DE4413824A1 - Lineare Festkörper-Abbildungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Festkörper-Abbildungseinrichtung, und insbesondere auf eine solche Festkörper-Abbildungseinrichtung, die eine Photodiode mit geringer Breite und großer Länge aufweist und z. B. in einer Abbildungseinheit eines Faksimilegerätes zum Einsatz kommt.

Im allgemeinen wird in einer Festkörper-Abbildungseinheit eines Faksi­ milegeräts, eines Strichcodelasers oder dergleichen, eine lineare und ladungsgekoppelte Festkörper-Abbildungseinrichtung (CCD) verwendet. Bei einer Festkörper-Abbildungseinrichtung mit dualen CCD-Kanälen sind ein linear angeordnetes Photodiodenarray sowie eine horizontale CCD (HCCD) an beiden Seiten des Photodiodenarrays vorhanden. Durch eine einzelne Photodiode erzeugte Signalladungen werden periodisch in jeweils eine der beiden parallelen HCCDs übertragen, um anschließend seriell zu einem Ausgangsverstärker geschoben zu werden.

Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht einer konventionellen Abbildungseinrich­ tung, während die Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A′ von Fig. 1 zeigt.

Gemäß den Fig. 1 und 2 enthält eine konventionelle lineare Abbildungs­ einrichtung ein Substrat 11 vom n-Typ; eine erste p-Typ Wanne 12 in einem Oberflächenbereich des Substrats 11; eine zweite p-Typ Wanne 13 mit größerer Tiefe als die erste p-Typ Wanne 12 in einem anderen Oberflä­ chenbereich des Substrats 11; einen n-Verunreinigungsbereich oder Pho­ todiodenbereich 14, der eine rechteckige Form mit geringer Breite und großer Länge aufweist und in der ersten Wanne 12 liegt, um eine Photo­ diode zu bilden, die durch einfallendes Licht erzeugte Ladungen sammelt; einen p++ Verunreinigungsbereich 17 in der Nähe der Oberfläche des Pho­ todiodenbereichs 14 zur Bildung einer Potentialbarriere; einen n-Verun­ reinigungsbereich oder HCCD Bereich 15 in der zweiten Wanne 13 zur Bil­ dung eines Paares von HCCDs, über die von der Photodiode 14 kommende Ladungen zu einem nicht dargestellten Ausgangsverstärker übertragen werden; einen Schiebegate-Kanalbereich 16 in der ersten p-Typ Wanne 12 sowie zwischen den Bereichen für die Photodiode 14 und der HCCD 15; ein Polygate 19 auf dem Schiebegate-Kanalbereich 16 und dem HCCD Bereich 15; ein Schiebegate 18, das sich mit jedem der Polygates 19 überlappt und oberhalb des Schiebegate-Kanalbereichs 16 liegt, um Ladungen, die durch die Photodiode 14 erzeugt worden sind, in die HCCD 15 hineinzuschieben; sowie einen Kanalstoppbereich 10, durch den mittels einer Barriere die Zellen gegeneinander isoliert werden.

Sowohl das Schiebegate 18 als auch jedes Polygatearray bestehen im wesentlichen aus einer Schicht aus dotiertem Polysilicium.

Über den Schiebegate-Kanalbereich 16 werden die vom Photodioden­ bereich 14 zum HCCD Bereich 15 übertragenen Ladungen zum Ausgangs­ verstärker transportiert, und zwar mittels des Polygates 19, das eine erste Polygateelektrode 19-1 aufweist, die sich mit dem Schiebegate 18 über­ lappt, und eine zweite Polygateelektrode 19-2 aufweist, die sich partiell mit der ersten Polygateelektrode 19-1 überlappt. Dabei liegen die ersten und zweiten Gates wechselweise oberhalb des HCCD Bereichs 15.

Eine derart aufgebaute Abbildungseinrichtung läßt sich in einer Sammel­ betriebsart und in einer Übertragungsbetriebsart betreiben.

Die Fig. 3a und 3b zeigen die Potentiale in den jeweiligen Bereichen der Ab­ bildungseinrichtung gemäß Fig. 2. Dabei bezieht sich Fig. 3a auf die Sam­ melbetriebsart, während sich Fig. 3b auf die Übertragungsbetriebsart be­ zieht.

Wird die niedrigste Spannung von 0 V an das Schiebegate 18 und das erste Polygate 19-1 gelegt, und wird darüber hinaus die höchste Spannung von 15 V über einen Rücksetzdrainanschluß RD an die HCCD 15 gelegt, so weisen die entsprechenden Bereiche der Abbildungseinrichtung die Potentialverteilung gemäß Fig. 3a auf.

Da in der Sammelbetriebsart eine hohe Potentialbarriere durch den p++ Kanalstoppbereich 10 und den p-Typ Schiebegate-Kanalbereich 16 erhal­ ten wird, sammeln sich die in der Photodiode 14 durch einfallendes Licht erzeugten Ladungen innerhalb dieser Photodiode 14.

Wird dagegen eine hohe Spannung im Bereich von 10 V bis 15 V an das Schiebegate 18 und das erste Polygate 19-1 gelegt, und liegt außerdem die höchste Spannung von 15 V nach wie vor über den Rücksetzdrainanschluß RD an der HCCD 15 an, so weisen die jeweiligen Bereiche der Abbildungs­ einrichtung die Potentialverteilung gemäß Fig. 3b auf.

Mit anderen Worten ist jetzt die Potentialbarriere des Schiebegatebereichs 16 während der Übertragungsbetriebsart verringert bzw. herabgesetzt, wie die Fig. 3b erkennen läßt. Dadurch wird es möglich, daß die in den jeweiligen Photodioden 14 angesammelten Ladungen über den Schiebe­ gate-Kanalbereich 16 zur HCCD 15 gelangen können, und zwar im Parallelformat.

Die in der HCCD 15 angesammelten Ladungen werden dann im seriellen Format zum nicht dargestellten Ausgangsverstärker ausgegeben, indem geeignete Signale an die erste Polygateelektrode 19-1 und die zweite Poly­ gateelektrode 19-2 angelegt werden.

Wie bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erläutert, sind bei der konven­ tionellen Abbildungseinrichtung Photodiodenbereiche 14 vorhanden, die rechteckförmig ausgebildet sind und eine geringe Breite sowie eine große Länge aufweisen. Unterhalb des Schiebegates 18 ist darüber hinaus der Schiebegate-Kanalbereich 16 weniger breit als die zugehörige Photodiode 14, wobei der Schiebegate-Kanalbereich 16 ebenfalls im wesentlichen rechteckförmig ausgebildet ist.

Die wirksame Kanalbreite ist durch einen Bereich 9 dargestellt, der das Bezugszeichen "X" (X Bereich) trägt und zwischen dem Bereich der Photo­ diode 14 und dem Schiebegate-Kanalbereich 16 zu liegen kommt. Dieser Bereich 9 dient als Übertragungsbereich für in der Photodiode angesam­ melte Ladungen, wenn diese Ladungen von der Photodiode 14 zur HCCD 15 übertragen werden sollen. Die gegenüber der Photodiode 14 reduzierte Ka­ nalbreite im Bereich 9 führt zu einer zusätzlichen Potentialbarriere, wo­ durch sich der Ladungsübertragungswirkungsgrad verringert.

Der Grund für die Bildung dieser Potentialbarriere liegt darin, daß die Ver­ unreinigungskonzentration im p++ Kanalstoppbereich 10 zu einem niedri­ geren Potentialpegel im X-Bereich 9 führt, und zwar im Vergleich zu ande­ ren Bereichen, die zur Photodiode 14 gehören. Wie die Fig. 3b deutlich er­ kennen läßt, existiert dieser X-Bereich 9 zwischen dem Bereich der Photo­ diode 14 und dem Schiebegate-Kanalbereich 16, wobei hier gegenüber dem Potentialpegel im Sammelbereich der Photodiode 14 ein etwas kleine­ rer Potentialpegel vorhanden ist. Das elektrische Potential weist hier tat­ sächlich ein lokales Minimum auf.

Werden somit in der Übertragungsbetriebsart in der Photodiode 14 ange­ sammelte Ladungen von dort zur HCCD 15 übertragen, so behindert diese Potentialbarriere die vollständige Ladungsübertragung, was zu einem niedrigeren Spannungssättigungspegel der Abbildungseinrichtung führt.

Darüber hinaus liegt zwischen dem Photodiodenbereich 14 und dem HCCD Bereich 15 eine relativ große Kanallänge des Schiebegate-Kanal­ bereichs 16, was ebenfalls die Ladungsübertragung nachteilig beeinflußt.

Die Fig. 4 zeigt eine Computersimulation einer entsprechenden Potential­ verteilung bei der Abbildungseinrichtung nach Fig. 2. In dieser Fig. 4 ist die genannte Potentialbarriere gut zu erkennen, die innerhalb des X Be­ reichs 9 infolge eines elektrischen Potentialpegels vorhanden ist, der lokal kleiner ist als in anderen Bereichen der Photodiode 14.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Festkör­ per-Abbildungseinrichtung so weiter zu bilden, daß sie einen höheren La­ dungsübertragungswirkungsgrad aufweist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Eine lineare Festkörper-Abbildungseinrichtung nach der Erfindung ist ge­ kennzeichnet durch:

• - ein Siliciumsubstrat eines ersten Leitungstyps;
• - eine erste Wanne eines zweiten Leitungstyps in einem Oberflächen­ bereich des Substrats, durch die ein Halbleiterübergang (Sperrschicht) in einer vorbestimmten Tiefe gebildet wird;
• - zwei zweite Wannen vom zweiten Leitungstyp in anderen Oberflä­ chenbereichen des Substrats, durch die Halbleiterübergänge (Sperr­ schichten) gebildet werden, die tiefer liegen als der durch die erste Wanne gebildete Halbleiterübergang;
• - eine Mehrzahl von leiterartigen Photodiodenbereichen zur Erzeu­ gung von Signalladungen, wobei die leiterartigen Photodiodenbereiche in der ersten Wanne zellenartig angeordnet sind, schräg zueinander verlau­ fende Längsseiten und an ihren einander gegenüberliegenden Stirnseiten unterschiedliche Breiten aufweisen;
• - ein Paar von HCCD Bereichen des ersten Leitungstyps, wobei jeweils einer der HCCD Bereiche in einer der zweiten Wannen liegt, von denen sich jeweils eine an einer der Stirnseiten der Photodiodenbereiche befindet, um die von den Photodiodenbereichen erhaltenen Signalladun­ gen zu einem Ausgangsverstärker zu übertragen;
• - Schiebegates auf dem Substrat zwischen den Photodiodenberei­ chen und den HCCD Bereichen zur Übertragung der in den Photodiodenbe­ reichen angesammelten Signalladungen zu den HCCD Bereichen;
• - eine Mehrzahl von Schiebegate-Kanalbereichen des zweiten Leitungstyps mit hexagonaler Struktur unterhalb der Schiebegates sowie zwischen den Photodiodenbereichen und den HCCD Bereichen;
• - eine Mehrzahl von Potentialbarrieren bildenden Bereichen in der Nähe der oberen Fläche der Photodiodenbereiche;
• - Polygates auf dem Substrat oberhalb der HCCD Bereiche, um die von den Photodiodenbereichen kommenden Signalladungen zum Aus­ gangsverstärker übertragen zu können;
• - eine Isolationsschicht zwischen den Schiebegates und den Poly­ gates, um diese gegeneinander zu isolieren; und
• - Kanalstoppbereiche vom zweiten Leitungstyp zur Isolation der Pho­ todiodenbereiche gegeneinander mit Hilfe von Potentialbarrieren.

Die erfindungsgemäße Festkörper-Abbildungseinrichtung weist einen gegenüber der bekannten Festkörper-Abbildungseinrichtung erheblich vergrößerten Ladungsübertragungswirkungsgrad auf, und zwar infolge der leiterartig ausgebildeten Photodiodenbereiche, die an gegenüberlie­ genden Leiterenden eine unterschiedliche Breite aufweisen, und infolge der Tatsache, daß der HCCD Bereich näher am Photodiodenbereich liegt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine konventionelle Abbildungs­ einrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A′ von Fig. 1;

Fig. 3a und 3b Maximum-Potentialverteilungen in jeweiligen Berei­ chen der Abbildungseinrichtung nach Fig. 2;

Fig. 4 eine Computersimulation zur Darstellung einer Potentialverteilung in der Abbildungseinrichtung gemäß Fig. 2;

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine lineare Festkörper-Abbil­ dungseinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie B-B′ von Fig. 5;

Fig. 7a und 7b Maximum-Potentialverteilungen in entsprechenden Bereichen der Abbildungseinrichtung nach Fig. 6; und

Fig. 8 eine Computersimulation zur Darstellung der Maxi­ mum-Potentialverteilung gemäß Fig. 7b.

Die Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf eine lineare Festkörper-Abbildungs­ einrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, während die Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie B-B′ von Fig. 5 zeigt.

Gemäß den Fig. 5 und 6 enthält eine lineare Festkörper-Abbildungsein­ richtung nach der Erfindung ein n-Typ Substrat 21; eine erste p-Typ Wan­ ne 22 in einem Oberflächenbereich des Substrats 21; eine zweite p-Typ Wanne 23 in einem anderen Oberflächenbereich des Substrats 21, wobei die zweite p-Typ Wanne 23 einen tiefer liegenden Zonen- bzw. Halbleiter­ übergang als die erste p-Typ Wanne 22 aufweist; eine Mehrzahl von n-Pho­ todiodenbereichen 24 in der ersten Wanne 22 zur Erzeugung von Signalla­ dungen; einen n-HCCD Bereich 25 in der zweiten Wanne 23, wobei ein der­ artiger Bereich 25 an jeweils beiden einander gegenüberliegenden Stirn­ seiten des Photodiodenbereichs 24 vorhanden ist, um die in den Photodio­ den angesammelten Ladungen zu einem nicht dargestellten Ausgangsver­ stärker ausgeben zu können; ein Schiebegate 28 auf dem Substrat zwischen dem Photodiodenbereich 24 und dem HCCD Bereich 25 sowie zur Übertragung von im Photodiodenbereich 24 angesammelten Ladungen aus dem Photodiodenbereich 24 zum HCCD Bereich 25; einen Schiebe­ gate-Kanalbereich 26 mit hexagonaler Form, der unterhalb des Schiebe­ gates 28 und in der ersten Wanne 22 sowie zwischen dem Photodiodenbe­ reich 24 und dem HCCD Bereich 25 liegt; einen eine Potentialbarriere bil­ denden p++ Bereich 27, der auf der Oberfläche oder in der Nähe der Ober­ fläche des Photodiodenbereichs 24 liegt; eine Mehrzahl von Polygates 29 auf dem Substrat, und zwar oberhalb des HCCD Bereichs 25, um sicherzu­ stellen, daß die vom Photodiodenbereich 24 übertragenen Ladungen zu dem nicht dargestellten Ausgangsverstärker ausgegeben werden können; eine Isolationsschicht 30 oberhalb des Substrats im Bereich zwischen dem Schiebegate 28 und dem Polygate 29 sowie zwischen diesen und dem Sub­ strat, um diese gegeneinander und gegenüber dem Substrat zu isolieren; und einen Kanalstoppbereich 31 zur Bildung einer Potentialbarriere, um die Zellen gegeneinander zu isolieren.

Jeder Bereich einer Photodiode 24 ist linear bzw. länglich ausgebildet und weist die Form einer Leiter auf, die an einem Ende eine geringere Breite als am anderen Ende besitzt. Dabei sind nebeneinanderliegende Photo­ diodenbereiche 24 abwechselnd jeweils um 180° versetzt zueinander posi­ tioniert. Mit anderen Worten steht eine Endseite eines Photodioden­ bereichs 24 in Kontakt mit einem Schiebegate-Kanalbereich 26, wobei es sich um eine solche Endseite handelt, die breiter ist als ihre gegenüberlie­ gende Endseite. Die beiden anderen verbleibenden Längsseiten erstrecken sich zueinander geneigt in Longitudinalrichtung.

Es steht also lediglich das breitere Ende des Photodiodenbereichs 24 in Kontakt mit dem Schiebegate-Kanalbereich 26, wie gut in Fig. 5 zu erken­ nen ist.

Der Schiebegate-Kanalbereich 26 unterhalb des Schiebegates 28 sowie zwischen dem Photodiodenbereich 24 und der ersten Polygateelektrode 29 weist eine hexagonale Form auf, wobei eine Hexagonalseite, die mit dem Photodiodenbereich 24 in Kontakt steht, dieselbe Breite aufweist wie die­ ser Photodiodenbereich 24. Die dieser Hexagonalseite gegenüberliegende Hexagonalseite steht mit dem HCCD Bereich 25 in Kontakt.

Die jeweiligen HCCD Bereiche 25 sind so angeordnet, daß sie sich an bei­ den Endseiten des Photodiodenbereichs 24 befinden. Dabei liegt das Photodiodenarray im Zentrum. Der HCCD Bereich 25 kann eine rechtecki­ ge Form aufweisen, wobei eine seiner Seiten parallel zum Photodiodenar­ ray verlaufen kann, wie in den Fig. 1 und 2 skizziert. Alternativ kann der HCCD Bereich 25 aber auch so ausgebildet sein, daß er einerseits einen Haupt-HCCD-Bereich 25-1 in der zweiten Wanne 23 aufweist, der sich parallel zu den Photodioden erstreckt, und darüber hinaus andererseits noch einen vorspringenden Bereich 25-2 aufweist, der die Form einer sich verbreiternden Leiter aufweist, und der sich unterhalb des Schiebegates 28 in Longitudinalrichtung zum Schiebegate-Kanalbereich 26 hin er­ streckt, wie in den Fig. 5 und 6 zu erkennen ist.

In jedem Fall ist hier nur jeder zweite Photodiodenbereich 24 über seine breitere Stirnseite und über den hexagonalen Schiebegate-Kanalbereich 26 mit dem HCCD Bereich 25 verbunden. Zwischen den jeweiligen Photo­ diodenbereichen 24 liegen Isolationsbereiche.

Jedes Polygate 29 besteht aus einer ersten Polygateelektrode 29-1, die oberhalb derjenigen Substratoberfläche liegt, in der sich der hervorsprin­ gende Bereich 25-2 des HCCD Bereichs 25 befindet, sowie aus einer Poly­ gateelektrode 29-2 oberhalb derjenigen Oberfläche des Substrats, in wel­ cher sich der Haupt-HCCD-Bereich 25-1 des HCCD Bereichs 25 befindet.

Insgesamt sind mehrere erste und zweite Polygateelektroden 29-1, 29-2 zur Bildung erster und zweiter Gates vorhanden, die der Reihe nach ab­ wechselnd nebeneinanderliegend angeordnet sind. Dabei überlappen die ersten Polygateelektroden 29-1 wenigstens teilweise die zweiten Poly­ gateelektroden 29-2, und umgekehrt.

Die Breite des hervorspringenden Bereichs 25-2 des HCCD Bereichs 25 ist schmaler als die Breite der ersten Polygateelektrode 29-1. Dabei erstreckt sich der hervorspringende Bereich 25-2 in denjenigen Bereich des Schie­ begate-Kanalbereichs 26 hinein, in welchem dessen Breite, gesehen in Richtung des Bereichs 24, noch zunimmt, nicht jedoch abnimmt. Wie bereits erwähnt, weist dabei der Schiebegate-Kanalbereich 26 eine in der Ebene liegende Hexagonalform auf und befindet sich unterhalb des Schiebegates 28.

Die Abbildungseinrichtung nach der Erfindung weist leiterartig ausgebil­ dete Photodiodenbereiche auf, wobei die Leiterlängsseiten schräg zuein­ ander verlaufen, sowie Schiebegate-Kanalbereiche mit ebener Hexagonal­ form unterhalb des Schiebegates. Dies führt zu einer größeren Breite im Y Bereich als im X Bereich 32, so daß sich Ladungen im Photodiodenbereich 24 verstärkt in der Nähe des Schiebegates 28 sammeln können.

Die Fig. 7a und 7b zeigen Maximum-Potentialverteilungen in der Sammel­ betriebsart und der Übertragungsbetriebsart beim Festkörper-Bildwand­ ler nach Fig. 6.

Wird die niedrigste Spannung von 0 V an das Schiebegate 28 und das Poly­ gate 29 angelegt, und liegt die Höchstspannung von 15 V über einen Rücksetzdrainanschluß RD an der HCCD 25 an, so ergibt sich beim Bild­ wandler nach Fig. 6 die Potentialverteilung gemäß Fig. 7a.

Da eine hohe Potentialbarriere durch den Kanalstoppbereich 31 einerseits und den Schiebegatebereich 26 andererseits erhalten wird, sammeln sich durch auf die Photodiode 24 auftreffendes Licht erzeugte Ladungen innerhalb der Photodiode 24, ohne daß sie zur HCCD 25 gelangen, da die vor­ handene Potentialbarriere sie daran hindert.

Wird dagegen eine Spannung im Bereich von 12 V bis 15 V an das Schiebe­ gate 28 und das Polygate 29 gelegt, und verbleibt nach wie vor die höchste Spannung von 15 V an der HCCD 25 über den Rücksetzdrainanschluß RD, so wird ein PN Übergang in Sperrichtung vorgespannt, der durch den p- Typ Schiebegate-Kanalbereich 26 und den n-Typ HCCD Bereich 25 gebil­ det wird. Dies führt dann zu einem völlig entleerten Zustand des Bereichs 24.

Mit anderen Worten führt die höchste und über den Rücksetzdrainan­ schluß RD angelegte Spannung zu dem in Sperrichtung vorgespannten Zustand und damit zur völligen Entleerung des Ladung sammelnden Pho­ todiodenbereichs 24.

Wie anhand der Fig. 7b ebenfalls zu erkennen ist, verbleiben die Ladungen im tiefen Bereich des HCCD Bereichs gesammelt, der das maximale Poten­ tial empfängt, oder an dem die Abschnürspannung (pinch off voltage) an­ liegt.

Die in der Sammelbetriebsart bei maximaler Spannung im Photodioden­ bereich 24 gespeicherten Ladungen lassen sich in der Übertragungsbe­ triebsart bei der maximalen Spannung zum HCCD Bereich 25 übertragen, wobei die maximale Spannung hier diejenige ist, die am HCCD Bereich an­ liegt. Je weiter und höher die Breite bzw. Konzentration dieser Bereiche sind, je höher ist der Pegel der maximalen Spannung, wenn sowohl der Photodiodenbereich als auch der HCCD Bereich vom n-Typ sind.

Bei der Erfindung kommt es auf die Anpassung der Breite zwischen dem Photodiodenbereich 14 und dem Schiebegate-Kanalbereich 26 an. Wie in Fig. 7b gezeigt, wird in der Übertragungsbetriebsart eine immer steigende Potentialverteilung erhalten, die im Übergangsbereich zwischen 14 und 26 kein Minimum aufweist, und zwar deswegen, weil die Breite durch die maximale Spannung im X Bereich der Photodiode weiter bzw. höher ist als im Y Bereich. Der Pegel der Spannung nimmt darüber hinaus mehr und mehr zu, und zwar ausgehend vom hervorspringenden Bereich 25-2 in Richtung zum Haupt-HCCD-Bereich 25-1.

Mit anderen Worten wird bei der erfindungsgemäßen Abbildungseinrich­ tung keine Potentialbarriere wie im konventionellen Fall im X Bereich zwi­ schen dem Photodiodenbereich 24 und dem Schiebegate-Kanalbereich 26 während der Übertragungsbetriebsart erhalten, sondern es bildet sich vielmehr bei der Erfindung eine kontinuierlich abgestufte Potentialvertei­ lung aus.

Bei der Festkörper-Abbildungseinrichtung nach der Erfindung lassen sich somit in der Übertragungsbetriebsart sämtliche im Photodiodenbereich 24 angesammelten Ladungen zum HCCD Bereich 25 übertragen.

Die Verhältnisse sind anhand der in Fig. 8 dargestellten Computersimula­ tion gut zu erkennen, die die Maximum-Potentialverteilung gemäß 7b zeigt. Erfolgt die Übertragung von Ladungen aus dem Photodiodenbereich 24 zum Verschiebegate-Kanalbereich 26, so nimmt dabei das Potential ständig in Richtung zum Verschiebegate-Kanalbereich 26 zu.

Aufgrund dieser Potentialverteilung zwischen Photodiodenbereich und HCCD Bereich wird eine verbesserte Übertragungscharakteristik der Fest­ körper-Abbildungseinrichtung erhalten. Diese verbesserte Übertragungs­ charakteristik bleibt auch dann bestehen, wenn Signale mit höherer Takt­ frequenz an die ersten und zweiten Polygateelektroden angelegt werden.

Wie bereits eingangs erwähnt, liegt der horizontale ladungsgekoppelte Bereich 25 (HCCD-Bereich) bei der Erfindung näher am Photodioden­ bereich 24 als beim diskutierten Stand der Technik. Bei der Erfindung erstreckt sich der HCCD Bereich 25 bis unterhalb des Schiebegates 28, soweit die hervorspringenden Bereiche 25-2 des HCCD Bereichs 25 betrof­ fen sind. Diese Bereiche 25-2 laufen dabei praktisch in die hexagonal aus­ gebildeten Schiebegate-Kanalbereiche 26 hinein.

Claims (11)

1. Festkörper-Abbildungseinrichtung, gekennzeichnet durch:

• - ein Siliciumsubstrat (21) eines ersten Leitungstyps;
• - eine erste Wanne (22) eines zweiten Leitungstyps in einem Oberflä­ chenbereich des Substrats (21), durch die ein Halbleiterübergang in einer vorbestimmten Tiefe gebildet wird;
• - zwei zweite Wannen (23) vom zweiten Leitungstyp in anderen Ober­ flächenbereichen des Substrats (21), durch die Halbleiterübergänge gebil­ det werden, die tiefer liegen als der durch die erste Wanne (22) gebildete Halbleiterübergang;
• - eine Mehrzahl von leiterartigen Photodiodenbereichen (24) zur Erzeu­ gung von Signalladungen, wobei die leiterartigen Photodiodenbereiche (24) in der ersten Wanne (22) zellenartig angeordnet sind, schräg zueinan­ der verlaufende Längsseiten und an ihren einander gegenüberliegenden Stirnseiten unterschiedliche Breiten aufweisen;
• - ein Paar von HCCD Bereichen (25) des ersten Leitungstyps, wobei jeweils einer der HCCD Bereiche (25) in einer der zweiten Wannen (23) liegt, von denen sich jeweils eine an einer der Stirnseiten der Photodioden­ bereiche (24) befindet, um die von den Photodiodenbereichen (24) erhalte­ nen Signalladungen zu einem Ausgangsverstärker zu übertragen;
• - Schiebegates (28) auf dem Substrat (21) zwischen den Photodioden­ bereichen (24) und den HCCD Bereichen (25) zur Übertragung der in den Photodiodenbereichen (24) angesammelten Signalladungen zu den HCCD Bereichen (25);
• - eine Mehrzahl von Schiebegate-Kanalbereichen (26) des zweiten Leitungstyps mit hexagonaler Struktur unterhalb der Schiebegates (28) sowie zwischen den Photodiodenbereichen (24) und den HCCD Bereichen (25);
• - eine Mehrzahl von Potentialbarrieren bildenden Bereichen (27) in der Nähe der oberen Fläche der Photodiodenbereiche (24);
• - Polygates (29) auf dem Substrat (21) oberhalb der HCCD Bereiche (25), um die von den Photodiodenbereichen kommenden Signalladungen zum Ausgangsverstärker übertragen zu können;
• - eine Isolationsschicht (30) zwischen den Schiebegates (28) und den Polygates (29), um diese gegeneinander zu isolieren; und
• - Kanalstoppbereiche (31) vom zweiten Leitungstyp zur Isolation der Photodiodenbereiche gegeneinander mit Hilfe von Potentialbarrieren.

2. Festkörper-Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einem Schiebegate-Kanalbereich (26) in Kontakt stehende Stirnseite eines Photodiodenbereichs (24) breiter ist als die gegenüberliegende Stirnseite dieses Photodiodenbereichs (24).

3. Festkörper-Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die HCCD Bereiche (25) eine rechteckige Form auf­ weisen und sich parallel zum Photodiodenarray erstrecken, also senkrecht zur Längsrichtung der Photodiodenbereiche (24).

4. Festkörper-Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hexagonalen Schiebegate-Kanalbereiche (26) mit einer ihrer Seiten in Kontakt mit einem Photodiodenbereich (24) und mit ihrer gegenüberliegenden Seite benachbart zu einem Polygate (29) lie­ gen.

5. Festkörper-Abbildungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Stirnseite eines Photodiodenbereichs (24) in Kontakt stehende Seite des Schiebegate-Kanalbereichs (26) genau­ so breit ist wie diese Stirnseite, und daß die gegenüberliegende Seite des Schiebegate-Kanalbereichs (26) schmaler ist als das zu ihr benachbarte Polygate (29).

6. Festkörper-Abbildungseinrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder HCCD Bereich (25) ab­ wechselnd aus Haupt-HCCD-Bereichen (25-1) mit rechteckiger Form und hervorspringenden HCCD Bereichen (25-2) besteht.

7. Festkörper-Abbildungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Haupt-HCCD-Bereich (25-1) parallel zum Photodiodenarray erstreckt, also senkrecht zur Längsrichtung der Photo­ diodenbereiche (24), und daß sich der hervorspringende HCCD Bereich (25-2) ausgehend vom Haupt-HCCD-Bereich (25-1) zum Schiebegate-Ka­ nalbereich (26) erstreckt.

8. Festkörper-Abbildungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der hervorspringende HCCD Bereich (25-2) mit sei­ nem freien Ende in einem Gebiet des Schiebegate-Kanalbereichs (26) liegt.

9. Festkörper-Abbildungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der hervorspringende HCCD Bereich (25-2) mit ei­ ner kurzen Seite in der Nähe des Schiebegates (28) und mit einer breiten Seite benachbart zum Haupt-HCCD-Bereich (25-1) liegt.

10. Festkörper-Abbildungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der hervorspringende HCCD Bereich (25-2) lei­ terartig zum freien Ende hin verjüngt.

11. Festkörper-Abbildungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des hervorspringenden Bereichs (25-2) kleiner ist als die Breite des Polygates (29-1).