DE68907017T2

DE68907017T2 - Photoempfindliche vorrichtung mit signalverstaerkung im bereich der photoempfindlichen punkte.

Info

Publication number: DE68907017T2
Application number: DE8989402865T
Authority: DE
Inventors: Jean-Luc Berger
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1988-10-25
Filing date: 1989-10-17
Publication date: 1993-09-23
Anticipated expiration: 2009-10-18
Also published as: FR2638286A1; FR2638286B1; EP0367650B1; DE68907017D1; EP0367650A1; JP2844733B2; JPH02165674A; US4980546A

Description

Die Erfindung betrifft eine photoempfindliche Vorrichtung von der Art einer Festkörper-Vorrichtung, bei der eine Signalverstärkung auf dem Niveau der photoempfindlichen Stellen erfolgt. Die Erfindung betrifft insbesondere eine neue Anordnung der photoempfindlichen Stellen, die es ermöglicht, gleichzeitig die Funktionseigenschaften dieser photoempfindlichen Stellen zu verbessern und den Anwendungsbereich, in dem sie verwendbar sind, zu vergrößern.
Es ist üblich, photoempfindliche Zellen in photoempfindlichen Festkörper- Vorrichtungen zu verwenden, wo diese photoempfindlichen Zellen so angeordnet sind, daß sie eine Leiste oder einen Lineardetektor bilden, oder auch gemäß einer Matrixanordnung angeordnet sind und eine photoempfmdliche Matrix bilden. In dem Fall einer photoempfindlichen Matrix enthält diese ein Zeilenleiternetz und ein Spaltenleiternetz. An jeder Kreuzungsstelle zwischen einem Zeilenleiter und einem Spaltenleiter ist eine photoempfindliche Schaltung oder eine photoempfindliche Zelle vorgesehen, die in der folgenden Beschreibung als photoempfindliche Stelle bezeichnet wird; die photoempfindlichen Stellen sind somit sowohl zeilenmäßig als auch spaltenmäßig organisiert. Gemäß einer herkömmlichen Ausbildung ist jede photoempfindliche Stelle zwischen einen Zeilenleiter und einen Spaltenleiter geschaltet.
Jede photoempfindliche Stelle enthält wenigstens ein photoempfindliches Element wie z.B. eine Photodiode oder einen Phototransistor, das auf Photonen sichtbaren Lichts oder von Licht nahe des sichtbaren Bereichs anspricht. Die Lichtphotonen werden in eine elektrische Ladung umgewandelt, die in einer elektrischen Kapazität gespeichert wird; diese letztere bildet eine Speicherkapazität, die entweder durch die Kapazität des lichtempfindlichen Elements selbst oder durch eine zugeordnete, hinzugefügte Kapazität gebildet sein kann.
Eine Lesevorrichtung ermöglicht es, den elektrischen Zustand der Speicherkapazität abzufragen und die elektrische Ladung, die das Signal bildet, zu einem Signalverstärker zu übertragen.
Bei der am weitesten verbreiteten Ausbildung ist eine photoempfindliche Stelle durch ein photoempfindliches Element, z.B. eine Photodiode gebildet, die in Reihe mit einem Transistor, z.B. vom MOS-Typ, geschaltet ist, der nur eine Schalterfunktion erfüllt.
In Fig. 1 ist das Schaltbild einer Stelle einer Matrix von photoempfindlichen Stellen nach der herkömmlichen Technik dargestellt; diese Matrix enthält eine bestimmte Anzahl von Zeilen und Spalten, und jede photoempfindliche Stelle Pij ist an einer Kreuzung zwischen einer Zeile Li der Ordnung i und einer Spalte Cj der Ordnung j lokalisiert.
Die Zeile Li ist durch einen horizontal orientierten Zeilenleiter verwirklicht, und die Spalte Cj ist durch einen vertikal orientierten Leiter Cj verwirklicht. Die photoempfindliche Stelle enthält eine Photodiode Dij, die über einen Transistor Tij beispielsweise vom MOS-Typ mit dem Spaltenleiter verbunden ist: Bei diesem Beispiel ist die Kathode der Photodiode mit der Masse verbunden, und ihre Anode ist mit dem Drain des Transistors verbunden, dessen Source mit dem Spaltenleiter verbunden ist; das Gitter des Transistors ist mit dem Zeilenleiter verbunden. Das Licht wird durch die Photodiode eingefangen, die periodisch vorbelastet und mittels des Transistors ausgelesen wird. Die Auswahl oder Adressierung der ausgewählten Zelle erfolgt durch einen Impuls, der an diese Leitung und damit an das Gitter des Ausgangstransistors angelegt wird, um diesen letzteren "leitend" zu machen. Infolgedessen fließt das Signal (in Form von Ladungen) in dem Spaltenleiter, und dieses Signal wird in einem Integrationsverstärker Aj integriert.
Um die Herstellung der photoempfindlichen Festkörper-Matrizen zu erleichtern, ist es bekannt, zur Erfüllung der obengenannten Schalterfunktion eine Diode zu verwenden, die mit dem photoempfindlichen Element in Reihe geschaltet ist, wie dies inbesondere durch eine französische Patentanmeldung FR-A-2 605 166 der THOMSON-CSF beschrieben ist, die eine photoempfindliche Festkörper-Vorrichtung beschreibt, bei der jede photoempfindliche Stelle durch zwei Dioden gebildet ist, die mit umgekehrten Spitzen in Reihe geschaltet sind, d.h. mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen: eine erste Diode ist mit einem Zeilenleiter verbunden, während die zweite Diode mit einem Spaltenleiter verbunden ist. Diese Patentanmeldung beschreibt überdies ein Verfahren zur Herstellung dieser photoempfindlichen Vorrichtung und ein Leseverfahren, das es ermöglicht, daß eine der beiden Dioden als "geschlossener" Schalter arbeitet, wenn die zu lesende Zeile adressiert wird, und das so den Übergang der das Signal bildenden elektrischen Ladung zu dem Signalverstärker ermöglicht.
Eines der Grundprobleme, die sich beim Lesen dieser Art von photoempfindlichen Stellen ergeben, beruht auf einem zu großen Wert der elektrischen Kapazität, die diese darstellen. Diese Kapazität eines jeweiligen photoempfindlichen Elements ist an den Spaltenleiter und den Leseverstärker angelegt, mit denen dieses Element verbunden ist, und sie besitzt die Tendenz, das Signal/Rausch- Verhältnis zu verschlechtern.
Ein weiterer Nachteil, der bei dieser Art von photoempfindlichen Stellen auftritt, ist unter dem englischsprachigen Begriff "smearing" bekannt, worunter ein Nebensprechen verstanden werden kann, das zwischen dem Signal, das von einer photoempfindlichen Stelle abgegeben wird, die mit einer gegebenen Spaltenelektrode verbunden ist, und jenen aller anderen photoempfindlichen Stellen vorliegt, die mit der gleichen Spaltenelektrode verbunden sind.
Um die Leistungsfähigkeit dieser photoempfindlichen Vorrichtungen zu erhöhen, wurden neulich neue Strukturen der photoempfindlichen Stellen vorgeschlagen, bei denen die gesammelten Photoladungen nicht direkt gelesen werden, sondern die Photoladungen eine Spannung oder einen Strom modulieren. Man läßt es in diesem Fall zu, daß eine Verstärkung des Signals auf dem Niveau der photoempfindlichen Stelle selbst erfolgt.
Ein Ausführungsbeispiel dieser letzteren Art von photoempfindlichen Stellen ist aus der Veröffentlichung IEEE Transaction on electron device, Bd. 35, Nr. 5, Mai 1988, Seiten 646 bis 652, bekannt. Bei dieser Ausführungsform erfolgen die Erfassung und die Verstärkung durch einen Feldeffekttransistor mit PN-Übergang (J FET).
Eine andere Ausführungsform ist aus der Veröffentlichung IEDM Techn. Dig., Dezember 1986, Seiten 353 bis 356, bekannt. Bei der Schaltung, die in dieser Veröffentlichung beschrieben wird, wird für die Verstärkungsfunktion und die Erfassungsfunktion ein gemeinsamer Transistor verwendet. Dieser Transistor ist von einem Typ, der einem MOS-Transistor ähnlich ist, obwohl er hinsichtlich dieses letzteren Unterschiede aufweist, um insbesondere die Erfassungsfunktion zu erfüllen.
Diese beiden Ausführungsformen weisen unter anderem die folgenden Nachteile auf:
a) bei der Verwirklichung unter Verwendung eines J-FET-Transistors:
- die Technologie des J-FET ist relativ komplex und infolgedessen kostspielig; sie kann nicht in dem Rahmen einer Technologie vom Dünnschichttyp verwendet werden;
- sie verlangt die Verwendung monokristallinen Siliziums, so daß gegenüber den Schaltungen, die die Verwendung amorphen Siliziums ermöglichen, eine solche Verwirklichung von photoempfindlichen Stellen überdies den Nachteil aufweist, daß es nicht möglich ist, eine photoempfindliehe Vorrichtung mit großer Oberfläche zu realisieren, die insbesondere der Erfassung von Röntgenbildern dient, wo es insbesondere darauf ankommt, einen Flächenbilddetektor mit großer Oberfläche von beispielsweise 40 cm x 40 cm bereitzustellen (es ist bekannt, daß es für die Erfassung von Röntgenbildern genügt, einer photoempfindlichen Matrix einen Szintillatorschirm zuzuordnen, um die Röntgenstrahlen in Photonen umzuwandeln).
b) bei der zweiten Ausführungsform, bei der ein Transistor von einem Typ verwendet wird, der einem MOS-Transistor gleichkommt:
- diese Ausführungsform weist dieselben, obengenannten Fehler auf, und zwar: komplexe Technologie, Notwendigkeit der Verwendung monokristallinen Siliziums, was die gleichen Nachteile wie oben mit sich bringt; und es scheint, daß diese zweite Ausführungsform darüber hinaus den Nachteil aufweist, daß sie nicht vor dem Nebensprecheffekt (smearing) geschützt ist.
Die Erfindung betrifft eine photoempfindliche Vorrichtung von der Art einer Festkörper-Vorrichtung, deren photoempfindliche Stellen auf eine neue Art und Weise ausgelegt sind, die eine Verstärkung des Signals auf dem Niveau einer jeweiligen photoempfindlichcn Stelle ermöglicht, ohne die obengenannten Nachteile aufzuweisen, und die es überdies ermöglicht, eine Herabsetzung des Dunkelstroms und damit eine bessere Quantenausbeute zu erhalten.
Die Erfindung schlägt ein neues Schaltschema einer photoempfindlichen Stelle von der Art mit einem Verstärkungstransistor vor, das mit Vorteil sowohl in dem Fall von photoempfindlichen Vorrichtungen von der Art einer linearen Leiste als auch in dem Fall einer Vorrichtung vom Typ mit einer mittleren oder kleinen Fläche verwendbar ist, bei dem für den Verstärkungstransistor monokristallines Silizium verwendet wird, oder auch in dem Fall einer photoempfindlichen Vorrichtung großer Oberfläche, bei der amorphes Silizium für die Verwirklichung unter anderem des Verstärkungstransistors verwendet wird, der auf dem Niveau einer jeweiligen photoempfindlichen Stelle angeordnet ist.
Gemäß der Erfindung ist eine photoempfindliche Vorrichtung mit wenigstens einem Zeilenleiter, der wenigstens einen Spaltenleiter kreuzt, und einer photoempfindlichen Stelle, die im wesentlichen an einer jeweiligen Kreuzungsstelle zwischen einem Zeilenleiter und einem Spaltenleiter gebildet ist, wobei die photoempfindliche Stelle ein erstes und ein zweites Zweipolelement enthält, die in Reihe geschaltet sind und von denen wenigstens eines ein photoempfindliches Element ist, die Verbindungsstelle oder -zone der beiden Zweipole eine Stelle mit schwebendem Potential bildet, wo elektrische Ladungen gespeichert werden, die erzeugt werden, indem die photoempfindliche Stelle dem Licht ausgesetzt wird, und wobei der erste Zweipol andererseits mit seinem zu der Stelle mit schwebendem Potential entgegengesetzten Ende oder Pol mit einem Zeilenleiter verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie darüber hinaus ein Dreipolelement vom Transistor-Typ enthält, von dem ein erster Pol das Steuergitter bildet, daß das Steuergitter mit der Stelle mit schwebendem Potential verbunden ist, daß ein zweiter Pol des Transistors mit dem Spaltenleiter verbunden ist, und daß der dritte Pol des Transistors zugleich einerseits mit einer Versorgungsspannung und andererseits mit dem zweiten Zweipol über einen Pol oder ein Ende dieses zweiten Zweipols verbunden ist, der bzw. das zu der Stelle mit schwebendem Potential entgegengesetzt ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt
- Fig. 1, die bereits beschrieben wurde, das Schaltbild einer photoempfindlichen Stelle gemäß dem Stand der Technik,
- Fig. 2 auf beispielhafte, nicht einschränkende Weise das Schaltbild einer photoempfindlichen Vorrichtung mit einer photoempfindlichen Matrix, die durch photoempfindliche Stellen gemäß der Erfindung gebildet ist,
- Fig. 3 das elektrische Schaltbild einer Variante einer photoempfindlichen Stelle gemäß der Erfindung,
- Fig. 4a, 4b Zeitdiagramme, die die Funktionsweise der photoempfindlichen Matrix veranschaulichen,
- Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild, das die photoempfindliche Vorrichtung auf eine gleiche Art und Weise wie in der Fig. 2 zeigt, mit der Ausnahme von Lesemitteln, die unterschiedlich organisiert sind,
- Fig. 6 eine Spannungs/Strom-Kurve einer Diode mit zwei Leitschwellen,
- Fig. 7 das elektrische Schaltbild einer photoempfindlichen Stelle einer Diode mit den in Fig. 6 dargestellten Eigenschaften,
- Fig. 8a, 8b Zeitdiagramme, die die Funktionsweise von photoempfindlichen Stellen wie den in Fig. 7 dargestellten veranschaulichen,
- Fig. 9 auf schematische Weise eine Struktur einer photoempfindlichen Stelle, bei der ein Verstärkungstransistor von der Art einer integrierten Schaltung und eine photoempfindliche Diode aus amorphem Silizium verwendet werden,
- Fig. 10 auf schematische Weise eine Struktur einer photoempfindlichen Stelle, bei der ein Verstärkungstransistor von der Art einer integrierten Schaltung verwendet wird, bei der die beiden in Fig. 2 gezeigten Dioden aus amorphem Silizium bestehen, und
- Fig. 11 und 12 auf schematische Weise ein Strukturbeispiel, bei dem der Verstärkungstransistor einer photoempfindlichen Stelle aus amorphem Silizium besteht, wobei Fig. 11 eine Draufsicht dieser Struktur und Fig. 12 eine Schnittansicht ist.
Fig. 2 zeigt das elektrische Schaltbild einer photoempfindlichen Vorrichtung 1 mit einer Matrix 2 aus photoempfindlichen Stellen P1, P2 ... P9. Beim beschriebenen, nicht einschränkenden Beispiel ist die Anzahl von photoempfindlichen Stellen P1, P9 entsprechend einer Matrixschaltung 3 x 3 auf 9 beschränkt, um die Fig. 2 zu vereinfachen. Die Matrix 2 enthält Zeilenleiter L1 bis L3 und Spaltenleiter F1 bis F3, wobei die Anzahl einer jeweiligen Art dieser Leiter auf 3 begrenzt ist, unter Berücksichtigung des Beispiels der Fig. 2, bei dem nur 9 photoempfindliche Stellen P1 bis P9 dargestellt sind; dem Wesen der Erfindung nach kann diese Matrixschaltung jedoch eine wesentlich größere Kapazität besitzen, z.B. mehrere Millionen von Stellen, beispielsweise mittels 2000 Zeilenleitern und 2000 Spaltenleitern, derart, daß ein Oberflächendetektor erhalten wird, dessen Abmessungen in der Größenordnung von insbesondere 40 cm x 40 cm liegen.
In der Praxis sind die photoempfindlichen Stellen P1 bis P9 üblicherweise jeweils an einer Schnittstelle eines Zeilenleiters L1 bis L3 mit einem Spaltenleiter F1 bis F3 gebildet.
Gemäß einer Besonderheit der Erfindung weist jede photoempfindliche Stelle P1 bis P9 zwei Zweipolelemente auf, von denen wenigstens eines ein photoempfindliches Element ist, sowie ein Dreipolelement, das durch einen Transistor T gebildet ist. Nimmt man als Beispiel die zweite photoempfindliche Stelle P2, deren materielle Struktur im wesentlichen an der Kreuzungsstelle zwischen dem ersten Zeilenleiter L1 und dem zweiten Spaltenleiter F2 realisiert ist, so enthält jede photoempfindliche Stelle P1 bis P9 ein erstes Zweipolelement 4, das mit einem zweiten Zweipolelement 5 in Reihe geschaltet ist. Die Verbindungsstelle oder -zone zwischen den beiden Zweipolelementen 4, 5 bildet eine Stelle A mit schwebendem Potential. Wie dies zuvor bereits dargelegt wurde, ist entweder das eine oder das andere Zweipolelement 4, 5 photoempfindlich, oder es können auch zugleich beide Zweipolelemente 4, 5 photoempfindlich sein.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Zweipolelemente 4, 5 durch Dioden Da bzw. Db gebildet, von denen wenigstens eine, z.B. die erste Diode Da, eine Photodiode ist. Die erste Diode Da ist vorzugsweise derart realisiert, daß sie eine größere Oberfläche als die zweite Diode Db besitzt, wobei die Oberfläche der ersten Diode beispielsweise zehnmal größer ist, derart, daß die Kapazitäten (nicht dargestellt), die diese Dioden Da, Db bilden, wenn sie in Sperrichtung gepolt sind, so sind, daß die Kapazität der ersten Diode Da größer als die der zweiten Diode Db ist. Es ist überdies festzustellen, daß in dem Fall dieser ersten Ausbildung die beiden Dioden Da, Db gegensinnig, d.h. mit entgegengesetzter Durchlaßrichtung in Reihe geschaltet sind. Bei dem beschriebenen, nicht einschränkenden Beispiel besitzt die erste Diode Da als Hauptfunktion den Photoempfang, und die zweite Diode Db ist dazu bestimmt, eine Restauration des Potentials bei dem Niveau der Stelle A mit schwebendem Potential zu bewirken, wo elektrische Ladungen gespeichert werden, die erzeugt werden, während die lichtempfindliche Stelle P2 einem Lichtstrahl (nicht gezeigt) ausgesetzt wird, dessen Licht sichtbar ist oder nahe am siehtbaren Bereich liegt; natürlich werden in dem Fall, daß die zweite Diode Db ebenfalls eine Photodiode ist, durch diese erzeugte Photoladungen ebenfalls an der Stelle A mit schwebendem Potential gespeichert. Ein Pol 6 des ersten Zweipols 4, der der Stelle A mit schwebendem Potential entgegengesetzt ist, d.h. bei diesem Beispiel die Kathode der ersten Diode Da, ist mit dem ersten Leiter L1 verbunden; und die Kathode 7 der zweiten Diode Db ist mit einem Versorgungsleiter 8 verbunden, an den eine Versorgungsspannung VDD angelegt ist. Natürlich können die beiden Dioden Da, Db unter dem Vorbehalt mit unterschiedlichen Durchlaßrichtungen verschaltet sein, daß beispielsweise die Spannungsund Leseimpulspolaritäten umgekehrt werden, was in der folgenden Beschreibung weiter erläutert wird.
Beim nicht einschränkenden Beispiel der Fig. 2 ist der Dreipol T als ein Transistor vom MOS-Typ, z.B. vom N-Kanal-MOS-Typ, dargestellt, der Transistor T kann jedoch ebenso ein Transistor vom PN-FET-Typ sein, und im Falle des einen oder des anderen dieser beiden Typen kann er sowohl vom Typ einer integrierten Schaltung als auch vom Typ eines Dünnschichttransistors sein, d.h. von dem Typ, bei dem monokristallines Silizium verwendet wird, als auch von dem Typ, bei dem amorphes Silizium verwendet wird, wobei in dem letzteren Fall der Vorteil gegeben ist, daß eine problemlose Herstellung mit großer Oberfläche möglich ist; es ist festzustellen, daß der Transistor T ebenso ein Transistor vom bipolaren Typ sein kann.
Die Hauptfunktion des Transistors T besteht darin, beim Lesen der photoempfindlichen Stelle P2 das Nutzsignal zu verstärken, das durch die an der Stelle A mit schwebendem Potential gespeicherten Ladungen gebildet ist; und seine zweite Funktion besteht darin, den Spaltenleiter, mit dem er verbunden ist, mit dem Nutzsignal zu beaufschlagen, das durch ihn verstarkt wurde. Hierzu ist das Steuergitter G des Transistors T (welches Steuergitter G einen ersten Pol des Dreipols T bildet) mit der Stelle A mit schwebendem Potential verbunden. Andererseits ist der Drain Dr des Transistors T (welcher Drain Dr einen zweiten Pol des Dreipols bildet) mit dem Versorgungsleiter 8 verbunden, d.h. daß er an die gleiche Spannungsversorgung wie die Kathode 7 der zweiten Diode Db angeschlossen ist. Schließlich ist die Source S des Transistors T (welche Source S den dritten Pol des Dreipols T bildet) mit dem Spaltenleiter F2 verbunden.
Die photoempflndlichen Stellen P1 bis P9 sind jeweils auf die gleiche Art und Weise wie die zweite photoempfindliche Stelle P2 gebildet, die soeben beschrieben wurde.
Auf eine an sich herkömmliche Weise sind die Zeilenleiter L1 bis L3 mit einer Zeilenadressiervorrichtung 10 verbunden, die insbesondere ein logisches Schieberegister 11 enthält, das es ermöglicht, die sequentielle Adressierung einer jeweiligen Zeile L1 bis L3 im Hinblick auf das Lesen an den photoempfindlichen Stellen P1 bis P9 durchzuführen, die mit dieser Zeile verbunden sind. Das Register 11 steuert das Anlegen einer Spannung VL in der Form von Impulsen, die als Leseimpuls IL und Restaurationsimpuls IR (in Fig. 2 nicht dargestellt) bezeichnet werden, von Zeilenleiter zu Zeilenleiter, während die anderen, nicht adressierten Zeilenleiter bei einem Ruhepotential VR gehalten werden, wobei das Bezugspotential VR bezüglich der kontinuierlichen Versorgungsspannung VDD negativ ist. Die Impulse IL, IR werden von einem Spannungsimpulsgenerator 14 geliefert, der über einen Ausgang 15 mit dem Ruhepotential VR verbunden ist und dessen zweiter Ausgang 16 mit einer Steuertorvorrichtung 17 verbunden ist, über die die Impulse IL, IR an die Zeilenleiter L1 bis L3 unter der Steuerung des Schieberegisters 11 angelegt werden.
Andererseits sind bei einer beispielhaft und nicht einschränkend angegebenen Ausführungsform Spaltenleiter F1 bis F3 jeweils mit dem negativen Eingang "-" eines Operationsverstarkers G1 bis G3 verbunden, der mittels eines Integrationskondensators CL1 bis CL3 als Integrator geschaltet ist. Die Integrationskondensatoren sind jeweils zwischen dem negativen Eingang "-" des Verstärkers G1 bis G3 und dem Ausgang OF1, OF2, OF3 dieses letzteren geschaltet. Der zweite oder positive Eingang "+" eines jeweiligen Verstärkers G1 bis G3 ist mit einem Spaltenbezugspotential Vo verbunden, wodurch dieses Bezugspotential jedem Spaltenleiter F1 bis F3 auferlegt wird, und folglich jeder Source der jeweiligen Transistoren T. Beim beschriebenen, nicht beschränkenden Beispiel ist dieses Bezugspotential Vo die Masse oder null Volt, und es kann dasselbe wie das Ruhepotential VR der Zeilenadressiervorrichtung sein.
Jeder Verstärker G1 bis G3 enthält einen Nullstellungsschalter I1 bis I3, der mit dem Integrationskondensator CL1 bis CL3 parallelgeschaltet ist; in Fig. 2 sind die Schalter I1 bis I3 gemäß den Schaltern dargestellt, es versteht sich jedoch, daß sie auf herkömmliche Weise beispielsweise auch durch Transistoren z.B. vom MOS-Typ gebildet sein können, die durch Nullstellungssignale (nicht gezeigt) gesteuert werden.
Die Ausgänge OF1 bis OF3 der Verstärker G1 bis G3 sind mit Lese- und Multiplexmitteln 20 verbunden, die z.B. eine analoge Datenerfassungsvorrichtung 21 enthalten, die durch ein Schieberegister mit einem Paralleleingang und einem seriellen Ausgang S1 gebildet ist, das z.B. vom CCD-Typ ist (in englisch: "Charge Coupled Device"). Die Analogdatenerfassungseinrichtung 20 kann somit auf herkömmliche Weise seriell Signale (nicht dargestellt) ausgeben, die den elektrischen Ladungen entsprechen, die durch die Verstärker G1 bis G3 während der Phase eines Lesens aller photoempfindlicher Stellen integriert wurden, die mit einem gleichen Zeilenleiter L1 bis L3 verbunden sind. Es versteht sich, daß es auf herkömmliche Weise auch möglich ist, ein Multiplexen der Spaltenleiter durchzuführen, um nicht für jeden Spaltenleiter einen Integrationsverstärker verwenden zu müssen: In diesem Fall werden mehrere aufeinanderfolgende Spaltenleiter zeitlich aufeinanderfolgend über eine Multiplexschaltung mit einem gleichen Integrationsverstärker verbunden, wie dies in den französischen Patentanmeldungen der THOMSON-CSF FR-A-2 593 343 und FR-A-2 592590 beschrieben ist. Diese Patentanmeldungen betreffen photoempfindliche Festkörper- Matrizen und beschreiben unter anderem die Organisation von Zeilenadressiermitteln sowie Steuerverfahren zur Verwirklichung dieser Matrizen.
Es ist festzustellen, daß dem Wesen der Erfindung nach die photoempfindlichen Steilen P1 bis P9 durch eine Art und Weise realisiert werden können, die sich von dem Beispiel der Fig. 2 unterscheidet.
Fig. 3 zeigt in beispielhafter, nicht einschränkender Weise das elektrische Schaltbild einer zweiten Version der photoempfindlichen Stellen P1 bis P9. Um die Beschreibung zu vereinfachen, wurde das Beispiel der Fig. 3 auf die Darstellung der zweiten photoempfindlichen Stelle P2 beschränkt, die an der Kreuzungsstelle des ersten Zeilenleiters L1 mit dem zweiten Spaltenleiter F2 angeordnet ist.
Bei dieser Version ist der erste Zweipol 4 durch eine Isolationskapazität Ci gebildet, d.h. daß gegenüber der Fig. 2 die erste Diode Da durch eine Kapazität ersetzt ist. Die Isolationskapazität Ci kann eine herkömmliche Kapazität sein, wobei in diesem Fall die zweite Diode Db die doppelte Funktion eines Photoempfangselements und eines Umschalt- oder Schalterelements erfüllt, um das Potential an der Stelle A mit schwebendem Potential zu restaurieren; der Isolationskapazität Ci kommt nun allein die Funktion zu, kontinuierlich die Stelle A mit schwebendem Potential zu isolieren. Die Isolationskapazität Ci kann jedoch auch als Dielektrikum einen Photoleiter mit einem hohen Leitwiderstand wie z.B. das eigenleitende amorphe Silizium aufweisen, und in diesem Fall kann der Photoempfang entweder allein durch die Isolationskapazität Ci oder gleichzeitig durch diese letztere und durch die zweite Diode Db bewirkt werden.
Das äquivalente elektrische Schaltbild (nicht dargestellt) der Isolationskapazität Ci entspricht in dem Fall, daß diese ein Dielektrikum enthält, das durch ein photoleitendes Material hohen Leitwiderstands wie z.B. eigenleitendes amorphes Silizium gebildet ist, der Kapazität Ci mit einem dazu parallelen variablen elektrischen Widerstand, dessen Wert abnimmt, wenn die Kapazität Ci dem Licht ausgesetzt wird.
Die Figuren 4a, 4b zeigen Zeitdiagramme, die es ermöglichen, die Funktionsweise in dem Fall darzustellen, daß die photoempfindlichen Stellen P1 bis P9 entsprechend dem Beispiel der Fig. 2 gebildet sind, bei der sie zwei in Reihe geschaltete Dioden Da, Db enthalten. Es wird im folgenden nur die zweite photoempfindliche Stelle P2 beispielsweise betrachtet, die für alle photoempfindlichen Punkte gilt, die mit einem gleichen Zeilenleiter verbunden sind. Die Variationen des Zeilenpotentials VL, die an dem ersten Leiter L1 auftreten, sind in dem Diagramm 4a dargestellt; die Potentialvariationen VA an der Stelle A mit schwebendem Potential sind in dem Diagramm 4b dargestellt. Der periodische Funktionszyklus liegt zwischen einem Zeitpunkt t0 und einem Zeitpunkt t'0.
Am Anfang entspricht der Zeitpunkt t0 dem Ende eines vorhergehenden Zyklus und dem Beginn einer Lichtintegrationsphase TIL eines neuen Zyklus; zu diesem Zeitpunkt besitzt das Potential VL, das an den ersten Zeilenleiter L1 angelegt ist, gegenüber der Ruhespannung VR einen positiven Wert, die beispielsweise bei 0 Volt liegen kann, und dieses Potential geht auf den Wert der Ruhespannung VR über.
Unmittelbar vor dem Zeitpunkt t0 sind die beiden Dioden Da, Db in Sperrichtung polarisiert, und demnach verhalten sie sich wie Kapazitäten; bei einer Kapazutät der ersten Diode Da, die sehr viel größer (in der Größenordnung des 10-fachen) als die Kapazität der zweiten Diode Db ist, wird die negative Variation der Spannung VL auf die Stelle A übertragen, und die Spannung VA an dieser Stelle geht auf einen Wert VA1 über, der kleiner als die Ruhespannung VR ist, d.h. gegenüber dieser letzteren negativ ist. Infolgedessen ist die erste Diode Da ausgehend von dem Zeitpunkt t0 in Sperrichtung polarisiert, und sie kann eine Lichtinformation speichern, die durch elektrische Ladungen in Form von positiven Trägern (Löcher) gebildet ist, die an der Stelle A mit schwebendem Potential während der gesamten Lichtintegrationsperiode TIL aufgespeichert wurden. Die Photoelektronen werden durch das Potential VL, falls sie von der ersten Diode Da kommen, oder durch die Versorgung VDD abgeführt, wenn sie von der zweiten Diode Db kommen. Während der Lichtintegrationsperiode TIL können alle anderen Zeilenleiter der photoempfindlichen Matrix aufeinanderfolgend adressiert werden, und es können einerseits alle photoempfindlichen Stellen, die mit ihnen verbunden sind, gelesen werden, und andererseits können die Potentiale der Stellen A mit schwebenden Potentialen auf einen Pegel zurückgesetzt oder restauriert werden.
Es ist festzustellen, daß zum Zeitpunkt t0 der Wert VA1 einer Spannung VA an der Stelle A den Transistor T vollständig sperren muß: das Steuergitter G dieses letzteren ist nämlich mit der Stelle A mit schwebendem Potential verbunden, d.h. mit der Spannung VA, und die an die Source So des Transistors T angelegte Spannung ist auf den Bezugwert festgelegt, der an die positiven Eingänge "+" der Integrationsverstärker G1 bis G3 angelegt ist. Auch wenn der MOS-Transistor T vom N-Kanal- und Anreicherungs-Typ oder -Verarmungstyp ist, genügt es in dem ersten Fall für sein vollständiges Sperren, daß sein Steuergitter G auf dem gleichen Potential wie seine Source S ist, und in dem zweiten Fall muß sein Steuergitter G ein Potential besitzen, das gegenüber der Source S stark negativ ist, um den Transistor T zu sperren. Es versteht sich, daß in dem Fall, daß das Steuergitter G gegenüber der Source S des Transistors stark negativ sein muß, die positiven Eingänge "+" der Integrationsverstärker G1 bis G3 mit einem Bezugspotential Vo verbunden sein können, das gegenüber der Ruhespannung VR positiv ist. Bei dem beschriebenen, nicht einschränkenden Beispiel ist es zugelassen, daß eine Schwellenspannung VT, ab der der Transistor T leitet, gegenüber der Ruhespannung VR positiv ist, und daß diese letztere einen gleichen Wert null Volt oder ein gleiches Massepotential wie die Bezugsspannung Vo aufweist.
Mit der Beleuchtung der photoempfindlichen Stelle P2 ab dem Zeitpunkt to besitzt die Spannung VA an der Stelle A die Tendenz, positiver zu werden. In Fig. 4b sind mögliche unterschiedliche Verläufe der Spannung VA während der Lichtintegrationsphase TIL gezeigt:
- die mit a bezeichnete Kurve (strichpunktiert) stellt ein Fehlen einer Beleuchtung dar, und in diesem Fall behält die Spannung VA einen gleichen Wert VA1 bis zu dem Ende der Integrationsphase TIL bei; die Dunkelströme wurden vernachlässigt;
- die durchgezogene, mit b bezeichnete Kurve stellt eine mittlere Beleuchtung dar, die unterhalb der Sättigung liegt. In diesem Fall und unter der Annahme, daß die Beleuchtungsstärke konstant ist, geht die Spannung VA progressiv von dem Wert VA1 zu einem positiveren Wert VA2 über, der am Ende der Integrationsphase TIL erreicht ist;
- die mit c bezeichnete gestrichelte (strichpunktierte) Kurve stellt eine Beleuchtung dar, die oberhalb der Sättigung liegt. In diesem Fall steigt die Spannung VA viel schneller als in dem Fall der Kurve b, um in einem Zeitpunkt t1 einen Wert VA3 zu erreichen, der der Sättigung entspricht und der positiver als die Ruhespannung VR ist. Folglich wird in diesem Fall die erste Diode Da unmittelbar in Durchlaßrichtung leitend, wodurch die Rekombination der überschüssigen Träger möglich wird, und sie führt somit die Funktion einer Antiblendwirkung der Vorrichtung aus. Für eine korrekte Betriebsweise dieser Funktion ist es erforderlich, daß die Ruhespannung VR hinreichend unterhalb der Schwellenspannung VT des Transistors T liegt, um zu vermeiden, daß dieser leitend wird.
Es ist festzustellen, daß im gesamten Funktionszyklus die Möglichkeit, den als Sättigungswert bezeichneten Wert VA3 zu erreichen, der einzigen Periode entspricht, während der die erste Diode Da eventuell in Durchlaßrichtung leitend werden kann, und daß sie während des gesamten restlichen Zyklus in Sperrichtung polarisiert ist und sich damit wie eine Kapazität verhält. Auch die in bezug auf die Figuren 4a und 4b beschriebene Funktionsweise betrifft gleichermaßen die Version der in Fig. 3 dargestellten photoempfindlichen Stelle, wo das Zweipolelement 4 durch eine Isolationskapazität Ci gebildet ist. Es ist indessen festzustellen, daß die Antiblendfunktion in dem Fall der in Fig. 3 gezeigten photoempfindlichen Stelle in vorteilhafter Weise ausgeführt wird, wenn das Dielektrikum der Isolationskapazität Ci ein photoleitendes Dielektrikum ist. In diesem Fall nimmt nämlich das elektrische Feld zwischen den Belägen der Kapazität Ci und damit in dem photoleitenden Material ab, wenn sich die Spannung VA der Ruhespannung VR nähert, wodurch der Photoempfang bis zu dessen Aufhebung bei einem Feld Null herabgesetzt wird, wenn die Spannung VA gleich der Spannung VR bei den sehr starken Beleuchtungen ist. Man erhält auch einen Dynamikkompressionseffekt ("Gamma"), wobei die Photoempfindlichkeit mit der Zunahme der Beleuchtung abnimmt.
Am Ende der Integrationsphase TIL, bei einem Zeitpunkt t2, bei dem eine Lesephase TL beginnt, geht die Zeilenspannung VL auf einen Wert VL2 über, der bezüglich des vorhergehenden Wertes VR positiv und kleiner als die Versorgungsspannung VDD ist; währenddessen wird das Ruhepotential VR an allen anderen, nicht adressierten Zeilenleitern beibehalten. Diese Änderung von dem Wert VR auf den Wert VL2 der Spannung VL bildet die Vordefflanke eines Leseimpulses IL.
Betrachtet man den Fall, der durch die mit b bezeichnete Kurve einer mittleren Beleuchtung dargestellt ist (wobei sich die Funktionsweise in dem Fall der mit a und c bezeichneten Kurven ohne weiteres ergibt), so wird in dem Zeitpunkt t2 die Anstiegsflanke des Leseimpulses IL an die Stelle A mit schwebendem Potential übertragen, und zwar durch die Kapazität, die die erste Diode Da bildet, wobei diese letztere in Sperrichtung polarisiert ist. Die Spannung VA geht nun von dem Wert VA2 auf einen Wert VA4 über, der über der Schwellenspannung VT des Transistors T liegt; dadurch wird der Transistor T leitend, wodurch es möglich ist, in der Spalte F2 ein durch den Transistor T stromverstärktes Nutzsignal zu erhalten, das zu dem an der Stelle A mit schwebendem Potential gespeicherten Signal proportional ist. Das in den Spaltenleiter F2 injizierte verstärkte Nutzsignal wird an den Integrationsverstärker G2 auf eine für sieh genommen herkömmliche Art und Weise angelegt, und es ist festzustellen, daß der Nullstellungsschalter I2 bei dem Zustand "geschlossen" gehalten wird, um den Integrationskondensator CL2 während des gesamten Funktionszyklus mit Ausnahme der Lesephase TL kurzzuschließen, bei der dieser Schalter I2 in den Zustand "offen" versetzt ist.
Es ist festzustellen, daß in dem Fall der in Fig. 2 gezeigten Schaltung der Transistor T eine Stromverstärkung bewirkt, es können jedoch auch andere Schaltungen verwendet werden, die es ermöglichen, eine Spannungsverstarkung zu erhalten, wie es im Anschluß an die vorliegende, die Funktionsweise betreffende Erläuterung beschrieben wird.
Es ist wesentlich, festzustellen, daß in allen Fällen das Lesen nicht löschend ist: das Signal bleibt an der Stelle A mit schwebendem Potential gespeichert, und es sind gegebenenfalls mehrere aufeinanderfolgende Lesungen möglich, wenn man mehrere Leseimpulse IL aufeinanderfolgen läßt; das Ende eines Leseimpulses muß in diesem Fall durch eine Änderung der Zeilenspannung VL von dem Wert VL2 auf den Ruhewert VR gebildet sein.
Beim beschriebenen, nicht einschränkenden Beispiel wird eine einzige Lesung durchgeführt, und auf den Leseimpuls IL folgt ein Restaurationsimpuls IR, derart, daß es nicht zweckdienlich ist, die Zeilenspannung VL auf den Wert der Ruhespannung VR zurückzuführen. Die Phase TR einer Restauration des Potentials der Stelle A mit schwebendem Potential folgt unmittelbar der Lesephase TL, und der Restaurationsimpuls IR besitzt eine positive Amplitude, die größer als der Leseimpuls IL ist. In dem Zeitpunkt t3 bringt die Vorderflanke des Restaurationsimpulses IR die Zeilenspannung VL auf einen Wert VL3, und die Änderung zwischen den Werten VL2 und VL3 wird durch die Kapazität, die durch die erste Diode Da dargestellt ist, an die Stelle A übertragen. Die Spannung VA an der Stelle A nimmt nun zu, und sie geht von dem Wert VA4 auf einen Wert VA5 über, der weit über dem Wert der Versorgungsspannung VDD liegt. Tatsächlich wird der Wert VL3 der Zeilenspannung VL so gewählt, daß, falls möglich, der Wert VA5 der Spannung VA weit über der Versorgungsspannung VDD liegt, der man die Leitschwellenspannung oder Kniespannung VC der zweiten Diode Db hinzufügt, die die Potentialrestaurationsdiode ist. Bei dieser Ausbildung geht die zweite Diode Da in dem Zeitpunkt t3, wobei die Spannung VA an der Stelle A den Wert VA5 besitzt, in einen Zustand über, in der sie in Durchlaßrichtung polarisiert ist, derart, daß die zweite Diode die Stelle A mit schwebendem Potential bis auf einen Wert VA6 entlädt, der durch den Wert der Versorgungsspannung VDD gebildet ist, der die Kniespannung VC der zweiten Diode Db hinzugefügt ist. Daraus ergibt sich, daß die an der Stelle A mit schwebendem Potential gespeicherten Phototräger so an den Spannungsanschluß VDD abgeführt werden. Die Zeilenspannung VL wird dann zu einem Zeitpunkt t'0 auf die Ruhespannung VR zurückgeführt, der dem Ende der Restaurationsphase TR entspricht und der den Anfang einer neuen Lichtintegrationsphase TIL für diese Zelle markiert, während die Lese- und Restaurationsimpulse IL, IR an einen folgenden Zeilenleiter angelegt werden können.
Es ist festzustellen, daß während der Lesephase TL nur der Transistor T der zweiten photoempfindlichen Stelle P2, die dem ausgewählten Zeilenleiter angehört, d.h. dem ersten Zeilenleiter L1, einen Strom in der Spalte F2 liefert, während alle anderen Transistoren derselben Spalte durch den Pegel der Zeilenspannung VL gesperrt bleiben, der an die anderen Zeilenleiter angelegt ist. Dennoch ist es erforderlichenfalls möglich, irgendeinen der anderen Transistoren, d.h. andere Zeilenleiter freizugeben, um ein simultanes Lesen zweier oder mehrerer Stellen der Spalte zu ermöglichen: die Ströme werden nun in dem Fall einer Stromlesung addiert.
Fig. 5 zeigt in nicht einschränkender, beispielhafter Weise eine photoempfindliche Vorrichtung 1, die sich von der in Fig. 2 gezeigten nur hinsichtlich der für das Lesen der photoempfindlichen Stellen P1 bis P9 verwendeten Elemente unterscheidet. Bei dem in Fig. 5 gezeigten nicht einschränkenden Beispiel ist dieses Lesen ein Spannungslesen, bei dem man einen Transistor TS vom MOS- und Verarmungstyp verwendet, der in die Sättigung polarisiert ist: das Gitter G1 und die Source Ss dieses letzteren sind miteinander verbunden und an die Masse oder Bezugsspannung Vo angeschlossen; und die Spaltenleiter F1 und F3 sind jeweils mit einem Umschaltelement M1, M2, M3 verbunden, durch das sie jeweils mit dem Drain D5 des Transistors TS verbunden werden. Eine Kapazität Cs ist zwischen den Drain D5 und die Masse oder die Bezugsspannung Vo geschaltet. Die Umschaltelemente M1, M2, M3 können MOS-Transistoren sein, die jeweils mit ihrem Drain mit dem ersten, zweiten oder dritten Spaltenleiter F1, F2, F3 verbunden sind und deren Source-Anschlüsse untereinander und mit dem Drain D5 des Ausgangstransistors TS verbunden sind. Die Steuergitter GM1, GM2, GM3 der Umschaltelemente M1, M2, M3 sind jeweils mit einem Ausgang 30, 31, 32 eines Horizontalregisters RH verbunden, das durch ein herkömmliches Schieberegister gebildet ist und sequentiell das Leiten der Umschaltelemente M1 bis lM3 steuert. Das Lesen ist ein Spannungslesen, wobei die Zeit, die für dieses Lesen erforderlich ist, sehr kurz sein kann, und es ist auch möglich, sequentiell alle Spaltenleiter F1 bis F3 während der Zeit der Lesephase TL anzuschließen.
In dem Augenblick des Anschlusses eines Spaltenleiters F1 bis F3 an den Transistor TS bildet die Einheit des Verstärkungstransistors T und des Ausgangstransistors TS einen Spannungsfolger, der auf dem Niveau des Drains D5 die Spannung VA wiedergibt, die an der Stelle A mit schwebendem Potential vorliegt. Es existiert eine sehr hohe Signalladungs-Leseverstärkung, da die Kapazität Cs weit über der Kapazität CA (nicht dargestellt) liegt, die an der Stelle A mit schwebendem Potential vorgesehen ist, wobei die Verstärkung gleich dem Verhältnis Cs/CA ist. Der Drain D5 des Ausgangstransistors TS bildet einen Ausgang S1', der an eine herkömmliche Datenerfassungsvorrichtung (nicht gezeigt) angeschlossen werden kann, um Ergebnisse zu speichern und zu verarbeiten.
Es ist festzustellen, daß es beim Erzielen einer hohen Wirksamkeit des Lesens der photoempfindlichen Stellen selbst bei niedrigem Lichtpegel ein Problem gibt, das allen Strukturen von photoempfindlichen Stellen gemein ist, bei denen eine Diode in Reihe mit der Stelle mit schwebendem Potential geschaltet ist, wo die Ladungen gespeichert werden. Dieses Problem rührt insbesondere daher, daß bei niedrigen Lichtpegeln die Stelle A mit schwebendem Potential, wo die Ladungen gespeichert werden, eine geringe Potentialänderung aufweist und demzufolge die Spannungsimpulse, die an die Stelle mit schwebendem Potential angelegt werden und sich dem an dieser Stelle vorhandenen Potential überlagern, es nicht gestatten, daß die Diode in Durchlaßrichtung genügend über ihre Leitschwelle hinaus polarisiert wird, damit diese Diode einen dynamischen Widerstand aufweist, der hinreichend klein ist, um die gespeicherten Ladungen abfließen zu lassen. Der eine der Nachteile, die sich daraus ergeben, besteht darin, daß die nicht abgeflossenen Ladungen an der Stelle mit schwebendem Potential verbleiben und den Ladungen hinzugefügt werden, die durch die Lichtintegration des folgenden Zyklus erzeugt werden; jede Messung bewahrt so die Erinnerung an die vorhergehende Messung (Phänomen der Remanenz), woraus sich ein Fehler beim Lesen ergibt. So ist es, nimmt man das Diagramm der Fig. 4b als Beispiel, erforderlich, daß die Spannung VA5 in dem Zeitpunkt t3 des Anfangs der Restaurationsphase TR einen Wert besitzt, der genügend groß ist, damit die Potentialdifferenz VA5 - VDD, die an den Klemmen der zweiten Diode Db erzeugt wird, weit über den Wert der Leitschwelle oder Kniespannung VC dieser letzteren hinausgeht, die so einen Widerstand "in Durchlaßrichtung" darstellen kann, der hinreichend klein ist, um durch die Versorgungsspannung VDD alle Ladungen abfließen zu lassen, die an der Stelle A mit schwebendem Potential gespeichert waren, und dies in einer Zeit, die kürzer als die Dauer der Restaurationsphasen TR ist, so daß am Anfang einer jeweiligen neuen Lichtintegrationsphase das Potential der schwebenden Stelle A stets einen gleichen Wert besitzt.
Dem oben erwähnten Mangel kann abgeholfen werden, indem eine als Mitnahmeladungen bezeichnete zusätzliche Ladungsmenge eingeführt wird. Unterschiedliche Verfahren können vorteilhafterweise verwendet werden, um diese zusätzliche Ladungsmenge einzuführen, und zwar solche Verfahren, wie sie z.B. in einer französischen Patentanmeldung FR-A-2 593 319 der THOMSON-CSF angegeben sind, bei der diese zusätzliche Ladung als "Ladungsgrundlage oder Polarisationsladung" bezeichnet wird. Das einfachste Verfahren besteht darin, daß für eine zusätzliche Beleuchtung gesorgt wird, die zu der Beleuchtung hinzukommt, die durch das Nutzlichtsignal erzeugt wird. Diese Lösung weist insbesondere den Nachteil auf, daß sie eine zusätzliche Beleuchtungsquelle erfordert und daß in der elektrischen Anordnung während des Lesens eine Geräuschquelle vorhanden ist.
Mit den photoempfindlichen Stellen P1 bis P9 gemäß der Erfindung ist es möglich, auf einfache Weise ein Zurücksetzen auf einen Pegel oder eine korrekte Restauration der Stelle A mit schwebendem Potential nach jeder Lesephase zu bewirken, ohne daß dabei eine zusätzliche Lichtquelle erforderlich ist, indem jedoch die zweite Diode Db, die eine Umschaltfunktion für die Restauration erfüllt, durch ein Umschaltelement ersctzt wird, das eine Charakteristik mit zwei Schwellen besitzt. Bei dieser Version der Erfindung wird auch die als Restaurationsdiode bezeichnete zweite Diode Db durch eine Diode ersetzt, die in Durchlaßrichtung leitend gemacht werden kann, wenn eine in Durchlaßrichtung an ihre Klemmen angelegte Polarisationsspannung größer als eine erste Schwellenspannung Vs1 wird, und die in Sperrichtung leitend gemacht werden kann, wenn eine Polarisationsspannung in Sperrichtung größer als eine zweite Spannungsschwelle Vs2 wird. Unter diesen Bedingungen besitzt die zweite Diode oder Restaurationsdiode, die mit Dbz bezeichnet ist, eine Strom/Spannungs-Charakteristik von der Art, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, analog der einer Zenerdiode. Es ist festzustellen, daß in diesem Fall die zweite Restaurationsdiode Dbz eine Kapazität bildet, wenn sie nicht leitend ist, wobei diese Kapazität wie in dem vorhergehenden Fall gegenüber der Kapazität klein ist, die durch den ersten Zweipol 4 dargestellt ist (die erste Diode Da bei dem Beispiel).
So kann man z.B. solche Dioden verwirklichen, die in Durchlaßrichtung bei einer ersten positiven Schwellenspannung von etwa +1 Volt leitend werden und die in Sperrichtung bei einer zweiten negativen Schwellenspannung leitend werden, die beispielsweise zwischen -2 Volt und -15 Volt liegt und folglich durch eine entsprechende Wahl einstellbar ist.
Fig. 7 zeigt in beispielhafter, nicht beschränkender Weise ein elektrisches Schaltbild einer photoempfindlichen Stelle, beispielsweise der zweiten photocmpfindlichen Stelle P2, in einer Version, bei der die zweite Diode oder Restaurationsdiode, die mit Dbz bezeichnet ist, von der Art ist, deren Charakteristik in Fig. 6 dargestellt ist, d.h. mit einer ersten Schwelle Vs1 für ein Leiten in Durchlaßrichtung und einer zweiten Schwelle Vs2 für ein Leiten in Sperrichtung. Beispielsweise gegenüber dem elektrischen Schaltbild der photoempfindlichen Stelle der Fig. 2 beruht der Unterschied darin, daß die Restaurationsdiode Dbz von dem Typ mit zwei Leitschwellen ist, wie dies oben erwähnt wurde; überdies zeigt Fig. 7, daß die Einbaurichtung der ersten Diode Da verändert sein kann, wobei diese letztere in Fig. 7 über ihre Anode mit dem Zeilenleiter L1 und über ihre Kathode mit der Stelle A mit schwebendem Potential verbunden ist, wobei die Anode der Restaurationsdiode Dbz ebenfalls mit der Stelle A mit schwebendem Potential verbunden ist.
Es versteht sich, daß bei dieser Ausbildung die an der Stelle A mit schwebendem Potential gespeicherten Ladungen Elektronen sind, so daß mit dem Aussetzen gegenüber dem Licht die Stelle A mit schwebendem Potential VA die Tendenz zu negativen Potentialen besitzt, was im Gegensatz zu dem in Fig. 4b gezeigten Beispiel steht.
Fig. 8a zeigt Änderungen des Zeilenpotentials V'L, die dem adressierten Zeilenleiter auferlegt werden, d.h. dem ersten Zeilenleiter L1 bei dem Bei spiel, mit dem die zweite photoempfindliche Stelle P2 verbunden ist; Fig. 8b zeigt die Änderungen des Potentials V'A an der Stelle A mit schwebendem Potential.
Der Zeitpunkt t0 markiert das Ende eines Zyklus und den Anfang eines neuen Zyklus, der mit einer dem Licht ausgesetzten Phase beginnt, d.h. einer Lichtintegrationsphase TIL.
Zum Zeitpunkt t0 führt man das an den Zeilenleiter L1 angelegte Potential auf seinen Ruhewert VR zurück. Alle anderen, nicht ausgewählten Zeilenleiter liegen ebenfalls bei dem Ruhewert VR;
- an der Stelle A mit schwebendem Potential liegt die Spannung V'A bei einem Wert V'A1, der sich ans dem Ende des vorhergehenden Zyklus ergibt. Der Wert V'A1 ist kleiner als die Leitschwellenspannung VT des Transistors T. Andererseits ist der Wert V'A1 größer als der Ruhewert VR des Zeilenpotentials, derart, daß die erste Diode Da in Sperrichtung polarisiert ist; infolgedessen speichert sie Ladungen (Elektronen) in Abhängigkeit von der Lichtstärke, der die photoempfindliche Stelle P2 ausgesetzt ist. Wie bei dem Beispiel der Fig. 4b zeigt eine mit a bezeichnete Kurve (in strichpunktierten Linien) den Fall einer Beleuchtung Null, und in diesem Fall behält die Spannung V'A den Wert V'a1 bis zu dem Ende der Lichtintegrationsphase TIL bei; eine andere, mit c bezeichnete Kurve (in strichpunktierten Linien) zeigt den Fall einer sehr hohen Lichtstärke, die zu der Sättigung führt, und in diesem Fall nimmt das Potential V'A mit einer starken Neigung ab und es besitzt die Tendenz zu negativen Potentialen, um einen Wert VA'2 zu einem Zeitpunkt t1 zu erreichen, bei dem die erste Diode Da in einen Zustand übergeht, in dem sie in Durchlaßrichtung leitet; ein Fall einer mittleren Beleuchtung ist durch die mit b bezeichnete Kurve (in durchgezogenen Linien) dargestellt: in diesem Fall nimmt die Spannung V'A ab, um einen Wert V'A3 zu erreichen, der zwischen den Werten VR und V'A2 liegt.
Zu dem Zeitpunkt t2 beginnt die Lesephase TL, d.h. daß zu dem Zeitpunkt t2 ein Leseimpuls IL nur an den adressierten Zeilenleiter L1 angelegt wird (es ist festzustellen, daß der Nullstellungsschalter 12, der mit dem Integrationsverstärker G2 zusammenarbeitet, nur während der Lesephase TL in den Zustand "offen" versetzt wird). Mit der Anstiegsflanke des positiven Leseimpulses IL geht das Zeilenpotential V'L von dem Ruhewert VR zu einem Wert V'L2 über, und die Änderung, d.h. die Differenz V'L2 - VR, wird zwangsläufig an die Stelle A mit schwebendem Potential übertragen. Die Spannung V'A an der Stelle A geht von dem Wert V'A3 (für den Fall der Kurve 2 mittlerer Beleuchtung) auf einen Wert V'A4 über, der größer als die Leitschwelle V'T des Transistors T ist, woraus ein Lesen der an der Stelle A gespeicherten Ladung resultiert.
Der Zeitpunkt t3 entspricht dem Ende der Lesephase TL und dem Anfang einer Ladungsinjektionsphase TIC, die durch eine negative Änderung der Zeilenspannung V'L markiert ist: die Zeilenspannung V'L nimmt an der Stelle auf einen negativen Wert ab, z.B. auf einen Wert V'L3. Die Änderung oder Differenz V'L2 - V'L3 wird an die Stelle A übertragen, wo die Spannung V'A auf einen Wert V'A5 übergeht, der negativer ist als die Schwelle Vs2 für ein Leiten in Sperrichtung der zweiten Diode Dbz oder Restaurationsdiode. Diese Restaurationsdiode ist nun in Sperrichtung polarisiert, wobei an ihren Klemmen ein Spannungsunterschied vorliegt, der hinreichend groß ist, damit die Diode Dbz jetzt einen kleinen dynamischen Widerstand besitzt (die Spannung V'L3 muß genügend negativ gemacht werden, damit die zweite Diode Dbz selbst ohne Beleuchtung von dem Zeitpunkt t3 an in einem Bereich polarisiert wird, bei dem ihr dynamischer Widerstand gering ist). Der Zeitpunkt t3 markiert so den Anfang eines Ladungsinjektionsimpulses, der bis zu einem Zeitpunkt t4 andauert und dessen Vorzeichen dem des Leseimpulses IL entgegengesetzt ist. Infolge dessen leitet die Restaurationsdiode Dbz ab dem Zeitpunkt t3 (in Sperrichtung), und ihr Innenwiderstand ist genügend klein, um die Spannung V'A an der Stelle A auf den Wert zurückzuführen, der ihrer Schwelle Vs2 für ein Leiten in Sperrichtung entspricht, bevor der Zeitpunkt t4 auftritt. Dies entspricht einem Injizieren vom Ladungen an der Stelle A mit schwebendem Potential, die den Ladungen hinzugefügt werden, die durch die Beleuchtung erzeugt werden und die es ermöglichen, daß das Potential V'A stets auf einen gleichen Wert zurückgeführt wird, der die Schwelle Vs2 für ein Leiten in Sperrichtung ist, und zwar für irgendeine Beleuchtungsstärke, der die photoempfindliche Stelle während der Lichtintegrationsphase ausgesetzt war.
Zu dem Zeitpunkt t4 kehrt sich das Zeilenpotential V'L um, um einen Impuls IRN zu bilden, der bis zu dem Zeitpunkt t'0 andauert, der den Anfang eines folgenden Zyklus markiert. Zu dem Zeitpunkt t4 ist das Zeilenpotential V'L von dem Wert V'L3 auf einen positiveren Wert V'L4 übergegangen. Die erste Diode Da, die in Sperrichtung polarisiert ist, verhält sich wie eine Kapazität, und sie überträgt nahezu vollständig an die Stelle A mit schwebendem Potential die Änderung V'L4 - V'L3, die das Zeilenpotential zu dem Zeitpunkt t4 erfährt. An der Stelle A mit schwebendem Potential geht das Potential V'A dann von dem Schwellenwert Vs2 für ein Leiten in Sperrichtung auf einen Wert V'A6 über, der größer als der Schwellenwert Vs1 für ein Leiten in Durchlaßrichtung der zweiten Diode oder Restaurationsdiode Dbz ist; infolgedessen wird diese letztere in einen Zustand versetzt, in dem sie in Durchlaßrichtung leitet und einen dynamischen Widerstand aufweist, der hinreichend klein ist, so daß bis zu dem Zeitpunkt t'0 das Potential V'A an der Stelle A sich auf den Schwellenwert Vs1 für ein Leiten in Durchlaßrichtung ändert. Die Bedingung dafür, daß in diesem Fall der dynamische Widerstand der Diode gering ist, ist die, daß zu dem Zeitpunkt t4 die Differenz V'L4 - V'L3 deutlich größer als der Abstand Vs1 - Vs2 zwischen den Schwellenspannungen für ein Leiten in Durchlaßrichtung und ein Leiten in Sperrichtung ist und V'A6 - V'A5 größer als Vs1 - Vs2 ist.
Der Zeitpunkt t'0 markiert das Ende des Impulses IRN für ein Rücksetzen auf einen Pegel, dessen Dauer, die der des Ladungsinjektionsimpulses IIC hinzugefügt wird, die Restaurationsphase TR bildet, wobei das Zeilenpotential V'L zu dem Zeitpunkt t'0 auf den Ruhewert V'L1 übergeht.
Diese Beschreibung der Anordnung der photoempfindlichen Stellen P1 bis P9 und der Adressier- und Leseverfahren ist lediglich beispielhaft und nicht einschränkend, wobei Abwandlungen vorgenommen werden können, die nicht über den Rahmen der Erfindung hinausgehen. So kann man z.B. mit einer Betriebsweise, die mit der erläuterten verwandt ist, jedoch auf einem etwas abgewandelten Adressiermodus beruht, insbesondere in dem in Fig. 7 dargestellten Fall die Leitrichtung der ersten Diode Da umkehren, so daß die beiden Dioden Da, Db oder Dbz mit umgekehrten Spitzen verschaltet sind. Es ist auch möglich, durch ein Abwandeln des Adressiermodus die erste Diode Da wahrend der Restaurationsperiode TR in Durchlaßrichtung leitend zu machen, um zu erreichen, daß eine mögliche Remanenz, die durch Träger eingeführt wurde, die in dem amorphen Silizium eingeschlossen sind, beseitigt wird. Gleichermaßen kann man die Plätze der ersten und zweiten Dioden vertauschen, indem nur die Steuersignale verändert werden. Überdies ist festzustellen, daß das erste Zweipolelement 4 nicht nur durch eine Diode Da oder durch eine Kapazität Ci, sondern gleichermaßen durch einen Phototransistor mit schwebender Basis z.B. vom NIPIN-Typ gebildet sein kann, wodurch es möglich ist, die Photoempfindlichkeit der Vorrichtung weiter zu verbessern. Ein NIPIN-Transistor ist eine Struktur aus 5 übereinanderliegenden Halbleiterschichten, die einfach aus amorphem Silizium realisierbar ist: durch aufeinanderfolgendes Aufbringen einer Siliziumschicht vom N-Typ, einer relativ dicken eigenleitenden Siliziumschicht, einer sehr dünnen Schicht vom P-Typ, einer sehr dünnen eigenleitenden Schicht und einer Schicht vom N-Typ.
Es ist festzustellen, daß mit den durch die Erfindung vorgeschlagenen Schaltbildern von photoempfindlichen Stellen die Photoempfangsfunktion unabhängig von der Verstärkungsfunktion ist, die durch den Transistor T bewirkt wird, so daß es, wie auch immer die Art der für den Verstärkungstransistor T ausgewählten Herstellungstechnologie sein mag, möglich ist, die Photoempfangselemente Da, Ci, Db aus amorphem Silizium herzustellen und so die Vorteile eines kleinen Dunkelstromes und einer besseren Quantenausbeute zu erhalten, die dieses Material liefert.
So kann beispielsweise der Transistor T, wenn die photoempfindliche Vorrichtung dazu bestimmt ist, Fernsehbilder (Fernsehen hoher Auflösung) zu erfassen, aus monokristallinem Silizium mit einem räumlichen Kanal realisiert werden (um sein Rauschen zu verringern).
Fig. 9 zeigt in einer Schnittansicht schematisch die Struktur einer photoempfindlichen Stelle gemaß der Erfindung, bei der der Transistor T auf einem Substrat aus monokristallinem Silizium gebildet ist.
Auf einem Substrat 32 vom P-Typ realisiert man den Transistor vom MOS-Typ räumlich, und zwar durch Implantationen vom N-Typ, um die Source 33 und den Drain 34 zu bilden, und vom Typ N-, um den Kanal 35 zu bilden. Alle Source- Anschlüsse 33 sind gemäß den Spalten verbunden, die sich senkrecht zu der Ebene der Figur erstrecken. Alle Drain-Anschlüsse 34 sind mit der Versorgungsspannung VDD verbunden. In der Drain 34 ist eine Übergangsstelle P+N verwirklicht, die die zweite Diode Db bildet. Uberdies ist über der Zone N- ein Metallbelag ausgebildet, der das Gitter G des Transistors T bildet und von der Zone N- durch eine Isolierschicht 39 getrennt ist. Eine elektrisch leitende und lichtundurchlässige Metallschicht 37 bedeckt das Ganze und bildet die Stelle A mit schwebendem Potential, wobei sie überdies die elektrische Verbindung für das Gitter G des Transistors und die Anode P+ der zweiten Diode Db herstellt. Auf der Metallschicht 37, die die Stelle A bildet, sind dann in gleichförmiger Weise drei Halbleiterschichten auf die Einheit aufgebracht, die dazu bestimmt sind, die erste Diode Da gemaß einer Diode vom PIN-Typ aus amorphem Silizium zu bilden, und zwar als erstes eine Schicht 40 aus wasserstoffangereichertem, amorphem Silizium, die mit Fremdatomen vom Typ P, beispielsweise von Bor, dotiert ist, dann eine Schicht 41 aus eigenieitendem, wasserstoffangereichertem, amorphem Silizium, dann eine Schicht 42 aus wasserstoffangereichertem, amorphem Silizium, die mit Fremdatomen vom N-Typ, beispielsweise von Phosphor, dotiert ist. Schließlich ist auf herkömmliche Weise dann eine durchlässige leitende Metallschicht 43 beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) vorgesehen, die senkrecht zu den Spalten 32 geätzt wurde, um die Zeilenleiter zu verwirklichen. Die so gebildeten lichtempfindlichen Stellen werden dem Licht auf der Seite der Schicht 43 ausgesetzt, die die Zeilenleiter bildet.
Die Vorteile dieser Struktur bestehen insbesondere darin, daß es möglich ist, sehr gute Charakteristika des Transistors, maximale optische Öffnungen, eine völlige Immunität gegenüber einem "smearing" und Steuerkontakte des Transistors bei der Diode Db zu erhalten, die leicht zu verwirklichen sind.
Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der der Transistor T gleichermaßen vom MOS-Typ in integrierter Schaltung wie bei dem Beispiel der Fig. 8 ist, d.h. ausgehend von monokristallinem Silizium hergestellt ist. Beim beschriebenen, nicht einschränkenden Beispiel sind die beiden Dioden Da, Db gleichermaßen mit amorphem Silizium verwirklicht. Bei dieser letzten Ausbildung nimmt jedoch auch die zweite Diode Db an dem Photoempfang teil, und hierzu ist sie auf einer gleichen Ebene wie die erste Diode Da angeordnet.
Es ist festzustellen, daß, wie bei dem vorhergehenden Beispiel, das Substrat 32 aus monokristallinem Silizium vom Typ P besteht und die Implantationen 33, 34 vom Typ N und die Implantation 35 vom Typ N- sind, um die Source, den Drain bzw. den Kanal zu realisieren. Über dieser Einheit erkennt man eine Isolierschicht 39, dann die lichtundurchlässige Metallschicht 37, die die Stelle A mit schwebendem Potential darstellt und das Gitter G des Transistors sowie die Verbindung dieses Gitters und der beiden Dioden Da, Db verwirklicht. Über der lichtundurchlässigen Metallschicht 37 findet man einen Stapel aus drei Halbleiterschichten 50, 51, 52, die es nach einem Ätzen ermöglichen, die ersten und zweiten Dioden Da, Db vom PIN-Typ zu bilden: die erste Schicht 50 besteht aus wasserstoffangereichertem, amorphem Silizium, das mit Fremdatomen vom Typ P, beispielsweise von Bor, dotiert ist, während die folgende Schicht 51 eine dickere Schicht aus eigenleitendem, wasserstoffangereichertem, amorphem Silizium ist; die folgende Schicht 52 besteht aus wasserstoffangereichertem, amorphem Silizium, das mit Fremdatomen vom Typ N, beispielsweise von Phosphor, dotiert ist. Beim in Fig. 9 gezeigten Beispiel sind die beiden Dioden Da, Db somit mit umgekehrten Spitzen geschaltet, d.h. mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen. Über den drei Schichten 50, 51, 52 ist eine durchlässige, leitende Metallschicht (ITO) vorgesehen, die nach einem Ätzen die Zeilenleiter bildet. Eine durchlässige Isolierschicht 54 bedeckt das Ganze mit Ausnahme eines Teils des Oberteils 55, der mit einer leitenden Metallschicht 56 in Kontakt ist, die wiederum mit einem Ende 57 des Drains 34 in Kontakt ist, um die elektrische Verbindung zwischen diesem letzteren und der Kathode der zweiten Diode Db herzustellen, wobei diese leitende Metallschicht 56 mit der Versorgungsspannung VDD verbunden ist.
Die Figuren 11 und 12 zeigen in beispielhafter, nicht einschränkender Weise eine technologische Ausführungsform für den Fall, daß der Verstärkungstransistor vom Typ eines Dünnschichttransistors ist (in englisch TFT als Thin Film Transistor); die Darstellung der Struktur wurde auf eine einzige photoempfindliche Stelle beschränkt.
Fig. 11 zeigt im Schnitt insbesondere die relativen Lagen der beiden Dioden Da, Db und der Spalten- und Zeilenleiter F1 bis F3 bzw. L1 bis L3 sowie der Versorgungsleiter 8, die mit der Versorgungsspannung VDD verbunden sind. Auf der linken Seite der Fig. 11 erkennt man einen Spaltenleiter F1 bis F3 und einen Versorgungsleiter 8, wobei diese Leiter parallel sind. In einer Ebene, die weniger tief als die Spalten- und Versorgungsleiter liegt, zeigt ein erstes, mit gestrichelten Linien schraffiertes Rechteck die erste Diode Da und ein zweites Rechteckt, das eine kleinere Fläche als das erste aufweist und ebenfalls mit gestrichelten Linien schraffiert ist, die zweite Diode Db. Es ist festzustellen, daß auch ein Zeilenleiter L1 bis L3 vorgesehen ist, der in einer Ebene angeordnet ist, die weniger tief als die beiden Dioden Da, Db liegt. Fig. 11 zeigt auch ein Rechteck 63, das in einer Ebene angeordnet ist, die zwischen dem Versorgungsleiter 8 und dem Zeilenleiter L1 bis L3 liegt und die Funktion einer elektrischen Verbindung zwischen der Kathode der zweiten Diode Da und dem Versorgungsleiter 8 erfüllt. Es ist festzustellen, daß auch eine leitende, metallisierte Oberfläche vorgesehen ist, die die elektrische Verbindung zwischen den beiden Dioden Da, Db sowie mit dem Gitter G des Verstärkungstransistors T herstellt und die die Stelle A mit schwebendem Potential darstellt.
Fig. 12 zeigt auf schematische Weise die gleiche photoempfindliche Stelle wie Fig. 10, jedoch als Schnittansicht gemäß einer in Fig. 11 dargestellten Achse X-X, wobei diese Achse auf der Höhe des Zeilenleiters L1 bis L3 angeordnet ist und die Linie eines Schnittes bildet, der senkrecht zu der Ebene der Fig. 11 ausgeführt ist.
Bei dieser Version besteht das Substrat 65 beispielsweise aus Glas. Durch das Aufbringen einer leitenden Metallschicht auf dem Substrat 65 ist es möglich, nach einem Ätzen zwei parallele Leiter zu verwirklichen, von denen einer ein Spaltenleiter F1 bis F3 und der andere ein Versorgungsleiter 8 ist, der mit der festen Versorgungsspannung VDD verbunden ist; diese beiden Leiter sind durch einen Zwischenraum 66 voneinander getrennt. Die zwei Leiter F1 bis F3 und 8 sind jeweils von einer Schicht 68, 69 aus amorphem, N-dotiertem Silizium bedeckt, die dazu bestimmt sind, die Source bzw. den Drain des Verstärkungstransistors T zu bilden. Über den N-dotierten Schichten 68, 69 und in dem Zwischenraum 66 ist dann eine Schicht 70 aus eigenleitendem, wasserstoffange reichertem, amorphem Silizium vorgesehen. Über dieser Schicht 70 ist dann eine Isolierschicht 90 z.B. aus Siliziumnitrid aufgebracht, über der dann eine lichtundurchlässige, leitende Metallschicht 71 vorgesehen ist, die sich wiederum über einen Teil des Substrats oder Glasträgers 65 erstreckt. Diese metallische Schicht 71 ist dazu bestimmt, die Stelle A mit schwebendem Potential zu bilden, und ein Teil dieser Schicht 71, die über der Schicht 70 aus eigenleitendem, wasserstoffangereichtertem, amorphem Silizium liegt und insbesondere auch über dem Zwischenraum 66 angeordnet ist, der die beiden N- dotierten Schichten 58, 59 voneinander trennt, ist dazu bestimmt, das Steuergitter G des Transistors T vom MOS-Typ zu bilden. Über der Metallschicht 71, die die Stelle A bildet, sind drei Schichten 73, 74, 75 aus wasserstoffangereichertem, amorphem Silizium vorgesehen: als erstes die Schicht 73, die mit Fremdatomen vom P-Typ dotiert ist, dann die Schicht 74 aus eigenleitendem Silizium, dann die Schicht 75 aus N-dotiertem Silizium; diese drei Schichten 73, 74, 75 bilden die erste Diode Da vom PIN-Typ. Eine transparente leitende Metallschicht 77 (ITO) bedeckt die Schicht 75 der ersten Diode Da, um eine gute Abteilung der elektrischen Felder zu bewirken. Das Ganze ist von einer leitenden Metallschicht 80 bedeckt, die so geätzt ist, daß ein Zeilenleiter L1 bis L3 gebildet wird. Die zweite Diode Db ist in Fig. 11 nicht gezeigt, da diese im Hinblick auf die Schnittebene in einer Ebene angeordnet ist, die näher liegt als die Ebene der Figur. Es ist jedoch festzustellen, daß die beiden Dioden Da und Db ausgehend von gleichen Halbleiterschichten 73, 74, 75 verwirklicht sein können, die dann (wie in Fig. 11 gezeigt) durch einen Ätzschritt getrennt werden. Die Dioden Da, Db werden dem Lichtsignal auf der Seite der leitenden Schicht 80 ausgesetzt, die dazu dient, die Zeilenleiter L1 bis L3 zu bilden.
Die Beschreibung bezüglich der Figuren 9, 10, 11 und 12 bezweckt im wesentlichen, die Architektur der relativen Anordnung der photoempfindlichen Elemente aufzuzeigen, deren elektrisches Schaltbild insbesondere in den Figuren 2, 3, und 7 angegeben ist; die Techniken, die erforderlich sind, um die gezeigten Strukturen zu verwirklichen, und zwar sowohl in dem Fall von Verwirklichungen der Transistoren T in der integrierten Schaltungstechnik als auch in dem Fall einer Verwirklichung dieser Transistoren in der Dünnschichttechnik, sind für sich genommen bekannt. Es versteht sich, daß man sich auch anderer Ausführungsformen bedienen kann, um die photoempfindlichen Stellen gemäß den Schaltbildern der Figuren 2, 3, 7 zu bilden, ohne daß dadurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims

1. Photoempfindliche Vorrichtung mit wenigstens einem Zeilenleiter (L1 bis L3), der wenigstens einen Spaltenleiter (F1 bis F3) kreuzt, einer photoempfindlichen Stelle (P1 bis P9), die im wesentlichen an einer jeweiligen Kreuzungsstelle zwischen einem Zeilenleiter (L1 bis L3) und einem Spaltenleiter (F1 bis F3) angeordnet ist, wobei die photoempfindliche Stelle (P1 bis P3) ein erstes und ein zweites Zweipolelement (4, 5) enthält, die in Reihe geschaltet sind und von denen wenigstens eines ein photoempfindliches Element ist, die Verbindungsstelle oder -zone der beiden Zweipole (4, 5) eine Stelle (A) mit schwebendem Potential bildet, wo elektrische Ladungen gespeichert werden, die erzeugt werden, indem die photoempfindliche Stelle dem Licht ausgesetzt wird, und wobei der erste Zweipol mit seinem zu der Stelle (A) mit schwebendem Potential entgegengesetzten Ende oder Pol mit einem Zeilenleiter (L1 bis L3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sie darüber hinaus ein Dreipolelement (T) vom Transistor-Typ enthält, von dem ein erster Pol (G) das Steuergitter bildet, daß das Steuergitter (G) mit der Stelle (A) mit schwebendem Potential verbunden ist, daß ein zweiter Pol (S) des Transistors (T) mit dem Spaltenleiter (F1 bis F3) verbunden ist, und daß der dritte Pol (Dr) des Transistors (T) zugleich einerseits mit einer Versorgungsspannung (VDD) und andererseits mit dem zweiten Zweipol (5) über einen Pol oder ein Ende dieses zweiten Zweipols verbunden ist, der bzw. das zu der Stelle (A) mit schwebendem Potential entgegengesetzt ist.

2. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zweipolelement (4) eine Diode (Da) ist.

3. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode (Da) aus amorphem Silizium besteht.

4. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zweipolelement (4) ein Transistor (4) mit schwebender Basis ist.

5. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (4) mit schwebender Basis aus amorphem Silizium besteht.

6. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zweipol (4) eine Isolationskapazität (Ci) ist.

7. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum der Isolationskapazität (Ci) aus einem photoleitenden Material vom Typ eines eigenleitenden amorphen Siliziums besteht.

8. Photoempfindliche Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zweipolelement (5) eine als Restaurationsdiode bezeichnete Diode (Db) ist.

9. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Restaurationsdiode (Db) aus amorphem Silizium besteht.

10. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Zweipolelement (4, 5) durch Dioden (Da, Db) gebildet sind, die mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen miteinander in Reihe geschaltet sind.

11. Photoempfindliche Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) ausgehend von monokristallinem Silizium gebildet ist.

12. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) vom MOS-Typ ist.

13. Photoempfindliche Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) ausgehend von amorphem Silizium gebildet ist.

14. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) vom Typ eines Dünnschicht-Transistors ist.

15. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (T) ein MOS-Transistor ist.

16. Photoempfindliche Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Restaurationsdiode (Dbz) eine erste Schwellenspannung (Vs1) für ein Leiten in der Durchlaßrichtung und eine zweite Schwellenspannung (Vs2) für ein Leiten in der Sperrichtung aufweist.

17. Photoempfindliche Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie darüber hinaus Mittel enthält, um den Zeilenleiter (L1 bis L3) mit folgendem zu beaufschlagen:

- zunächst mit einem Ruhespannungspegel (VR), der an dem Zeilenleiter (L1 bis L3) während einer dem Licht ausgesetzten Phase anliegt,

- dann mit wenigstens einem als Leseimpuls (IL) bezeichneten Spannungsimpuls, dessen Pegel (VL2) über einer Leitschwelle (VT) des Transistors (T) liegt,

- dann einem als Restaurationsimpuls (IR) bezeichneten Spannungsimpuls, der dazu führt, daß der zwischen der Stelle (A) mit schwebendem Potential und der Versorgungsspannung (VDD) liegende zweite Zweipol (5) in den "leitenden" Zustand versetzt wird.

18. Photoempfindliche Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie darüber hinaus Mittel enthält, um einen Zeilenleiter (L1 bis L3) mit folgendem zu beaufschlagen:

- zunächst einem Ruhespannungspegel (VR), der an dem Zeilenleiter während einer dem Licht ausgesetzten Phase anliegt,

- dann wenigstens einem als Leseimpuls (IL) bezeichneten Spannungsimpuls, der eine Amplitude besitzt, die über einem Leitschwellwert (VT) des Transistors liegt,

- dann einem als Ladungsinjektionsimpuls (ICC) bezeichneten Spannungsimpuls mit einem Vorzeichen, das dem des Leseimpulses (IL) entgegengesetzt ist,

- und schließlich einem als Rücksetzimpuls (IRN) bezeichneten Spannungsimpuls zum Rücksetzen auf einen Pegel, der dasselbe Vorzeichen wie der Leseimpuls (IL) besitzt, wobei die Amplitude des Rücksetzimpulses mit dem Pegel (IRN) deutlich größer ist als der Abstand zwischen dem Wert der Schwellenspannung (Vs1) für ein Leiten in Durchlaßrichtung und dem Schwellwert (Vs2) für ein Leiten in Sperrichtung.