DE3407038A1

DE3407038A1 - Halbleiter-photodetektor und verfahren zu dessen antrieb

Info

Publication number: DE3407038A1
Application number: DE19843407038
Authority: DE
Inventors: Jun-Ichi Nishizawa; Takashige Sendai Miyagi Tamamushi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-02-28
Filing date: 1984-02-27
Publication date: 1984-08-30
Anticipated expiration: 2004-02-28
Also published as: JPH0458698B2; US4623909A; DE3407038C2; JPS59158551A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiter-Photodetektor, bei dem statische Induktionstransistoren (SIT¹s) zur Anwendung kommen, und auf ein Verfahren zum Antrieb des Photodetektors. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verbesserung bei einem solchen Photodetektor, um eine zerstörungsfreie Datenausgabe oder ein zerstörungsfreies Datenauslesen zu bieten.

Ein grundlegender Halbleiter-Photodetektor, der SIT's zur Bildung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet, ist in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr.

15 229/1980 offenbart. Verbesserungen dieser Vorrichtung wurden beispielsweise in der japanischen Patentanmeldung Nr. 204 656/1981 aufgezeigt.

Bei einem derartigen SIT-Halbleiter-Photodetektor werden durch einfallendes Licht erzeugte Ladungsträger nicht unmittelbar als Daten ausgegeben. Vielmehr werden bei einem sol-

chen Photodetektor Daten ausgelesen, indem der Source-Drain-Strom der SIT's entsprechend der Menge der während eines Lesevorgangs angesammelten Ladungsträger verändert wird. Insofern weist ein Halbleiter-Photodetektor dieser

c Art ein herausragendes Merkmal auf, daß nämlich die Daten zerstörungsfrei ausgelesen werden können. Dieses zerstörungsfreie Auslesen oder Ausgeben ist bei dem optischen Empfang von Stehbildern unter Anwendung eines Zeilen- oder Bildsensors wirkungsvoll.

Bei einem herkömmlichen, aus SIT's zusammengestellten Photodetektor, insbesodnere bei einem Photodetektor, bei dem eine Mehrzahl von SIT's ein- oder zweidimensional angeordnet ist, werden durch einfallendes Licht erzeugte Ladungsträger im Torbereich (im Fall eines Photodetektors der Bauart mit getrenntem Tor dann im Steuertrabereich) angesammelt, und es wird ein Strom zwischen der Quelle und dem Drain zum Fließen gebracht, indem eine Spannung an den Torbereich angelegt wird. Diese an den Torbereich angelegte Spannung bewirkt, daß darin angesammelte Ladungsträger in den Kanalbereich abgeführt werden. Wenn an das Tor eine Spannung für eine ausreichend lange Zeit oder zu ausreichend wiederholten Malen angelegt wird, dann werden die Ladungsträger geräumt. Es ist mit beträchtlichen Schwierigkeiten verbunden, Bedingungen, z.B. hinsichtlich einer Größe und einer Impulsbreite, für die Datenlesespannung, die an den Torbereich gelegt wird, einzuhalten und eine ausreichende Ladung im Torbereich zurückzubehalten, was es schwierig macht, die Daten in einer zerstörungsfreien Weise auszulesen oder auszugeben.

Demzufolge ist es ein Ziel der Erfindung, einen Halbleiter-Photodetektor zu schaffen, bei dem die oben erwähnten Schwierigkeiten und Nachteile, die bei einem herkömmlichen Halbleiter-Photodetektor auftreten, beseitigt sind und ein Datenauslesen in einer zerstörungsfreien Weise zufriedenstellend ermöglicht ist. Ferner bezieht sich die

■#-

Erfindung auf ein Verfahren zum Antreiben eines solchen Halbleiter- Photodetättors.

Um dieses Ziel sowie weitere Ziele zu erreichen, ist bei einem Kalbleiter-Photodetäctor gemäß der Erfindung jeder Torbereich mit einer Einrichtung zur Unterdrückung der angesammelten Ladungsträger beim Datenauslesen versehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die unterdrückende Einrichtung eine durch eine Isolierschicht gebildete Potentialbarriere, die längs der Grenze jedes Torbereichs und des Kanalbereichs ausgebildet ist.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform gemäß der Erfindung ist die unterdrückende Einrichtung eine Potentialbarriere, an die ein Potential angelegt wird, das im Torbereich erzeugt wurde, nachdem eine Spannung zur Beseitigung von im Torbereich angesammelten Ladungsträgern an die Potentialbarriere, die von einer Isolierschicht gebil-(3et wird, angelegt worden ist.

Gemäß einem Verfahren zum Antreiben des Halbleiter-Photodetektors nach der Erfindung wird an jeden Torbereich ein Rückstel!signal gelegt, das in dem Torbereich ein Potential bildet, das Ladungsträger gegen eine Potentialbarriere hin räumt, welche im Torbereich zur Unterdrückung der Räumung von Ladungsträgern auf Grund des Anlegens eines Datenlesesignals gebildet wird. Das Rückstellsignal kann an alle ein- oder zweidimensional angeordneten SIT's an-

gelegt werden, nachdem alle Daten der SIT's ausgelesen wurden. Andererseits kann das Rückstellsignal an alle SIT's in einer zweidimensionalen Anordnung gelegt werden, nachdem alle Video-Datenzeilen im Photodetektor ausgelesen

worden sind.
35

Beispiele von Halbleiter-Photodetektoren, die gemäß der Erfindung aufgebaut sind, und Beispiele für ein Verfahren zum Antreiben eines Halbleiter-Photodetektors gemäß der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. IA eine Draufsicht, wobei einige Teile auf- bzw. abgebrochen dargestellt sind, auf eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung aufgebauten HaIbleiter-Photodetektors, der als Bildaufnahmevor

richtung ausgebildet ist;

Fig. IB eine Frontansicht des in Fig. IA dargestellten Photodetektors in Richtung des Pfeils I in Fig. IA;
Fig. 2 eine vergrößerte Frontansicht einer einzelnen

Zelle;
Fig. 3 ein Bändermodell für die in den Fig. IA und IB

dargestellte Vorrichtung;

Fig. 4A einen Schaltplan für eine elektrische Ersatzschaltung einer Halbleiter-Photodetektorvorrichtung

gemäß der Erfindung, die als eine zweidimensionale Bildaufnahmevorrichtung ausgebildet ist; Fig. 4B ein Diagramm zur Erläuterung von in Fig. 4A

verwendeten Sinnbildern;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zur Beschreibung eines Verfahrens zum Antreiben der Bildaufnahmevorrichtung; Fig. 6A eine Draufsicht, wobei einige Teile auf- bzw. abgebrochen dargestellt sind, auf eine weitere Ausführungsform einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Bildaufnahmevorrichtung; Fig. 6B eine Frontansicht der in Fig. 6A dargestellten

Vorrichtung in Richtung des Pfeils VI in Fig.6A; Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt einer einzelnen, in

Fig. 6B gezeigten Zelle;
35

Fig. 8 einen Schaltplan für eine elektrische Ersatzschaltung der Bildaufnahmevorrichtung von Fig. 6, die als eine zweidimensional Bildaufnahmevorrichtung verwirklicht ist; Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung von in Fig. 8 verwendeten Sinnbildern;

Fig. 10 eine Draufsicht, wobei einige Teile auf- bzw. abgebrochen dargestellt sind, auf eine Ausführungsform eines Zeilensensors gemäß der Erfindung; Fig. HA eine Draufsicht, wobei einige Teile auf- bzw.

abgebrochen dargestellt sind, auf eine Bildaufnahmevorrichtung in einer weiteren Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. HB eine Frontansicht der Vorrichtung von Fig. HA in Richtung des Pfeils XI in Fig. HA;

Fig. 12 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Halbleiter-Photodetektors gemäß der Erfindung;

Fig. 13 eine Schnittdarstellung einer noch anderen Ausführungsform eines Halbleiter-Photodetektors

gemäß der Erfindung;

Fig. 14 ein schmematisches Bändermodell für den Halbleiter-Photodetektor, der in Fig. 13 gezeigt ist.

Die Fig. IA und IB zeigen ein Beispiel für eine Bildaufnahmevorrichtung, die als ein Halbleiter-Photodetektor (-Strahlungsempfänger) mit statischen Induktionstransistoren (SIT's) gemäß der Erfindung ausgestattet ist. Diese Ausführungsform ist von der ungeteilten Tor- oder Gatebauart, d.h. eine Bildaufnahmevorrichtung, bei der die Torbereiche nicht geteilt sind. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in Fig. IB Verbindungen zwischen den Zellen nicht gezeigt. Die in Fig. 2 gegenüber Fig. IA und IB vergrößert dargestellte Zelle entspricht einem einzelnen BiIdelement.

-Sf-

Datenkanalbereiche 12, die η -Schichten mit niedriger Störstellendichte sind, sind auf einem η -Substrat 10 gebildet, dessen Halbleitermaterial Silizium sein kann. Auf den Datenkanalbereichen 12, d.h. auf den η -Schichten, sind ρ -Torbereiche 14 ausgebildet. Innerhalb des Torbereichs 14 ist ein Quellenbereich 16 derart ausgestaltet, daß der Datenkanalbereich 12 zwischen den Quellen- sowie dem Torbereich 16 bzw. 14 liegt. Die Tor- und Quellenbereiche 14, sind in regelmäßigen Intervallen sowie in einer zweidimensionalen Matrixform angeordnet. Jeder Satz von Tor- und Quellenbereichen 14 sowie 16 bildet eine einem einzelnen Bildelement entsprechende Zelle.

Zwischen einander benachbarten Torbereichen 14 ist eine isolierende SiO_-Schicht 2OA ausgebildet, so daß die Zellen voneinander getrennt sind, und ferner ist zwischen aneinandergrenzenden Torbereichen 14 eine die Zellen voneinander isolierende SiO~-Oberflächenschutzschicht 20 ausgebildet, die auf der Oberfläche der η -Schicht, in der die Kanalbereiche 12 ausgestaltet sind, mit Ausnahme der exponierten Teile der Tor- und Quellenbereiche 14, 16 gebildet ist. An den exponierten Teilen der jeweiligen Quellenbereiche 16 sind Quellenelektroden 22 ausgestaltet, wobei die Elektroden 22 von benachbarten Zellen miteinander verbunden sind. Eine transparente Torelektrode 24 ist auf einer auf den exponierten Teilen der Torbereiche 14 vorgesehenen, sich über die Quellenelektrode 22 erstreckenden Isolier-schicht 26 ausgebildet. Damit wird zwischen dem Torbereich 14 und der Torelektrode 24 eine Kapazität ge-

schaffen, wobei ein Teil der Isolierschicht 26 das Dielektrikum des Kondensators darstellt. Die Quellenelektrode 22 ist durch die Isolierschicht 26 von der Torelektrode 24 isoliert. Die Verbindungsleitungen der Torelektroden 24 und diejenigen der Quellenelektroden 22 kreuzen einander. Wenn eine der Quellenelektroden 22 und eine der Torelektroden 24 ausgewählt wird, dann wird damit die Zelle, die sich an der Schnittstelle der beiden Elektroden befindet,

ΑΛ

-/Τ ι ausgewählt. Auf der den Datenkanalbereichen 12 gegenüberleigenden Seite des Substrats 10 sind Drainelektroden ausgebildet.

Zwischen jedem Torbereich 14 und dem angrenzenden Datenkanalbereich 12 ist eine Isolierschicht 141 vorgesehen, d.h. jeder Torbereich 14 ist von den Isolierschichten und 26 umgeben, die vorzugsweise aus SiO₂, SiN, Si₃N₄ oder Ta₇Oc- gefertigt sind. Die Stärke der Isolierschichten 26 reicht beispielsweise von 300 Ä bis 1000 Ä, während vorzugsweise die Stärke der Isolierschichten 141 beispielsweise ebenfalls von 300 A bis 1000 Ä reicht, obwohl sie in manchen Fällen auch geringer als 300 Ä sein kann. Die Stärke der Isolierschichten 141 beeinflußt die Bewegung der Ladungsträger. Es wird angenommen, daß bei einer Stärke von 3OO Ä oder mehr die Ladungsträger durch die Schichten mittels eines Lawinereffekts treten, während sie bei einer unter 300 Ä liegenden Stärke durch die Schichten mittels eines Feld- oder Tunneleffekts treten. Im Fall des Auftretens eines Lawineneffekts können die Zellen eine geringere Leistung bieten oder geschädigt werden, weshalb es notwendig ist, geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Die Stärke der Isolierschichten 141 beeinflußt die Auswahl der RücksteIispannung.

Die Fig. 3 zeigt ein Bändermodell, das die Energiepegel vom η -Substrat 10 zum ρ -Torbereich 14 darstellt, worai anschließend noch näher eingegangen wird.

Eine Ersatzschaltung der Bildaufnahmevorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau, die Verbindung der Elektroden und der Anschluß einer Anordnung für den Antrieb werden nachfolgend erläutert. Im einzelnen zeigt die Fig. 4A den Anschluß der Vorrichtung an eine externe Schaltung, wobei einige dieser Verbindungen auch in Fig. 2 dargestellt sind.

Zuerst werden die Sinnbilder, die in Fig. 4A die Zellen wiedergeben, unter Bezugnahme auf die Fig. 4B erläutert, in welcher mit SA ein Kanal, mit dem die Quellenelektrode 22 sowie die Drainelektrode 28 verbunden sind, mit SB der Torbereich 14, mit SCl der von der Isolierschicht 26 gebildete Kondensator, der an die Torelektrode 26 angeschlossen ist, und mit SC2 der von der Isolierschicht 141 gebildete Kondensator bezeichnet sind.

In den Fig. 4A und 2 sind mit PC Bildelementen entsprechende Zellen angegeben, die in einer zweidimensionalen Matrixform, wie Fig. IA zeigt, angeordnet sind. Eine Leseadressenschaltung 30 ist mit einer Vielzahl von gemeinsamen Torelektroden 24 verbunden, um an horizontale Zeilen in Aufeinanderfolge Leseimpulse anzulegen. Ferner sind viele gemeinsame Quellenelektroden 22 an die Drains von jeweiligen Schalttransistoren 40 angeschlossen, deren Quellen mit einer Ausgangsklemme 38 verbunden sind. Die Tore der Transistoren 40 sind mit einer Video-Zeilenwählschaltung 32 verbunden, die Wählimpulse an die Transistoren 40 legt, um diese in Aufeinanderfolge anzutreiben.

Jeder Transistor 40 ist ein SIT, der normalerweise nichtleitend ist. Die Leseadressenschaltung 30 und die Video-Zeilenwählschaltung 32 können mit Schieberegistern ausgestattet sein. Ein Ausgangswiderstand 34 und eine Energiequelle 36 sind zwischen die Ausgangsklemme 38 und Erde geschaltet, d.h. zwischen die Ausgangsklemme 38 und die Drainelektroden 28. Diese Bauteile bilden eine Datenleseschaltung.

Eine Schaltung zur Räumung von im Torbereich 14 jeder Zelle PC angesammelten Ladungsträgern, d.h. eine Rückstellschaltung, wird nun beschrieben. Eine Mehrzahl von gemeinsamen Torelektroden 24 ist an die Quellen von Rückstelltransistoren 4OR jeweils angeschlossen, deren Drains über eine Energiequelle 36R geerdet sind. Die Tore der Transistoren

-sf-

4OR sind mit einer Rückstellimpuls-Anlegeklemme 38R verbunden.

Der Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. IA bis 5 erläutert, wobei letzere ein Ablaufdiagramm darstellt, das an die Bildaufnahmevorrichtung im Betrieb angelegte Signale zeigt.

Unmittelbar nach Anlegen eines Rückstellimpulses φ (Fig.5) im Zeitpunkt T_ werden Löcher H (Fig. 3), die sich im Torbereich 14 angesammelt haben, geräumt. Der Torbereich 14 ist eine ρ -Schicht, weshalb, wenn der Torbereich 14 im gewöhnlichen oder neutralen Zustand ist, in ihm Löcher H vorhanden sind. Diese Löcher werden auch geräumt, d.h., ¹^ der Torbereich 14 ist äquivalent negativ geladen. Das bedeutet, daß beide Bänder CB (Leiterband) und VB (Valenzband) in Richtung des Pfeils FA verschoben werden. Demzufolge tritt zwischen dem Kanalbereich 12 und dem Torbereich 14, die durch die Isolierschicht 141 voneinander ^^u getrennt sind, eine beträchtlich große Potentialdifferenz auf.

Wenn unter dieser Bedingung für eine geeignete Zeitspanne (vom Zeitpunkt T_ bis zum Zeitpunkt T₁) Licht auf die ZeI-len PC fällt, so werden einige Elektronen E se-wie einige Löcher H gepaart, während einige Elektronen E und einige Löcher H durch das Potentialgefälle, das über dem Kanalsowie dem Torbereich 12 und 14 gebildet wird, wie Fig. 3 zeigt, getrennt werden. Die Elektronen E bewegen sich

längs des Leiterbandes CB zur Drainelektrode 28, während sich die Löcher H längs des Valenzbandes VB zum Torbereich 14 hin bewegen. Die Löcher werden durch die oben erwähnte große Potentialdifferenz beeinflußt, d.h., es wirkt ein

starkes elektrisches Feld auf die Locher H. Somit werden 35

im Torbereich 14 durch Injizieren mit einem Tunnel- oder Feldeffekt oder einer Lawinenerscheinung, was von der

Ak

Stärke der Isolierschicht 141 abhängt, Löcher angesammelt. Auf diese Weise werden Löcher in einer Menge, die dem Wert des auffallenden Lichts entspricht, im Torbereich 14 einer jeden Zelle PC gesammelt.

Während der Zeitspanne von T- bis T_ legt die Video-Zeilenwählschaltung 32 Wählimpulse φ . bis φ_ in Aufeinanderfolge an die an die Quellenelektroden 22 angeschlossenen Transistoren 40, was zum Ergebnis hat, daß gewünschte der Transistoren 40 leitend gemacht werden, so daß von den Zellen PC in Fig. 4A bei denjenigen, die auf gewünschten Reihen sind, ihre Quellenelektroden 22 und Drainelektroden 28 über den Widerstand 34 mit der Energiequelle 36 verbunden werden. Damit werden Source-Drain-Stromflüsse ermöglicht. Durch den oben beschriebenen Vorgang werden Videozeilen zum Lesen von Bilddaten ausgewählt.

Ferner legt die Leseadressenschaltung 30 die Impulse φ bis φ^ in Aufeinanderfolge an die Torelektroden 24. Das hat zum Ergebnis, daß die Zellen PC auf den ausgewählten Videozeilen nacheinander angetrieben werden, se daß Source-Drain-Ströme, die den Mengen von in den Torbereichen 14 angesammelten Löchern und somit der Intensität des darauf auffallenden Lichts entsprechen, im Widerstand 34 fließen, womit Ausgangsspannungen an den Ausgangsklemmen erzeugt werden.

Die Größe der Impulse φ_ρ1 bis φ_Γ ist derart, daß die in den Torbereichen 14 angesammelten Löcher H nicht in den

Kanalbereichen 12 geräumt werden, d.h., die Größe der Impulse φ . bis φ ist geringer als die des Rückstellimpulses φ_β, z.B. etwa 1,5 V. Die Größe des Rückstellimpulses φ soll entsprechend der Stärke der Isolierschicht 141

eingestellt werden.
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-Vi-

Im Zeitpunkt T„ ist das Abtasten von einem Feld bewerkstelligt worden, und der Rückstell impuls φ wird über die Klemme 38R wieder an alle Zellen PC gelegt, woraufhin die in den Torbereichen 14 angesammelten Löcher H geräumt und Bedingungen für den Beginn des nächsten Vorgangs hergestellt werden.

Die oben beschriebenen Vorgänge werden wiederholt ausgeführt, so daß dem auffallenden Licht entsprechende Bild-IQ daten als Spannungsänderungen an der Ausgangsklemme 3 8 geliefert werden.

Ein weiters Beispiel für einen Photodetektor gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 9 beschrieben. Hierbei kommen SIT's der Bauart mit geteilten Toren zur Anwendung, wobei die Tore in Steuer- und Abschirmtore unterteilt sind. Zu den Fig. IA bis 5 gleiche Bauelemente werden in den Fig. 6A bis 9 mit gleichen Bezeichnungen dargestellt, so daß auch eine Beschreibung im einzelnen unterbleiben kann.

Bei der Fig. 6B, die eine Frontansicht in Richtung des Pfeils VI der Draufsicht von Fig. 6A zeigt, sind wiederum die Verbindungen zwischen den Zellen nicht dargestellt; die Fig. 7 zeigt den Querschnitt durch eine einem Bildelement von Fig. 6B entsprechende Zelle.

Wie die Fig. 6A, 6B und 7 zeigen, ist ein η -Kanalbereich 112 auf einem η -Substrat 110 ausgebildet. In der Oberfläche des n~-Kanalbereichs 112 sind ρ -Steuertorbereiche 114 und um jeden Steuertorbereich 114 sind η -Quellenbereiche 116 ausgestaltet. Die Steuertore 114 und Quellenbereiche 116 sind mit geeigneten Abständen regelmäßig in einer zweidimensionalen Matrixform angeordnet. Eine einem einzelnen Bildelement entsprechende Zelle wird von einem Steuertor 114 sowie vier Quellenbereichen 116 gebildet. Zwischen benachbarten Quellenbereichen 116 ist

ein ρ -Abschirmtorbereich 118 ausgestaltet. Längs der Grenze von jedem Steuertorbereich 114 und dem Kanalbereich 112 befidnet sich eine Isolierschicht 1141. Die Abschirmtorbereiche 118 haben Abschirmtorelektroden 118E, an die

C geeignete Spannungen angelegt werden.

Mit Ausnahme der Fläche der Steuertorbereiche 114, der Quellenbereiche 116 und der exponierten Teile 118P der Abschirmtorbereiche 118 ist der η -Kanalbereich 112 mit

2Q einem Oberflächenschutzfilm 120 aus SiOp od. dgl. bedeckt. Mit den exponierten- Teilen der Quellenbereiche 116 sind Quelenelektroden 122 verbunden, die die Quellenbereiche von benachbarten Zellen zusammenschalten. Das bedeutet, daß die die Quellenelektroden 122 untereinander verbindenden Leiter die noch zu beschreibenden Steuerelektroden 124, wie Fig. 6A zeigt, kreuzen.

Durch eine Isolierschicht 126 auf den exponierten Teilen einer gewissen Anzahl von in jeder Kolonne angeordneten Steuertorbereichen 114 wird eine transparente Steuertorelektrode 124 gebildet. Jede Isolierschicht 126 besteht aus beispielsweise SiO„ und erstreckt sich über die Quellenelektroden 122. Jede Steuertorelektrode 124 ist auf der Isolierschicht 126 in der oben beschriebenen Weise ausgestaltet. Durch die Steuertorelektrode 124 und die Steuertorbereiche 114 wird ein Kondensator gebildet, wobei die Isolierschicht 126 das Dielektrikum darstellt. Die Quellenelektroden 122, die Abschirmtorelektroden 118E und die Steuertorelektroden 124 sind voneinander isoliert.

Wenn eine der Quellenelektroden 122 und eine der Steuertorelektroden 124 ausgewählt werden, dann wird die Zelle an der Schnittstelle dieser beiden Elektroden gewählt. An der Seite des Substrats 110, die der den η -Kanalbereich 112 tragenden Seite gegenüberliegt, ist eine Drainelektrode 128 ausgebildet. Die Abschirmtorelektroden 118E sind untereinander (durch nicht gezeigte Verbindungen) verbunden,

-XS-

und über diese Verbindung wird an alle Abschirmtorbereiche 118 eine vorbestimmte Spannung gelegt.

Es wird nun eine Ersatzschaltung der gemäß obigen Ausführungen aufgebauten Bildaufnahmevorrichtung mit der Verbindung der Elektroden sowie der Antriebsvorrichtung beschrieben.

Die Fig. 8 zeigt die Verbindung der elektrischen Schaltung mit externen Vorrichtungen, wobei ein Teil davon auch in Fig. 7 dargestellt ist. Mit Bezug auf die Fig. 9 werden Sinnbilder für die in Fig. 8 dargestellten Zellen erläutert. In Fig. 9 sind mit DSA der Kanal, an den die Quellen- sowie Drainelektroden 122 bzw. 128 angeschlossen sind, mit DSB der Steuertorbereich 114, mit DSCl der mit der

Isolierschicht 126 als Dielektrikum gebildete Kondensator, mit DSC2 der mit der Isolierschicht 1141 als Dielektrikum gebildete Kondensator und mit DSD der Abschirmtorbereich 118, an den die Abschirmtorelektrode 118E angeschlossen ²^ ist, bezeichnet.

Die Zellen DPC in Fig. 8, die Bildelementen entsprechen, sind, wie Fig. 6A zeigt, in zweidimensionaler Matrixform angeordnet. Für jede Videozeile sind gemeinsame Steuer-²^ elektroden 124 in Vielzahl mit den Drains der Schalttransistoren 14OR verbunden, deren Quellen an eine gemeinsame Energiequelle 136R angeschlossen sind. Die Tore der Transistoren 14OR sind mit einer Rückstellimpuls-Anlegeklemme 138R und die Quellen sind des weiteren mit einer Leseadressen-

schaltung 130 verbunden.

In den jeweiligen Kolonnen sind gemeinsame Quellenelektroden 122 an die Drains der Schalttransistoren 140 angeschlossen, während die Quellen der Transistoren 140 mit einer Ausgangsklemme 138 verbunden sind. Die Tore der Transistoren 140 sind an eine Video-Zeilenwählschaltung 132 angeschlossen, die an die Transistoren 140 zu deren Antrieb

-14-

in Aufeinanderfolge Wählimpulse anlegt. Die Transistoren 140 und 14OR sind SIT's,die normalerweise nichtleitend sind. Die Leseadressenschaltung 130 und die Video-Zeilenwählschaltung 132 können mit Schieberegistern ausgestattet

r- sein,
b

Zwischen die Ausgangsklemme 138 und Erde, d.h. zwischen die Ausgangsklemme 138 und die Drainelektroden 128 sind ein Ausgangswi-derstand 134 sowie eine Energiequelle 136 jQ geschaltet. Eine veränderliche Energiequelle 136V ist mit den Abschirmelektroden 118 der Zellen DPC verbunden, und diese Energiequelle 136V kann beispielweise mit einem Regelwiderstand VR, einer veränderlichen Spannungsquelle VE und einem Drehkondensator VC ausgerüstet sein.

Der Betrieb der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung ist im wesentlichen derselbe wie der Betrieb der Vorrichtung von Fig. 4A, und insofern gibt das Ablaufdiagramm von Fig. 5 in korrekter Weise die in Fig. 8 angegebenen Signale φ ^bis Φ_5γτ, ^und Φ_α1 ^bis Φ_αη wieder.

Die von der veränderlichen Energiequelle 136V an die Abschirmtorbereiche 118 gelegte Spannung wird zur Lieferung eines Bezugspotentials benutzt, wenn die oben beschriebenen Daten ausgelesen werden. Eine Veränderung dieses Werts ermöglicht es, die Ausgangscharakteristik zu verändern.

Die Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform gemäß der Erfindung, und zwar einen Zeilensensor, wobei diejenigen Elemente, die unter Bezugnahme auf die Fig. IA bis 9 beschrieben wurden, mit gleichen Bezeichnungen versehen sind und nicht mehr im einzelnen erläutert werden.

Bei dieser Ausführungsform sind ein gemeinsamer Quellenbereich 116L und eine gemeinsame Quellenelektrode 122L für alle Zellen gemeinsam vorgesehen. In gleicher Weise ist für alle Zellen ein gemeinsamer Abschirmtorbereich

118L vorhanden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß ein Teil des Außenumfangs eines jeden Steuertorbereichs nicht vom Abschirmtorbereich 118L abgedeckt ist.

Da ein Zeilensensor im Gegensatz zu einer Bildaufnahmevorrichtung keine Video-Zeilenauswahl benötigt, hat er einen sehr viel einfacheren Aufbau. Demgemäß ist es für den Zeilensensor nicht immer notwendig, ihn mit der Video-Zeilenwählschaltung 132L und den Transistoren 14OL auszustatten; jedoch sind die Schaltung 132L und die Transistoren 14OL in Fig. 10 zum Vergleich mit der oben beschriebenen Aüsführungsform gezeigt.

Eine weitere Ausführungsform eines Photodetektors gemäß der Erfindung, der dazu ausgelegt ist, die Ansammlung von Ladungsträgern in den Abschirmtorbereichen zu verhindern, wird unter Bezugnahme auf die Fig. HA und HB beschrieben, wobei zu vorher bereits erläuterten Bauelementen gleiche Bauteile mit denselben Bezeichnungen gekennzeichnet sind, weshalb eine nähere Beschreibung unterbleibt.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. HA und HB sind die Quellenbereiche 146 nahe dem Abschirmtorbereich 118 angeordnet, d.h., es besteht die Beziehung W < W , worin

Ά .D

W den Abstand zwischen jedem Quellenbereich 146 sowie dem Abschirmtorbereich 118 und W_n den Abstand zwischen dem Quellenbereich sowie dem Steuertorbereich 114 bezeichnen. Bei diesem Aufbau wird die niedrigste Potentialposition im Quellenbereich 146, d.h. die wahre Torposition, zum

Abschirmtorbereich 118 verschoben, und damit werden Löcher H wirksam im Steuertorbereich angesammelt.

Bei dieser Ausführungsform ist auf einer Isolierschicht auf den Quellen- sowie Abschirmtorbereichen 146 bzw. 118 eine Aluminium-Lichtabschirmschicht 144 ausgebildet. Demzufolge kann kein Licht in den Kanalbereich 112 durch die Abschirmtorbereiche 118 eintreten, und deshalb wird die

Ansammlung von Ladungsträgern (in diesem Fall sind es die Löcher H) mit Bezug auf die Abschirmtorbereiche 118 ausgeführt. Die Lichtabschirmschicht 144, die über Durchgangslöcher 12OH in einer Oxidschicht 120 mit den Abschirmtor-

c bereichen 118 verbunden ist, dient als eine Abschirmtorelektrode. Bei dieser Ausführungsform ist die Lichtabschirmschicht 144 auf der Oberfläche der Steuertorelektroden 124 ausgebildet, sie kann jedoch auch auf der unteren Fläche dieser Elektroden 124 ausgestaltet sein.

Die Zellen sind bei der vorbeschriebenen Ausführungsform eindeutig und wirksam voneinander getrennt. Jedoch kann die Trennung der Zellen noch dadurch verbessert werden, daß die Abschirmtorbereiche 118 in den Kanalbereichen 112 tiefer als die Steuertorbereiche 114 ausgebildet werden oder daß die Störstellendichte der Abschirmtorbereiche 118 höher als diejenige der Steuertorbereiche 114 gemacht wird. Eine Anwendung von wenigstens einer der beiden letztgenannten Techniken kann die Trennung der Zellen steigern, ^so daß die Zellenanzahl für eine gegebene Fläche beträchtlich erhöht werden kann.

Die Fig. 12 zeigt eine andere Äusführungsform gemäß der Erfindung, wobei, um die Ansammlung von Ladungsträgern auf Grund von einfallendem Licht zu unterdrücken und damit die Zellenf'wirksamer voneinander zu trennen, die Abschirmtorbereiche 218 tief in den Kanalbereiph 112 eingesenkt werden und eine Isolierschicht 220 zwischen jedem Abschirmtorbereich 218 sowie der Oberfläche des Kanalbereichs ausgebildet wird.

Eine weitere Ausführungsform gemäß der Erfindung ist in Fig. 13 gezeigt, wobei ebenfalls die Ansammlung von Ladungsträgern im Abschirmtorbereich 118 auf Grund von einfallendem Licht unterdrückt wird. Längs der Grenze zwischen jedem Abschirmtorbereich 118 und dem Kanalbereich ist eine Isolierschicht 1181 ausgebildet.

-ΥΊ-

In dem Bändermodell von Fig. 14 sind die Energiepegel von der ρ -Schicht, die den Steuertorbereich 114 bildet, zum Abschirmtorbereich 118 gezeigt. An den Abschirmtorbereich

118 wird eine positive Spannung gelegt, weshalb die Energie-5

pegel der Bänder VB und CB in der Richtung des Pfeils FB in Fig. 14 abnehmen. Auf Grund der von der angelegten Spannung und der Isolierschicht 1181 gebildeten Potentialbarriere wird die Ansammlung von Löchern H im Abschirmtorbereich 118 wirksam unterdrückt, während die Ansammlung von Löchern H im Steuertorbereich 114 beschleunigt wird, womit die Empfindlichkeit der Zelle erhöht wird.

Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird

,,. der Kanal in der η -Schicht gebildet, der jedoch auch in Ib _

einer eigenleitenden oder einer ρ -Schicht gebildet werden kann. Im letztgenannten Fall sollten die Leitfähigkeitstypen der anderen Schichten in passender Weise geändert werden. Die gleichen Wirkungen können auch durch Änderung 2Q der Quelle und des Drains erhalten werden.

Die Treibertransistoren 40 können gewöhnliche Transistoren sein, und diese Transistoren, die Leseadressenschaltung sowie die Video-Zeilenwählschaltung 32 können zusammen mit der Bildaufnahmevorrichtung als eine integrierte Schaltung ausgestaltet sein.

Das Material der Vorrichtung ist vorzugsweise Silizium, obwohl andere Mat-erialien, wie Germanium und Verbund-Halbleitermaterialien der III. - V. Gruppe gewünschtenfalls verwendet werden können.

Der SIT kann entweder ein solcher von normalerweise gesperrter Bauart sein, in dem der Kanal nichtleitend ist, wenn keine Spannung an ihm liegt, d.h. wenn er thermisch ausgeglichen ist, oder ein solcher von normalerweise offener Bauart sein, in dem der Kanal leitend ist, wenn er thermisch ausgeglichen ist.

■^ Falls dann, wenn die Ladungsträger in den Steuertoren 14 im Ansprechen auf einfallendes Licht angesammelt werden, eine negative Spannung angelegt wird, dann wird die Ansammlung der Ladungsträger mit größerer Wirksamkeit ausgeführt.

Die oben beschriebenen Vorrichtungen können mittels irgendeiner der Techniken, die mit Bezug auf die Fig. 4, 5 und angegeben wurden, angetrieben werden.

Bei jeder der erläuterten Ausführungsformen kann jedes Bauteil nach Wunsch ausgestaltet werden, wenn seine Funktion nicht behindert wird. So kann z.B. bei der Ausführungsform von Fig. 10 die Isolierschicht 126 von der Steuer elektrode 124 abgedeckt sein. In diesem Fall kann die an die Steuerelektrode 124 gelegte Spannung mit größerer Wirksamkeit geregelt werden, während auch die beim Herstellungsverfahren zur Anwendung gelangenden Maskiervorgänge in einfacherer Weise ausgeführt werden können.

Ferner können Farbbilderdaten erhalten werden, indem Zellenmatrizen, die Photodetektorvorrichtungen für jeweils Rot, Grün und Blau enthalten, gebildet werden. In diesem Fall wird das einfallende Licht unter Verwendung von Farbfiltern in rote, grüne und blaue Lichtkomponenten zerlegt.

Der Photodetektor kann nicht nur als ein Zeilen- oder Bildsensor, sondern auch als eine Zelleneinheit verwendet werden.

Wie aus der obigen Beschreibung deutlich wird, wird gemäß der Erfindung eine Einrichtung zur Unterdrückung der Räumung von in Lesedaten angesammelten Ladungsträgern für den Torbereich oder den Steuertorbereich vorgesehen, und es wird ein Rückstellvorgang gegen die von der Unterdrükkungseinrichtung gebildete Potentialbarriere ausgeführt. Demzufolge können Daten in zufriedenstellender Weise gespeichert und in einer zerstörungsf reien Weise ausgelesarvveroan.

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Claims

Patentansprüche

20 AJ Halbleiter-Photodetektor, der aus statischen Induktionstransistoren mit Torbereichen, die mit einem Kanalbereich Grenzen bilden und in denen im Ansprechen auf einfallendes Licht erzeugte Ladungsträger gesammelt werden, aufgebaut ist,

25 gekennzeichnet durch eine die Räumung der angesammelten Ladungsträger bei einer Datenausgabe unterdrückende Einrichtung, die für jeden der Torbereiche vorgesehen ist.

30 2. Photodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterdrückende Einrichtung von einer Isolierschicht, die längs der Grenze zwischen jedem Torbereich und dem Kanalbereich ausgestaltet ist, gebildete Potentialbarriere

umfaßt.

3. Photodetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unterdrückende Einrichtung eine zweite Potentialbarriere umfaßt, an die ein in dem Tor.bereich nach Anlegen einer Spannung

g zur Beseitigung von in dem Torbereich angesammelten Ladungsträgern an die von der Isolierschicht geschaffene Potentialbarriere gebildetes Potential gelegt wird.

4. Photodetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch 2Q gekennzeichnet, daß jeder statische Induktionstransistor einen zusätzlichen Torbereich umfaßt, an den ein Signallesebezugspotential angelegt wird.

5. Photodetektor nach Anspruch 4, dadurch

gekennzeichnet, daß der zusätzliche Torbereich eine Einrichtung zur Unterdrückung der Ansammlung von im Ansprechen auf einfallendes Licht erzeugten Ladungsträgern umfaßt.

6. Photodetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die statischen Induktionstransistoren in einer eindimensionalen Matrix angeordnet sind.

7. Photodetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die statischen Induktionstransistoren in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind.

8. Verfahren zum Antreiben eines Halbleiter-Photodetektors, der aus statischen Induktionstransistoren zusammengesetzt ist, wobei ein erstes Signal zur Datenausgabe an Torbereiche, die jeweils eine Grenze mit einem Kanalbereich bilden und im Ansprechen auf einfallendes Licht erzeugte Ladungsträger ansammeln, und ein zweites Signal zur Datenausgabe an einen ersten, in dem dem Torbereich benachbarten Kanalbereich sowie einen zweiten,

T^ dem ersten Hauptelektrodenbereich entsprechenden Hauptelektrodenbereich angelegt wird,

gekennzeichnet durch Anlegen eines Rückstellsignals an jeden Torbereich, das in diesem Torbe-

c reich ein Ladungsträger gegen eine Potentialbarriere, die in dem Torbereich gebildet ist, räumendes Potential bildet, um damit die Räumung von Ladungsträgern auf Grund des Anlegens des ersten Signals zu unterdrücken.

2Q 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die statischen Induktionstransistoren in einer eindimensionalen Matrix angeordnet werden, daß das erste Signal an die statischen Induktionstransistoren in einer vorgegebenen Folge

2^5 während des Anlegens des zweiten Signals angelegt wird und daß das Rückstellsignal an die statischen Induktionstransistoren nach Anlegen des zweiten Signals angelegt wird.

2010- Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die statischen Induktionstransistoren in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet werden, daß das zweite Signal an Videozeilen in einer vorgegebenen Folge angelegt wird, daß das erste Signal an die statischen Induktionstransistoren, die die Videozeilen bilden, in einer vorgegebenen Folge während des Anlegens des zweiten Signals an die Videozeilen angelegt wird und daß das Rückstellsignal an alle statischen Transistoren angelegt wird, wenn die ersten sowie zweiten Signale an alle statischen Transistoren angelegt worden sind.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß einer der statischen Transistoren jeweils für eine Zelle vorgesehen ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der statischen Induktionstransistoren einen zusätzlichen Torbereich aufweist, der auf einem einen Bezug für das erste Signal bildenden Potential gehalten wird.

13. Verfahren nach Anspruch.11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der statischen Induktionstransistoren einen zusätzlichen Torbereich aufweist, der auf einem einen Bezug für das erste Signal bildenden Potential gehalten wird.