DE2308027A1

DE2308027A1 - Halbleiteranordnung zur umwandlung eines strahlungsbildes in elektrische signale

Info

Publication number: DE2308027A1
Application number: DE19732308027
Authority: DE
Inventors: Arthur Marie Eugen Hoeberechts
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-02-25
Filing date: 1973-02-19
Publication date: 1973-08-30
Also published as: NL7202478A; AU5238473A; AU473881B2; JPS48101090A; FR2173096B1; GB1416498A; IT977865B; JPS5129800B2; US3978512A; FR2173096A1; CA963065A

Description

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ρπα _N.v. Philips' ca-;'~-r-3pW

AUeNo. ΡΗΙί- 6159

-ua »am» 16. Febr. 1973

Halbleiteranordnung zur Umwandlung eines Strahlungsbildes in elektrische Signale.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung zur Umwandlung eines Strahlungsbildes in elektrische Signale, die einen Halbleiterkörper mit einem mit einem Anschlussleiter versehenen Substratgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp enthält, welcher Halbleiterkörper eine wenigstens örtlich mit einer dielektrischen Schicht überzogne Oberfläche aufweist und eine an diese Überfläche grenzende strahlun^serapfindliche Schicht zur Umwandlung auffallender Strahlung in ein elektrisches Signal enthält, wobei diese strahlungsempfindliche Schicht von einem Bündel geladener Teilchen abgetastet werden kann, wobei auf der Seite der genannten Oberfläche mindestens eine Gruppe von Indikatorelementen vorgesehen ist, die in der Zeilenabtastrichtung in regelnäsüigen Abständen voneinander liegende Gebiete bilden, die für das abtastende Bündel äLtiä j4.toapfcajTÄ .aufweisen, die von der der übrigen

Teile des Körpers verschieden iat.

Eine derartige Anordnung ist z.B. aus der niederländischen Offenlegungsschrift 7·1Ο4·476 bekannt. Darin ist u.a. eine Aufnahmeröhre zur Umwandlung eines Farbbildes in ein Farbvideosignal beschrieben, in der als Auftreffplatte ein Halbleiterkörper der obengenannten Art verwendet wird. Diese Auftreffplatte wird durch ein plattenförmiges nleitendes Siliciumsubstrat gebildet, in dem an einer Oberfläche eine ein Mosaik p-leitender Oberflächenzonen enthaltende Strahlungsempfindliche Schicht angebracht ist, welche Oberflächenzonen mit dem angrenzenden η-leitenden Silicium je einen sfcrahlungsempfindlichen pn-Uebergang bilden. Die genannte Oberfläche ist mit einer dielektrischen Schicht homogener Dicke mit Oeffnungen oberhalb der p-leitenden Zonen überzogen, während jeweils zwischen zwei dieser Zonen auf der dielektrischen Schicht quer zu der Zeilenabtastrichturig eine als Indikatorelement dienende streifenförmige Metallschicht angebracht ist.

Bei dieser bekannten Anordnung bilden die Indikatorstreifen zwei Gruppen, die je in der Zeilenabtastrichtung einen Teilungsabstand aufweisen, der von dem Teilungsabstand (Abstand von Mitte bis Mitte) der strahlungsempfindlichen Elemente, in diesem Falle der p-leitenden Oberflächenzonen mit zugehörigen pn-Uebergängen, verschieden ist. Dabei sind die Steifen einer Gruppe, in der übtastrichtung gesehen, wechselweise mit einem ersten Leiter verbunden, während die zwischenliegenden Streifen mit einem zweiten Leiter verbunden sind. Die beiden genannten Leiter sind elektrisch gegen das Substrat isoliert und sind mit einer Signalquelle verbunden, die ein Wechselsignal in Form rechteckiger Impulse liefert, das mit der Zeilenabtastperiode synchronisiert ist und dessen Impulsbreite gleich der Zeilonabtastperiode ist„ Während aul'eiuandorfolgender Zeilenabtastperioden weisen dadurch die _,v.iikatorstreifen ein verschiedenes, aber während der^eloen Zeilenabtastperiode konstantes,

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Potential auf. Infolgedessen weist eine bestimmte strahlungsempfindliche Diode während aufeinanderfolgender Zeilenabtastperioden eine verschieden Akzeptanz für den angebotenen abtastenden Elektronenstrahl auf, wodurch einem mit dem Substrat verbundenen Anschlussleiter ein Indexsignal entnommen werden kann.

Unter "Akzeptanz" ist hier, wie üblich, der Bruchteil der gesammten auf einen Oberflächenteil der Auftreffplatte gerichteten Elektronen zu verstehen, der diesen Oberflächenteil erreichen kann, und diese Akzeptanz wird durch die elektrische Feldstärke an und nahe bei dem betrachteten Oberflächenteil bestimmt.

Das genannte Indexsignal gibt daher eine Korrelation zwischen einer bestimmten Zeilenabtastperiode und der während dieser Periode abgetasteten Gruppe von Dioden an und bietet dadurch grundsätzlich die .uöglichkeit, durch die Anordnung verschiedener Farbfilter vor den während aufeinander folgender Zeilenabtastperioden abgetasteten Dioden Signale, die zu aufeinanderfolgenden in verschiedenen Farben aufgenommenen Bildern gehören, voneinander zu trennen.

Ein wesentlicher Nachteil der beschriebenen bekannten

Anordnung ist der, dass die Information, aus der das Farbsignal für eine bestimmte Farbe erhalten wird, aue dem Abtasten nicht benachbarten Zeilen aufgebaut ist, weil aus den zwischenliegenden Zeilen die Information für die andere(n) Farbe(n) erhalten wird. Dies veranlasst einen erheblichen Verlust an Auflösungsvermögen.

Ein weiterer Kachteil ist der, dass zum Erhalten des Indexsignals eine zusätzliche WechselSpannungsquelle erforderlich ist.

Die Erfindung bezweckt u.a., eine Halbleiteranordnung zur Umwandlung eines Strahlungsbildes in elektrische Signale zu schaffen, die sich u.a. zur Aufnahme eines Farbbildes eignet und bei der die obengenannten bei bekannten Anordnungen auftretenden Nachteile nicht oder wenigstens in viel geringerem Masse auiteten.

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Die Erfindung bezweckt weiterhin, eine Aufnahmeröhre zur Umwandlung eines Farbbildes in ein Farbvideosignal zu schaffen, bei der nur eine Auftreffplatte und ein optisches System verwendet werden und bei der ein hohes Auflösungsvermögen bei geringer Trägheit und unter Verwendung einer verhältnismässig einfachen Schaltung erreicht wird.

Der Erfindung liegt u.a. die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Benutzung wenigstens teilweise durch Unterschiede in der Dicke der dielektrischen Schicht herbeigeführter Akzeptanzunterschiede wichtige schalttechnische und technologische Vorteile erhalten werden können.

Daher ist eine Halbleiteranordnung zur Umwandlung eines Strahlungsbildes in elektrische Signale der eingangs beschriebenen Art nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass auf der strahlungsempfindlichen Schicht Indikatorelemente vorgesehen sind, die einen Halbleiteroberflächenbereich enthalten, auf dem die Dicke der dielektrischen Schicht von der Dicke der dielektrischen Schicht auf den angrenzenden Oberflächenteilen abweicht.

Dabei sei bemerkt, dass die abweichende Dicke auch Null sein kann, so dass stellenweise die dielektrische Schicht völlig fehlt. Dies . trifft in anderen Fällen für die angrenzenden Teile der dielektrischen Schicht zu, die z.B. eine Dicke Null aufweisen können, wenn die zu den Indikatorelementen gehörigen Teile der dielektrischen Schicht nicht eine Dicke Null aufweisen. Der Ausdruck "abweichende Dicke" soll also im ob-enstehenden weiten Sinne aufgefasst werden.

Die Indikatorelemente nach der Erfindung sind, im Gegensatz zu diesen Elementen bei der beschriebenen bekannten Anordnung, nicht völlig elektrisch gegen das Substratgebiet isoliert, sondern der abtastende Strahl ist über eine Impedanz, die völlig oder zum Teil durch das Subβtratgebiet und den genannten Teil mit abweichender Dicke der

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dielektrischen Schicht gebildet wird, wenigstens wechselstrommässig elektrisch mit dem auf dem Substratgebiet angebrachten Anschlussleiter verbunden. Dadurch können, wie nachstehend im Detail beschrieben werden wird, wichtige Verteile, insbesondere ein grosses Auflösungsvermögen, erhalten werden, weil eine punktsequentielle Farbabtastung statt einer zeilensequentiellen Abtastung, wie bei der bekannten Anordnung, verwendet werden kann. Weiter können beträchtliche schalttechnische Vorteile erhalten werden, wie noch näher beschrieben werden wird. Die Indikatorelemente nach der Erfindung können weiter besonders einfach sein und z.B. nur aus einer örtlichen Verdünnung der dielektrischen Schicht bestehen. Dadurch wird die Akzeptanz an der Stelle eines Indikatorelements anders als an angrenzenden Stellen auf der Platte sein.

Die strahlungsempfindliche Schicht kann z.B. eine kontinuierlich zusammenhängende Schicht mit einer derartigen Dicke und einem derartigen spezifischen Widerstand sein, dass praktisch kein Strom in einer Richtung parallel zu der Schicht fliessen kann, so dass ein Element der Schicht, das von einem Komponenten des Strahlungsbildes aufgeladen wird, sich in bezug auf den benachbarten Schichtelement verhält, als ob es davon elektrisch getrennt wäre. Die Erfindung ist jedoch von besonderer Bedeutung in dem obenbeschriebenen Falle, in dem die strahlungsempfindliche Schicht ein i.iosaik voneinander getrennter, praktisch identischer strahlungsempfindlicher Elemente enthält, die wenigstens in der Zeilenabtastrichtung in gleichen gegenseitigen Teilungsabständen liegen, wobei die zu einer Gruppe gehörigen Indikatorelemente in der ZeilenabtaüT.richtung einen Teilungsabstand aufweisen, der von dem Teilungsabstar,α ltr strahlungsempfindlichen Elemente verschieden ist,. In diesem Falle können die Elemente, aus denen die strahlungsempfindliche Schicht u.a. zusammengesetzt ist, nämlich technoligisch auf besser reproduzierbarem Wege erhalten werden, während ausserdem infolge der elektrischen

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Trennung der Elemente der Widerstand der Schicht parallel zu der Schichtrichtung für diese Trennung praktisch nicht wesentlich ist. Dadurch, dass ferner die strahlungsempfindlichen Elemente wenigstens in der Zeilenabtastrichtung in gleichen gegenseitigen Teilungsabständen liegen, wird das Auflösungsvermögen durch das Vorhandensein der indikatoreleciente nicht beeinträchtigt.

Obschon die zu den Indikatorelemeriten gehörigen Überflächenteile mit Teilen abweichender lücke der dielektrischen ochicht sich, wie aus der weiteren Beschreibung hervorgehen wird, auch ausserhalb aes für Strahlungsumwandlung bestimmten Üebietes cies Mosaiks befinden können, ist eine besondere bevorzugte Ausführungsform dadurch _oe.< em.zeichne t, dass die zu den Indikatorelementen gehörenden Überflächenbereiche r:iit abweichender Dicke der dielektrischen Schicht sich zwischen den strahlungsempfindlich^ Elementen befina.:n. in diesel:; Falle könnc-n α Le Indikatorelemente lediglich durch die genannten Teile abweichenuer Dicke gebildet werden, so dass die Struktur sehr einfach wird.

Line wichtige bevorzugte Aasführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Indikatorelemente Oeffnungen in eier dielektrischen Schicht enthalten. In der einfachsten Ausführungsform bestehen dabei die Indikatorelemente lediglich aus diesen Oeffnungen, aber manchmal kann es vorteilhaft sein, in den Oeffnungen auf der Halbleiteroberfläche eine oder mehrere Schichten aus einem von der dielektrischen Schicht verschiedenen, isolierenden oder mehr oder weniger gut leitenden idaterial anzubringen, z.is. u:.i die gewünschte Akzeptanz zu erhalten, dadurch, dass aie Widerstand zwischen α en; Elektronenstrahl ui.l dem Substratgebiet beeinflusst wird.

Nach einer sehr günstigen iiusfünrun_ösform enthalten aie Indikatorelemente quer zu der Zeilenabtas trichtang ve: . uiiiide iieihen voneinander getrennter Oeffnungen in der dielektrischen Schicht. l,ine sehr einfache Ausführung wird erhalten, wenn die Oeffnungen üurOn quer

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zu der Zeilenabtastrichtung verlaufende Spalte in der dielektrischen ocjiicht gebildet werden.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthalten die Indikatorelemente einen Teil der, dielektrischen Schicht mit örtlich grösserer Dicke als die der angrenzenden Teile der Schicht. Auch in diesem Falle wird die Akzeptanz an den Stellen der Indikatorelemente anders als an anderen Stellen auf der Platte sein.

Wie bereits bemerkt wurde, können die Indikatorelemente

ausser einem Oberflächenbereich mit einem Teil der dielektrischen Schicht mit abweichender Dicke, eine "leitende Schicht enthalten mit deren Hilfe die Indikatorelemente z.B. auf ein geeignetes Potential gebracht werden können. Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die Indikatorelemente quer zu der Zeilenabtastrichtung verlaufende leitende Schichten enthalten, die mit einem gemeinsamen Anschlussleiter verbunden sind. Es sei bemerkt, dass die leitenden Schichten und auch der Anschlussleiter aus einem mehr oder weniger stark dotierten Halbleitermaterial, z.B. polykristallinem Silicium, bestehen können.

Unter Umständen kann vorteilhaft die hier beschriebene

Struktur derart ausgebildet werden, dass die zu mindestens zwei Gruppen von Indikatorelementen gehörigen leitenden Schichten und Anschlussleiter ineinander eingreifende, vorzugsweise kammartige Muster bilden.

Die Indikatorelemente können auch über einen Reihenwideretand mit dem Anschlussleiter des Substratsgebietes verbunden werden. Dies kann z.B. erforderlich sein, damit die Indikatorelemente auf das gewünschte Potential in bezug auf den Anschlussleiter gebracht werden kann. Der genannte Reihenwiderstand kann auf verschiedene Weise gebildet werden, und zwar z.B. durch einen auf die dielektrische Schicht aufgedampften Widerstand, durch einen in das Substratgebiet eindiffundierten Widerstand, der mit einem Anechlussleiter versehen ist, über einen ausser-

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halb der Auftreffplatte liegenden Aussenwiderstand, oder auf andere Weise. Dabei wird nach einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform der Reihenwiderstand völlig oder teilweise durch einen Teil einer auf praktisch dem ganzen strahlungsempfindlichen Gebiet angebrachten Widerstandsschicht mit einem Schichtwiderstand von mindestens 10 -"-/Q gebildet, der in der Fachliteratur gewöhnlich als "resistive sea" bezeichnet wird. Da in vielen Fallen eine derartige "resistive sea" bereits vorhanden ist, lässt sich diese bevorzugte Ausführungsform auf besonders einfache Weise erzielen.

Wenn die Anordnung als Auftreffplatte zur Umwandlung eines Farbbildes in elektrische Signale dient, wobei jedem Element ein Farbfilter vorgeschaltet ist, wird es beim Abtasten aufeinanderfolgender Farben in vielen Fällen erwünscht sein, ein Einschwingsignal zu erhalten, das den Anfang einer Zeilenabtastperiode angibt. Aus diesem Einschwingsignal lässt sich dann ableiten, welcher Farbe ein von einem bestimmten strahlungsempfindlichen Element herrührendes Signal entspricht.

Ein derartiges Einschwingsignal kann z.B. mittels einer sich ausßerhalb des Halbleiterkörpers befindenden Schaltung erhalten werden. Eine sehr wichtige bevorzugte Ausführungsform ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass, in der Zeilenabtastrichtung gesehen, in einer Reihe in gleichen Teilungsabstand liegender strahlungsempfindlicher Elemente eine, vorzugsweise ausserhalb des für Strahlungsumwandlung bestimmten Gebietes liegende, Einschwingstruktur angebracht ist, wodurch eine Akzeptanzänderung bewirkt wird, die ein Einschwingsignal veranlasst, das den Anfang einer Zeilenabtastperiode angibt. Auf diesem Wege wird ein Einschwingsignal auf sehr einfache Weise mittels einer Einschwingstruktur erhalten, die beliebig gewählt und zugleich mit anderen Teilen des Halbleiterkörpern mit Hilfe derselben Techniken erhalten werden kann.

Obschon die Anordnung nach der Erfindung auch zur Umwandlung von z.B. Strahlungsbildern, die dadurch erhalten werden, dass man

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Licht durch Lochkarten fallen lässt, oder von Mustern von Teilchenstrahlung (Korpuskularstrahlung) verwendet werden kann, ist sie von besonderer Bedeutung ale Auftreffplatte zur Anwendung in der Aufnahme zur Wiedergabe von Farbvideosignalen. In diesem Zusammenhang bezieht sich die Erfindung weiterhin insbesondere auf eine Aufnahmeröhre zur Aufnahme von Farbvideosignalen, die eine Elektronenquelle enthält, die einen Elektronenstrahl erzeugen kann, mit dessen Hilfe eine Auftreffplatte abgetastet werden kann, die durch den genannten Halbleiterkörper gebildet wird, wobei auf der Seite der einfallenden Strahlung streifenförmig Farbfilter angebracht sind, die einen in einer Richtung quer zu der ^eilenabtastrichtung verlaufenden streifen der strahlungsempfindlichen Schicht nur der von einem einzigen Filter durchgelassenen Strahlung aussetzen.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigent

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch Fig. 1 längs der Linie Ii-Ii

Figuren 3-5 Querschnitte durch die Anordnung nach den Figuren 1 und 2 längs der Linie II-II während aufeinanderfolgender Herstellungsstufen,

Fig. 6 schematisch eine in die Schaltung aufgenommene Aufnahmeröhre nach der Erfindung,

Fig. 7 eine Draufsicht auf eine Einschwingstruktur,

Fig. θ die Signalamplitude als Funktion der Kreisfrequenz to für verschiedene der mittels der Anordnung nach der .Erfindung erhaltene Signale,

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Fig. 9 eine Draufsicht auf eine andere Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 10 eine Draufsicht auf eine andere Anordnung nach der Erfindung,

Figuren 11 und 12 scheiiatisch (querschnitte durch die Anordnung nach Fig. 10 längs der Linien Xi-Xx und Xli-Xii,

Fig. 13 eine Draufsicht auf eine weitere Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 14 scheuatisch einen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 1J längs der Linie XIV-XIV,

Fig. 15 eine Draufsicht auf eine noch weitere Anordnung nach der Erfindung, und

Fig. 16 schematisch einen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. 15 längs der Linie XVi-XVl.

Die Figuren sind schematisch und nicht masstäblich gezeichnet. Entsprechende Teile sind in den Figuren in der Hegel mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Teil

einer Halbleiteranordnung nach der Erfindung und Fig. 2 zeigt schematisch einen Querschnitt durch Fig. 1 längs der Linie il-II. Die Anordnung enthält in diesem Beispiel eine Auftreffplatte für eine Farbvideo-Auinahmeröhre zur Umwandlung eines Strahlungsbildes in elektrische Signale. Die Auftreffplatte enthält einen Halbleiterkörper 1 aus n-leitendem Silicium mit einem mit einem ringförmigen ohmschen kontakt 10 und einem Anschlussleiter 11 versehenen η-leitenden Substratgebiet 2. Der Halbleiterkörper hat eine Oberfläche 3» die örtlich mit einer dielektrischen Schicht 4 aus Siliciumdioxyd überzogen ist. Der Körper enthält weiter eine strahlungsempfindliche Schicht zur Umwandlung in Richtung der Pfeile 5 einfallender Strahlung in ein elektrisches üignal. Die strahlung-

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^ ΑΙ. -

empfindliche Schicht enthält ein Mosaik voneinander getrennter, praktisch identischer strahlungsempfindlicher Lleinente in Form von Dioden, die aus in den Korper eindiffundierten p-leitenden Zonen 6 bestehen, die mit dem Substratgebiet 2 pn-Uebergänge 7 bilden. Diese Dioden bilden Kapazitäten, die von einem Elektronenstrahl (siehe Pfeil 8) in der Zeilenabtastrichtung 9 abgetastet und auf eine vorgegebene Spannung aufgeladen werden, infolge der von der aul'fallenden Strahlung 5 in dem Halbleiterkörper erzeugten Ladungsträger werden die Dioden mehr oder weniger stark entladen, und das verschiedene Ausmass der Entladung wird in Form von Aenderungen gemessen, die während der nächstfolgenden Zeilenabtastperiode in der Stromstärke des Elektronenstrahls 8 auftreten und zwischen dem Anschlussleiter 11 und der Kathode der Elektronenquelle gemessen werden. Die Dioden (6/2) liegen in der Zeilenabtastrichtung 9 in gleichen gegenseitigen l'eilungsabständen.

Auf der Seite der einfallenden Strahlung 5 ist vor und praktisch auf der Auftreffplatte eine Reihe streifenförmiger Filter R, G, B angeordnet, die nacheinander einen roten, grünen und blauen Wellenlängenbereich durchlassen, so dass, in der Zeilenabtastrichtung 9 gesehen, aufeinanderfolgende Dioden von Licht verschiedener Farben getroffen werden. Auf der Seite des Filters ist eine dünne diffundierte hochdotierte η-leitende Schicht 12 aui der ganzen Oberfläche der Auftreff platte angebracht. Auf der anderen Seite ist die Auftreffplatte mit einer Schicht 13 aus Antimontrisulfid (Sb_S,) mit einer Dicke von 0,1 /um und einem Schichtwiderstand von ca 10 -Ω /Qüberzogen. Diese Schicht weist einen hohen widerstand in einer Richtung parallel zu der Schicht auf und dient zur Verhinderung der Aufladung der Oxydschicht 4 durch

den Elektronenstrahl.

Um zu bestimmen, hinter welchem Filterstreifen sich eine gegebene während einer Zeilenabtastperiode abgetastete Diode befindet,

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sind weiter auf der Auf treffplatte zwischen den Dioden Indikatoreleinente 14 angebracht, die in der Zeilenabtastrichtung 9 in re&elmätssigen Abständen voneinander liegende Gebiete bilden, die für den abtastenden Strahl eine Akzeptanz aufweisen, die von der auf den übrigen Teilen der Auitreffplatte verschieden ist. Die dadurch herbeigeführten btromstärkeänderungen des Elektronenstrahls ö rufen ein Indexsignal hervor, mit dessen Hilfe die zu den verschiedenen Filterarten gehörigen Bilder voneinander getrennt werden können.

Nach der Erfindung enthalten die Indikatoreleinente I4 einen Oberflächenbereich auf welchem die Dicke der dielektrischen Schicht 4 von der Dicke der auf den angrenzenden Teilen der Oberfläche 3 vorhandenen dielektrischen Schicht 4 abweicht. Im vorliegenden Beispiel werden die Indikatorelemente auf sehr einfache Weise durch Teile der dielektrischen Schicht mit einer Dicke 0, d.h. durch Oeffnungen in der dielektrischen Schicht 4 in Form von Spalten 14 gebildet, die quer zu der Zeilenabtastrichtung 9 verlaufen. Die Indikatorelemente I4 weisen, in der Zeilenabtastrichtung 9 gesehen, einen Teilungsabstand I5 auf, der gleich dem Zweifachen des Teilungsabstandes 16 der strahlungsempfindlichen Dioden (6/2) ist, und sind über die v/iderstandsschicht 13 mit den Dioden (6/2) verbunden, wodurch der durch die Schien I3 gebildete Widerstand derart hoch ist, dass nahezu keine Information von der Diode zu dem Indikatorelement abfliessen kann.

Die beschriebene Auftreffplatte kann z.B. auf folgende

Weise hergestellt werden (siehe Figuren 2 bis 5)· Es wird (siehe Fig. 3) von einer η-leitenden Siliciumplatte 2 mit einem Durchmesser von 25 mm, einem spezifischen Widerstand von 10-Π. cm und einer Dicke von 200/um ausgegangen. Diese Platte wird poliert und gereinigt und dann auf übliche Weise thermisch oxydiert, bis eine Oxyddicke von 1 ,um erreicht ist. Dann wird eine Photoresistmaske mit Fenstern mit einem uurch;;;easer von 10/um und einem Teilungsabstand von 25 mm in der k,eilenabtaütrichtung

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und von 17/um in einer zu dieser Richtung senkrechten Richtung angebracht, wonach die innerhalb der Fenster liegenden Teile der üxydachicht 4 weggeätzt werden. Ueber die erhaltenen fenster in dem uxyd wird anschliessend Bor bis zu einer Tiefe von 2/um mit einem Oberflächenwiderstand von 200 Λ /Oeindif fundiert, wobei die Gebiete 6 gebildet werden (Fig. 3)·

Danach werden unter Verwendung einer neuen rhotoresistmaske Spalte 14 mit einer Breite von 3/um und einem Teilungsabstand von 50/um in die Oxydschicht geatzt. Die Siliciumplatte wird dann, mit Ausnahme eines 1 mm breiten Gebietes am Hände, dünn geätzt bis zu einer endgültigen Dicke von 10 /um (Fig. 5)· Durch eine 0,2 /um tiefe Phosphorkontaktdiffusion 12 werden hochdotierte η-leitende Oberflächenschichten in den Spalten 14 und auf den gegenüberliegenden Seiten der Scheibe angebracht (Fig. 5).

Dann wird die während der Bordiffusion gebildete Glasschicht der Dioden geatzt und wird die Platte einer Ausglühbehandlung bei 400⁰C während einer Stunde in feuchtem Stickstoff unterworfen. Anschliessend wird auf der Seite der Dioden über die ganze Oberfläche eine ca 0,1 ,um dicke Schicht Sb S, aufgedampft (siehe Fig. 2).

Die so erhaltene Auttreffplatte wird dann in einer Aufnahmeröhre montiert und dabei mit einer Kontaktschicht 10 und einem Anschlussleiter 11 versehen. Die Aufnahmeröhre ist schematisch in einem Blockschaltbild der Fig.6 dargestellt und kann z.B« au! die dort angegebene V/eise in eine Schaltung aufgenommen werden. Dabei wird mit 20 die Aufnahmeröhre bezeichnet, die mit Fokusaier- und üblenkspulen 21 und einer Elektronenquelle in Form eines ^lektronenstrahlerzeugungssystems 22 versehen ist, das einen blektronenstrahl 23 erzeugen kann, mit dem die üUitreffplatte 1 abgetastet wird, iiuf der Seite der über das optische System 24 aui die Auftreffplatte 1 einfallenden Strahlung sind die in den

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Figuren 1 und 2 mit ti, G, B bezeichneten streifen!"örmigen Farbfilter 25 angebracht, die einen in einer Richtung quer zu der Zeilenabtastrichtung verlauienden Streifen der strahlungsempfindlichen Schicht und die sich darin befindende Reihe strahlungsempfindlicher Elemente nur der von einem einzigen Filter durchgelassenen Strahlung aussetzen.

Die weiteren Teile der Schaltung sind wie folgt bezeichnet:

26 = Vorverstärker

27 = Tiefpass
28-31 = Bandpassfilter

32 = Verzögerungsleitung

33t34 = Vervielfacherschaltungen

35 = Vervielfacher- und Teilerschaltung

36,37 = Amplitudenbegrenzer

38 = iJatrixschaltung

39 = elektronischer Schalter, der während der Einschwingabtast-

zeit geschlossen und weiter geöffnet ist,

40 = Phasendrehung um 90°.

An Hand der Schaltung nach Fig. 6 wird nun näher auseinander gesetzt, warum die Anwendung der Anordnung nach der Erfindung auch grosse schalttechnische Vorteile ergibt. Die Struktur einer Auftreffplatte nach der Erfindung ermöglicht es nämlich u.a., ein Indexsi^nal zu erhalten, das von der Lichtstärke des auf die auftreffplatte auffüllenden ötrahlungs bildes praktisch unabhängig ist.

Das dem Ausgang eines Vorveratärkers Zb entnommene Signal

V (siehe Fig. 6) hat die Form:
s

V = A +A. sin IVt + A„ cosu^t + A, cos sol 2 3

<f) ,A₄COS (^ ♦*),

wobei A , A. und A_ lineare Kombinationen der gewünschten ^

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signale sind,

A, = die Amplitude der Indikatorträgerwelle, A. = die Amplitude der Einschwingträgerwelle, •<J> und y= Phasenwinkel,
**> = Kreisfrequenz der Farbträgerwelle,
t = Zeit,

m und η = ganze Zahlen, wobei m £ η ist.

Das Verhältnis — gibt das Verhältnis zwischen dem Teilungsabstand zwischen den tstrahlungsempfiridlichen Elementen für dieselbe Farbe und dem Teilungsabstand der indikatoreluiuente an. Durch Anwendung einer Auftreffplatte nach der Erfindung auf die obenbeychriebene Weise wird A, praktisch unabhängig von der Intensität des ütrahlungsbildes, indem die Iridikatorelemente infolge des hohen V/iderstandes in Reihe mit dem Elektronenstrahl, den sie darstellen, sich praktisch wie eine Stromquelle verhalten, die das Indikatorsignal erzeugt.

Die praktisch vollständige Unabhängigkeit von A,von dem

m Licht ergibt ausserdem den Vorteil, dass die Indikatorfrequenz —tu praktisch keine unerwünschten Modulationsprodukte enthält, die das Färbsignalband beeinträchtigen könnten.

Im obenbeschriebenen .Beispiel ist m = 3 und η = 2 gewählt.

Das Einschwingsignal wird durch vorzugsweise ausserhalb der vom Strahlungsbild beanspruchten Oberfläche angebrachte Einschwingstrukturen erhalten. Eine derartige Einschwingstruktur kann auf verschiedene Weise gebildet werden und ist eine struktur mit Akzeptanzänderungen, die eine Frequenz aufweisen, die von der des übrigen strahlungsempfindlichen idosaiks mit Indikatorelementen verschieden ist. Im beschriebenen .Beispiel ist eine Linschwingstruktur uadurch erhalten, dasts au itande der Platte einige Liale jeder dritte Indikatorspalt weggelassen wird (siehe Fig. 7> in der schematisch eine Draufsicht auf einen in der Mähe des handes liegenden Teil dar_eestellt ist).

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In Fig. 8 sind für das beschriebene Beispiel schematisch das Leuchtdichte- oder Videoband (A )_f das Farbfrequenz- oder Chromaband (A₁IAp), die Einschwingfrequenz (A.) und die Indikatorfrequenz (A,) angegeben. Es sei darauf hingewiesen, dass die Indikatorfrequenz A, weit aus serhalb der A -, A.- und Ap-Jiaxima liegt und sich das Indikatorsignal daher leicht ausfiltern lässt| dies im Gegensatz zu bekannten Strukturen.

Es sei noch bemerkt, dass in gewissen Fällen m = 1 und η = 2 gewählt werden kann. In diesem Falle, der zu bevorzugen ist, wenn das Leuchtdichteband und das Chromaband sich praktisch nicht überlappen, geht

aus der Formel (i) hervor, dass der Term A. cos ( ⁺ Y)t der Einschwing-

term, überflüssig ist, weil die dadurch bestimmte Frequenz ^Wbereits von dem A,-Term geliefert wird, wodurch die Frequenz tJ einfach durch Verdopplung der Indikatorfrequenz erhalten werden kann. In diesem Falle sind Einschwingstrukturen also überflüssig.

Es ist einleuchtend, dass die Indikatorelemente 14 aus dem beschriebenen Beispiel keine spaltförmigen Oeffungen in der Oxydschicht 4 zu enthalten brauchen. Die Oeffnungen 14 können z.B. auch aus quer zu der Zeilenabtastrichtung 9 verlaufenden Reihen voneinander getrennter Locher in der dielektrischen Schicht bestehen, wie in der teilweisen Draufsicht nach Fig. 9 dargestellt ist.

Fig. 10 zeigt schematisch in Draufsicht und die Figuren 11

und 12 zeigen schematisch im Querschnitt längs der Linien XI-XI und XII-XII der Fig. 10 eine andere Anordnung nach der Erfindung. Die Figuren zeigen wieder, gleich wie die Figuren 1 und 2, eine Siliciumauftreffplatte mit einem η-leitenden Substrat 2, auf dem in diesem Beispiel aber Keine Planar-» sondern Mesa-Dioden in Form p-leitender Zonen 6 angebracht sind, die mit dem η-leitenden Substratgebiet 2 pn-Uebergänge 7 bilden, die an der Oberfläche mit einer Siliciumoxydschicht 4 überzogen sind. Nur ein sehr geringer Teil der Gesamtanzahl Dioden ist dargestellt.

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Die Metallüberzüge 41 * die auf üxydteilen 42 liegen, dienen zur Verhinderung der Aufladung der Oxydschicht 4 durch den Elektronenstrahl und sind der Einfachheit halber in Fig. 10 nicht dargestellt.

Die Indikatorelemente enthalten in diesem Falle daher ausser Oeffnungen 14 in der Oxydschicht 4 ea«Ä. leitenden Schichten 50» wobei die Schichten 50 quer zu der Zeilenabtastrichtung 9 des Elektronenstrahls verlaufen und über die (in diesem Falle ausserhalb des Strahlungsbildes liegenden) Oeffnungen 14 sich dem Substratgebiet 2 anschliessen. Dabei können die leitenden Schichten 50 aus einem Metall, z.B. Aluminium, oder aus einem Halbleitermaterial, z.B. polykristallinem Silicium, das vorzugsweise dotiert ist, bestehen. Auch in diesem Falle bilden die Indikatorelemente (14/50) in der Zeilenabtastrichtung 9 Gebiete, die für den abtastenden Elektronenstrahl eine andere Akzeptanz als die der übrigen Teile der Aul'treffplatte aufweisen. 12 bezeichnet wieder eine η-leitende Kontaktschicht.

In Figuren 10 bis 12 ist jeder leitende Streifen 50 über eine gesonderte Oeffnung 14 in der Oxydschicht mit dem Substratgebiet verbunden. Eine andere ausführungsform ist schematisch in den Figuren 15 und 14 dargestellt, wobei Fig. 13 eine teilweise Draufsicht und Fig. einen scheinatischen Querschnitt längs der Linie XIV-XIV der Fig. 13 zeigt. Dabei bilden die leitenden Streifen 50 zwei Gruppen, die sich an Anschlussleiter 51A bzw. 51B anschliessen und zwei ineinander eingreifende Kamme bilden. Die Anschlussleiter 51A und 51B schliessen sich über Oeffnungen 14 in der Oxydschicht 4 an die Siliciumoberfläche an. In diesem Falle ist der Leiter 51A (siehe Fig. 14) über einen durch eine η-leitende Zone 52, eine p-leitende Zone 53 und das η-leitende Substrat 2 gebildeten Transistor uit dem Substratgebiet verbunden. Der andere Leiter 51B ist über eine Diode dadurch mit dem Substratgebiet verbunden, dass unterhalb des Fensters 14 an der Stelle des Leiters 51B die Zone 52 (siehe Fig. 14) fehlt und nur eine p-leitende Zone 53 vorhanden ist.

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In diesem Beispiel sind zwei Kämme angebracht, die auf verschiedene Weise mit dem Substrat 2 verbunden sind. Dadurch werden diese Kämme stets einen gewissen Potentialunterschied aufweisen, wodurch auch bei Ueberbelichtung, wobei der Akzeptanzunterschied zwischen den Indikatorgebieten und dem übrigen Teil der Überfläche praktisch neutralisiert wird, ein Indexsignal erhalten wird.

In Fig. 14 ist ausserdem angegeben, dass die Farbfilter erwünschtenfalle in dem Halbleiterkörper integriert werden können. In diesem Falle sind hochdotierte η-leitende Streifen 54» 55 und 56 nacheinander auf verschiedenen Tiefen angebracht. Infolge der Absorption in dem η Material wird von den Teilen 54 z.B. Rot + Grün + Blau, von den Teilen 55 nur Hot + Grün und von den Teilen 56 nur Rot durchgelassen.

Pig. 15 zeigt in Draufsicht und Fig. 16 im Querschnitt längs der Linie XVi-XVI ein Ausfuhrungsbeispiel, in dem die Indikatorelemente statt örtlich vorhandener Gebiete der dielektrischen Schicht 4 mit geringerer Dicke als die übrigen Teile der Schicht 4» wie z.B. die Oeffnungen I4 in den Beispielen nach den Figuren 1 bis I4» Bereiche der dielektrischen Schicht mit grösserer Dicke als anderswo auf der Oberfläche 3 enthalten. In diesem Beispiel ist die Oxydschicht nux- an der Stelle der streifenförmigen Gebiete 60 angebracht, die quer zu der Zeilenabtastrichtung verlaufen (siehe Fig. 15)·

In diesem Beispiel wird die strahlungsempfindliche Schicht 61 durch eine kontinuierliche, 0,5/um dicke Schicht aus hochohmigem Sb₉S, gebildet, die auf einem η-leitenden Substrat 62 aus Silicium niedergeschlagen ist und mit diesem einen üeteroübergang bildet, nie Schicht 61 weist in einer Richtung parallel zu der Schicht einen derart hohen Widerstand auf, dass die durch die gestrichelten Linien getrennten, den Farbfiltern (R,G,B) entsprechenden Teile der Schicht 61 in der Praxis als elektrisch getrennte strahlungsempfindliche elemente betrachtet

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werden können.

Es ist einleuchtend, dass sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern dass im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abarten möglich sind. So können die charakteristischen Merkmale der fünf Beispiele nach den Figuren 1 bis 9» Figuren 10 bis 12, Figuren 1J und 14 und .Figuren 15 und 16 auf vielerlei V/eise miteinander kombiniert werden. Insbesondere kann die Struktur nach Fig. 16 und auch die nach Fig. 9 statt der üiodenstruktur in jedem der anderen Beispiele verwendet werden, und umgekehrt. Weiter kann in Fig. 1J statt zwei auch nur eine der beiden Kammstrukturen verwendet werden, wobei ausserdem auch die in Fig. 13 frei liegenden Enden der Streifen 50 miteinander über einen leitenden Streifen verbunden sein können, wodurch die Kammstruktur in eine Gitterstruktur übergeht. Sogar können analog der Fig. 13 zwei ineinander eingreifende Gitterstrukturen verwendet werden, wobei naturgemäss zwischen sich kreuzenden Leitern eine Isolierschicht vorhanden sein muss.

In den Beispielen der Figuren 1 bis 14 können die Gebiete 14 mit abweichender Dicke der dielektrischen Schicht 4 statt sich bis zu der Ilalbleiteroberflache fortsetzender Oeffnungen auch dickere oder dünnere Gebiete der Oxydschicht sein, die z.B. dadurch erhalten werden, dass in der Stufe nach Fig. 4 die Oxidschicht 4 auf andere Weise geätzt wird. Dabei brauchen die zu den Indikatorelemcnten gehörigen Teile mit abweichender Dicke der dielektrischen Schicht nicht aus demselben Material wie die übrigen Teile der dielektrischen Schicht zu bestehen.

Die dielektrische Schicht, die iialbleitergebiete und die

leitenden Schichten können aus anderen als den in den Beispielen genannten Materialien bestehen. Soiern die Indikatorelemente üeffnungen in der dielektrischen ochicht enthalten, wie in den Figuren 1 ois I4, können diese üefi"i:ungen 14 sich entweder direkt an das Substratgebiet 2 (Fig.12)

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anschliessen oder über eine Kontaktdiffueion (12, Fig. 2), über einen in oder auf dem Korper angebrachten, z.B. diffundierten oder auf dem Oxyd liegenden Reihenwiderstand, über eine pn-Diode, über einen Transistor (52-53-2, Fig. 14), über eine"Widerstandssee" oder auf andere Weise mit dem Substratgebiet verbunden sein.

Weiter kann die Schaltung nach Fig. 6 auch bei üufnahmeröhren mit Auftreffplatten nach Fig. 9 bis 16 verwendet werden, obwohl auch andere Schaltungen möglich sind.

Die verwendeten Einschwingstrukturen können grundsätzlich durch jede örtliche Konfiguration von Indikatorelementen und/oder strahlungsempfindlichen Elementen mit einer anderen Periodizität als auf den übrigen Teilen der Halbleiterplatte gebildet werden. So können z.B. in den Beispielen nach den Figuren 10 und I3 Einschwingstrukturen dadurch gebildet werden, dass die leitenden Streifen 50 ^am Rande, und vorzugsweise völlig aus serhalb des Strahlungsbildes in grösserer Entfernung als anderswo angebracht werden.

Statt Licht können als Strahlungsquelle auch Elektronen-Strahlen, die von für mehrere Farben empfindlichen Photokathoden herrühren, die strahlungsempfindlichen Elemente der Auftreffplatte entladen. Auch können die etrahlungsempfindlichen Elemente in anderen gegenseitigen Abständen als in den beschriebenen Beispielen angebracht werden, insbesondere in geringeren gegenseitigen Teilungsabständen, um das Auflösungsvermögen zu vergrössern.

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Claims

Patentansprüche:

Π .J Halbleiteranordnung zur Umwandlung eines Strahlungsbildes in elektrische Signale, die einen Halbleiterkörper mit einem mit einem Anschlussleiter versehenen Substratgebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp enthält, welcher Halbleiterkörper eine wenigstens örtlich mit einer dielektrischen Schicht überzogene Oberfläche aufweist und eine an die Überfläche grenzende strahlungsempfindliche Schicht zur Umwandlung auffallender Strahlung in ein elektrisches Signal enthält, wobei die strahlungsempfindliche Schicht von einem Bündel geladener Teilchen abgetastet wird, wobei auf der Seite der genannten Oberfläche mindestens eine Gruppe von indlkatorelementen vorhanden ist, die in der Zeilenabtastrichtung in regelmassigen Abständen voneinander liegende Gebiete bilden, die für das abtastende Bündel eine Akzeptanz aufweisen, die von der der übrigen Teile des Körpers verschieden ist, dadurch gekennzeichnet, dass auf der atrahlungsempfindlichen Schicht Indikatorelemente vorgesehen sind, die einen Halbleiteroberflächenbereich enthalten, auf dem die Dicke der dielektrischen Schicht von der Dicke der dielektrischen Schicht aul den angrenzenden Oberflächenteilen abweicht.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet

dass die strahlungsempfindliche Schicht ein Mosaik voneinander getrennter, praktisch identischer strahlungsempfindlicher Elemente enthält, die wenigstens in der Zeilenabtastrichtung in gleichen gegenseitigen Teilungsabständen liegen, wobei die zu einer Gruppe gehörigen Indikatorelemente in der Zeiienabtastrichtung einen Teilungsabstand aufweisen, der von dem Teilungsabstand der strahlungsempfindlichen Elemente verschieden ist.
3· halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass die zu den Indlkatorelementen gehörenden Oberflächenbereiche mit abweichender Dicke der dielektrischen Schicht sich zwischen den strahlmigseinpfindlichen Elementen befinden.
4. Halb leiteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch

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gekennzeichnet, dass die Indikatorelemente üeffnungen in der dielektrischen Schicht enthalten.

5· Halbleiteranordnung nach unspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Indikatorelemente quer zu der Zeilenabtastrichtung verlaufende Reihen voneinander getrennter Oeffnungen in der dielektrischen Schicht enthalten.

6. Halbleiteranordnung nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnungen durch quer zu der Zeilenabtastrichtung verlaufende Spalte in der dielektrischen Schicht gebildet werden. 7· Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Indikatorelemente einen Teil der dielektrischen Schicht mit einer örtlich grosseren Dicke als die angrenzenden Teilen der dielektrischen Schicht enthalten.

8. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Indikatorelemente, ausser einem Oberflächenbereich mit einem Teil der dielektrischen Schicht mit einer abweichenden Dicke, eine leitende Schicht enthalten.

9. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Indikatorelemente quer zu der Zeilenabtastrichtung verlaufende leitende Schichten enthalten, die mit einem gemeinsamen Anschlussleiter verbunden sind.

10. Halbleiteranordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass die zu mindestens zwei Gruppen von Indikatorelementen gehörigen leitenden Schichten und Anschlussleiter ineinander eingreifende,, vox-zugsweise kammförmige Muster bilden.

11. Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Indikatorelemente mindestens einer Gruppe über einen Keihenwiderstand mit dem auf dem Substrat^ebiet angebrachten Anschlussleiter verbunden sind.

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12. Halbleiteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Heihenwiderstand durch einen Teil einer praktisch auf der ganzen strahlungsempfindlichen Oberfläche angebrachten Widerstandsschicht mit einem Schichtwiderstand von mindestens 10 ^/Ogebildet wird. 13· Halbleiteranordnung nach Anspruch 2 und einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass, iiy&er Zeilenabtastrichtung gesehen, in einer Reihe strahlungsempfindlicher Elemente eine vorzugsweise ausserhalb des zur Strahlungsumwandlung dienenden Mosaiks liegende Einschwingstruktur angebracht ist, wodurch eine Akzeptanzänderung herbeigeführt wird zum Hervorrufen eines Einschwingsignals das den Anfang einer Zeilenabtastperiode angibt· 14· Halbleiteranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bie 13» dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine durch den genannten Halbleiterkörper gebildete Auftreffplatte zur Anwendung in einer Aufnahmerohre zur Y/iedergabe von Farbvideosignalen ist. 15· Halbleiteranordnung nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Aufnahmeröhre zur Aufnahme von Farbvideosignalen ist und eine Elektronenquelle enthält, die einen Elektronenstrahl erzeugen kann, mit dessen Hilfe eine Aul'treffplatte abgetastet werden kann» die durch den genannten Halbleiterkörper gebildet wird, wobei auf der Seite der einfallenden Strahlung streifenförraige Farbfilter angebracht sind, die einen in einer Richtung quer zu der Zeilenabtastrichtung verlaufenden Streifen der strahlungsempfindlichen Schicht nur der von einem einzigen Filter durchgelassenen Strahlung aussetzen·

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