DE3144163A1

DE3144163A1 - "festkoerperbildabtaster mit ladungsgekoppelten bildspeicherelementen"

Info

Publication number: DE3144163A1
Application number: DE19813144163
Authority: DE
Inventors: Toshio Atsugi Kanagawa Kato; Hiroyuki Matsumoto
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-11-10
Filing date: 1981-11-06
Publication date: 1982-06-16
Also published as: GB2087152A; CA1171947A; FR2494043A1; US4504848A; GB2087152B; SE8106620L; JPS5780764A; NL8105064A; DE3144163C2; JPH0319711B2; FR2494043B1; SE451655B

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Festkörperbildabtaster mit ladungsgekoppelten Bildspeicherelementen. Derartige Bild-' abtaster sind auch unter der abgekürzten Bezeichnung CCD (Charge Coupled Device) bekannt.

Derartige Festkörperbildabtaster weisen in der Regel in ΧΙΟ Richtung verlaufende, voneinander isolierte Transferelektroden auf einer Isolierschicht, unter der sich·ein Halbleiter befindet, auf. Der Halbleiter ist durch in Y-Richtung verlaufende unterschiedlich dotierte Gebiete in Streifen unterschiedlichen Eigenpotentials aufgeteilt, wodurch unter anderem Bildkanalstreifen entstehen, längs' derer erzeugte Ladungen durch taktweises Beschälten der Transferelektroden mit Taktspannungen in Y-Richtung bewegt werden können.

Die Erfindung betrifft im wesentlichen Festkörperbildabtaster mit abschnittweiser, sogenannter Bildrahmenübertragung, und hierbei insbesondere solche vom Typ mit versenktem Bildkanal. Bei Bildabtastern mit versenktem Bildkanal sind Gegenmaßnahmen zu treffen, um eine Überheilung eines aufzuzeichnenden Bildes bei sehr starkem Lichteinfall zu verhindern. Die Gegenmaßnahmen bestehen darin, daß sich an einen Bildkanalstreifen jeweils ein Überlauf-Steuerwal1-streifen und ein überlauf-Abflußkanalstreifen anschließen. Diese Streifen verlaufen in einer Halbleiterkanalschicht, die auf ein Substrat aufgebracht ist und die den entgegengesetzten Leitungstyp aufweist wie das Substrat.

Bei Festkörperbildabtastern wird häufig derjenige in Y-Richtung verlaufende Halbleiter-Kanalschichtstreifen, in dem erzeugte Ladungen transportiert werden, als Bildkanal

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bezeichnet. Der parallel dazu laufende Steuerwallstreifen wird als Steuerkanal bezeichnet. Diese Bezeichnungen sind etwas ungenau, da die jeweiligen streifenförmigen Halbleitergebiete weder in körperlicher Form als Kanäle ausgebildet sind noch in ihrer Potentialverlaufform jeweils Kanäle darstellen. Potentialverlaufmaßig ist es vielmehr so, daß Wälle und Kanäle bestehen, wobei jeweils ein Kanal beidseitig von jeweils einem Wall eingeschlossen ist und jeweils zwei Wälle einen zwischen ihnen verlaufenden Kanal umgeben. Wenn im folgenden also von Kanälen und Wällen gesprochen wird, so sind jeweils die Potentiale angesprochen, während Kanalstreifen oder Wallstreifen diejenigen in Y-Richtung verlaufenden streifenförmigen Gebiete in der Halbleiter-Kanalschicht sind, in denen die kanalförmigen oder wallförmigen Potentiale ausgebildet sind.

Entlang dem kanalförmigen Potential in einem Bildkanalstreifen sollen also erzeugte Ladungsträger in Y-Richtung bewegt werden. An den Bildkanal schließt sich an einer Längsseite ein Trennwall und an der anderen Seite ein Überlauf-Steuerwall an, der in der Regel etwas niedriger ist als der Trennwall. Der Trennwall verhindert, daß Ladungsträger in einen benachbarten Bildkanal überfließen können. Dann ist durch die Höhe des Steuerwalls bestimmt, wie viele Ladungsträger im Bildkanal fortbewegt werden können. Existieren zu viele Ladungsträger, wie sie z. B. bei sehr starker Belichtung erzeugt werden, so fließen ■diese über den Steuerwall in einen überlauf-Abflußkanal ab. In X-Richtung können also an und für sich wegen des Trennwalls und des überlauf-SteuerwalIs keine Ladungen fließen, außer es treten so viele Ladungen auf, daß sie den Steuerwall überwinden und im Überlauf-Abflußkanal abgeführt werden. In Y-Richtung können die Ladungen allerdings auch nicht frei fließen, da an in Y-Richtung aufeinanderfolgende Transferelektroden unterschiedliche Spannun-

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gen so angelegt werden, daß Potentialtöpfe entstehen. In einem Bildkanalstreifen erzeugte Ladungsträger sind also in einem Potentialtopf eingeschlossen, der in X-Richtung durch einen Trennwall und einen Steuerwall und in Y-Richtung durch spannungsbedingte Potentialwälle gegeben ist. Ein solcher Potentialtopf wird als Bildspeicherelement bezeichnet .

An und für sich sollten die Potentialtopfe aller Bildspeicherelemente eines Pestkörperbildabtasters gleich tief sein. Es sollte z. B. in allen Bildspeicherelementen bei maximaler Belichtung die normierte Ladung "10" vorliegen. Bei noch höherer Belichtung wurden weiterhin erzeugte Ladungen über den Steuerwall in den Abflußkanal abfließen. Es werde nun angenommen, daß in einem XY-Raster von Bildspeicherelementen eines vorhanden sei, das nur die Ladung "9" aufnehmen könne. Wenn dieses Bild dann so, wie es gespeichert ist, wiedergegeben würde, würde diese eine Stelle etwas dunkler erscheinen als die anderen Gebiete.

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Bei herkömmlichen Festkörperbildabtastern tritt jedoch das Problem auf, daß aufgrund des Rahmenauslesevorgangs der Fehler eines Bildspeicherelements sich entlang einer qanzen Y-Linie, ausgehend von diesem Element, äußert. Dies kann wie folgt erklärt werden: Es sei angenommen, daß in einer Y-Linie entlang des Festkörperbildabtasters etwa in der Mitte ein Bildspeicherelement vorhanden sei, das nur die Ladung "9" aufnehmen kann. Zum Auslesen der gespeicherten Ladungen werden diese in Y-Richtung taktweise verschoben und am Ende der Y-Linie durch eine'Aufnahmediode empfangen. Von der Aufnahmediode aus gesehen befinden sich also hinter dem fehlerhaften Bildspeicherelement noch eine ganze Anzahl intakter Bildspeicherelemente, die jeweils die Ladung "10" gespeichert haben. Wird eine solche Ladung "10" beim taktweisen Verschieben in Y-Richtung in das

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fehlerhafte Bildspeicherelement befördert, so wird nur die Ladung "9" gespeichert, während.die Ladung "1" über den· Steuerwall an diesem Bildspeicherelement in den Abflußkanal abfließt. Beim weiteren taktmäßigen Verschieben der Ladung kommt diese Ladung "9" wieder in Bildspeicherelemente, die zwar die Ladung "10" aufnehmen können, nun aber nur noch die Ladung "9" erhalten. In dem fehlerhaften Bildspeicherelement wird also beim Auslesevorgang der gespeicherten Ladungen jede Ladung "10" um die Ladung "1" verringert, so daß das fehlerhafte Bildspeicherelement nicht nur zur Wiedergabe eines einzelnen etwas abgedunkelten Punktes führt, sondern zu einer abgedunkelten Linie, die von · diesem Punkt ausgehend in Y-Richtung verläuft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Festkörperbildabtaster anzugeben, mit ladungsgekoppelten Bildspeicherelementen, mit in X-Richtung verlaufenden, voneinander isolierten Transferelektroden auf einer Isolierschicht, unter der sich eine auf ein Halbleitersubstrat aufgebrachte Halbleiter-Kanalschicht befindet, deren Leitungstyp entgegengesetzt ist zu dem des Substrats, und die durch in Y-Richtung verlaufende unterschiedlich dotierte Gebiete in Streifen unterschiedlichen Potentials aufgeteilt ist, und zwar in Bildkanalstreifen niedrigen Kanalpotentials, in Überlauf-SteuerwalIstreifen mit höherem Wallpotential, jeweils entlang einer Längsseite eines Bildknnalstreifens, in Trennwallstreifen jeweils entlang dor anderen Längsseite eines Bildkanalstreifens, mit-einem Trennpotential, das mindestens so hoch wie das WaIlpotential ist, und in Überlauf-Abflußkanalstreifen längs jeweils der anderen Seite eines SteuerwalIstreifens, mit einem Abflußkanalpotential, das niedriger ist als das Wallpotential, welcher Festkörperbildabtaster so beschaffen sein.soll, daß fehlerhafte Bildspeicherelemente bei einem wiedergegebenen Bild nur zu punktförmigen Fehlern

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führen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß bei einem gattungsgemäßen Festkörperbildabtaster die Anordnung der Transferelektroden und die Dotierungen von Bildkanalstreifen, Steuerwallstreifen und Substrat so gewählt sind, daß sich das Potential in einem Steuerwallstreifen unterhalb einer Transferelektrode beim Verändern der an die Transferelektrode angelegten Spannung weniger verändert als das Potential in einem benachbarten Bildkanalstreifen unter derselben Transferelektrode.

Bei einem solchen Festkörper-Bildabtaster werden während der Bildaufnahmezeit und während der Ladungstransferzeit an eine über einem Bildspeicherelement liegende Trans-ferelektrode unterschiedliche Spannungen angelegt. Dabei ist die maximale Spannung während der Ladungstransferzeit höher als die während der Bildaufnahmezeit. Während der Bildaufnahmezeit besteht also eine bestimmte Potentialdifferenz zwischen dem Potential des Bildkanals und dem des Steuerwalls. Bei einem fehlerhaften Bildspeicherelement sei diese Potentialdifferenz so groß, daß nur die Ladung "9" statt "10" gespeichert werden kann. Während der Ladungstransferzeit wird ημη eine größere maximale Spannung an die Transferelektrode angelegt. Da der Festkörperbildabtaster erfindungsgemäß so aufgebaut ist, daß sich das Potential des SteuerwalIs bei Erhöhen der Spannung weniger ändert als das Potential das Bildkanals, vergrößert sich beim Erhöhen der Spannung die Potentialdifferenz, so daß nun z. B. in intakten Bildspeicherelementen die Ladung "12" aufgenommen werden kann. Sind nun, wie im oben gegebenen Beispiel, Ladungen "10" zu transportieren, so erfolgt dies ohne Probleme, da bei einem erfin-, dungsgemäßen Festkörperbildabtaster während der Ladungstransferzeit selbst in einem defekten Bildspeicherelement, das während der Bildaufnahmezeit nur die Ladung "9" auf-

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nehmen kann, die Ladung "11" aufgenommen werden kann. Daher werden alle Ladungen so wie sie aufgenommen sind, transportiert, so daß nur an der Stolle des fehlerhaften Bildspeicherelements ein punktförmiger Fehler, jedoch kein streifenförmiger Fehler mehr wiedergegeben wird.

Derartige punktförmige Fehler sind bei einer Bildwiedergabe nicht all zu kritisch. Dies hat zur Folge, daß an die Qualität einer Halbleiter-Kanalschicht nicht mehr so ■ 10 hohe Anforderungen wie bisher gestellt werden müssen. Bisher mußte jeder einzelne Fehler peinlichst vermieden werden, da er sofort zu einem linienfÖrmigen und damit sehr gut sichtbaren Fehler führte. Bei einem Festkörperbildabtaster der erfindungsgemäßen Art kann wegen der Zulässigkeit einer größeren Anzahl von punktförmigen Fehlern die Halbleiter-Kanalschicht auch polykristallin sein. Es ist mit einem erfindungsgemäßen Festkörperbildabtaster also nicht nur möglich, Bilder verbesserter Qualität wiederzugeben, sondern in verbesserter Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßer Festkörperbildabtaster auch einfacher hergestellt werden als herkömmliche Festkörperbildabtaster.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung sowie Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltunqen derselben werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Teilaufsicht auf einen Festkörperbildabtaster mit in X-Richtung verlaufenden Transferelektroden und mit in Y-Richtung verlaufenden Bildkanalstreifen;

Fig. 2 einen schematischen Teilquerschnitt durch einen Festkörperbildabtaster gemäß Fig. 1 gesehen in Richtung der Pfeile an der Schnittlinie 2-2 entlang einer Transferelektrode;

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Fig. 3 eine Darstellung des Potential'verlaufs in X-

Richtung unterhalb einer Transferelektrode während der Bildaufnahmezeit;

Fig. 4 eine Darstellung gemäß Fig. 3, jedoch während der Ladungstransferzeit;

Fig. 5 einen schematischen Teillängschnitt durch den Festkörperbildabtaster gemäß Fig. 1 in Richtung der Pfeile an der Linie 5-5 entlang eines Bildkanalstreifens;

Fig. 6· eine Darstellung des Potentialverlaufs in Y-Richtung in einem Bildkanalstreifen;

Fig. 7 eine Darstellung der Potentialverläufe in einem Bildspeicherelement, einem Transferelement und einem Steuerelement in Abhängigkeit von der an zugeordnete Elektroden angelegten Spannung bei herkömmlichen Festkörperbildabtastern;

Fig. 8 eine Darstellung der Fehlerfortpflanzung aus einem fehlerhaften Bildspeicherelement bei herkömmlichen Festkörperbildabtastern;

Fig. 9 eine Darstellung gemäß Fig. 7, jedoch für erfindungsgemäße Festkörperbildabtaster;

Fig. 10 eine Darstellung gemäß Fig. 8, jedoch für erfindungsgemäße' Festkörperbildabtaster; und ■ - .

Fig. 11 eine Darstellung der Abhängigkeit des Potentials in einem Steuerelement in Abhängigkeit einer an eine zugeordnete Elektrode angelegten Spannung, bei unterschiedlichen Substratdotierungen.

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Die Fig. 1 stellt eine Teildraufsicht auf einen Festkörperbildabtaster 18 dar. Dieser weist, wie aus den Fig. 2 und ersichtlich ist, ein Halbleitersubstrat 10, eine darauffolgende Halbleiter-Kanalschicht mit Bildkanalstreifen 11, eine Isolierschicht 14 und Transferelektroden 15 auf. Die Transferelektroden· verlaufen gegeneinander isoliert in X-Richtung, während die Bildkanalstreifen 11 in Y-Richtung verlaufen. Die Transferelektroden 15 sind in Fig. 5 nur schematisch dargestellt. Tatsächlich sind die Elektrodenstrukturen komplizierter aufgebaut, nämlich mit Oxidzwischenisolierungen und mit ausgewählten Geometrien. Die Fig. 1, 2 und 5 sind auch ansonsten nicht maßstabsgetreu dargestellt, sondern in der Darstellung der Schichtdicken der einzelnen Schichten so bemessen, daß sich ein übersichtliches Bild ergibt.

In einem Bildkanal streifen 11 durch auffallendes Licht erzeugte Ladungsträger sollen in Y-Richtung fortbewegt werden. Eine Begrenzung der Bewegung in Y-Richtung, also ein Sperren in X-Richtung, wird dadurch erzielt, daß durch ausgewählte Dotierungen in der Halbleiterschicht auf dem Substrat 10 in Y-Richtung verlaufende Potentialkanäle geschaffen werden. Dies wird nun anhand der Fig. 2 und 3 erläutert, wobei beim Stand der Technik davon auszugehen ist, daß die Hochdotierstreifen 16, die in Fig. 2 eingezeichnet sind, bei Festkörperbildabtastern gemäß dem Stand der Technik nicht vorhanden sind.

Im folgenden wird davon ausgegangen, daß das Substrat 10 P-leitend ist. Die darauf befindliche Halbleiter-Kanalschicht weist N-leitende Bildkanalstreifen 11, N-leitende Überlauf-Steuerwallstreifen 12, N -leitende Überlauf-Abflußkanalstreifen 13 und N-leitende Trennwallstreifen 17 auf. Der Potentialverlauf in X-Richtung ist' schematisch in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist zu bemerken, daß ein der-

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art ausgeprägter Potentialverlauf bei Festkörperbildabtastern mit versenktem Kanal, welcher Typ hier vorliegt, nicht existiert. Der Potentialverlauf ist vielmehr ziemlich abgerundet, was jedoch für die Funktionsweise und ' deren Erklärung unerheblich ist.

Die Dotierungen in den angegebenen Streifen sind so gewählt, daß im Bildkanalstreifen 11 ein niedriges Potential vorliegt, während die Potentiale in den Steuerwallstreifen 12.und den TrennwalIstreifen 17 höher sind. Dadurch ist potentialmäßig ein Bildkanal 21 geschaffen, an dessen Längsseiten je ein Steuerwall 22 und ein Trennwall 2 4 verlaufen. An den Steuerwall 22 schließt sich ein Abflußkanal 23 an. Bei starker Belichtung wird der Bildkanal-21 ganz mit erzeugten Ladungsträgern aufgefüllt. Zusätzlich erzeugte Ladungsträger fließen über den Steuerwall ' 22 in den Abflußkanal 23 ab. Streng genommen treten noch Tunneleffekte auf, was jedoch für die prinzipielle Erklärung unerheblich ist.

Während die Fig. 3 den Potentialverlauf in X-Richtung und. damit den Einschluß von Ladungsträgern in X-Richtung darstellt, stellt Fig. 6 den Einschluß von Ladungsträgern in Y-Richtung dar. Hierbei ist davon ausgegangen, daß der Festkörperbildabtaster in einem Dreiphasentakt betrieben wird. Das heißt, daß von den parallel verlaufenden Transferelektroden 15 jede vierte mit derselben von insgesamt drei Eingangsleitungen verbunden ist. In der Darstellung gemäß den Fig. 5 und 6 werden die erste und die vierte Transferelektrode 15 mit einer Spannung V, versorgt, während die zweite und fünfte Elektrode mit einer Spannung V_? und die dritte und sechste Elektrode mit einer Spannung V, versorgt werden. Die Spannungen V„ und V, sind im dargestellten Zustand gerade gleich groß. Die Spannung V, ist größer als die Spannungen V« und V₃ und so gewählt,

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daß sich unter den mit der Spannung V, versorgten Transferelektroden. 15 ein Potentialtopf bildet, in dem erzeugte Ladungsträger eingeschlossen werden.

Der Potentialverlauf gemäß Fig. 6 liegt während einer Bildaufnahmezeit vor. Durch auf den Festkörperbildabtaster auffallendes Licht erzeugte Ladungsträger werden in Potentialtöpfen eingeschlossen, die sich unterhalb der mit den Spannungen V, versorgten Transferelektroden 15 in den Bildkanal-

JO streifen einstellen. Die Kreuzungsstellen von Bildkanalstreifen A, B und mit der Spannung V", versorgten Transferelektroden 15, die im folgenden als Speicherelementelektroden /Y/ bis £6/ bezeichnet werden, sind als Bildspeicherelemente 4 bezeichnet.

Beim dargestellten Aufbau könnte jede Kreuzungsstelle zwischen einem Bildkanalstreifen 11·und einer Transferelektrode 15 ein Bildspeicherelement sein. Dies würde nur davon abhängen, welche Elektroden mit der betragsmäßig hohen Spannung V^ versorgt werden. Es gibt jedoch auch Aufbauten von Festkörperbildabtastern, bei denen der Potentialver- · lauf in Y-Richtung nicht nur durch an die Transferelektroden 15 angelegte Spannungen, sondern auch durch in Y-Richtung aufeinanderfolgende Dotierungsstreifen und/oder durch unterschiedliche Elektrodenabstände von den Bildkanalstreifen 11 gegeben ist. Bei derartigen Aufbauten ist genau festgelegt, welche Transferelektroden während einer Aufnahmezeit als Speicherelementelektroden zu betreiben sind. Derartige Maßnahmen sind jedoch für die Erfindung unerheblich, wie auch Maßnahmen, die z. B. einen Zweiphasentaktr oder einen Vierphasentaktbetrieb betreffen.

Das Potential zum Beispiel in den Bildkanalstreifen 11 oder den Steuerwahlstreifen 12 ist nicht durch deren Dotierungen, sondern auch durch an die Transferelektroden 15 ange-

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legte Spannungen bestimmt. Derartige Abhängigkeiten von Potentialen von Spannungen sind in Fig. 7 dargestellt. Die Linie B zeigt dabei die Spannungsabhangigkeit des Potentials in einem Bildspeicherelement 4 an. Die Linie S gibt entsprechend die Potentialabhangigke.it des Potentials in einem Steuerelement und die Linie T die Abhängigkeit des Potentials in einem Transferelement an. Ein Steuerelement ist dabei ein solches Element in der Halbleiter-Kanalschicht, das sich an der Kreuzungsstelle zwischen einem Steuerwallstreifen 12 und einer Speicherelementelektrode befindet. Ein Transferelement 20 befindet sich unterhalb einer Transferelektrode 15 in einem Bildkanalstreifen 11, benachbart zu einem Bildspeicherelement 4.

Während der Bildaufnahmezeit beträgt die an einer Speicherelementelektrode angelegte Spannung dauernd VGL, während sie während der Ladungstransferzeit, wie auch die Spannung an den übrigen Transferelektroden 15 dauernd zwischen VGH und einer potentialverändernden Spannung VGL wechselt. Bei Vorliegen der Spannung.VGH liegt im Bildspeicherelement 4 das Potential φΒΗ vor, während im Steuerelement 19 das Potential (J)SH vorliegt. Die Potentialdifferenz ist mit §C bezeichnet. Sie ist unabhängig von der an eine einem Bildspeicherelement 4 und einem Steuerelement 19 gemeinsamen Elektrode angelegten .Spannung, und zwar · im Fall eines herkömmlichen Bildabtasters, bei dem die Hochdotierstreifen 16 gemäß Fig. 2 fehlen.

Die Potentialdifferenz φθ ist ein Maß für die in einem Bildspeicherelement 4 speicherbare Ladung. Ist nämlich der Potentialtopf der Höhe φθ ganz aufgefüllt, fließt noch weiter erzeugte Ladung über den Steuerwall 22 in den Abflußkanal 23 ab. Die einer PotentialdiCferenz φα zugeordnete Ladung werde im folgenden mit "10" bezeichnet.

In Fig. 8 ist ein XY-Raster von Bildspeicherelementen 4 eingezeichnet. In den dargestellten Bildkanalstreifen A, C

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und D sind alle Bildspeicherelemente 4 in der Lage, während der Bildaufnahmezeit die Ladung "10" zu speichern und in der Ladungstransferzeit weiterzugeben. Im Bildkanalstreifen B liegt jedoch an der Schnittstelle mit der Bildelektrode [\/ ein Bildspeicherelement vor, das nur die Ladung "9" speichern und weitergeben kann. In den anderen Bildspexcherelementen im Bildkanalstreifen B ist ebenfalls jeweils die Ladung "10" gespeichert. Wird nun während der Transferzeit die gespeicherte Ladung in Y-Richtung' transportiert, so tritt das Problem auf, daß die Ladung "10" aus dem Bildspeicherelement an der Schnittstelle zwischen dem Kanalstreifen B und der Speicherelementelektrode /3/ in das defekte Bildspeicherelement transportiert wird, das nur die Ladung "9" aufnehmen kann. Die überschüssige Ladung wird über den Steuerwall in den Abflußkanal abgeführt. So werden alle Ladungen, die entgegen der Transferrichtung hinter dem defekten Bildspeicherelement liegen, verkleinert, wenn sie eine Ladung aufweisen, die größer ist als die, die das defekte Bildspeicherelement aufnehmen kann. Dies führt dazu, daß eine durchgehend helle Linie entlang des Bildkanalstreifens B nur für die vor dem defekten Bildspeicherelement liegenden Punkte hell erscheint, während sie für die dahinterliegenden Punkte abgedunkelt ist.

Dieser Mangel ist bei der dargestellten Ausführungsform eines Festkorperbildabtasters dadurch umgangen, daß das Substrat 10 unter den SteuerwalIstreifen 12 jeweils höher dotiert ist als unter den Bildkanalstreifen 11. Die höher dotierten Streifen sind als Hochdotierstreifen 16 bezeichnet und in Fig. 2 eingezeichnet. Im vorliegenden Fall ist das Substrat 10 P-dotiert und die Hochdotierstreifen 16 sind P -dotiert.

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Durch die unter den Steuerwall streifen 12 liegenden höher dotierten Hochdotierstreifen 16 tritt der Effekt auf, daß das Potential in einem Steuerwallstreifen 12 unterhalb einer Transferelektrode 15 beim Verändern der an die Transferelektrode 15 angelegten Spannung (V,) weniger verändert wird als das Potential in einem benachbarten Bildkanal streifen 11 unter derselben Transferelektrode 15. Dies ist anhand der Fig. 3, 4 und 9 veranschaulicht.

Wie in Fig. 7 gibt auch in Fig. 9 die Linie B die Abhängigkeit des Potentials von der Spannung in einem Bildspeicherelement 4 wieder, die Linie S gehört entsprechend zu einem Steuerelement 19 und die Linie T zu einem Transferelement 20. Aufgrund des Einbringens der Hochdotierstreifen 16 verlaufen nun die Linien B und S nicht mehr parallel, so daß die Potentialdifferenz zwischen ihnen von der an die Transferelektrode 15 angelegten Spannung V abhängt. Während einer Aufnahmeperiode wird die Spannung VAH und während der Transferperiode werden abwechselnd die Spannungen VTH und VGL angelegt. Die Spannung VAH während der Aufnahmeperiode ist kleiner als die Spannung VTH während der Transferperiode. Beim Anlegen der Spannung VAH bildet sich in einem Bildspeicherelement das Potential φΒΑΗ und in einem Steuerelement das Potential (J)SAH aus. Die Potentialdifferenz ist (JXM^-.

Diese Potentiale sind auch in Fig. 3 eingezeichnet. Bei der Spannung VTH stellt sich im Bildspeicherelement das Potential φΒΤΗ und im Steuerelement 19 das Potential (J)STH ein. Die Potentialdifferenz ist nun (|)C2. Diese Potentiale sind in Fig. 4 eingezeichnet.

Da wegen der Hochdotierstreifen 16 die Potentialabhängigkeit von einer an der zugehörigen Transferelektrode 15 angelegten Spannung geringer ist als die Abhängigkeit des Potentials in einem Bildspeicherelement, ist die Potentialdifferenz Δφοί bei der geringeren Spannung VAH kleiner

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als die Potentialdifferenz φθ2 bei der größeren Spannung VTH. Die Potentialdifferenzen (J)Cl und (j)C2 sind wiederum ein Maß für die Menge von Ladungen, die in Potentialtopfen der Höhe 0Cl und 0C2 aufgenommen werden können. Dabei entspräehe <|)C1 der Potentialdifferenz (J)C · aus obigem Beispiel, so . daß in einem Potentialtopf der Tiefe (|)C1 wieder die Ladung "10" aufgenommen werden kann. Der Potentialdifferenz 0C2 ■ sei eine Ladung "12" zugeordnet.

Der Einfluß dieser unterschiedlichen Ladungsaufnahmefähigkeit in Bildspeicherelementen auf die Qualität einer Bildwiedergabe ist in Fig. 10 veranschaulicht. Es liegt wiederum entsprechend zu Fig. 8 ein XY-Raster von Bildspeicherelementen 4 vor. Wiederum sei das Bildspeicherelement an der Kreuzungsstelle zwischen den Bildkanalstreifen B und der Speicherelementelektrode /4~7 defekt, so daß es während der Bildaufnahmeperiode nur die Ladung "9" statt der Ladung "10" aufnehmen kann. Der erfindungsgemäße Festkörper-• bildabtaster ist nun aber so beschaffen, daß bei einem Ladungstransfer mehr Ladung transportiert werden kann, als während der Bildaufnahmezeit aufgenommen werden kann. Während die einwandfrei arbeitenden Bildspeicherelemente bei einem Ladungstransfer jeweils die Ladung "12" aufnehmen können, kann das defekte Element nur die Ladungen "11" aufnehmen, b'ies^ fdhrt jedoch nicht mehr zu einer Minderung der Bildqualität, da während der Bildaufnahmezeit in jedem Bildspeicherelement ohnehin nur die Ladung "10" gespeichert wurde, so daß diese Ladung "10". wegen der Aufnahmefähigkeit der Ladung "11" auch im defekten Bildspeicherelement ohne weiteres durch das defekte Bildspeicherelement hindurch transportiert werden kann. Daher hat der Ladungstransfer keinen Einfluß mehr auf die Bildwiedergabe, sondern das Bild wird so wiedergegeben, wie es aufgenommen worden ist. Daher wird nur der Fehler weitergegeben, der schon während der Bildaufnahmezeit entstand. Es wird also

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im vorliegenden Fall nur der eine Punkt, der dem defekten Bildspeicherelement entspricht, dunkel wiedergegeben; während kein linienhafter Fehler mehr auftritt.

Je unterschiedlicher die Spannungsabhnngigkeiten der Potentiale in Bildspeicherelementen und Steuerelementen "sind, mit um so kleineren Spannungsunterschieden lassen sich'un- · terschiedliche transportierbare und aufnehmbare Ladungsmengen einstellen. Oder es lassen sich andererseits bei vorgegebenen Spannungswerten bei stärkerer Potentialabhängigkeit größere Differenzen zwischen aufnehmbaren und transportierbaren Ladungen einstellen. Auf jeden Fall wird die höchste Spannung kleiner oder höchstens der Spannung gewählt, bei der sich eine Überschneidung der Linien S und B ergibt. Würde diese Bedingung nicht eingehalten, würden Ladungen während der Ladungstransferzeit statt in Y-Richtung in X-Richtung transportiert werden.

Die Abhängigkeit des Potentials φ von der Spannung V ist durch die Dotierung des Hochdotierstreifens 16 einstellbar. In Fig. 11 ist der Zusammenhang zwischen Potential φ und Spannung V für vier verschiedene Substratdotierungen im Hochdotierstreifen 16 dargestellt. Dabei ist auf das Substrat 10 eine N-leitende Halbleiterschicht mit einer Dotierung von 5 χ 10 cm aufgebracht. Über dieser befindet sich eine Isolierschicht 14 von 1000 χ 10 m. Es'wurde dann die Dotierung N_a des Substrats verändert, und zwar

12 -2 12 -2 13-2 wurde sie zu 1 χ 10 cm , 6 χ 10 cm , Ix 10 cm

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und 3 χ 10 cm gewählt. So gewonnene Potentialabhängigkeiten von an eine Transferelektrode 15 angelegten Spannungen V sind in Fig. 11 eingezeichnet und mit I, II, III und IV bezeichnet. Es ist ersichtlich, daß die Abhängigkeit des Potentials φ von der Spannung V um so geringer ist, je höher die Dotierung KL ist. Durch entsprechende Wahl der Dotierung im Hochdotierstreifen 16 läßt sich also die Potentialabhängigkeit in einem Steuerelement 19 in gewünsch-

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ter Art und Weise beeinflussen.

Für die Erfindung ist es unerheblich, ob das Substrat P-leitend und die Halbleiterschicht N-leitend gewählt wird, oder ob die Leitfähigkeiten umgekehrt gewählt werden. Es ist nur jeweils in jedem Gebiet der Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu wählen. Es ist auch unerheblich, ob der Auslesevorgang mit einem Zweiphasen-, einem Dreiphasen- oder einem Vierphasentakt erfolgt. Weiterhin ist es unerheblich,wie die genaue Aufteilung des Festkorperbildabtasters in X-Richtung erfolgt. So können, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils zwei benachbarte Bildkanalstreifen 11 einen Abflußkanal 13 gemeinsam haben oder es kann jedem Bildkanalstreifen 11 ein eigener Abflußkanal 13 zugeordnet sein.

Statt durch Verändern der Dotierung des Substrats 10 unterhalb.der Steuerwallstreifen 12 kann die Potentialabhänqigkeit eines Steuerelements 19 auch dadurch beeinflußt werden, daß die Isolierschicht 14 über den Steuerwallstreifen 12 dicker ausgeführt ist als über den Bildkanalstreifen 11. Auch dies führt zu einer geringeren Abhängigkeit des Potentials in einem Steuerelement 19 von der Spannung als sie in einem Bildspexcherelement vorliegt, an das über dieselbe Transferelektrode eine Spannung angelegt wird.

Die Fertigung eines erfindungsgemäßen Festkorperbildabtasters erscheint zunächst komplizierter als die eines herkömmlichen Festkorperbildabtasters, da das Substrat 10 streifenförmig entlang der Hochdotierstreifen 16 dotiert werden muß. Es besteht jedoch der Vorteil, daß in diesem Fall kein Dotieren der Steuerwallstreifen 12 mehr erfolgen muß. Die Hochdo'tierstreifen 16 nehmen dann die Abtrennung des Bildkanals in X-Richtung vor. Gleichzeitig stellen sie

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die geringere Spannungsabhängigkeit des Potentials in einem Steuerelement 19 verglichen zu der in einem Bildspeicherelement 4 ein. Es können jedoch sowohl die Hochdotier-• streifen 16 wie auch noch die SteuerwalIstreifen 12 dotiert werden, so daß sich eine große Variationsbreite für einstellbare Potentialdifferenzen und Potentialabhängigkeiten ergibt.

Herstellungsmäßig hat der erfindungsgemäße Festkörperbildabtaster den Vorteil, daß die auf das Substrat 10 aufgebrachte Halbleiterschicht polykristallin sein kann'. Dadurch ergeben sich zwar mehr fehlerhafte Bildspeicherelemente 4, was jedoch nicht sehr erheblilch ist, da punktförmige Fehler kaum auffallen und daher fehlerhafte BiIdspeicherelemente in größerer Zahl hingenommen werden können als bei bisherigen Festkörperbildabtastern, wo sie zu streifenförmigen, deutlich sichtbaren Bildfehlern führten.

Claims

PATENTANWÄLTE

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Repräsentatives baloro the European Patent Olllce Mandatalres agrees pres l'Offlce europäen des brevets

Dipi.-Qhem. Dr. N. ter Meer Dipl.-Ing. H. Steinmeister

Dipl.-Ing, F. E. Müller _Art, ,„ , . . , _

Triftstrasse 4. Artur-Ladebeck-Strasse

D-8000 MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELD

MÜ/J/cb S81P211

06. November 1981

SONY CORPORATION

7-35 Kitashinagawa 6-chome

Shinagawa-ku, Tokyo 141, Japan

Festkörperbildabtaster mit ladungsgekoppelten Bildspeicherelementen

Priorität: 10. November 1980, Japan, Nr-. 157831/80

Patentansprüche

IQ

Festkörperbildabtaster (18) mit in X-Kichtung vorlaufenden, voneinander isolierten Transferelektroden (15) auf einer Isolierschicht (14), unter der sich eine auf ein Halbleitersubstrat (10) aufgebrachte Halbleiter-Kanalschicht befindet, deren Leitungstyp entgegengesetzt ist zu dem des Substrats (10)', und die durch in Y-Richtung verlaufende unterschiedlich dotierte Gebiete in Streifen unterschiedlichen Potentials aufgeteilt ist, und zwar in Bildkanalstreifen (11) niedrigen Kanalpotentials,

SONY CORP.

TER MEER · MÜLLER ■ STEINMEISTER *

in Überlaufsteuerwallstreifen (12) mit höherem Wallpotential, jeweils entlang einer Längsseite eines Bildkanalstreifens (ll)r in Trennwannstreifen (17) jeweils entlang der anderen Längsseite eines BildkanalStreifens (11), mit einem Trennpotential, das mindestens so hoch ist wie das Wallpotential, und in Überlauf-Abflußkanalstreifen (13) längs jeweils der anderen Seite eines Steuerwallstreifens (12), mit einem Abflußkanalpotential, das niedriger ist als das Wallpotential, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Transferelektroden (15) und die Dotierungen von Bildkanalstreifen (11), Steuerwallstreifen (12) und Substrat (10) so gewählt sind, daß sich das Potential in einem Steuerwallstreifen (12) unterhalb einer Transferelektrode (15) beim Verändern der an die Transferelektrode (15) angelegten Spannung (V-.) weniger verändert als das Potential in einem benachbarten Bildkanalstreifen (11) unter derselben Transferelektrode (15).
2. Festkörperbildabtaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) unter den Steuerwallstreifen (12) jeweils höher dotiert ist aisunter den Bildkanalstreifen (11).
3. Festkörperbildabtaster nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) unter den Steuerwallstreifen (12) P - und unter den Bildkanalstreifen (11) P-dotiert ist.
4. Festkörperbildabtaster nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterkanalschicht (11, 12, 13) polykristallin ist.