DE3829003A1 - Abbildungseinrichtung mit uebergitter - Google Patents

Abbildungseinrichtung mit uebergitter

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Description

Allgemein bezieht sich die Erfindung auf eine Festkörper- Abbildungseinrichtung und insbesondere auf eine Einrichtung zur Umwandlung des Bildes eines Objektes in ein elektrisches Signal.
Abbildungseinrichtungen sind allgemein bekannt. Die Fig. 8 zeigt beispielsweise den Aufbau eines herkömmlichen ladungsgekoppelten Abbildungselementes (CCD-Element). Das Abbildungselement nach Fig. 8 enthält ein Halbleitersubstrat 28 vom n-Typ, eine auf dem Halbleitersubstrat 28 liegende Epitaxieschicht 27 vom p-Typ sowie einen Photodetektor 23 aus einer Schicht vom n-Typ, die an bzw. innerhalb der Oberfläche der Schicht 27 liegt. Der Photodetektor 23 sammelt Elektronen, die in Abhängigkeit einfallenden Lichtes erzeugt werden. Ein CCD-Übertragungsabschnitt 26 enthält eine innerhalb der Schicht 27 liegende Schicht vom n-Typ zum Empfang gespeicherter Elektronen vom Photodetektor 23. Ein erstes CCD-Übertragungstor 24 bildet einen eingebetteten Kanal innerhalb der Schicht 27, um die Menge der Elektronen auszulesen, die im Photodetektor 23 gespeichert sind. Ein zweites CCD- Übertragungstor 25 auf dem ersten CCD-Übertragungstor 24 dient zur Übertragung der Elektronen am CCD-Übertragungsabschnitt 26. Innerhalb eines aus diesen Abbildungselementen aufgebauten Feldes ist jedes Element von benachbarten Elementen durch einen Oxidfilm 22 getrennt.
Fällt Licht von einem Objekt auf den Photodetektor 23, so entstehen Elektronen- Lochpaare. Die Elektronen dieser Paare werden durch den Photodetektor 23 gesammelt, wobei die Menge der gesammelten Elektronen der Intensität des einfallenden Lichtes entspricht. Wird einen Spannung an das Steuertor (erstes Übertragungstor) 24 angelegt, so wird innerhalb der Epitaxieschicht 27 vom p- Typ und gegenüber dem Steuertor 24 eine Inversionsschicht gebildet (eine sich nicht im Gleichgewicht befindende Schicht vom n-Typ). Die Inversionsschicht bildet einen Kanal, durch den Elektronen hindurchfließen können, und zwar zwischen der n-Typ Schicht des Photodetektors 23 und der n-Typ Schicht des CCD-Übertragungsabschnittes 26. Die im Photodetektor 23 gesammelten Elektronen fließen in den CCD-Übertragungsabschnitt 26, der eine Schicht vom n--Typ enthält. Die in den CCD-Übertragungsabschnitt 26 fließenden Elektronen werden in Übereinstimmung mit der Potentialmulde bzw. Potentialsenke am CCD-Übertragtungsabschnitt 26 angetrieben. Diese Potentialmulde (Potentialtopf) wird durch Taktsignale erzeugt, die zum ersten Übertragungstor 24 und zum zweiten Übertragungstor 25 geliefert werden, so daß die Elektronenmenge in Form eines Signals ausgelesen werden kann. Mit Hilfe eines Feldes von CCD-Elementen, die sich entlang zweier quer zueinander verlaufender Richtungen erstrecken, ist es möglich, das von einem Bild kommende Lichtsignal in ein elektrisches Lichtsignal umzuwandeln, und zwar durch aufeinanderfolgenden und wiederholten Betrieb der CCD-Elemente.
Bei der herkömmlichen Abbildungseinrichtung wird einfallendes Licht in ein elektrisches Signal umgewanelt, und zwar durch eine Photodiode mit einem pn- Übergang. Durch diese Umwandlung erzeugte Elektronen werden über eine vorbestimmte Zeit gespeichert und anschließend unter Steuerung des Steuertores 24 zum CCD-Übertragungsabschnitt 26 geliefert. Die in den CCD- Übertragungsabschnitt 26 fließenden Elektronen werden weiter übertragen, und zwar in Abhängigkeit der Modulation der Potentialmulde infolge der Taktsignale, die an die Steuertore 24 und 25 angelegt werden. Auf diese Weise läßt sich ein elektrisches Signal in Übereinstimmung mit dem Bild eines Objektes erhalten.
Bei der herkömmlichen Abbildungseinrichtung müssen die Photodiode zur Umwandlung von Licht in Elektrizität und die Übertragungskanalelemente, also die von ihr entfernt liegenden Verunreinigungsdiffusionsbereiche sowie die zugeordneten Steuertore für jedes Bildelement auf einem einzelnen Halbleitersubstrat hergestellt werden. Das Aperturverhältnis des Bildelementes (Verhältnis der von der Photodiode bedeckten Fläche zur Gesamtfläche des Bildelementes) ist daher begrenzt. Hierdurch wird nicht nur das Auflosungsvermögen begrenzt, sondern es ergeben sich ferner auch erhebliche Hindernisse bei der Durchführung der Größtintegration.
Es ist weiterhin unmöglich, die Empfindlichkeit der Bildelemente auf einfallende Strahlung über einen gegebenen Schwellenwert hinaus zu verbessern, da eine Photodiode mit pn-Übergang zur Umwandlung von Licht in Elektrizität verwendet wird. Auch ist die Taktgeschwindigkeit begrenzt, und zwar infolge der eingeschränkten Geschwindigkeit, bei der es möglich ist, die durch Licht erzeugten Elektronen zu speichern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiter-Abbildungselement der genannten Art sowie eine Halbleiter-Abbildungseinrichtung mit mehreren solchen Halbleiter-Abbildungselementen so zu verbessern, daß eine Bildabtastung mit höherer Geschwindigkeit und höherer Auflösung erfolgen kann.
Ziel der Erfindung ist es ferner, ein Halbleiter-Abbildungselement der genannten Art und eine Halbleiter-Abbildungseinrichtung, in der die Halbleiter- Abbildungselemente matrixförmig angeordnet sind, so zu verbessern, daß sie eine größere Empfindlichkeit auf einfallendes Licht sowie eine vergrößerte Bildverarbeitungsgeschwindigkeit aufweisen.
Ferner soll eine Abbildungseinrichtung geschaffen werden, die ein Aperturverhältnis von nahezu einhundert Prozent besitzt.
Lösungen der gestellten Aufgaben sind jeweils in den kennzeichnenden Teilen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 16 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich den jeweils nachgeordneten Unteransprüchen entnehmen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine p-i-n Avalanche-Photodiode als Einrichtung zur Umwandlung von Licht in Elektrizität verwendet. Eine zusammengesetzte Übergitterstruktur (super lattice structure) enthält abwechselnd Halbleiterschichten mit unterschiedlichen Energiebandlücken, wobei die Übergitterstruktur als i-te bzw. eigenleitende Schicht der Avalanche- Photodiode verwendet wird. Die Übergitterstruktur der Avalanche-Photodiode läßt sich zum Beispiel mit Hilfe des Molekularstrahl-Epitaxieverfahrens herstellen (MBE-Verfahren). Ein Licht in Elektrizität umwandelndes Element kann auf einem Bereich eines Schalttransistors hergestellt werden, durch den das Signal von der Photodiode verarbeitet wird. Hierdurch läßt sich ein Aperturverrhältnis des Abbildungselementes von nahezu hundert Prozent erzielen. Da das Licht in Elektrizität umwandelnde Element eine p-i-n- Avalanche-Photodiode enthält, ergibt sich eine sehr hohe Empfindlichkeit für das Abbildungselement nach der Erfindung bzw. für die aus mehreren solcher Abbildungselemente aufgebaute Abbildungseinrichtung. Die zusammengesetzte Übergitterstruktur, die als i-te Schicht der Photodiode verwendet wird, unterdrückt Rauscherscheinungen, zum Beispiel den Dunkelstrom, so daß die Einrichtung neben der hohen Arbeitsgeschwindigkeit nur ein geringes Rauschen aufweist. Diese Einrichtung läßt sich darüber hinaus vorteilhaft in Größtintegrationstechnik herstellen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Halbleiter-Abbildungselement nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 2 den schematischen Aufbau einer Halbleiter-Abbildungseinrichtung mit sehr vielen der in Fig. 1 gezeigten Halbleiter-Abbildungselemente,
Fig. 3 ein Ersatzschaltbild eines Feldes von miteinander verbundenen Abbildungselementen nach Fig. 1,
Fig. 4(a) bis 4(c) Darstellungen zur Erläuterung des Betriebs eines Halbleiter- Abbildungselementes nach Fig. 1 mit Übergitter-Struktur,
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Halbleiter-Abbildungselement nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 6 einen Querschnitt durch ein Halbleiter-Abbildungselement nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 7 ein Energiebanddiagramm zur Erläuterung des Betriebs einer Avalanche- Photodiode mit einer Übergitter-Struktur und
Fig. 8 ein Halbleiter-Abbildungselement nach dem Stand der Technik.
Bevor die einzelnen Ausführungsbeispiele nach der Erfindung näher beschrieben werden, soll zunächst die Wirkungsweise einer in der Erfindung verwendeten Avalanche-Photodiode näher erläutert werden, die eine zusammengesetzte Übergitter-Struktur aufweist. Die Fig. 7 zeigt ein Energiebandprofil einer p-i-n Avalanche-Photodiode mit einer zusammengesetzten Übergitter-Struktur für die i-te Schicht, wie sie durch Capasso et al. in "Applied Physics Letters", Vol. 40, No. 1, Seite 38 (1982) beschrieben worden ist. Quantenwannenschichten (a) und Quantenbarrierenschichten (b) haben unterschiedliche Energiebandlücken und sind zueinander abwechselnd angeordnet, und eine i-te Schicht zu bilden, die zwischen einer Schicht vom p⁺-Typ und einer Schicht vom n⁺-Typ liegt, um Licht in Elektrizität umzuwandeln. Die unterschiedlichen Energiebandlücken erzeugen Diskontinuitäten in den Bandkanten. Die Energiebarrierendiskontinuität Δ E c im Leitungsband und die Energiebarrierendiskontinuität Δ E v im Valenzband weisen unterschiedliche Höhen auf, wobei Δ E c größer als Δ E v ist.
Wird keine Vorspannung angelegt, so befinden sich die Quantenwannen innerhalb des Übergitterbereichs in einem Verarmungszustand, in welchem keine freien Elektronen und keine freien Löcher existieren. Wird eine Spannung an die Übergitter-Photodiode angelegt, die größer ist als die Avalanche Einschaltspannung für eine konventionelle p-i-n Diodek so ist es möglich, ein gleichförmiges elektrisches Feld im Übergitterbereich aufzubauen, ohne einen Strom zu erzeugen, der größer als der Dunkelstrom der Photodiode ist.
Bei der Übergitter-Avalanche-Photodiode wird zu Beginn des Betriebs eine große Rückwärtsvorspannung zwischen der p⁺-Typ Schicht und der n⁺-Typ Schicht angelegt. Fällt in diesem Zustand Licht auf die p⁺-Typ Schicht auf, so werden Elektronen-Lochpaare erzeugt. Aufgrund der Rückwärtsvorspannung erreichen die durch dieses Licht erzeugten Elektronen nach Passieren der ersten Übergitter- Quantenbarriere in der i-ten Schicht eine Übergitter-Quantenwanne, in der sie gesammelt werden. Bei diesen Elektronen handelt es sich um heiße Elektronen, die eine relativ hohe Energie aufweisen, und zwar aufgrund des großen elektrischen Feldes, das durch die Rückwärtsvorspannung erzeugt wird. Die eingesammelten Elektronen können aus der Quantenwanne durch Stoßionisation herausgestoßen werden, so daß sie die nächste Übergitter- Quantenwanne erreichen können, wobei sie die dazwischen liegende Potentialbarriere des Übergitters passieren. Diejenigen Elektronen, die die nächste Quantenwanne erreichen, schlagen wiederum durch Stoßionisation die in dieser Quantenwanne gesammelten Elektronen aus dieser Quantenwanne heraus. Die aus der zweiten Quantenwanne herausgeschlagenen Elektronen erreichen die nächst nachfolgende Quantenwanne und bewirken ein Heraustreten von Elektronen aus dieser Quantenwanne. Wenn diese Elektronenejektionen wiederholt erfolgen, tritt das sogenannte Avalanche- phänomen auf. Es werden daher sehr viel Elektronen erzeugt, wobei ein elektronenfluß zur n⁺-Typ Schicht strömt.
Ist die Bandstruktur des Übergitters geeignet gewählt, bestehen beispielsweise die Quantenwannenschichten aus GaAs und die Quantenbarrierenschichten aus Al x Ga1-x As, so lassen sich die Energiebanddiskontinuitäten im Leitungsband und Valenzband genau einstellen. Der Elektronenionisationskoeffizient α und der Löcherionisationskoeffizient β können verschieden voneinander sein, so daß sich Rausch- und Dunkelströme unterdrücken lassen.
In Übereinstimmung mit der Erfindung wird eine Avalanche-Photodiode, wie sie oben beschrieben worden ist, innerhalb eines Abbildungselementes zur Steuerung der Umwandlung einfallenden Lichtes in ein meßbares elektrisches Signal verwendet. Die Avalanche-Photodiode weist der Reihe nach eine Schicht vom p-Typ, eine eigenleitende Schicht und eine Schicht vom n-Typ auf und enthält eine zusammengesetzt Übergitterstruktur als eigenleitende Schicht, so daß sie rauscharm ist und die Umwandlung von Licht in Elektrizität mit hoher Empfindlichkeit und hoher Geschwindigkeit durchführen kann. Mit der Avalanche-Photodiode verbundene Schalteinrichtungen können einen ersten Betriebszustand einnehmen, um durch die einfallende Lichtenergie erzeugte Ladungen zu sammeln. Sie können ferner einen zweiten Betriebszustand einnehmen, um die gesammelten Ladungen auszulesen, wobei ein meßbares elektrisches Signal erzeugt wird, das ein Maß für die einfallende Lichtenergie ist. Werden mehrere solcher Abbildungselemente matrixförmig zueinander angeordnet, so lassen sich die mehreren Abbildungselemente durch die Schalteinrichtung der Reihe nach auslesen, um ein elektrisches Maß des sichtbaren Bildes zu gewinnen, das auf der Matrix der Abbildungselemente abgebildet worden ist.
Die Fig. 1 zeigt ein Halbleiter-Abbildungselement nach der Erfindung im Detail, das eine Übergitter-Struktur aufweist. Das Halbleiter-Abbildungselement enthält ein Halbleitersubstrat 11 vom p-Typ, das einen Ladungsspeicherbereich 10 vom n⁺-Typ aufweist. Der Ladungsspeicherbereich 10 wird vorzugsweise durch Eindiffundieren von Verunreinigungen in das Halbleitersubstrat 11 vom p-Typ gebildet. Ein Übergitter 90 (super lattice) liegt auf dem Ladungsspeicherbereich 10 und enthält abwechselnd Quantenwannenschichten 8 zum Beispiel aus GaAs und Quantenbarrierenschichten 9 aus zum Beispiel Al x Ga1 -x As. Eine Schicht 7 vom p⁺-Typ liegt auf dem Übergitter 90 und enthält einen Bereich zur Umwandlung von Licht in Elektrizität. Ein Steuertor 13 (gate) dient zum Auslesen der Menge der in der Schicht 10 gespeicherten Ladung, während eine Schicht 12 vom n⁺-Typ zur Weiterleitung von Elektronen dient, die ihr von der Schicht 10 zugeführt worden sind. Die Schicht 12 wird vorzugsweise durch Eindiffundieren von Verunreinigungen innerhalb der Schicht 11 gebildet, und zwar zu der Zeit, zu der auch die Schicht 10 von n⁺-Typ gebildet wird. Die Schicht 12 liegt an bzw. in der Oberfläche des Substrats 11. In der Struktur nach Fig. 1 enthält die Einrichtung zur Umwandlung von Licht in Elektrizität die Schicht 7, das Übergitter 90 und die Schicht 10. Die Schalteinrichtung zum Auslesen der Ladungsmenge umfaßt die Schicht 10, das Steuertor 13 und die Schicht 12 vom n⁺-Typ. Das Steuertor 13 ist gegenüber dem Substrat 11 durch einen elektrisch isolierenden Film 14 getrennt. Das Steuertor 13 und die Bereiche 10 und 12 bilden einen MOSFET, der als Schalter arbeitet.
Die Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Halbleiter-Abbildungseinrichtung mit einer großen Anzahl von Halbleiter-Abbildungselementen nach Fig. 1 in einer zweidimensionalen Feldanordnung auf einem Halbleiterchip 1. Die in Fig. 2 gezeigten Abbildungselemente 2 erstrecken sich in quer zueinander liegenden Richtungen, sind also in Horizontalrichtung und in Vertikalrichtung auf der Oberfläche des Chips 1 angeordnet. Eine Schaltung 3 zur Abtastung in Horizontalrichtung und eine Schaltung 4 zur Abtastung in Vertikalrichtung dienen zum Auslesen von Informationen aus den Abbildungselementen durch aufeinanderfolgendes bzw. sequentielles Abfragen der Elemente. Die Schaltung 3 zur Abtastung in Horizontalrichtung steuert die in Horizontalrichtung nebeneinander liegenden Abbildungselemente über Horizontalrichtungs- Abtastleitungen 6 an. Die Schaltung 4 zur Abtastung in Vertikalrichtung steuert die in Vertikalrichtung untereinander liegenden Abbildungselemente über Vertikal-Abtastleitungen 5 an.
In der Fig. 3 ist ein Ersatzschaltbild der Halbleiter-Abbildungseinrichtung nach der Erfindung dargestellt. Wie zu erkennen ist, enthält jedes Halbleiter- Abbildungselement 2 eine Avalanche-Photodiode (APD), die ihrerseits ein Übergitter enthält, sowie einen MOS-Schalter S zur Übertragung von Elektronen von der Avalanche-Photodiode zur Signalleitung 6. Unter Bezugnahme auf die Struktur nach Fig. 1 enthält das Schaltungsdiagramm nach Fig. 3 ein Steuertor 13, das mit einer Vertikalrichtungs-Abtastleitung 5 verbunden ist, sowie eine Verunreinigungsdiffusionsschicht 12, die mit einer Horizontalrichtungs- Abtastleitung 6 verbunden ist. Ein Übertragungstorschalter T ist für jede Horizontalrichtungs-Abtastleitung 6 vorhanden, um die jeweiligen Horizontalrichtungs-Abtastleitungen 6 nacheinander mit einer Ausgangssignalleitung 100 zu verbinden, und zwar in Übereinstimmung mit dem Steuersignal von der Horizontalrichtungs-Abtastschaltung 3.
In Abhängigkeit vom Steuersignal der Horizontalrichtungs-Abtastschaltung 3 wird jede der Horizontalrichtungs-Abtastleitungen 6 nacheinander und sequentiell mit der Ausgangssignalleitung 100 verbunden. Nachdem die Abtastung eines Abbildungselementes beendet worden ist, das mit einer Vertikalrichtungs-Abtastleitung 5 verbunden ist, wird die nächste Vertikalrichtungs-Abtastleitung mit Hilfe des Steuersignals von der Vertikalrichtungs-Abtastschaltung 4 ausgewählt. Auf diese Weise läßt sich ein elektrisches Signal in Übereinstimmung mit einem Bild eines Objektes erzeugen.
Die Fig. 4(a) bis 4(c) zeigen ein Potentialprofil des Leitungsbandes eines Übergit­ ter-Abbildungselementes nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Betrieb des Abbildungselementes wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 sowie auf die Fig. 4(a) bis 4(c) näher erläutert. Zunächst wird eine Rückwärts­ vorspannung von geeigneter Größe zwischen den Schichten 7 und 10 angelegt, so daß die Schicht 7 als Einrichtung zur Umwandlung von Licht in Elektrizität ar­ beiten kann. Durch die Vorspannung wird ein hohes elektrisches Feld erzeugt, so daß innerhalb des Übergitters (in der i-ten Schicht) das Avalanche-Phänomen auftritt. Eine Spannung Φ TG wird an das Steuertor 13 des MOS-Schalters gelegt. In Fig. 4(a) beträgt die Spannung Φ TG Null Volt. In diesem Fall speichert die Einrich­ tung zur Umwandlung von Licht in Elektrizität Ladungen. Fällt Licht h · v auf die Schicht 7 auf, so werden Elektronen-Lochpaare erzeugt, wobei die Elektronen durch das elektrische Feld beschleunigt werden und die nächste Quantenwanne 8 in der i-ten Schicht erreichen. Die Elektronen, die die erste Quantenwanne 8 er­ reichen, stoßen andere Elektronen aus dieser Quantenwanne aufgrund von Stoß­ ionisationen heraus. Diese herausgestoßenen Elektronen erreichen die nächste Quantenwanne, nachdem sie eine dazwischen liegende Quantenbarriere 9 durch­ laufen haben. Diejenigen Elektronen, die die nächste Quantenwanne erreichen, stoßen wiederum mehrere Elektronen aus dieser Quantenwanne heraus, und zwar wiederum aufgrund von Stoßionisationen, so daß letztlich ein Elektronen­ fluß in Richtung der nachfolgenden Quantenwanne entsteht. In Übereinstim­ mung mit dem Avalanche-Effekt erhöhen diese wiederholten Stoßionisationen die Anzahl der fließenden Elektronen, so daß letztlich sehr viele Elektronen in der Schicht 10 gespeichert werden, also im Ladungsspeicherbereich. Da keine Spannung am Steuertor 13 anliegt, ist das Potential zum Sammeln der Elektro­ nen in der Schicht 10 relativ hoch.
Wird gemäß Fig. 4(b) ein Abbildungselement abgetastet, und ist die am Steuertor 13 anliegende Spannung Φ TG größer als Null, wird also das Steuertor 13 durch das Ausgangssignal der Vertikalabtastschaltung 4 auf einen hohen Pegel vorge­ spannt, so wird eine Inversionsschicht im Substrat gegenüber dem Steuertor 13 erzeugt. Es bildet sich daher ein Kanal- bzw. Elektronenweg zwischen den Schichten 10 und 12 aus. In der Schicht 10 gespeicherte Elektronen fließen durch den Kanal in die Schicht 12, in der sie über die Signalleitung 6, das Steuertor T und die Signalleitung 100 ausgelesen werden, wie die Fig. 3 zeigt, und zwar unter Steuerung der Horizontalrichtungs-Abtastschaltung 3.
Wird die von der Vertikalrichtungs-Abtastschaltung an das Steuertor 13 gelieferte Spannung Φ TG wieder Null, so steigt das Potential unterhalb des Steuertores 13 an, wobei der Elektronenweg verschwindet. Die Schicht 10 wird wiederum als Ladungsspeicherschicht verwendet. Durch aufeinanderfolgende Wiederholung dieses Betriebs bei einer vorbestimmten Frequenz ist es möglich, das Lichtsignal aus dem Feld der Abbildungselemente bei einer vorbestimmten Rate zu extrahieren, um ein elektrisches Signal in Übereinstimmung mit dem Bild des Objektes zu gewinnen. Da eine Avalanche-Photodiode mit einem Übergitter als Umwandlungselement zur Umwandlung von Licht in Elektrizität verwendet wird, ist es möglich, eine relativ große Anzahl von Elektronen auch bei einer relativ schwachen Intensität des einfallenden Lichtes zu speichern. Ferner ist es möglich, die Empfindlichkeit der Abbildungseinrichtung zu erhöhen und die Einrichtung mit einer hohen Geschwindigkeit zu betreiben, da die Elektronenspeicherzeit kurz ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Übergitter (super lattice) verwendet, das abwechselnd Quantenwannenschichten und Barrierenschichten aus GaAs bzw. Al x Ga1 -x As aufweist. Es kann aber auch ein Übergitter zum Einsatz kommen, bei dem die Quantenwannenschichten aus Indiumphosphid und die Barrierenschichten aus Indium-Gallium-Arsenid bestehen. In diesem Fall wird derselbe Effekt wie zuvor erreicht.
Bei der Beschreibung des vorstehenden Ausführungsbeispiels wurde auf bestimmte Materialien und Dotierungsverhältnisse bezug genommen. Hierauf ist die Erfindung jedoch nicht beschränkt. Beispielsweise kann das in Fig. 1 gezeigte Substrat 11 auch aus Silizium bestehen, während der Isolator 14 Siliziumdioxid sein kann, so daß das Schaltelement ein MOSFET ist. In jenem Ausführungsbeispiel können das Übergitter 90 und die Schicht 7 auch aus III-V Verbindungen aufgebaut sein. Beispielsweise kann die Schicht 7 eine GaAs- Schicht vom p⁺-Typ sein, während die Quantenwannenschichten und die Quantenbarrierenschichten im Übergitter 90 jeweils GaAs bzw. Al x Ga1-x As aufgebaut sind. Die einzelnen Schichten lassen sich mit Hilfe des Molekularstrahl-Epitaxieverfahrens der Reihe nach herstellen. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel läßt sich mit Hilfe bekannter Technologie ein zweites Übergitter auf der Basis von GaAs als Übergitter (SLS) in Form einer beanspruchten Schicht (strained-layer super lattice) herstellen, das zwischen einem Siliziumsubstrat und einem auf der Grundlage von GaAs hergestellten Übergitter 90 liegt, um die Versetzungsdichte im Übergitter 90 zu vermindern. Das genannte Zwischenübergitter kann GaAs-Schichten zur Bildung der Quantenwannen und Al y Ga1 -y As Schichten zur Bildung der Quantenbarrieren aufweisen. Diese Technik wurde bereits von Reddy et al. in Applied Physics Letters, Bnd. 50, Nr. 24, Seiten 1748 bis 1750 (1987) beschrieben.
Alternativ dazu können die Schicht 7 und das Übergitter 90 auch aus amorphem Silizium zusammengesetzt sein, das Wasserstoff, Fluor oder andere Elemente oder Mischungen von Elementen enthält, die freie Bindungen passivieren. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Schicht 7 mit Wasserstoff verbundenes amorphes Silizium vom p⁺-Typ sein, während die Quantenwannenschichten des Übergitters aus mit Wasserstoff verbundenem amorphem Silizium bestehen können. Die Quantenbarrierenschichten können dagegen aus mit Wasserstoff verbundenem amorphem Siliziumnitrid oder aus hydriertem amorphem Silizium bestehen, das ein Bandlücken-Einstellelement aufweist, wie zum Beispiel Stickstoff oder Kohlenstoff.
Es wurde bisher erwähnt, daß eine p⁺-Typ Schicht als Lichteinfallsschicht und ein n⁺-Typ Bereich als Bereich 10 verwendet werden. Bei diesen Dotierungsverhältnissen werden die Beweglichkeit und die Lebensdauer der Elektronen ausgenutzt. Die Leitfähigkeitstypen der einzelnen Bereiche innerhalb der Einrichtung nach der Erfindung lassen sich aber auch umgekehrt wählen. In Übereinstimmung mit Fig. 1 können die Photodetektorschicht 7 eine Schicht vom n⁺-Typ und die Bereiche 10 und 12 jeweils Bereiche vom p⁺-Typ sein. Das Substrat 11 wäre dann ein n-Substrat. Bei diesen Verhältnissen würden sich andere Energiebandlücken-Diskontinuitäten ergeben, wobei Δ E v größer als Δ E c wäre. Die gesammelten und übertragenen Ladungsträger wären Löcher und keine Elektronen.
Beim Abbildungselement nach Fig. 1 liegen die Einrichtungen zur Umwandlung von Licht in Elektrizität und die Schalteinrichtung auf der Oberfläche eines Halbleitersubstrats und quer zu dieser Oberfläche. Beide Einrichtungen liegen also nebeneinander. Es ist aber auch möglich, ein Element zur Umwandlung von Licht in Elektrizität und ein Schaltelement im selben Bereich auf der Oberfläche eines Substrats zu bilden, so daß ein Aperturverhältnis von nahezu einhundert Prozent erhalten wird. die Fig. 5 und 6 zeigen Abbildungselemente nach der Erfindung mit vergrößertem Aperturverhältnis.
Entsprechend der Fig. 5 enthält ein Abbildungselement eine Kollektorschicht 17 vom n⁺-Typ, die vorzugsweise durch Ionenimplantation von Verunreinigungen in das Substrat 11 erhalten wird, eine Basisschicht 16 vom p-Typ, die vorzugsweise durch Ionenimplantation von Verunreinigungen in die Kollektorschicht 17 erhalten wird und eine Emitterschicht 15 vom n⁺-Typ, die vorzugsweise durch Ionenimplantation von Verunreinigungen in die Basisschicht 16 erhalten wird. Entsprechend dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel ist auch hier ein Übergitter 90 vorhanden, das mehrere aufeinander liegende Schichten 8 und 9 mit jeweils unterschiedlichen Bandlücken aufweist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt das Übergitter 90 auf dem Emitterbereich 15, wobei auf dem Übergitter 90 ein Bereich 7 vom p⁺- Typ zur Umwandlung von Licht in Elektrizität liegt. Bei diesem Aufbau bilden die Emitterschicht 15, die Basisschicht 16 und die Kollektorschicht 17 einen bipolaren Transistor, der als Schaltelement arbeitet, um Information aus demjenigen Element auslesen zu können, das Licht in Elektrizität umwandelt.
Beim Betrieb werden Elektronen in der Emitterschicht 15 gespeichert und zur Kollektorschicht 17 in Übereinstimmung mit einer Spannung übertragen, die an eine Basiselektrode B der Basisschicht 16 angelegt wird. Die zur Kollektorschicht 17 übertragenen Elektronen werden über eine Kollektorelektrode C ausgelesen. Das Übergitter 90 enthält abwechselnd Quantenwannenschichten 8 und Quantenbarrierenschichten 9 und wird mit Hilfe einer herkömmlichen Niederschlagstechnik gebildet, beispielsweise mit Hilfe des MBE-Verfahrens (Molekularstrahl-Epitaxieverfahren). Eine Rückwärtsvorspannung V wird an die Schicht 7 gelegt, um das Licht in Elektrizität umwandelnde Element in geeigneter Weise vorzuspannen. Das Substrat 11 liegt auf Erdpotential. Beim Aufbau nach Fig. 5 liegen die Avalanche-Photodiode und das Schaltelement auf demselben Bereich des Abbildungselementes. Hierdurch läßt sich ein Abbildungselement-Aperturverhältnis von nahezu einhundert Prozent erreichen.
Die Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch einen anderen Aufbau eines Abbildungselementes nach der Erfindung mit Übergitter-Struktur. Bei diesem Aufbau nach Fig. 6 ist der Schalttransistor zum Auslesen von Information ein MOSFET oder ein MESFET. Teile der Schicht 7, der Quantenwannenschichten 8 und der Quantenbarrierenschichten 9 liegen oberhalb des Schalttransistors. Der Schalttransistor enthält ein Steuertor 13, eine Schicht 10 vom n⁺-Typ, vorzugsweise durch Diffusion von Verunreinigungen hergestellt, sowie eine Schicht 12 vom n⁺-Typ, die ebenfalls vorzugsweise in einem Diffusionsschritt gebildet worden ist. Die durch das Licht in Elektrizität umwandelnde Element ge­ bildeten Elektronen werden über die Schicht 12 und eine Signalleitung 18 ausge­ lesen. Die Signalleitung 18 und das Steuertor 13 sind durch einen Isolationsfilm 14 voneinander getrennt. Die Signalleitung 18 und das Übergitter 90 sind durch einen zweiten Isolationsfilm 19 voneinander getrennt, der beispielsweise aus Si­ liziumdioxid, Siliziumnitrid oder aus Glas besteht. Das Übergitter 90 und die Schicht 7 liegen beide wenigstens zum Teil auf dem Isolationsfilm 19 und sind ge­ genüber benachbarten Abbildungselementen durch einen Isolationstrennfilm 21 isoliert. Der Film 21 kann zum Beispiel aus demjenigen Isolator bestehen, der auch zur Bildung des Films 19 verwendet worden ist. Eine Elektrode 20 zum Anle­ gen einer Rückwärtsvorspannung an die Schicht 7 liegt auf einem Teil der Schicht 7. Mit der dargestellten Struktur wird ein Aperturverhältnis von nahezu einhun­ dert Prozent erhalten, wobei sich diese Struktur zur Herstellung in Größtintegra­ tionstechnik eignet, so daß sich eine komplexe Abbildungseinrichtung realisie­ ren läßt.
Beim Aufbau nach Fig. 6 ist das Abbildungselement gegenüber benachbarten Ab­ bildungselementen durch einen Isolationsfilm 21 isoliert, wobei die gewünschte Isolation aber auch durch Bildung eines Luftspalts zwischen benachbarten Abbil­ dungselementen und nicht durch einen Isolationsfilm erreicht werden kann. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel liegt eine metallische Elektrode auf der Oberfläche der Schicht 7, um eine Vorspannung an das Licht in Elektrizität um­ wandelnde Element anlegen zu können. Die metallische Elektrode kann durch eine transparente Elektrode ergänzt oder ersetzt werden, zum Beispiel durch eine Elektrode aus einem transparenten, elektrisch leitenden Oxid, wie zum Beispiel Indium-Zinn-Oxid.
Bei den obrigen Ausführungsbeispielen wird als Schaltelement zum Auslesen von Information ein MOSFET, ein MESFET oder ein bipolarer Transistor verwendet. Die Einrichtung zum Auslesen des Signals kann aber auch eine CCD-Struktur mit einem begrabenen Kanal enthalten, wie im Zusammenhang mit Fig. 8 beschrie­ ben worden ist. Selbstverständlich kann die vorliegende Erfindung auch auf ein Abbildungselement mit anderem Aufbau angewendet werden, um dieselben Vor­ teile zu erzielen, wie bereits beschrieben.
Gemäß der Erfindung wird ein Abbildungselement verwendet, das eine Avalan­ che-Photodiode zur Injektion photomechanisch erzeugter Elektronen enthält. Zusätzlich läßt sich auch eine Avalanche-Photodiode verwenden, die die Heiße­ lektroneninjektion ausnutzt, so daß sich Abbildungselemente in Höchstintegra­ tionstechnik herstellen lassen, die eine hohe Betriebsgeschwindigkeit und ein ge­ ringes Rauschen aufweisen.

Claims (30)

1. Halbleiter-Abbildungselement zur Erzeugung eines elektrischen Signals in Übereinstimmung mit der Intensität von einfallendem Licht, gekennzeichnet durch
  • - ein halbleitendes Substrat (11),
  • - eine Avalanche-Photodiode mit einer p-Typ, einer eigenleitenden und einer n- Typ Schicht zur Umwandlung einfallenden Lichts in ein elektrisches Signal, wobei die eigenleitende Schicht als zusammengesetztes Übergitter (90) aufgebaut ist, und
  • - eine mit der Photodiode elektrisch verbundene Schalteinrichtung zum Empfang und Auslesen des Signals.
2. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Photodiode wenigstens zum Teil die Schalteinrichtung auf dem Substrat (11) überdeckt.
3. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung ein Transistor ist, der wenigstens zum Teil im Substrat (11) liegt.
4. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor ein MOSFET, MESFET oder Bipolartransistor ist.
5. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteirichtung eine ladungsgekoppelte Einrichtung (CCD) aufweist.
6. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (11) Silizium ist und das Übergitter (90) abwechselnd Schichten (8, 9) aus GaAs und Al x Ga1 -x As enthält.
7. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites zusammengesetztes Übergitter zwischen der eigenleitenden Schicht und dem Substrat (11) vorhanden ist, wobei das zweite Übergitter als Verzerrungs-Entlastungsschicht wirkt.
8. Halbleiter-Abbildungselemente nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Übergitter abwechselnd Schichten aus GaAs und Al x Ga1 -y As enthält.
9. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übergitter (90) abwechselnd Schichten aus mit Wasserstoff verbundenem, amorphem Silizium und aus mit Wasserstoff verbundenem, amorphem Silizium enthält, das durch ein Element der Gruppe modifiziert ist, die Stickstoff und Kohlenstoff enthält, wobei durch das Element die Bandlücke veränderbar ist.
10. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (11) GaAs ist und das Übergitter (90) abwechselnd Schichten (8, 9) aus GaAs und Al x Ga1 -x As enthält.
11. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die p-Typ Schicht (7) der Photodiode Licht empfängt und die n-Typ Schicht (10) der Photodiode auch einen aktiven Bereich der Schalteinrichtung bildet.
12. Halbbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die n-Typ Schicht (10) der Photodiode einen ersten Bereich vom n-Typ im Substrat (11) bildet, das Substrat (11) vom p-Typ ist, und daß die Schalteinrich­ tung den ersten Bereich (10) vom n-Typ als Elektrode eines Feldeffekttransistors, einen zweiten n-Typ Bereich (12) innerhalb des Substrats (11) als zweite Elektrode sowie ein Gate (13) zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (10, 12) vom n- Typ zur Bildung eines Weges für den Elektronenfluß zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (10, 12) vom n-Typ enthält.
13. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die n-Typ Schicht (15) der Photodiode einen ersten Bereich vom n-Typ im Substrat (11) bildet, das Substrat (11) vom p-Typ ist, und daß die Schalteinrich­ tung den ersten Bereich (15) vom n-Typ als Emitter eines Bipolartransistors ent­ hält, eine p-Typ Basis (16) innerhalb des Substrats (11) aufweist, die den Emitter (15) umgibt, sowie einen n-Typ Kollektor (17) innerhalb des Substrats (11) ent­ hält, der die Basis (16) umgibt.
14. Halbbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine transparente, elektrisch leitende Elektrode auf der Photodiode zur Übertra­ gung einfallenden Lichtes sowie zum Anlegen einer Vorspannung an die Photodi­ ode.
15. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine metallische Elektrode auf einem Teil der Photodiode, der Licht empfängt, um eine Vorspannung an die Photodiode anzulegen.
16. Halbleiter-Abbildungselement zur Erzeugung eines elektrischen Si­ gnals, das ein zweidimensionales Bild eines Objektes repräsentiert, gekennzeich­ net durch
  • - ein gemeinsames Substrat (11),
  • - ein zweidimensionales Feld einer Mehrzahl von Abbildungselementen, von de­ nen jedes eine Avalanche-Photodiode mit einer p-Typ, einer eigenleitenden und einer n-Typ Schicht zur Umwandlung einfallenden Lichtes in ein elektrisches Signal aufweist, wobei die eigenleitende Schicht als zusammengesetztes Übergit­ ter (90) aufgebaut ist, und
  • - eine mit der jeweiligen Photodiode elektrisch verbundene Schalteinrichtung zum Empfang und Auslesen des Signals.
17. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß jede der Photodioden wenigstens teilweise die entsprechende Schaltein­ richtung auf dem Substrat (11) überdeckt.
18. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens eine der Schalteinrichtungen ein Transistor ist, der wenig­ stens teilweise im gemeinsamen Substrat (11) liegt.
19. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß der Transistor ein MOSFET, MESFET oder Bipolartransistor ist.
20. Halbleiter-Abbildungselemente nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens eine der Schalteinrichtungen eine ladungsgekoppelte Ein­ richtung (CCD) aufweist.
21. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß das gemeinsame Substrat (11) Silizium ist und wenigstens eines der Über­ gitter (90) abwechselnd Schichten (8, 9) aus GaAs und Al x Ga1 -x As enthält.
22. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich­ net, daß wenigstens eines der Abbildungselemente ein zweites zusammengesetz­ tes Übergitter zwischen der eigenleitenden Schicht der Photodiode und dem Substrat (11) enthält, wobei das zweite Übergitter als Verzerrungs-Entlastungs­ schicht wirkt.
23. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich­ net, daß das zweite Übergitter abwechselnd Schichten aus GaAs und Al y Ga1 -y As enthält.
24. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 16, dadurch gekenzeich­ net, daß das Substrat (11) Silizium ist, und daß wenigstens eines der Übergitter (90) abwechselnd Schichten aus mit Wasserstoff verbundenem, amorphem Silizi­ um und aus mit Wasserstoff verbundenem, amorphem Silizium aufweist, daß ein die Bandlücke modifizierendes Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, zu der Stickstoff und Kohlenstoff gehören.
25. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß das Substrat (11) GaAs ist und wenigstens eines der Übergitter (90) ab­ wechselnd Schichten (8, 9) aus GaAs und Al x Ga1 -x As enthält.
26. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die p-Typ Schichten (7) der Photodioden Licht empfangen und die n-Typ Schichten (10) der Photodioden aktive Bereiche der jeweiligen Schalteinrichtun­ gen innerhab des Substrats (11) bilden.
27. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die n-Typ Schicht (10) einer jeden Photodiode einen ersten Bereich vom n-Typ im Substrat (11) bildet, das Substrat (11) vom p-Typ ist, und daß die jeweili­ gen Schalteinrichtungen den jeweiligen ersten Bereich (10) vom n-Typ als Elek­ trode eines Feldeffekttransistors, einen zweiten n-Typ Bereich (12) innerhalb des Substrats (11) als zweite Elektrode und ein Gate (13) zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (10, 12) vom n-Typ zur Bildung eines Weges für den Elektronen­ fluß zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich (10, 12) vom n-Typ enthalten.
28. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 17. dadurch gekennzeich­ net, daß die n-Typ Schicht (15) der jeweiligen Photodiode einen ersten Bereich vom n-Typ im Substrat (11) bildet, das Substrat (11) vom p-Typ ist, und daß die je­ weilige Schalteinrichtung den ersten Bereich (15) vom n-Typ als Emitter eines Bi­ polartransistors enthält, eine p-Typ Basis (16) innerhalb des Substrats (11) auf­ weist, die den Emitter (15) umgibt, sowie einen n-Typ Kollektor (17) innerhalb des Substrats (11) enthält, der die Basis (16) umgibt.
29. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abbildungselemente durch Luftspalte gegeneinander isoliert sind.
30. Halbleiter-Abbildungselement nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abbildungselemente wenigstens durch einen elektrisch isolierenden Film (21) gegeneinander isoliert sind.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0371197A2 (de) * 1988-11-23 1990-06-06 TEMIC TELEFUNKEN microelectronic GmbH Bildsensor
EP0377078A2 (de) * 1988-11-23 1990-07-11 TEMIC TELEFUNKEN microelectronic GmbH Bildsensor auf Halbleiterbasis, insbesondere in CCD-Struktur
EP0437633A1 (de) * 1989-08-04 1991-07-24 Canon Kabushiki Kaisha Photoelektrischer umwandler
WO1992009109A1 (en) * 1990-11-08 1992-05-29 Xsirius Scientific Corporation Silicon avalanche photodiode array
EP0538886A1 (de) * 1991-10-25 1993-04-28 Canon Kabushiki Kaisha Signalprozessor mit Lawinendioden
EP0542152A1 (de) * 1991-11-08 1993-05-19 Canon Kabushiki Kaisha Schichtförmiges Festkörperbildsensor und Verfahren zu seiner Herstellung
EP0547161A1 (de) * 1990-09-07 1993-06-23 Georgia Tech Research Corporation Akustisches ladungstransport-bildgerät
US5260560A (en) * 1990-03-02 1993-11-09 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric transfer device
US5723877A (en) * 1989-08-04 1998-03-03 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5203587A (en) * 1990-12-18 1993-04-20 Trw Inc. Method of assembly of a combustion cup, filter, and diffuser cup for a vehicle occupant restraint inflator
ATE166183T1 (de) * 1991-09-30 1998-05-15 Luminis Pty Ltd Gallium-arsenid-mesfet-bildaufnehmer
EP0543391B1 (de) * 1991-11-22 2000-08-30 Canon Kabushiki Kaisha Photoelektrischer Wandler und Steuerverfahren dafür
US5274246A (en) * 1992-05-04 1993-12-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Optical modulation and switching with enhanced third order nonlinearity multiple quantum well effects
US5444280A (en) * 1993-12-20 1995-08-22 Scientific Imaging Technologies, Inc. Photodetector comprising avalanche photosensing layer and interline CCD readout layer
US5557114A (en) * 1995-01-12 1996-09-17 International Business Machines Corporation Optical fet
JP3103064B2 (ja) * 1998-04-23 2000-10-23 松下電子工業株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
JP2001332759A (ja) 2000-03-16 2001-11-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd アバランシェフォトダイオード
US6858829B2 (en) * 2001-06-20 2005-02-22 Agilent Technologies, Inc. Avalanche photodiode array biasing device and avalanche photodiode structure
US8013359B2 (en) * 2003-12-31 2011-09-06 John W. Pettit Optically controlled electrical switching device based on wide bandgap semiconductors
WO2006008746A2 (en) * 2004-07-22 2006-01-26 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Integrated active pixel sensor and method of its fabrication
FR2971888A1 (fr) 2011-02-23 2012-08-24 St Microelectronics Crolles 2 Dispositif et procédé de mesure d'énergie lumineuse reçue par au moins un photosite.
JP5799538B2 (ja) * 2011-03-18 2015-10-28 セイコーエプソン株式会社 テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、計測装置および光源装置
GB201116780D0 (en) * 2011-09-29 2011-11-09 Secr Defence Imaging sensor
JP5838704B2 (ja) * 2011-10-10 2016-01-06 株式会社デンソー 撮像素子
JP5910064B2 (ja) * 2011-12-20 2016-04-27 セイコーエプソン株式会社 光伝導アンテナ、テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置および計測装置
US9614112B2 (en) * 2013-09-11 2017-04-04 The University Of Connecticut Imaging cell array integrated circuit
WO2020173681A1 (en) * 2019-02-26 2020-09-03 Asml Netherlands B.V. Charged particle detector with gain element
GB2624158A (en) * 2022-11-03 2024-05-15 Sumitomo Chemical Co Device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4498013A (en) * 1981-03-30 1985-02-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid state image sensor exhibiting reduced image smearing effects

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6042666B2 (ja) * 1978-02-01 1985-09-24 松下電器産業株式会社 固体撮像装置
US4492810A (en) * 1978-03-08 1985-01-08 Sovonics Solar Systems Optimized doped and band gap adjusted photoresponsive amorphous alloys and devices
JPS5772369A (en) * 1980-10-24 1982-05-06 Hitachi Ltd Semiconductor device building in light receiving element
JPS6118183A (ja) * 1984-07-04 1986-01-27 Fuji Photo Film Co Ltd 固体光検出デバイス
JPS61226973A (ja) * 1985-04-01 1986-10-08 Hitachi Ltd アバランシエホトダイオ−ド

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4498013A (en) * 1981-03-30 1985-02-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Solid state image sensor exhibiting reduced image smearing effects

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Appl. Phys. Lett,50, Nr. 24, pp 1748-1750, 1987 *
Appl. Phys. Lett. 50(25), 22 June 1987, pp 1814-1816 *
Appl. Phys. Lett., 40 (1982), S. 38-40 *
Optoelektronik II, G. Winstel, C. Weyrich, Springer 1986, S. 232-233 *
Solid State Elec., Vol. 30, No. 7, pp 675-679, 1987 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0371197A2 (de) * 1988-11-23 1990-06-06 TEMIC TELEFUNKEN microelectronic GmbH Bildsensor
EP0377078A2 (de) * 1988-11-23 1990-07-11 TEMIC TELEFUNKEN microelectronic GmbH Bildsensor auf Halbleiterbasis, insbesondere in CCD-Struktur
EP0371197A3 (en) * 1988-11-23 1990-11-28 Messerschmitt-Bolkow-Blohm Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Image sensor
EP0377078A3 (en) * 1988-11-23 1990-11-28 Messerschmitt-Bolkow-Blohm Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Semiconductor image sensor, in particular for a ccd structure
EP0437633A1 (de) * 1989-08-04 1991-07-24 Canon Kabushiki Kaisha Photoelektrischer umwandler
EP0437633A4 (en) * 1989-08-04 1992-09-23 Canon Kabushiki Kaisha Photo-electric converter
US6127692A (en) * 1989-08-04 2000-10-03 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus
US5723877A (en) * 1989-08-04 1998-03-03 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric conversion apparatus
US5260560A (en) * 1990-03-02 1993-11-09 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric transfer device
EP0547161A1 (de) * 1990-09-07 1993-06-23 Georgia Tech Research Corporation Akustisches ladungstransport-bildgerät
EP0547161A4 (en) * 1990-09-07 1993-09-29 Georgia Tech Research Corporation Acoustic charge transport imager
WO1992009109A1 (en) * 1990-11-08 1992-05-29 Xsirius Scientific Corporation Silicon avalanche photodiode array
US5401952A (en) * 1991-10-25 1995-03-28 Canon Kabushiki Kaisha Signal processor having avalanche photodiodes
EP0538886A1 (de) * 1991-10-25 1993-04-28 Canon Kabushiki Kaisha Signalprozessor mit Lawinendioden
US5557121A (en) * 1991-11-08 1996-09-17 Canon Kabushiki Kaisha Laminated solid-state image sensing apparatus and method of manufacturing the same
EP0542152A1 (de) * 1991-11-08 1993-05-19 Canon Kabushiki Kaisha Schichtförmiges Festkörperbildsensor und Verfahren zu seiner Herstellung

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6455859A (en) 1989-03-02
US4933731A (en) 1990-06-12
JPH0715979B2 (ja) 1995-02-22
DE3829003C2 (de) 1994-02-24

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8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
8339 Ceased/non-payment of the annual fee