DE3105910A1

DE3105910A1 - Einrichtung zur erfassung elektromagnetischer strahlung

Info

Publication number: DE3105910A1
Application number: DE19813105910
Authority: DE
Inventors: Clifford H. 55428 New Hope Minn. Boler; Dennis J. 80120 Littleton Col. Wilwerding
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1981-02-18
Publication date: 1981-12-24
Also published as: FR2476916A1; CA1164555A; GB2070332A; JPH0449054B2; DE3105910C2; US4321486A; FR2476916B1; GB2070332B; JPS56133628A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung nach Gattungsbegriff des Anspruches 1, wie sie insbesondere als Bild-Erfassungssystem Anwendung findet.

Die Verwendung von Ladungsübertragungseinrichtungen für die Verarbeitung von durch EOtodetektoren erhaltenen Signalen besitzt eine Anzahl von Vorteilen. Zunächst können Ladungsübertragungseinrichtungen, insbesondere ladungsgekoppelte Einrichtungen (CCD) relativ leicht durch monolithisch integrierte Siliziumschaltkreise mit hoher Packungsdichte realisiert werden. Die Ladungsübertragungseinrichtung verhält sich im Hinblick auf Analogsignale grundsätzlich als eine Abtasteinrichtung, die direkt auf die analoge Abtastung einwirkt. Die Schnittstelle zwischen einer solchen Einrichtung und dem zugeordneten Fotodetektor kann somit verhältnismäßig unkompliziert sein, da der Fotodetektor typischerweise ein analoges elektrisches Ausgangssignal liefert, das mehr oder weniger durch die erfaßte elektromagnetische Energie vorgegeben ist. Ferner können die durch die Ladungsübertragungseinrichtung zu handhabenden analogen Abtastwerte durch die digitalenTaktschaltkreise gesteuert werden, was zu einer beträchtlichen Flexibilität führt.

Wenn die Technologie ladungsgekoppelter Einrichtungen verwendet wird, um die durch den Fotodetektor gelieferten Signale zu verarbeiten, so stellt ein Detektor auf der Basis Leiter-Isolator-Halbleiter (ClS^Conductor-Insulator-Semiconductor) ein passendes Element dar, wobei dieses Element im wesentlichen einenKondensator darstellt. Bei derartigen Fotodektoren trägt das Halbleitermaterial einen Isolator, der seinerseits einen Leiter abstützt, wobei die dem Isolator gegenüberliegende Seite des Leiters der auftreffenden

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elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt ist. Der Leiter ist eine Elektrode, die zusammen mit dem Isolator in der Lage ist, Strahlung hindurchzulassen, so daß diese die Oberfläche des Halbleitermaterials erreicht. Wenn zwischen dem

als Fotodetektorelektrode dienenden Leiter und dem Halbleitermaterial eine solche Spannung angelegt wird, daß sich ein Verarmungsbereich in dem Halbleitermaterial bildet, so ist die auf der Oberfläche des Halbleitermaterials angesammelte Ladung an der Sensorstelle dem Strahlungsbetrag proportional,der auf die Oberfläche des Halbleitermaterials auftrifft. Diese durch die Strahlung induzierte Ladung wird gesammelt und an der Oberfläche des Halbleitermaterials imBereich der Sensorstelle für die Zeitdauer festgehalten, während der die Spannung auf dem Leiter aufrecht erhalten wird. In einem typischen Fotodetektorsystem handelt es sich bei der an den Leiter angelegten Spannung um einen sich wiederholenden Spannungsimpuls, der sich zwischen der Spannung Null und einem bestimmten Pegel bewegt, wobei dieser Spannungsimpuls dem Leiter an jeder Sensorstelle zugeführt wird. Durch die einfallende Strahlung wird die Ladung an den verschiedenen Stellen der Abtastoberfläche verändert.

Es gibt jedohh eine maximale durch den Betrag der Strahlung induzierte Ladungsansammlung,din bezüglich einer Sensorstelle wünscheswert ist, da entweder erstens der Fotodetektor für die anliegende Spannung keine weitere Ladung an der Sensorstelle ansammeln kann oder da zweitens der Signalverarbeitungsschaltkreis der ladungsgekoppelten Einrichtung entwurfsbedingt nur einen bestimmten maximalen Betrag von angesammelter Ladung in einer Zeitperiode verarbeiten kann. Eine Möglichkeit würde dann darin bestehen, eine feste Zeitdauer für die Ansammlung der durch die auftreffende Strahlung induzierten Ladung an einer Sensorstelle in einerAbtastperiode vorzusehen.

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Auf ein solches Verfahren kann man sich jedoch nicht immer verlassen, wenn man eine Uberansammlung von Ladung während einer Abtastperiode an der Sensorstelle vermeiden will. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Intensität der auftreffenden Strahlung oftmals unbekannt ist und nicht vorhergesagt werden kann. Der sich bei einer Abtastung in einer festen Zeitdauer ansammelnde maximale Ladungsbetrag kann somit ebenso wenig wie die Sensorstelle,an der dieser maximale Ladungsbetrag auftritt _t vorhergesagt werden.

Eine andere Möglichkeit besteht in der übertragung der angesammelten Ladung von jeder Abtaststelle in eine nachfolgende Position eines ladungsgekoppelten Schieberegisters und in der überwachung der Größe eines jeden Ladungspaketes bei seiner Übertragung an einer ausgewählten Überwachungsstelle. Die Zeitdauer könnte sodann in Abhängigkeit von der Größe der Ladungspakete verändert werden. Die Folge ist jedoch, daß die Größe der Ladungspakete erst nachträglich festgestellt wird, und daß

die
daher während der Abtastperiode Möglichkeit besteht, daß das angesammelte Ladungspaket die gewünschte Größe überschreitet. Ferner erfordert die Überwachung zusätzliche Zeit, die sich störend bezüglich der Verarbeitung des Fotodetektorsignales auswirkt und Änderungen hinsichtlich' der abzubildenden Szene durch das Zeitverhalten des Verarbeitungssystems begrenzt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Einrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Größe der an den verschiedenen Sensorstellen auftretenden Ladungspakete in der Zeit gesteuert werden kann, während diese Ladungen angesammelt werden, um während jeder speziellen Abtastperiode die Entscheidung treffen zu können, wann die Ladungsansammlung unterbrochen werden soll. Die Lösung dieser

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Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindung. Weitere vorteilhhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Durch die vorliegende Erfindung werden axe Ausgangssignale mehrerer Fotodetektoren erfaßt,und es wird die Sensorzeit während dieser Erfassung eingestellt, indem die Größe der Ausgangssignale dieser Fotodetektoren gemeinsam betrachtet wird. Die Anordnung umfaßt eine Anzahl von Fotodetektoren mit einer gemeinsamen Elektrode durch welche Strahlung einen inneren Teil eines jeden Fotodetektors erreichen kann. Dieser gemeinsamen Elektrode wird zu Anfang einer Abtastung eine Spannung zugeführt, wobei das Potential dieser Ekektrode danach überwacht wird, um den Spannungsabfall gegenüber dem zuvor zügeführtenpotential festzustellen. Bei der Feststellung eines ausreichenden Spannungsabfalles wird die Abtastung der Fotodetektorausgänge in dieser Abtastperiode beendet.

Die Sxgnalverarbextungseinrxchtung gemäß der Erfindung kann in vorteilhafter Weise durch eine Ladungsübertragungseinrichtung verwirklicht werden, wobei insbesondere ein monolithisch integrierter Schaltkreis mit ladungsgekoppelten Elementen zur Anwendung gelangt. Fotodetektoren in einer solchen Einrichtung können vom Typ Leiter-Isolator-Halbleiter (CIS) sein, wobei der Leiter als gemeinsame Elektrode dient. Diese Fotodetektoren befinden sich in Nachbarschaft von ladungsgekoppelten Oberflächenkanal-Einrichtungen, in die die in den Fotodetektoren angesammelten Ladungspakete übertragen werden können, nachdem bei jeder Aufnahme die Ladungsansammlung aufgrund der auftreffenden Strahlung vervollständigt ist. Die gemeinsame Elektrode der Fotodetektoren besitzt eine Schalteinrichtung, über die eine Spannung mit einem ausgewählten Wert an die Elektrode angelegt werden kann. Eine an die gemeinsame

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Elektrode angeschlossene Puffereinrichtung liefert einen Hinweis auf den Betrag des Spannungsbafalles gegenüber dem zuvor durch die Schalteinrichtung an die gemeinsame Elektrode angelegten Potentials. Eine Einrichtung kann ferner vorgesehen sein, die aufgrund dieses Hinweises die Abtastperiode beendet.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfind näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen monolithisch integrierten Schaltkreis;

Fig.2 ein äquivalentes Schaltungsdiagramm für einen größeren Teil des monolithisch integrierten Schaltkreises gemäß Fig.1;

Fig.3 eine graphische Darstellung der Leistungscharakteristik des Schaltungsdiagrammes gemäß Fig.2;

Fig.4 ein schematisches Schaltungsdiagramm eines monolithisch integrierten Schaltkreises,der der Einrichtung gemäß den Figuren 1 und zugeordnet ist und weitere Teile aufweist; und

Fig. 5 ein Diagramm mit verschiedenen

in dem System gemäß Figur 4 auftretenden Signalen

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Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen monolithisch integrierten Schaltkreis an einer Stelle,an der Fotodetektoren des Typs Leiter-Isolator-Halbleiter (CIS) gebildet werden. Die dargestellte Anordnung weist mehrere CIS-Fotodetektoren auf, wobei diese einen gemeinsamen Leiter besitzt, durch den elektromagnetische Strahlung an den Sensortstellen hindurchtreten kann,um das Halbleitermaterial unterhalb der Isolierschicht zu erreichen, die den Leiter von dem Halbleitermaterial trennt. Der Querschnitt von Figur 1 zeigt einen miteinander verbundene Gruppe von CIS-Fotodetektoren, wobei der Schnitt durch den gemeinsamen Leiter und die darunter liegende Struktur erfolgt.

Der monolithisch integrierte Schaltkreis wird in dotiertem Silizium gebildet, das als Halbleiter-Grundmaterial dient und mit der Bezugsziffer 10 in Figur 1 versehen ist. Dieser Grundkörper aus Halbleitermaterial besitzt mit Ausnahme von ausgewählten Bereichen aufgrund der Gegenwart von Boratomen eine Leitfähigkeit vom p-Typ. Die Leitfähigkeit bewegt sich typischerweise in dem Bereich von 9-13Q-cm bzw. die Dotierung beträgt ungefähr 1x10^5 Boratome/cm .

Auf einer Haupt-Oberfläche 11 des HalbLeiterkörpers 10 ist eine Isolierschicht 12 gebildet. Die Isolierschicht 12 besteht aus Siliziumdioxyd und weist eine unterschiedliche Stärke entlang der Oberfläche 11 auf. Die Feldbereiche der Isolierschicht um die Fotodetektorstellen sind mit 12' bezeichnet, während die Merkmalbereiche dieser Isolierschicht 12 an den Fotodetektorstellen mit 12'' bezeichnet sind. Die Dicke der Isolierschicht in den Feldbereichen 12' ist in der

Größenordnung von 6700 A , während die Dicke der Isolierschicht in den Merkmalbereichen 12'' sich in der Größen-

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Ordnung von 11OOÄ bewegt.

. Die Isolierschicht 12 besitzt eine Oberfläche 13,auf der ein Leiter 14 aus dotiertem polykristallinem Silizium aufgebracht ist. Der Leiter 14 dient als Elektrode, die jedem CIS-Fotodetektor gemeinsam ist. Die durch die Fotodetektoren zu erfassende Strahlung durchsetzt die Elektrode an den erwähnten Sensorstellen. Das die Elektrode 14 bildende polykristalline Silizium ist mit Phosphor in ausreichender Konzentration dotiert,um einen Flächenwiderstand von 15 zu erzielen, was zu einerLeitfähigkeit der Elektrode 14

führt. Die Elektrode 14 weist eine Dicke von 5OOOA auf.

Die Elektrode 14 besitzt eine Oberfläche 15, auf der eine passive Isolierschicht 16 gebildet ist. Die Schicht 16 besteht ebenfalls aus Siliziumdioxyd und besitzt eine Dicke von 4000Ä.

Schließlich besitzt die Schicht 16 eine Oberfläche 17,auf der eine Grenzschicht 18 für die elektromagnetische Strahlung gebildet ist, wobei diese Grenzschicht aus Aluminium besteht und für Licht undurchdringlich ist. Die Dicke der Grenzschicht beträgt 1,2 um. Die Grenzschicht 18 besitzt Ausnehmungen an den Fotodetektorstellen in dem jeweiligen Merkmalsbereich der Einrichtung,um dem Licht den Durchtritt durch die Isolierschicht 12'' und 16, sowie durch die Elektrode zu gestatten, so daß das Licht auf dem Halbleitermaterial an diesen Stellen auftreffen kann.

Um ferner sicherzustellen, daß die der Elektrode 14 zugeführte Spannung auf das Halbleitermaterial 10 in den Feld-

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bereichen einwirkt, sind leitfähige Bereiche 19' mit beträchtlich höherer Leitfähigkeit in. dem Halbleitermaterial 10 unmittelbar unterhalb der Bereiche 12' der Isolierschicht vorgesehen. Diese Bereiche sind ebenfalls mit Bor in einer Konzentration von 1x10^ Atomen/cm^ dotiert.

Um schließlich die Charakteristik der CID-Fotodetektoren zu beeinflussen, werden Bereiche 19'' mit geringfügig höherer Leifähigkeit in dem Halbleitermaterial 10 unmittelbar unterhalb der Isolierschichtbereiche 12'' gebildet. Diese Bereiche sind durch kurze diagonale Linien in Figur 1 gekennzeichnet, wobei diese Bereiche mit Boratomen in einer Konzentration von 2x10^5 Atomen pro cm^ dotiert sind. Dies führt zu einem Inversionsschwellwert an den Sensorstellen von ungefähr o,5V.

Der Aufbau und die Betriebsweise der Einrichtung gemäß Figur führt zu bestimmten wirksamen Kapazitäten, wenn der Aufbau gemäß Figur 1 in einem elektrischen Schaltkreis betrieben wird. Typischerweise wird im Betrieb eine Spannung zwischen der Elektrode 14 und dem Halbleiterkörper 10 angelegt, wodurch Verarmungsbereiche 20 in dem Halbleiterkörper 10 an den Fotodetektorstellen in dem Merkmalbereichen hervorgerufen werden. Diese Verarmungsbereiche sind durch langgestrichelte Linien in dem Halbleiterkörper 10 veranschaulicht, wobei diese Linien die Oberfläche 11 schneiden. Derartige Verarmungsbereiche werden nicht unter den Feldbereichen gebildet, da die Isolierschichtbereiche 12' eine wesentlich größere Dicke aufweisen und die Bereiche 19' eine höhere Leitfähigkeit besitzen. Der Wert der an die Elektrode 14 angelegten Spannung kann typischerweise ungefähr 3,5V aufweisen.

Bei dieser an die Elektrode 14 angelegten Spannung führt das

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Auftreffen von elektromagnetischer Strahlung an den Fotodetektorstellen zu der Ansammlung von Ladungsträgern·im vorliegenden Fall von Elektronen in dem Halbleiterkörper 10 an der Oberfläche 11 in de_n Merkmalbereichen und innerhalb der Verarmungsbereiche 20. Elektromagnetische Strahlung in Form von Licht ist in Figur 1 durch eine Reihe vertikaler Pfeile dargestellt, die auf die Struktur an den Fotodetektorstellen und an den benachbarten Teilen in den Feldbereichen gerichtet sind. Die auf die Feldbereiche auftretende elektromagnetische Strahlung wird durch die Grenzschicht 18 daran gehindert in die Struktur einzudringen. Die zugeführte Spannung bildet somit eine Potentialquelle an der Oberfläche 11 in den Fotordetektorbereichen, durch welche durch die auftreffende Strahlung ausgelöste Elektronen eingefangen werden. Die Hinzufügung der durch die Strahlung induzierten Elektronen vermindert an den Fotodetektorstellen die Tiefe der Potentialquelle.

Die angesammelten durch die Strahlung induzierten Elektronen bzw. Ladungsträger bilden ein Ladungspaket in dem Halbleiterkörper 10 an der Oberfläche 11 an jeder Fotodetektorstelle. Dieses Ladungspaket trägt aufgrund der Höhe der Ladung eine Information darüber, wieviel Strahlung die öffnung in der Grenzschicht 18 passiert und den Halbleiterkörper 10 erreicht hat. Je größer die an einer Fotodetektorstelle den Halbleiterkörper 10 erreichende Strahlungsintensität ist, um so größer ist der Ladungsbetrag₍der in einer vorgegebenen Zeit in dem Halbleiterkörper 10 eingefangen wird. Die sich ergebende Potentialquelle ist erneut auf das sich ergebende Oberflächenpotential an der Oberfläche 11 in den Verarmungsbereichen 20 zurückzuführen. Dieses Oberflächenpotential sei an den Detektorstellen mit φ₃ bezeichnet, wobei dieses

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sowohl von der Spannung der Elektrode 14 als auch von dem angesammelten durch die Strahlung induzierten Ladungsbetrag abhängt.

Diese Situation an jeder Fotodetektorstelle kann durch einen äquivalenten Kondensator repräsentiert werden, wobei dieser Kondensator dem Verarmungsbereich zugeordnet ist und einen veränderlichen Wert aufweist. Der Wert des Kondensators verändert sich mit dem Betrag der zwischen der Elektrode 14 und dem Halbleiterkörper 10 zugeführten Spannung und mit dem Betrag des induzierten und an der Oberfläche in dem Verarmungsbereich 20 angesammelten Ladungsbetrages. Dieser Verarmungsbereichs-Kondensator ist mit c^ bezeichnet und in Figur 1 an jeder Fotodetektorstelle durch eine gestrichelte Linie über dem Verarmungsbereich 20 eingezeichnet.

Die anderen durch Kondensatoren dargestellten Kapazitäten in dem Aufbau gemäß Figur 1 sind durch den Aufbau vorgegeben und werden nicht in merklicher Weise durch die angelegte Spannung und die angesammelten Ladungsträger beeinflußt. Diese Kondensatoren treten zwischen der Elektrode auf der einen Seite der Isolierschicht 12 und dem Halbleitermaterial 10 auf der anderen Seite der Isolierschicht auf. In dem Merkmalbereich ist dieser Kondensator in Reihe zu dem Kondensator des Verarmungsbereiches geschaltet. Dieser mit c_oxp bezeichnete Kondensator an der Fotodetektorstelle basiert auf einem Oxyd-Dielektrikum in dem Bereich 12'' zwischen dem Leiter 14 und dem Halbleiterkörper 10. Der entsprechende Kondensator in den Feldbereichen ist mit c_Qxf bezeichnet und durch die Isolierschicht 12' zwischen der Elektrode 14 und dem Halbleiterkörper 10 vorgegeben. Der Kondensator c_ox ist in Reihe zu dem Kondensator c^ geschaltet, wobei beide Kondensatoren parallel zu dem benach-

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barten Kondensator c_QX^ liegen- Die Elektrode 14 und der Halbleiterkörper 10 bilden die beiden gemeinsamen Anschlüsse. Aufgrund der bei dem Herstellverfahren monolithisch integrierter Schaltkreise erzielbaren gleichmäßigen Ergebnisse sind diese durch Kondensatoren veranschaulichten Kapazitäten von im wesentlichen gleichen Wert in der gesamten Struktur. Die zueinander äquivalenten Kondensatoren sind somit mit dem gleichen Index versehen und weisen entsprechende Werte auf.

Die äquivalenten Kondensatoren von Figur 1 können in einem Schaltkreis dargestellt werden, wie ihn Figur 2 zeigt. Anstelle der nur zwei Merkmalbereiche und drei Feldbereiche von Figur 1 weist der äquivaltente Schaltkreis gemäß Figur eine größere Anzahl von Fotodetektoren auf, die gemeinsam an die Elektrode 14 angeschlossen sind. Insgesamt zeigt die Schaltungsanordnung gemäß Figur2 N Kombinationen von Fotodetektor-Merkmalbereichen und zugeordneten benachbarten Feldbereichen, die an eine Verbindungsleitung 14 angeschlossen sind, welche der gemeinsamen Elektrode 14 entspricht.

Die Anschlüsse der Kondensatorenöle in Figur 1 mit dem Halbleiterkörper 10 verbunden sind, sind in Figur 2 an Masse angeschlossen, wobei davon ausgegangen wird, daß der Halbleiterkörper 10 in Figur 1 an Massepotential gelegt ist. Die vertikalen gestrichelten Linien in Figur 2 dienen der Abgrenzung einer jeden Kombination, bestehend aus Merkmalbereich und zugeordnetem Feldbereich. Für die Kondensatoren werden in Figur 2 die gleichen Indizes mit einer zusätzlichen Nummer verwendet. Diese zusätzliche Nummer gibt den Ort der Kombination entlang der Elektrode 14 an.

An die Elektrode 14 ist gemäß Figur 2 die Quelle eines FeId-

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effekttransistors 25 vom n-Kanaltyp mit isoliertem Gate (IGFET) angeschlossen, wobei dieser Feldeffekttransistor ein Metalloxyd-Halbleiter (MOSFET) sein kann, der mit seiner Senke an eine Referenzspannung V_Rg_F und mit seinem Gate an ein Steuersignal ^_r angeschlossen ist. Diese Anordnung gestattet die Zuführung einer Spannung zu der Elektrode 14/ bezogen auf Masse, um den Verarmungsbereich im Fotodetektor-Merkmalbereich zu bilden. Das Steuersignal φ_ΐ ist ein Taktsignal, das den Beginn einer Abtastperiode vorgibt, während welcher die an die Elektrode 14 angeschlossenen Fotodetektoren die auftreffende elektromagnetische Strahlung sammeln.

Ein weiterer n-Kanal-Feldeffekttransistor 26 vom Anreicherungstyp und mit isoliertem Gate (IGFET) ist gemäß Figur 2 vorgesehen und mit seiner Senke an die Elektrode 14 und mit seiner Quelle an Masse angeschlossen. Ein weiteres Steuersignal <f>£ wird dem Gate des Feldeffekttransistors 26 dann zugeführt, wenn alle an die Elektrode 14 angeschlossenen Fotodetektoren unwirksam gemacht werden sollen. Dies geschieht .indem der Feldeffekttransistor 2 6 die Elektrode 14 elektrisch an Masse anschließt.

Mit dem anderen Ende der Elektrode 14 ist das Gate eines weiteren n-Kanal-Feldeffektrtransistors 2 7 mit isoliertem Gate und vom Anreicherungstyp angeschlossen. Die Senke des Feldeffekttransistors 27 ist an eine Versorgungsspannung Vg angeschlossen, während die Quelle dieses Transistors über eine Last 28 an Masse gelegt ist. Die Last 28 kann beispielsweise durch einen Widerstand oder durch einen anderen Feldeffekttransistor gebildet werden.

Eine Ausgangspannung Vq wird zwischen der Last 28 und dem

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Feldeffekttransistor 27 abgenommen. Die Ausgangsspannung Vq dient im folgenden als Hinweis auf den Betrag der durch die Strahlung induzierten Ladung, die an den verschiedenen Fotordetektorstellen in Figur 2 angesammelt wurde. Die der Elektrode 14 über den Feldeffektransistor 25 zugeführte Spannung ist lediglich ein Spannungsimpuls, der während einer Bildaufnahme lediglich solange zugeführt wird, daß die Aufladung der Kondensatoren über die Elektrode 14 eine Änderung erfährt, wobei der Spannungsimpuls während der tatsächlichen Aufnahme eines Bildmusters in der Abtastperiode beendet sein muss.

In Figur 2 ist ferner das Oberflächenpotential ^₃ dargestellt, wobei einezusätzliche Zahl dieses Oberflächenpotential einer bestimmten Fotodetektorstelle innerhalb der Anordnung zuordnet. Bei dem vorliegenden Aufbau der Anordnung gemäß Figur 1 ist das Oberflächenpotential φ_3η im allgemeinen groß im Vergleich zu der Änderung des Oberflächenpotentials £><f>_sn aufgrund der durch die Strahlung induzierten Ladungsansammlung während der Aufnahme eines Bildmuster Somit kann in einer ersten Annäherung der Verarmungskondensator Cj als konstant betrachtet werden, da seine Kapazität insgesamt von dem vorliegenden Oberflächenpotential φ_Βη abhängt.

Wenn zunächst die Situation betrachtet wird, wo die auf jeden Detektor auftreffende elektromagnetische Strahlung einen gleichen Wert besitzt, so können die verschiedenen Kondensatorzweige der Merkmalbereiche zwischen der Elektrode 14 und Masse in Figur 2 alle als identisch angesehen werden, so daß sie auf einen einzigen Zweig zwischen der Elektrode 14 und Masse reduziert werden können. In gleicher

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Weise kann ein einziger Zweig zwischen der Elektrode 14 und Masse eine Reduktion aller Kapazitäten der Feldbereiche repräsentieren Dieserreduzierte Zweig für die Feldbereiche kann durch einen einzigen Kondensator mit einem Wert dargestellt werden, der der Summe der Werte aller Kondensatoren ^coxfn ^von ^ kis N entspricht. Der andere reduzierte Zweig ist durch die Summe der Reihenschaltungen der Kondensatoren ^coxpn ^unc^ ^cdn ^^r ^a^^e Bereiche 1 bis N gegeben. Bezüglich der Kondensatoren der Merkmalbereiche kann diese Reduktion der Zweige vorgenommen werden, da das Oberflächenpotential an der Verbindungsstelle zwischen jedem Kondensator c_OXp_n und ^cdn ^aufg^rund der angenommenen gleichmäßigen elektromagnetischen Strahlung den gleichen Wert besitzt.

Berücksichtigt man, daß die Ladung eines Kondensators durch dessen Kapazität und die über dem Kondensator anliegende Spannung vorgegeben ist, so läßt sich die folgende Gleichung angeben:

eq (reduzierter 0_s-Knoten) ⁼ ^r ⁼^^V14 ^ceq (red.Knoten für Elektrode 14)

Diesbedeutet, daß die Ladungsänderung eines an einen Knoten in dem reduzierten Schaltkreis angeschlossenen Kondensators der Ladungsänderung über einem Kondensator entsprechen muss, der an einen anderen Knoten in dem reduzierten Schaltkreis angeschlossen ist.

Die obige Beziehung kann in der nachstehenden Weise umgeschrieben werden, um die Spannungsänderung an der Elektrode in Abhängigkeit von der Änderung des Oberflächenpotentiales anzugeben:

r
eq (reduzierter Knoten für Elektrode 14)

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Die Werte für die entsprechenden Kondensatoren in jedem der zwei Knoten des reduzierten Schaltkreises ergeben sich folgendermaßen aus der Schaltkreistheorie:

■Tl^coxprin^coxfn ^Ceq (reduzierter ^-Knoten) ⁼ ^c_oxpn φ_οχ& ⁺ n^cdn

3 Sr eq (reduzierter Knoten für Elektrode 14) » -^~-⁺ n^coxfn

Ti^c

oxpn

Läßt man die Annahme einer gleichen Oberflächenpotentialänderung bezüglich jedes Fotodetektors aufgrund einer einheitlichen auftreffenden elektromagnetischen Strahlung fallen, so führt die lineare Schaltkreistheorie mit ihrem Überlagerungsprinzip und die vorstehend angegebene zweite Gleichung zu dem Ergebnis, daß die Spannungsänderung bezüglich der Elektrode 14 aufgrund der auf die Fotodetektoren auftreffenden Strahlung der Summe der einzelnen Oberflächenpotentialänderungen eines jeden Fotodetektors gleich ist, wobei eine Gewichtung mit dem Faktor K vorzunehmen ist. Es läßt sich somit folgende Beziehung angeben:

¹ ■* η · sn

Die Änderung des Oberflächenpotentials in irgendeinem speziellen Detektor entspricht der dort durch die Strahlung induzierten Ladung dividiert durch die entsprechende Kapazität an diesem Ort. Die Änderung des Oberflächenpotentiales an irgendeiner bestimmten Fotodetektorstelle kann somit folgendermaßen angegeben werden:

Δφ~ = ⁿ ^ (strahlungsinduzierte Elektronen) η

/ SiI '"" ' ' ' '" .,,,*—..! _._ »■ um . ι—ι - I ._ a. J™ »ι.ι.,ι.. ι .ι I ι ι ■■ ι ι ι i —_■ ι . ι ι ■ ι-ι ι ι— Ii

^Ceq (individueller ^-Knoten) η ^Ceq (individueller ^-Knoten)

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In dieser Gleichung entspricht Q der elektrischen Ladung und N (strahlungsinduzierte Elektronen).η der Anzahl der Elektronen, die durch die auf den Fotodetektor η auftreffende Strahlung induziert werden. Die entsprechende an dem Fotodetektorknoten N auftretende Kapazität kann über die Schaltkreistheorie ermittelt werden, wobei sie durch die Parallelschaltung der Kapazität c_dn und der Kapazität ^coxpn ^mit allen übrigen Kondensatorzweigen in Reihe vorgegeben ist. Dieser Sachverhalt läßt folgendermaßen angeben:

^ceg (individueller ^₃-Knoten)n

^coxpn C^coxfn ^{+ N}"^{1) C}eq (reduzierter Knoten für Elektrode 14)]

^coxpn ^{+ c}oxfn ^{+ (N}"¹>^ceq (reduzierter Knoten für Elektrode 14)

Infolgedessen läßt sich die Spannungsänderung der Elektrode aufgrund der auf die Fotodetektoren auftreffenden Strahlung bei Annahme äquivalenter Kondensatoren wie folgt angeben:

C: (individueller (έ -Knoten)

Wie man dieser Gleichung entnehmen kann,ergibt sich die Gesamt-Spannungsänderung der Elektrode 14 aufgrund der Ladungsansammlung'in den verschiedenen Fotodetektoren als eine Funktion der mittleren in jedem Fotodetektor gesammelten Ladung, d.h. aus der Größe des Ladungspaketes multipliziert mit einer Konstanten.

Während vorstehend eine etwas vereinfachte Analyse des Schaltkreises vorgenommen wurde, zeigen die Ergebnisse,

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daß die mittlere Größe der angesammelten Ladungspakte aufgrund der auftreffenden Strahlung durch Überwachung der Spannung an der Elektrode 14 festgestellt werden kann, nachdem die an die Elektrode 14 angebundenen Kondensatoren über den Feldeffektranssitor 25 auf einen ausgewählten Wert aufgeladen sind. Bei Beendigung dieser Aufladung der Kondensatoren ergibt sich eine Spannung auf der Elektrode 14, die durch die Bezugsspannung V^gp vorgegeben ist. Die Spannung auf der Elektrode 14 fällt ab, wenn auf den Fotodetektoren Ladung aufgrund der auftreffenden Strahlung angesammelt wird. Dieser Spannungsabfall kann anhand der Spannung V_Q am Ausgang des Feldeffekttransistors 27 beobachtet werden. Wenn die Spannung Vq auf einen hinreichend kleinen Wert abgefallen ist, so weiß der Beobachter, daß die mittlere Größe der an den Fotodetektoren angesammelten Ladungspakete einen hinreichend große Wert erzielt hat, und daß die laufende Aufnahme eines Bildmuster beendet werden sollte.

Dies ist aus Figur 3 ersichtlich, in welcher Figur die Spannung Vq über der Abtastzeit aufgetragen ist. Wenn die an die Elektrode 14 angeschlossenen Kondensatoren aus der Spannungsquelle V_REF über den Feldeffekttransistor 25 auf einen Wert entsprechend dieser Referenzspannung minus einer Schwellwertspannung des Feldeffekttransistors 27 aufgeladen worden sind und wenn anschließend der Feldeffekttransistor 25 ausgeschaltet wird, so beginnt die Spannung auf der Elektrode 14 abzusinken, was anhand der Ausgangsspannung V₀ beobachtet werden kann. Gemäß Figur 3 führt eine höhere Intensität der auf die Fotodetektoren auftreffenden elektromagnetischen Strahlung zu einem Abfall der Elektrodenspannung auf einen vorgegeben Spannungspegel innerhalb einer relativ kurzen Zeitperiode. Der während des Spannungsab-

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falles erreichte ausgewählte Spannungspegel ist durch eine gestrichelte horizontale Linie angegeben.Umgekehrt führen geringere Intensitäten der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung zu längeren Zeitperioden bezüglich des Abfalles der Elektrodenspannung auf den vorgegebenen Spannungspegel. Durch Auswahl eines bestimmten Spannungspegels zur Vorgabe der gewünschten maximalen Größe der mittleren Ladungspaketansammlung auf den Detektoren läßt sich die Abtastzeit bezüglich der Aufnahme eines Bildmusters vorgeben. Nach Beendigung der Abtastung werden die angesammelten Ladungspakete aus den Fotodetektoren herausgeschoben und die Fotodetektoren werden für eine neue Abtastung der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung vorbereitet.

Figur 4 zeigt die schematische Auslegung eines Systems, mit welchem die Einrichtung gemäß Figur 1 betrieben werden kann. Systemkomponenten in Figur 4,die mit denjenigen in Figur 2 übereinstimmen _t sind in Figur 4 mit gleichen Bezugsziffern versehen.Somit erscheinen in der linken Hälfte von Figur 4 die Feldeffekttransistoren 25 und 26, die an die Elektrode 14 angeschlossen sind. Die Elektrode 14 weist in Figur 4 eine veränderliche Dicke auf und besteht aus dotiertem polykristallinem Silizium, wobei sie einerseits die Fotodetektoren 1 bis N miteinander verbindet und andererseits im Bereich ihrer Verbreiterung den jeweiligen Merkmalsbereich der Fotodetektoren vorgibt. Die verengten Bereiche der Elektrode bilden die eingangs-, erwähnten Feldbereiche zwischen den Fotodetektorstellen.

In der rechten Hälfte der Figur 4 ist die Elektrode 14 an das Gate des Feldeffekttransistors 27 angeschlossen, der seinerseits die Last 28 ansteuert.

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Die Feldeffekttransistoren 25 bis 27 sind als Einzelkomponenten dargestellt,obwohl die Struktur zwischen diesen Feldeffekttransistoren durch die Draufsicht auf einen monolithisch integrierten Schaltkreischip vorgegeben ist. In der Praxis können die Feldeffekttransistoren 25 bis 27 ebenfalls in dem monolithisch integrierten Schaltkreischip hergestellt werden. Ihre Einzeldarstellung dient lediglich dem leichteren Verständnis des Systemsgemäß Figur 4.

Figur 4 zeigt ferner ein Rückstellgatter 30 aus dotiertem poykristallinem Silizium in unmittelbarer Nachbarschaft der Fotodetektoren 1 bis N. Auf der den Fotodetektoren 1 bis N gegenüberliegenden Seite des Rückstellgatters 30 ist eine Reihe Diffusionsbereichen 31 dargestellt, die in dem darunterliegenden Halbleiterkörper auftreten und das Rückstellgatter 30 über eine isolierende Schicht aus Siliziumdioxyd abstützen. Die Diffusionsbereiche 31 sind durch gestrichelte Linien dargestellt. Jeder dieser Bereiche 31 bildet zusammen mit dem Rückstellgatter 30 an jeder Fotodetektorstelle einen Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGFET),wobei diese Feldeffekttransistoren alle einen gemeinsamen durch das Rückstellgatter vorgegebenen Gatebereich aufweisen. Die Diffusionsbereiche 31 sind alle elektrisch an eine Versorgungsspannung Vgjjpp angeschlossen und das Rückstellgatter 30 ist an die gleiche Steuerspannung φ_χ angeschlossen, an die auch das Gate des Feldeffekttransistors 25 angeschlossen ist.

Diese Anordnung gestattet eine Aufladung der Elektrode 14 und der wirksamen Kondensatoren auf die Bezugsspannung V_REF bei gleichzeitiger Entfernung von jeglicher strahlungsinduzierter Ladung in den CIS-Fotodetektoren 1 bis N vor oder während der Anlegung des Bezugspotentials V^gp. Die Ladungsentfernung geschieht durch übertragung der Ladung von jedem

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Fotodetektor 1 bis N unter dem Rückstellgatter 30 zu dem zugeordneten Diffusionsbereich 31 und durch Abführung der Ladung an die Spannungsversorgung Vgrjpp ■

An den Feldeffekttransistor 26 wird eine Steuerspannung φα angelegt,um die Elektrode 14 dann an Masse legen zu können, wenn in ein Signalübertragung-Schieberegister 33 keine zusätzlichen Rauschsignale übertragen werden sollen. Die Signale werden von den Fotodetektoren 1 bis N über ein Eingangs-Ubertragungsschieberegister 34 in das Hauptsignal-Übertragungsschieberegister 33 übertragen. Dies ist für den Fall wünschenswert, wo durch das Haupt-Schieberegister 33 eine weitere Gruppe von Fotodetektor-Ladungspaketen zu Zeitpunkten ausgelesen wirddie gegenüber den Zeitpunkten der Ladungsübertragung der dargestellten Fotodetektoren verschoben sind.

Gemäß Figur 4 ist das Hauptsignal-Schieberegister 33 als dreiphasige ladungsgekoppelte Einrichtung realisiert. Typischerweise besteht diese"Einrichtung aus einer ladungsgekoppelten Oberflächenkanal-Einrichtung, wobei aber auch eine ladungsgekoppelte Einrichtung mit verdecktem Kanal Anwendung finden kann. In jedem Fall sind drei Elektroden in dem Schieberegister 33 jeder Fotodetektorstelle und dem zugehörigen Eingangsschieberegister 34 zugeordnet, wobei diese Elektroden aus dotiertem polykristalline Silizium besteh en-

Die Eingangs-Schieberegister 34 sind elektrisch voneinander durch Kanal-Stopbereiche 35 getrennt, wobei diese auch Teile des Hauptsignal-Schieberegisters 33 von den benachbarten Eingangs-Schieberegistern 34 isolieren- Natürlich sind

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weitere Kanal-Stopbereiche um die Schieberegister 33 und vorgesehen, wobei diese jedoch nicht weiter dargestellt sind. Diese Kanal-Stopbereiche werden durch dotierte Bereiche in der Nähe der Oberfläche des Halbleitermateriales gebildet, wobei sie eine Leitfähigkeit vom p+-Typ an den Stellen aufweisen, wo die Abgrenzung gewünscht ist.

Die Eingangs-Schieberegister 34 werden durch drei dotierte polykristalline Siliziumelektroden gebildet, wobei diese drei Elektroden ein dreiphasiges einstufiges Schieberegister bilden. Es ist ferner eine vierte jedem Eingangs-Schieberegister 34 gemeinsame Elektrode vorgesehen, die als Transfergatter dient,um die auf jedem Fotodetektor 1 bis N angesammelte Ladung zu dem jeweils zugeordneten Eingangs-Schieberegister 34 und anschließend zu dem Hauptsignal-Schieberegister 33 zum Auslesen dieser Ladungspakete zu übertragen.

Im Betrieb wird ein Ladungspaket von jedem der Fotodetektoren 1 bis N gleichzeitig in sein zugeordnetes Eingangs-Schieberegister 34 übertragen,und anschließend wird jedes Paket gleichzeitig in das Hauptsignal-Schieberegister 33 übertragen. Die Ladungspakete in dem Hauptsignal-Schieberegister 33 werden während der Abtastung eines Bildmusters nach rechts verschoben und erreichen hierbei die rückstellbare Ausgangsanordnung 36 mit gleitendem Gate, die am Ende des Hauptsignal-Schieberegisters 33 vorgesehen ist.

Bezüglich dieser Ausgangsanordnung ist das gleitende Gate 36 mit dem Gate eines Feldeffekttransistors 37 (IGFET) verbunden, der als Quellenfolger eine Last 38 ansteuert. Die Last 38 ist zwischen der Quelle des Feldeffekttransistors

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und Masse angeordnet. Die nach rechts übertragenen Ladungspakete passieren das gleitende Gate 33 und führen hierbei zu einer Spannung VgaMn an der durch den Feldeffekttransistor 37 angesteuerten Last 38.

Die Ladungspakete werden weiter nach rechts in dem Schieberegister 33 geschoben bis sie einen Diffusionsbereich 39 erreichen, der durch gestrichelte Linienam Ende dieses Schieberegisters angedeutet ist. Dieser Diffusionsbereich ist an die Spannungsversorgung Vgnpp angeschlossen, die die Ladungspakete vernichtet. Weiter Komponenten bezüglich der rückstellbaren Ausgangsanordnung mit gleitendem Gate sind ein weiterer Feldeffektransistor 40 (IGFET) und ein Kondensator 41. Die Wirkungsweise und der Betrieb all dieser Komponenten am Ende des Hauptsignal-Schieberegisters 33 in der rückstellbaren Ausgangsanordnung sind bekannt und bedürfen keiner weiteren Erläuterung.

Die verbleibenden Teile des Systems gemäß Figur 4 dienen unter anderem der Erzeugung eines Impulses φ_τ für die Betätigung des Transfergatters am jeweiligen Eingang eines jeden Eingangs-Schieberegisters 34. Der Impuls φ_τ signalisiert somit das Ende der Aufnahme eines Bildmusters_/indem er die übertragung der durch Fotodetektoren 1 bis N angesammelten Ladungspakete veranlaßt. Zur Erzeugung des Impulses ^ wird die Spannung V₀ am Ausgang des Feldeffekttransistors 27 einer Detektoreinrichtung 42 zugeführt. Die Detektoreinrichtung 42 stellt fest, wann die Spannung Vq hinreichend weit abgefallen ist, d.h. die horizontal gestrichelte Linie in Figur 3 erreicht hat, wodurch angezeigt wird, daß das mittlere Ladungspaket in den Fotodetektoren 1 bis N ausreichend angewachsen ist, so daß die Abtastung eines bestimmten Bildmusters beendet werden kann. Der Detektor 42 kann in einfacher Weise durch einen Vergleicher vorgegeben sein, der mit einem Anschluss an eine

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Bezugsspannung entsprechend der geforderten Spannung entlang der horizontalen Linie in Figur 3 angeschlossen ist, während dem anderen Eingang die Spannung V_Q zugeführt wird.

Das Ausgangssignal des Detektors 42 ist durch einen Spannungspegelsprung vorgegeben, der einerSynchronisationslogik 43 zugeführt wird. Die Logik 43 reagiert auf den Spannungspegelsprung durch Ausgabe des Impulses φ_τ, wobei dieser Impuls <p_T mit den die Schieberegister 33, 34 ansteuernden Impulsen φΐ, $2 und φ3 synchronisiert ist. Die Synchronisation ist erforderlichem die Ladungsübertragung von jedem der CIS-Fotodetektoren mit der Schiebefolge in den Eingangs-Schieberegistern 34 zu koordinieren, so daß die Ladungspakete in der richtigen Weise von den Fotodetektoren in diese Eingangs-Schieberegister übertragen werden.

Die Wirkungsweise des Systems gemäß Figur4 kann zusammenfassend anhand der Impulszüge in Figur 5 erläutert werden. Die ersten drei Impulszüge stellen die Betriebsspannungen φ 1 ,φ2 und (f)3 für das Schieberegister dar. Der nächste Impuls in Figur 5 repräsentiert die S teuer spannung <f)_r^die dem Gate des Feldeffekttransistors 25 zugeführt wird, woraufhin die an die Elektrode 14 angeschlossenen CIS-Fotodetektoren auf den Spannungswert V_REF aufgeladen werden. Die erste vertikale gestrichelte Linie in Figur 5 zeigt den Aufnahmebeginn eines Bildmusters an, wobei dieser Beginn mit dem Ende des Impulses <p_r zusammenfällt, der den Feldeffekttransistor 25 steuert. Von dieser ersten vertikalen gestrichelten Linie in Figur beginnt die Spannung V_Q am Ausgang des Feldeffekttransistors 27 abzufallen, da das mittelere Ladungspaket in den Fotodetektoren 1 bis N aufgrund der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung anzuwachsen beginnt. An einem bestimmten Punkt ist die Spannung V₀ ausreichend abgefallen, so daß

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der Detektor 42* einen ansteigenden Spannungssprung an die Synchronisationslogik 43 liefert. Infolgedessen wird der Impuls φ ip beim Auftritt des nächsten Impulses innerhalb des Impulszuges φΐ ausgegeben, wodurch die Übertragung der in den Fotodetektoren 1 bis N angesammelten Ladungspakete in die zugeordneten Eingangs-Schieberegister 34 beginnt. Danach nimmt der Steuerimpuls <|>_r erneut den hohen Pegel ein, um über den Feldeffekttransistor 25 die Bezugsspannung ^REF ^an ^^e Elektrode 14 und somit an. die hieran angeschlossenen Fotodetektoren anzulegen, wodurch die Abtastung eines weiteren Bildmusters beginnt.

Die vorliegende Einrichtung gestattet daher die Erfassung des mittleren Betrages von angesammelten Ladungspaketen aufgrund der auftreffenden elektromagnetischen Strahlung in dem Zeitpunkt, wo diese Ladungen angesammelt werden. Es muß somit keine zusätzliche Zeit in einer Abtastperiode für die Signalerfassung und Signalverarbeitung bereitgestellt werden, um festzustellen, welche mittlere Größe das Ladungspaket nach Ablauf der Abtastperiode besitzt.Ferner müssen keine zusätzlichen Fotodetoktoren außerhalb der miteinander verbundenen Detektoranordnung vorgesehen werden, um die Größe des auftretenden Ladungspaketes festzustellen.

Es sei darauf verwiesen, daß die verbleibenden Schaltkreiskomponenten in Figur 4 in dem gleichen monolithisch integrierten Schaltkreischip integriert werden können, indem das Hauptsignal-Schieberegister 33 und das Eingangs-Schieberegister 34 verwirklicht sind. Dies bedeutet, daß das gesamte System einschließlich der Fotodetektoren in dem gleichen

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raonolithisch integrierten Schaltkreischip vorgesehen sein kann.

Verschiedene derartige Fotodetektoranordnungen zusammen mit entsprechenden gemeinsamen Elektroden und zugeordneten Schieberegistern können vorgesehen sein, um eine erweiterte zweidimensionale Anordnung in einem monolithisch integrierten Schaltkreischip zu bilden. Ferner können mehr als eine solche Fotodetektoranordnung auf einem Chip durch ein einziges Hauptsignal-Schieberegister verarbeitet werden, wenn zwischen jedem Fotodetektoranordnung und dem Haupt-Schieberegister getrennte Eingangs-Schieberegister vorgesehen sind.

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Claims

HONEYWELL INC. 17.Februar 1981

Honeywell Plaza 1008373 GE

Minneapolis, Minn. USA Hz/umw

Einrichtung zur Erfassung eLektromagnetischer Strahlung

Patentansprüche:

Einrichtung zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung an mehreren Sensorstellen sowie zur Bildung und Verarbeitung entsprechender elektrischer Signale, gekennzeichnet durch einen Körper (10) aus Halbleitermaterial mit einer ersten Oberfläche (11), der außer in ausgewählten Bereichen einen ersten Leitfähigkeitstyp aufweist;

mehrere Eingangs-Ladungsübertragungseinrichtungen (34), von denen jede wenigstens eine erste Speicher-Quellenelektrode aufweist, die durch eine erste elektrisch isolierende Schicht von der ersten Oberfläche (11) getrennt ist;

eine erste Sensorelektrode (14) mit mehreren durch wenigstens einen Verbindungsbereich voneinander getrennten ausgewählten Bereichen (1,2,...N), die den Speicher-Quellenelektroden unmittelbar benachbart gegenüber angeordnet sind, so daß eine elektrische Ladungsübertragung zwischen ihnen gesteuert werden kann, und mit zweiten elektrisch isolierenden Schichten (12* ,12' ') zwischen den ausgewählten Bereichen bzw. den Verbindungsbereichen und der ersten Oberfläche (11), wobei sich die ausgewählten Bereiche (1,2...N) an den Sensorstellen befinden; eine erste Schalteinrichtung (25) mit ersten und zweiten Anschlüssen und einem Steueranschluss, wobei der erste

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Anschluss an eine Referenzspannung und der zweite Anschluss an die erste Sensorelektrode (14) angeschlossen ist; und eine erste Puffereinrichtung (27) mit einem Ausgang und einem Eingang hoher Impedanz, die mit dem Eingang an die erste Sensorelektrode (14) angeschlossen ist, um am Ausgang eine am Eingang anstehende Spannung abzugeben, die ein Maß für die über die erste Sensorelektrode an den Sensorstellen erfaßte elektromagnetische Strahlung ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sensorelektrode (14) mit ihren Verbindungsbereichen einen gegenüber den ausgewählten Bereichen weiteren Abstand von der ersten Oberfläche (11) aufweist, wobei der Abstand durch die zweite elektrisch isolierende Schicht (12Ί2¹¹) vorgegeben ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangs-Ladungsübertragungseinrichtungen (34) durch ladungsgekoppelte Oberflächenkanal-Einrichtungen vorgegeben sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Sensorelektrode (14) auf der dem Körper (10) aus Halbleitermaterial gegenüberliegenden Oberfläche (15) zumindest teilweise mit einem Blockiermaterial (16,18) bedeckt ist, welches in der Lage ist, die elektromagnetische Strahlung am Erreichen der ersten Sensorelektrode (14) zu hindern, und daß das Blockiermaterial (18) in den ausgewählten Bereichen mit öffnungen versehen ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, daddurch gekennzeichnet, daß die erste Schalteinrichtung (25) und die erste Puffereinrichtung (27) beide durch Feldeffekt-

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transistoren mit isoliertem Gate vom Anreicherungstyp vorgegeben sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Speicher-Quellenelektrode der Eingangs-Ladungsübertragungseinrichtungen (34) wenigstens einer weiteren Quellenelektrode benachbart ist, so daß eine Ladungsübertragung zwischen ihnen erfolgen kann, wobei maximal zwei andere Speicher-Quellenelektrode benachbart sind, und daß jede Eingangs-Ladungsübertragungseinrichtung (34) zu einem gemeinsamen Ladungsübertragungs-Schieberegister führt, um die zugeführte elektrische Ladung zu verschieben.
7. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) aus Halbleitermaterial in der Nähe der ersten Oberfläche (11) im Verbindungsbereich gegenüber der zweiten isolierenden Schicht (12') stärker als im ausgewählten Bereich gegenüber der zweiten isolierenden Schicht (12' ') dotiert ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) aus dotiertem Silizium besteht, daß die erste Sensorelektrode (14) und jede Speicher-Quellenelektrode der Einrichtungen (34) aus dotiertem polykristallinem Silizium besteht, und daß die ersten und zweiten- isolierenden Schichten eine gemeinsame Isolierschicht aus Siliziumdioxyd bilden, die zugleich die Oxydschicht zwischen den Gate-Bereichen für die Feldeffekttransistoren (25,27) in dem Körper (10) vorgeben.
9. Verwendung einer Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden zur Ermittlung eines Strahlungsmusters

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gekennzeichnet durch, Anlegung einer Spannung (V^gp) mit einem ausgewählten Wert und mit einer ersten ausgewählten Zeitdauer zwischen die erste Sensorelektrode (14) und an den Halbleiterkörper (10) an den Sensorstellen und nachfolgende Unterbrechung jeglicher Leitungsverbindung zu der ersten Sensorelektrode (14) während einer zweiten ausgewählten Zeitdauer; Überwachung der zwischen der ersten Sensorelektrode (14) und dem Halbleiterkörper (10) während der zweiten ausgewählton Zeitdauer auftretenden Spannungswerte, während des Auftreffens der elektromagnetischen Strahlung auf die Sensorstellen; und

nachfolgende Widerholung der vorangehenden Schritte in einer ausgewählten Anzahl.
10. Verwendung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch

Feststellung einer ausreichenden Änderung des Spannungswertes auf der ersten Sensorelektrode (14) während der ausgewählten zweiten Zeitdauer und Erzeugung eines Signales bei ausreichender Änderung, um die zweite; Zeitdauer zu beenden; und

übertragung der Ladung von den Sensorstellen zu den Eingangs Ladungsübertragungseinrichtungen (34) bei Auftritt dieses Signales.

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