DE3101803C2

DE3101803C2 - Festkörper-Bildabtastvorrichtung

Info

Publication number: DE3101803C2
Application number: DE3101803A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo 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: 1983-12-15
Also published as: DE3101803A1; JPH0125272B2; GB2069237B; US4389661A; JPS56104582A; GB2069237A

Abstract

Mit der Erfindung wird eine Festkörper-Bildabtastvorrichtung geschaffen, die photoelektrische Wandlerbereiche (41-43) zur Erzeugung von Ladungen mit Größen entsprechend der von ihnen empfangenen Lichtmenge, einen Ladungsspeicherbereich (81) zur Speicherung der in den Wandlerbereichen erzeugten Ladungen, einen Ladungsübertragungsbereich (6, 11-13, 21-24, 31-36) und einen Ladungsschiebe-Steuerbereich (10) zur Steuerung der Übertragung der im Ladungsspeicherbereich gespeicherten Ladung zum Ladungsübertragungsbereich aufweist. Die Bildabtastvorrichtung enthält weiterhin einen zwischen dem Ladungsspeicherbereich (81) und den photoelektrischen Wandlerbereichen (41-43) vorgesehenen Ladunsschiebebereich (82) zum aufeinanderfolgenden Verschieben der in den Wandlerbereichen erzeugten Ladungen zum Ladungsspeicherbereich.

Description

Die Erfindung betrifft eine Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer bisherigen Festkörper-Bildabtastvorrichtung mit höherer Lichtempfindlichkeit, insbesondere für blaues Licht, wird ein Lichtstrahl von einem aus einer Photodiode bestehenden photoelektrischen Wandlerabschnitt abgenommen und in elektrische Ladung einer so der empfangenen Lichtstärke entsprechenden Menge umgesetzt; die so erhaltenen elektrischen Ladungen werden dann in einem neben dem photoelektrischen Wandlerabschnitt ausgebildeten Ladungszwischenspeicher zwischengespeichert. Wie in den F i g. 1 und 2 schematisch veranschaulicht ist, umfaßt diese bisherige Festkörper-Bildabtastvorrichtung photoelektrische Wandlerabschnitte 41—43, die beispielsweise aus parallel zueinander im Oberflächenbereich eines p-leitenden Halbleitersubstrats ausgebildeten n-lehenden Halbleiterbereichen 4 bestehen, sowie einen n-leitenden Ladungsübertragungsabschnitt 6, der im Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats 2 so ausgebildet ist, daß er sich räumlich bzw. mit Abstand parallel zur Längsrichtung der Wandlerabschnitte 41—43 erstreckt. Gemäß Fig. 1 sind eine Ladungsspeicherelektrode 8 und eine Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10, die parallel zur Längsrichtung der Wandlerabschnitte 41—43 verlaufen, isoliert auf dem Bereich des Halbleitersubstrats 2 angeordnet, der zwischen den Wandlerabschnitten 41—43 und dem Ladungsübertragungsabschnitt 6 liegt Die bisherige Festkörper-Bildabtastvorrichtung umfaßt weiterhin isoliert auf dem Ladungsübertragungsabschnitt 6 ausgebildete, jeweils auf die photoelektrischen Wandlerabschnitte 41—43 ausgerichtete Ladungsübertragungselektroden 11—13, zwischen letztere eingefügte LadungsübertragiBigselektroden 21—24 und Ladungsübertragungselektroden 31—36, die jeweils so angeordnet sindL daß sie die einander zugewandten Seiten von je zwei benachbarten Ladungsübertragungselektroden 11—13 und 21—24 überlappen. Diese Ladungsübertragungselektroden 11, 12, 12, 23, 13 und 24 sind in der angegebenen Reihenfolge jeweils mit den Ladungsübertragungselektroden 31—36 elektrisch verbunden. Wie in Fig. I· durch die schraffierten Bereiche angedeutet, ist ein p-leitender Bereich 50 als Kanalunterbrecher (channel stop) mit hoher Fremdstoffkonzentration an einer passenden Stelle vorgesehen, um einen Sireufluß von Signalladungen zu einem Bereich außerhalb einer vorgeschriebenen Entladungsstrecke zu verhindern.

Im folgenden Ist die Arbeitsweise der bisherigen Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach F i g. 1 und 2 anhand der Potentialprofile zeigenden Fig.3 und 4 erläutert.

Bei der Ladungsspeicherung wird die Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 auf dem Potential des Halbleitersubstrats 2 gehalten. Das Oberflächenpotential des der Steuerelektrode 10 zugewandten Bereichs des Halbleitersubstrats 2 wird auf einem praktisch dem Oberflächenpotential des Kanalunterbrecher-Bereichs 50 entsprechenden Pegel gehalten, wie dies durch eine ausgezogene Linie IQA in Fig.3 angegeben ist In diesem Zustand bilden das Substrat und der Kanalunterbrecher-Bereich 50 gemeinsam eine Sperre oder Barriere zum Einschließen von Ladung, infolgedessen werden Ladungen in einer Menge,^ielche der durch die photoelektrischen Wandlerabschnitte 41—43 empfangenen Lichtstärke entspricht in diesem Bereich sowie in den Abschnitten des Oberflächenbereichs des Halbleitersubstrats 2 gespeichert die neben den Wandlerabschnitten 41—43 und unter der Ladungsspeicherelektrode 8 liegen. Wie im schraffierten Teil von Fig.3 dargestellt, werden im photoelektrischen Wandlerabschnitt 41 erzeugte Ladungen bzw. Elektronen in diesem Wandlerabschnitt 41 sowie in dem neben letzterem und unter der Ladungsspeicherelektrode 8 liegenden Teil des Substrat-Oberflächenbereichs gespeichert

Bei der Ladungsverschiebung wird der Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 eine positive Spannung eines höheren Pegels als die an die Ladungsspeicherelektrode 8 angelegte Spannung aufgeprägt Wie durch eine ausgezogene Linie 10ß in Fig.4 angegeben ist, ist das Potential des der Steuerelektrode 10 zugewandten Teils der Oberfläche des Halbleitersubstrats 2 höher als das Potential in dem Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats 2, welcher der Ladungsspeicherelektrode 8 zugewandt ist, und niedriger als das Potential an der Oberfläche des Ladungsübertragungsabschnitts 6. Infolgedessen werden Ladungen oder Elektronen, die in den Halbleiterbereichen 4 und dem unter der Ladungsspeicherelektrode 8 gelegenen Teil der Substratoberfläche gespeichert sind, auf die durch einen Pfeil 4A in F i g. 4 angedeutete Weise zum Ladungsübertragungsabschnitt 6 verschoben. Mit anderen Worten: die in den photoelektrischen Wandlerabschnittcn 41—43 erzeug-

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ten Elektronen werden jeweils zu den unter den Elektroden 11—13 liegenden Abschnitten des Ladungsübertragungsabschnitts 6 verschoben. Wenn alle gespeicherten Elektronen zu diesem Abschnitt 6 verschoben worden sind, tritt in dem der Ladungsspeicherelektrode S, welcher eine vorbestimmte Vorspannung aufgeprägt ist, zugewandten Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats 2 eine »Verarmung« auf. Das Oberflächenpotential des Halbleitevsubstrats 2 entsteht entsprechend der Vorspannung, und durch das Oberflächenpotential des n Halbleitersubstrats 2 wird die Photodiode in Sperrichtung vorgespannt.

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

Bei dieser bisherigen Festkörper-Bildabtastvorrichtung bestimmt sich die Zeitspanne, die für die Verschiebung einer im photoelektrischen Wandlerabschnitt erzeugten Ladung zum Ladungsübertragungsab- schnitt 6 nötig ist, durch die Zeitspanne, die für die Übertragung einer in dem am weitesten von der Steuerelektrode 10 entfernten Bereich gespeicherten Ladung zu dem unter der Steuerelektrode 10 befindlichen Teil der Oberfläche des Halbleitersubstrats 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 Halbleiterbereich 4 eine große Länge besitzt, wird ein Teil der gespeicherten Ladungen nicht zum Ladungsübertragungsabschnitt 6 verschoben; vielmehr verbleibt dieser Teil der Ladungen im Halbleiterbereich 4. Diese Erscheinung wirft das Problem auf, daß dann, wenn ein Teil einer großen, im Ladungsspeicher-Vorgang erzeugten Ladungsmenge im Ladungsverschiebevorgang nicht zum Ladungsübertragungsabschnitt 6 verschoben werden kann und in einem nachfolgenden Ladungsspeichervorgang kein Licht abgegriffen wird, die vorher nicht verschobenen Ladungen im nächsten Ladungsverschiebevorgang zum Ladungsübertragungsabschnitt verschoben werden, so daß eine sog. »Restbild«-Erscheinung auftritt.

Aus der DE-OS 29 02 532 ist eine Ladungskopplungsanordnung bekannt, die ein Halbleitersubstrat aufweist, in welchem ein entgegengesetzt zu diesem dotierter Wandlerabschnitt vorgesehen ist, in welchem elektrische Ladungen gesammelt werden, wenn in der Umgebung elektromagnetische Strahlung auftritt. Dieser Wandlerabschnitt, ist in einem Oberflächengebiet des Halbleitersubstrats ausgebildet. Ein Ladungsübertragungsabschnitt ist unterhalb einer Steuerelektrode angeordnet, und in einem Ladungsspeicherabschnitt werden die Ladungen gespeichert, die über den Lädüngsübertragungsabsehnitt übertragen werden.

Weiterhin ist aus der DE-OS 28 42 346 ein Bildabtaster in Festkörpertechnik bekannt, bei dem Ladungen in "inem Wandler- bzw. Steuerabschnitt erzeugt und zwischengespeichert werden. Aus diesem Wandlerabschnitt werden die Ladungen direkt an Ladungsübertragungsabschnitte abgegeben, so daß es bei langen Wandlerabschnitten viel Zeit in Anspruch nehmen kann, bis die gesamte, im Wandlerabschnitt gespeicherte Ladungen den Ladungsübertragungsabschmtten übertragen ist Bei diesem bekannten Bildabtaster ist auch eine Oberlaufsenke für überstrahlende Ladungen vorgesehen, die von Oberlaufelektroden gesteuert wird. Wenn auf den photoelektrischen Wandlerabschnitt dieser bekannten Festkörper-Bildabtastvorrichtungen besonders intensives Licht einfällt, dann werden sehr viele Ladungen erzeugt so daß eine außergewöhnliche Menge an Ladungen den Ladungsübertragungsabschnitt »überströmen« kann. Diese überströt xenden Ladungen verursachen dann eine sogenannte »Überstrahlung«, was bei der Bildwiedergabe äußerst störend ist Bei den bekannten Bildabtastvorrichtungen sind also keine besonderen Maßnahmen vorgesehen, um Ladungen frühzeitig abzusaugen, wenn bei besonders starkem Lichteinfall sehr viele Ladungen erzeugt werden.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart zu verbessern, daß ein »Oberstrahlen« auch bei intensivem Lichteinfall b':x>nders günstig vermieden werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden Teil enthaltenen Merkmalen gelöst Da erfindungsgemäß der Oberlauf bereits dicht beim Wandlerabschnitt ansetzt wird ein Überstrahlen besonders günstig und frühzeitig vermieden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in dem Patentanspruch 2 angegeben.

Durch den Ladungsableitabschnitt werden die »überströmenden« Ladungen gesammelt, so daß ein »Überstrahlen« sicher vermieden werden kann.

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

F i g. 1 eine Aufsicht auf einen Hauptteil einer bisherigen Festkörper-Bildabtastvorrichtung. F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie 11-11 in F i g. 1, F i g. 3 und 4 Potentialprofile zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der bisherigen Bildabtastvorrichtung nach F i g. 1 und 2,

Fig.5 eine Aufsicht auf einen Hauptteil einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung mit Zwischenspeicherung, auf weiche die Erfindung anwendbar ist F i g. 6 einen Schnitt längs der Linie VI-Vl in F i g. 5, Fig.7 und 8 Potentialprofile zur Erläuterung der Arbeitsweise der Bildabtastvorrichtung nach F i g. 5 und 6,

Fig.9 bis 11 der Fig.6 ähnelnde Schnittansichten abgewandelter Ausführungsbeispiele, welche dieselbe Wirkung gewährleisten wie das Ausführungsbeispiel nach f i g. 5 und 6,

Fig. 11a eine Fig. 11 ähnelnde Darstellung einer Abwandlung der BiJ !abtastvorrichtung nach Fi g. 11,

Fig. 12 eine Aufsicht auf einen Hauptteil einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit welchem die sogenannte Überotrahlungs-Erscheinung unterdrückt werden kann,

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

Fig. 14 ein Potentialprofil zur Erläuterung der Überstrahlungsunterdrückung bei der Bildabtastvorrichtung gemäß F i g. 12 unti 13.

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

Die Fig. 5 und 6 veranschaulichen schematisch den

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Hauptteil einer Festkörper-Bildabtastvorrichtung. Ähnlich wie die bisherige Bildabtastvorrichtung nach F i g. 1 und 2 weist die Bildabtastvorrichtung gemäß F i g. 5 und 6 Photodioden oder photoelektrische Wandlerabschnitte 41 —43, die z. B. durch η-leitende Halbleiterbereiche 4 gebildet sind, welche parallel im Oberflächenbereich eines Halbleitersubstrats 2 beispielsweise des p-Leitungstyps ausgebildet sind, sowie einen n-leitenden Ladungsübertragungsabschnitt 6 auf, der sich im Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats 2 parallel zu einer Linie erstreckt, längs welcher die Wandlerabschnitte 41—43 angeordnet sind. Eine Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 ist isoliert auf der Oberfläche des Teils des Halbleitersubstrats 2 angeordnet, der mit Abstand zwischen den Wandlerabschnitten 41—43 und dem Ladungsübertragungsabschnitt 6 liegt. Eine sich längs des Halbleitersubstrats 2 erstreckende Barrieren- bzw. Sperrelektrode 81 ist isoliert so ausgebildet, daß sie eine Seite der Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 sowie die deren Seitenflächen zugewandten Seiten der Wandlerabschnitte 41—43 überlappt. Eine sich auf ähnliche Weise in Längsrichtung des Halbleitersubstrats 2 erstreckende Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 ist so angeordnet, daß sie isoliert die andere Seitenfläche der Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 sowie die dieser zugewandte Seite des Ladungsübertragungsabschnitts 6 überlappt. Die Bildabtastvorrichtung gemäß F i g. 5 und 6 umfaßt weiterhin isoliert auf dem Ladungsübertragungsabschnitt 6 ausgebildete, auf die Zentren der Wandlerabschnitte 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 Seitenflächen jeweils zweier benachbarter Ladungsübenragungseicktföden 11 — 13 und 21=24 isoliert überlappen. Die Ladungsübertragungselektroden 11, 22, 12, 23, 13 und 24 sind in der angegebenen Reihenfolge jeweils elektrisch mit den Ladungsübertragungselektroden 31—36 verbunden. Beispielsweise besitzen die unter den Ladungsübertragungselektroden 31—36 liegenden Teile des Ladungsübertragungsabschnitts 6 eine hohe Fremdstoffkonzentration, und die Ladungsübertragungselektroden 11 — 13, 21—24 und 31—36 bilden zusammen mit dem Ladungsübertragungsbereich eine an sich bekannte Zweiphasenansteuerungs-Ladungsübertragungsvorrichtung. Da eine solche Vorrichtung an sich bekannt ist, braucht sie nicht im einzelnen erläutert zu werden.

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

Im folgenden ist die Arbeitsweise der Bildabtastvorrichtung gemäß den Fig.5 und 6 anhand der Potentialprofile nach den F i g. 7 und 8 erläutert.

Der Ladungszwischenspeicherelektrode 81 wird eine &5 höhere Spannung aufgeprägt als diejenige, weiche an der Sperrelektrode 82 anliegt. Dabei bilden sich Potentialsenken, von denen eine (vgL das Bezugszeichen SiA) in Fig. 7 angedeutet ist, in den Teilen des Halbleitersubstrats 2, welche den Wandlerabschnitten 41—43 zugewandt sind und die sich unter der Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 befinden und durch die Kanalunterbrecher-Bereiche 50 voneinander getrennt sind.

Beim Ladungsspeichervorgang wird die Spannung der Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 auf Substratpotential gehalten. Das Oberflächenpotential des der Steuerelektrode 10 zugewandten Teils des Halbleitersubstrats 2 wird auf die durch eine ausgezogene Linie IOC in Fig.7 angedeutete Weise auf einem Pegel gehalten, welcher praktisch dem Oberflächenpotential des Kanalunterbrecher-Bereichs 50 gleich ist. Unter diesen Bedingungen bilden der Kanalunterbrecher-Bereich 50 und der unter der Steuerelektrode 10 gelegene Teil des Halbleitersubstrats 2 gemeinsam die photoelektrischen Wandlerabschnitte 41—43 sowie Bereiche, einschiieBiich derjenigen der unabhängig voneinander gebildeten Potentialsenken, welche unter der Sperrelektrode 82 den Wandlerabschnitten 41—43 zugewandt sind. Unter den angegebenen Bedingungen bilden der Kanalunterbrecher-Bereich 50 und der Teil des Halbleitersubstrats 2, welcher dem Wandlerabschnitt 41 zugewandt ist und sich unter der Ladungsschiebe-Steuerelektrode 10 befindet, gemeinsam eine Umschließung für beispielsweise den Wandlerabschnitt 41 und den diesem zugewandten, unter der Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 befindlichen Teil des Halbleitersubstrats 2.

Beim Ausführur.<gsbeispiel ger.iäß den F i g. 5 und 6 werden die beim Ladungsspeichervorgang entsprechend den Mengen des von den photoelektrischen Wandlerabschnitten 41—43 abgenommenen Lichts erzeugten Ladungen bzw. Elektronen nicht von den Wandlerabschnitten 41—43 gehalten, sondern zu den betreffenden Senken verschoben. Beispielsweise werden die im Wandlerabschnitt 41 erzeugten Ladungen oder Elektronen auf die durch den Pfeil 7 A in F i g. 7 angedeutete Weise zur Potentialsenke 81A verschoben. Dies bedeutet, daß alle im Wandlerabschnitt 41 mit einer Größe entsprechend den einfallenden Lichtstrahlen erzeugten Ladungen oder Elektronen in der betreffenden Potentialsenke 8iA gespeichert werden. Die in den anderen photoelektrischen Wandlerabschnitten 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 Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 anliegende Spannung aufgeprägt Infolgedessen wird das Oberflächenpotential des der Steuerelektrode 10 zugewandten Teils des Halbleitersubstrats 2 auf die durch eine ausgezogene Linie IOD in F i g. 8 angedeutete Weise auf einen Pegel gebracht, der höher ist als das Oberflächenpotential des der Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 zugewandten Teils des Halbleitersubstrates 2, aber niedriger als das Oberflächenpotential des Ladungsübertragungsabschnitts 6. Infolgedessen werden die in den Wandlerabschnitten 41 —43 erzeugten und in den entsprechenden Potentialsenken gespeicherten Ladungen oder Elektronen zu den unterhalb der Ladungsübertragungselektroden 11—13 liegenden Teilen des Ladungsübertragungsabschnitts 6 verschoben. Beispielsweise werden die im photoelektrischen Wandlerabschnitt 41 erzeugten und in der Potentialsenke 81A gespeicherten Ladungen oder

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Elektronen auf die durch den Pfeil SA gemäß Fig. 8 dargestellte Weise zu dem Teil des Ladungsübertragungsabschnittes 6 verschoben, der unterhalb der Ladungsübertragungselektrode 11 liegt.

Wenn alle in den Wandlerabschnitten erzeugten Ladungen zu den entsprechenden Teilen des Ladungsübertragungsabschnitts 6 verschoben worden sind, wird die LuJungsschiebe-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 Ladungsübertragungsabschnitt 6 verschobenen Ladungen in der Richtung zu übertragen, in welcher die Ladi .lgsübertragungselektroden 11 — 13, 21—24 und is 31—36 angeordnet sind.

Bei der oben beschriebenen Bildabtastvorrichtung werden alle während des Ladungsspeichervorgangs im photoeiektrischen Wandierabschnitt erzeugten Ladungen in den unter der Ladungszwischenspeicher- Elektro- de 81 gebildeten Potentialsenken zwischengespeichert. Im anschließenden LadungsverschiebeVorgang werden die gespeicherten Ladungen sämtlich zum Ladungsübertragungsabschnitt 6 verschoben. Hierbei bestimmt sich die Zeitspanne, die für die Verschiebung aller in den Potentialsenken gespeicherten Ladungen zum Ladungsübertragungsabschnitt 6 erforderlich ist, durch die Breite der Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81. Bekanntlich ist die Zeitspanne für die Ladungsübertragung praktisch dem Quadrat der Länge eines Ladungs- speicnerbereichs proportional, welcher sich in der Richtung der Ladungsübertragung erstreckt

Die Breite der Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 kann wesentlich kleiner sein als die Summe aus der Breite des Halbleiterbereichs 4 und derjenigen der Ladungsspeicherelektrode 8 bei der bisherigen Bildablasivorrichiung gemäß Fig.! und 2. Sei der Büdabtasi vorrichtung nach Fig.5 und 6 kann mithin die für die Ladungsübertragung erforderliche Zeit deutlich kürzer sein als bei der bisherigen Bildabtastvorrichtung. <to

Im folgenden ist anhand von Fig.9 ein anderes Ausführungsbeispiel der Festkörper-Bildabtastvorrichtung erläutert, welches im wesentlichen denselben Aufbau besitzt wie das zuerst beschriebene Ausführungsbeispiel nach Fig.5 und 6, nur mit dem Unterschied, daß die Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 und die Sperrelektrode 82 bei dem zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiel durch eine Elektrode 83 ersetzt sind. Diese Elektrode 83 besteht aus einem Elektrodenteil 83-1 entsprechend der Ladungszwischen- so speicher-Elektrode 81 bei dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel und einem Elektrodenteil 83-2, der materialeinheitlich mit dem ersten Elektrodenteil 83-1 ausgebildet und weiter als dieser vom Halbleitersubstrat 2 entfernt ist Wenn der Elektrode 83 eine vorbestimmte Spannung aufgeprägt wird, wird das Oberflächenpotential des dem Elektrodenteil 83-1 zugewandten Teils des Halbleitersubstrats 2 auf einen höheren PegePgebracht als das Oberflächenpotentia! an dem dem Elektrodenteil 83-2 zugewandten Teil des Halbleitersubstrats 2. Trotz dieser Unterschiede gewährleistet das zweite Ausführungsbeispiel nach F i g. 9 dieselbe Arbeitsweise wie das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 und 6.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 10 sind die Elektroden 81, 82 beim Ausführangsbsispie! nach Fig.5 und 6 durch eine einzige Elektrode 84 ersetzt Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 besitzt im wesentlichen denselben Aufbau wie das zuerst beschriebene Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 und 6. nur mit dem Unterschied, daß ein p ⁺ -leitender Bereich 85 mit einer Fremdstoffkonzentration, die größer ist als diejenige des Halbleitersubstrats 2 und kleiner als diejenige des Kanalunterbrecher-Bereichs 50, im Oberflächenbereich des neben dem Bereich 4 liegenden Teil des Halbleitersubstrats 2 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 Halbleitersubstrats 2 dasselbe Potentialprofil wie in F i g. 7. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 10 gewährleistet dieselbe Arbeitsweise und Wirkung wie das zuerst beschriebene Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 und 6.

Das in Fig. 1t dargestellte vierte Ausführungsbeispiel besitzt im wesentlichen denselben Aufbau wie das Ausführungsbeispiel nach Fig. 10, nur mit dem Unterschied, daß der p^-ieitende Bereich 85 (Fig. iö) durch einen p-leitenden Bereich 86 ersetzt ist, während der η-leitende Halbleiterbereich 4 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 10durch einen η-leitenden 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-leitenden Bereich 86 umschließt. Wenn an die Elektrode 84 eine vorbestimmte Spannung angelegt wird, besitzen die Oberflächenpotentiale des Bereichs 86 und des der Elektrode 84 zugewandten Teils des Halbleiterbereichs 44 das Potentialprofil gemäß F i g. 7. Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 11 bietet wiederum dieselbe Arbeitsweise und Wirkung wie das zuerst beschriebene Ausführungsbeispiel nach F i g. 5 und 6.

Der η-leitende Halbleiterbereich 44 gemäß F i g. 11 kann durch einen n-Halbleilerbereich 4 gemäß F i g. 11 a ersetzt werden, und es kann ein η-leitender Bereich 87 in dem Oberflächenbereich des Halbleiiersubstrats 2 geformt werden, der unter der Elektrode 84 lieg: und vom η-leitenden Halbleiterbereich getrennt ist Bei einer solchen Ausgestaltung ergibt sich dieselbe Wirkung wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen. Weiterhin kann anstelle des p-leitenden Halbleitersubstrats auch ein n-leitendes Halbleitersubstrat verwendet werden. In diesem Fall müssen jedoch die anderen Halbleiterbereiche vom entgegengesetzten Leitungstyp sein und die Vorspannungen die entgegengesetzte Polarität besitzen.

Das in den Fi g. 12 und 13 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzt im wesentlichen denselben Aufbau wie die Zwischenspeicherung gemäß F i g. 5 und 6, nur mit dem Unterschied, daß die den Elektroden 22, 24 (Fig. 12) zugewandten Teile der Elektrode 81 eingekerbt sind, daß η+-leitende Ladungsableitabschnitte 92, 94 in den Oberflächenbereichen des Halbleitersubstrats 2 ausgebildet sind, welche den Einkerbungen der Elektrode 81 zugewandt sind, und daß eine Oberstrahlungs-Steuerelektrode 96 so ausgebildet ist, daß sie einen Teil der Abschnitte 92,94 sowie einen Teil der Elektrode 81 überdeckt

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 und 13 werden unterschiedliche, vorbestimmte bzw. vorgeschriebene Vorspannungen an die Elektroden 81,82 und 96 sowie die Abschnitte 92, 94 angelegt Infolgedessen ist gemäß F i g. 14 das Oberflächenpotential A des unter der Steuerelektrode 96 Hegenden Teils des Halbleitersubstrats 2 .kleiner als das Oberflächenpotential B des unter der Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 gelegenen Teils des Halbleitersubstrats 2 und gleich groß

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oder größer als das Oberflächenpotential C des unter der Sperrelektrode 82 befindlichen Teils des Halbleitersubstrats 2. Das Oberflächenpotential D der Abschnitte 92, 94 ist größer gewählt als das Oberflächenpotential des unter der Steuerelektrode 96 gelegenen Teils des Halbleitersubstrats 2.

Die während des Ladungsspeichervorgangs im photoelektrischon Wandlerbereich erzeugten Ladungen werden über den unter der Sperrelektrode 82 befindlichen Teil des Halbleiwrsubstrats 2 verschoben, um in dem unter der Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 liegenden Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats 2 gespeichert zu werden. Wenn zu diesem Zeitpunkt intensives Licht auf den photoeleklrischen Wandlerabschnitt 4 einfällt und in diesem somit eine große Ladungsmenge erzeugt wird, kann nicht die gesamte erzeugte Ladung in einem Bereich unter der Ladungszwischenspeicher-Elektrode 81 gespeichert werden. Infolgedessen wird der überfiieoenuc Teil der erzeugten Ladungen über den unter der Überstrah lungs-Steuerelektrode 96 befindlichen Teil des Halbleitersubstrats 2 abgeleitet, um in den Abschnitt 92 zu fließen. Die auf diese Weise in den Abschnitt 92 eingeführte Ladung wird über eine nicht dargestellte, an

den Abschnitt 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 Wandlerabschnitt 4 fällt.

werden die übermäßigen, aus einem Ladungsspeicherbereich überfließenden Ladungen über die Abschnitte 92,94 nach außen abgeführt, so daß das Auftreten der sogenannten Überstrahlungserscheinung unterdrückt wird, die auf das Eintreten übermäßig großer Ladungen in einem Bereich, der vor einem solchen Ladungseindringen geschützt werden sollte, zurückzuführen ist.

Die Ausführungsbeispiele, insbesondere gemäß den F i g. 9 bis 11, lassen sich zur Gewährleistung der anhand _von ρ jg. }2 bis !4 beschriebenen IJberstrahlungs-Un terdrückungrfunktion umordnen.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Festkörper-Bildabtastvorrichtung mit einem Halbleitersubstrat (2) eines bestimmten Leitungstyps, einem photoelektrischen Wandlerabschnitt (4), der mindestens einen Halbleiterbereich des dem Halbleitersubstrat (2) entgegengesetzten Leitungstyps aufweist und der im Oberflächenbereich des Halhleitersubstrats (2) ausgebildet ist, einem vom Wandlerabschnist (4) beabstandet ausgebildeten Ladungsübertragungsabschnitt einem Ladungszwischenspeicher (81), der räumlich zwischen dem Wandlerabschnitt (4) und dem Ladungsübertragungsabschnitt ausgebildet ist, einem Ladungsschlebeabschnitt (82) zwischen dem Wandlerabschnitt (4) und dem Ladungszwischenspeicher (81) zur Verschiebung der im Wandlerabschnitt (4) erzeugten Ladungen zum Ladungszwischenspeicher (81) und einem Ladungsschiebe-Steuerabschnitt (10) zwischen dem ladungszwischenspeicher (81) und dem Ladungsübertragungsabschnitt zur Steuerung der Verschiebungsoperation von Indungen vom Ladungszwischenspeicher (81) zum Ladungsübertragungsabschnitt, gekennzeichnet durch einen Ladungsableitabschriitt (92,94) im Oberflächen- bereich des Halbleitersubstrsjs (2), der dem Ladungszwischenspeicher (81) zugeordnet ist und in Einkerbungen des Ladungszwischenspeichers (81) liegt, welche dem Ladungsübertragungsabschnitt zugewandt sind, um diejenigen Ladungen abzusaugen, die vom Wandlerabschnitt 4 eingespeist sind und bei der Ladungs^wischerrspeicherung nicht im Ladungszwischenspeictrer (81) gespeichert werden können.

2. Festkörper-Bildabtastvornchtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Oberlauf-Steuerelektrode (96) einen Teil des Ladungsableitabschnitts (92,94) und einen Teil des Ladungszwischenspeichers (81) überdeckt.

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