DE2759086C2

DE2759086C2 -

Info

Publication number: DE2759086C2
Application number: DE2759086A
Authority: DE
Inventors: Hsin Fu Cupertino Calif. Us Tseng
Original assignee: RETICON CORP SUNNYVALE CALIF US
Current assignee: RETICON CORP SUNNYVALE CALIF US
Priority date: 1977-01-03
Filing date: 1977-12-30
Publication date: 1990-01-11
Also published as: JPS6230504B2; US4087833A; DE2759086A1; JPS5385187A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fotodetektoranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, daß eine gute Fotodetektorwirkung mit einer Kombination aus diffundierten Fotodioden und analogen Schiebe registern erzielt werden kann. Diese Kombination ist aus der US-PS 38 45 295 bekannt, bei der auf einer Seite einer Fotodi odenreihe ein analoges Schieberegister und Übertragungsmittel und auf der anderen Seite Fotodiodenreihe anti-blooming- oder Rücksetzmittel angeordnet sind. Ein ähnlicher Aufbau ist aus einem Artikel mit der Bezeichnung "A Charge-Coupled Infrared Array With Schottky-Barrier Detectors" von Elliott S. Kohn in IEEE Transactions on Electronic Devices, Band ED-23, Nr. 2, Februar 1976, bekannt.

Aus Proceedings of the IEEE, Band 63, Nr. 1, 1975, Seiten 67-74, ist eine Fotodetektoranordnung der gattungsgemäßen Art bekannt, die jedoch weder über Rücksetzmittel noch über eine eigene Übertragungseinrichtung verfügt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fotodetektoran ordnung mit verschachtelten Fotodioden und Rücksetz- sowie Übertragungsmitteln in extrem gedrängter Bauweise und entspre chend hoher Packungsdichte zu schaffen.

Ausgehend von der Fotodetektoranordnung der gattungsgemäßen Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeich nenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Anordnung sowohl der Rücksetzmittel als auch der Übertra gungsmittel auf einer Seite der Fotodiodenreihe ermöglicht die Verschachtelung der Fotodioden mit extrem hoher Packungs dichte.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläu tert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Teildraufsicht auf eine lineare Fotodioden anordnung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht auf einen Teil der Anordnung gemäß Fig. 1 entlang der Schnittlinie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine der Anordnung gemäß Fig. 1 äquivalente Schaltung;

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild eines analogen Schieberegisters, das bei der Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 verwendet werden kann;

Fig. 5 eine Teildraufsicht auf ein Ende des analogen Schieberegisters gemäß Fig. 4;

Fig. 6 ein Blockdiagramm auf eine Flächen-Fotodiodenan ordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 7 eine Teildraufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 6 entsprechend der Schnittlinie 7-7 der Fig. 6.

Im folgenden werden Fotodetektoranordnungen mit Halbleiter-Fo todioden sowohl in linearer Anordnung als auch in Flächenan ordnung der Fotodioden beschrieben.

In den Fig. 1 bis 5 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer linearen Fotodetektoranordnung gezeigt. Diese Anordnung weist eine Reihe von 1024 Fotodioden auf, von denen jede durch eine n-leitende Zone in einem p-leitenden Siliziumsubstrat gebildet ist. Diese Fotodioden sind abwechselnd mit zwei ana logen Schieberegistern gekoppelt, welche auf entgegengesetzten Seiten der Fotodioden angeordnet sind. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel weisen die analogen Schieberegister la dungsgekoppelte Bauelemente auf, die unter Verwendung von Doppelschichten aus Polysilizium hergestellt sind. Es können aber auch anders aufgebaute analoge Schieberegister, z.B. bucket-brigade-Bauelemente verwendet werden. Mit dem ineinan dergreifenden Aufbau der Anordnung, der nachfolgend noch ge nauer beschrieben werden wird, konnte ein Fotodiodenabstand von angenähert 16 µm realisiert werden.

In den Fig. 4 und 5 ist das analoge Schieberegister genauer gezeigt. Der Aufbau dieses ladungsgekoppelten Bauelements, das eine Verschiebung der Information von den Fotodioden in beiden Richtungen ermöglicht, wird erläutert.

In den Fig. 6 und 7 ist eine verschachtelte Diodenanordnung in einer Flächenmatrix gezeigt. Bei dem beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel handelt es sich um eine 256×256 Matrix mit 0,00381 cm×0,00381 Zentren, die auf einem Siliziumsubstrat von 1,016×1,016 cm aufgebaut sind. Auch bei diesem Ausfüh rungsbeispiel finden ladungsgekoppelte Bauelemente in den analogen Schieberegistern Verwendung.

In der folgenden Beschreibung wird von der "anti-blooming" oder Rücksetzfunktion gesprochen. Diese Funktion ist im Stande der Technik bekannt und dient zur Verhinderung einer Ladungs streuung von einer Diodenzone zu einer anderen (Überstrah lung). Diese Funktion wird in der vorliegenden Anmeldung nicht näher beschrieben, da sie zum Stande der Technik gehört.

Die genauen Fabrikationsschritte zur Herstellung der Fotode tektoranordnung werden nachfolgend nicht beschrieben. Zu die sem Zwecke ist die bekannte MOS-Technologie geeignet. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen werden die Anordnungen bzw. Matrizen auf p-leitenden Siliziumsubstraten unter Verwen dung polykristalliner Silizium-Gates aufgebaut. In der Be schreibung und in den Ansprüchen sind die Worte "dotierte Zonen" und "diffundierte Zonen" austauschbar. Es ist klar, daß diese Zonen durch gewöhnliche Diffusionsschritte oder mittels Ionenimplantation gebildet werden können.

Im folgenden wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Die dort dargestellte lineare Anordnung weist eine längliche opti sche Öffnung 10 auf, durch die Strahlung eintreten kann. Diese Strahlung wird von einer Vielzahl von in einer Reihe in Aus richtung mit der Öffnung 10 angeordneten Fotodioden aufgenom men und bestimmt. Zwei derartige Fotodioden sind in der Drauf sicht gemäß Fig. 1 zu sehen. Jede der Fotodioden weist eine dotierte n-leitende Zone auf, die in dem p-leitenden Silizium substrat 11 (Fig. 2) ausgebildet ist. Zonen 12 und 13 sind in einer Draufsicht gemäß Fig. 1 und eine Zone 13 in der Quer schnittsansicht gemäß Fig. 2 gezeigt.

Bei der verschachtelten Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 sind die Fotodioden abwechselnd mit analogen Schieberegistern ver bunden, die auf entgegengesetzten Seiten der Fotodiodenreihe angeordnet sind. So ist beispielsweise die Zone 12 mit dem analogen Schieberegister 30 auf der rechten Seite der Fotodio den und die Zone 13 mit dem analogen Schieberegister 31 auf der linken Seite der Fotodioden gekoppelt. Durch die ver schachtelte Anordnung der Dioden läßt sich das Diodenfeld dichter anordnen, da in der Regel die Linearabmessung für jede Stufe des Schieberegisters größer als der Mittelpunktsabstand benachbarter Fotodioden ist. Dies führt zu einer höheren Be triebsgeschwindigkeit und geringerer Ladungsübertragung.

Zunächst sei die linke Seite der Anordnung betrachtet: eine langgestreckte Dotierungszone 19, die aus einer diffundierten Zone im Substrat 11 besteht, wird parallel zur Fotodiodenreihe neben diesen Dioden ausgebildet. Die Dotierungszone 19 bildet, wie im folgenden noch erläutert wird, eine Potentialsenke für die Rücksetz- oder anti-blooming-Funktion. Neben der Dotie rungszone 19 und dieser gegenüberliegend ist ein Paar von beabstandeten polykristallinen Silizium-Streifenleitungen 22 und 25 vorgesehen. Diese Streifenleitungen sind gegenüber dem Substrat 11 durch eine Siliziumdioxidschicht 17 isoliert (Fig. 2). Eine dieser Streifenleitungen, nämlich 22, nimmt ein Rück setzsignal auf, während der anderen Streifenleitung 25 ein Übertragungssignal zugeführt wird.

Eine n-leitende Zone 28 ist im Substrat zwischen den Streifen leitungen 22 und 25 ausgebildet. Diese Zone ist mit der ersten dotierten Zone 13 durch eine Metallverbindung 16 verbunden, welche die Streifenleitung 22 überquert. Die Verbindung 16 koppelt die ersten und zweiten dotierten Zonen 13 und 28. Die zweite dotierte Zone 28 bildet einen Sourceanschluß für zwei MOS-Feldeffekttransistoren, von denen einem die Dotierungszone 19 als Drainanschluß zugeordnet ist.

Bei der Herstellung der Fotodetektoranordnung wird die n-lei tende Zone 28 im Substrat gebildet, nachdem die länglichen Polysiliziumstreifenleitungen 22 und 25 geätzt worden sind. Auf diese Weise ist die Zone 28 mit diesen Streifenleitungen ausgerichtet. Während eines Dotierschritts werden Bereiche 19 a und 31 a so gebildet, daß der Bereich 19 a der Dotierungszone 19 mit der Polysilizium-Streifenleitung 22 und Bereich 31 a, der mit dem analogen Schieberegister 31 direkt gekoppelt ist, mit der Polysilizium-Streifenleitung 25 ausgerichtet sind. Wie sich aus Fig. 2 ergibt, bilden die Polysilizium-Streifenlei tungen 22 und 25 eine Vielzahl von Gate-Elektroden für Feldef fekttransistoren an jeder der Zonen 28. (Die Zonen 31 und 31 a sowie gleiche Zonen sind als n-leitende Zonen in Fig. 2 ge zeigt; diese Zonen sind bei einem ladungsgekoppelten Bauele ment induzierte Kanäle.)

Auf der entgegengesetzten Seite der Fotodiodenreihe wird eine symmetrische Anordnung mit einer Metallverbindung 15 verwen det, welche die Zone 12 mit der n-leitenden Zone 27 verbindet. (Die Zone 27 entspricht der Zone 28.) Auch auf dieser Seite ist eine langgestreckte Dotierungszone 18 im Substrat gebil det, welche mit den der Rücksetzung bzw. anti-blooming dienen den polykristallinen Siliziumstreifenleitung 21 im Bereich 18 a ausgerichtet ist. Die zur Übertragung dienende Streifenleitung 24 ist mit der Zone 30 a ausgerichtet, welche mit dem analogen Schieberegister 30 verbunden ist.

Obwohl nur zwei Fotodioden in der Draufsicht gemäß Fig. 1 zu sehen sind, ist klar, daß die restlichen Fotodioden entlang der optischen Öffnung 10 mit den Schieberegistern in identi scher Weise verbunden sind. Abwechselnde Fotodioden sind also mit aufeinanderfolgenden Stufen des analogen Schieberegisters 30 und die restlichen abwechselnden Fotodioden mit aufeinan derfolgenden Stufen des analogen Schieberegisters 31 gekop pelt.

Im folgenden wird auf die äquivalente Schaltung gemäß Fig. 3 Bezug genommen. Die Zonen 12 und 13 sind ebenso wie die Zonen 27 und 28 als Dioden dargestellt. Die Dioden 27 und 28 werden jedoch nicht der einfallenden Strahlung ausgesetzt und wirken daher als Source-Zonen zur Ladungsübertragung entweder zu den Senkenleiter bildenden langgestreckten Dotierungszonen 18, 19 oder zu den analogen Schieberegistern 30, 31. Die Polysili zium-Streifenleitungen 24 und 25 sind mit einer gemeinsamen Leitung verbunden und empfangen das Übertragungssignal zur Ladungsübertragung von den Fotodioden in die analogen Schiebe register. Die Senkenleiter 18 und 19 sind mit einer Quelle eines festen positiven Potentials verbunden. Die Streifenlei tungen 21 und 22 nehmen das Rücksetzsignal (anti-blooming Signal) auf, welches die Dioden über die Zonen 27 und 28 an die Senkenleiter 18, 19 ankoppelt.

Die Funktionsweise der Fotodiodenanordnung entspricht üblichen Anordnungen gleicher Gattung mit diffundierten Dioden und einem analogen Schieberegister. Während der Integrationsperio de, d.h. während der Periode, in welche einfallendes Licht festgestellt wird, bewirkt das einfallende Licht ein Sammeln von Ladung in den Zonen 12 und 13. Diese Ladung wird über die Metalleitungen zu den Zonen 27 bzw. 28 übertragen. Als näch stes wird ein positives Potential an die Übertragungsstreifen leitungen 24 und 25 angelegt. Die Ladung wird daher gleich zeitig von allen Fotodioden (und entfernten Source-Zonen, z.B. der Zone 27) zu den Schieberegistern über tragen. Eine solche Ladungsübertragung erfolgt unter Bezug nahme auf Fig. 2 in dem von den Zonen 28 und 31 a und ähn lichen Kanälen definierten Kanal. Diese Zonen bilden zusammen mit der Streifenleitung 25 einen Feldeffekttransistor, der als Schalter wirkt und den Ladungsfluß von der Zone 28 in das analoge Schieberegister ermöglicht.

Das Rücksetzen der Fotodioden erfolgt durch Anlegen eines positiven Potentials an die Streifenleitungen 21 und 22. Da durch werden die Fotodioden an die Senkenleiter angekoppelt. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, wirkt die Zone 28 wiederum als Source- Zone, wenn Ladung über den von den Zonen 19 a und 28 gebildeten Kanal übertragen wird. Diese Zonen wirken zusammen mit der Streifenleitung 22 (ein Gate) als Feldeffekttransistor. Daher dient die Zone 28 als gemeinsame Source-Zone sowohl für die Über tragungsfunktion als auch für die Rücksetzfunktion.

In Fig. 4 ist ein analoges Schieberegister 40 gezeigt, das als ladungsgekoppeltes Vier-Phasen-Bauelement ausgebildet ist. Ein solches Register wird bei dem beschriebenen Aus führungsbeispiel des Fotodetektors jeweils als Register 30 bzw. 31 in der Anordnung gemäß den Fig. 1 und 2 verwendet. Jede Stufe des Registers ist über Leitungen 41 mit alter nierenden Fotodioden verbunden. Bei einer Ladungsübertragung von den Fotodioden (über die entfernten Source-Zonen) wird die durch diese Ladung dargestellte Information entlang des Registers verschoben und entweder an der Leitung 80 oder 81 abgetastet bzw. gelesen. Daher kann die Information entweder nach rechts zur Leitung 80 oder nach links zur Leitung 61 verschoben werden.

Ein Endbereich 43 des Registers 40 ist mit einer Leitung 58 verbunden, welche auch zum Gate 51 des Transistors 53 und einem Anschluß des Transistors 55 führt. Der andere Anschluß des Transistors 55 (Leitung 77) nimmt ein Rück setzpotential auf, welches an dem Bereich 43 ansteht, wenn das Signal auf der Leitung 78 positiv ist. Der Drain-An schluß des Transistors 53 ist an das positive Potential VDD gelegt. Der Source-Anschluß dieses Transistors ist über einen Lastwiderstand 58 mit Erde verbunden. Die Ausgangs leitung 61 ist mit dem Source-Anschluß des Transistors 53 verbunden.

Das andere Ende des Registers 40 weist einen Endbereich 42 auf, welcher mit einem Anschluß des Transistors 54 und dem Gate des Transistors 52 verbunden ist. Der andere An schluß des Transistors 54 erhält das Rücksetzpotential, wenn das ⌀₃ Signal positiv ist. Der Drain-Anschluß des Transistors 52 liegt an VDD, während der Source-Anschluß dieses Transistors mit der Ausgangsleitung 60 und über den Lastwiderstand 57 mit Erde verbunden ist.

Wenn Ladung im Register nach rechts verschoben wird, wird dem Gate 45 ein positives Potential zugeführt, das ein Ab tasten der Ladung am Lastwiderstand 57 ermöglicht. Wenn Ladung nach links verschoben wird, erhält das Gate 46 in ähnlicher Weise ein positives Potential, das eine Ladungs verschiebung zum Gate 51 des Transistors 53 und deren Ab tastung über dem Lastwiderstand 58 ermöglicht.

Bekanntlich arbeiten ladungsgekoppelte Oberflächenkanal- Bauelemente wirksamer, wenn in jeder Registerstufe ver schiebbare Ladung vorhanden ist. Wenn die ladungsgekoppel ten Bauelemente zur Verschiebung von Binärdaten verwendet werden, werden die beiden Binärzustände einerseits durch eine relativ hohe Ladungsmenge und andererseits durch eine relativ niedrige Ladungsmenge (im Gegensatz zu keiner La dung) dargestellt. Die zuletzt genannte niedrige Ladung wird häufig als "fette Null" bezeichnet. Um eine wirksame Datenübertragung im Register 40 zu schaffen, werden zwei Generatoren zur Erzeugung einer "fetten Null" an entgegen gesetzte Enden des Registers angeschaltet. Wenn Ladung nach rechts geschoben wird, die also an der Leitung 60 ab getastet bzw. gelesen werden kann, so gewährleistet die vom Generator 50 in das Register gepumpte Ladung eine aus reichende Ladungsübertragung. Wenn die Ladung nach links geschoben wird, also an der Leitung 61 gelesen bzw. abge tastet werden kann, so sorgt der Generator 49 für eine wirksame Ladungsübertragung. Bei dem beschriebenen Aus führungsbeispiel sind beide Generatoren 49 und 50 "einge schaltet", wenn Ladung entweder nach rechts oder nach links verschoben wird. Es ist zwar nicht notwendig, ver meidet jedoch Logikschaltungen zur Steuerung der Genera toren. (Beispielsweise könnte der Generator 50 abgeschaltet sein, wenn die Ladung nach links bewegt wird. Die zusätz liche, vom Generator 50 eingeführte Ladung beeinflußt das Ausgangssignal nicht, da eine entsprechende Ladungsmenge in jedem Zyklus zugeführt wird.)

In Fig. 5 ist das linke Ende des Registers 40 gezeigt. Der Bereich 43 ist mit einem länglichen Kanal 63 gekoppelt, der sich über die Gesamtlänge des Registers erstreckt. Der Bereich 43 ist außerdem mit dem Gate 51 des Transistors 53 und mit der Rücksetzleitung 77 verbunden.

Wie oben erwähnt, werden in dem beschriebenen Ausführungs beispiel für die ladungsgekoppelten Bauelemente zwei Schichten aus polykristallinen Silizium zur Bildung der Übertragungs gates verwendet. In Fig. 5 sind Gates 46, 66, 68, 70, 72 und 74 aus der zweiten Schicht aus polykristallinem Silizium und Gates 67, 69, 71 und 73 durch Ätzung aus der ersten polykristallinen Siliziumschicht gebildet. Die Gates 67 und 71 nehmen das ⌀₁-Signal der Vier-Phasen-Zeitgabesignale auf, und die Gates 69 und 73 sind mit der Quelle des ⌀₃-Zeitgabe signals verbunden. Den Gates 68 und 72 wird entweder das ⌀₂- oder das ⌀₄-Zeitgabesignal zugeführt, was von der Ladungs- Verschieberichtung abhängig ist. In ähnlicher Weise erhalten in Abhängigkeit von der Ladungs-Verschieberichtung die Gates 70 und 74 entweder das ⌀₄-oder das ⌀₂-Zeitgabesignal. Die Gates 65 und 66 dienen zur Ladungsübertragung vom Generator 50 in das Register. Diese Ladung wird in den Bereich 43 ge schoben, wenn die Ladung im Register nach links verschoben wird, oder sie wird unter das Gate 68 geschoben, wenn die Ladung im Register nach rechts verschoben wird.

Es sei angenommen, daß die Ladung nach links verschoben wird und ein positives Potential am Gate 46 ansteht. Während jedes Zyklus der vier Zeitgabesignale wird die Ladung in einer Registerstufe zum Gate 51 des Transistors 53 geschoben und ein dieser Ladung proportionales Signal an die Leitung 61 angelegt. Das Gate 51 des Transistors 53 wird von dem ⌀₁- Zeitgabesignal während jedes Zyklus dadurch rückgesetzt, daß das Gate mit der Leitung 77 verbunden wird.

Die zuvor in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschriebene verschachtelte Fotodiodenanordnung kann bei einer Flächenan ordnung wie die gemäß Fig. 6 verwendet werden. Diese Anord nung weist eine Fotodioden-Flächenmatrix 85 mit einer Viel zahl von Spalten- oder Videoleitungen, z.B. den Leitungen 91, 93, 94 und 95 auf. Diese Leitungen sind abwechselnd mit jedem der analogen Schieberegister 97 oder 98 verbunden. Die Matrix weist eine Vielzahl von Zeilenleitungen, z.B. die Lei tungen 90 und 92, auf, welche mit einem digitalen Schiebe register 99 verbunden sind. Ein Feldeffekttransistor ist jeweils an den Schnittpunkten zwischen Zeilen- und Spalten leitungen vorgesehen und koppelt die Fotodioden an die Video (Spalten-) Leitungen. Beispielsweise eine Fotodiode 87, welche eine diffundierte Zone im Substrat aufweist, wird über den Transistor 96 mit der Videoleitung 91 verbunden. Eine Leitung 90 bildet das Gate des Transistors 96. In ähn licher Weise bildet die Leitung 92 eine Vielzahl von Gates die zur Kopplung von Dioden mit den Spaltenleitern, beispiels weise der Diode 88 mit der Leitung 93 dienen. Wenn daher ein positives Potential an die Leitung 90 (bei einem n-Kanal Bauelement) angelegt wird, so werden alle Dioden entlang der Leitung 90 mit den Videoleitungen verbunden. Zu beachten ist, daß in diesem Falle die Dioden mit beiden Registern 97 und 98 verbunden sind.

Jede der Videoleitungen ist über eine Übertragungseinrich tung und eine Rücksetzeinrichtung ähnlich den anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen mit dem zugehörigen Schieberegister verbunden. In Fig. 7 ist die Videoleitung 91 mit dem Schieberegisier 98 verbunden. Die Metalleitung 91 ist mit einer n-leitenden Zone 114 gekoppelt, die im Substrat ausgebildet ist. Eine n-leitende Zone 115 ist mit Abstand von der Zone 114 ebenfalls im Substrat ausgebildet. Ein durch einen Polysiliziumstreifen gebildetes Gate liegt zwischen den Zonen 114 und 115. Die Zonen 114 und 115 bilden zusammen mit der Streifenleitung 105 einen Feldeffekttran sistor 117.

Die Zone 115 ist über eine Metalleitung 112 mit einer n- leitenden Zone 110 gekoppelt. Die Zone 110 entspricht den Sourcezonen 27 und 28, wie sie in Verbindung mit den Fig. 1 und 2 beschrieben worden sind. Die Zone 110 ist mit den beabstandeten polykristallinen Siliziumstreifenleitungen 102 und 109 ausgerichtet. Ein Rand der Leitung 109 ist mit einem Teil der Rücksetzleitung 103 ausgerichtet. Diese Rücksetz leitung entspricht den Senkenleitungen 18 und 19 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2. Die Leitung 103 weist eine längliche n-leitende Diffusionszone auf, die im Substrat ausgebildet und an positives Potential angelegt ist. Wie in Fig. 7 zu sehen ist, bilden die Lei tung 103, die Zone 110 und der Streifen 109 einen Feld effekttransistor 118. In ähnlicher Weise bilden die Zonen 110, die n-leitende, vom Register 98 bis zum Streifen 102 reichende Zone und die Streifenleitung 102 einen Feldeffekttran sistor 119.

Die Kopplung der Videoleitung 91 mit dem Schieberegister 98 und der Rücksetz- Leitung 103 ist ähn lich der Kopplung der Fotodioden des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig. 1 und 2 mit deren Schieberegistern, wobei jedoch zusätzlich ein Feldeffekttransistor 117 vorgesehen ist. Es sei angenommen, daß an der Leitung 90 zum digitalen Schieberegister 99 ein positives Potential ansteht. In diesem Falle wird beispielsweise die Fotodiode 87 mit der Videoleitung 91 verbunden. Die Leitung 91 ist wiederum über den Transistor 117 mit der Zone 110 gekoppelt. Ein Rücksetzsignal wird bei dem beschriebenen Ausführungsbei spiel an die Streifen 109 angelegt, bis eine Ladungsüber tragung in das Schieberegister 98 stattfindet. Daher ist die Zone 110 vor der Übertragung mit der Leitung 103 über den Transistor 118 gekoppelt. Während der Ladungsübertra gung zum Schieberegister sinkt das Potential auf der Streifenleitung 109, und es wird ein Potential an die Leitung 102 angelegt, wodurch Ladung von der Zone 110 über den Transistor 119 zum Schieberegister 98 übertragen wird. Gleichzeitig mit dieser Ladungsübertragung wird von den anderen Fotodioden entlang der Leitung 90 Ladung zu den Schieberegistern 97 und 98 übertragen. Danach wird diese Information von den analogen Schieberegistern 97 und 98 zu den Video-Aus gangsleitungen übertragen. Das digitale Schieberegister koppelt ein positives Potential bekannterweise nacheinander an jede der Zeilenleitungen in der Matrix. Die Zeilenlei tungen können über die Leitung 106 mit V _DD verbunden werden, um alle Zeilenleitungen gleichzeitig rückzusetzen.

Der Transistor 117 dient zur Verringerung des Rauschens in der Matrix. Das Verhältnis der Kapazitäten der Video leitung 91 und der Leitung 112 (C _V) zur Kapazität einer einzigen Fotodiode C _S nimmt mit einer Erweiterung der Matrix zu. Dieses erhöhte Verhältnis trägt zur Kreuzkopplung und zum Festmusterrauschen bei. Es ist außerdem erkennbar, daß die Unterschiede zwischen den Schwellenspannungen der Tran sistoren 118 und 119 (sowie gleicher Transistoren) bei jeder der Videoleitungen aufgrund von Herstellungstoleranzen schwanken. Dieser Unterschied kann durch Δ V _T dargestellt werden. Das Festmusterrauschen kann als Q _R=C _v Δ V _t geschrieben werden. Wenn C _v größer als C _s wird, wird dieser Rauschpegel im Vergleich zu den von den Fotodioden erkennbaren Signal pegeln unannehmbar hoch. Der Transistor 117 dient zur Trennung der Kapazität der Videoleitung 91 von der Zone 110. Dies geschieht dadurch, daß die Leitung 105, d.h. das Gate des Transistors 117, auf einem positiven Potential unter dem Betriebspotential der Matrix (d.h. 1 oder 2 Volt unter V _DD) gehalten wird. Dadurch wird die Kapazität der Leitung 91 wirksam vom Übergang 110 getrennt. Daher verringert der Transistor 117 das Rauschen der Matrix erheblich und erlaubt die Herstellung größerer Matrixanordnungen.

Vorstehend wurde eine verschachtelte Fotodiodenanordnung beschrieben, in der diffundierte Zonen als Fotodioden und ein analoges Schieberegister ver wendet werden. Die Rücksetzeinrichtung und die Übertragungseinrichtung sind bei der beschriebenen Anord nung auf der gleichen Seite der Fotodiodenreihe angeordnet wodurch die verschachtelte Anordnung möglich wird.

Eine ebenfalls beschriebene Puffereinrichtung, insbesondere für die Flächenmatrix, dient zum Reduzieren der Kapazität am Übertragungsknoten, wodurch das Festmusterrauschen ver ringert wird.

Claims

1. Fotodetektoranordnung, die auf einem Substrat (11) eines ersten Leitungstyps aufgebaut ist und aufweist:
eine Reihe von Fotodioden, von denen jede eine in dem Substrat angeordnete erste dotierte Zone (13) eines zweiten Leitungstyps enthält,
ein auf einer Seite und im wesentlichen in Ausrichtung mit der Fotodiodenreihe angeordnetes analoges Schieberegister (31) ,
eine erste langgestreckte Streifenleitung (22), die iso liert vom Substrat auf der einen Seite der Fotodiodenreihe zwischen und in weitgehender Ausrichtung mit der Fotodioden reihe und dem analogen Schieberegister (31) angeordnet ist,
mehrere zweite dotierte Zonen (28) des zweiten Leitungs typs, die (28) auf der einen Seite der Photodioden zwischen der ersten langgestreckten Streifenleitung (22) und dem analo gen Schieberegister (31) im Substrat angeordnet sind, und
mehrere, die Fotodioden (13) mit den zweiten dotierten Zonen (28) koppelnde Verbindungen (16), dadurch gekennzeichnet,
daß eine langgestreckte Dotierungszone (19) des zweiten Leitungstyps auf der einen Seite der Fotodiodenreihe (12, 13) zwischen und in Ausrichtung mit letzterer und der langge streckten Streifenleitung (22) im Substrat (11) angeordnet ist und
daß eine zweite langgestreckte Streifenleitung (25) auf der einen Seite der Fotodiodenreihe mit Abstand von der ersten Streifenleitung (22) zwischen und in Ausrichtung mit den zwei ten dotierten Zonen (28) und dem Register (31) isoliert von dem Substrat (11) angeordnet ist,
wobei die erste langgestreckte Streifenleitung (22) und die langgestreckte Dotierungszone (19) als Rücksetzmittel und die auf derselben Seite der Fotodiodenreihe angeordnete zweite langgestreckte Streifenleitung (25) als Übertragungsmittel vorgesehen sind.

2. Fotodetektoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die beiden in gegenseitigem Abstand isoliert von dem Substrat (11) angeordneten Streifenleitungen (22, 25) mehrere Gate-Elektroden bilden, wobei eine (22) der Streifen leitungen mit einem Rücksetzsignal (anti-blooming signal) beaufschlagbar ist, während die andere Streifenleitung (25) ein der Ladungsübertragung von der Fotodiodenreihe zum analo gen Schieberegister (31) dienendes Übertragungssignal auf nimmt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß durch Anlegen des Rücksetzsignals an die eine Streifenleitung (22) die Foto dioden der Fotodiodenreihe über die Verbindungen (16) und die als Source-Zonen wirkenden zweiten dotierten Zonen (28) mit der als Senke wirkenden langgestreckten Dotierungszone (19) gekoppelt sind und durch Anlegen des Übertragungssignals an die andere Streifenleitung (25) Ladung von den ersten dotier ten Zonen (13) der Fotodioden über die Leitung (16) und die zweiten dotierten Zonen (28) zum analogen Schieberegister (31) übertragbar ist.

3. Fotodetektoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Fotodiodenreihe (12, 13) im wesentlichen symmetrische Anordnungen, jeweils beste hend aus einer langgestreckten Dotierungszone (19 bzw. 18), einer ersten langgestreckten Streifenleitung (22 bzw. 21), mehreren zweiten dotierten Zonen (28 bzw. 27), die Fotodioden (13 bzw. 12) mit den zweiten dotierten Zonen (28 bzw. 27) kop pelnden Verbindungen (16 bzw. 15) einer zweiten Streifenlei tung (25 bzw. 24) und einem analogen Schieberegister (31 bzw. 30) vorgesehen und die den beidseitigen Anordnungen zugeordne ten Fotodiodenzonen (13 bzw. 12) in einer Fotodiodenreihe verschachtelt angeordnet sind.

4. Fotodetektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verbindungen eine Me talleitung (15, 16) aufweist, die eine (21, 22) der Streifen leitungen überkreuzt.

5. Fotodetektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten dotierten Zonen (12, 13 und 27, 28) und die langgestreckten dotierten Zonen (18, 19) n-leitende Zonen sind.

6. Fotodetektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Streifen leitungen (21, 22 und 24, 25) polykristalline Siliziumstreifen sind und die zweiten dotierten Zonen (27, 28) in Ausrichtung mit den Streifenleitungen angeordnet sind.

7. Fotodetektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden analogen Schieberegi ster (30, 31) jeweils ein ladungsgekoppeltes Bauelement ent halten.

8. Fotodetektoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß jedes der ladungsgekoppelten Bauelemente ein Vier-Phasen-Bauelement (40 - Fig. 4) ist, das derart ausgebil det und angeordnet ist, daß Ladung in jede Richtung des Bau elements verschiebbar ist.

9. Fotodetektoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß Ladungsgeneratoren (49, 50) zum Einkoppeln be stimmter geringer Ladungsmengen in jedes Ende der ladungsge koppelten Bauelemente (40) vorgesehen sind.

10. Fotodetektoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotodetektoranordnung auf einem Siliziumsubstrat des ersten Leitungstyps aufgebaut ist und die beiden beabstandeten Streifenleitungen (22, 25) aus polykristallinem Silizium bestehen.