DE3519077A1

DE3519077A1 - Festkoerper-bildsensor

Info

Publication number: DE3519077A1
Application number: DE19853519077
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Tokio/Tokyo Yamada
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1984-05-31
Filing date: 1985-05-28
Publication date: 1985-12-05
Also published as: DE3519077C2; US4644402A; JPS60254886A

Description

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D-8000 MÜNCHEN 90 OLYMPUS OPTICAL CO. LTD. SCHVEIGERSTRASSE 2

lA-59 415 telefon: (089)6610 ji

TELEGRAMM: PROTECTPATENT TELEX: 524070

telefax: via (089) 2 γι 6o 63 (πι)

Festkörper-Bildsensor

Die Erfindung betrifft einen Festkörper-Bildsensor mit einer Vielzahl von Bildelementen mit statischen Induktionstransistoren (SIT), welche sowohl eine photoelektrische Umwandlungsfunktion als auch eine Schaltfunktion ausführen.

Herkömmlich sind unterschiedlichste Festkörper-Bildsensoren vorgeschlagen worden, welche ladungsgekoppelte Einrichtungen CCD, sogenannte "Eimerkettenschaltungen" BBD oder auch MOS-Transistoren aufweisen.

Solche Festkörper-Bildsensoren haben allerdings Nachteile derart, daß elektrische Ladungen während der Ladungsübertragung auslecken und daß auch die photoelektrische Empfindlichkeit gering ist. Zur Vermeidung dieser Nachteile wurden Festkörper-Bildsensoren mit statischen Induktionstransistoren (SIT) vorgeschlagen, beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung Nr. 83900059.3, wo jeder SIT als Photo-Nachweiselement und auch als Schaltelement dient. In der US-Patentanmeldung der Nr. 647169 (vom 4. September 1984) wird ein Festkörper-Bildsensor mit SIT beschrieben, welcher eine erhöhte Empfindlichkeit aufweist und einfach herstellbar ist. Bei diesem Festkörper-Bildsensor können Bildsignale ausgelesen werden, wobei die gespeicherten Ladungen nicht gelöscht werden und wobei die Empfindlichkeit dadurch erhöht werden kann, daß die Zeitspanne zum Speichern der Photo-Ladungsträger verlängerbar ist.

- β - 59 415

Die Fig. IA und IB zeigen einen Festkörper-Bildsensor, wie er in der vorstehenden Anmeldung vorgeschlagen wird. Ein SIT gemäß Fig. IA weist ein η -Substrat 1 auf, welches als Drain des SIT dient, sowie eine geringfügig dotierte n""-Epitaxieschicht 2, welche auf dem Substrat 1 gewachsen ist und als Kanal dient, eine η -Source 3 und ein ρ -Gate 4, welche in der Epitaxieschicht 2 beispielsweise mittels thermischer Diffusion ausgebildet sind, eine Source-Elektrode, welche mit der Source 3 verbunden ist, und Gate-Elektroden 6, 6, welche oberhalb der Gate-Bereiche 4, 4 mit einem dazwischengeschalteten isolierenden Film 5, beispielsweise aus SiO₂, um einen Gate-Kondensator 7 zu bilden. Der SIT ist von benachbarten SIT durch einen Isolationsbereich 9 isoliert, welcher von einem eingebetteten isolierenden Material gebildet ist. Eine Vielzahl von SIT sind matrixförmig auf dem gleichen Substrat ausgebildet.

Fig. IB zeigt das Schaltbild des Festkörper-Bildsensors gemäß Fig. IA mit normalerweise eingeschalteten SIT. Die Drains (Substrat) der SIT 10-11 bis 10-mn, welche die matrixförmig angeordneten Bildelemente bilden, sind gemeinsam mit dem Erdpotential verbunden und an die Gate-Elektroden der SIT 10-11 bis 10-ln; ...; 10-ml bis 10-mn, welche jeweils in X-Richtung angeordnet sind, d.h. in Zeilen, sind die Zeilenleitungen 11-1 bis 11-m angeschlossen, welche ihrerseits mit der vertikalen Abtastschaltung 16 verbunden sind, um Zeilen-Auswahlsignale SGl bis SGm zu empfangen. Source-Elektroden der SIT 10-11 bis 10-ml; ...; 10-ln bis 10-mn, welche in Y-Richtung, d.h. in Spalten, angeordnet sind, sind mit den Spaltenleitungen 12-1 bis 12-n verbunden, welche ihrerseits mit der Video-Spannungsquelle V über einzelne Spalten-Auswahltransistoren 13-1 ... 13-n, eine gemeinsame Videoleitung 14 und einen Lastwiderstand 15 verbunden sind. An die Gates der Spalten-Auswahltransistoren 14-1 bis 14-n werden mittels einer horizontalen Abtastschaltung 17 Spalten-Auswahlsignale SSl bis SSn angelegt.

- Χ - 59 415

In derartigen SIT werden bei Lichteinfall Elektron/Loch-Paare im Kanalbereich 2 und einer Gate-Verarmungsschicht induziert. Elektronen werden in die mit dem Erdpotential verbundene Drain 1 abgeführt, während Löcher im signalspeichernden Gate-Bereich 4 gespeichert werden, so daß der Gate-Kondensator 7 aufgeladen wird und das Gate-Potential um AV geändert wird. Es sei nunmehr angenommen, daß die Menge an im Gate-Bereich 4 gespeicherten elektrostatischen Ladungen durch Q_T angegeben ist und daß

J-I

die Kapazität des Gate-Kondensators 7 den Wert C hat. Damit gilt AV_=Q_/C_. Nach einer bestimmten Speicherzeit wird ein

tr Jj Va

Auslesepuls V an den Gate-Anschluß 8 angelegt und das Gate-Potential wird auf die Summe aus V__ und AV _ geändert. Sodann

<dg g

wird die Potentialdifferenz zwischen dem signalspeichernden Gate-Bereich 4 und dem Source-Bereich 3 gesenkt, um die Verarmungsschicht zu verkleinern, worauf ein Drain-Strom zwischen der Source und der Drain zu fließen beginnt, dessen Stärke dem Lichteinfall entspricht. Gemäß der Verstärkungsfunktion des SIT wird der Drain-Strom um den Verstärkungsfaktor vergrößert. Es sei angemerkt, daß auch bei Vertauschung der Source und der Drain des SIT ein entsprechender Betrieb möglich ist.

Die Fig. 2A-2F illustrieren Pulsformen der an die Zeilenleitungen 11-1 bis 11-m und die Spalten-Auswahltransistoren 14-1 bis 14-n angelegten Signale. Wie in den Fig. 2A-2F dargestellt, werden bei diesem Festkörper-Bildsensor die Bildelemente nacheinander derart ausgelesen, daß nacheinander die Zeilenleitungen 11-1 bis 11-m ausgewählt werden, wobei dann nacheinander für jede ausgewählte Zeilenleitung die Spaltenleitungen 13-1 bis 13-n ausgewählt werden. Jedes der an die Zeilenleitungen angelegten Signale weist einen niederen Spannungswert V-, und einen höheren Spannungswert V auf. Während der Zeilen-Abtastperiode t„ weist das Zeilen-Auswahlsignal den Spannungswert V_^

η (DCj

auf, während in einer horizontalen Austastperiode t_D, das Zei-

IjX

len-Auswahlsignal den Spannungswert V,_ annimmt. Jedes der

Q)K

Spalten-Auswahlsignale (DSl, <6S2 ..., welche an die Gates der

-Jt- 59 415

Spalten-Auswahltransistoren angelegt werden, hat einen niederen Pegel, um die Transistoren auszuschalten und einen höheren Pegel, um sie durchzuschalten.

Wird das vertikale Abtastsignal SGl auf den Spannungswert V„

erhöht, so werden die mit der ersten Zeilenleitung 11-1 verbundenen SIT ausgewählt und die SIT werden nacheinander ausgelesen, während die Spalten-Auswahltransistoren 13-1, 13-2 ... 13-n nacheinander mittels der horizontalen Abtastsignale 5Sl, SS2 ... SSn durchgeschaltet werden. Auf diese Weise wird das Video-Signal einer Zeile auf der Videoleitung 14 abgeleitet. Sodann werden die SIT der ersten Zeile gleichzeitig rückgesetzt wenn das vertikale Abtastsignal (DGl auf den höheren Pegel V„ erhöht

(DK

Wird sodann das vertikale Abtastsignal SG₂ auf den Wert V.« geändert, so werden alle SIT 10-21, 10-22, ..., 10-2n, welche mit der zweiten Zeilenleitung 11-2 verbunden sind, ausgewählt und nacheinander mittels der horizontalen Abtastsignale SSl, SS2, ... SSn ausgelesen.

Auf diese Weise werden nacheinander die Bildelemente ausgelesen, um das Video-Signal eines Bildfeldes zu erhalten.

Dieser Festkörper-Bildsensor weist allerdings einige Nachteile auf. Die Ansammlung von durch Licht induzierten Photo-Ladungsträgern wird im Kanalbereich 2 und in der Gate-Verarmungsschicht jedes der SIT wirksam. Die Sammlungsbereiche entsprechen den Abschnitten der Kanal-Bereiche, welche zwischen den Gate-Bereichen und den isolierenden Bereichen liegen sowie unterhalb der Gate-Bereiche. Es ist zu erkennen, daß die Abschnitte zwischen den Gate-Bereichen und den isolierenden Bereichen sehr klein sind, da die Abmessungen der Bildelemente insgesamt möglichst klein gehalten werden. Der Hauptabschnitt zum Sammeln der Photo-Ladungsträger ist derjenige Abschnitt des Kanalbereiches, welcher unterhalb des Gate-Bereiches 4 liegt,

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so daß einfallendes Licht durch den Gate-Bereich 4 durchscheinen muß. Um einen hohen Verstärkungsfaktor zu erzielen, muß die Tiefe X. des Gate-Bereiches 4 relativ groß sein, beispielsweise 2-4 μπι. Deshalb wird einfallendes Licht, insbesondere aber die Anteile mit kurzen Wellenlängen (im blauen Bereich) im Gate-Bereich 4 absorbiert, so daß es kaum den Abschnitt des Kanalbereiches unterhalb des Gate-Bereiches erreicht.

Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit des Licht-Absorptionskoeffizienten oc für Silizium von der Wellenlänge Tides einfallenden Lichtes. Wird angenommen, daß λ= 0,4 μΐη und die Stärke des P -Gate-

-4 -1 Bereiches 3 μπι beträgt, dann gilt oC = 6 χ 10 cm und die Licht-Durchlässigkeit wird sehr klein, beispielsweise e *«·«·" ₌ 1,5x10 . Deshalb hat der Festkörper-Bildsensor gemäß obiger Anmeldung eine relativ geringe Empfindlichkeit, insbesondere im blauen Bereich, und ist für eine Farb-Kamera wenig geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Festkörper-Bildsensor bereitzustellen, welcher auch bei sehr kleinen Bildelementen eine hohe Lichtempfindlichkeit aufweist. Daneben soll der Festkörper-Bildsensor auch eine hohe Lichtempfindlichkeit über das gesamte sichtbare Spektrum aufweisen, so daß er sich gut für eine Farb-Kamera eignet, wobei die Packungsdichte möglichst hoch sein soll.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Ausgestaltungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.

Da erfindungsgemäß als Licht-Empfangsabschnitt eine photoleitfähige Schicht auf dem Gate-Bereich des SIT vorgesehen ist, ist es auch bei sehr kleinen Abmessungen des Bildelementes möglich, einen relativ großen Lichtempfang zu gewährleisten und auch eine hohe Empfindlichkeit über den gesamten Spektralbereich des sichtbaren Lichtes. Somit ergibt sich ein Festkörper-Bildsensor

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mit hoher Dichte und Empfindlichkeit. Auch ist bei einem erfindungsgemäßen Festkörper-Bildsensor die Möglichkeit von Störungen zwischen benachbarten Bildelementen vollständig ausgeschlossen, so daß sich eine hohe Bildschärfe ohne Farbmischungen ergibt.

Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt bzw. zeigen:

Fig. IA einen Schnitt durch einen statischen Induktionstransistor, welcher in der obengenannten US-Patentanmeldung vorgeschlagen worden ist;

Fig. IB ein Schaltbild eines Festkörper-Bildsensors, in dem statische Induktionstransistoren gemäß Fig. IA Verwendung finden;

Fig. 2A-2F Pulsformen von Signalen, die zum Betrieb des in Fig. IB gezeigten Festkörper-Bildsensors benötigt werden;

Fig. 3 die Abhängigkeit des Licht-Absorptionskoeffizienten für Silizium von der Wellenlänge des Lichtes;

Fig. 4A und 4B eine Draufsicht bzw. einen Schnitt eines Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Festkörper-Bildsensors;

Fig. 5A und 5B eine Draufsicht bzw. einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Festkörper-Bildsensors ;

Fig. 6A und 6B eine Draufsicht bzw. einen Schnitt eines anderen Ausführungsbeispieles eines erfindungsgemäßen Festkörper-Bildsensors; und

* '* 59 415

Fig. 7 ein Schaltbild für den in den Fig. 6A und 6B gezeigten Festkörper-Bildsensor.

Fig. 4A ist eine Draufsicht auf einen Festkörper-Bildsensor und Fig. 4B zeigt einen Schnitt entlang der Linie X-X¹ der Fig. 4A. Mit dem Bezugszeichen 21 ist ein η -Siliziumsubstrat angedeutet, welches die Drain eines SIT bildet, während eine η -Epitaxieschicht 22 einen Kanalbereich bildet und die Source des SIT mit dem Bezugszeichen 23, der P -Gate-Bereich mit dem Bezugszeichen 24 und ein Isolationsbereich zum Trennen benachbarter SIT mit dem Bezugszeichen 25 versehen sind. Auf der Oberfläche der Epitaxieschicht 22 ist eine isolierende Schicht 26 aus SiO„ oder PSG (Phosphor-Silikat-Glas) vorgesehen. Eine Gate-Elektrode ist mit dem Gate-Bereich 24 über ein Kontaktloch 28 verbunden, welches in der isolierenden Schicht 26 ausgebildet ist. Weiterhin ist eine Source-Elektrode 29 vorgesehen, welche mit dem Source-Bereich 23 verbunden ist. Die Source-Elektrode 29 ist mit den Source-Bereichen der SIT einer Spalte verbunden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist weiterhin auf einer Gate-Elektrode 27 eine photoleitfähige Schicht 30 aus amorphem Silizium und einem zusammengesetzten Halbleitermaterial, wie ZnSe vorgesehen. Eine durchsichtige Elektrode 31 ist auf der photoleitfähigen Schicht 30 vorgesehen. Gemäß Fig. 4A ist die durchsichtige Elektrode 31 in Streifen aufgeteilt, welche senkrecht zur Source-Elektrode ausgerichtet sind, d.h. in Zeilen-Richtung.

In diesem Festkörper-Bildsensor bilden die Gate-Elektrode 27, die durchsichtigen Elektroden 31 und die dazwischen angeordnete photoleitfähige Schicht 30 einen Kondensator. Weiterhin bilden die durchsichtigen Elektroden 31 Zeilenleitungen, ähnlich den Zeilenleitungen 11-1, 11-2, ... gemäß Fig. IB, während die Source-Elektroden 29 Spaltenleitungen 12-1, 12-2, ... bilden. Dementsprechend kann der Festkörper-Bildsensor gemäß diesem Ausführungsbeispiel ähnlich hergestellt werden, wie der Festkörper-Bildsensor nach Fig. IB. Die Bildelemente können in einem XY-Adressierverfahren ausgelesen werden.

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Nunmehr wird der Betrieb des Festkörper-Bildsensors gemäß diesem Ausführungsbeispiel anhand des in Fig. IA gezeigten Schaltbildes und der in den Fig. 2A-2F gezeigten Pulsformen erläutert.

Wird das vertikale Abtastsignal SGl auf die hohe Rücksetzspannung ν,,, geändert, so wird die Spannung V_._D an die Spaltenlei-

(DK (DK

tung 11-1 angelegt und dementsprechend werden die p-n-übergänge zwischen den Gates und den Drains der SIT 10-11, 10-12, ... 10-ln, welche mit der Spaltenleitung 11-1 verbunden sind, in Durchlaßrichtung mit Spannung versorgt. Dementsprechend wird der durch die Gate-Elektrode 27, den photoleitfähigen Film 30 und die durchsichtige Elektrode 31 gebildete Kondensator auf die Spannung (ν_δ_-δΒ) geladen, wobei SB die Durchlaßspannung für den p-n-übergang ist. Danach wird bei Änderung des vertikalen Abtastsignales SGl auf den Wert 0 V die Spannung (V-SB) im Kondensator gespeichert und die Gate-Spannung V jedes der SIT 10-11, 10-12, ... 10-ln nimmt den Wert -(V... -SB) an.

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Unter diesen Bedingungen wird bei Lichteinfall auf den SIT der Widerstand der photoleitfähigen Schicht 30 gesenkt, so daß im Kondensator gespeicherte Ladungen abgeführt werden, um die Gate-Spannung V_G zu erhöhen. Der Zuwachs des Gate-Potentials entspricht im wesentlichen der Menge an eingefallenem Licht.

Nach Verstreichen der Auslese-Zeitspanne wird bei Änderung des vertikalen Abtastsignales SGl auf den Wert V_ die Spannung V_„ an die Spaltenleitung 11-1 angelegt. Sodann werden die Gate-Spannungen der SIT 10-11, 10-12, ..., 10-ln weiterhin um den Wert V_ffiG angehoben. Deshalb werden die SIT 10-11, 10-12, ..., 10-ln nacheinander derart ausgelesen, daß die Spalten-Transistoren 13-1, 13-2, ..., 13-n nacheinander mittels der Spalten-Auswahlsignale durchgeschaltet werden. Auf diese Weise wird das Video-Signal einer Zeile abgeleitet. Sodann wird das vertikale Abtastsignal SGl auf den Wert V_ffiR geändert und die Gates der SIT 10-11, 10-12, ..., 10-ln werden gleichzeitig rückgesetzt

-/T- 59 415

und das Gate-Potential nimmt den Wert -(V, -ΦΒ) an. Auf diese

φ κ

Weise werden die SIT aufeinanderfolgender Reihen nacheinander ausgelesen, um das Video-Signal eines gesamten Feldes zu erhalten.

Da die photoelektrische Umwandlung im photoleitfähigen Film erfolgt, welcher auf der Gate-Elektrode ausgebildet ist, wird eine hohe Empfindlichkeit über den gesamten sichtbaren Spektralbereich erreicht. Darüberhinaus wird das Öffnungsverhältnis (Verhältnis der wirksamen zu den unwirksamen Lichtempfangsflächen) des Licht-Empfangsabschnittes vergrößert, so daß eine hohe Dichte und Auflösung erreicht werden.

Fig. 5A zeigt eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Festkörper-Bildsensors, dessen Schnitt entlang der Linie X-X¹ in Fig. 5B gezeigt ist.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf dem einen Drain-Bereich bildenden Siliziumsubstrat 21 eine n~-Epitaxieschicht 22 ausgebildet, welche einen Kanalbereich bildet und in der Epitaxieschicht sind ein Source-Bereich 23 sowie ein Gate-Bereich 24 des SIT ausgebildet. Die SIT sind mittels der Isolationsbereiche 25 voneinander isoliert, welche eine Ausnehmung in der Epitaxieschicht aufweisen, wobei in der Ausnehmung eine gestreckte Gate-Elektrode 27, eine isolierende Schicht 32 und eine Kondensator-Elektrode 33 nacheinander angeordnet sind. Dieser Aufbau läßt sich durch folgende Herstellungsschritte erzielen:

Cl) Eine U-förmige Ausnehmung wird in der Epitaxieschicht 22 mittels reaktiver Ionen-Ätzung (RIE) ausgeformt;

(2) Die Wände der U-förmigen Ausnehmung in der Epitaxieschicht werden zu ei
umgewandelt;

werden zu einer SiO„-Schicht mittels thermischer Oxidation

- yd - 59 415

(3) Eine Polysilikon-Schicht, welche als Gate-Elektrode 27 dient, wird mittels des CVD-Verfahrens ausgebildet;

(4) Die isolierende Schicht 32 aus SiO₂ wird mittels thermischer Oxidation der Polysilikon-Schicht 27 gebildet und

(5) Die photoleitfähige Schicht 30 wird auf die Gate-Elektrode 27 aufgetragen und sodann wird die Kondensator-Elektrode 33 auf der photoleitfähigen Schicht 30 ausgebildet.

In den Fig. 5A und 5B ist eine Source-Elektrode mit dem Bezugszeichen 29 und eine durchsichtige Elektrode, welche in Kontakt mit den Kondensator-Elektroden 33 steht, mit dem Bezugszeichen 31 versehen. Die Source-Elektrode 29 und die transparenten Elektroden 31 sind zueinander senkrecht ausgerichtet, um jeweils Spaltenleitungen bzw. Zeilenleitungen zu bilden.

Bei diesem Ausführungsbeispiel bilden die Gate-Elektrode 27, die isolierende Schicht 32 und die Elektroden 33 einen Kondensator, welcher über den Gate-Bereich 24 und die durchsichtige Elektrode 31 geschaltet ist, und zwar parallel zu einem Kondensator, welcher durch die Gate-Elektrode 27, die photoleitfähige Schicht 30 und die durchsichtige Elektrode 31 gebildet ist. Deshalb wird die Kapazität dieses Kondensators wesentlich größer als die des in den Fig. 4A und 4B gezeigten Kondensators.

Gewöhnlich hat die photoleitfähige Schicht 30 eine Stärke von einigen Mikrometern, um eine ausreichend hohe Empfindlichkeit zu erzielen. Dementsprechend kann die Kapazität des Kondensators bei dem in den Fig. 4A und 4B gezeigten Ausführungsbeispiel kleiner sein als es erforderlich ist, um hinreichend große Signal-Ladungsmengen zu speichern. Demgegenüber kann bei dem nunmehr beschriebenen Ausführungsbeispiel die Gesamt-KapazitSt wesentlich vergrößert werden. Da weiterhin der Kondensator im wesentlichen vertikal im Isolationsbereich ausgebildet ist, ist es möglich, eine sehr große Kapazität zu erzielen,

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obwohl die vom Kondensator eingenommene Fläche relativ klein ist. Der Betrieb des Festkörper-Bildsensors gemäß diesem Ausfuhr ungsbei spiel entspricht dem des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispieles .

Fig. 6A ist eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Festkörper-Bildsensors, während Fig. 6B einen Schnitt entlang der Linie X-X¹ in Fig. 6A zeigt.

Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf dem die Drain der SIT bildenden Substrat 21 eine Epitaxieschicht 22 ausgebildet, welche einen Kanalbereich bildet, in dem ein Source-Bereich 23 und ein Gate-Bereich 24 ausgebildet sind.

Auf einem Teil des Gate-Bereiches 24 sind nacheinander eine dünne isolierende Schicht 34 aus SiO- und eine Kondensator-Elektrode 35 aufgetragen, um einen Kondensator zu bilden. Die Kondensator-Elektroden 35 der in einer Zeile angeordneten SIT sind miteinander verbunden. An den Gate-Bereich 24 ist weiterhin über ein Kontaktloch 28 eine Gate-Elektrode 27 angeschlossen. Das Kontaktloch 28 ist in der relativ dicken isolierenden Schicht 26 ausgebildet. Die Elektrode 27 erstreckt sich über die Kondensator-Elektrode, wobei eine isolierende Schicht 36 aus Phosphor-Silikat-Glas zwischengeschaltet ist. Eine photoleitfähige Schicht 30 und eine durchsichtige Elektrode 31 sind nacheinander auf die Gate-Elektrode 27 aufgetragen. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die photoleitfähige Schicht 30 und die durchsichtige Elektrode 31 nicht strukturiert, sondern gleichförmig ausgebildet. Die Kondensator-Elektrode 35 und die Source-Elektrode 29 erstrecken sich senkrecht zueinander, um Zeilenleitungen bzw. Spaltenleitungen zu bilden.

Fig. 7 zeigt das Schaltbild für die gezeigten Festkörper-Bildsensoren. Die Kondensator-Elektroden 35 bilden Zeilenleitungen 51-1, 51-2, ..., 51-m und die Source-Elektroden 29 bilden Spaltenleitungen 52-1, 52-2, ..., 52-n. An die Gate-Bereiche 24 der

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SIT 50-11, 50-12, ..., 50-mn, welche die Bildeleinente bilden, sind die Kondensatoren 40-11, 40-12, ..., 40-mn angeschlossen, welche durch die photoleitfähige Schicht 30 und die durchsichtige Elektrode 31 gebildet werden. Die gleichförmig aufgetragene durchsichtige Elektrode 31, welche die äußere Elektrode der Kondensatoren 40-11, 40-12, 40-mn bildet, ist mit der Target Spannungsquelle V verbunden.

Nunmehr wird der Betrieb des Festkörper-Bildsensors gemäß diesem Ausführungsbeispiel anhand der in den Fig. 2A-2F gezeigten Signal-Pulsformen erläutert.

Wird das vertikale Abtastsignal (BGl auf die Rücksetz spannung V_ffi erhöht, so wird diese Spannung V_ffi an die Zeilenleitung 51-1 angelegt und die p-n-Ubergänge der SIT 50-11, 50-12, ..., 50-ln, welche mit dieser Zeilenleitung 51-1 verbunden sind, werden in Durchlaßrichtung gespannt und sodann werden die Kondensatoren 50-11, 50-12, ..., 50-ln, welche jeweils durch den Gate-Bereich 24 und die dielektrische Schicht 34 gebildet werden, über die Kondensator-Elektrode 35 auf den Wert (V_31n-SB)

Φχ\

aufgeladen. Danach wird bei Lichteinfall auf das Bildelement der Widerstand der photoleitfähigen Schicht 30 gesenkt und ein elektrischer Strom fließt in den Gate-Bereich 24 des SIT des betroffenen Bildelementes aus der Target-Spannungsquelle V_T über die durchsichtige Elektrode 31 und die photoleitfähige Schicht 30 und das Gate-Potential des betroffenen SIT wird erhöht. Das erhöhte Gate-Potential ist im wesentlichen proportional der Lichtmenge, welche auf den SIT einfällt.

Nach der Auslese-Zeitspanne wird bei Änderung des vertikalen Abtastsignales SGl auf den Wert V _G die Spannung V,_ an die Zeilenleitung 51-1 angelegt, so daß die Gate-Potentiale der SIT 50-11, 50-12, ..., 50-ln, welche mit der betroffenen Zeilenleitung 51-1 verbunden sind, um den Wert V__G erhöht werden. Werden deshalb die Spalten-Auswahltransistoren 53-1, 53-2, ..., 53-n

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nacheinander mittels der Spalten-Auswahlsignale SSl, <BS2, ... 5Sn durchgeschaltet, so werden die Signale aus den SIT 50-11, 50-12, ..., 50-ln auf der Videoleitung 54 ausgelesen. Auf diese Weise werden alle SIT nacheinander ausgelesen, um das Video-Signal für das gesamte Feld zu erhalten.

Da bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel keine Strukturierung der photoleitfähigen Schicht und der durchsichtigen Elektrode erforderlich ist, sondern diese vielmehr gleichförmig ausgebildet sein können, ist die Herstellung wesentlich vereinfacht.

Claims

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D-8000 MÜNCHEN 90 OLYMPUS OPTICAL CO. LTD. SCHWEIGERSTRASSEI

lA-59 415 telefon: (089)662051

TELEGRAMM: PROTECTPATENT

TELEX: 524070

telefax: via (089) 2 71 60 63 (in)

Patentansprüche :

Festkörper-Bildsensor mit einer Vielzahl von Zeilenleitungen (51-1, ..., 51-m), einer vertikalen Abtastschaltung (56), um nacheinander Zeilen-Auswahlsignale an die Vielzahl von Zeilenleitungen anzulegen, einer Vielzahl von Spaltenleitungen (52-1, ..., 52-n), einer horizontalen Abtastschaltung (57), um nacheinander Spalten-Auswahlsignale an die Vielzahl von Spaltenleitungen anzulegen, einer Vielzahl von Bildelementen, welche an den Kreuzungspunkten zwischen den Zeilen- und Spaltenleitungen angeschlossen sind, wobei jedes Bildelement einen statischen Induktionstransistor mit einer ersten Hauptelektrode aufweist, die mit der Spaltenleitung verbunden ist, eine zweite Hauptelektrode, die an die zweiten Hauptelektroden der anderen statischen Induktionstransistoren angeschlossen ist, einen Kanalbereich (22), der zwischen den ersten und zweiten Hauptelektroden angeordnet ist, und wobei eine Videoleitung (54) selektiv mit den Spaltenleitungen verbunden wird, um aus den Bildelementen ein Video-Signal auszulesen,
dadurch gekennzeichnet,

daß ein Kondensator zwischen den Gate-Bereich (24) der einzelnen statischen Induktionstransistoren einer Zeilenleitung (51-1, ..., 51-m) geschaltet ist und daß eine photoleitfähige Schicht (30) mit dem Gate-Bereich (24) der einzelnen statischen Induktionstransistoren verbunden ist.

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2. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator durch die mit dem Gate-Bereich verbundene Gate-Elektrode (27), die auf der Gate-Elektrode aufgetragene photoleitfähige Schicht (30) und eine durchsichtige Elektrode (31) gebildet ist, welche auf der photoleitfähxgen Schicht (30) aufgetragen ist.
3. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitfähige Schicht (30) in eine Vielzahl von Streifen unterteilt ist, welche sich in Zeilen-Richtung erstrecken und die einzelnen Zeilenleitungen bilden.
4. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige photoleitfähige Schicht gleichmäßig auf alle Bildelemente aufgetragen ist.
5. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von photoleitfähxgen Schichten getrennt auf den einzelnen Bildelementen aufgetragen sind.
6. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitfähige Schicht (30) auf eine Gate-Elektrode (27) aufgetragen ist, welche mit dem Gate-Bereich (24) verbunden ist, und daß eine durchsichtige Elektrode (31) auf der photoleitfähxgen Schicht (30) aufgetragen ist, um einen zweiten Kondensator zusammen mit der Gate-Elektrode und der photoleitfähigen Schicht zu bilden.

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7. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Kondensator durch ein Teil der Gate-Elektrode (27), eine auf dem Teil der Gate-Elektrode aufgetragene isolierende Schicht (32) und eine auf der isolierenden Schicht aufgetragene Kondensator-Elektrode (33) gebildet ist.
8. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Kondensator integral mit einem Isolationsbereich zwischen benachbarten Bildelementen ausgebildet ist.
9. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kondensator-Elektrode (33) sich durch die photoleitfähige Schicht (30) erstreckt und mit der durchsichtigen Elektrode (31) verbunden ist, wobei die genannten ersten und zweiten Kondensatoren zueinander parallelgeschaltet sind.
10. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Kondensator durch einen Gate-Bereich (24) , eine isolierende Schicht (34), welche auf einem Teil des Gate-Bereiches aufgetragen ist, und eine Kondensator-Elektrode (35) ausgebildet ist, welche auf der isolierenden Schicht aufgetragen ist.
11. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kondensator-Elektroden (35) von in einer Zeilenrichtung angeordneten Bildelementen miteinander verbunden sind, um eine Zeilenleitung zu bilden und daß die photoleitfähigen Schichten (30) und die durchsichtigen Elektroden (31) aller Bildelemente gleichförmig ausgebildet sind.

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12. Festkörper-Bildsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichförmig ausgebildete durchsichtige Elektrode (31) mit einer Target-Spannungsquelle (V ) verbunden ist.
13. Festkörper-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitfähige Schicht (30) aus amorphem Silizium gebildet ist.
14. Festkörper-Bildsensor nach einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitfähige Schicht (30) aus einem zusammengesetzten Halbleitermaterial gebildet ist.

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