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Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zum Betreiben
eines Festkörperbildgebers, und sie ist spezieller auf ein
Verfahren zum Betreiben eines Festkörperbildgebers mit
Zwischenzeilenübertragung gerichtet, der über einen
Lichtempfangsabschnitt verfügt, der als MOS-Struktur mit vergrabenem
Kanal ausgebildet ist. Ein Festkörperbildgeber weist im
allgemeinen ein Halbleiter-Bauelement und eine
Spannungsversorgungseinrichtung auf.
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In einem Festkörperbildgeber mit MOS-Struktur mit
vergrabenem Kanal ist es erwünscht, Dunkelströme, die eine Quelle
für Störsignale sein können, soweit wie möglich zu
verringern.
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Ein herkömmlicher Festkörperbildgeber, der Dunkelströme
verringern kann, ist z.B. in einer Sammlung von Vorträgen
offenbart, wie sie bei der '84 National Conference of the
Institute of Television Engineers of Japan vorgetragen wurden,
auf den Seiten 41 - 42 offenbart. Ein derartiger bekannter
Festkörperbildgeber weist einen Lichtempfangsabschnitt auf,
der aus einer MOS-Struktur mit vergrabenem Kanal ausgebildet
ist. Genauer gesagt, ist das Bauelement so aufgebaut, daß
ein n-Ladungsspeicherbereich auf der Oberfläche eines p-
Siliziumsubstrats ausgebildet ist und eine Durchlaßelektrode
über eine Isolierschicht auf dem Ladungsspeicherbereich
ausgebildet ist, so daß es bei solchen Bedingungen betrieben
werden kann, bei denen eine Lochspeicherschicht an der
Grenze zwischen dem n-Ladungsspeicherbereich und der
Isolierschicht erzeugt wird. In diesem Festkörperbildgeber wird
die Durchlaßelektrode mit einer vorgegebenen Gleichspannung
versorgt, um im Ladungsspeicherbereich aus zuvor an der
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Oberfläche des n-Ladungsspeicherbereichs abgespeicherten
Löchern einen Kanal auszubilden. So werden die Löcher in
einem sogenannten gepinnten Zustand gehalten, um die
Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren zu unterdrücken, dike die
Hauptkomponente für den Dunkelstrom von der Oberfläche sind.
Ein Festkörperbildgeber der vorstehend beschriebenen Art
kann Dunkelströme in vorteilhafter Weise verringern.
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Wie vorstehend beschrieben, weist dieser bekannte
Festkörperbildgeber folgendes auf:
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- ein Halbleitersubstrat von erstem Leitungstyp;
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- einen Ladungsspeicherbereich von zweitem Leitungstyp, der
unter einer Fläche des Substrats ausgebildet ist;
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- eine isolierende, lichtdurchlässige Schicht, die auf der
Oberfläche des Substrats ausgebildet ist;
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- eine Durchlaßelektrode, die auf der isolierenden Schicht
ausgebildet ist und sich über die Ladungsspeicherfläche
erstreckt und aus einem leitenden, lichtdurchlässigen Material
besteht; und
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- eine Spannungsversorgungseinrichtung zum Versorgen der
Durchlaßelektrode mit einer ersten Spannung zum Ansammeln
von Ladungen entsprechend dem ersten Leitungstyp an der
Grenze zwischen dem Ladungsspeicherbereich und der
isolierenden Schicht.
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Jedoch weist ein solcher herkömmlicher Festkörperbildgeber
Nachteile dahingehend auf, daß, da die Durchlaßelektrode
immer mit Gleichspannung versorgt wird, um Löcher an der
Grenze zwischen dem n-Ladungsspeicherbereich und der
isolierenden Schicht abzuspeichern, versorgt wird, die
Verarmungsschicht unter dem Ladungsspeicherbereich nicht ausgedehnt
wird, was es unmöglich macht, Störungen in aufgenommenen
Bildern zu unterdrücken, die durch Signalladungen
hervorgerufen werden, die vom Inneren des Substrats in den
Ladungsübertragungsabschnitt fließen und die als "Verschmierung"
bezeichnet werden.
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Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zum Betreiben eines Festkörperbildgebers zu schaffen,
das sowohl Dunkelströme als auch Verschmierung wirkungsvoll
unterdrücken kann.
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Um diese Aufgabe zu lösen, verwendet das erfindungsgemäße
Verfahren einen Festkörperbildgeber mit den oben
aufgelisteten Merkmalen einer bekannten Vorrichtung und es ist dadurch
gekennzeichnet, daß die Durchlaßelektrode abwechselnd
während einer ersten Zeitspanne T1 mit der ersten Spannung und
während einer zweiten Zeitspanne T2 mit einer zweiten
Spannung versehen wird, um die Verarmungsschicht auszudehnen,
die unter dem Ladungsspeicherbereich entsteht, wobei ein
zeitliches Tastverhältnis T2/T1 von 0 < T2/T1 ≤ 4 verwendet
wird.
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Beim bekannten Verfahren liefert die
Spannungsversorgungseinrichtung nie die zweite Spannung und daher hat das
zeitliche Tastverhältnis T2/T1 den Wert null. Wie es nachfolgend
erörtert wird, nimmt der Wert des Verschmierungspegels
schnell ab, wenn die zweite Spannung an die
Durchlaßelektrode geliefert wird.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung des
bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den
beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen gleiche Bezugszahlen
durchgehend gleiche Elemente und Teile kennzeichnen.
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Fig. 1 ist ein Diagramm, das einen Querschnitt durch den
Hauptbereich eines Festkörperbildgebers zeigt, der durch ein
erfindungsgemäßes Verfahren betrieben wird;
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Fig. 2A und 2B sind Zeitsteuerdiagramme, die den
Signalverlauf eines Impulssignals Φv bzw. eines Dunkelssignals
zeigen;
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Fig. 3 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem
Tastverhältnis T&sub2;/T&sub1; des Impulssignals Φv und dem
Verschmierungspegel sowie die Beziehung zwischen dem Tastverhältnis
T&sub2;/T&sub1; und dem ausgegebenen Dunkelsignal zeigt; und
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Fig. 4 ist ein Diagramm, das den Signalverlauf eines
Impulssignals Φv' zeigt.
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Fig. 1 zeigt ein p-Siliziumsubstrat 1, in das ein
p-Fremdstoff mit relativ niedriger Konzentration eindiffundiert
ist. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird angenommen,
daß ein Lichtempfangsabschnitt 5, ein
Vertikalregisterabschnitt 6, ein Horizontalregisterabschnitt (nicht
dargestellt) und ein Ausgangsschaltungsabschnitt (nicht
dargestellt) insgesamt auf dem p-Siliziumsubstrat 1 ausgebildet
sind. In der Struktur sind mehrere Lichtempfangsabschnitte 5
vorhanden, die in horizontaler und vertikaler Richtung
angeordnet sind. Der Vertikalregisterabschnitt 6 ist so
angeordnet, daß er parallel zu jedem der vertikal ausgerichteten
Lichtempfangsabschnitte 5 liegt, und der
Horizontalregisterabschnitt 6 ist so angeordnet, daß er parallel zur
horizontalen Richtung liegt, um einen Festkörperbildgeber mit
Zwischenzeilenübertragung zu bilden.
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Der Lichtempfangsabschnitt 5 weist einen
n-Ladungsspeicherbereich 2 auf der Oberfläche des p-Siliziumsubstrats 1 auf.
Eine Durchlaßelektrode 4 ist aus lichtdurchlässigem
Polysilizium hergestellt, das über einer Isolierschicht 3 aus SiO&sub2;
über dem Ladungsspeicherbereich 2 abgeschieden ist, so daß
der Lichtempfangsabschnitt 5 durch eine MOS-Struktur mit
vergrabenem Kanal gebildet wird.
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Wenn der Festkörperbildgeber des vorliegenden
Ausführungsbeispiels betrieben wird, um ein Bild aufzunehmen, wird die
Durchlaßelektrode 4 über einen Abschluß B mit einem
Impulssignal Φv, wie in Fig. 2A dargestellt, versorgt. Wenn die
Durchlaßelektrode 4 mit einer Spannung V&sub1; niedrigen Pegels,
z.B. -12 V, versorgt wird, bildet sich an der Grenze
zwischen dem Ladungsspeicherbereich 2 und der Isolierschicht 3
eine Speicherschicht aus Löchern, und wenn eine Spannung
hohen Pegels, z.B. 2 V, zugeführt wird, erweitert sich die
Verarmungsschicht unter dem Ladungsspeicher 2 in
Dickenrichtung des Substrats 1. Es ist zu beachten, daß das
Impulssignal Φv so ausgewählt ist, daß seine ansteigende Flanke und
seine fallende Flanke innerhalb der Horizontalaustastlücke
liegen, so daß das Bildsignal nicht vom Impulssignal Φv
beeinflußt wird.
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Auch ist angrenzend an den Ladungsspeicherbereich 2 über
einen p-Überlaufsteuerbereich 8 ein Überlaufabziehbereich 7
mit relativ hoher Konzentration vom n-Typ ausgebildet, um
sogenanntes Überstrahlen zu vermeiden, bei dem ein
aufgenommenes Bild durch überschüssige Signalladungen undeutlich
wird, wie sie erzeugt werden, wenn besonders starkes Licht
auf den Bildgeber fällt und die in andere
Ladungsspeicherbereiche fließen. Ein p-Kanalstopperbereich 9 ist angrenzend
an den Überlaufabziehbereich 7 wie auch in Bereichen
zwischen jeweiligen Ladungsspeicherbereichen angeordnet, die
vertikal aneinander angrenzen.
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Der Vertikalregisterabschnitt 6 besteht aus einem
n-Ladungsübertragungsbereich 11, der auf einem p-Wannenbereich 10
ausgebildet ist, der selektiv auf dem p-Siliziumsubstrat 1
ausgebildet ist, und eine Übertragungselektrode 12 aus
Polysilizium ist durch die Isolierschicht 3 über dem
Ladungsübertragungsbereich 11 ausgebildet. So ist der
Vertikalregisterabschnitt
6 als ladungsgekoppeltes Bauelement mit
sogenannter Volumenstruktur (BCCD = bulk charge coupled
device) ausgebildet. Fig. 1 zeigt nur eine
Übertragungselektrode 12. Jedoch ist, wie es im Stand der Technik
wohlbekannt ist, eine erforderliche Anzahl von
Übertragungselektroden 12 vorhanden, so daß der Vertikalregisterabschnitt 6
beim vorliegenden Ausführungsbeispiel auf eine Weise mit
vier Phasen betrieben wird.
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Auf der Isolierschicht 3 ist zwischen dem
Lichtempfangsabschnitt 5 und dem Vertikalregisterabschnitt 6 eine
Gateelektrode 13 zum Steuern der Übertragung von Signalladungen, die
sich im Ladungsspeicherbereich 2 ausbilden, zum
Ladungsübertragungsbereich 11 so ausgebildet, daß sie einstückig mit
einem Teil der Übertragungselektrode 12 ist, wodurch ein
Gateabschnitt 14 gebildet wird. Die Signalladungen werden
während der vertikalen Rücklaufperiode unter Verwendung
einer Spannung V&sub1; von niedrigem Pegel, die der
Durchlaßelektrode 4 zugeführt wird, vom Ladungsspeicherbereich 2 zum
Ladungsübertragungsbereich 11 übertragen.
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Auf der Oberfläche der Durchlaßelektrode 4 ist mit Ausnahme
über dem Lichtempfangsabschnitt 5 eine Lichtabschirmschicht
15 aus z.B. Al ausgebildet. Auch ist über der gesamten
Durchlaßelektrode 4 eine Schutzschicht 16 aus SiO&sub2;
abgeschieden.
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Andere Abschnitte, wie sie für einen Festkörperbildgeber mit
Zwischenzeilenübertragung erforderlich sind, wie der
Horizontalregisterabschnitt und der Ausgangsschaltungsabschnitt
sind auf dieselbe Weise wie bei einem herkömmlich bekannten
Bauelement ausgebildet und sie sind in Fig. 1 nicht
dargestellt.
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Beim erfindungsgemäßen Festkörperbildgeber, der wie
vorstehend
beschrieben aufgebaut ist, wird die Durchlaßelektrode 4
mit dem Impulssignal Φv versorgt, wie in Fig. 2A
dargestellt. Wenn die Durchlaßelektrode 4 mit der Spannung V&sub1;
niedrigen Pegels versorgt wird, sammeln sich Löcher an der
Oberfläche des Ladungsspeicherbereichs 2 und die Löcher
werden im gepinnten Zustand gehalten, um
Loch-Elektron-Paarbildung an der Oberfläche zu unterdrücken. Wenn die
Vorwärtselektrode 4 mit einer Spannung V&sub2; hohen Pegels versorgt
wird, werden die Löcher, die sich an der Oberfläche des
Ladungsspeicherbereichs 2 angesammelt haben, freigegeben.
Jedoch wird, wenn sich Löcher einmal an der Oberfläche des
Ladungsspeicherbereichs 2 ansammeln, Loch-Elektron-Paarbildung
für eine vorgegebene Zeit unterdrückt, während die Löcher
freigegeben werden. Daher wird, wenn das in Fig. 2A
dargestellte Impulssignal Φv an die Durchlaßelektrode 4 angelegt
wird, ein Dunkelsignal, wie es in Fig. 2B dargestellt ist,
im Ladungsspeicherbereich 2 erzeugt. Wenn das Tastverhältnis
T&sub2;/T&sub1; der lmpulsspannung Φv von T&sub2;/T&sub1; = 0 bis zu T&sub2;/T&sub1; = 10
geändert wird, nimmt der ausgegebene Dunkelstrom so an, wie
es durch die durchgezogener Linie dargestellte Kurve X in
Fig. 3 angezeigt wird. Genauer gesagt, ist der ausgegebene
Dunkelstrom gering, wenn das Tastverhältnis T&sub2;/T&sub1; klein ist
und der ausgegebene Dunkelstrom steigt an, wenn das
Tastverhältnis T&sub2;/T&sub1; größer wird.
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Wenn die Spannung V&sub1; niedrigen Pegels an die
Durchlaßelektrode 4 geliefert wird, wird die unter dem
Ladungsspeicherbereich 2 ausgebildete Verarmungsschicht flach, was es
ermöglicht, daß es leicht zu Verschmierung kommt. Wenn dagegen
die Spannung V&sub2; hohen Pegels an die Durchlaßelektrode 4
geliefert wird, wird die unter dem Ladungsspeicherbereich 2
ausgebildete Verarmungsschicht dicker, was die Erzeugung von
Verschmierung unterdrückt. Die mit durchgezogener Linie
dargestellte Kurve Y in Fig. 3 zeigt, wie sich das
Verschmierungsniveau ändert, wenn das Tastverhältnis T&sub2;/T&sub1; der
Impulsspannung Φv von T&sub2;/T&sub1; = 0 auf T&sub2;/T&sub1; = 10 geändert wird.
In Fig. 3 ist der Wert des Verschmierungsniveaus für das
Tastverhältnis T&sub2;/T&sub1; = 0 als 1 definiert und die Kurve
veranschaulicht Änderungen des Werts des Verschmierungsniveaus,
wenn dieses Verhältnis geändert wird.
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Wie es aus einer Betrachtung von Fig. 3 ersichtlich ist, ist
es möglich, den Dunkelstrom wie auch das
Verschmierungsniveau dadurch zu verringern, daß das Tastverhältnis T&sub2;/T&sub1; des
Impulssignals Φv so ausgewählt wird, daß es in den Bereich
T&sub2;/T&sub1; = 2 bis T&sub2;/T&sub1; = 5 fällt.
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Wie vorstehend beschrieben, hat das vorliegende
Ausführungsbeispiel Vorteile gegenüber dem Stand der Technik
dahingehend, daß der Dunkelstrom und das Verschmierungsniveau
wirkungsvoll dadurch verringert werden können, daß ein
einfacher Aufbau in solcher Weise verwendet wird, daß die
Durchlaßelektrode 4 abwechselnd mit einem Impulssignal Φv
versorgt wird, das aus einer Spannung V&sub1; niedrigen Pegels, z.B.
-12 V, zum Ansammeln von Löchern an der Oberfläche des
Ladungsspeicherbereichs 2, und einer Spannung V2 hohen Pegels,
z.B. 2 V, besteht, um die Verarmungsschicht unter dem
Ladungsspeicherbereich 2 auszudehnen, wobei ein geeignetes
Tastverhältnis im Bereich 2 - 5 verwendet wird.
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Ein weiterer Vorteil des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist es, daß der Dunkelstrom von der Oberfläche 8 nicht
vollständig unterdrückt wird, sondern mit solchem Ausmaß erzeugt
wird, daß die Qualität des Bilds nicht durch den Dunkelstrom
beeinflußt wird, was es erschwert, winzige örtliche
Dunkelsignale (Weißdefekte) auszumachen, wie sie von
Kristallfehlern und dergleichen und anderen Faktoren als der Oberfläche
erzeugt werden und die in einem Bild erscheinen, wenn der
Dunkelstrom vollständig unterdrückt wird.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel gilt für
einen Fall, bei dem die Periode T&sub1; der Spannung niedrigen
Pegels als eine Horizontalperiode festgelegt ist und das
Impulssignal Φv innerhalb der Horizontalaustastperiode
ansteigt und abfällt. Alternativ kann an die Durchlaßelektrode
ein Impulssignal Φv' angelegt werden, dessen Spannung
niedrigen Pegels in der horizontalen Austastperiode liegt, wie
in Fig. 4 dargestellt. In diesem Fall kann das
Tastverhältnis T&sub2;/T&sub1; so eingestellt werden, daß es einen ausreichend
großen Wert dafür aufweist, daß Verschmierung
zufriedenstellend unterdrückt werden kann und daß die Oberfläche
nicht kontinuierlich für mehr als eine Horizontalperiode
Verarmung erfährt, so daß auch Dunkelströme ausreichend
unterdrückt werden können.
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Das vorliegend beschriebene Ausführungsbeispiel gilt für den
Fall, bei dem die Signalladungen Elektronen sind. Jedoch
kann die Erfindung auf einen Fall angewandt werden, bei dem
die Signalladungen Löcher sind. In diesem Fall werden die
Leitungstypen der jeweiligen Abschnitte so ausgewählt, daß
sie umgekehrt zu den in Fig. 1 dargestellten sind. In diesem
Fall können dieselben Wirkungen wie vorstehend beschrieben
erhalten werden.