DE3327074C1 - Infrarot-Bildsensor-Anordnungen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind Infrarot-Bildsensor-Anordnungen, die eine Matrix von Infrarotstrahlungs- Detektorelementen (z. B. aus Cadmium-Quecksilber- Tellurid) und eine Signalverarbeitungsschaltung (z. B. in einem Siliziumsubstrat) umfassen, die ein für das auf die Matrix auftreffende Strahlungsbild repräsentatives Ausgangssignal liefert.

Die Arbeit mit dem Titel "Source-Coupled HgCdTe Staring Hybrid Focal Planes for Tactical Applications" von K. Chow, J. D. Blackwell, J. P. Rode, D. H. Seib und W. N. Lin in Band 267, Seiten 12 bis 17 der Protokolle zum Technischen Symposium 1981 der SPIE (Society of Photooptical Instrumentation Engineers) in Los Angeles beschreibt eine Infrarot-Bildsensor-Anordnung mit einer Matrix von Infrarotstrahlungs-Detektorelementen, in der durch die auftreffende Infrarotstrahlung Ladungssignale erzeugt werden, sowie einer Signalverarbeitungsschaltung, die ein für das auf die Matrix auftreffende Strahlungsbild repräsentatives Signal liefert. Diese Schaltung enthält parallele Ladungsübertragungsleitungen mit je einer Reihe von Taktelektroden, die in Gruppen angeordnet sind, so daß durch das Anlegen von Taktspannungen an die Taktelektroden eine Ladungsverschiebung entlang der Leitung möglich ist. Die Strahlungsdetektorelemente sind über Eingangsgates an Stellen, die sich in bestimmten Abständen entlang den parallelen Ladungsübertragungsleitungen befinden und mit einzelnen Gruppen von Taktelektroden in Verbindung stehen, an die Ladungsübertragungsleitungen gekoppelt. An jeder der genannten Stellen befinden sich eine Hintergrund-Speicherelektrode und ein Schwellengate zum Abzug eines gegebenen Hintergrundpegels vom Ladungssignal an dieser Stelle, so daß nur der Teil des Ladungssignals übertragen wird, der nach diesem Abzug verbleibt, wobei die abgezogene Hintergrundladung während des Abzugs in einer Hintergrund-Speichermulde unter der Hintergrund- Speicherelektrode gehalten wird. Der Hintergrundabzug wird im allgemeinen als "Ladungs-Skimming" ("chargeskimming") bezeichnet.

Diese bekannte Sensoranordnung hat eine Matrix von 32×32 photovoltaischen Detektorelementen, die in einer Schicht von Cadmium-Quecksilber-Tellurid auf einem Cadmium-Tellurid-Substrat, das für die Infrarotstrahlung durchlässig ist, ausgebildet sind. Der Signalverarbeitungs- Schaltkreis befindet sich in einem Siliziumsubstrat und hat 32 parallele CCD-Leitungen (CCD=ladungsgekoppeltes Bauelement), die den 32 Zeilen der Detektorelement-Matrix entsprechen. Diese parallelen CCD-Leitungen steuern mit den von den 32 Detektorelement-Zeilen kommenden Ladungssignalen ein weiteres ladungsgekoppeltes Bauelement parallel an, das ein Serien-Ausgangssignal jeder Spalte nacheinander liefert. Die Detektorelemente sind im Bereich der parallelen CCD-Leitungen auf dem Signalverarbeitungssubstrat befestigt und durch eine entsprechende Matrix von Eingangsanschlüssen mit den Eingangsgates verbunden. Der Mittenabstand der Eingangsanschlüsse (und auch der Detektorelemente) beträgt 68 Mikrometer.

Der Hintergrundabzug bei den Ladungssignalen in dieser Sensoranordnung verbessert den effektiven Dynamikbereich der CCD. So kann bekanntlich die die Nutzinformation im auftreffenden Strahlungsbild repräsentierende Ladung durch die Ansammlung einer starken Störladung infolge Dunkel-Leckstrom in den Detektorelementen sowie einer hohen auf die Detektorelemente auftreffenden Umgebungsstrahlung überlagert werden. Ersteres führt dazu, daß sich auch dann, wenn keine Strahlung auftrifft, Ladung ansammelt, während letzteres, insbesondere im Strahlungswellenbereich von 8 bis 14 Mikrometer, auftritt, wenn die Umgebung in einer mit dem Bildsensor betrachteten Szene einen hohen Strahlungspegel abgibt, so daß der Szenenkontrast niedrig ist und der interessierende Signalbetrag nur einen sehr kleinen Teil der auf die Matrix auftreffenden Gesamtstrahlung ausmacht. Beide Arten von Störladung können als Hintergrundladung bezeichnet werden. Mittels der in bekannter Weise vorgesehenen Hintergrund-Speicherelektrode und des Schwellengates wird zumindest ein bedeutender Teil dieser Hintergrundladung am Eingangsanschluß abgezogen und nicht auf die parallelen CCD-Leitungen übertragen. Wie in den Bildern 2 und 3 der Arbeit von Chow et al. dargestellt, erfordert dies an jeder Eingangsstelle zwischen den parallelen CCD-Leitungen die Ausbildung eines Eingangsschaltkreises mit mehreren Elektroden sowie einem Eingangsgate, einer Hintergrund-Speichermulde, einem Schwellengate, einer Speichermulde für das Restsignal und einen MOSFET als Hintergrundsenke, um die abgezogene Hintergrundladung aus der Hintergrund-Speichermulde abzuleiten.

Bei derartigen Brennebenen-Bildsensor-Anordnungen ist es in der Regel erwünscht, die von den Detektorelementen kommende Ladung so lange zu sammeln und zu integrieren, wie dies mit der Lesezeit für die CCD-Leitungen noch vereinbar ist. Dies erfordert eine große Speicherkapazität für die Hintergrund-Speichermulde und, in geringerem Maße, für die Restsignal-Speichermulde. Es ist jedoch in der Regel unerwünscht, diese Ladungskapazität durch Vergrößerung der Elektroden zwischen den CCD-Leitungen zu steigern, da sich dadurch der Abstand der Detektorelemente und damit die Fläche der Detektorelement-Matrix erhöht und/oder die Fläche der Taktelektroden der CCD-Leitungen und infolgedessen die maximale Signalladungskapazität, die entlang diesen parallelen CCD-Leitungen getaktet werden kann, begrenzt wird. Im allgemeinen ist ein kleinerer Mittenabschnitt erwünscht, z. B. ein Abstand von höchstens 50 Mikrometern, wobei gleichzeitig eine große Signalladungskapazität für die CCD-Leitungen angestrebt wird.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Infrarot-Bildsensor- Anordnung mit einer Matrix von Infrarotstrahlungs-Detektorelementen, in denen durch auftreffende Infrarotstrahlung Ladungssignale erzeugt werden, sowie einer Signalverarbeitungsschaltung, die ein für das auf die Matrix auffallende Strahlungsbild repräsentatives Ausgangssignal liefert; diese Schaltung besitzt parallele Ladungsübertragungsleitungen mit je einer Reihe Taktelektroden, die in Gruppen angeordnet sind, so daß durch Anlegen von Taktspannungen an die Taktelektroden eine Ladungsverschiebung entlang der Leitung möglich ist, wobei die Strahlungsdetektorelemente über Eingangsgates an Stellen, die in bestimmten Abständen entlang den genannten Ladungsübertragungsleitungen liegen und zu einzelnen Gruppen von Taktelektroden gehören, an die Ladungsübertragungsleitungen gekoppelt sind; an jeder der genannten Stellen befinden sich eine Hintergrund-Speicherelektrode und ein Schwellengate zum Abzug eines gegebenen Hintergrundpegels vom Ladungssignal an der betreffenden Stelle, so daß nur derjenige Teil des Ladungssignals übertragen wird, der nach dem Abzug verbleibt, wobei die abgezogene Hintergrundladung während des Abzugs in einer Hintergrund-Speichermulde unter der Hintergrund- Speicherelektrode gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hintergrund-Speicherelektrode an jeder Stelle von mindestens einem Teil von zumindest einer der Taktelektroden der zugehörigen parallelen Ladungsübertragungsleitung gebildet wird und daß die Hintergrund- Speichermulde unter zumindest einer der Taktelektroden durch das Eingangsgate mit dem zugehörigen Strahlungsdetektorelement und durch das Schwellengate mit einer Restsignal-Speichermulde verbunden ist, wobei die abgezogene Hintergrundladung nach dem Sammeln der Restsignalladung in der Restsignal-Speichermulde, jedoch vor der Verschiebung der Restsignalladung entlang der genannten Ladungsübertragungsleitung von der Ladungsübertragungsleitung weggeführt wird.

Eine derartige erfindungsgemäße Sensoranordnung kann an jeder Detektorelement-Eingangsstelle eine hohe Ladungskapazität für die Hintergrund-Speichermulde unter einer oder mehreren der zu den parallelen Ladungsübertragungsleitungen gehörenden Taktelektroden haben, während sie gleichzeitig eine kompakte Geometrie aufweist, da bei ihr für den Hintergrundabzug nicht ein großer Abstand zwischen den parallelen Ladungsübertragungsleitungen erforderlich ist. Somit können die parallelen Ladungsübertragungsleitungen eine hohe Ladungsübertragungskapazität besitzen, und es können große Pakete der Restsignalladung entlang diesen parallelen Leitungen auf eine Serienausgangs-Ladungsübertragungsleitung transportiert werden. Ferner gestattet eine derartige Anordnung das Abführen der Hintergrundladung in der Hintergrund-Speichermulde von der Ladungsübertragungsleitung auf eine vergleichsweise einfache Art und Weise, wobei an der Stelle der Eingangsanschlüsse kein zusätzliches MOSFET zur Hintergrundableitung erforderlich ist.

So wird bei einer besonders vorteilhaften erfindungsgemäßen Anordnung die Hintergrundladung quer zu den Ladungsübertragungsleitungen abgeführt, indem zwischen den parallelen Ladungsübertragungsleitungen Transfer- Gates angeordnet werden, um die Hintergrund-Speichermulden der benachbarten Ladungsübertragungsleitungen zusammenzukoppeln. Da diese Gates selbst nicht als Speichermulden dienen, können sie sehr kompakt ausgebildet werden, so daß sie sehr wenig Raum zwischen den benachbarten Ladungsübertragungsleitungen in Anspruch nehmen.

Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird die abgezogene Hintergrundladung mittels der an die Taktelektroden angelegten Taktspannungen entlang den Ladungsübertragungsleitungen abgeführt, bevor die Restsignalladung entlang diesen Leitungen übertragen wird. In diesem Fall kann die Hintergrundladung in derselben Richtung wie die Restsignalladung abgeführt werden. Alternativ hierzu kann sie in entgegengesetzter Richtung, zu dem der Transportrichtung für die Restsignalladung entgegengesetzten Ende der Leitungen abgeführt werden, und an diesem entgegengesetzten Ende jeder der parallelen Ladungsübertragungslinien kann ein Drain mit Gate angeordnet werden.

Die Hintergrundladung kann auch über die Strahlungsdetektorelemente abgeleitet werden, indem die an den Strahlungsdetektorelementen und den die Eingangsgates bildenden Elektroden anliegenden Spannungen geschaltet werden. Eine derartige Anordnung ist in unserer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (unsere Referenz: PHB 32901), die ebenfalls den Titel "Infrarot-Bildsensor- Anordnungen" trägt, beschrieben. Diese besonders vorteilhafte Art der Ladungsableitung erfordert kein zusätzliches an jeder Eingangsstelle in das Signalverarbeitungssubstrat integriertes Schaltelement, wobei die Hintergrundladung an jeder Eingangsstelle trotzdem abgeführt wird, so daß die Hintergrundableitung in kürzerer Zeit erfolgen kann als bei der Ableitung über die Ladungsübertragungsleitungen.

Um eine große Ladungskapazität für die Hintergrund-Speichermulden zu erhalten, wird die Hintergrund-Speicherelektrode für jeden Eingangsanschluß vorzugsweise von zumindest einem Teil von mindestens zwei Taktelektroden gebildet. In diesem Fall kann es erforderlich sein, die Restsignal-Speichermulde entweder unter einer Signalspeicherelektrode auszubilden, die auf einer Seite von zumindest einem Teil einer Taktelektrode liegt, oder unter einem separat taktbaren Teil einer Taktelektrode. So kann eine Taktelektrode in drei separat taktbare Teile unterteilt werden, von denen (während des Ladungs-Skimming) der erste Teil Bestandteil der Hintergrund-Speicherelektrode ist, der zweite Teil das Schwellengate ausbildet, und der dritte Teile eine Signalspeicherelektrode darstellt, unter der die Restsignal-Speichermulde gebildet werden kann. Nach Abschluß des Ladungs-Skimming können die drei Teile der Elektrode auf die gleiche Spannung getaktet werden, so daß sie sich während des Ladungstransportes wie eine einzige Elektrode verhalten.

Es besteht auch die Möglichkeit, die Hintergrund- Speichermulde unter einer Taktelektrode und die Restsignal- Speichermulde unter einer anderen Taktelektrode auszubilden und eine Zwischen-Taktelektrode der Ladungsübertragungsleitung als Schwellengate zu verwenden. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine komplizierte Taktelektrodenstruktur für die parallelen Ladungsübertragungsleitungen vermieden werden kann.

Die Signalverarbeitungsschaltung mit den parallelen Ladungsübertragungsleitungen kann in einem separaten Substrat (z. B. aus Silizium) untergebracht werden, an dem die Strahlungsdetektorelemente (z. B. aus Cadmium- Quecksilber-Tellurid) in dem Bereich, der die parallelen Ladungsübertragungsleitungen enthält, befestigt sind, wobei das Substrat eine Matrix von Eingangsanschlüssen hat, die der Matrix der Strahlungsdetektorelemente entspricht und die die Detektorelemente an jeder der genannten Stellen mit den Eingangsgates verbindet. In diesem Fall kann eine besonders kompakte Geometrie erreicht werden, insbesondere wenn an jeder der Eingangsanschlußstellen eine der Taktelektroden auf einer Seite eine Aussparung hat und der Eingangsanschluß und das Eingangsgate in dieser Aussparung angeordnet sind.

Ausführungsformen der Erfindung sollen jetzt beispielhaft anhand der Schemazeichnungen beschrieben werden, wobei

Bild 1 ein Teilquerschnitt und eine teilweise perspektivische Ansicht eines Teils eines Infrarot-Bildsensors einer erfindungsgemäßen Anordnung ist,

Bild 2 eine schematische Darstellung einer derartigen erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist,

Bild 3a ein vereinfachter schematischer Querschnitt durch eine der parallelen CCD-Leitungen der Sensoranordnung nach Bild 2 ist, die zusätzlich das Potentialmuldenprofil während der Ladungsintegration und des Hintergrundabzugs zeigt,

die Bilder 3b bis 3e Potentialmuldenprofile im Querschnitt nach Bild 3a in aufeinanderfolgenden Phasen des Betriebsablaufs zeigen,

Bild 4 eine Draufsicht eines Teils einer der parallelen CCD-Leitungen einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit seitlich angeordneter Restsignal-Speichermulde ist und zusätzlich die Phase der Signalladungsintegration und des Hintergrundabzugs in Funktion darstellt,

Bild 5 eine Draufsicht eines Teils einer der parallelen CCD-Leitungen einer anderen erfindungsgemäßen Sensoranordnung ist, bei der die Restsignal-Speichermulde durch einen separat taktbaren Teil einer der Taktelektroden der CCD-Leitungen gebildet wird, und zusätzlich die Phase der Signalladungsintegration und des Hintergrundabzugs in Funktion darstellt,

Bild 6 eine Draufsicht eines Teils von Bild 5 ist, wobei jedoch das Takten der Ladung entlang der CCD- Leitung dargestellt wird, und

Bild 7 eine Draufsicht eines Teils von zwei benachbarten parallelen CCD-Leitungen ist, die Zwischen- Transfergates zur Ableitung der Hintergrundladung quer zu den parallelen CCD-Leitungen besitzen.

Es ist anzumerken, daß sämtliche Bilder nur schematisch und nicht maßstabsgetreu sind, und daß die Abmessungen einiger Teile aus Gründen der Klarheit sowie aus zeichentechnischen Gründen stark übertrieben dargestellt sind. Die für eine Ausführungsform verwendeten Referenzbezeichnungen werden im allgemeinen auch für die Bezeichnung entsprechender oder ähnlicher Teile bei anderen Ausführungsformen verwendet.

Die Infrarot-Bildsensor-Anordnungen nach Bild 1 und 2 umfaßt eine Matrix von Infrarotstrahlungs-Detektorelementen 10, in der durch auftreffende Infrarotstrahlung 25 Ladungssignale erzeugt werden, sowie ein Substrat 1 mit einer Signalverarbeitungsschaltung, die ein für das auf die Matrix auftreffende Strahlungsbild 25 repräsentatives Ausgangssignal liefert. Diese Substratschaltung enthält parallele Ladungsübertragungsleitungen 30, von denen jede eine Reihe Taktelektroden 31 bis 34 besitzt, die in Gruppen a bis z (in Bild 2) als ladungsgekoppeltes Bauelement (z. B. Gruppen von vier Elektroden für ein Vierphasen-CCD) angeordnet sind, um einen Ladungstransport entlang der Leitung durch Anlegen von Taktspannungen (z. B. Φ(1), Φ(2), Φ(3) und Φ(4) für ein Vierphasen-CCD) an diese Taktelektroden zu ermöglichen. Der Querschnitt nach Bild 1 verläuft über die Breite zweier vollständiger Leitungen 30 und eines Teils einer Leitung 30; diese Leitungen verlaufen parallel zueinander in Perspektivrichtung der Zeichnung nach Bild 1. In diesem Querschnitt durch die Leitungen 30 sind nur zwei der Taktelektroden gezeigt, nämlich die Elektroden 32 und 33. Bei der Anordnung nach Bild 7 wäre in Bild 1 nur die Taktelektrode 32 zu sehen.

Die Strahlungsdetektorelemente 10 sind am Schaltkreissubstrat 1 in dem Bereich befestigt, der die parallelen Ladungsübertragungsleitungen 30 enthält. An Stellen, die zu einzelnen Gruppen a bis z dieser Taktelektroden 31 bis 34 gehören und in bestimmten Abständen entlang den Ladungsübertragungsleitungen 30 (d. h. in Perspektivrichtung der Zeichnung nach Bild 1) liegen, befindet sich eine Matrix von Eingangsanschlüssen 2, 3, die der Matrix von Detektorelementen 10 entspricht. Die Detektorelemente 10 sind über diese Eingangsanschlüsse 2, 3 und Eingangsgates 61 an die Ladungsübertragungsleitungen 30 angeschlossen. Der Querschnitt nach Bild 1 verläuft durch zwei dieser Eingangsanschlüsse 2, 3, die - wie in der Zeichnung dargestellt - eine Metallelektrode 3 besitzen, die mit einem hochdotierten (N+) Halbleiterkontaktgebiet 2 in Kontakt steht.

Abgesehen von der zugehörigen Signalverarbeitungsschaltung von Substrat 1, die - wie später beschrieben - so aufgebaut und organisiert ist, daß eine erfindungsgemäße Sensoranordnung entsteht, ist der in Bild 1 dargestellte Sensoraufbau ähnlich dem in der veröffentlichten britischen Patentanmeldung GB-A 20 95 905 (unsere Referenz: PHB 32 767) beschriebenen ähnlich. So sind die Detektorelemente 10 Photodioden, die in einem gemeinsamen Körper 11 von infrarotempfindlichem Material, z. B. Cadmium-Quecksilber-Tellurid, ausgebildet sind. Die Hauptmasse 14 des Körpers 11 ist von einem Leitfähigkeitstyp, und jedes Detektorelement 10 besitzt ein Gebiet 13 des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, das mit der Hauptmasse 14 einen p-n-Übergang 12 zum Erfassen der durch die Infrarotstrahlungs 25 im infrarotempfindlichen Material erzeugten Ladungsträger bildet. Die Materialzusammensetzung kann so gewählt werden, daß sie auf Strahlung 25 z. B. im Wellenbereich von 8 bis 14 Mikrometer oder im Wellenbereich von 3 bis 5 Mikrometer reagiert. Diese Infrarot-Detektordioden 10 haben eine Elektrodenmetallisierung 23 und 24, die die Gebiete 13 beziehungsweise die Hauptmasse 14 kontaktiert. Passivierende Isolierschichten 16 und 17 befinden sich auf den gegenüberliegenden Hauptflächen des Detektorelementkörpers 11.

Der Detektorelementkörper 11 ist am Schaltkreissubstrat 1, das typischerweise aus monokristallinem Silizium besteht, mit einer Schicht elektrisch isolierenden Klebstoffs 18 befestigt. Eine Matrix von Öffnungen 20 verläuft durch die gesamte Dicke des Körpers 11 sowie durch die Klebstoffschicht bis zu den Eingangsanschlußelektroden 3, die an der oberen Hauptfläche des Substrats 1 freiliegen. Jede der Öffnungen 20 gehört zu einer Detektordiode 10, und der Mittenabstand dieser Öffnungen 20 in der Anordnung nach Bild 1 kann z. B. 50 Mikrometer betragen. Die Detektordiodengebiete 13 verlaufen durch die Dicke des Körpers 11 an den Seitenwandungen der Öffnungen 20 und sind durch die in diesen Öffnungen 20 vorhandene Metallisierung 23 mit den Eingangsanschlußelektroden 3 der parallelen CCD-Leitungen 30 des Substrats 1 elektrisch verbunden. Die Metallisierung 24 kann mit der Hauptmasse 14 an allen äußeren Seitenwandungen des Körpers 11 in Kontakt stehen und über diese Seitenwandungen hinausgehen, um die an der oberen Hauptfläche des Substrats 1 freiliegende Metallisierungsbahn 4 zu kontaktieren. Die Bahn 4 stellt einen gemeinsamen Anschluß für sämtliche Detektordioden 10 der Matrix dar und ist an eine konstante Spannungsquelle 50 angeschlossen, oder kann statt dessen an einen Spannungsimpulsgeber 50 angeschlossen sein, dessen Funktion nachstehend beschrieben wird. Für weitere Einzelheiten der Konstruktion und des Herstellungsverfahrens, die für die Anordnung nach Bild 1 in Frage kommen, wird auf die genannte veröffentlichte britische Patentanmeldung GB-A 20 95 905 verwiesen.

Wie in Bild 2 dargestellt, besitzt die Signalverarbeitungsschaltung im Substrat 1 ein Parallel-Serien-CCD- Format, bei dem die parallelen CCD-Leitungen 30 den Zeilen der Detektorelement-Matrix entsprechen und bei dem die von diesen Zeilen kommenden Ladungssignale ein weiteres ladungsgekoppeltes Bauelement 40 parallel ansteuern, das ein serielles Ausgangssignal O/P jeder Spalte nacheinander liefert. Bei einer Matrix von 32 ×32 Detektordioden 10 gibt es 32 parallele CCD-Leitungen 30 und 32 Gruppen a bis z der Taktelektroden 31 bis 34 entlang jeder CCD-Leitung 30. Ebenso gibt es 32 Eingangsanschlüsse 2, 3 von den Detektordioden 10, die in bestimmten Abständen entlang jeder Leitung 30 liegen. Aus Gründen der Klarheit und der einfachen zeichnerischen Darstellung zeigt Bild 2 nur einige der Detektordioden 10, Gruppen a bis z, und der Eingangsanschlüsse 2, 3, und stellt außerdem nicht die volle Ausdehnung der Taktelektroden 31 bis 34 über die volle Breite der CCD-Leitungen 30 dar.

Die Ladung wird entlang den Ladungsübertragungsleitungen 30 durch Vierphasen-CCD-Betrieb im Takt verschoben, wobei die Taktspannungen Φ(1), Φ(2), Φ(3) und Φ(4) von einem Impulsgeber 51 an die Taktelektroden 31 bis 34 angelegt werden. Die entlang den Leitungen 30 verschobene Ladung wird in eine Potentialmulde unter der Taktelektrode 42 der Serienausgangs-CCD-Leitung 40 eingeleitet. Diese CCD-Leitung 40 kann ebenfalls vom Vierphasentyp sein, und die Ladung wird im Takt entlang dieser Leitung durch die Taktspannungen Φ(1)′, Φ(2)′, Φ(3)′ und Φ(4)′, die von einem Impulsgeber 52 an die zugehörigen Taktelektroden 41 bis 44 angelegt werden, verschoben. Das Ausgangssignal kann in bekannter Weise mittels eines Ausgangs-Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate 48 erfaßt werden, der von der End-Taktelektrode 44 durch ein an einem Impulsgeber 53 angeschlossenes Ausgangsgate 45 getrennt ist. Nach Lesen des Ausgangssignals mit dem Transistor 48 wird das Ausgangssignal in bekannter Weise über einen weiteren Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate 49, der an einen Impulsgeber 54 angeschlossen ist, zurückgesetzt. Die Ladung kann direkt vom Bereich unter der letzten Taktelektrode 34 jeder Leitung 30 zum Bereich unter den Eingangs-Taktelektroden 42 der Leitung 40 übertragen werden, oder dieser Ladungstransport kann in bekannter Weise durch Takten über einen Zwischenpuffer mit einem Eingangsgate und einem Ausgangsgate gesteuert werden. Sämtliche Impulsgeber (50), 51, 52, 53 und 54 sowie die Transistoren 48 und 49 können im Substrat 1 mittels bekannter Technologie ausgebildet werden, wobei die Impulsgeber in peripheren Bereichen des Substrates 1 außerhalb des Bereichs, in dem die Ladungsübertragungsleitungen 30 und 40 liegen, angeordnet werden.

Die Ladungsübertragungsleitungen 30 und 40 können als Oberflächenkanal-CCD ausgebildet werden. Vorzugsweise werden die Leitungen 30 und 40 jedoch als CCD mit Kanal im Materialinneren oder sogenannte "bulk channel"-CCD ausgebildet, um eine größere Ladungsübertragungseffizienz, Geschwindigkeit und Ladungstransportkapazität zu erreichen. Bild 1 stellt ein derartiges Element mit Kanal im Materialinneren dar, bei dem die Ladungsübertragungsleitung ein völlig verarmtes n-Kanalgebiet 26 besitzt, in dem die Potentialmulden unter den Taktelektroden 31 bis 34 ausgebildet werden. Das n-Kanalgebiet 26 liegt in einem niedrigdotierten p-Siliziumsubstrat. Die Konfiguration des n-Kanalgebiets 26 im Substrat 1 entspricht dem Parallel-Serien-Format der Leitungen 30 und 40. Ein höherdotiertes Isolationsgebiet des p-Leitfähigkeitstyps erstreckt sich um die Peripherie dieses n-Gebietes 26 im p-Substrat. Die Taktelektroden 31 bis 34 und 41 bis 44 sowie weitere Elektroden, die Gates und Speicherelektroden bilden, werden typischerweise aus dotiertem polykristallinem Silizium gebildet und von der Siliziumsubstrat-Oberfläche durch eine isolierende dielektrische Schicht, typischerweise aus Siliziumdioxid, isoliert. Diese Elektroden sind voneinander getrennt und größtenteils auch mit elektrisch isolierendem Material wie z. B. Siliziumdioxid bedeckt. Das elektrisch isolierende Material auf der Siliziumsubstrat-Oberfläche ist in Bild 1 mit der Referenzziffer 5 bezeichnet. Im allgemeinen ist es erwünscht, daß sich benachbarte Taktelektroden der CCD-Leitungen leicht überlappen, und dies kann auf konventionelle Weise erreicht werden, indem jede zweite Elektrode (z. B. die Elektroden 31, 33 und 42, 44) in einem zweiten Aufbringungsschritt ausgebildet werden, nachdem auf den vorher aufgebrachten anderen Taktelektroden (z. B. den Elektroden 32, 34 und 41, 43) eine Isolierschicht gebildet wurde. Diese Überlappung ist aus Gründen der Klarheit in den Zeichnungen nicht dargestellt.

In der Sensoranordnung nach Bild 1 und 2 wird nicht das gesamte an den Eingangsanschlüssen 2, 3 von den Detektordioden 10 entwickelte Ladungssignal entlang den parallelen CCD-Leitungen 30 übertragen. Daher enthält das von den Detektordioden 10 kommende Ladungssignal infolge Dunkel-Leckstroms in den Detektordioden sowie eines niedrigen thermischen Kontrasts in der betrachteten Szene einen hohen Hintergrundladungspegel. Zumindest ein bedeutender Teil dieser Hintergrundladung wird an jedem Eingangsanschluß mittels einer erfindungsgemäßen Hintergrund-Abzugsschaltung abgezogen. Spezielle Beispiele bestimmter Anordnungen zur Realisierung des Hintergrundabzugs gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Eingangsgate 61, einer Hintergrund-Speicherelektrode 62, einem Schwellengate 63 sowie einer Restsignal- Speicherelektrode 64 sind in Bild 4, den Bildern 5 und 6 sowie Bild 7 dargestellt. Die allgemeinen Prinzipien und der Funktionsablauf dieses Hintergrundabzugs werden jedoch zuerst anhand der Bilder 3a bis 3e beschrieben. Aus Gründen der Klarheit in der Zeichnung ist die Anordnung des Schwellengates 63 und der Restsignal- Speicherelektrode 64 an jeder zu den einzelnen Elektrodengruppen a bis z gehörenden Eingangsanschlußstelle in Bild 2 nicht wiedergegeben. Weiterhin, wie später anhand von Bild 7 beschrieben wird, müssen kein separates Gate 63, keine separate Elektrode 64 und kein separater Impulsgeber 57 vorhanden sein.

Bild 3a ist ein vereinfachter schematischer Querschnitt durch eine der parallelen CCD-Leitungen 30, die einen Eingangsanschluß 2, 3 an einer Stelle entlang der Leitung 30 zeigt, sowie weiterhin eine Hintergrund-Speicherelektrode 62, ein Eingangsgate 61 zwischen dem Eingangsanschluß 2, 3 und der Hintergrund-Speicherelektrode 62, sowie ein Schwellengate 63 zwischen der Hintergrund-Speicherelektrode 62 und einer Signalspeicherelektrode 64. Der Pfeil 75 stellt das Sammeln und die Integration des von der Detektordiode 10 kommenden Ladungssignals an dieser Stelle dar. Während dieser Phase wird die Vorspannung der Detektordiode 10 durch die am gemeinsamen Anschluß 4 und dem Eingangsgate 61 anliegenden Spannungen auf null gehalten; bei einem typischen Beispiel der CCD-Anordnung mit n-Kanal im Materialinneren nach Bild 1 kann der Detektordiodenanschluß 4 durch die konstante Spannungsquelle 50 oder den Ruhespannungspegel des Impulsgebers 50 auf rund+5 V gehalten werden, und an das Eingangsgate 61 wird vom Geber 56 zur Berücksichtigung der Schwellenspannung des Gates 61 ein höherer Spannungspegel (zum Beispiel rund +8 V) angelegt. Der durch die Strahlung erzeugte Photostrom fließt dann, wie durch Pfeil 75 dargestellt, über den Eingangsanschluß 2, 3 zu den Speichermulden.

Die Hintergrund-Speicherelektrode 62 und das Schwellengate 63 dienen zum Abzug eines gegebenen Hintergrundpegels vom Ladungssignal am Eingangsanschluß 2, 3, so daß nur der nach dem Abzug verbleibende Teil des Ladungssignals übertragen wird. Dieser Abzug ist auch als Ladungssignal-Skimming bekannt. Die abgezogene Hintergrundladung wird während des Skimming in einer Potentialmulde 72 unter der Hintergrund-Speicherelektrode 62 gehalten, während die vom Hintergrund "abgeschöpfte" ("skimmed") Restsignalladung in einer Potentialmulde 74 unter der Restsignal-Speicherelektrode 64 gesammelt wird. In Bild 3a stellt der Pfeil 76 das Ladungs- Skimming dar. Die Ladungspegel in der Hintergrund- Speichermulde 72 und der Restsignal-Speichermulde 74 sind durch die Linien 77 bzw. 78 wiedergegeben.

Erfindungsgemäß wird die Hintergrund-Speicherelektrode 62 an jeder Eingangsanschlußstelle entlang der parallelen CCD-Leitungen 30 von zumindest einem Teil von mindestens einer der Taktelektroden 32, 33, 34 der zugehörigen Ladungsübertragungsleitung 30 gebildet, wie in Bild 3a dargestellt. Die Tiefe der Hintergrund-Speichermulde 72 unter der mindestens einen Taktelektrode 32, 33, 34 wird durch die an diese Elektrode vom Impulsgeber 51 angelegte Taktspannung Φ(2), Φ(3), Φ(4) gesteuert, so daß bei Verwendung von zwei oder mehr Taktelektroden 32, 33, 34 als Hintergrund-Speicherelektrode ihre Spannungen Φ(2), Φ(3), Φ(4) während der Phase der Hintergrundspeicherung und des Skimming zusammen getaktet werden, so daß unter diesen zwei oder mehr Elektroden 32, 33, 34 eine gemeinsame Potentialmulde 72 entsteht. Die Hintergrund- Speichermulde 72 unter der mindestens einen Taktelektrode 32, 33, 34 ist durch das Eingangsgate 61 an den Eingangsanschluß 2, 3 und an die Restsignal-Speichermulde 74 durch das Schwellengate 73 gekoppelt. Obwohl in Bild 3a nicht dargestellt, können das Schwellengate 63 und die Restsignal-Speicherelektrode 64 ebenfalls von zumindest einem separat taktbaren Teil von mindestens einer Taktelektrode (32, 33, 34) der CCD-Leitung 30 gebildet werden, wie später genauer beschrieben wird.

Während der in Bild 3a dargestellten Phase der Ladungs- Integration und des Skimming ermöglicht das an das Eingangsgate 61 von einem Impulsgeber 56 (siehe Bild 2) angelegte Potential, daß von der Strahlungsdetektordiode 10 injizierte Ladungsträger, wie durch Pfeil 75 angedeutet, zur Hintergrund-Speichermulde 72 fließen. Die in dieser Mulde 72 gehaltene Ladungsmenge (und damit der vom Ladungssignal abgezogene Hintergrundpegel 77) wird von der an die Taktelektrode(n) 32, 33, 34, die die Hintergrund-Speicherelektrode 72 bilden, angelegten Taktspannung Φ(2), Φ(3), Φ(4) sowie durch die Potentialbarriere, die zwischen den Mulden 72 und 74 durch die von einem Impulsgeber (57 in Bild 2) an das Schwellengate 63 angelegte Spannung gebildet wird, bestimmt. Ein Spannungsimpuls wird auch an die Elektrode 64 angelegt, um die Tiefe der Speichermulde 74 für das "abgeschöpfte" Ladungssignal 78 zu steuern. Benachbarte Hintergrund-Speichermulden 72 entlang den CCD-Leitungen 30 sind durch Potentialbarrieren voneinander getrennt, die sich unter mindestens einer Taktelektrode (31 im gegebenen Beispiel) jeder Gruppe durch den an diese Elektrode 31 vom Impulsgeber 51 während dieser Phase des Funktionsablaufs angelegten Spannungspegel Φ(1) ausbilden.

Am Ende der Ladungssignal-Integrationsphase wird die an das Schwellengate 63 vom zugehörigen Impulsgeber (57) angelegte Spannung zur Erhöhung der darunterliegenden Potentialbarriere herabgesetzt, so daß die Ladung 78 in der Mulde 74 von der abgezogenen Hintergrundladung 77 in der Mulde 72 getrennt wird, wie in Bild 3b dargestellt. Die abgezogene Hintergrundladung 77 wird dann von der CCD-Leitung 30 weggeleitet, bevor die Restsignalladung 78 entlang der CCD-Leitung 30 transportiert wird. Dies kann durch Erhöhung den Taktelektroden 31 anliegenden Spannungspegels Φ(1) geschehen, so daß die Hintergrund-Speichermulden 72 zu einer einzigen Mulde entlang jeder CCD-Leitung 30 vereint werden; entlang der CCD-Leitung kann die Hintergrundladung zu einem Drain diffundieren. Alternativ hierzu können unterschiedliche Taktspannungspegel Φ(1) bis Φ(4) an die Elektroden 31 bis 34 angelegt werden, um die abgezogene Hintergrundladung 77 entlang den Leitungen 30 durch CCD-Wirkung im Takt zu verschieben. Diese Art der Ableitung kann nicht verwendet werden, wenn die getrennte Signalspeichermulde 74 den Übertragungsweg entlang der Leitung 30 unterbricht; eine derartige Unterbrechung tritt auf, wenn eine der Taktelektroden 31, 33, 34 die Restsignal- Speicherelektrode 64 bildet; ein Beispiel hierfür zeigt Bild 7, wo eine andere Art der Ableitung verwendet wird. Wird die Hintergrundladung entlang den Leitungen 30 abgeführt, kann sie zur Serienausgangs-CCD- Leitung 40 transportiert werden. Sie kann jedoch auch in entgegengesetzter Richtung abgeführt werden; zu diesem Zweck kann im Kanalgebiet 26 am Ende jeder Leitung 30, fernab von der Leitung 40, ein hochdotiertes n-leitendes Ableitungsgebiet, das an eine hohe positive Vorspannung angeschlossen ist, geschaffen werden, wobei zwischen diesem Ableitungsgebiet und der ersten Taktelektrode 31 der CCD-Leitungen 30 ein an einen Impulsgeber angeschlossenes Ausgangsgate vorhanden ist. Die Hintergrundladung 77 kann jedoch von den CCD-Leitungen 30 beim Aufbau nach Bild 2 in anderer Weise abgeleitet werden, z. B. quer zu den CCD-Leitungen 30, wie in Bild 7 dargestellt.

Bild 3c zeigt eine besonders vorteilhafte Art der Ableitung der abgezogenen Hintergrundladung 77, wie in der genannten, gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung beschrieben. In diesem Fall geschieht die Ableitung durch Takten des an den gemeinsamen elektrischen Anschluß 4 der Strahlungsdetektordioden 10 anliegenden Spannungspegels durch den Impulsgeber 50. Ebenso wird der am Eingangsgate 61 anliegende Spannungspegel durch den Impulsgeber 56 getaktet. Der Anschluß 4 wird von seinem Ruhepotentialpegel auf einen hohen Wert mit dem der abzuleitenden Ladung 77 entgegengesetzten Vorzeichen getaktet, so daß die Dioden 10 in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind; so wird bei einem typischen Beispiel des Elements mit Kanal im Materialinneren (buried-channel device) nach Bild 1, wo die Ladungsträger 77 Elektronen sind, der Anschluß 4 auf ein hohes positives Potential, z. B. +10 V, geschaltet. Ebenso wird das Eingangsgate 61 auf ein hohes Potential getaktet. Das in Bild 3c durch Pfeil 79 dargestellte Ergebnis ist, daß die abgezogene Ladung 77 dann von der Hintergrund-Speichermulde 72 über den Eingangsanschluß 2, 3, die zugehörige in Vorwärtsrichtung vorgespannte Detektordiode 10 und den gemeinsamen Detektordiodenanschluß 4 zum Impulsgeber 50 fließt. Die Spannungspegel des Anschlusses 4 und des Eingangsgates 61 werden dann herabgesetzt, wobei der Anschluß 4 auf seinem Ruhewert (+5 V im oben gegebenen Beispiel) getaktet wird.

Nach Abführen der Hintergrundladung 77 von den CCD-Leitungen 30 kann die Restsignalladung 78 jetzt entlang den CCD-Leitungen 30 zur Serienausgangs-CCD-Leitung 40 getaktet werden. Hierfür wird die vom Geber 56 an das Eingangsgate 61 angelegte Spannung so gewählt, daß der Eingangsanschluß 2, 3 von der CCD-Leitung 30 getrennt wird, und an die Taktelektroden 31 bis 34 werden dann vom Impulsgeber 51 getrennte Spannungspegel angelegt. Bild 3d stellt die Situation dar, bei der unter einer Taktelektrode (z. B. 34) jeder Gruppe eine Potentialmulde 71 gebildet wird, wobei diese Potentialmulden 71 entlang den CCD-Leitungen 30 durch Potentialbarrieren, die unter den anderen Taktelektroden (z. B. 31 bis 33) gebildet werden, voneinander getrennt werden. Das Schwellengate 63 wird sodann geöffnet, und die Potentialmulde 74 unter der Elektrode 64 wird durch die daran (z. B. vom Impulsgeber 57) angelegten Spannungen reduziert, so daß die Restsignalladung 78 in diese Mulde 71 fließt. Mittels der an die Elektroden 31 bis 34 angelegten Taktspannung Φ(1), Φ(2), Φ(3), Φ(4) wird dieses Ladungspaket 78 dann zu einer Mulde unter der nächsten Taktelektrode (z. B. Elektrode 31) transportiert und so nach und nach durch normalen Vierphasen-CCD-Betrieb entlang der CCD-Leitung 30 bis zur Serienausgangsleitung 40 verschoben.

Bild 4 zeigt ein mögliches Layout der Elektroden 31 bis 34 an jeder Eingangsanschlußstelle. Bei diesem Beispiel bilden die Taktelektroden 32, 33 und 34 alle zusammen die Hintergrund-Speicherelektrode 62, und der Eingangsanschluß 2, 3 und das Eingangsgate 61 sind in einer Aussparung auf einer Seite der Taktelektrode 33 angeordnet. Weiterhin werden bei diesem Beispiel die Restsignal-Speicherelektrode 63 und das Schwellengate 64 durch Elektroden gebildet, die auf einer Seite der Taktelektrode 34 liegen. Obwohl aus Gründen der klaren zeichnerischen Darstellung in Bild 4 nicht gezeigt, ist zwischen dem Eingangsanschlußgebiet 2 und dem Eingangsgate 61, zwischen dem Eingangsgate 61 und der Taktelektrode 33, zwischen den Taktelektroden 33 und 34, 34 und 31, 31 und 32 bzw. 32 und 33, zwischen der Taktelektrode 34 und dem Schwellengate 64 sowie zwischen dem Schwellengate 64 und der Signalspeicherelektrode 63 im allgemeinen eine leichte Überlappung vorhanden. Während der Ladungsintegration und des Hintergrundabzugs wird in Potentialmulden unter den in Bild 4 schraffiert dargestellten Elektroden Ladung gesammelt, und zwar die Hintergrundladung 77 unter den Elektroden 32, 33 und 34 und die "abgeschöpfte" Signalladung 78 unter der Elektrode 64.

Bild 5 stellt eine Modifikation der Anordnung nach Bild 4 dar und zeigt ein weiteres mögliches Layout der Elektroden 31 bis 34 an jeder Eingangsanschlußstelle. Bei diesem Beispiel ist die Taktelektrode 34 in drei getrennt taktbare Teile unterteilt, wobei der Haupt-Teil 34a Bestandteil der Hintergrund-Speicherelektrode 62 (zusammen mit dem Elektroden 32 und 33) ist, der zweite Teil 34b das Schwellengate 63 und der dritte Teil 34c die Speicherelektrode 64 für das abgezogene Signal bildet. Während der in Bild 5 dargestellten Phase der Ladungsintegration und des Hintergrundabzugs werden an diese drei Teile 34a, 34b und 34c von den Gebern 51 und 57 entsprechend ihrer Hintergrundabzugsfunktion unterschiedliche Spannungspegel angelegt. Die Hintergrundladung 77 wird jetzt unter den schraffiert dargestellten Elektroden 32, 33 und 34a gesammelt, und die "abgeschöpfte" Signalladung 78 wird unter dem schraffiert gezeichneten Elektrodenteil 34c gesammelt. Neben den in Zusammenhang mit dem Layout nach Bild 4 erwähnten Überlappungen ist im allgemeinen auch eine Überlappung zwischen den Elektrodenteilen 34a und 34b und den Elektrodenteilen 34b und 34c vorhanden.

Nach Abführen der Hintergrundladung 77 von den CCD-Leitungen 30 wird die "abgeschöpfte" Signalladung 78 durch normalen Vierphasen-CCD-Betrieb entlang den Leitungen 30 im Takt verschoben. Bild 6 zeigt die Anfangsphase, in der die "abgeschöpfte" Signalladung 78 in einer Potentialmulde unter den schraffiert gezeichneten Elektrodenteilen 34a, 34b und 34c gehalten wird. Bei Verwendung der CCD-Leitungen für das taktweise Verschieben dieser Ladung 78 zum Ausgangs-CCD 40 werden an die Elektrodenteile 34b und 34c vom Impulsgeber 57 dieselben Taktspannungspegel Φ(4) angelegt wie vom Impulsgeber 51 an den Elektrodenteil 34a. Infolge dieser vergrößerten Fläche der Elektrode 34 kann entlang den Leitungen 30 eine höhere Ladung transportiert werden.

Bei den Anordnungen sowohl nach Bild 4 als auch nach Bild 5 und 6 kann die Hintergrundladung 77 entweder über die Detektorelemente 10 oder entlang den CCD- Leitungen 30 abgeführt werden. Bild 7 zeigt eine weitere Möglichkeit, bei der zwischen den parallelen CCD-Leitungen 30 Transfergates 90 liegen, die die Hintergrund-Speichermulden 72 benachbarter CCD-Leitungen 30 aneinander koppeln, um die Hintergrundladung quer zu den Leitungen 30 abzuführen. Die Leitungen 30 in Bild 7 sind nach wie vor Vierphasen-CCD-Leitungen, jedoch wird in diesem Beispiel nur die Taktelektrode 32 als Hintergrund-Speicherelektrode 62 verwendet. Die Taktelektrode 33 dient als Schwellengate 63 und die Taktelektrode 34 wird als Speicherelektrode 64 für das "abgeschöpfte" Signal verwendet, während die Elektrode 31 dazu dient, die Hintergrund-Speichermulde unter Elektrode 32 von der vorausgehenden Mulde für das "abgeschöpfte" Signal unter Elektrode 34 zu trennen. Alle diese Funktionen erfolgen durch die Wahl geeigneter Taktspannungspegel Φ(1), Φ(2), Φ(3) und Φ(4), die während der Phase der Ladungsintegration und des Hintergrundabzugs vom Impulsgeber 51 angelegt werden. Somit gibt es keinen separaten Impulsgeber 57.

Bei dem Layout nach Bild 7 wird die Hintergrundladung 77 in einer Potentialmulde unter der schraffiert dargestellten Elektrode 32 gehalten, während die "abgeschöpfte" Signalladung 78 unter der schraffiert dargestellten Elektrode 34 gesammelt wird. In dieser Phase sind die Hintergrund-Speichermulden unter benachbarten Elektroden 32 von benachbarten parallelen CCD-Leitungen 30 durch Potentialbarrieren voneinander getrennt, die durch geeignete Vorspannung der Transferelektroden 90 mit einem Impulsgeber 59 gebildet werden. Unter jeder Transferelektrode 90 ist im Kanalisolationsgebiet 27 (durch eine unterbrochene Umrißlinie dargestellt) eine Lücke, so daß sich das Kanalgebiet 26 in diesem Bereich unter den Elektroden 90 zwischen den benachbarten Leitungen 30 erstreckt.

Am Ende der Phase der Ladungsintegration und des Hintergrundabzugs wird die vom Geber 59 an die Transferelektroden 90 angelegte Spannung erhöht, so daß zwischen den benachbarten Hintergrund-Speichermulden benachbarter CCD-Leitungen 30 keine Potentialbarriere entsteht. Die Hintergrundladung 77 kann über die CCD-Leitungen entlang einer einzigen Potentialmulde unter den Elektroden 33 und 90 abgeführt werden, z. B. durch Diffusion in hochdotierte n-leitende Draingebiete 91, die auf ein hohes positives Potential vorgespannt sind und auf der Außenseite der äußersten parallelen CCD-Leitung 30 liegen. Gegenüber den Bildern 4 und 5 hat die Anordnung nach Bild 7 den Vorteil, daß keine zusätzlichen Elektroden 63 und 64 und kein zusätzlicher Impulsgeber 57 benötigt werden, weil die Taktelektroden 32 bis 34 für das Ladungs-Skimming und die Restsignalspeicherung (sowie die Hintergrund-Speicherung) verwendet werden. Bei der Anordnung nach Bild 7 ist nur eine kleine zusätzliche Gateelektrode 90 für die Ableitung des Hintergrunds vorhanden; so kann ein großer Teil der schraffierten Fläche für die Unterbringung der Signalspeicher- und Transferelektroden 31 bis 34 verwendet werden. Bei einer modifizierten Form des Aufbaus nach Bild 7 entfallen jedoch diese Gateelektrode 90 und die zugehörigen Lücken in der Kanalisation 27, und die abgezogene Hintergrundladung 77 wird über die Detektorelemente 10, wie anhand von Bild 3c beschrieben, abgeführt. Eine derartige modifizierte Form des Aufbaus nach Bild 7 wird in der genannten gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung anhand von Bild 5 beschrieben.

Es ist offenkundig, daß im Rahmen der Erfindung viele weitere Modifikationen möglich sind. So können die Infrarotstrahlungs- Detektordioden 10 aus Cadmium-Quecksilber- Tellurid anstelle der in Bild 1 gezeigten Form in einer Epitaxialschicht von Cadmium-Quecksilber- Tellurid auf einem Cadmium-Tellurid-Substrat ausgebildet werden, wobei ihre einzelnen Elektrodenanschlüsse 23 wie bei der in Bild 1 der bereits erwähnten Arbeit von Chow et al. dargestellten Sensoranordnung durch bump- Anschlüsse aus Indium oder einem anderen Metall gebildet werden. Es ist auch möglich, daß jede Infrarotstrahlungs- Detektordiode 10 in einem separaten Körper aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid ausgebildet wird, der auf dem Signalverarbeitungsschaltkreis-Substrat 1 befestigt ist. Diese Anordnungen sind in Bild 10 des Artikels "CCD Read-out of Infra-red Hybrid Focal-Plane Arrays", Seite 175 bis 188 der IEEE Transactions on Electron Devices, Band ED-27, Nr. 1 vom Januar 1980 dargestellt, auf die in unserer gleichzeitig eingereichten britischen Patentanmeldung 82 04 158 (unsere Referenz: PHB 32767) Bezug genommen wird. In beiden Fällen werden sämtliche Detektorelemente 10 der Matrix mit einem gemeinsamen Anschluß versehen, der mit der konstanten Spannungsquelle 50 oder dem Impulsgeber 50 verbunden ist. Für die Detektorelemente 10 können auch andere infrarotempfindliche Materialien, zum Beispiel Blei- Zinn-Tellurid und Indium-Antimonid verwendet werden.

Die Detektorelemente 10 können für den Betrieb in dem nahen Infrarot-Wellenbereichen aus Silizium gebildet werden, und die Detektorelemente 10 können sogar durch Dotierungsmitteldiffusion oder -implantation in das Signalverarbeitungssubstrat 1 an der Stelle der Gebiete 2 gebildet werden. Dieser Aufbau hat jedoch den Nachteil daß getrennte Teile des schraffierten Bereichs für die Strahlungserfassung und die Ladungsspeicherung und -übertragung verwendet werden, und ist nicht so praktisch für Infrarotdetektoren für große Wellenlängen, zum Beispiel im Wellenbad von 8 bis 14 Mikrometer.

Anstelle von CCD-Elementen können für die Ladungsübertragungsleitungen BBD-Elemente (Eimerkettenschaltungen) verwendet werden.

Claims (9)

1. Infrarot-Bildsensor-Anordnung mit einer Matrix von Infrarotstrahlungs- Detektorelementen, bei denen durch die auftreffende Infrarotstrahlung Ladungssignale erzeugt werden, und einer Signalverarbeitungsschaltung, die ein für das auf die Matrix auftreffende Strahlungsbild repräsentatives Ausgangssignal liefert, wobei diese Schaltung parallele Ladungsübertragungsleitungen enthält, die je eine Reihe von Taktelektroden besitzen, die in Gruppen angeordnet sind, um durch das Anlegen von Taktspannungen an die Taktelektroden eine Ladungsverschiebung entlang der Leitung zu ermöglichen, wobei die Strahlungsdetektorelemente an Stellen, die in bestimmten Abständen entlang diesen parallelen Ladungsübertragungsleitungen liegen und zu einzelnen Gruppen von Taktelektroden gehören, über Eingangsgates mit den Ladungsübertragungsleitungen gekoppelt sind und an jeder der genannten Stellen sich eine Hintergrund-Speicherelektrode und ein Schwellengate befinden, um einen gegebenen Hintergrundpegel vom Ladungssignal 78 an der betreffenden Stelle abzuziehen, so daß nur der nach dem Abzug verbleibende Teil des Ladungssignals übertragen wird, während die abgezogene Hintergrundladung während des Abzugs in einer Hintergrund-Speichermulde unter der Hintergrund-Speicherelektrode gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Hintergrund-Speicherelektrode an jeder Stelle von zumindest einem Teil von mindestens einer der Taktelektroden der zugehörigen parallelen Ladungsübertragungsleitung gebildet wird, und daß die Hintergrund-Speichermulde unter zumindest einer der Taktelektroden durch das Eingangsgate an das zugehörige Strahlungsdetektorelement und durch das Schwellengate an eine Restsignal-Speichermulde gekoppelt ist, wobei die abgezogene Hintergrundladung nach Sammeln der Restsignalladung in der Restsignal-Speichermulde, jedoch vor Übertragen der Restsignalladung entlang der genannten Ladungsübertragungsleitung von der Ladungsübertragungsleitung weggeführt wird.

2. Bildsensor-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den parallelen Ladungsübertragungsleitungen Transfergates angeordnet sind, die Hintergrund-Speichermulden der benachbarten Ladungsübertragungsleitungen aneinander koppeln, um die Hintergrundladung quer zu den Ladungsübertragungsleitungen abzuführen.

3. Bildsensor-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezogene Hintergrundladung mittels der an die Taktelektroden angelegten Taktspannungen vor Übertragung der Restsignalladung entlang den Ladungsübertragungsleitungen entlang diesen Leitungen abgeführt wird.

4. Bildsensor-Anordnung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hintergrund-Speicherelektrode für jedes Detektorelement von zumindest einem Teil von mindestens zwei Taktelektroden gebildet wird, unter denen sich durch die Taktspannungen die Hintergrund-Speichermulde ausbildet.

5. Bildsensor-Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Taktelektroden in drei separat taktbare Teile unterteilt ist, von denen der erste Bestandteil ein Teil der Hintergrund-Speicherelektrode ist, der zweite als Schwellengate dient und der dritte eine Signalspeicherelektrode darstellt, unter der sich die Restsignal-Speichermulde ausbildet.

6. Bildsensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Restsignal-Speichermulde unter einer Signalspeicherelektrode befindet, die auf einer Seite von zumindest einem Teil einer der Taktelektroden angeordnet ist.

7. Bildsensor-Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Signalverarbeitungsschaltung einschließlich der parallelen Ladungsübertragungsleitungen in einem Substrat befindet, auf dem die Strahlungsdetektorelemente in dem Bereich angebracht sind, der die genannten parallelen Ladungsübertragungsleitungen enthält, wobei das Substrat eine Matrix von Eingangsanschlüssen hat, die der Matrix der Strahlungsdetektorelemente entspricht und die Detektorelemente mit den Eingangsgates an jeder der genannten Stellen verbindet.

8. Bildsensor-Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder der genannten Stellen eine der Taktelektroden auf einer Seite eine Aussparung hat und der Eingangsanschluß und das Eingangsgate in dieser Aussparung angeordnet sind.

9. Bildsensor-Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsdetektorelemente Photodioden aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid sind.