 4 eine große Länge besitzt, wird ein Teil der gespeicherten Ladungen nicht zum Ladungsübertragungsbereich 6 verschoben, vielmehr verbleibt dieser Teil der Ladungen im n-Halbleiterbereich 4. Diese Erscheinung wirft das Problem auf, daß dann, wenn ein Teil einer großen, i:a Ladungsspeichervorgang erzeugten Ladungsmenge im Ladungsverschiebevorgang nicht zum Ladungsübertragungsbereich 6 verschoben werden kann und in einem nachfolgenden Ladungsspeichervorgang kein Licht abgegriffen wird, die vorher nicht verschobenen Ladungen im nächsten

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Ladungsverschiebevorgang zum Ladungsübertragungsbereich 6 verschoben werden, so daß eine sog. Restbild-Erscheinung auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer verbesserten Pestkörper-Bildabtastvorrichtung, welche Signalladungen unabhängig von der Größe einer in einem photoelektrischen Wandlerbereich erzeugten Ladung mit hoher Geschwindigkeit zu einem Ladungsübertragungsbereich zu verschieben vermag.

Diese Aufgabe wird durch die in den beigefügten Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Festkörper-Bildabtastvorrichtung ist insbesondere gekennzeichnet durch ein Halbleitersubstrat eines bestimmten Leit(ungs)typs, einen im Oberflächenbereich des Substrats ausgebildeten photoelektrischen Wandlerabschnitt oder -bereich, einen von letzterem getrennt bzw. entfernt ausgebildeten Ladungsübertragungsbereich, einen räumlich bzw. mit Abstand (spatially) zwischen Wandler- und Ladungsübertragungsbereich angeordneten ersten Oberflächenpotential-Einstellbereich, um das Oberflächenpotential des diesem Einstellbereich zugewandten Teils des Halbleitersubstrats auf einen ersten vorbestimmten Potentialpegel einzustellen, einen zwischen Wandlerbereich und erstem Einstellbereich angeordneten zweiten Oberflächenpotential-Einstellbereich, um den diesem zweiten Einstellbereich zugewandten Teil des Substrats auf einen zweiten vorbestimmten Potentialpegel einzustellen, der zwischen dem Substratpotential und dem ersten vorbestimmten Potentialpegel liegt, sowie einen zwischen dem ersten Einstellbereich und dem Ladungsübertragungsbereich ausgebildeten dritten Oberflächenpotential-Einstellbereich, um das Oberflächenpotential des diesem dritten Einstellbereich zugewandten Teils des HaIb-

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leitersubstrats selektiv auf einen dritten vorbestimmten Potentialpegel einzustellen, der über dem Substratpotential oder dem ersten vorbestimmten Potentialpegel liegt.

Bei dieser erfindungsgemäßen Bildabtastvorrichtung werden die im photoelektrischen Wandlerabschnitt oder -bereich erzeugten Ladungen nacheinander in einer durch den zweiten Oberflächenpotential-Einstellbereich gebildeten Potentialwand (potential wall) gespeichert. Wenn somit das Oberflächenpotential des dem dritten Einstellbereich zugewandten Teils des Kalbleitersubstrats durch diesen dritten Einstellbereich auf den dritten vorbestimmten Potentialpegel gebracht wird, wird eine gespeicherte Ladung in vergleichsweise kurzer, konstanter Zeit zum Ladungsübertragungsabschnitt verschoben.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Hauptteil einer bisherigen Festkörper-Bildabtas tvorrichtung,

Pig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1»

Fig. 3 und 4 Potentialprofile zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der bisherigen Vorrichtung nach Fig. 1 und 2,

Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Hauptteil einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-VI in Fig. 5,

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Pig. 7 und 8 Potentialprofile zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 5 und 6»

Fig. 9 bis 11 der Fig. 6 ähnelnde Schnittansichten abgewandelter Ausführungsf oralen der Erfindung! welche dieselbe Wirkung gewährleisten wie die Ausführungsform nach Fig. 5 und 6»

Fig.12 eine Aufsicht auf einen Hauptteil einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung» bei welcher eine Überstrahlungs-Erscheinung unterdrückt werden kann,

Fig.13 einen Schnitt längs der Linie XIII-XIII in Fig. 12,

Fig.14 ein Potentialprofil zur Erläuterung der Überstrahlungsunterdrückungsfunktion bei der Vorrichtung gemäß Fig. 12 und 13 und

Fig.15 eine Fig. 11 ähnelnde Darstellung einer Abwandlung der Vorrichtung nach Fig. 11.

Die Fig. 1 bis 4 sind eingangs bereits erläutert worden.

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen schematisch den Hauptteil einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung (solid state imagesensing device) gemäß der Erfindung. Ähnlich wie die bisherige Vorrichtung nach Fig. 1 und 2, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 5 und 6 pn-Sperrschicht- bzw. Flächendioden oder photοelektrische Wandlerbereiche 41 die z.B. durch n-Typ-Halbleiterbereiche 4 gebildet sind, welche parallel im Oberflächenbereich eines Halbleitersubstrats 2 beispielsweise des p-leit(ungs)typs ausgebildet sind, sowie einen ladungsübertragungsbereich 6 in einem n-Typ-Halbleiterbereich auf, der sich im Oberflächenbereich

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des Substrats 2 parallel zu einer linie erstreckt, längs welcher die Wandlerbereiche 41 - 43 angeordnet sind. Eine Ladungsspeicherelektrode 81 ist unter Isolierung auf der Oberfläche des Teils des Substrats 2 angeordnet, der mit Abstand zwischen den Wandlerbereichen 41 - 43 und dem Ladungsübertragungsbereich 6 liegt. Eine sich längs des Substrats 2 erstreckende Barrieren- bzw. Sperrelektrode 82 ist unter Isolierung so ausgebildet, daß sie eine Seite der Ladungsspeicherelektrode 81 sowie die deren Seitenflächen zugewandten Seiten der Wandlerbereiche 41 - 43 überlappt. Eine sich auf ähnliche Weise in Längsrichtung des Substrats erstreckende Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 ist so angeordnet, daß sie unter Isolierung die andere (Quer-)Seite oder Seitenfläche der Ladungsspeicherelektrode 81 sowie die dieser zugewandte Seite des Ladungsübertragungsbereichs 6 überlappt. Die Vorrichtung gemäß Fig. 5 und 6 umfaßt weiterhin unter Isolierung auf dem Ladungsübertragungsbereich ausgebildete, auf die Zentren der Wandlerbereiche 41-43 ausgerichtete Ladungsübertragungselektroden 11 - 13» zu letzteren auf Abstand stehende und sich mit diesen abwechselnde Ladungsübertragungselektroden 21-24 sowie Ladungsübertragungselektroden 31 - 36, die jeweils so angeordnet sind, daß sie die einander zugewandten Seiten(flächen) jeweils zweier benachbarter Ladungsübertragungselektroden 11-13 und 21 - 24 unter Isolierung überlappen. Die Ladungsübertragungselektroden 11, 22, 12, 23, 13 und sind in der angegebenen Reihenfolge jeweils elektrisch mit den Ladungsübertragungselektroden 31 - 36 verbunden. Beispielsweise besitzen die unter den Ladungsübertragungselektroden 31-36 liegenden Teile des Ladungsübertragungsbereichs 6 eine hohe Fremdatomkonzentration, und die Ladungsübertragungselektroden 11 - 13» 21 - 24 und 31 - 36 bilden zusammen mit dem Ladungsübertragungsbereich eine an sich bekannte Zweiphasenansteuerung-Ladungsübertragungsvorrichtung (2-phase driven type charge transfer device).

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Da eine solche Vorrichtung an sich bekannt ist, braucht sie nicht im einzelnen erläutert zu werden.

Ein mit hoher Fremdatomkonzentration ausgebildeter p-Bereich 50 dient als Kanalunterbrechung zur Verhinderung eines Streuflusses von Signalladungen zu einem außerhalb eines vorbestimmten Kanals gelegenen Bereich. Wie in Fig.5 durch die schraffierten Bereiche angedeutet, bildet die Kanalunterbrechung 50 Kanäle von den photoelektrischen Wandlerbereichen 41 - 43 zu den unter den Ladungsübertragungselektroden 11-13 liegenden Abschnitten des ladungsubertragungsbereichs 6 sowie einen weiteren Kanal, der sich längs des Ladungsubertragungsbereichs 6 erstreckt.

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß den Fig. 5 und 6 anhand der Potentialprofile nach den Fig. 7 und 8 erläutert.

Der Ladungsspeicherelektrode 81 wird eine höhere Spannung aufgeprägt als diejenige, welche an der Sperrelektrode 82 anliegt. Dabei bilden sich Potentialsenken, von denen eine in Fig. 7 bei 81A angedeutet ist, in den Bereichen oder Abschnitten des Halbleitersubstrats 2, welche den Wandlerbereichen 41 bis 43 zugewandt sind und die sich unter der Ladungsspeicherelektrode 81 befinden und durch die Kanalunterbrechungen 50 voneinander getrennt sind.

Beim Ladungsspeichervorgang wird die Spannung der Ladungsschi ebe-Steuerelektrode 10 auf Substratpotential gehalten. Das Oberflächenpotential des der Steuerelektrode 10 zugewandten Teils des Substrats 2 wird auf die durch die ausgezogene Linie 10C in Fig. 7 angedeutete Weise auf einem Pegel gehalten, welcher praktisch dem Oberflächenpotential der Kanalunterbrechung 50 gleich ist. Unter diesen Bedingungen bilden die Kanalunterbrechung 50 und der unter der Steuer-

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elektrode 10 gelegene Teil des Substrats 2 gemeinsam die photoelektrischen Wandlerbereiche 41 - 43 sowie (andere) Bereiche, einschließlich derjenigen der unabhängig voneinander gebildeten Potentialsenken, welche unter der Sperrelektrode den Wandlerbereichen 41 - 43 zugewandt sind. Unter den angegebenen Bedingungen bilden die Kanalunterbrechung 50 und der Teil des Substrats 2, welcher dem Wandlerbereich 41 zugewandt ist und sich unter der Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 befindet» gemeinsam eine Umschließung für beispielsweise den Wandlerbereich 41 und den diesem zugewandten, unter der ladungsspeicherelektrode 81 befindlichen Teil des Substrats

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 5 und 6 werden die beim LadungsSpeichervorgang entsprechend den Mengen des von den photoelektrischen Wandlerbereichen 41 - 43 abgenommenen Lichts erzeugten Ladungen bzw. Elektronen nicht von den Wandlerbereichen 41 - 43 gehalten, sondern zu den betreffenden Senken verschoben. Beispielsweise werden die im Wandlerbereich 41 erzeugten Ladungen oder Elektronen auf die durch den Pfeil 7A in Pig. 7 angedeutete Weise zur Potentialsenke 81A verschoben. Dies bedeutet, daß alle im Wandlerbereich 41 mit einer Größe entsprechend den einfallenden Lichtstrahlen erzeugten Ladungen oder Elektronen in der (betreffenden) Potentialsenke 81A gespeichert werden. Die in den anderen photoelektrischen Wandlerbereichen 42 und 43 erzeugten Ladungen werden auf ähnliche Weise in den zugeordneten Potentialsenken gespeichert.

Beim Ladungsschiebevorgang wird der Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 eine höhere Spannung als die an der Ladungsspeicherelektrode 81 anliegende Spannung aufgeprägt. Infolgedessen wird das Oberflächenpotential des der Steuerelektrode 10 zugewandten Teils des Substrats 2 auf die durch die ausgezogene Linie 10D in Fig. 8 angedeutete Weise auf einen Pegel gebracht» der höher ist als das Oberflächenpotential des

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der Ladungsspeicherelektrode 61 zugewandten Teils des Substrats, aber niedriger als das Oberflächenpotential des n-Ladungsübertragungsbereichs 6. Infolgedessen werden die in den Wandlerbereichen 41 - 43 erzeugten und in den entsprechenden Potentialsenken gespeicherten Ladungen oder Elektronen zu den unterhalb der Ladungsübertragungselektroden 11-13 liegenden Teilen des Ladungsübertragungsbereichs 6 verschoben. Beispielsweise werden die im photoelektrischen Wandlerbereich 41 erzeugten und in der Potentialsenke 81A gespeicherten Ladungen oder Elektronen auf die durch den Pfeil 8A gemäß Fig. 8 dargestellte Weise zu dem Teil des Ladungsübertragungsbereichs 6 verschoben, der unterhalb der Ladungsübertragungselektrode 11 liegt.

Wenn alle in den Wandlerbereichen erzeugten Ladungen zu den entsprechenden Abschnitten oder Teilen des Ladungsübertragungsbereichs verschoben worden sind, wird die Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 in Vorbereitung auf den nächsten Ladungsspeichervorgang wieder auf das Substratpotential zurückgeführt. Den Ladungsübertragungselektroden 11 - 13, 21-24 und 31 - 36 werden vorbestimmte Spannungen aufgeprägt, um die zum Ladungsübertragungsbereich 6 verschobenen Ladungen in der Richtung zu übertragen, in welcher die Ladungsübertragungselektroden 11 - 13» 21 - 24 und 31 - 36 angeordnet sind.

Bei der beschriebenen Bildabtastvorrichtung gemäß der Erfindung werden alle während des Ladungsspeichervorgangs im photoelektrischen Wandlerbereich erzeugten Ladungen in den unter der Ladungsspeicherelektrode 81 gebildeten Potentialsenken zwischengespeichert. Im anschließenden Ladungsverschi ebevorgang werden die gespeicherten Ladungen sämtlich zum Ladungsübertragungsbereich 6 verschoben. Hierbei bestimmt sich die Zeitspanne, die für die Verschiebung aller in den Potentialsenken gespeicherten Ladungen zum Ladungs-

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Übertragungsbereich 6 erforderlich ist, durch die Breite der Ladungsspeicherelektrode 81. Bekanntlich ist die Zeitspanne für die Ladungsübertragung praktisch dem Quadrat der Länge eines Ladungsspeicherbereichs proportional» welcher sich in der Richtung der Ladungsübertragung erstreckt.

Die Breite der bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung vorgesehenen Ladungsspeicherelektrode 81 kann wesentlich kleiner sein als die Summe aus der Breite des n-Halbleiterbereichs 4 und derjenigen der Ladungsspeicherelektrode 8 bei der bisherigen Bildabtastvorrichtung gemäß Fig. 1 und 2. Bei der erfindungsgemäßen Bildabtastvorrich- ■ tung nach Pig. 5 und 6 kann mithin die für die Ladungsübertragung erforderliche Zeit deutlich kürzer sein als bei der bisherigen Bildabtastvorrichtung.

Im folgenden ist anhand von Pig. 9 eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Festkörper-Bildabtastvorrichtung erläutert» welche im wesentlichen denselben Aufbau besitzt wie die zuerst beschriebene Ausführungsform nach Fig. 5 und 6, nur mit dem Unterschied, daß die Ladungsspeicherelektrode 81 und die Sperrelektrode 82 bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform durch eine Elektrode 83 ersetzt sind. Diese Elektrode 83 besteht aus einem Elektrodenteil 83-1 entsprechend der Ladungsspeicherelektrode 81 bei der vorher beschriebenen Ausführungsform und einem Elektrodenteil 83-2, der materialeinheitlich mit dem ersten Elektrodenteil 83-1 ausgebildet und weiter als dieser vom Substrat 2 entfernt ist. Wenn der Elektrode 83 eine vorbestimmte Spannung aufgeprägt wird, wird das Oberflächenpotential des dem Elektrodenteil 83-1 zugewandten Teils des Substrats 2 auf einen höheren Pegel gebracht als das Oberflächenpotential an dem dem Elektrodenteil 83-2 zugewandten Teil des Substrats 2. Trotz dieser Unterschiede gewährleistet die zweite Ausführungsform nach Fig. 9 dieselbe Arbeitsweise

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wie die Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6.

Bei einer dritten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig.10 sind die Elektroden 81, 82 bei der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 durch eine einzige Elektrode 84 ersetzt. Die Ausführungsform gemäß Fig. 10 besitzt im wesentlichen denselben Aufbau wie die zuerst beschriebene Ausführungsform nach Fig. 5 und 6, nur mit dem Unterschied, daß ein p⁺-Typ-Bereich 85 mit einer Fremdatomkonzentration, die größer ist als diejenige des Substrats 2 und kleiner als diejenige des Kanalunterbrechungsbereichs 50, im Oberflächenbereich des neben dem n-Bereich 4 liegenden Teil des Substrats ausgebildet ist. Wenn der Elektrode 84 eine vorbestimmte Spannung aufgeprägt wird, besitzt das Oberflächenpotential des p⁺- Bereichs 85 ebenso wie das Oberflächenpotential des der Elektrode 84 zugewandten Teils des Substrats 2 dasselbe Potentialprofil wie in Fig. 7. Die Ausführungsform gemäß Fig. 10 gewährleistet dieselbe Arbeitsweise und Wirkung wie die zuerst beschriebene Ausführungsform nach Fig. 5 und 6.

Die in Fig. 11 dargestellte vierte Ausführungsform der Erfindung besitzt im wesentlichen denselben Aufbau wie die Ausführungsform nach Fig. 10, nur mit dem Unterschied, daß der p⁺-Bereich 85 (Fig. 10) durch einen p-Typ-Bereich 86 ersetzt ist, während der n-Halbleiterbereich 4 bei der Ausführungsforin nach Fig. 10 durch einen n-Halbleiterbereich 44 ersetzt ist, der sich am einen Ende zur Unterseite des Grenzbereichs der Elektroden 10 und 84 erstreckt und so geformt ist, daß er einen p-Bereich 86 umschließt. Wenn an die Elektrode 84 eine vorbestimmte Spannung angelegt wird, besitzen die Oberflächenpotentiale des p-Bereichs 86 und des der Elektrode 84 zugewandten Teils des n-Halbleiterbereichs 44 das Potentialprofil gemäß Fig. 7. Die Ausführungsform gemäß Fig. 11 bietet wiederum dieselbe Arbeitsweise und Wirkung wie die zuerst beschriebene Ausführungsform nach Fig. 5 und 6.

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Die in den Pig. 12 und 13 dargestellte fünfte Ausführungsform der Erfindung besitzt im wesentlichen denselben Aufbau wie die erste Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6, nur mit dem Unterschied, daß die den Elektroden 22, 24 (Fig. 12) zugewandten Teile der Elektrode 81 eingekerbt (notched) sind, als Ladungsableitbereiche wirkende η -Typ-Bereiche 92, 94 in den Oberflächenbereichen des Halbleitersubstrats 2 ausgebildet sind, welche den Einkerbungen der Elektrode 81 zugewandt sind, und eine Überstrahlung-Steuerelektrode 96 so ausgebildet ist, daß sie einen Teil der n⁺-Bereiche 92, 94 sowie einen Teil der Elektrode 81 bedeckt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 und 13 werden unterschiedliche, vorbestimmte bzw. vorgeschriebene Vorspannungen an die Elektroden 81, 82 und 96 sowie die n⁺-Bereiche 92, 94 angelegt. Infolgedessen ist gemäß Fig. 14 das Oberflächenpotential φλ des unter der Steuerelektrode 96 liegenden Teils des Halbleitersubstrats 2 kleiner als das Oberflächenpotential φϋ des unter der Ladungsspeicherelektrode 81 gelegenen Teils des Halbleitersubstrats 2 und gleich groß oder größer als das Cberflächenpotential φΌ des unter der Sperrelektrode 82 befindlichen Teils des Halbleitersubstrats 2. Das Oberflächenpotential φΊ) der n⁺-Bereiche 92, 94 ist größer gewählt als das Oberflächenpotential des unter der Elektrode 96 gelegenen Teils des Halbleitersubstrats 2.

Die während des Ladungsspeichervorgangs im photoelektrischen Wandlerbereich erzeugten Ladungen werden über den unter der Sperrelektrode 82 befindlichen Teil des Halbleitersubstrats verschoben, um in dem unter der Ladungsspeicherelektrode 81 liegenden Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats 2 gespeichert zu werden. Wenn zu diesem Zeitpunkt intensives Licht auf den photoelektrischen Wandlerbereich 4 einfällt und in diesem (somit) eine große Ladungsmenge erzeugt wird, kann nicht die gesamte erzeugte Ladung in einem Bereich unter

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der Ladungsspeicherelektrode 81 gespeichert werden. Infolgedessen wird der überfließende Teil der erzeugten Ladungen über den unter der Überstrahlungs-Steuerelektrode 96 befindlichen Teil des Halbleitersubstrats 2 abgeleitet, um in den n⁺-Bereich 92 zu fließen. Die auf diese Weise in den n⁺-Bereich 92 eingeführte Ladung wird über eine nicht dargestellte» an den η -Bereich 92 angeschlossene Spannungsleitung nach außen abgeführt. Wenn bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 und 13 ein Lichtstrahl mit einer über einem bestimmten Pegel oder Wert liegenden Intensität auf den photoelektrischen Wandlerbereich 4 fällt, werden die übermäßigen, aus einem Ladungsspeicherbereich überfließenden Ladungen über die η Bereiche 92, 94 nach außen abgeführt, so daß das Auftreten der sogen. Überstrahlungserscheinung unterdrückt wird, die auf das Eintreten übermäßig großer Ladungen in einen Bereich, der vor einem solchen Ladungseindringen geschützt werden sollte, zurückzuführen ist.

Obgleich die Erfindung vorstehend anhand einiger Ausführungsformen dargestellt und beschrieben ist, ist sie keineswegs hierauf beschränkt. Beispielsweise kann der n-Halbleiterbereich 44 gemäß Pig. 11 durch einen n-Halbleiterbereich 4 gemäß Fig. 15 ersetzt werden^und es kann ein n-Bereich 87 in dem Oberflächentereich des Halbleitersubstrats 2 geformt werden, der unter der Elektrode 84 liegt und vom n-Halbleiterbereieh getrennt ist. Bei einer solchen Ausgestaltung ergibt sich dieselbe Wirkung wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Weiterhin kann anstelle des p-Halbleitersubstrats auch ein n-Halbleitersubstrat verwendet werden. In diesem Fall müssen jedoch die anderen Halbleiterbereiche vom entgegengesetzten Leitungstyp sein und die Vorspannungen die entgegengesetzte Polarität besitzen. Darüber hinaus lassen sich die Ausführungsformen gemäß den Fig. 9 bis 11 ebenfalls zur Gewährleistung der anhand von Fig. 12 bis 14 beschriebenen Überstrahlungs-Unterdrückungsfunktion umordnen.

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'iff

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Pestkörper-Bildabtastvorrichtung mit einem Halbleitersubstrat eines bestimmten Leit(ungs)typs, einem photoelektrischen Wandlerbereich oder -abschnitt, der mindestens einen Halbleiterbereich des dem Halbleitersubstrat entgegengesetzten Leit(ungs)typs aufweist und der im Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats ausgebildet ist, einem vom Wandlerbereich getrennt oder beabstandet ausgebildeten Ladungsübertragungsbereich, einem ladungsspeicheiabschnitt zur Speicherung der im Wandlerbereich erzeugten Ladungen und einem Ladungsschiebe-Steuerbereich zur Steuerung der Übertragung der im Ladungsspeicherabschnitt gespeicherten Ladungen zum Ladungsübertragungsbereich, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsspeicherabschnitt mindestens einen vom photoelektrischen Wandlerbereich (4, 44) getrennt ausgebildeten Ladungsspeicherbereich (81, 83-1» 84) und mindestens einen Ladungsschiebebereich (82, 83-2, 85, 86) aufweist, die zwischen dem Wandlerbereich (4, 44) und dem Ladungsspeicherbereich (811 83-1, 84) angeordnet sind, um im Wandlerbereich (4, 44) erzeugte Ladungen zu den Ladungs-

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Speicherbereichen (81, 83-1» 84) zu übertragen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1» dadurch gekennzeichnet» daß der Ladungsspeicherabschnitt eine erste Elektrode aufweist, die unter Isolierung auf einem ersten Bereich des Halbleitersubstrats ausgebildet ist» der räumlich bzw. mit Abstand zwischen dem photoelektrischen Wandlerbereich und dem Ladungsübertragungsbereich liegt, und mittels welcher das Oberflächenpotential des ersten Bereichs des Halbleitersubstrats auf einen ersten vorbestimmten oder vorgeschriebenen Pegel einstellbar ist, und daß der Ladungsschiebebereich eine zweite Elektrode aufweist, die unter Isolierung auf einem zweiten Bereich des Halbleitersubstrats zwischen dem photoelektrischen Wandlerbereich und dem erstgenannten Bereich ausgebildet ist und mittels welcher das Oberflächenpotential des zweiten Bereichs des Halbleitersubstrats auf einen zweiten vorbestimmten Pegel zwischen dem ersten vorbestimmten Potential und dem Substratpotential einstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektroden elektrisch miteinander verbunden sind und daß der Abstand zwischen erster Elektrode und erstem Bereich kürzer ist als der Abstand zwischen zweiter Elektrode und zweitem Bereich.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsspeicherabschnitt eine erste Elektrode aufweist» die unter Isolierung auf einem räumlich bzw. mit Abstand zwischen dem photoelektrischen Wandlerbereich und dem Ladungsübertragungsbereich befindlichen ersten Bereich des Halbleitersubstrats ausgebildet ist und mit deren Hilfe das Oberflächenpotential des ersten Bereichs des Halbleitersubstrats auf einen ersten vorbestimmten bzw. vorgeschriebenen Pegel einstellbar ist, und daß der

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LadungsSchiebebereich einen zweiten Halbleiterbereich, der im Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats zwischen dem erstgenannten Bereich und dem Wandlerbereich ausgebildet ist und denselben Leit(ungs)typ wie das Halbleitersubstrat, aber eine höhere Fremdatomkonzentration als letzteres besitzt, und eine zweite Elektrode aufweist, die unter Isolierung auf dem zweiten Halbleiterbereich ausgebildet und elektrisch mit der ersten Elektrode verbunden ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsspeicherabschnitt einen zweiten Halbleiterbereich, der im Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats räumlich bzw. mit Abstand zwischen dem photoelektrischen Wandlerbereich und dem Ladungsübertragungsbereich ausgebildet ist und den dem Halbleitersubstrat entgegengesetzten Leit(ungs)typ besitzt, und eine erste, unter Isolierung auf dem zweiten Halbleiterbereich ausgebildete Elektrode aufweist, und daß der Ladungsschiebebereich eine zweite Elektrode aufweist, die unter Isolierung auf dem zwischen dem Wandlerbereich und dem zweiten Halbleiterbereich gelegenen Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet und mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsspeicherabschnitt einen zweiten Halbleiterbereich, der materialeinheitlich mit dem ersten Halbleiterbereich des photoelektrischen Wandlerbereichs und mit dem entgegengesetzten Leit(ungs)typ wie das Halbleitersubstrat ausgebildet ist, und eine erste, unter Isolierung auf dem zweiten Halbleiterbereich ausgebildete Elektrode aufweist und daß der Ladungsschiebebereich einen dritten Halbleiterbereich» der im zweiten Halbleiterbereich in einer Position neben dem ersten HaIb-

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leiterbereich mit demselben Leit(ungs)typ wie das Halbleitersubstrat ausgebildet ist, und eine zweite Elektrode aufweist, die unter Isolierung auf dem dritten Halbleiterbereich angeordnet und mit der ersten Elektrode elektrisch verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Ladungsspeicherabschnitt ein Ladungsableitbereieh zum Abführen derjenigen Ladungen ausgebildet i?t, die vom photoelektrischen Wandlerbereich zugeführt und in einem (einzigen) Ladungsspeichervorgang nicht im Ladungsspeicherabschnitt oder -bereich gespeichert werden.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsableitbereieh einen Halbleiterbereich umfaßt, der in dem neben dem Ladungsspeicherabschnitt befindlichen Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats ausgebildet ist und denselben Leit(ungs)typ wie der erste Halbleiterbereich, aber eine höhere Fremdkonzentration als dieser besitzt.

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