DE3407038C2 - Halbleiter-Photodetektor und Verfahren zu dessen Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Halbleiter-Photodetektor, bei dem statische Induktionstransistoren (SIT′s) zur Anwendung kommen, und auf ein Verfahren zum Betrieb des Photodetektors entsprechend den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 6. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Verbesserung bei einem solchen Photodetektor, um eine zerstörungsfreie Datenausgabe oder ein zerstörungsfreies Datenauslesen zu bieten.

Ein Halbleiter-Photodetektor der eingangs genannten Art, der SIT′s zur Bildung einer Festkörper-Bildaufnahmevorrichtung verwendet, ist in der JP 55-15 229 A offenbart. Verbesserungen dieser Vorrichtung wurden beispielsweise in der nicht vorveröffentlichten JP 58-105 672 A2 beschrieben.

Bei einem derartigen SIT-Halbleiter-Photodetektor werden durch einfallendes Licht erzeugte Ladungsträger nicht unmittelbar als Daten ausgegeben. Vielmehr werden bei einem solchen Photodetektor Daten ausgelesen, indem der Source-Drain-Strom der SIT′s entsprechend der Menge der während eines Lesevorgangs angesammelten Ladungsträger verändert wird. Insofern weist ein Halbleiter-Photodetektor dieser Art ein herausragendes Merkmal auf, daß nämlich die Daten zerstörungsfrei ausgelesen werden können. Dieses zerstörungsfreie Auslesen oder Ausgeben ist bei dem optischen Empfang von Stehbildern unter Anwendung eines Zeilen- oder Bildsensors wirkungsvoll.

Bei einem herkömmlichen, aus der JP 55-15 229 A bekannten und aus SIT′s zusammengestellten Photodetektor, insbesondere bei einem Photodetektor, bei dem eine Mehrzahl von SIT′s ein- oder zweidimensional angeordnet ist, werden durch einfallendes Licht erzeugte Ladungsträger im Gatebereich (im Fall eines Photodetektors der Bauart mit getrenntem Gate dann im Steuergatebereich) angesammelt, und es wird ein Strom zwischen der Source und dem Drain zum Fließen gebracht, indem eine Spannung an den Gatebereich angelegt wird. Diese an den Gatebereich angelegte Spannung bewirkt, daß darin angesammelte Ladungsträger in den Kanalbereich abgeführt werden. Wenn an das Gate eine Spannung für eine ausreichend lange Zeit oder zu ausreichend wiederholten Malen angelegt wird, dann werden die Ladungsträger geräumt. Es ist mit beträchtlichen Schwierigkeiten verbunden, Bedingungen, z. B. hinsichtlich einer Größe und einer Impulsbreite, für die Datenlesespannung, die an den Gatebereich gelegt wird, einzuhalten und eine ausreichende Ladung im Gatebereich zurückzubehalten, was es schwierig macht, die Daten in einer zerstörungsfreien Weise auszulesen oder auszugeben.

Demzufolge ist es Aufgabe der Erfindung, einen Halbleiter-Photodetektor zu schaffen, bei dem die oben erwähnten Schwierigkeiten und Nachteile, die bei einem herkömmlichen Halbleiter-Photodetektor auftreten, beseitigt sind und ein Datenauslesen in einer zerstörungsfreien Weise zufriedenstellend ermöglicht ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Halbleiter-Photodetektors.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird ein Halbleiter-Photodetektor und ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 6 vorgeschlagen. Bei einem Halbleiter-Photodetektor gemäß der Erfindung ist demnach jeder Gatebereich mit einer Einrichtung zur Unterdrückung der Räumung der angesammelten Ladungsträger beim Datenauslesen versehen, wobei die unterdrückende Einrichtung eine durch eine Isolierschicht gebildete Potentialbarriere umfaßt, die längs der Grenze jedes Torbereichs und des Kanalbereichs ausgebildet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Photodetektors sind in den Ansprüchen 2 bis 5 angegeben und vorteilhafte Weiterbildungen des Betriebsverfahrens in den Ansprüchen 7 und 8.

Beispiele von Halbleiter-Photodetektoren, die gemäß der Erfindung aufgebaut sind, und Beispiele für ein Verfahren zum Betreiben eines Halbleiter-Photodetektors gemäß der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Dabei werden anstelle der Bezeichnungen "Gate" bzw. "Source" die Bezeichnungen "Tor" und "Quelle" verwendet. Es zeigen:

Fig. 1A eine Draufsicht, wobei einige Teile auf- bzw. abgebrochen dargestellt sind, auf eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung aufgebauten Halbleiter-Photodetektors, der als Bildaufnahmevorrichtung ausgebildet ist;

Fig. 1B eine Frontansicht des in Fig. 1A dargestellten Photodetektors in Richtung des Pfeils I in Fig. 1A;

Fig. 2 eine vergrößerte Frontansicht einer einzelnen Zelle;

Fig. 3 ein Bändermodell für die in den Fig. 1A und 1B dargestellte Vorrichtung;

Fig. 4A einen Schaltplan für eine elektrische Ersatzschaltung einer Halbleiter-Photodetektorvorrichtung, die als eine zweidimensionale Bildaufnahmevorrichtung ausgebildet ist;

Fig. 4B ein Diagramm zur Erläuterung von in Fig. 4A verwendeten Sinnbildern;

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zur Beschreibung eines Verfahrens zum Betreiben der Bildaufnahmevorrichtung;

Fig. 6A eine Draufsicht, wobei einige Teile auf- bzw. abgebrochen dargestellt sind, auf eine weitere Ausführungsform einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Bildaufnahmevorrichtung;

Fig. 6B eine Frontansicht der in Fig. 6A dargestellten Vorrichtung in Richtung des Pfeils VI in Fig. 6A;

Fig. 7 einen vergrößerten Schnitt einer einzelnen, in Fig. 6B gezeigten Zelle;

Fig. 8 einen Schaltplan für eine elektrische Ersatzschaltung der Bildaufnahmevorrichtung von Fig. 6, die als eine zweidimensionale Bildaufnahmevorrichtung verwirklicht ist;

Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung von in Fig. 8 verwendeten Sinnbildern;

Fig. 10 eine Draufsicht, wobei einige Teile auf- bzw. abgebrochen dargestellt sind, auf eine Ausführungsform eines Zeilensensors;

Fig. 11A eine Draufsicht, wobei einige Teile auf- bzw. abgebrochen dargestellt sind, auf eine Bildaufnahmevorrichtung in einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 11B eine Frontansicht der Vorrichtung von Fig. 11A in Richtung des Pfeils XI in Fig. 11A;

Fig. 12 eine Schnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform eines Halbleiter-Photodetektors gemäß der Erfindung;

Fig. 13 eine Schnittdarstellung einer noch anderen Ausführungsform eines Halbleiter-Photodetektors gemäß der Erfindung;

Fig. 14 ein schematisches Bändermodell für den Halbleiter-Photodetektor, der in Fig. 13 gezeigt ist.

Die Fig. 1A und 1B zeigen ein Beispiel für eine Bildaufnahmevorrichtung, die als ein Halbleiter-Photodetektor (-Strahlungsempfänger) mit statischen Induktionstransistoren (SIT′s) gemäß der Erfindung ausgestattet ist. Diese Ausführungsform ist von der ungeteilten Tor- oder Gatebauart, d. h. eine Bildaufnahmevorrichtung, bei der die Torbereiche nicht geteilt sind. Zur Vereinfachung der Darstellung sind in Fig. 1B Verbindungen zwischen den Zellen nicht gezeigt. Die in Fig. 2 gegenüber Fig. 1A und 1B vergrößert dargestellte Zelle entspricht einem einzelnen Bildelement.

Datenkanalbereiche 12, die n^--Schichten mit niedriger Störstellendichte sind, sind auf einem n⁺-Substrat 10 gebildet, dessen Halbleitermaterial im Ausführungsbeispiel Silizium ist. Auf den Datenkanalbereichen 12, d. h. auf den n^--Schichten, sind p⁺-Torbereiche 14 ausgebildet. Innerhalb des Torbereichs 14 ist ein Quellenbereich 16 derart ausgestaltet, daß der Datenkanalbereich 12 zwischen den Quellen- sowie dem Torbereich 16 bzw. 14 liegt. Die Tor- und Quellenbereiche 14, 16 sind in regelmäßigen Intervallen sowie in einer zweidimensionalen Matrixform angeordnet. Jeder Satz von Tor- und Quellenbereichen 14 sowie 16 bildet eine einem einzelnen Bildelement entsprechende Zelle.

Zwischen einander benachbarten Torbereichen 14 ist eine isolierende SiO₂-Schicht 20A ausgebildet, so daß die Zellen voneinander getrennt sind, und ferner ist zwischen aneinandergrenzenden Torbereichen 14 eine die Zellen voneinander isolierende SiO₂-Oberflächenschutzschicht 20 ausgebildet, die auf der Oberfläche der n^--Schicht, in der die Kanalbereiche 12 ausgestaltet sind, mit Ausnahme der exponierten Teile der Tor- und Quellenbereiche 14, 16 gebildet ist. An den exponierten Teilen der jeweiligen Quellenbereiche 16 sind Quellenelektroden 22 ausgestaltet, wobei die Elektroden 22 von benachbarten Zellen miteinander verbunden sind. Eine transparente Torelektrode 24 ist auf einer auf den exponierten Teilen der Torbereiche 14 vorgesehenen, sich über die Quellenelektrode 22 erstreckenden Isolierschicht 26 ausgebildet. Damit wird zwischen dem Torbereich 14 und der Torelektrode 24 ein Kondensator geschaffen, wobei ein Teil der Isolierschicht 26 das Dielektrikum des Kondensators darstellt. Die Quellenelektrode 22 ist durch die Isolierschicht 26 von der Torelektrode 24 isoliert. Die Verbindungsleitungen der Torelektroden 24 und diejenigen der Quellenelektroden 22 kreuzen einander. Wenn eine der Quellenelektroden 22 und eine der Torelektroden 24 ausgewählt wird, dann wird damit die Zelle, die sich an der Schnittstelle der beiden Elektroden befindet, ausgewählt. Auf der den Datenkanalbereichen 12 gegenüberliegenden Seite des Substrats 10 sind Drainelektroden 28 ausgebildet.

Zwischen jedem Torbereich 14 und dem angrenzenden Datenkanalbereich 12 ist eine Isolierschicht 14I vorgesehen, d. h. jeder Torbereich 14 ist von den Isolierschichten 14I und 26 umgeben, die im Ausführungsbeispiel aus SiO₂, SiN, Si₃N₄ oder Ta₂O₅ gefertigt sind. Die Stärke der Isolierschichten 26 reicht von 30 nm bis 100 nm, während die Stärke der Isolierschichten 14I ebenfalls von 30 nm bis 100 nm reicht, obwohl sie in manchen Fällen auch geringer als 30 nm sein kann. Die Stärke der Isolierschichten 14I beeinflußt die Bewegung der Ladungsträger. Es wird angenommen, daß bei einer Stärke von 30 nm oder mehr die Ladungsträger durch die Schichten mittels eines Lawineneffekts treten, während sie bei einer unter 30 nm liegenden Stärke durch die Schichten mittels eines Feld- oder Tunneleffekts treten. Im Fall des Auftretens eines Lawineneffekts können die Zellen eine geringere Leistung bieten oder geschädigt werden, weshalb es notwendig ist, geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Die Stärke der Isolierschichten 14I beeinflußt die Auswahl der Rückstellspannung.

Die Fig. 3 zeigt ein Bändermodell, das die Energiepegel vom n⁺-Substrat 10 zum p⁺-Torbereich 14 darstellt, worauf anschließend noch näher eingegangen wird.

Eine Ersatzschaltung der Bildaufnahmevorrichtung mit dem oben beschriebenen Aufbau, die Verbindung der Elektroden und der Anschluß einer Anordnung für den Betrieb werden nachfolgend erläutert. Im einzelnen zeigt die Fig. 4A den Anschluß der Vorrichtung an eine externe Schaltung, wobei einige dieser Verbindungen auch in Fig. 2 dargestellt sind.

Zuerst werden die Sinnbilder, die in Fig. 4A die Zellen wiedergeben, unter Bezugnahme auf die Fig. 4B erläutert, in welcher mit SA ein Kanal, mit dem die Quellenelektrode 22 sowie die Drainelektrode 28 verbunden sind, mit SB der Torbereich 14, mit SC1 der die Isolierschicht 26 enthaltende Kondensator, der an die Torelektrode 26 angeschlossen ist, und mit SC2 der die Isolierschicht 14I enthaltende Kondensator bezeichnet sind.

In den Fig. 4A und 2 sind mit PC Bildelementen entsprechende Zellen angegeben, die in einer zweidimensionalen Matrixform, wie Fig. 1A zeigt, angeordnet sind. Eine Leseadressenschaltung 30 ist mit einer Vielzahl von gemeinsamen Torelektroden 24 verbunden, um an horizontale Zeilen in Aufeinanderfolge Leseimpulse anzulegen. Ferner sind viele gemeinsame Quellenelektroden 22 an die Drains von jeweiligen Schalttransistoren 40 angeschlossen, deren Quellen mit einer Ausgangsklemme 38 verbunden sind. Die Tore der Transistoren 40 sind mit einer Video-Zeilenwählschaltung 32 verbunden, die Wählimpulse an die Transistoren 40 legt, um diese in Aufeinanderfolge anzusteuern.

Jeder Transistor 40 ist ein SIT, der normalerweise nichtleitend ist. Die Leseadressenschaltung 30 und die Video-Zeilenwählschaltung 32 können mit Schieberegistern ausgestattet sein. Ein Ausgangswiderstand 34 und eine Energiequelle 36 sind zwischen die Ausgangsklemme 38 und Erde geschaltet, d. h. zwischen die Ausgangsklemme 38 und die Drainelektroden 28. Diese Bauteile bilden eine Datenleseschaltung.

Eine Schaltung zur Räumung von im Torbereich 14 jeder Zelle PC angesammelten Ladungsträgern, d. h. eine Rückstellschaltung, wird nun beschrieben. Eine Mehrzahl von gemeinsamen Torelektroden 24 ist an die Quellen von Rückstelltransistoren 40R jeweils angeschlossen, deren Drains über eine Energiequelle 36R geerdet sind. Die Tore der Transistoren 40R sind mit einer Rückstellimpuls-Anlegeklemme 38R verbunden.

Der Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1A bis 5 erläutert, wobei letztere ein Ablaufdiagramm darstellt, das an die Bildaufnahmevorrichtung im Betrieb angelegte Signale zeigt.

Unmittelbar nach Anlegen eines Rückstellimpulses Φ_R (Fig. 5) im Zeitpunkt T₀ werden Löcher H (Fig. 3), die sich im Torbereich 14 angesammelt haben, geräumt. Der Torbereich 14 ist eine p⁺-Schicht, weshalb, wenn der Torbereich 14 im gewöhnlichen oder neutralen Zustand ist, in ihm Löcher H vorhanden sind. Diese Löcher werden auch geräumt, d. h., der Torbereich 14 ist äquivalent negativ geladen. Das bedeutet, daß beide Bänder CB (Leitungsband) und VB (Valenzband) in Richtung des Pfeils FA verschoben werden. Demzufolge tritt zwischen dem Kanalbereich 12 und dem Torbereich 14, die durch die Isolierschicht 14I voneinander getrennt sind, eine beträchtlich große Potentialdifferenz auf.

Wenn unter dieser Bedingung für eine geeignete Zeitspanne (vom Zeitpunkt T₀ bis zum Zeitpunkt T₁) Licht auf die Zellen PC fällt, so werden einige Elektroden E sowie einige Löcher H gepaart, während einige Elektronen E und einige Löcher H durch das Potentialgefälle, das über dem Kanal- sowie dem Torbereich 12 und 14 gebildet wird, wie Fig. 3 zeigt, getrennt werden. Die Elektronen E bewegen sich längs des Leitungsbandes CB zur Drainelektrode 28, während sich die Löcher H längs des Valenzbandes VB zum Torbereich 14 hin bewegen. Die Löcher werden durch die oben erwähnte große Potentialdifferenz beeinflußt, d. h., es wirkt ein starkes elektrisches Feld auf die Löcher H. Somit werden im Torbereich 14 durch Injizieren mit einem Tunnel- oder Feldeffekt oder einer Lawinenerscheinung, was von der Stärke der Isolierschicht 14I abhängt, Löcher angesammelt. Auf diese Weise werden Löcher in einer Menge, die dem Wert des auffallenden Lichts entspricht, im Torbereich 14 einer jeden Zelle PC gesammelt.

Während der Zeitspanne von T₁ bis T₂ legt die Video-Zeilenwählschaltung 32 Wählimpulse Φ_S1 bis Φ_Sm in Aufeinanderfolge an die an die Quellenelektroden 22 angeschlossenen Transistoren 40, was zum Ergebnis hat, daß gewünschte der Transistoren 40 leitend gemacht werden, so daß von den Zellen PC in Fig. 4A bei denjenigen, die auf gewünschten Reihen sind, ihre Quellenelektroden 22 und Drainelektroden 28 über den Widerstand 34 mit der Energiequelle 36 verbunden werden. Damit werden Source-Drain-Stromflüsse ermöglicht. Durch den oben beschriebenen Vorgang werden Videozeilen zum Lesen von Bilddaten ausgewählt.

Ferner legt die Leseadressenschaltung 30 die Impulse Φ_G1 bis Φ_Gn in Aufeinanderfolge an die Torelektroden 24. Das hat zum Ergebnis, daß die Zellen PC auf den ausgewählten Videozeilen nacheinander angesteuert werden, so daß Source-Drain-Ströme, die den Mengen von in den Torbereichen 14 angesammelten Löchern und somit der Intensität des darauf auffallenden Lichts entsprechen, im Widerstand 34 fließen, womit Ausgangsspannungen an den Ausgangsklemmen erzeugt werden.

Die Größe der Impulse Φ_G1 bis Φ_Gn ist derart, daß die in den Torbereichen 14 angesammelten Löcher H nicht in den Kanalbereichen 12 geräumt werden, d. h., die Größe der Impulse Φ_G1 bis Φ_Gn ist geringer als die des Rückstellimpulses Φ_R, z. B. etwa 1,5 V. Die Größe des Rückstellimpulses Φ_R soll entsprechend der Stärke der Isolierschicht 14I eingestellt werden.

Im Zeitpunkt T₂ ist das Abtasten von einem Feld bewerkstelligt worden, und der Rückstellimpuls Φ_R wird über die Klemme 38R wieder an alle Zellen PC gelegt, woraufhin die in den Torbereichen 14 angesammelten Löcher H geräumt und Bedingungen für den Beginn des nächsten Vorgangs hergestellt werden.

Die oben beschriebenen Vorgänge werden wiederholt ausgeführt, so daß dem auffallenden Licht entsprechende Bilddaten als Spannungsänderungen an der Ausgangsklemme 38 geliefert werden.

Ein weiteres Beispiel für einen Photodetektor gemäß der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 6A bis 9 beschrieben. Hierbei kommen SIT′s der Bauart mit geteilten Toren zur Anwendung, wobei die Tore in Steuer- und Abschirmtore unterteilt sind. Zu den Fig. 1A bis 5 gleiche Bauelemente werden in den Fig. 6A bis 9 mit um 100 erhöhte Bezugsziffern dargestellt, so daß eine Beschreibung im einzelnen unterbleiben kann.

Bei der Fig. 6B, die eine Frontansicht in Richtung des Pfeils VI der Draufsicht von Fig. 6A zeigt, sind wiederum die Verbindungen zwischen den Zellen nicht dargestellt; die Fig. 7 zeigt den Querschnitt durch eine einem Bildelement von Fig. 6B entsprechende Zelle.

Wie die Fig. 6A, 6B und 7 zeigen, ist ein n^--Kanalbereich 112 auf einem n⁺-Substrat 110 ausgebildet. In der Oberfläche des n^--Kanalbereichs 112 sind p⁺-Steuertorbereiche 114 und um jeden Steuertorbereich 114 sind n⁺-Quellenbereiche 116 ausgestaltet. Die Steuertore 114 und Quellenbereiche 116 sind mit geeigneten Abständen regelmäßig in einer zweidimensionalen Matrixform angeordnet. Eine einem einzelnen Bildelement entsprechende Zelle wird von einem Steuertor 114 sowie vier Quellenbereichen 116 gebildet. Zwischen benachbarten Quellenbereichen 116 ist ein p⁺-Abschirmtorbereich 118 ausgestaltet. Längs der Grenze von jedem Steuertorbereich 114 und dem Kanalbereich 112 befindet sich eine Isolierschicht 114I. Die Abschirmtorbereiche 118 haben Abschirmtorelektroden 118E, an die geeignete Spannungen angelegt werden.

Mit Ausnahme der Fläche der Steuertorbereiche 114, der Quellenbereiche 116 und der exponierten Teile 118P der Abschirmtorbereiche 118 ist der n^--Kanalbereich 112 mit einem Oberflächenschutzfilm 120 aus SiO₂ bedeckt. Mit den exponierten Teilen der Quellenbereiche 116 sind Quellenelektroden 122 verbunden, die die Quellenbereiche von benachbarten Zellen zusammenschalten. Das bedeutet, daß die die Quellenelektroden 122 untereinander verbindenden Leiter die noch zu beschreibenden Steuerelektroden 124, wie Fig. 6A zeigt, kreuzen.

Durch eine Isolierschicht 126 auf den exponierten Teilen einer gewissen Anzahl von in jeder Kolonne angeordneten Steuertorbereichen 114 wird eine transparente Steuertorelektrode 124 gebildet. Jede Isolierschicht 126 besteht aus SiO₂ und erstreckt sich über die Quellenelektroden 122. Jede Steuertorelektrode 124 ist auf der Isolierschicht 126 in der oben beschriebenen Weise ausgestaltet. Durch die Steuertorelektrode 124 und die Steuertorbereiche 114 wird ein Kondensator gebildet, wobei die Isolierschicht 126 das Dielektrikum darstellt. Die Quellenelektroden 122, die Abschirmtorelektroden 118E und die Steuertorelektroden 124 sind voneinander isoliert.

Wenn eine der Quellenelektroden 122 und eine der Steuertorelektroden 124 ausgewählt werden, dann wird die Zelle an der Schnittstelle dieser beiden Elektroden gewählt. An der Seite des Substrats 110, die der den n^--Kanalbereich 112 tragenden Seite gegenüberliegt, ist eine Drainelektrode 128 ausgebildet. Die Abschirmtorelektroden 118E sind untereinander (durch nicht gezeigte Verbindungen) verbunden, und über diese Verbindung wird an alle Abschirmtorbereiche 118 eine vorbestimmte Spannung gelegt.

Es wird nun eine Ersatzschaltung der gemäß obigen Ausführungen aufgebauten Bildaufnahmevorrichtung mit der Verbindung der Elektroden sowie der Betriebsvorrichtung beschrieben.

Die Fig. 8 zeigt die Verbindung der elektrischen Schaltung mit externen Vorrichtungen, wobei ein Teil davon auch in Fig. 7 dargestellt ist. Mit Bezug auf die Fig. 9 werden Sinnbilder für die in Fig. 8 dargestellten Zellen erläutert. In Fig. 9 sind mit DSA der Kanal, an den die Quellen- sowie Drainelektroden 122 bzw. 128 angeschlossen sind, mit DSB der Steuertorbereich 114, mit DSC1 der mit der Isolierschicht 126 als Dielektrikum gebildete Kondensator, mit DSC2 der mit der Isolierschicht 114I als Dielektrikum gebildete Kondensator und mit DSD der Abschirmtorbereich 118, an den die Abschirmelektrode 118E angeschlossen ist, bezeichnet.

Die Zellen DPC in Fig. 8, die Bildelementen entsprechen, sind, wie Fig. 6A zeigt, in zweidimensionaler Matrixform angeordnet. Für jede Videozeile sind gemeinsame Steuerelektroden 124 in Vielzahl mit den Drains der Schalttransistoren 140R verbunden, deren Quellen an eine gemeinsame Energiequelle 136R angeschlossen sind. Die Tore der Transistoren 140R sind mit einer Rückstellimpuls-Anlegeklemme 138R und die Quellen sind des weiteren mit einer Leseadressenschaltung 130 verbunden.

In den jeweiligen Kolonnen sind gemeinsame Quellenelektroden 122 an die Drains der Schalttransistoren 140 angeschlossen, während die Quellen der Transistoren 140 mit einer Ausgangsklemme 138 verbunden sind. Die Tore der Transistoren 140 sind an eine Video-Zeilenwählschaltung 132 angeschlossen, die an die Transistoren 140 zu deren Betrieb in Aufeinanderfolge Wählimpulse anlegt. Die Transistoren 140 und 140R sind SIT′s, die normalerweise nichtleitend sind. Die Leseadressenschaltung 130 und die Video-Zeilenwählschaltung 132 können mit Schieberegistern ausgestattet sein.

Zwischen der Ausgangsklemme 138 und Erde, d. h. zwischen der Ausgangsklemme 138 und die Drainelektroden 128 sind ein Ausgangswiderstand 134 sowie eine Energiequelle 136 geschaltet. Eine veränderliche Energiequelle 136 V ist mit den Abschirmelektroden 118 der Zellen DPC verbunden, und diese Energiequelle 136V kann mit einem Regelwiderstand VR, einer veränderlichen Spannungsquelle VE und einem Drehkondensator VC ausgerüstet sein.

Der Betrieb der in Fig. 8 gezeigten Vorrichtung ist im wesentlichen derselbe wie der Betrieb der Vorrichtung von Fig. 4A, und insofern gibt das Ablaufdiagramm von Fig. 5 in korrekter Weise die in Fig. 8 angegebenen Signale Φ_S1 bis Φ_Sm und Φ_G1 bis Φ_Gn wieder.

Die von der veränderlichen Energiequelle 136V an die Abschirmtorbereiche 118 gelegte Spannung wird zur Lieferung eines Bezugspotentials benutzt, wenn die oben beschriebenen Daten ausgelesen werden. Eine Veränderung dieses Werts ermöglicht es, die Ausgangscharakteristik zu verändern.

Die Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, und zwar einen Zeilensensor, wobei diejenigen Elemente, die unter Bezugnahme auf die Fig. 1A bis 9 beschrieben wurden, mit gleichen Bezeichnungen versehen sind und nicht mehr im einzelnen erläutert werden.

Bei dieser Ausführungsform sind ein gemeinsamer Quellenbereich 116L und eine gemeinsame Quellenelektrode 122L für alle Zellen gemeinsam vorgesehen. In gleicher Weise ist für alle Zellen ein gemeinsamer Abschirmtorbereich 118L vorhanden. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß ein Teil des Außenumfangs eines jeden Steuertorbereichs 114 nicht vom Abschirmtorbereich 118L abgedeckt ist.

Da ein Zeilensensor im Gegensatz zu einer Bildaufnahmevorrichtung keine Video-Zeilenauswahl benötigt, hat er einen sehr viel einfacheren Aufbau. Demgemäß ist es für den Zeilensensor nicht immer notwendig, ihn mit der Video-Zeilenwählschaltung 132L und den Transistoren 140L auszustatten; jedoch sind die Schaltung 132L und die Transistoren 140L in Fig. 10 zum Vergleich mit der oben beschriebenen Ausführungsform gezeigt.

Eine weitere Ausführungsform eines Photodetektors gemäß der Erfindung, der dazu ausgelegt ist, die Ansammlung von Ladungsträgern in den Abschirmtorbereichen zu verhindern, wird unter Bezugnahme auf die Fig. 11A und 11B beschrieben, wobei zu vorher bereits erläuterten Bauelementen gleiche Bauteile mit denselben Bezeichnungen gekennzeichnet sind, weshalb eine nähere Beschreibung unterbleibt.

Bei der Ausführungsform nach den Fig. 11A und 11B sind Quellenbereiche 146 nahe dem Abschirmtorbereich 118 angeordnet, d. h., es besteht die Beziehung W_A<W_B, worin W_A den Abstand zwischen jedem Quellenbereich 146 und dem Abschirmtorbereich 118 und W_B den Abstand zwischen dem Quellenbereich und dem Steuertorbereich 114 bezeichnen. Bei diesem Aufbau wird die niedrigste Potentialposition im Quellenbereich 146, d. h. die wahre Torposition, zum Abschirmtorbereich 118 verschoben, und damit werden Löcher H wirksam im Steuertorbereich angesammelt.

Bei dieser Ausführungsform ist auf einer Isolierschicht 142 auf den Quellen- sowie Abschirmtorbereichen 146 bzw. 118 eine Aluminium-Lichtabschirmschicht 144 ausgebildet. Demzufolge kann kein Licht in den Kanalbereich 112 durch die Abschirmtorbereiche 118 eintreten, und deshalb wird die Ansammlung von Ladungsträgern (in diesem Fall sind es die Löcher H) mit Bezug auf die Abschirmtorbereiche 118 ausgeführt. Die Lichtabschirmschicht 144, die über Durchgangslöcher 120H in einer Oxidschicht 120 mit den Abschirmtorbereichen 118 verbunden ist, dient als eine Abschirmtorelektrode. Bei dieser Ausführungsform ist die Lichtabschirmschicht 144 auf der Oberfläche der Steuertorelektroden 124 ausgebildet, sie kann jedoch auch auf der unteren Fläche dieser Elektroden 124 ausgestaltet sein.

Die Zellen sind bei der vorbeschriebenen Ausführungsform eindeutig und wirksam voneinander getrennt. Jedoch kann die Trennung der Zellen noch dadurch verbessert werden, daß die Abschirmtorbereiche 118 in den Kanalbereichen 112 tiefer als die Steuertorbereiche 114 ausgebildet werden oder daß die Störstellendichte der Abschirmtorbereiche 118 höher als diejenige der Steuertorbereiche 114 gemacht wird. Eine Anwendung von wenigstens einer der beiden letztgenannten Techniken kann die Trennung der Zellen steigern, so daß die Zellenanzahl für eine gegebene Fläche beträchtlich erhöht werden kann.

Die Fig. 12 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, wobei, um die Ansammlung von Ladungsträgern auf Grund von einfallendem Licht zu unterdrücken und damit die Zellen wirksamer voneinander zu trennen, die Abschirmtorbereiche 218 tief in den Kanalbereich 112 eingesenkt werden und eine Isolierschicht 220 zwischen jedem Abschirmtorbereich 218 sowie der Oberfläche des Kanalbereichs 112 ausgebildet wird.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 13 gezeigt, wobei ebenfalls die Ansammlung von Ladungsträgern im Abschirmtorbereich 118 auf Grund von einfallendem Licht unterdrückt wird. Längs der Grenze zwischen jedem Abschirmtorbereich 118 und dem Kanalbereich 112 ist eine Isolierschicht 118I ausgebildet.

In dem Bändermodell von Fig. 14 sind die Energiepegel von der p⁺-Schicht, die den Steuertorbereich 114 bildet, zum Abschirmtorbereich 118 gezeigt. An den Abschirmtorbereich 118 wird eine positive Spannung gelegt, weshalb die Energiepegel der Bänder VB und CB in der Richtung des Pfeils FB in Fig. 14 abnehmen. Auf Grund der von der angelegten Spannung und der Isolierschicht 118I gebildeten Potentialbarriere wird die Ansammlung von Löchern H im Abschirmtorbereich 118 wirksam unterdrückt, während die Ansammlung von Löchern H im Steuertorbereich 114 beschleunigt wird, womit die Empfindlichkeit der Zelle erhöht wird.

Bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird der Kanal in der n^--Schicht gebildet, der jedoch auch in einer eigenleitenden oder einer p^--Schicht gebildet werden kann. Im letztgenannten Fall sollten die Leitfähigkeitstypen der anderen Schichten in passender Weise geändert werden. Die gleichen Wirkungen können auch durch Änderung der Quelle und des Drains erhalten werden.

Die Treibertransistoren 40 können gewöhnliche Transistoren sein, und diese Transistoren, die Leseadressenschaltung 30 sowie die Video-Zeilenwählschaltung 32 können zusammen mit der Bildaufnahmevorrichtung als eine integrierte Schaltung ausgestaltet sein.

Das Material der Vorrichtung ist vorzugsweise Silizium, obwohl andere Materialien, wie Germanium und Verbund-Halbleitermaterialien aus III/V-Material gewünschtenfalls verwendet werden können.

Der SIT kann entweder ein solcher von normalerweise gesperrter Bauart sein, in dem der Kanal nichtleitend ist, wenn keine Spannung an ihm liegt, d. h. wenn er thermisch ausgeglichen ist, oder ein solcher von normalerweise offener Bauart sein, in dem der Kanal leitend ist, wenn er thermisch ausgeglichen ist.

Falls dann, wenn die Ladungsträger in den Steuertoren 14 im Ansprechen auf einfallendes Licht angesammelt werden, eine negative Spannung angelegt wird, dann wird die Ansammlung der Ladungsträger mit größerer Wirksamkeit ausgeführt.

Die oben beschriebenen Vorrichtungen können mittels irgendeiner der Techniken, die mit Bezug auf die Fig. 4, 5 und 8 angegeben wurden, betrieben werden.

Bei jeder der erläuterten Ausführungsformen kann jedes Bauteil nach Wunsch ausgestaltet werden, wenn seine Funktion nicht behindert wird. So kann z. B. bei der Ausführungsform von Fig. 10 die Isolierschicht 126 von der Steuerelektrode 124 abgedeckt sein. In diesem Fall kann die an die Steuerelektrode 124 gelegte Spannung mit größerer Wirksamkeit geregelt werden, während auch die beim Herstellungsverfahren zur Anwendung gelangenden Maskiervorgänge in einfacherer Weise ausgeführt werden können.

Ferner können Farbbilderdaten erhalten werden, indem Zellenmatrizen, die Photodetektorvorrichtungen für jeweils Rot, Grün und Blau enthalten, gebildet werden. In diesem Fall wird das einfallende Licht unter Verwendung von Farbfiltern in rote, grüne und blaue Lichtkomponenten zerlegt.

Der Photodetektor kann nicht nur als ein Zeilen- oder Bildsensor, sondern auch als eine Zelleneinheit verwendet werden.

Claims (8)

1. Halbleiter-Photodetektor aus statischen Induktionstransistoren mit Source-, Drain- und Gate-Bereichen, wobei die Gate-Bereiche (14, 114) mit einem Kanalbereich (12, 112) Grenzen bilden, wobei jeweils zwischen Gate-Elektrode und Gate-Bereich eine Isolierschicht angeordnet ist, wobei die jeweiligen Sourceelektroden (22) die Sourcebereiche (16) direkt kontaktieren und wobei im Ansprechen auf einfallendes Licht erzeugte Ladungsträger in den Gate-Bereichen gesammelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Räumung der angesammelten Ladungsträger bei einer Datenausgabe unterdrückende Einrichtung für jeden der Gate-Bereiche (14, 114) vorgesehen ist, wobei die unterdrückende Einrichtung eine Potentialbarriere (SC2) umfaßt, die aus einer Isolierschicht (14I) gebildet ist, die längs der Grenze zwischen jedem Gate-Bereich (14, 114) und dem Kanalbereich (12, 112) ausgestaltet ist.

2. Photodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder statische Induktionstransistor einen zusätzlichen Gate-Bereich (118) umfaßt, an den ein Signallesebezugspotential angelegt wird.

3. Photodetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Gate-Bereich eine Einrichtung (144; 118I; 220) zur Unterdrückung der Ansammlung von im Ansprechen auf einfallendes Licht erzeugten Ladungsträgern umfaßt.

4. Photodetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die statischen Induktionstransistoren in einer eindimensionalen Matrix angeordnet sind.

5. Photodetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die statischen Induktionstransistoren in einer zweidimensionalen Matrix angeordnet sind.

6. Betriebsverfahren für einen Photodetektor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem zunächst ein Rückstellsignal an jeden Gate-Bereich (14, 114) angelegt wird, um Ladungsträger aus dem Gate-Bereich zu räumen und um eine Potentialbarriere (SC2) in der Gate-Region zu bilden, die die Räumung der Ladungsträger beim Datenauslesen unterdrückt, daß dann Licht auf den Photodetektor einfällt, wodurch sich Ladungsträger im Gate-Bereich ansammeln, und daß dann beim Datenauslesen an die Gateelektrode ein Datenauslesesignal angelegt wird, das kleiner als das Rückstellsignal ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei in einer eindimensionalen Matrix angeordneten statischen Induktionstransistoren ein erstes Signal (ΦG) an die Gate-Bereiche in einer vorgegebenen Folge angelegt wird, während ein zweites Signal (ΦS) an den Hauptelektrodenbereichen anliegt, und daß das Rückstellsignal (ΦR) an die statischen Induktionstransistoren nach Anlegen des zweiten Signals (ΦS) angelegt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei in einer zweidimensionalen Matrix angeordneten statischen Induktionstransistoren ein zweites Signal zeilenweise an die Hauptelektrodenbereiche in einer vorgegebenen Folge angelegt wird, daß ein erstes Signal (ΦG) an den Gate-Bereichen der statischen Induktionstransistoren, die die Zeilen bilden, in einer vorgegebenen Folge während des Anliegens des zweiten Signals (ΦS) angelegt wird und daß das Rückstellsignal an alle statischen Transistoren angelegt wird, wenn die ersten sowie zweiten Signale an alle statischen Transistoren angelegt worden sind.