DE2602447A1

DE2602447A1 - Photoelektronisches bauelement

Info

Publication number: DE2602447A1
Application number: DE19762602447
Authority: DE
Inventors: Nicholas Alex Patrin
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1975-02-07
Filing date: 1976-01-23
Publication date: 1976-08-19
Also published as: AU501037B2; US3985449A; JPS51100634A; JPS5739711B2; IT1051877B; FR2300419B1; GB1487797A; FR2300419A1; CH591166A5; AU8741875A

Description

Amtliches Aktenzeichen:

Aktenzeichen der Anmelderin:

Neuanmeldung
BU9-74-004

PHOTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT

Die Erfindung betrifft eine Anordnung, wie sie dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu entnehmen ist.

Festkörper-Bildabtaster sind allgemein bekannt. In der USA-Patentschrift Nr. 3 721 839 ist ein solches Bauelement beschrieben. Die dort beschriebene Anordnung verwendet Feldeffekttransistoren (FETs) als Photoelemente, die so beschaffen sind, daß sie bei Lichteinfall leiten.

Die vorliegende Erfindung beschreibt einen verbesserten Festkörper-Bildabtaster, der im Ladungsspeicherbetrieb arbeitet. Hierbei ist nicht nur ein ebenso hohes Signal-Störverhältnis wie bei herkömmlichen Bauelementen dieser Art erzielbar, sondern es liegt auch eine sehr kompakte Struktur vor, die eine höhere Ansprechgeschwindigkeit und ein wesentlich verbessertes Auflösungsvermögen gegenüber bisher besitzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, eine Vorrichtung bereitzustellen, die einen sehr kompakten Festkörper-Bildabtaster bildet und sich leicht mit Hilfe bekannter und üblicher Verfahren als integriertes Festkörpersystem herstellen läßt.

609834/0646

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst wie im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben. Das erfindungsgemäße photoelektronische Baulement besteht demnach aus einem Einkristall mit einer vorgegebenen Leitfähigkeitszone, in die bei geringer Tiefe die Leitfähigkeitszone entgegengesetzten Leitungstyps durch Diffusion oder Ionenbombardement eingebracht ist. Auf der Halbleiteroberfläche sind hiervon isoliert mehrere Elektroden aufgebracht, die bei entsprechender Vorspannung jeweils eine Verarmungsregion zwischen Halbleiteroberfläche und dem PN-Übergang bereitstellen. Fällt Licht auf den Halbleiter ein, dann wird es hierdurch absorbiert, so daß ein Photostrom erzeugt wird. Da die Lichteindringtiefe im Halbleiter eine Funktion der Lichtwellenlänge darstellt, kann die Erfassung der für den jeweiligen Photostrom wirksamen Lichteindringtiefe zur Farbbestimmung des jeweils einfallenden Lichtes herangezogen werden.

In vorteilhafterweise wird ein erfindungsgemäßer Bildabtaster in Triplettausführung hergestellt, wobei die Photoelemente jeweils zur Erfassung der Grundfarben einstellbar sind.

Zur Farbmischung im Bildabtaster dienen in vorteilhafter Weise gemäß einer Weiterbildung der Erfindung an die Abfüh!verstärker angeschlossene Farbaddierer. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

609834/0848

BU9-74-004 - 2 -

7607447

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anschliessend näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer Schnittansicht ein Fotoelement mit den nötigen Anschlüssen,

Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung zur Analyse von Licht aus einer Dreiergruppe von Fotoelementen,

Fig. 3 schematisch einen Abfühlpunkt, einen Abfühlverstärker zur Verwendung in dem in Fig. 2 gezeigten Analysesystem und die zugehörigen Messverstärker,

Fig. 4 eine zur Verwendung mit dem in Fig. 3 gezeigten Schaltungen geeignete Addierschaltung und

Fig. 5 schematisch eine Grossflächenanordnung mit Schieberegistern zur kontinuierlichen Abfühlung des auf die Fotoelementengruppe auffallenden Lichtes.

609834/0646

BU9-74-004 - 3 -

In Fig. 1 ist gezeigt, wie ein Fotoelement 10 zusammen mit einem Uebertragungsgate 11 und einem Abfühlpunkt 12 in einem Körper 14 aus Halbleitermaterial integriert sind. Der Körper 14 besteht aus P-leitendem Halbleitermaterial, das mit einer isolierenden Oxydschicht 15 überzogen ist. Das Fotoelement umfasst einen N-Bereich 16 und eine transparente oder teilweise transparente Elektrode 17 auf der Oberfläche der Oxydschicht 15 über dem Bereich 16. Der Bereich 16 und die Elektrode 17 sind so beschaffen, dass bei positiver Vorspannung relativ zum Körper 14 durch geeignete Stromquellen 18 und 19 ein Verarmungsbereich im Körper 14 gebildet wird, der sich zwischen der Elektrode 17 und der Diffusion 16 erstreckt.

Das Uebergangsgate 11 enthält eine auf dem Oxyd 15 angeordnete Elektrode 20, die neben der Elektrode 17 liegt oder diese überlappt und direkt neben der N-leitenden Fühlerdiffusion Zl liegt, die .im Körper 14 unmittelbar unter der Oberfläche des Oxydes 15 angeordnet ist. Eine Elektrode 22 ist mit der Abfühldiffusion 21 verbunden.

Durch richtige Wahl der an den Körper 14, den Bereich 16 und die Elektrode 17 angelegten Spannungspegel kann man dem PN-

609834/0646

BU9-74-004 - 4 -

7607U7

Uebergang-Verarmungsbereich um die Diffusion 16 und den unter der Elektrode 17 geschaffenen Verarmungsbereich über die ganze Breite des Körpers 14 zwischen der Elektrode 17 und dem Uebergang 16 ausdehnen. So wird der ganze Bereich des Körpers zwischen der Elektrode 17 und der Diffusion verarmt. Die Lage der Ebene, die die Stelle des grössten Elektroncnpotentials im Verarmungsbereich bezeichnet, ist durch die gestrichelte Linie 23 zwischen der Elektrode 17 und dem Bereich 16- dargestellt. Sie kann dichter an die Elektrode 17 oder die Diffusion 16 herangeschoben werden, indem man die Spannungen oder das Verhältnis der Spannungen verändert, die an den Körper 14, den Bereich 16 und die Elektrode 17 von den Stromquellen 18 und 19 angelegt werden. Wenn Licht den Körper 14 durch die Elektrode 17 trifft, wird dieses absorbiert und erzeugt bei seinem Eindringen in den Körper 14 ein Lochelektronenpaar. Die Absorption und die Findringtiefe des Lichtes sind eine Funktion seiner Farbe oder Wellenlänge. Die Eindringtiefe von violettem Licht ist z.B. sehr gering, die von rotem Licht dagegen ist gross. Wenn die Ebene 23 also einen gegebenen Abstand von der Oberfläche hat, wird ein bestimmter Bruchteil der spektralen Komponenten des Lichtes zwischen der Ebene 23 und der Oberfläche

609834/0646 BU9-74-004 - 5 -

?6Q2U7

absorbiert. Bei einem gegebenen Fotoelement, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, werden durch das Licht über der Ebene 23 erzeugte Elektronen an die Oberfläche geschwemmt und dort gespeichert, während unter der Ebene 23 erzeugte Elektronen zum Bereich 16 geschwemmt werden und dort verbleiben.

Da die konventionellen Farberkennungs- und -Wiedergabesysteme, wie beispielsweise das Farbfernsehen auf der Bestimmung der Grossen der drei Primärkomponenten Rot, Grün, und Blau basieren, basiert auch die folgende Beschreibung auf diesen drei Komponenten. Das hier beschriebene System kann natürlich vereinfacht oder ausgedehnt werden, um bei Bedarf eine Farberkennung mit höherer oder niedrigerer Zuverlässigkeit zu liefern.

Für eine gegebene Strecke X zwischen der Oberfläche des Körpers 14 und der Ebene 23, die bestimmt ist durch ein erstes Verhältnis der angelegten Spannungen, sind die Bruchteile der drei über der Strecke X absorbierten Farbkomponenten a₁, b. und C₁. Diese Grossen des absorbierten Lichtes

609834/0646

BU9-74-004 - 6 -

7602447

erzeugen Defektelektronen-Ladungspaare im Halbleiter innerhalb der Strecke·χ = X₁ von der Oberfläche, d.h. die Ebene 23 wird in einem Abstand x. von der Oberfläche des Körpers festgelegt. Durch die festgelegten elektrischen Felder in diesem Bereich fliessen die erzeugten Elektronen zur Oberfläche, während die erzeugten Löcher zur Masse des nicht verarmten Halbleiters und durch den Substratkontakt aus dem Halbleiter herausfliessen. Der Elektronenfluss zur Oberfläche kann beschrieben werden durch einen Strom:

worin I^, I_r, I_R die durch das einfallende blaue, grüne und rote Licht erzeugten Elektronen-Gesamtströme sind und die Strahlungskomponenten a₁, b. und C₁ entsprechend die Bruchteile dieser Komponenten, die zur Halbleiteroberfläche fliessen. Nachdem der Strom I, abgefühlt ist, entweder direkt oder durch Abfühlen der an der Oberfläche gesammelten Ladung Q₁ während eines kurzen Zeitabschnittes t.. durch Entnahme der Ladung von der Abfühldiffusion 21, werden die Vorspannungen so umgeschaltet, dass die Lage der Ebene 23 im Körper 14 auf

609834/0646

BU9-74-004 - 7 -

P6024A7 ·*·

χ = χ- so verschoben wird, dass man einen neuer. Strom mit anderen Werten für a,. b und c erhält:

¹Z ⁼

Dieser neue Strom I_ oder die gesammelte Ladung Q_ werden wieder abgefühlt und die Spannungen daraufhin neu eingestellt, so dass die Lage der Ebene 23 verschoben wird für x=x, und man einen dritten Strom I, erhält:

Diese drei Stromgleichungen oder die zugehörigen Gesamt-Ladungsgleichungen können jetzt nach den unbekannten Farbkomponenten I₀, I_n, I_n aufgelöst werden und man erhält:

¹B ⁼ Vl

¹G ^{= 0}I¹I ^{+ 6}Z¹Z

¹R ^{= 11}I¹I

609834/0646

BU9-74-004 - 8 -

7602447

worin die Konstanten B-, B' , ...' R„, R_ aus den physikalischen und elektrischen Eigenschaften der Elemente sowie den Vorspannungsbedingungen bekannt sind. So sind z.B.:

- b₃c₂)/A

B₂ = Cb₃C₁ - _blc₃)/A

^B3 ⁼ <^bl^c2 "

Δ =

Als weiteres Beispiel können die Bruchteile a,, b,, ...,
b_c, bestimmt werden für ein gegebenes Element wie folgt. Bei gegebenen Vorspannungen, bei welchen die Ebene 23, d.h. die Lage des grössten Elektronenpotentials, bei χ = X₁ liegt, ist der Bruchteil a des blauen Lichtes (λ = 4700 a), das innerhalb von x.. der Oberfläche absorbiert wird einfach:

E₁ = 1 - e~^aB^Xl,
worin a_R der Absorptionskoeffizient für blaues Licht ist.

609834/06A6
BU9-74-004 - 9 -

1,3 χ ΙΟ⁴ (cm"¹) λ = 4700

ähnlich

= l-e"^aG^Xl, a_G = 8,4 χ ΙΟ³ (cm"¹), (λ = 5200 -= l-e"^aR^Xl, a_R = 3 χ ΙΟ³ (cm"¹), (λ = 6500

Die Bruchteile a^, b~, Cj erhält man ähnlich aus diesen Gleichungen, indem man x- durch x₂ ersetzt, die, Bruchteile a,, b,, c,, indem man entsprechend χ = χ, setzt.

Ein System für die Farberkennung ist in Fig. 2 gezeigt. Dort ist jedes der drei Fotoelemente 25, 26 und 27 mit einem entsprechenden Abfühlverstärker 28, 29 und 30 gekoppelt, von denen jeder wiederum mit drei Messverstärkern verbunden ist. Der Abfühlverstärker 28 ist also mit den Messverstärkern 28a, 2 8b und 28c verbunden, während der Abfühlverstärker 29 mit den Messverstärkern 29a, 29b und 29c und der Abfühlverstärker 30 mit den Messverstärkern 30a, 30b und 30c gekoppelt ist. Die Ausgänge eines jeden Messverstärkers sind wiederum mit entsprechenden Addierschaltungen 31, 32 und 33 verbunden. Somit ist jeder Messverstärker 28a, 29a und 30a mit der

609834/0646

BU9-74-004 - 10 -

26Q2U7

Addierschaltung 31 gekoppelt, während die Ausgänge der Messverstärker 28b, 29b und 30b mit der Addierschaltung 32 und die Ausgänge der Messverstärker 28c, 29c und 30 c mit der Addierschaltung 33 gekoppelt sind. Die Ausgabe einer jeden Addierschaltung ist eine Anzeige für eine entsprechende Farbe. Die Ausgabe der Addierschaltung 31 ist also eine Spannung, die den einfallenden Fluss roten Lichtes auf die drei Fotoelemente 25, 26 und 27 anzeigt, die Ausgabe der Addierschaltung 32' ist diejenige Spannung, die die Grünkomponente des Lichtes anzeigt, und die Ausgabe der Addierschaltung 33 zeigt die Blaukomponente des Lichtes an.

Das in Fig. 2 gezeigte System arbeitet kurz gesagt wie folgt. Nimmt man an, dass jedes der Fotoelemente 25, 26 und 27 individuell so vorgespannt ist, dass die Ebene 23 an eindeutigen Stellen χ., x_, x-, liegt und dass sie alle demselben einfallenden Licht ausgesetzt sind, so wird der in das Silizium strömende Lichtfluss beschrieben durch:

φ = ar φτ + ag φg + ab φ^

609834/0646

BU9-74-004 - 11 -

wobei φτ, <|>b und φg die Einheitsfarbvektoren Rot, Grün, Blau und ar, ag, ab die relativen Flussdichten dieser drei Komponenten sind. Für gegebene Vorspannungen an den Fotoelementen 25, 26 und 27 soll die entsprechende, durch jedes Fotoelement während einer Periode t gesammelte Ladung bezeichnet se^n mit Q₁, Q. und Q„. So erhält man drei Ladungs pakete, deren Grossen in bezug gesetzt werden können zu den Lichtflusskomponenten durch:

Q₁ = d_u ar + d₁₂ ag + d₁₃ ab

Q₂ - d₂₁ ar + d₂₂ ag ₊ d₂₃ ab CD

Q₃ = d₃₁ ar ₊ d₃₂ ag + d₃₃ ab,

worin die d-Faktoren Konstanten sind, die die baulichen und elektrischen Eigenschaften des Elementes sowie die Vorspannungen berücksichtigen. Wenn diese drei Ladungspakete parallel an die Abfühlverstärker 28, 29 und 30 übertragen werden, werden sie gemäss späterer genauer Beschreibung dort in die Signalspannungen V,, V- und V, umgewandelt, die den Ladungspaketen Q₁, Q- und Q^ proportional sind. Durch Definition ist:

60 9834/0646
BU9-74-004 - 12 -

?6D2447

η.

^dll^ar/Cn ^{= B}ll ^VR ^d21 ^a^^Cn ' ^B21 ^VR ^d31^aT/^Cn ^{= B}31 ^VR " ^B12 ^VG ^d22 ^aS^/Cn " ^B22 ^VG ^d32^aS/^Cn ^{= B}32 ^VG * ^B13 ^VB ^d23 ^ab/Cn ^{= B}23 ^VB ^d33^ab/Cn = ^B33 ^VB

worin C die Kapazität am Eingang jedes Abfrageverstärkers ist. Den obigen Gleichungssatz (1) kann man auch schreiben:

^Vl ■ ^Bll ^VR ^{+ B}12 ^VG ^{+ B}13 ^VB ^V2 " ^B21 ^VR ^{+ B}22 ^VG ^{+ B}23 ^VB ^V3 ^{= B}31 ^VR ^{+ B}32 ^VG ^{+ B}33 ^VB

worin V_n, V_n, V_n Signalspannungen sind, die dem Farbfluss der Komponenten ar, ag und ab proportional sind. Die Gleichungen für die Farbsijnalspannungspegel lassen sich lösen durch einfache Invertierung des Gleichungssatzes

^VR ■ ^All ^Vl ^{+ A}12 ^V2 ^{+ A}15 ^V3 ^VG ^{= A}21 ^Vl ^{+ A}22 ^V2 ^{+ A}23 ^V3 ^VB ^=A31 ^Vl ^{+ A}32 ^V2 ^{+ A}33

609834/0646

BU9-74-004 - 13 -

worin die A-Faktoren in jeder Gleichung Konstanten darstellen, die die physikalischen und elektrischen Parameter sowie die Vorspannungen der Messverstärker berücksichtigen.

Um also die Farbinformation aus den integrierten Ladungspegeln Q-, Q_ und Q aus den zugehörigen Spannungen V,, V-, V^ zu gewinnen, braucht man nur die schematisch in Fig. 2 gezeigte Verarbeitung vorzunehmen. Die Signalausgänge von den Abfühlverstärkern 28, 29 und 30 werden den entsprechenden Messverstärkern 28a, 28b, 28c, 29a, 29b, 29c, 30a, 30b und 30c und dann den Addierstufen 31, 32 und 33 zugeführt. Die Ausgänge dieser Addierstufen sind dann die Farbsignale V_n, V_n

K b

und V_R. Das in Fig. 2 gezeigte System kann so angepasst werden, dass nur ein Fotoelement und zwei nicht fotoempfindliche Speicherelemente S₁ und S- verwendet werden. Der Vorteil eines Systems mit drei Fotoelementen gegenüber einem System mit einem Fotoelement liegt in der Möglichkeit, alle drei Signalladungspegel in einer Unterscheidungsperiode zu integrieren, wogegen das einzelne Fotoelement drei verschiedene Perioden braucht. Bei der Integration des Systems mit drei Fotoelementen kann die nächste 'Ablesung" somit unmittelbar beginnen, nachdem die Ladungen Q,, Q~ und Q, an die Abfrageverstärker geleitet sind.

609834/0646

BU9-74-004 - 14 -

26Q2U7

Eine für die Abfühl- und Messfunktion brauchbare Schaltung ist in Fig. 3 gezeigt·. Der einfacheren Erklärung halber ist nur ein Abfühlverstärker 28 zusammen mit seinen zugehörigen Messverstärkern 28a, 28b und 28c beschrieben. Der Abfühlverstärker 28 enthält drei FETs 35, 36 und 37. Der Transistor 35 is*" mit seinem Drain angeschlossen an eine erste Spannungsquelle 38 und mit seinem Gate an eine zweite Span-· nungsquelle 40. Mit seiner Source, die die in Fig. 1 gezeigte Diffusion 21 ist, ist er über die Leitung 22 an das Gate 42 des FET 36 angeschlossen. Der Drain des FET 36 ist wiederum mit einer dritten Spannungsquelle 43 und seine Source ist mit dem Drain des FET 37 una den Gates 50, 51 und 52 der FETs 53,- 54 und 55 verbunden, die als Messverstärker 28a, 28b und 28c dienen. Das Gate des FET 37 ist mit einer vierten Spannungsquelle 44 verbunden, seine Source ist geerdet.

Der Drain jedes Messverstärkertransistors 53, 54 und 55 ist mit einer individuellen Stromquelle 56, 57 und 58 verbunden, während die Source jedes Transistors 53, 54 und 55 an einen Addierkreis 31, 32 und 33 angeschlossen ist. Obwohl die Stromversorgung 28, 40, 44 usw. getrennt gezeichnet wurden,

609834/0646

BU9-74-004 - 15 -

2607447

. AU.

brauchen diese nicht unbedingt alle getrennt zu sein.

Der Abfühlverstärker 28 arbeitet wie folgt: Am Anfang wird ein geeigneter Spannungsimpuls von der Stromversorgung 60 an das Gate des FET 35 angelegt, so dass dieser leitend wird und dadurch -!ine Spannung von der Stromversorgung 33 an das Gate 22 des FET 36 gelangt. Durch diese Spannung wird die Kapazität der Leitung 22_/ des Gates 42 und der Diffusion 21 auf den Pegel der Versorgung 38 aufgeladen. Diese ganze Kapazität ist dargestellt durch den Kondensator 60. Wenn der Kondensator 60 einmal auf den Pegel der Stromversorgung 38 aufgeladen ist, kann die Versorgung 40 abschalten und den FET 35 nichtleitend machen. Die Spannung auf der Kapazität 60 reicht aus, um den FET 36 leitend zu machen, einen Strom fliessen zu lassen, um die Steuerelektroden 50, 51 und 52 eines jeden .Messverstärkertransistors 53, 54 und 55 aufzuladen. Der Transistor 37 wird als Widerstand gegen Erde benutzt und sein Widerstandswert ist durch eine Spannung an seinem Gate von der Quelle 44 so eingestellt, dass die Spannungspegel an den Gates 50, 51 und 52 geregelt werden.

609834/0646
BU9-74-004 - 16 -

?602U7

Wenn die an die Steuerelektroden der Transistoren 36 und 37 angelegten Spannungen.ausreichen, um diese Transistoren im linearen Bereich zu betreiben, dann wird bei Anlegen eines Signales an den Abfühlpunkt, d.h. die Diffusion 21, die Kapazität 60 wenigstens teilweise entladen und die Spannung der Steuerelektrode des Transistors 36 verändert. Dadurch wird der Strom im Transistor 36 verändert und auch die an den Steuerelektroden 50, 51 und 52 anliegende Spannung. Diese hat somit eine Komponente, die der Farbflussdichte proportional ist, die auf das Fotoelement 25 auftrifft. Wenn das Element auch im linearen Bereich betrieben wird, so enthält das Signal zum Addiererkreis 31 die Komponente A₁₁ V-.

•Gleichzeitig können die Elemente 54 und 55 so ausgelegt sein, dass sie an den Addierer 32 bzw. den Addierer 33 die Signale übertragen, die die Komponenten A-,V,, A^-V. haben. Sieht man eine ähnliche Schaltung für die anderen Abfühl- und Messverstärker vor, die in Fig. 2 gezeigt sind, so werden folgende Signale an die Addierschaltungen 31, 32 bzw. 33 angelegt:

609834/0646 BU9-74-004 - 17 -

^Χϋ12"^Α12^ν2

^I022"^A22^V2 ⁺ ¹OZ₃-W₃ ^{an Addiei<}er 52

^Σ03Γ^Α3ΐ^νΐ ^{+ 1}032"^A32^V2 ⁺ hzi'Wz ^{an Addier}er 35.

Im Zusammenhang mit Fig. 4 wird eine einfache Schaltung für den Addierer beschrieben. Diese Schaltung enthält einen Lastwiderstand 65, der zwischen die Eingänge 61, 62 und 6₃ und Erde gekoppelt ist. Die Eingänge 61, 62 und· 6₃ sind jeweils mit einem anderen Messverstärkersatz verbunden. Der Eingang 61 könnte z.B. vom Messverstärker 28a, der Eingang 62 vom Messverstärker 29a und der Eingang 6₃ vom Messverstärker ₃0a kommen. Somit ist die Spannung am Ausgangspunkt 64 der Addierschaltung die Summe aller Eingangsspannungen. Für dieses gegebene Beispiel ist der Ausgang des Addierers 31 die Spannung, die das rote Licht darstellt, das auf die drei Fotoelemente 25, 26, 27 trifft, die Ausgabe des Addierers 32 ist die Spannung, die das grüne Licht darstellt und die Ausgabe des Addierers 33 die Spannung, die das blaue Licht darstellt.

In Fig. 5 ist ein Bereichsabtaster dargestellt, der aus einer Anzahl von oben beschriebenen Einzelabtastern besteht. Dar-

609834/0646
BU9-74-004 - 18 -

?602447

gestellt ist eine η χ 3m-Fotoelementenanordnung 70, die auf einem Körper 69 aufgebaut ist, der einen darunterliegenden diffundierten oder ionenimplantierten Bereich enthält, der nicht dargestellt ist. Die Anordnung 70 besteht aus einer Anzahl von Dreifach-Schieberegistern mit transparenten Elektroden, von denen nur zwei Gruppen, die erste Gruppe 71 und die letzte Gruppe 71n dargestellt sind. Jedes Schieberegister in jedem Satz ist mit einem entsprechenden Schieberegister 75, 76 oder 77 gekoppelt.

Jedes Dreifach-Schieberegister kann z.B. ein Ladungskopplungsschieberegister sein mit zwei oder drei Phasen, wie es beispielsweise in der USA-Patentschrift Nr. 3 819 959 beschrieben ist.

So besteht der Dreiersatz 71 aus den drei Drei-Phasen-L'adungskopplungs.schieberegistern 72, 73 und 74. Beim Bau einer solchen Anordnung können unter den Schieberegistern des Dreiersatzes verschiedene Isolatordicken angeordnet werden, um die drei verschiedenen Pegel der pro Dreiersatz erforderlichen elektronischen Potentialminima festzulegen, die für die Bestimmung der drei verschiedenen Farben benötigt

. ' 609834/0646

BU9-74-004 - 19 -

?602U7

werden. Bei Benutzung drei verschiedener Oxyddicken können übliche Ladungskopplungsimpulse dazu benutzt werden, die empfangene Information aus jedem Register zu schieben.

So ist beispielsweise die Oxyddicke unter dem Register 72 geringer als die unter dem Register 73, und diese ist wiederum kleiner als die Oxyddicke unter dem Register 74. Darstellungsgemäss enthält jedes Register mehrere Elektroden. Bei einem Betrieb als Fotoelement werden nur die Elektroden der ersten Phase eines jeden Schieberegisters in jedem Dreiersatz vorgespannt, um als Fotoelement zu dienen. Da würden z.B. im Register 72 die Elektroden 72a und 72d vorgespannt, um als Fotoelemente zu dienen, während die vorletzte Elektrode 72t ein Uebertragungsglied wäre und die letzte Elektrode 72x über einer geeigneten Abfühldiffusion läge und mit einem anderen Schieberegister 77 gekoppelt wäre.

Wenn belichtet wird, wäre beispielsweise das Register 74 primär empfindlich für das Lichtspektrum unterhalb des blauen Referenzpegels, das Register 73 für das Spektrum unterhalb des grünen Referenzpegels und das Register 72 für das gesamte Spektrum unterhalb des roten Referenzpegels.

609834/0648

BU9-74-004 - 20 -

2602U7

Nun wird zuerst die Information unter jeder ersten Phasenelektrode gespeichert.und dann in bekannter Ladungskopplungs-Schiebetechnik auf die drei 1 χ m Schieberegister 75, 76 und 77 ausgeschoben. Somit wird ein Informationsbit aus jedem Schieberegister in jedem Dreiersatz in der-Anordnung in ein entsprechendes Register 75, 76 und 77 geschoben. Die von diesen drei Registern empfangene Information wird dann auf eine Reihe von Abfühlverstärkern 28, 29 und 30 ausgeschoben, die den in Fig. 2 und 3 gezeigten Verstärkern identisch sind, Wenn die Schieberegister 75, 76 und 77 einmal leer sind, wird das nächste Informationsbit von den Dreiersätzen eingeschoben und die Schrittfolge dann wiederholt.

Wenn die Information einmal in die Abfühlverstärker eingeleitet wurde, wird sie genauso verarbeitet, wie es oben beschrieben wurde, d.h. der Fotostrom wird abgefühlt und in die entsprechenden Spannungen umgewandelt, die die Farbe des auf die Anordnung auftreffenden Lichtes darstellen.

Obwohl Isolatordicken beschrieben wurden, um die benötigte unterschiedliche Raumladung oder die Verarmungstiefen festzulegen, kann man das natürlich auch über die Spannung oder die Dotierungskonzentration der Oberfläche erreichen.

609834/0646

BU9-74-004 - 21 -

Claims

PATENTANSPRÜCHE

λ.J Photoelektronisches Bauelement mit PN-Übergang und über einer

isolierenden Schicht angebrachten Oberflächenelektroden, gekennzeichnet durch Mittel zum Anlegen elektrischer Spannungen an die Halbleiterzonen und wenigstens eine der Oberflächenelektroden derart, daß unter den Oberflächenelektroden jeweils ein Photoelement wirksam ist, das für einen vorgebbaren Spektralbereich elektromagnetischer Strahlung empfindlich ist, und durch mit dem jeweils so gebildeten Photoelement verbundenen Anzeigemitteln zur Erfassung der hierauf wirksamen Strahlungsintensität im jeweiligen Spektralbereich.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oder jeweils ein Teil der Oberflächenelektroden als ladungsgekoppeltes Schieberegister ausgebildet sind.

Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Schieberegister wenigstens eine Elektrode lichtempfindlich ist und daß verschiedene Betriebsspannungen für die lichtempfindlichen Elektroden der Schieberegister vorgesehen sind, derart, daß jede Elektrode für einen bestimmten Spektralbereich elektromagnetischer Strahlung empfindlich ist.

Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spektralbereiche zwischen 3500 und 8000 A liegen.

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, in welcher sich eine Zone zweiter Leitfähigkeit parallel zu den Oberflächenelektroden erstreckt und von dieser durch die Zone erster Leitfähigkeit getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (17) durch die vorgesehenen Betriebsspannungen gegenüber der Zone zweiter Leitfähigkeit (16) so aufgeladen wird, daß in der Zone erster Leitfähigkeit (14) eine Verarmungsregion entsteht.

/ι

BU9-74-004 - 22 -

_f. 2602U7

Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen derart gewählt sind, daß in bestimmter Tiefe in der Zone erster Leitfähigkeit (14) ein Maximum der Elektronenpotentialenergie (23) entsteht.

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel einen Abfühl verstärker (28) umfassen, der eine zweite Zone zweiter Leitfähigkeit (21) im Halbleiter (14) aufweist, welche mit mindestens einer Oberflächenelektrode (22) leitend verbunden ist, sowie ein Übergangsgate (20), das durch eine weitere Oberflächenelektrode gebildet und zwischen der als Photoelement dienenden Elektrode (17) und der zum Abfüh!verstärker gehörenden Elektrode (22) angeordnet ist.

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel eine den Abfühlverstärker (28) enthaltende Farbanalyseschaltung umfassen, welcher mit mehreren Meßverstärkern (28a, b, c) verbunden ist, die ihrerseits je an einen Farbaddierer (31, 32, 33) angeschlossen sind.

Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfühlverstärker eine zweite Zone zweiter Leitfähigkeit (21) im Halbleiterkörper (14) aufweist sowie einen Feldeffekttransistor (36), dessen Gate (42) mit der zweiten Zone, dessen Drain mit einer Spannungsquelle (43) und dessen Source mit den Meßverstärkern verbunden sind, und daß jeder Meßverstärker einen Feldeffekttransistor (53, 54, 55) aufweist, dessen Gate (50, 51, 52) mit dem Abfühlverstärker, dessen Drain mit einer Spannungsquelle (56, 57, 58) und dessen Source mit dem Farbaddierer (31, 32, 33) verbunden ist.

BU9-74-004 - 23 -