DE3327075C1 - Infrarot-Bildsensor-Anordnungen - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung sind Infrarot-Bildsensor-Anordnungen, die eine Vielzahl von Infrarot-Detektorelementen (zum Beispiel aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid) sowie eine Signalverarbeitungsschaltung (zum Beispiel auf einem Silizium-Schaltkreissubstrat) umfassen, die ein für das auf die Detektorelemente auftreffenden 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, Seite 12 bis 17 der Protokolle zum Technischen Symposium 1981 der SPIE (Society of Photo-optical Instrumentation Engineers) in Los Angeles beschreibt eine Infrarot-Bildsensor-Anordnung mit einer Vielzahl von Infrarot-Detektorelementen, in denen durch die auftreffende Infrarotstrahlung Ladungssignale erzeugt werden, sowie eine Signalverarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der von den Detektorelementen kommenden Ladungssignale zur Erzielung eines Ausgangssignals, das dem auf die Detektorelemente auftreffenden Strahlungsbild entspricht. Diese Schaltung enthält mindestens eine Ladungsübertragungsleitung, mit der die Strahlungsdetektorelemente über Eingangsanschlüsse verbunden sind. Jedes Strahlungsdetektorelement ist zwischen den Eingangsanschluß der Ladungsübertragungsleitung und einen zweiten elektrischen Anschluß der genannten Vielzahl von Detektorelementen elektrisch geschaltet. An jedem Eingangsanschluß sind mindestens eine Speicherelektrode und ein Abzugsgate vorhanden, um mindestens einen Teil des Ladungssignals abzuziehen, so daß nur ein Teil des Ladungssignals in der Ladungsübertragungsleitung übertragen wird, und es sind Mittel vorgesehen, um die abgezogene Ladung aus einer Speichermulde unter der Speicherelektrode abzuleiten.

Diese bekannte Sensoranordnung hat eine Matrix von 32×32 photovoltaischen Detektorelementen, die in einer Schicht Cadmium-Quecksilber-Tellurid auf einem Cadmium-Tellurid-Substrat ausgebildet sind, das für die Infrarotstrahlung durchlässig ist. Das Signalverarbeitungssubstrat besteht aus Silizium und hat 32 parallele CCD-Leitungen entsprechend den 32 Zeilen der Detektorelement-Matrix. Die von den Detektorelementen ankommenden Eingangsanschlüsse befinden sich an diesen parallelen CCD-Leitungen, die mit den Ladungssignalen von den 32 Detektorelementreihen ein weiteres ladungsgekoppeltes Bauelement ansteuern, das ein serielles Ausgangssignal jeder Spalte nacheinander liefert. Der Mittenabstand der Eingangsanschlüsse (und auch der Detektorelemente) beträgt 80 Mikrometer. Der zweite elektrische Anschluß der Detektorelemente liegt an Erde.

Es ist bekannt, daß die die Nutzinformation im auftreffenden Strahlungsbild darstellende Ladung durch Ansammlung einer starken Störladung infolge Dunkel-Leckstroms in den Detektorelementen sowie hoher auf die Detektorelemente auftreffender Umgebungsstrahlung überladen werden kann. Ersteres führt dazu, daß auch bei Abwesenheit der auftreffenden Strahlung Ladung aufgebaut wird, während letzteres, insbesondere im Strahlungswellenband von 8-14 Mikrometer, auftritt, wenn die Umgebung in einer mit dem Bildsensor betrachteten Szene einen hohen Strahlungspegel liefert, so daß der Szenenkontrast niedrig ist und der Betrag des interessierenden Signals nur einen sehr kleinen Teil der gesamten auf die Matrix auftreffenden Strahlung ausmacht. Beide Arten von Störladung können als Hintergrundladung bezeichnet werden.

Die Abzugsverarbeitung der Ladungssignale in dieser Sensoranordnung dient zur Verbesserung des effektiven Dynamikbereichs des CCD.

Zwei Formen des Ladungsabzugs werden beschrieben, nämlich Ladungsteilung und Ladungs-Skimming (charge-skimming). Zu diesem Zweck gibt es zwei Abzugsgates, von denen das erste ein Teilungsgate (in Bild 3 der Arbeit von Chow et al mit P bezeichnet) und das zweite ein Schwellengate (in Bild 3 der Arbeit von Chow et al als MET bezeichnet) ist. Bei der für diese bekannte Bildsensoranordnung beschriebenen Betriebsart wird das von einem Detektorelement kommende Ladungssignal während der Integrationsdauer in einer breiten Speichermulde unter der Speicherelektrode S und dem Teilungsgate P aufgenommen. Das Teilungsgate P wird dann getaktet, um die angesammelte Ladung in zwei Pakete aufzuteilen, von denen nur das zweite, über das Schwellengate, weiterverarbeitet wird. Das erste Ladungspaket, das einen Großteil der ursprünglich aufgenommenen Ladung darstellt, wird anschließend abgeleitet. Durch Einstellen des geeigneten Schwellenwerts am Schwellengate wird ein Teil des zweiten Ladungspakets in eine Intergrationsmulde "abgeschöpft", die zu einer der Taktelektroden der parallelen CCD-Leitungen gehört; genau dieser Teil des Ladungssignals wird anschließend entlang den CCD-Leitungen verschoben. Das Ladungs-Skimming wird gelegentlich auch als "Hintergrundabzug" bezeichnet, da hierbei ein gegebener Hintergrund-Ladungspegel (bestimmt durch die Spannung des Schwellengates) vom Ladungssignal abgezogen wird. Anschließend wird das Teilungsgate P geöffnet, um das erste Paket und den abgezogenen Teil des zweiten Pakets zusammenzuführen, die dann beide zusammen über ein Drain-Gate zum Drainanschluß eines MOSFET geleitet werden.

Das Vorhandensein so vieler Eingangsschaltelemente (Speicherelektroden, Eingangs- und Abzugsgates und Drain-MOSFET) zwischen den parallelen CCD-Leitungen beschränkt den Mindest-Mittenabstand, der für die Eingangsanschlüsse und die Detektorelemente genutzt werden kann, und begrenzt die maximale Fläche (und damit die Ladungs-Speicherkapazität) der Taktelektroden der CCD-Leitungen. Bei derartigen Brennebenen-Bildsensormatrizes ist es in der Regel auch wünschenswert, die von den Detektorelementen kommende Ladung möglichst lange zu sammeln und zu integrieren, und zwar so lange, wie dies mit der Lesezeit für die CCD-Leitungen vereinbar ist. Dies erfordert eine große Ladungskapazität für die Speichermulden unter den Speicherelektroden. Es ist jedoch in der Regel nicht sinnvoll, diese Ladungskapazität durch Vergrößern der Speicherelektroden zu erhöhen, da sich dadurch der Abstand der Detektorelemente und der zugehörigen Eingangsanschlüsse vergrößert. Ein kleinerer Mittenabstand ist häufig wünschenswert, zum Beispiel ein Mittenabstand von höchstens 50 Mikrometern.

Die Erfindung betrifft eine Infrarot-Bildsensor-Anordnung, die eine Vielzahl von Infrarot-Detektorelementen, in denen Ladungssignale durch auftreffende Infrarotstrahlung erzeugt werden, sowie eine Signalverarbeitungsschaltung zur Verarbeitung der von den Detektorelementen kommenden Ladungssignale enthält, um ein dem auf die Detektorelemente auftreffenden Strahlungsbild entsprechendes Ausgangssignal zu liefern; die genannte Schaltung enthält mindestens eine Ladungsübertragungsleitung, mit der die Strahlungsdetektorelemente über Eingangsanschlüsse verbunden sind, wobei jedes Strahlungsdetektorelement zwischen den Eingangsanschluß der Ladungsübertragungsleitung und einen zweiten elektrischen Anschluß der genannten Vielzahl von Detektorelementen geschaltet ist und mindestens eine Speicherelektrode und mindestens ein Abzugsgate an jedem der Eingangsanschlüsse vorhanden ist, um zumindest einen Teil des Ladungssignals abzuziehen, so daß nur ein Teil des Ladungssignals von jedem Detektorelement über die Ladungsübertragungsleitung übertragen wird, sowie Mittel zum Ableiten der abgezogenen Ladung von einer Speichermulde unter der Speicherelektrode, dergestalt, daß die abgezogene Ladung über die Strahlungsdetektorelemente mittels einer Spannungsumschaltvorrichtung abgeleitet wird, die mit dem zweiten elektrischen Anschluß verbunden ist, um die an die Strahlungsdetektorelemente angelegte Spannung umzuschalten.

Somit kann das Potential des zweiten elektrischen Anschlusses dieser Detektorelemente auf einem Niveau gehalten werden, während das von den Detektorelementen kommende Ladungssignal integriert wird, und kann anschließend mittels der Spannungsumschaltvorrichtung auf ein anderes Niveau umgeschaltet werden, um die abgezogene Ladung an jeder Eingangsstelle abzuleiten. Eine derartige erfindungsgemäße Infrarot-Bildsensor-Anordnung gestattet das Ableiten der abgezogenen Ladung in kurzer Zeit und auf eine Art und Weise, die vergleichsweise einfach ist und keinen Drain-MOSFET oder ein sonstiges zusätzliches Schaltelement an den Eingangsanschlüssen erfordert. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einer zweidimensionalen Matrix, da der Abstand der parallelen Ladungsübertragungsleitungen, an die jeweils Strahlungsdetektorelemente über Eingangsanschlüsse angeschlossen sind, die in bestimmten Abständen an den Leitungen angeordnet sind, klein gehalten wird. Ein besonders kompakter Aufbau kann erzielt werden, wenn die Infrarot-Detektorelemente Photodioden sind, die in einem gemeinsamen Körper oder Körper-Teil eines infrarotempfindlichen Materials geformt sind, dessen Hauptteil ein mit dem zweiten elektrischen Anschluß verbundener Massebereich ist, da dieser gemeinsame Massebereich effektiv eine zusätzliche elektrische Anschlußebene für die Ladungsübertragungsleitung(en) schafft, ohne die Elektrodenstruktur der Ladungsübertragungsleitung(en) zu komplizieren. Insbesondere wenn eine vollständige Matrix derartiger Strahlungsdetektorelemente in einem gemeinsamen Körper oder Körper-Teil ausgebildet wird, können alle Detektorelemente der Matrix in einfacher Weise mit einem gemeinsamen elektrischen Anschluß versehen werden, an den die Spannungsumschaltvorrichtung angeschlossen wird. Es ist jedoch auch möglich (für die Anschlußanordnung jedoch komplizierter), die Detektorelemente einer Matrix zu einzelnen Gruppen oder Sätzen mit je einem eigenen zweiten Anschluß zusammenzufassen, so daß zum Beispiel jede Reihe von Detektorelementen in einer zweidimensionalen Matrix ihren eigenen separaten Masseanschluß und ihre eigene separate Spannungsumschaltvorrichtung haben kann.

Die Spannungsumschaltvorrichtung kann ein Spannungsimpulsgeber sein und kann zusammen mit der mindestens einen Ladungsübertragungsleitung auf einem gemeinsamen Signalverarbeitungs-Schaltkreissubstrat untergebracht sein, auf dem die Strahlungsdetektorelemente befestigt sind. Somit können die Impulsgeber für die Ladungsübertragungsleitung(en) und für die Ableitung der abgezogenen Ladung über die Strahlungsdetektorelemente zusammen in peripheren Bereichen eines gemeinsamen Substrats hergestellt werden, das die Ladungsübertragungsleitung(en) enthält. Es ist jedoch auch möglich, die Spannungsumschaltvorrichtung als separates, diskretes Bauelement außerhalb eines Vakuumgehäuses (zum Beispiel einer Dewar-Kapselung) auszulegen, das die Anordnung der Infrarot-Detektorelemente enthält.

Der Ladungsabzug bei einem erfindungsgemäßen Bildsensor kann durch Ladungs-Skimming und/oder Ladungsteilung erfolgen. Daher besteht im Falle der Ladungsteilung das Abzugsgate (oder zumindest eines der Abzugsgates), die sich an den genannten Stellen befinden, aus einem Teilungsgate, um einen vorgegebenen Teil des Ladungssignals an dieser Stelle abzuziehen. Bei Ladungs-Skimming jedoch besteht das Abzugsgate (oder zumindest eines der Abzugsgates), das sich an jeder der genannten Stellen befindet, aus einem Schwellengate, um einen gegebenen Hintergrundpegel von dem Ladungssignal an dieser Stelle abzuziehen. Im letzteren Fall kann ein besonders kompakter Aufbau erzielt werden, wenn das Schwellengate von zumindest einem Teil einer Taktelektrode der Ladungsübertragungsleitung gebildet wird. Weiterhin kann die Hintergrund-Speicherelektrode an jeder Stelle durch eine oder mehrere Taktelektroden der Ladungsübertragungsleitung gebildet werden, so daß für die Hintergrund-Speichermulde bei kompakter Geometrie eine hohe Ladungskapazität zur Verfügung steht. Dies ist besonders vorteilhaft für die Minimierung des Abstands der parallelen Ladungsübertragungsleitungen, an die in bestimmten Abständen Strahlungsdetektorelemente über Eingangsanschlüsse angeschlossen sind; eine derartige Anordnung wird in unserer gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (unsere Referenz: PHB 32 900) beschrieben, die ebenfalls den Titel "Infrarot-Bildsensor-Anordnungen" trägt.

Um eine große Ladungskapazität für die Hintergrund-Speichermulde zu erhalten, wird die Hintergrund-Speicherelektrode für jeden Eingangsanschluß vorzugsweise durch mindestens einen Teil der beiden Taktelektroden gebildet. In diesem Fall kann es erforderlich sein, die Restsignal-Speichermulde entweder unterhalb einer Signalspeicherelektrode, die auf einer Seite von zumindest einem Teil einer Taktelektrode liegt, auszubilden, oder aber unterhalb eines getrennt zu taktenden Teils einer Taktelektrode. Somit kann eine der Taktelektroden in drei getrennt zu taktende Teile unterteilt werden, wobei der erste Teil Bestandteil der Hintergrund-Speicherelektrode ist, der zweite Teil das Schwellengate und der dritte Teil eine Signalspeicherelektrode bildet, unter der die Restsignal-Speichermulde ausgebildet werden kann. Es ist jedoch auch möglich, die Hintergrund-Speichermulde unter einer Taktelektrode auszubilden, die Restsignal-Speichermulde unter einer weiteren Taktelektrode, und für das Schwellengate eine Zwischen-Taktelektrode der Ladungsübertragungsleitung zu verwenden.

Eine besonders kompakte Geometrie kann erzielt werden, wenn an jeder der Eingangsanschlußstellen eine der Taktelektroden auf einer Seite eine Aussparung besitzt und der Eingangsanschluß und ein Eingangsgate in dieser Aussparung angeordnet sind.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollen jetzt anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Schemazeichnungen beschrieben werden, wobei:

Fig. 1 einen Teilquerschnitt und eine teilperspektivische Ansicht eines Teils eines Infrarot-Bildsensors einer erfindungsgemäßen Anordnung darstellt;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer derartigen erfindungsgemäßen Sensoranordnung darstellt;

Fig. 3a einen vereinfachten schematischen Querschnitt durch einen Eingang einer der parallelen CCD-Leitungen der Sensoranordnung nach Fig. 2 darstellt, der zusätzlich das Potentialmuldenprofil während der Ladungsintegration und des Hintergrundabzugs zeigt;
die Fig. 3b bis 3e Potentialmuldenprofile im Querschnitt nach Fig. 3a in aufeinanderfolgenden Phasen des Funktionsablaufs zeigen;

Fig. 4 eine Draufsicht eines Teils einer der parallelen CCD-Leitungen einer derartigen erfindungsgemäßen Sensoranordnung darstellt, bei der die Restsignal-Speichermulde seitlich angeordnet ist, und zusätzlich die Signalladungsintegrations- und Hintergrundabzugsphase in Funktion darstellt;

Fig. 5 eine Draufsicht von einem Teil einer der parallelen CCD-Leitungen einer weiteren erfindungsgemäßen Sensoranordnung darstellt und zusätzlich die Signalladungs-Integrations- und Hintergrundabzugsphase in Funktion darstellt;

Fig. 6a einen vereinfachten schematischen Querschnitt durch einen Eingang einer Ladungsübertragungsleitung einer weiteren erfindungsgemäßen Sensoranordnung darstellt und zusätzlich das Potentialmuldenprofil während der Ladungsintegration darstellt, und

Fig. 6b bis 6e die Potentialmuldenprofile im Querschnitt nach Fig. 6a in verschiedenen Phasen des Funktionsablaufs zeigen.

Es ist anzumerken, daß alle Figuren nur schematisch und nicht maßstäblich sind, und daß die Abmessungen einiger Teile zur Verdeutlichung und aus zeichentechnischen Gründen stark übertrieben wurden. Die bei einer Ausführungsform verwendeten Referenzbezeichnungen werden im allgemeinen auch zur Bezeichnung entsprechender oder ähnlicher Teile bei den anderen Ausführungsformen verwendet.

Die Infrarot-Bildsensor-Anordnung nach Fig. 1 und 2 umfaßt eine Matrix von Infrarot-Detektorelementen 10, in der durch auftreffende Infrarotstrahlung 25 Ladungssignale erzeugt werden, sowie ein Substrat 1 mit Signalverarbeitungsschaltung, die ein Ausgangssignal liefert, das dem auf die Matrix auftreffenden Strahlungsbild 25 entspricht. Dieser Substratschaltkreis umfaßt parallele Ladungsübertragungsleitungen 30, die je eine Reihe von Taktelektroden 31 bis 34 enthalten, die in Gruppen ª bis z (in Fig. 2) als ladungsgekoppeltes Bauelement angeordnet sind (zum Beispiel Gruppen von 4 Elektroden für ein vierphasiges ladungsgekoppeltes Bauelement), um die Ladungsverschiebung in der Leitung durch Anlegen von Taktspannungen (zum Beispiel Φ(1), Φ(2), Φ(3) und Φ(4) für ein Vierphasen-CCD) an diese Taktelektroden zu ermöglichen. Der Querschnitt nach Fig. 1 verläuft über die Breite zweier vollständiger Leitungen 30 und eines Teils einer Leitung 30, wobei diese Leitungen in Perspektivrichtung der Zeichnung nach Fig. 1 parallel zueinander verlaufen. In diesem Querschnitt durch die Leitungen 30 sind nur zwei der Taktelektroden gezeigt, nämlich die Elektroden 32 und 33. Bei der Anordnung nach Fig. 5 wäre in Fig. 1 nur die Taktelektrode 32 zu sehen.

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

Abgesehen von der Signalverarbeitungsschaltung, die - wie später beschrieben wird - so aufgebaut und organisiert ist, daß eine erfindungsgemäße Sensoranordnung entsteht, ist der in Fig. 1 dargestellte spezielle Vorrichtungsaufbau dem in unserer 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, zum Beispiel Cadmium-Quecksilber-Tellurid, aus gebildet sind. Die Hauptmasse 14 des Körpers 11 het einen Leitfähigkeitstyp, und jedes Detektorelement 10 hat einen Bereich 13 des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, der mit der Hauptmasse 14 einen p-n-Übergang 12 zum Erfassen der im infrarotempfindlichen Material durch die Infrarotstrahlung 25 erzeugten Ladungsträger bildet. Die Materialzusammensetzung kann so gewählt werden, daß sie auf Strahlung 25 zum Beispiel 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 mit den Gebieten 13 beziehungsweise der Hauptmasse 14 in Kontakt stehen. Passivierende Isolierschichten 16 und 17 befinden sich auf den gegenüberliegenden Hauptflächen des Detektorelement-Körpers 11.

Der Detektorelement-Körper 11 ist am Schaltkreissubstrat 1, das typischerweise aus monokristallinem Silizium besteht, durch eine Schicht elektrisch isolierenden Klebstoffs 18 befestigt. Durch die gesamte Dicke des Körpers 11 sowie durch die Klebstoffschicht verläuft eine Matrix von Öffnungen 20 bis zu den Eingangsanschlußelektroden 3, die an der oberen Hauptfläche des Substrats 1 freiliegen. Jede der Öffnungen 20 steht in Verbindung mit einer Detektordiode 10, und der Mittenabstand dieser Öffnungen 20 in der Vorrichtung nach Fig. 10 kann zum Beispiel 50 Mikrometer betragen. Die Detektordiodengebiete 13 verlaufen durch die gesamte Dicke des Körpers 11 an den Seitenwandungen der Öffnungen 20 und sind mit den Eingangsanschlußelektroden 3 der parallelen CCD-Leitungen 30 des Substrats 1 über die Metallisierung 23, die sich in diesen Öffnungen 20 befindet, elektrisch verbunden. Die Metallisierung 24 kann mit dem Hauptteil 14 an der Gesamtheit der äußeren Seitenwandungen des Körpers 11 in Kontakt stehen und über diese Seitenwandungen hinausgehen, so daß sie eine Metallisierungsbahn 4 berührt, die an der oberen Hauptfläche des Substrats 1 freiliegt. Die Bahn 4 stellt einen gemeinsamen Anschluß für sämtliche Detektordioden 10 der Matrix dar und ist an einen Spannungsimpulsgeber 50 angeschlossen, der im Substrat 1 ausgebildet ist und dessen Funktion nachstehend beschrieben wird. Für weitere Einzelheiten des Aufbaus und des Fertigungsverfahrens, das für die Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet werden kann, sei auf die genannte veröffentlichte Britische Patentanmeldung GB-A 20 95 905 verwiesen.

Wie in Fig. 2 dargestellt, besitzt die Signalverarbeitungsschaltung im Substrat 1 ein Parallel-Seriell-CCD-Format, bei dem die parallelen CCD-Leitungen 30 den Zeilen der Detektorelement-Matrix entsprechen und mit den Ladungssignalen von diesen Zeilen ein weiteres ladungsgekoppeltes Bauelement 40 parallel ansteuern, das ein serielles Ausgangssignal O/P jeder Spalte nacheinander liefert. Im Falle 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 von den Detektordioden 10 kommende Eingangsanschlüsse 2, 3, die in bestimmten Abständen entlang der Leitung 30 angeordnet sind. Aus Gründen der Einfachheit und Klarheit zeigt Fig. 2 nur einige der Detektordioden 10, Gruppen ª bis z, und Eingangsanschlüsse 2, 3, und es zeigt ebenfalls nicht das volle Ausmaß der Taktelektroden 31 bis 34 über die volle Breite der CCD-Leitungen 30.

Die Ladung wird durch Vierphasen-CCD-Betrieb entlang den Ladungsübertragungsleitungen 30 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 der Leitung 30 verschobene Ladung gelangt in eine Potentialmulde unter einer Taktelektrode 42 der Serienausgangs-CCD-Leitung 40. Diese CCD-Leitung 40 kann ebenfalls vom Vierphasen-Typ sein, und die Ladung wird entlang dieser Leitung getaktet, in dem die Taktspannungen Φ(1)′, Φ(2)′, Φ(3)′ und Φ(4)′ von einem Impulsgeber 52 an die zugehörigen Taktelektroden 41 bis 44 angelegt werden. Das Ausgangssignal kann in bekannter Weise mit einem Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate 48, der von der End-Taktelektrode 44 durch ein an einen Impulsgeber 53 angeschlossenes Ausgangsgate 45 getrennt ist, erfaßt werden. Nach Lesen des Ausgangssignals mit dem Transistor 48 wird das Ausgangspotential 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 unterhalb der letzten Taktelektrode 34 jeder Leitung 30 zum Bereich unter den Eingangs-Taktelektroden 42 der Leitung 40 verschoben werden, oder diese Ladungsverschiebung kann in bekannter Weise durch Takten über einen Zwischenpuffer mit einem Eingangsgate und einem Ausgangsgate gesteuert werden. Sämtliche Impulsgeber 50 bis 54 und die Transistoren 48 und 49 können mit Hilfe bekannter Technologie im Substrat 1 ausgebildet werden, wobei die Impulsgeber in peripheren Bereichen des Substrats 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-Kanäle im Materialinneren oder sogenannte "bulk channel"-CCD ausgebildet, um eine größere Ladungsübertragungs-Effizienz, Geschwindigkeit und Ladungstransportkapazität zu erreichen. Fig. 1 zeigt ein solches Element mit Kanal im Materialinneren, bei dem die Ladungsübertragungsleitung ein völlig verarmtes n-Kanalgebiet 26 besitzt, bei dem die Potentialmulden unter den Taktelektroden 31 bis 34 ausgebildet werden. Das n-Kanalgebiet 26 befindet sich in einem schwachdotierten Siliziumsubstrat. Die Konfiguration des n-Kanalgebiets 26 im Substrat 1 entspricht dem Parallel-Serien-Format der Leitungen 30 und 40. Ein höher dotiertes p-Sperrgebiet verläuft an der Peripherie dieses n-Gebiets 26 im p-Substrat. Die Taktelektroden 31 bis 34 und 41 bis 44 sowie sonstige 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 zum Beispiel Siliziumdioxid bedeckt. Das elektrisch isolierende Material auf der Siliziumsubstrat-Oberfläche ist in Fig. 1 mit der Ziffer 5 bezeichnet. Im allgemeinen ist es wünschenswert, aneinandergrenzende Taktelektroden der CCD-Leitungen leicht zu überlappen, und dies kann in konventioneller Weise erreicht werden, indem jede zweite Elektrode (zum Beispiel die Elektroden 31, 33 und 42, 44) in einem zweiten Aufbringungsschritt gebildet werden, nachdem auf den vorher aufgebrachten anderen Taktelektroden (zum Beispiel den Elektroden 32, 34 und 41, 43) eine Isolierschicht gebildet wurde. Diese Überlappung ist jedoch aus Gründen der Klarheit der Darstellung in den Zeichnungen nicht wiedergegeben.

Bei der Sensoranordnung nach Fig. 1 und 2 wird nicht das gesamte an den Eingangsanschlüssen 2, 3 von den Detektordioden 10 entwickelte Ladungssignal entlang den parallelen CCD-Leitungen 30 verschoben. Daher enthält das von den Detektordioden 10 kommende Ladungssignal einen hohen Hintergrundladungspegel infolge des Dunkel-Leckstroms in den Detektordioden und des geringen thermischen Kontrasts in der betrachteten Szene. Zumindest ein bedeutender Teil dieser Hintergrundladung wird an jedem Eingangsanschluß abgezogen und gemäß der vorliegenden Erfindung über die Strahlungsdetektorelemente 10 abgeleitet. Zwei spezifische Beispiele besonderer Anordnungen mit einem Eingangsgate 61, einer Hintergrund-Speicherelektrode 62, einem Schwellen-Abzugsgate 63 und einer Restsignal-Speicherelektrode 64 zur Realisierung dieses Hintergrundabzugs sind in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt. Die allgemeinen Prinzipien und der Funktionsablauf dieses Hintergrundabzugs und der Ableitung werden jedoch zuerst anhand der Fig. 3a bis 3b beschrieben. Zwecks klarer Darstellung in der Zeichnung ist die Anordnung des Schwellengates 63 und der Restsignal-Speicherelektrode 64 an jeder Eingangsanschlußstelle in Verbindung mit den einzelnen Elektrodengruppen ª bis z in Fig. 2 nicht wiedergegeben. Weiterhin sind, wie später anhand von Fig. 5 beschrieben, kein getrenntes Gate 63, keine getrennte Elektrode 64 und kein getrennter Impulsgeber 57 erforderlich.

Fig. 3a ist ein vereinfachter schematischer Querschnitt durch einen Eingang einer der parallelen CCD-Leitungen 30, der einen Eingangsanschluß 2, 3 an einer Stelle der Leitung 30, sowie eine Hintergrund-Speicherelektrode 62, ein Eingangsgate 61 zwischen dem Eingangsanschluß 2, 3 und der Hintergrund-Speicherelektrode 62, ein Schwellengate 63 zwischen der Hintergrund-Speicherelektrode 62 und einer Signal-Speicherelektrode 64 zeigt. Der Pfeil 75 stellt die Sammlung und Integration des von der Detektordiode 10 kommenden Ladungssignals an dieser Stelle dar. Während dieser Phase wird die Detektordiode 10 durch die am gemeinsamen Anschluß 4 und am Eingangsgate 61 anliegenden Spannungen ganz vorspannungslos gehalten; in einem typischen Beispiel der Anordnung mit im Materialinneren befindlichem ("buried") n-leitenden CCD-Kanal nach Fig. 1 kann der Detektordiodenanschluß 4 durch den Ruhespannungspegel des Impulsgebers 50 auf etwa +5 Volt gehalten werden, und an das Eingangsgate 61 wird ein höherer Spannungspegel (zum Beispiel etwa +8 Volt) vom Geber 56 angelegt, um die Schwellenspannung des Gates 61 zu berücksichtigen. Der durch die Strahlung erzeugte Photostrom fließt dann über den Eingangsanschluß 2, 3, wie durch Pfeil 75 gezeigt, in die Speichermulden.

Die Hintergrund-Speicherelektrode 62 und das Schwellengate 63 dienen zum Abzug eines gegebenen Hintergrundpegels vom Ladungssignal an diesem Eingangsanschluß 2, 3, so daß nur der nach diesem 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 72 gehalten, während die Restsignalladung, die vom Hintergrund "abgeschöpft" ("skimmed") wird, in einer Potentialmulde 74 unter der Restsignal-Speicherelektrode 64 gesammelt wird. In Fig. 3a erläutert der Pfeil 76 das Ladungs-Skimming. Die Ladungspegel in der Hintergrund-Speichermulde 72 und der Restsignal-Speichermulde 74 werden durch die Linien 77 beziehungsweise 78 dargestellt.

Gemäß der in der genannten, gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung beschriebenen Erfindung wird die Hintergrund-Speicherelektrode 62 an jeder Eingangsanschlußstelle der parallelen CCD-Leitungen 30 durch mindestens einen Teil von mindestens einer der Taktelektroden 32, 33, 34 der zugehörigen Ladungsübertragungsleitung 30 gebildet, wie in Fig. 3a gezeigt. Die Tiefe der Hintergrund-Speichermulde 72 unter der zumindest einen Taktelektrode 32, 33, 34 wird durch die vom Impulsgeber 51 an diese Elektrode angelegte Taktspannung Φ(2), Φ(3), Φ(4) gesteuert, so daß, wenn zwei oder mehr Taktelektroden 32, 33, 34 als Hintergrund-Speicherelektrode verwendet werden, ihre Spannungen Φ(2), Φ(3), Φ(4) während der Hintergrundspeicher- und Skimmingphase zusammen getaktet werden, so daß sich unter diesen beiden oder mehr Elektroden 32, 33, 34 eine gemeinsame Potentialmulde 72 bildet. Die Hintergrund-Speichermulde 72 unter der zumindest einen Taktelektrode 32, 33, 34 ist mit dem Eingangsanschluß 2, 3 über das Eingangsgate 61 und mit der Restsignal-Speichermulde 74 über das Schwellengate 63 gekoppelt. Obwohl in Fig. 3a nicht dargestellt, können das Schwellengate 63 und die Restsignal-Speicherelektrode 64 ebenfalls durch zumindest einen getrennt taktbaren Teil von zumindest einer Taktelektrode (32, 33, 34) der CCD-Leitung 30 gebildet werden, wie in der genannten, gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung beschrieben.

Während der in Fig. 3a dargestellten Phase der Ladungssignal-Integration und des Skimming ermöglicht das durch einen Impulsgeber 56 (sie Fig. 2) an das Eingangsgate 61 angelegte Potential, daß von der Strahlungsdetektordiode 10 injizierte Ladungsträger wie durch Pfeil 75 dargestellt zur Hintergrund-Speichermulde 72 fließen. Die in dieser Mulde 72 gehaltene Ladungsmenge (und damit der vom Ladungssignal abgezogene Hintergrundpegel 77) wird durch die Taktspannung Φ(2), Φ(3), Φ(4) bestimmt, die an der (den) die Hintergrund-Speicher­ elektrode 62 bildenden Taktelektrode(n) 32, 33, 34 anliegt, sowie durch die Potentialbarriere, die zwischen den Mulden 72 und 74 durch die von einem Impulsgeber (57 in Fig. 2) an das Schwellengate 63 angelegte Spannung entsteht. Ein Spannungsimpuls wird auch auf die Elektrode 64 gegeben, um die Tiefe der Speichermulde 74 für das "abgeschöpfte" Ladungssignal 78 zu steuern. Benachbarte Hintergrund-Speichermulden 72 entlang der CCD-Leitungen 30 werden durch Potential­ barrieren voneinander getrennt, die unter mindestens einer Taktelektrode (31 im gegebenen Beispiel) jeder Gruppe durch den Spannungspegel Φ(1), der vom Impuls­ geber 51 während dieser Phase des Funktionsablaufs auf diese Elektrode 31 gegeben wird, entstehen.

Am Ende der Ladungssignal-Integrationsphase wird die an das Schwellengate 63 durch den zugehörigen Impulsgeber (57) angelegte Spannung reduziert, um die darunterlie­ gende Potentialbarriere zu erhöhen, so daß die Ladung 78 in der Mulde 74 von der abgezogenen Hintergrundla­ dung 77 in der Mulde 72 getrennt wird, wie in Fig. 3b dargestellt. Die abgezogene Hintergrundspannung 77 wird dann von der CCD-Leitung 30 weggeführt, bevor die Restsignalladung 78 entlang der CCD-Leitung 30 ver­ schoben wird. Erfindungsgemäß wird dies durch Takten des am gemeinsamen elektrischen Anschluß 4 der Strah­ lungsdetektordioden 10 anliegenden Spannungspegels mit Hilfe des Impulsgebers 50 bewirkt. Ebenso wird der am Eingangsgate 61 anliegende Spannungspegel mit Hilfe des Impulsgebers 56 getaktet. Der Anschluß 4 wird von seinem Ruhepotentialpegel auf einen hohen Potential­ wert, dessen Vorzeichen dem der abzuführenden Ladung 77 entgegengesetzt ist, getaktet, so daß die Dioden 10 in Vorwärtsrichtung vorgespannt werden; somit wird der An­ schluß 4, in einem typischen Beispiel einer Anordnung mit CCD-Kanal im Materialinneren (buried-channel device) nach Fig. 1, wo die Ladungsträger 77 Elektronen sind, auf ein hohes positives Potential, zum Beispiel +10 Volt, gebracht. Das Eingangsdate 61 wird ebenso auf ein hohes Potentail getaktet. Das durch Pfeil 79 im Fig. 3c dargestellte Ergebnis ist, daß die abgezo­ gene Ladung 77 dann von der Hintergrund-Speichermulde 72 über den Eingangsanschluß 2, 3, die zugehörige in Vorwärtsrichtung vorgespannte Detektordiode 10 und den gemeinsamen Detektordioden-Anschluß 4 zum Impulsgeber 50 fließt. Die Spannungspegel von Anschluß 4 und Ein­ gangsgate 61 werden dann herabgesetzt, wobei der An­ schluß 4 auf seinen Ruhespannungswert (+5 Volt 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 ist die vom Geber 56 an das Eingangsgate 61 angelegte Spannung so bemessen, daß der Eingangsan­ schluß 2, 3 von der CCD-Leitung 30 getrennt wird, und anschließend legt der Impulsgeber 51 getrennte Span­ nungspegel an die Taktelektroden 31 bis 34 an. Fig. 3d zeigt die Situation, in der eine Potentialmulde 71 unter einer Taktelektrode (zum Beispiel 34) jeder Gruppe gebildet wird, wobei diese Mulden 71 entlang den CCD-Leitungen 30 durch Potentialbarrieren voneinander getrennt sind, die unter den anderen Taktelektroden (zum Beispiel 31 bis 33) gebildet werden. Das Schwel­ lengate 63 wird dann geöffnet, und die Potentialmulde 74 unter der Elektrode 64 wird durch die daran angeleg­ ten Spannungen (zum Beispiel vom Impulsgeber 57) reduziert, so daß die Restsignalladung 78 in diese Mulde 71 geleitet wird. Mittels der an den Elektroden 31 bis 34 anliegenden Taktspannungen Φ(1), Φ(2), Φ(3), Φ(4) wird dieses Ladungspaket 78 sodann zu einer Mulde unter der nächsten Taktelektrode (zum Beispiel Elek­ trode 31) geleitet und so nach und nach entlang der CCD-Leitung 30 durch normalen Vierphasen-CCD-Betrieb zur Serienausgangsleitung 40 verschoben.

Fig. 4 zeigt ein mögliches Layout der Elektroden 31 bis 34 an jeder Eingangsanschlußstelle. In diesem Beispiel werden die Taktelektroden 32, 33 und 34 alle zusammen zur Bildung der Hintergrund-Speicherelektrode 32 ver­ wendet, und der Einganganschluß 2, 3 und das Eingangs­ gate 61 sind in einer Aussparung auf einer Seite der Taktelektrode 33 angeordnet. In diesem Beispiel werden auch die Restsignal-Speicherelektrode 63 und das Schwel­ lengate 64 durch Elektroden gebildet, die auf einer Seite der Taktelektrode 64 liegen. Obwohl in Fig. 4 zur klareren Darstellung nicht wiedergegeben, ist im allgemeinen 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 und 32 beziehungsweise 33, zwischen der Taktelektrode 34 und dem Schwellengate 64, sowie zwischen dem Schwellengate 64 und der Signal­ speicherelektrode 63 eine leichte Überlappung vorhanden. Während der Ladungsintegration und dem Hintergrundabzug wird in den Potentialmulden unter den in Fig. 4 schraf­ fiert gezeichneten Elektroden Ladung gesammelt, und zwar die Hintergrundladung 77 unter den Elektroden 32, 33 und 34 und die "abgeschöpfte" Signalladung 78 unter der Elektrode 64.

Fig. 5 zeigt ein weiteres mögliches Layout der Elek­ troden an jeder Eingangsanschlußstelle, bei dem die Taktelektroden der CCD-Leitung 30 nicht nur zur Bildung der Hintergrund-Speichermulde 72, sondern auch des Schwellengates 63 und der Speichermulde für das "abge­ schöpfte" Signal 74 dienen. Damit wird eine besonders kompakte Anordnung erreicht, die kein zusätzliches Schaltelement zwischen den CCD-Leitungen 30 für den Hintergrundabzug und die Hintergrundableitung erfordert. Dadurch kann die Ladungstransportkapazität der CCD- Leitungen maximiert werden. Bei den Leitungen 30 nach Fig. 5 handelt es sich nach wie vor um Vierphasen-CCD- Leitungen, jedoch wird in diesem Beispiel nur die Taktelektrode 32 als Hintergrund-Speicherelektrode 62 verwendet. Die Taktelektrode 33 wird als Schwellengate 63 verwendet, und die Taktelektrode 34 dient als Spei­ cherelektrode 64 für das "abgeschöpfte" Signal, während die Eletrode 31 zur Trennung der Hintergrund-Speicher­ mulde unter der Elektrode 32 von der vorangehenden Mulde für das "abgeschöpfte" Signal unter Elektrode 34 dient. Diese Funktionen erfolgen alle durch Wahl ge­ eigneter 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 getrennten Impulsgeber 57.

Bei dem Layout nach Fig. 5 wird die Hintergrundladung 77 in einer Potentialmulde unter der schraffiert ge­ zeichneten Elektrode 32 gehalten, während die "abge­ schöpfte" Signalladung 78 unter der schraffiert gezeich­ neten Elektrode 34 gesammelt wird. Am Ende der Phase der Ladungsintegration und des Hintergrundabzugs wird die vom Geber 50 an den gemeinsamen Detektordiodenan­ schluß 4 angelegte Spannung vom Ruhepegel auf ein hohes positives Potential angehoben, und die vom Impulsgeber 56 an das Eingangsgate 61 angelegte Spannung wird eben­ so angehoben, um die abgezogene Hintergrundladung 77 über die in Vorwärtsrichtung vorgespannten Detektor­ dioden 10 von den CCD-Leitungen 30 in gleicher Weise wie anhand von Fig. 3c beschrieben abzuführen. Nach Rück­ stellung des Eingangsgates 61 wie in Fig. 3d wird dann die "abgeschöpfte" Signalladung 78 unter der Taktelek­ trode 61 durch normalen Vierphasen-CCD-Betrieb allmäh­ lich entlang der CCD-Leitung 30 verschoben.

In den bisher beschriebenen Ausführungsformen diente das Abzugsgate 63 als Schwellengate für den Hinter­ grundabzug in der Skimming-Betriebsart. Es ist jedoch möglich, diese Elektrodenkonfigurationen in einer Ladungsteilungs-Betriebsart einzusetzen, um einen gege­ benen Teil des Ladungssignals an jeder Stelle abzu­ ziehen. In diesem letzteren Fall wird das Abzugsgate 63 während der Phase der Ladungssignalsammlung und -integration auf einem Potential gehalten, das etwa dem der Speicherelektroden 62 und 64 entspricht, so daß in dieser Phase eine einzige breite Potentialmulde ent­ steht. Anschließend wird das Potential von Gate 63 herabgesetzt, um eine Mulde 72 unter der Elektrode 62 von einer Mulde 64 unter der Elektrode 64 zu trennen und das Ladungssignal zwischen diesen beiden Mulden aufzuteilen. Mittels der von den Impulsgebern 50 und 56 angelegten Spannungen werden die Detektordioden 10 und das Eingangsgate 61 dann in ähnlicher Weise wie in Fig. 3c dargestellt getaktet, um den in Mulde 72 gehaltenen Teil des Ladungssignals abzuführen.

Die Anwendung der Erfindung in Anordnungen, die sowohl mit Ladungsteilung als auch mit Ladungsabzug arbeiten, ist ebenfalls möglich. Ein Beispiel ist in den Fig. 6a bis 6e dargestellt. In diesem Beispiel kann zumin­ dest die Elektrode 64 von einem der Taktelektroden der CCD-Leitung 30 gebildet werden. Die Anordnung ent­ spricht der Anordnung nach den Fig. 3a bis 3c, außer daß hier ein Teilungsgate 69 vorhanden ist, durch das die Potentialmulde 72 in zwei getrennte Mulden 72a und 72b unterteilt werden kann. Wie durch Pfeil 75 in Fig. 6a angedeutet, wird das von der Detektordiode 10 kom­ mende Ladungssignal während der Integrationsphase in einer breiten Speichermulde 72 unter der Speicherelek­ trode 62 und dem Teilungsgate 69 gesammelt. Die Mulde 72 ist durch das am Schwellengate 63 anliegende Poten­ tial von der Haupt-CCD-Leitung 30 getrennt. Das Tei­ lungsgate 69 wird sodann getaktet, um die gesammelte Ladung in zwei Pakete zu teilen, von denen das erste in der Mulde 72a und das zweite in der Mulde 72b ge­ halten wird, wie in Fig. 6b dargestellt. Durch Ab­ senken des Schwellenpegels von Schwellengate 63 auf den geeigneten Wert wird ein Teil 78 des zweiten Ladungs­ pakets, wie durch Pfeil 76 in Fig. 6c dargestellt, in eine Mulde unter der Elektrode 74 "abgeschöpft". Genau dieser Teil 78 wird anschließend, wie in Fig. 6d ge­ zeigt, entlang der CCD-Leitung 30 verschoben. Nach Takten des Gates 63 zur Trennung der CCD-Leitung 30 von der Mulde 72b wird das Teilungsgate 69 wieder geöffnet, um das erste Paket und den abgezogenen Teil des zweiten Pakets wie in Fig. 6d gezeigt, zusammenzuführen. Auf ähnliche Weise wie für Fig. 3c beschrieben werden so­ dann der gemeinsame Detektordiodenanschluß 4 und das Eingangsgate 61 mittels der Impulsgeber 50 beziehungs­ weise 56 auf ein hohes Potential getaktet, so daß dieses vereinte Ladungspaket 80, wie durch Pfeil 79 in Fig. 6e angegeben, über den Eingangsanschluß 2, 3, die zugehörige in Vorwärtsrichtung vorgespannte Detektor­ diode 10 und den gemeinsamen Detektordiodenanschluß 4 zum Impulsgeber 50 abgeführt wird.

Es ist offensichtlich, daß im Rahmen der vorliegenden Erfindung viele weitere Modifikationen möglich sind. So kann statt der Verwendung eines getrennten Eingangs­ gates 61 und einer getrennten Speicherelektrode 62 das abgezogene Ladungssignal bei einigen Anordnungen nur im hochdodierten Diffusionsgebiet 2 einer Eingangsdiode gespeichert werden, und ein Abzugsgate 63 kann als Ein­ gangsgate zwischen diesem Diodengebiet 2 und der CCD- Leitung 30 dienen.

Statt der Infrarotstrahlungs-Detektordiode 10 aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid in der in Fig. 1 darge­ stellten Form können diese in einer epitaxialen Cadmium-Quecksilber-Tellurid-Schicht auf einem Cadmium- Tellurid-Substrat ausgebildet werden, wobei ihre ein­ zelnen Elektrodenanschlüsse 23 wie in der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der bereits erwähnten Arbeit von Chow et al. aus Indium oder sonstigen Metall-bump- Verbindungen bestehen. Das Innere der Cadmium-Queck­ silber-Tellurid-Schicht kann nach wie vor ein gemein­ sames Diodengebiet (14) bilden, das mit dem gemeinsamen elektrischen Anschluß 4 verbunden ist. Es ist eben­ falls möglich, daß jede Infrarotstrahlungs-Detektor­ diode 10 in einem getrennten Körper aus Cadmium-Queck­ silber-Tellurid ausgebildet wird, der auf dem Signalver­ arbeitungsschaltkreis-Substrat 1 befestigt ist. Der­ artige Anordnungen sind in Fig. 10 des Artikels "CCD Readout of Infra-red Hybrid Focal-Plane Arrays" auf den Seiten 175 bis 188 der IEEE Transactions of Electron Devices, Band ED-27, Nr. 1 vom Januar 1980, auf das in unserer gleichzeitig eingereichten Patentannmeldung 82 04 158 (unsere Referenz: PHB 32 767) verwiesen wird, dargestellt. Insbesondere im letzteren Fall können die Detektordioden 10 der Matrix in Gruppen mit verschie­ denen Gemeinschaftsanschlüssen 4 unterteilt werden. So kann jede Zeile (oder alternativ jede Spalte) Detektor­ dioden 10 in einer zweidimensionalen Matrix ihren eigenen Gemeinschaftsanschluß 4 haben, der erfindungs­ gemäß an einen eigenen Impulsgeber 50 angeschlossen ist. Andere infrarotempfindliche Materialien, zum Beispiel Blei-Zinn-Tellurid und Indium-Antimonid können für die Detektordioden 10 verwendet werden. Es ist ebenfalls möglich, die Detektordioden 10 für den Ein­ satz im nahen Infrarotbereich aus Silizium herzustellen.

Anstelle von CCD-Elementen können für die Ladungsver­ schiebungsleitungen BBD-Elemente verwendet werden.

Claims (11)

1. Infrarot-Bildsensor-Anordnung, bestehend aus einer Vielzahl von Infrarotstrahlungs-Detektorele­ menten, in denen durch die auftreffende Infrarot­ strahlung Ladungssignale erzeugt werden, und einer Signalverarbeitungsschaltung für die Verarbeitung der von den Detektorelementen kommenden Ladungs­ signale zur Erzeugung eines Ausgangssignals, das dem auf die Detektorelemente auffallenden Strah­ lungsbild entspricht, wobei die genannte Schaltung mindestens eine Ladungsübertragungsleitung enthält, an die die Strahlungsdetektorelemente über Eingangs­ anschlüsse gekoppelt sind, wobei jedes Detektorele­ ment zwischen den Eingangsanschluß der Ladungsüber­ tragungsleitung und einen zweiten elektrischen An­ schluß der genannten Vielzahl von Detektorelementen geschaltet ist und an jedem der Eingangsanschlüsse mindestens eine Speicherelektrode und mindestens ein Abzugsgate vorhanden ist, um zumindest einen Teil des Ladungssignals abzuziehen, so daß nur ein Teil des Ladungssignals von jedem Detektorelement entlang der Ladungsübertragungsleitung übertragen wird, sowie Mittel zum Abführen der abgezogenen Ladung aus einer Speichermulde unter der Speicher­ elektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die abgezo­ gene Ladung über die Strahlungsdetektorelemente mittels einer Spannungsschaltvorrichtung abgeführt wird, die mit dem zweiten elektrischen Anschluß verbunden ist, so daß sie die an den Strahlungs­ detektorelementen anliegende Spannung schaltet.

2. Bildsensor-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsumschalt­ vorrichtung ein Spannungsimpulsgeber ist.

3. Bildsensor-Anordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsschaltvorrichtung und die zumindest eine Ladungsverschiebungsleitung sich in einem Signalverarbeitungsschaltkreis-Substrat befinden, an dem die Strahlungsdetektorelemente befestigt sind.

4. Bildsensor-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungs­ detektorelemente Photodioden sind, die in einem gemein­ samen Körper oder Körper-Teil aus infrarotempfindlichem Material ausgebildet sind, dessen Hauptmasse ein gemein­ sames Gebiet darstellt, das mit dem zweiten elektrischen Anschluß verbunden ist.

5. Bildsensor-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungs­ übertragungsleitung zu einer Vielzahl paralleler Ladungs­ übertragungsleitungen gehört und Strahlungsdetektorelemente, die in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind, an diese Leitungen über Eingangsanschlüsse in bestimmten Ab­ ständen entlang dieser Leitungen angeschlossen sind.

6. Bildsensor-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Strahlungsdetektor­ elemente der Matrix einen gemeinsamen zweiten elektrischen Anschluß haben, an den die Spannungsumschaltvorrichtung angeschlossen ist.

7. Bildsensor-Anordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder der genannten Stellen jede Ladungsübertragungsleitung eine Taktelektrode besitzt, die auf einer Seite eine Aussparung hat, und ein Eingangs­ gate und der Eingangsanschluß in jeder der genannten Aussparungen angeordnet ist.

8. Bildsensor-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsdetektorelemente Photodioden aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid sind.

9. Bildsensor-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das an jedem Ein­ gangsanschluß vorhandene mindestens eine Abzugsgate ein Schwellengate umfaßt, um an diesem Eingang einen ge­ gebenen Hintergrundpegel vom Ladungssignal abzuziehen.

10. Bildsensor-Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß das Schwellengate von zumindest einem Teil einer Taktelektrode der Ladungsübertragungsleitung gebildet wird.

11. Bildsensor-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das an jedem der Eingangs­ anschlüsse vorhandene zumindest eine Abzugsgate ein Tei­ lungsgate umfaßt, um an diesem Eingang einen gegebenen Teil des Ladungssignals abzuziehen.