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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladungsverschiebeanordnung zum
Umwandeln von elektromagnetischer Strahlung in diskrete elektrische Ladungspakete
und zum Transportieren dieser Ladungspakete, um sie auszulesen, wobei diese
Anordnung einen Halbleiterkörper enthält, der aus mindestens drei aufeinanderfolgenden
Schichten mit quer zueinander verlaufenden Oberflächen besteht: eine erste Schicht von
einem ersten Leitfähigkeitstyp, die den Ladungstransportkanal der
Ladungsverschiebeanordnung bildet, eine angrenzende zweite Schicht eines zweiten
Leitfähigkeitstyps, die eine Überlauf-Potentialbarriere bildet, über die überschüssige
Ladungsträger, die im Falle einer lokalen Überbelichtung erzeugt werden, in einer
Richtung quer zur Oberfläche fließen können, und eine benachbarte dritte Schicht vom
ersten Leitfähigkeitstyp, um die genannten überschüssigen Ladungsträger abzuleiten,
wobei die Oberfläche mit einem System von Elektroden versehen ist, die mit einem
Spannungsmittel verbunden sind, um Taktspannungen zu liefern, die zwischen dem
aktiven und dem sperrenden Pegel schwanken, wobei die aktiven und die sperrenden
Pegel Potentialtöpfe bzw. Potentialbarrieren in dem darunterliegenden Transportkanal
induzieren und die Potentialtöpfe und Potentialbarrieren zum Speichern bzw. Trennen
der einzelnen Ladungspakete dienen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kamera, die
mit einer solchen Ladungsverschiebeanordnung ausgerüstet ist.
Eine solche Anordnung ist unter anderem bekannt aus dem Artikel "A
Frame-Transfer CCD Colour Imager with Vertical Anti-Blooming" von M.J.H. v.d.
Steeg et al., der in IEEB Transactions on Electron Devices, Vol. ED-32, Nr. 8, August
1985, S. 1430-1438, veröffentlicht wurde.
Eine ähnliche Anordnung, bei der drei Spannungspegel an die
Transferelektroden angelegt werden, um einen N-Kanal-BCCD anzusteuern, ist aus JP-
A-60 260 154 bekannt. In der Umwandlungsperiode werden niedrige und mittlere
Spannungspegel geliefert, um die überschüssige Ladung zum Substrat abzuleiten. Der
Ladungstransport erfolgt durch mittlere und hohe Spannungspegel, um nur die
vorgegebene Signalladung zu übertragen.
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Eine Ladungsverschiebeanordnung kann zusammen mit einer Vielzahl von
ähnlichen Anordnungen einen zweidimensionalen Bildwandler zum Beispiel für den
Einsatz in einer Kamera bilden. In solchen Wandlern werden normalerweise
Maßnahmen getroffen, die verhindern, daß sich die durch lokale Überbelichtung
erzeugten Ladungsträger über den Wandler über die überbelichtete Fläche (Pixel) selbst
hinaus ausbreiten. Diese Maßnahmen werden in der Literatur häufig durch den
Ausdruck "Anti-Blooming" (Anti-Überstrahlung) bezeichnet. Bei dem besten bekannten
"Anti-Blooming"-Verfahren sind sogenannte Überlauf-Barrieren und Abflußzonen, durch
die die überschüssigen Ladungsträger abgeleitet werden können, zwischen den Spalten
der zweidimensionalen Pixelmuster auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers
vorgesehen. Da aufgrund dieses "Anti-Blooming"-Verfahrens die Auflösung und die
Empfindlichkeit reduziert werden, ist auch das weniger gebräuchliche vertikale "Anti-
Blooming" (VAB) vorgeschlagen worden, unter anderem in der zuvor genannten
Veröffentlichung. Diese Veröffentlichung beschreibt einen Wandler mit einer vertikalen
npn-Anordnung, bei der die obere n-Schicht den begrabenen Kanal der
Ladungsverschiebeanordnung darstellt, die p-Schicht die Überlauf-Barriere für die
überschüssigen Ladungsträger bildet und die untere n-Schicht den Ablauf für die
überschüssigen Ladungsträger bildet. Die Zwischenschicht, also die p-Schicht, wird
vorzugsweise unter der Elektrode angeordnet, unter der die Ladung gesammelt wird,
wobei ein Teil eine geringere Dicke aufweist oder sogar mit einer Öffnung versehen ist,
durch die die untere n-Schicht an die obere n-Schicht angrenzt. In einer solchen
Konfiguration kann das Überstrahlen ("Blooming") aufgrund einer Überbelichtung
effizient vermieden werden, ohne oder wenigstens fast ohne daß die Auflösung und/oder
die Empfindlichkeit beeinträchtigt wird.
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Wenn in dieser Anordnung das Ausmaß der zu verarbeitenden
Überbelichtung gesteigert werden muß, d. h. das Ausmaß der Überbelichtung, bei dem
alle überschüssigen Ladungsträger immer noch abgeleitet werden können, ist es
offensichtlich, daß die Überlauf-Barriere zwischen dem Ladungstransportkanal und der
Abflußschicht reduziert werden muß. Dies kann geschehen, indem man die Spannung an
der unteren n-Schicht (dem Substrat) erhöht und/oder indem man die extern an die p-
Schicht angelegte Spannung erhöht. Die Erhöhung der Substratspannung hat den
Nachteil, daß eine höhere maximale Versorgungsspannung erforderlich sein kann. Ein
größerer Nachteil besteht jedoch darin, daß die Reduzierung der Überlauf-
Potentialbarriere zu einer Verkleinerung des maximalen Ladungspaketes führt, wie in
der beigefügten Beschreibung der Figuren ausführlicher dargelegt. Die Verkleinerung
des maximalen Ladungspaketes, das pro Pixel zu verarbeiten ist, führt im allgemeinen
zu einer Reduzierung des Störabstands, was wiederum eine Verschlechterung der
Bildqualität während der Anzeige zur Folge hat.
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Ein anderes Verfahren zur Erhöhung der maximal verarbeitbaren
Überbelichtung kann darin bestehen, daß die Sperrspannung - in einer n-Kanal-
Vorrichtung - reduziert wird und damit die Potentialbarriere unter den jeweiligen
Elektroden erhöht wird. Wenn die Überlauf-Potentialbarriere zum Substrat dann
konstant gehalten wird, kann die Überbelichtung gesteigert werden, und damit kann
dank der höheren Potentialbarriere unter den Sperrelektroden auch der Potentialpegel
des Ladungspaketes erhöht werden, ohne daß Ladungsträger zu den benachbarten Pixel
fließen. In der Praxis ist diese Vergrößerung der Spannungsamplitude der Taktspannung
nicht möglich oder nicht wünschenswert, weil dadurch die Verlustleistung zu hoch wird.
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Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Ladungsverschiebeanordnung mit
vertikalem "Anti-Blooming" zu schaffen, wobei die Größe eines maximalen
Ladungspaketes (Weißpegel) praktisch unabhängig ist von der Einstellung der
Anordnung in bezug auf die maximal zu verarbeitende Überbelichtung.
Die Ladungsverschiebeanordnung der im einleitenden Absatz
beschriebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung
des gleichen aktiven Pegels während der Umwandlung der elektromagnetischen
Strahlung der Sperrpegel auf eine solche Weise von dem Sperrpegel während des
Transports der Ladungspakete abweicht, daß während der Umwandlung der
elektromagnetischen Strahlung die Differenz zwischen dem aktiven Pegel und dem
Sperrpegel größer ist als während des Transports der Ladungspakete.
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Die Erfindung beruht unter anderem auf der Erkenntnis der Tatsache, daß
die an die Höhe der Potentialbarriere zwischen den Pixels gestellten Anforderungen
während des Ladungstransportes wesentlich weniger streng zu sein brauchen als
während der Integrationsperiode, weil die Lieferung von Ladungsträgern an ein
Ladungspaket während des Ladungstransportes erheblich kleiner ist als während der
Umwandlung des Bildes (Integrationsperiode). Wenn die Potentialbarriere unter den
Sperrelektroden erhöht wird, kann das Ausmaß der maximal zu verarbeitenden
Überbelichtung bei unveränderter Überlauf-Barriere beliebig eingestellt werden.
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Aufgrund der Tatsache, daß während des Transportes diese Barriere wieder reduziert
werden kann, reicht eine normale Taktspannung mit einer niedrigeren Amplitude
während des Transportes aus. Die Verlustleistung, die hauptsächlich während des
Transportes auftritt, kann damit auf einem normalen und akzeptabel niedrigen Niveau
gehalten werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße
Ladungsverschiebeanordnung;
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Fig. 2 einen Querschnitt durch diese Anordnung quer zur Richtung des
Ladungstransportes;
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Fig. 3 ein Diagramm der an diese Anordnung angelegten
Taktspannungen als Funktion der Zeit t;
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Fig. 4 und 5 die Potentialverteilungen während des Betriebs in einer
herkömmlichen Anordnung und in einer erfindungsgemäßen Anordnung.
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Es ist zu beachten, daß die Zeichnung schematisch und nicht
maßstabsgerecht ist. Halbleiterzonen des gleichen Leitfähigkeitstyps sind im allgemeinen
in der gleichen Richtung schraffiert.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung ist zum Beispiel ein n-Kanal-Typ,
kann aber auch ein p-Kanal-Typ sein. Die Anordnung besteht aus einem n-
Siliziumsubstrat 1, auf dem eine p-Schicht 3 aufgebracht ist. Durch Implantation einer
geeigneten Störstelle wird die n-Zone 4, die den begrabenen Kanal der
Ladungsverschiebeanordnung bildet, in der p-Zone 3 geschaffen. Die Zone 4 ist seitlich
durch eine schmale p-Oberflächenzone 5 begrenzt, die eine höhere Dotierung aufweist
als die p-Zone 3 und die dazu dient, die Bildung von störenden n-Kanälen an der
Oberfläche 2 neben der Zone 4 zu verhindern. Die Oberfläche 2 ist mit einer dünnen
dielektrischen Schicht 6 aus Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid mit einer Dicke von ca.
100 nm versehen. Ein System aus Taktelektroden 7-10 ist auf der Schicht 6 in drei
aufeinanderfolgenden Schichten aus polykristallinem Silizium angeordnet, wobei die
einzelnen Elektroden durch eine nicht in der Zeichnung dargestellte Oxidschicht
voneinander isoliert sind. Die Zeichnung zeigt beispielsweise eine 4-Phasen-Anordnung
mit vier Taktleitungen 11-14 zum Anlegen der Taktspannungen Φ&sub1;, Φ&sub2;, Φ&sub3; und Φ&sub4;.
Die Elektroden 7 (Poly I) sind mit der Taktleitung 11 (Φ&sub1;) verbunden, während die
Elektroden 8 (Poly II) mit der Taktleitung 12 (Φ&sub2;) verbunden sind, die Elektroden 9
(Poly I) mit der Taktleitung 13 (Φ&sub3;) verbunden sind und die Elektroden 10 (Poly III)
mit der Taktleitung 14 (Φ&sub4;) verbunden sind. Wie in der zuvor genannten
Veröffentlichung geschildert, können die Elektroden so geformt sein, daß Lichtfenster
zwischen den Elektroden bleiben, die nicht durch das Elektrodenmaterial bedeckt
werden, so daß blaues Licht auf den Halbleiterkörper auftreffen kann, ohne durch das
Polysilizium absorbiert zu werden. Die Taktspannungen Φ&sub1;-Φ&sub4; werden durch die
Taktspannungsquelle 15 geliefert, die nur schematisch dargestellt ist. Das n-Substrat 1
ist mit einem elektrischen Anschluß versehen, zum Beispiel in Form eines Kontakts 16
auf der unteren Seite des Substrates. Es wird jedoch ohne weitere Erläuterung klar sein,
daß der Substratkontakt auch in bekannter Weise auf der oberen Seite des
Halbleiterkörpers ausgeführt sein kann. Die p-Barriereschicht 3 ist mit einem Anschluß
versehen, der in Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist.
Die p-Schicht 3 kann unter Kanal 4 oder zumindest unter den
Integrationsflächen in Kanal 4 mit einem Bereich reduzierter Breite 18 vorgesehen
werden, wie in Fig. 2 dargestellt. Dieser Bereich reduzierter Breite kann eine solche
Tiefe haben, daß ein n-Kanal zwischen dem n-Kanal 4 und dem Substrat 1 bleibt, wobei
dieser n-Kanal unter normalen Betriebsbedingungen vollständig verarmt ist, so daß ein
Kurzschluß zwischen dem Substrat und Kanal 4 vermieden wird. Dank dieses Bereiches
reduzierter Breite ist es möglich, die Dicke von Zone 3 mit den gewünschten "Anti-
Blooming"-Eigenschaften über den Bereich reduzierter Breite 18 frei zu wählen.
Das Verfahren zur Herstellung der hier beschriebenen Anordnung ist in
der genannten Veröffentlichung geschildert. In einem speziellen Ausführungsbeispiel ist
das Ausgangsmaterial ein n-Siliziumsubstrat 1, das mit (3-4,5)·10¹&sup4; Phosphoratomen
pro cm³ dotiert ist. Die p-Schicht 3 mit dem Bereich reduzierter Breite 18 kann man -
wie in dieser Veröffentlichung beschrieben - erhalten, indem zwei p-Zonen (Taschen)
implantiert und in einem relativen Abstand von der Oberfläche 2 in den Halbleiterkörper
diffundiert werden, wobei aufgrund der lateralen Diffusion und weil die Zonen die
gemeinsame p-Region 3 mit dem Bereich reduzierter Breite 18 bilden eine Überlappung
zwischen den Zonen entsteht. Der Abstand zwischen den implantierten Zonen betrug ca.
3 um und die Diffusionslänge etwa 3 um. Die Oberflächenkonzentration der
implantierten Zonen betrug etwa 5,6·10¹&sup5; Boratome pro cm³. Die Breite der n-Kanäle
betrug ca. 5 um mit einer Tiefe von ca. 0,9 um und einer Oberflächenkonzentration von
2·10¹&sup6;
Atomen pro cm³.
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Um die Erfindung zu erklären, wird zuerst das Potentialprofil für eine
herkömmliche CCD-Bildwandler-Anordnung mit vertikalem "Anti-Blooming" unter
Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben. In dieser Figur ist das Potential V in vertikaler
Richtung (nach unten ansteigend) aufgetragen, während der Abstand im Halbleiterkörper
1 von der Oberfläche 2 auf der Abzisse aufgetragen ist. Der schattierte Bereich auf der
linken Seite stellt eine Taktelektrode dar. Die mit "ox" bezeichnete Region entspricht
der Oxidschicht 6. Die aufeinanderfolgenden, mit n&sub1;, P und n&sub2; bezeichneten Regionen
entsprechen dem n-Kanal 4, der p-Schicht 3 bzw. dem n-Substrat 1. Die Kurven 20, 21
und 22 geben die Potentialprofile für den Fall an, daß eine Substratspannung Vsub.1,
zum Beispiel + 16 V, an das Substrat 1 angelegt wird. Die Kurve 20 zeigt das Potential
unter der Sperrelektrode, d. h. einer Elektrode, an die eine niedrige Spannung (zum
Beispiel 0 V) angelegt wird, so daß eine Potentialbarriere unter dieser Elektrode
induziert wird, die zwei benachbarte Pixel voneinander trennt. Die Spannung an der
Elektrode kann so gewählt werden, daß das Potential in der n-Schicht etwas höher unter
dieser Elektrode (Punkt A) liegt als in der p-Schicht 3 und die Elektronen eine
Potentialbarriere zur p-Schicht "sehen". Das Ergebnis ist, daß die hier erzeugten
Elektronen vorzugsweise in eines der benachbarten Pixel fließen und nicht über das
Substrat 1 abgeleitet werden. Die Kurve 21 zeigt die Potentialverteilung unter einem
integrierenden Gatter, an das eine positive Spannung von zum Beispiel + 10 V angelegt
wird. Unter diesem Gatter wird ein Ladungspaket bestehend aus Elektronen gespeichert,
so daß die Region unter der Elektrode (teilweise) elektrisch neutral wird. In der Figur
ist diese elektrisch neutrale Region durch die horizontale Linie in der Potentialverteilung
dargestellt. Die angelegten Spannungen werden so gewählt, daß bei der maximal
zulässigen Überbelichtung die Differenz zwischen dem Potentialpegel A unter dem
Sperrgatter und dem Potentialpegel unter dem integrierenden Gatter, d. h. dem Pegel C,
einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Ein bestimmter Wert für die Differenz A-
C ist zum Beispiel 1 V. Bei diesem Wert ist es praktisch ausgeschlossen, daß
Elektronen aufgrund von thermischer Anregung über die Potentialbarriere A von einem
Pixel zu einem benachbarten Pixel diffundieren. Es hat sich gezeigt, daß in bestimmten
Ausführungsformen bei dem zufälligen Wert A-C 1 V und bei einer
Substratspannung von 16 V die Spannungsdifferenz Δ VAB zwischen der elektrisch
neutralen Region und der Barriere in der p-Schicht 3 ca. 0,4 V beträgt, was einer ca.
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100fachen Belichtung entspricht. Wenn die Überbelichtung plötzlich gestoppt sollte
oder, was auf das gleiche hinausläuft, wenn das Ladungspaket zu einem benachbarten
Speicherplatz transportiert wird, auf den keine Strahlung fällt, wird die Diffusion der
überschüssigen Ladungsträger über die Barriere Δ VAB nicht gestoppt, sondern
fortgesetzt, bis die Kurve 22 erreicht ist, wo Δ VAB 0,6 V ist. Wenn bei
unveränderter Differenz A-C = 1 V eine höhere Überbelichtung toleriert werden muß,
zum Beispiel eine 10.000fache Überbelichtung, muß Δ VAB von 0,4 V auf ca. 0,3 V
reduziert werden. Bei Verwendung der gleichen Zwei-Pegel-Taktspannungen kann dies
dadurch erreicht werden, daß die an das Substrat 1 angelegten Spannungen und/oder die
an die p-Schicht 3 angelegte Spannung variiert wird/werden. Fig. 4 zeigt beispielhaft
die Situation, die auftritt, wenn Δ VAB mit Hilfe der Substratspannung eingestellt wird.
Die Spannung wird zum Beispiel auf ca. 20 V (Vsub.2) eingestellt. Die Kurve 23 zeigt
die Situation, die zum Beispiel bei einer 1000fachen Überbelichtung vorliegt. Die
Barriere Δ VAB wird bei einer Spannungsdifferenz A-C von 1 V auf ca. 0,2 V
reduziert. Dieser Wert Δ VAB 0,2 V ist ausreichend niedrig, um den erzeugten
Photostrom mit der örtlich sehr hohen Lichtstärke zum Substrat 1 abzuleiten. Wenn jetzt
das Ladungspaket zu einem benachbarten, nicht belichteten Speicherplatz übertragen
wird, wird der Ladungstransport zum Substrat fortgesetzt, bis wieder Δ VAB 0,6 V
erreicht ist. Diese Situation wird durch die Kurve 24 dargestellt. Wenn der Restpegel Δ
VAB erreicht ist, wird der Potentialpegel D der neutralen Region in dem gebildeten
Ladungspaket offensichtlich erheblich reduziert, d. h. ca. 1 V in bezug auf den Pegel E,
der der Restpegel bei der Substratspannung Vsub.1 = 16 V war. Da der Pegel D bei
dieser Substratspannung dem maximalen Ladungspaket entspricht, das unter einem
integrierenden Gatter gespeichert werden kann, ist das Ergebnis einer Erhöhung der
zulässigen Überbelichtung eine unverhältnismäßig starke Reduzierung des maximalen
Ladungspaketes. Es ist zu beachten, daß diese Reduzierung besonders stark ist, d. h. ca.
1 V in bezug auf die beabsichtigte Reduzierung von Δ VAB, d. h. ca. 0,2 V. Dies ist
auf die Tatsache zurückzuführen, daß durch eine Erhöhung der Substratspannung die
Höhe der Barriere in der p-Schicht 3 zwar reduziert wird, aber gleichzeitig das Potential
in der n-Schicht 4 reduziert wird. Die Differenz Δ VAB nimmt bei einer zunehmenden
Substratspannung vergleichsweise langsam ab. Daher ist eine erhebliche Reduzierung
des Potentialpegels in den Schichten 3 und 4 erforderlich, bevor die gewünschte kleine
Reduzierung der "Anti-Blooming"-Barriere erreicht werden kann.
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Eine ähnliche Situation würde auftreten, wenn man die Substratspannung
konstant hielte und eine positivere Spannung über den Anschluß 3 an die p-Schicht 3
angelegte.
Der hier beschriebene Nachteil kann durch die Verwendung von
Taktspannungen mit einer größeren Amplitude, die zum Beispiel zwischen 0 V und 12
V variiert, beseitigt werden. Eine solche Vergrößerung der Taktamplitude würde
allerdings eine erhebliche Zunahme der Verlustleistung zur Folge haben.
Erfindungsgemäß sind die Taktelektroden mit einer Taktspannungsquelle
15 verbunden, die anstelle der Zwei-Pegel-Taktspannungen Drei-Pegel-Taktspannungen
liefert, wie in Fig. 3 dargestellt. Die Anordnung enthält, wie bereits oben erwähnt,
eine 4-Phasen-Ladungsverschiebeanordnung, wobei die Elektroden 8, 9 und 10 oder 7,
8 und 10 als Integrationsgatter und die Gatter 7 oder 9 als Sperrgatter verwendet
werden. In Fig. 3 sind die vier Taktspannungen Φ&sub1;-Φ&sub4; als Funktion der Zeit t
dargestellt. In dem mit Tt bezeichneten Zeitintervall wird ein in der Anordnung
gebildetes Muster von Ladungspaketen in der üblichen 4-Phasen-Weise zu einem
Ausleseglied transportiert. Die Taktspannungen variieren wie üblich zwischen zwei
Pegeln, zum Beispiel zwischen 0 V und 10 V. in den mit Ti (Integrationsperiode)
bezeichneten Zeitintervallen werden die eingefangenen Strahlungsbilder in
Ladungspakete umgewandelt. In der Periode Ti,1 bilden die Elektroden 7 die
Sperrgatter, an die eine niedrige Spannung angelegt wird, während die übrigen
Elektroden 8, 9 und 10 die Integrationsgatter bilden, an die eine positive Spannung
angelegt wird. Die während der Integrationsperiode an die Elektroden 7 angelegte
Sperrspannung (Φ&sub1;) liegt jetzt unter dem niedrigen Pegel (0 V) der Taktspannung Φ&sub1;
während des Ladungstransportes und ist damit auch niedriger als der in den
herkömmlichen Anordnungen angelegte und in Fig. 3 durch eine unterbrochene Linie
dargestellte Sperrpegel. Ein bestimmter Wert dieser Spannung ist zum Beispiel -3 V bei
einer 1000fachen Belichtung. Mit dieser zusätzlichen negativen Spannung an den
Sperrgattern während der Integrationsperiode wird erreicht, daß das Maß der
Überbelichtung erhöht werden kann, ohne daß der maximale Pegel eines
Ladungspaketes (= Weißpegel) reduziert wird und ohne daß die Verlustleistung
erheblich gesteigert wird. Zur Erläuterung der Auswirkung der Verwendung einer Drei-
Pegel-Spannung Φ&sub1; wird in der gleichen Weise wie in Fig. 4 noch einmal das
Potentialdiagramm dargestellt. Die Substratspannung wird jetzt auf einem festen Wert
gehalten, zum Beispiel auf + 16 V. Die Kurven 20 und 22 entsprechen den Kurven 20
bzw. 22 in Fig. 4, wobei in Fig. 5 die Kurve 20 die Potentialverteilung unter dem
Sperrgatter nur während des Ladungstransportes darstellt und die Kurve 22 die
Potentialverteilung unter einer Speicherelektrode mit maximalem Ladungsgehalt
während des Ladungstransportes angibt. Die Kurve 25 zeigt die Potentialverteilung
unter einem integrierenden Gatter in Abwesenheit der Ladung. Die Kurve 26 zeigt das
Potential unter den Sperrgattern 7 während der Integrationsperiode. Aufgrund der
zusätzlichen negativen Spannung von -3 V liegt die Kurve 26 höher als die Kurve 20.
Das Potentialminimum der Kurve 26 in der n-Schicht ist mit F bezeichnet. Bei einer
starken Überbelichtung, zum Beispiel von mehr als dem 1000fachen, kann der
Potentialpegel C der neutralen Region so weit ansteigen, daß die Überlauf-Barriere Δ
VAB in der p-Schicht zum Substrat ca. 0,2 V oder kleiner wird. Die Differenz zwischen
VF und VC bleibt jetzt aufgrund der zusätzlichen negativen Spannung am Sperrgatter
größer als oder zumindest gleich 1 V, so daß auch bei einer starken Überbelichtung eine
ausreichende Trennung zwischen den benachbarten Pixeln erreicht wird. Am Ende der
Integrationsperiode Ti,1 (Fig. 3) wird zuerst Φ&sub2; niedrig, und anschließend geht Φ&sub1;
auf den aktiven positiven Pegel. Die hohen Potentialbarrieren unter den Elektroden 7
werden durch die niedrigeren Potentialbarrieren unter den Elektroden 8 ersetzt, was der
Potentialverteilung gemaß der Kurve 20 in Fig. 5 entspricht. Aufgrund der Tatsache,
daß die Spannungsdifferenz (VA-VC) jetzt kleiner sein kann als 1 V ist es möglich,
daß ein Teil der Ladung von einem vollen Pixel über die zu niedrige Barriere VA zu
einem benachbarten Pixel fließt. Aufgrund der hohen Taktfrequenz während des
Ladungstransportes wird die Menge dieser Ladung jedoch im allgemeinen
vernachlässigbar klein sein. Wenn die Zufuhr der Strahlung beendet wird, zum Beispiel
mit Hilfe einer Blende, oder, was in bezug auf die hier beschriebenen Effekte auf das
gleiche hinausläuft, wenn das Ladungspaket zu einem Bereich transportiert wird, der
nicht überbelichtet wird, wird der Pegel V aufgrund der Diffusion zum Substrat wieder
abnehmen, bis der Pegel des Ladungspaketes in der n&sub1;-Schicht soweit gesunken ist, daß
die Potentialbarriere Δ VAB in der p-Schicht 3 wieder ca. 0,6 V beträgt. Dieser
Zustand, der der Kurve 22 in Fig. 5 entspricht, ist unabhängig vom Wert der
Spannung am Sperrgatter und damit von dem zulässigen Maß der Überbelichtung. Da
die Taktspannung Φ&sub1; (vgl. Fig. 3) während des Ladungstransportes zwischen dem
üblichen hohen und niedrigen Pegel schwankt, hat die Verlustleistung praktisch nicht
zugenommen.
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Am Ende der Transportperiode Tt ist im Falle eines FT-Bildwandlers das
gesamte Ladungsbild in den Speicherbereich übertragen. In der nächsten
Integrationsperiode Ti,2 kann Φ&sub1; wieder zusätzlich negativ gemacht werden, so daß die
gleiche Situation erreicht wird wie in der Periode Ti,1.
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Die Pixel werden jedoch vorzugsweise in bezug auf die vorhergehende
Integrationsperiode über einen Abstand von einem halben Zwischenraum verschoben.
Eine zusätzliche negative Spannung Φ&sub3; wird an die Elektroden 9 angelegt, die jetzt als
Sperrgatter dienen, so daß eine Potentialverteilung gemäß der Kurve 26 in Fig. 5 unter
diesen Elektroden induziert wird. Eine positive Spannung wird an die Elektroden 7
angelegt und ebenso an die benachbarten Elektroden 10 und 8, so daß unter jeder
Gruppe der drei Elektroden 7, 8 und 10 ein Potentialtopf induziert wird, in dem ein
Ladungspaket gebildet werden kann. Diese Pakete sind durch die vergleichsweise hohen
Potentialbarrieren unter den Elektroden 9 wirksam voneinander getrennt. Am Ende der
Integrationsperiode Ti,2 können die Ladungspakete wieder auf die oben beschriebene
Weise transportiert werden. Die beiden in den Perioden Ti,1 und Ti,2 aufgezeichneten
Ladungsbilder sind zueinander zeilenversprungen und ergeben damit die doppelte
Anzahl Pixelelemente pro Langeneinheit in der Transportrichtung als dies bei einem
einzelnen Ladungsbild der Fall ist, so daß die Auflösung erheblich gesteigert wird.
Bei der Bildwandler-Anordnung kann es sich auch um einen
Zeilentransfer-Typ statt um einen Bildtransfer-Typ handeln. Außerdem kann die
Anordnung einen eindimensionalen Wandler oder Zeilenwandler darstellen.