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Jeder dieser MiS-Kondensatoren ist dabei so aufgebaut, daß auf der
Oberfläche des Substrats eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, die
eine Elektrode trägt. Mindestens bei jedem MiS-Kondensator muß eine lichtdurchlässige
Stelle vorhanden sein, durch die Licht in das Substrat eindringen kann. Durch Licht
werden im Substrat Ladungsträger erzeugt. Legt man eine entsprechende Spannung zwischen
Substratanschluß und der Elektrode eines MlS-Kondensators, können diese Ladungsträger
in diesen Kondensator im Substrat unter der Kondensatorelektrode gesammelt werden.
In einem praktischen Beispiel ist ein solcher eindimensionaler optoelektronischer
Sensor so aufgebaut, daß auf der Oberfläche des Substrats eine lichtdurchlässige
elektrisch isolierende Schicht aufgebracht wird, die an den Stellen der Kondensatorelektroden
dünnere Schichtdicke aufweist als außerhalb. Auf die Oberfläche dieser elektrisch
isolierenden Schicht ist ein durchgehender Streifen aus lichtdurchlässigem elektrisch
leitendem Material aufgebracht, der sämtliche Stellen, an denen die elektrisch isolierende
Schicht dünnere Schichtdicke aufweist, bedeckt. Durch Anlegen einer entsprechenden
Spannung zwischen Substratanschluß und diesem Streifen wandern dann die vom Licht
erzeugten Ladungsträger unter die Bereiche der dünneren elektrisch isolierenden
Schicht.
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Es ist bekannt, die Bildpunkte eines eindimensionalen optoelektrischen
Sensors parallel in ein erstes und in ein zweites Parallel-Serien-Ausleseschieberegister
auszulesen. Dies geht aus der Veröffentlichung »Charge Coupled Device Scanner Having
Simultaneous Readout, Optical Scan and Data Rate Enbancement« von W.F. Bankowski
und J.D.Tartamella in IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 16, Nr. 1, Juli1973,
5. 173-174 hervor. Dort ist ein erstes Parallel-Serien-Ausleseschieberegister auf
der einen Längsseite des Sensors angeordnet, in das der Bildpunktreihe nach jeder
zweite Bildpunkt des Sensors parallel auslesbar ist.
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Auf der anderen Längsseite ist ein zweites Parallel-Serien-Ausleseschieberegister
angeordnet, in das die restlichen Bildpunkte parallel auslesbar sind. Durch diese
Anordnung kann die Auflösung des Sensors gegenüber Anordnungen mit nur einem Ausleseschieberegister
auf einer Längsseite verdopptelt werden. Als Ausleseschieberegister werden vorzugsweise
ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtungen verwendet, die auf der Oberfläche des
Substrats integriert sind.
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Ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtungen sind beispielsweise in der
DT-OS 22 150 dargestellt und beschrieben. Solche Verschiebevorrichtungen sind im
wesentlichen so aufgebaut, daß auf einer Oberfläche eines Substrats aus dotiertem
Halbleitermaterial eine elektrisch isolierende Schicht aufgebracht ist, die eine
Reihe von Elektroden, die durch schmale Spalte voneinander getrennt sind, trägt.
Es lassen sich Verschiebevorrichtungen für Zwei-, Drei-, Vier-Phasen-Betrieb usw.
unterscheiden. Bei Verschiebevorrichtung für den Zwei- bzw. Vier-Phasen-Betrieb
bildet jedweils eine Gruppe von vier aufeinanderfolgenden Elektroden einen Speicherplatz.
Bei einer Verschiebevorrichtung für den Drei-Phasen-Betrieb bildet jeweils eine
Gruppe von drei aufeinanderfolgenden Elektroden in der Reihe einen Speicherplatz.
Jeder Bildpunkt des eindimensionalen optoelektronischen Sensors wird in einem solchen
Speicherplatz ausgelassen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine optoelektronische
Sensoranordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der die Auflösung des
optoelektronischen Sensors erheblich erhöht werden kann.
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Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jedes der beiden Ausleseschieberegister
eine ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung mit vier Elektroden pro Speicherplatz
ist, daß in jeden Speicherplatz zwei Bildpunkte des Sensors auslesbar sind, wobei
ein Bildpunkt unter eine, der andere unter eine übernächste der vier Elektroden
des Speicherplatzes auslesbar ist und wobei diese beiden Elektroden in allen Speicherplätzen
eines der Auslese-Schieberegister den gleichen Platz in der Elektroden-Vierergruppe
des Speicherplatzes einnehmen, daß in jedem Speicherplatz der Speicherbereich unter
der einen dieser beiden Elektroden, die in allen Speicherplätzen eines der beiden
Auslese-Schieberegister denselben Platz in der Elektroden-Vierergruppe einnimmt,
unmittelbar auslesbar ist, daß ein drittes Parallel-Serien-Auslese-Schieberegister
vorhanden ist, in das diese Speicherbereiche des einen der beiden erstgenannten
Ausleseschieberegister parallel auslesbar sind und daß ein viertes Parallel-Serien-Ausleseschieberegister
vorhanden ist, in das diese Speicherbereiche des anderen der beiden erstgenannten
Ausleseschieberegister auslesbar sind. Die Auflösung eines solchen Sensors kann
erheblich erhöht werden, da jetzt zwei Bildpunkte in einem Speicherplatz des ersten
und
zweiten Ausleseschieberegisters ausgelesen werden.
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Vorzugsweise sind das erste und das zweite Ausleseschieberegister
so aufgebaut, daß ihre Elektroden der Reihe nach abwechselnd auf dickerer und dünnerer
elektrisch isolierender Schicht liegen, daß die Bildpunkte unter die Elektroden
auf dünnerer Schicht auslesbar sind und daß jeweils der Speicherbereich unter einer
Elektrode auf dünnerer elektrisch isolierender Schicht unmittelbar auslesbar ist.
Es sind in diesem Fall für den Betrieb jedes der Ausleseschieberegister nur zwei
Takte notwendig und es kann daher die Ansteuerung erheblich vereinfacht werden.
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Vorzugsweise sind das dritte und das vierte Ausleseschieberegister
ebenfalls ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtungen. Es ist dabei von Vorteil, wenn
die dritte und vierte Verschiebevorrichtung je eine Verschiebevorrichtung mit vier
Elektroden pro Speicherplatz ist. Sie kann dann gleichzeitig mit dem Ausleseschieberegister
ohne zusätzliche Verfahrensschritte hergestellt werden. Vorteilhaft ist es in diesem
Zusammenhang weiter, wenn die Elektroden des dritten und vierten Ausleseschieberegisters
der Reihe nach abwechselnd auf dünnerer und dickerer elektrisch isolierender Schicht
liegen und wenn sie jeweils in einem Speicherplatz bei einem Speicherbereich unter
einer Elektrode auf dünnerer elektrisch isolierender Schicht parallel einlesbar
sind. Es sind dann zum Betrieb jedes dieser beiden Ausleseschieberegister ebenfalls
nur zwei Takte notwendig, wodurch die Ansteuerung erheblich vereinfacht wird.
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Eine vorstehend angegebene Sensoranordnung wird so betrieben, daß
der Sensor in an sich bekannter Weise betrieben wird, daß zum Auslesen des Sensors
in die Ausleseschieberegister an die Elektroden des ersten und zweiten Ausleseschieberegisters
Spannungen so angelegt werden, daß die Speicherbereiche unter den beiden Elektroden
in jedem Speicherplatz, in die ausgelesen wird, in Speicherzustand gesetzt sind,
daß der Sensor in diese Speicherbereiche ausgelesen wird, daß der Speicherbereich
unter der einen dieser beiden Elektroden sofort in den entsprechenden Speicherplatz
des dritten bzw. vierten Ausleseschieberegisters ausgelesen wird und daß anschließend
die jetzt in den vier Ausleseschieberegistern gespeicherte Information seriell aus
diesen ausgelesen wird und daß danach der Sensor, der wenigstens in dieser Zeit
in Bildaufnahmezustand gesetzt ist, erneut ausgelesen wird.
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Besondere Vorteile der angegebenen Sensoranordnung liegen zum einen
darin, daß gegenüber herkömmlichen Sensoranordnung der eingangs genannten Art die
Auflösung praktisch verdoppelt werden kann und daß bei der Herstellung keine wesentlichen
zusätzlichen Verfahrensschritte notwendig sind. Zudem weist die Anordnung einen
einfachen Aufbau auf. Die Betriebsweise der Sensoranordnung ist ebenfalls sehr einfach
und stellt gegenüber herkömmlichen Sensoren keine besonderen Anforderungen an die
Betriebstakte.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in der Figur
näher erläutert.
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Die Figur zeigt in Draufsicht einen Ausschnitt aus einem Ausführungsbeispiel
einer Sensoranordnung.
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In der Figur ist in Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform einer
vorstehend beschriebenen Sensoranordnung dargestellt. Die gesamte Anordnung befindet
sich auf der Oberfläche einer lichtdurchlässigen elektrisch isolierenden Schicht
1, die auf einer Oberfläche eines Substrats aus dotiertem Halbleitermaterial
mit
Substratanschluß aufgebracht ist Diese elektrisch isolierende Schicht weist innerhalb
des durch die Linie 2 umrahmten Bereiches eine dünnere Schichtdicke als außerhalb
auf. Günstig ist es dabei, wenn die Schichtdicke außerhalb des durch die Linie 2
definierten Bereiches möglichst groß (Dickoxid) gegenüber der dünneren Schichtdicke
(Dünnoxid) im Inneren dieses Bereiches gewählt wird. Die Bildpunkte des eindimensionalen
optoelektronischen Sensors sind durch die Vertiefungen 3 bis 14 in der Oberfläche
der elektrisch isolierenden Schicht definiert. Die Übertragungskanäle des ersten
und zweiten Ausleseschieberegisters sind durch die kanalartigen Vertiefungen 17
und 18 in der Oberfläche der elektrisch isolierenden Schicht und die Übertragungskanäle
des dritten und vierten Ausleseschieberegisters durch die kanalartigen Vertiefungen
19 und 20 in der elektrisch isolierenden Schicht definiert. Die mit ungeradzahligen
Bezugszeichen versehenen Bildpunkte des Sensors sind über grabenartige Vertiefungen
31 bis 131 in der elektrisch isolierenden Schicht mit dem Übertragungskanal 17 des
ersten Ausleseschieberegisters verbunden. Die mit geradzahligen Bezugszeichen versehenen
Bildpunkte des Sensors sind zur anderen Seite hin über ebenfalls grabenartige Vertiefungen
42 bis 142 in der elektrisch isolierenden Schicht mit dem Übertragungskanal 18 des
zweiten Ausleseschieberegisters verbunden. Diese grabenartigen Vertiefungen 31 bis
131 bzw. 42 bis 142 definieren lnformationsübertragungskanäle zum Übertragen der
in den Bildpunkten gespeicherten Information in die entsprechenden Speicherplätze
der Ausleseschieberegister. Der Übertragungskanal 17 ist über ebenfalls solche grabenartige
Vertiefungen 191 bis 193 in der elektrisch isolierenden Schicht mit dem Übertragungskanal
19 des dritten Ausleseschieberegisters verbunden. Ebenso ist auf der anderen Seite
der Übertragungskanal 18 über solche grabenartige Vertiefungen 201 bis 203 in der
elektrisch isolierenden Schicht mit dem Übertragungskanal 20 des vierten Ausleseschieberegisters
verbunden. Die grabenartigen Vertiefungen 191 bis 193 bzw. 201 bis 203 definieren
ebenfalls lnformationsübertragungskanäle zur parallelen Übertragung der Information
vom ersten Ausleseschieberegister zum dritten bzw. vom zweiten Ausleseschieberegister
zum vierten Ausleseschieberegister. Auf der elektrisch isolierenden Schicht befindet
sich ein Streifen 70 aus lichtdurchlässigem elektrisch leitendem Material, der alle
Bildpunkte 3 bis 14 vollständig überdeckt. Über dem Überlaufkanal 17 sind die Elektroden
401 bis 404 der ladungsgekoppelten Verschiebevorrichtung aufgebracht Jeweils eine
Vierergruppe von Elektroden 401 bis 404 bildet einen Speicherplatz dieser Verschiebevorrichtung.
Die Elektroden 402 und 404 befinden sich bei den schmaleren grabenartigen Vertiefungen
31 bis 131 und überdecken diese bis nahe an den Streifen 70.
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Jeweils die mit gleichen Bezugszeichen versehenen Elektroden sind
über Taktleitungen 410 bis 440 elektrisch leitend miteinander verbunden. Das dritte
Ausleseschieberegister mit dem Übertragungskanal 19 ist wie das erste Ausleseschieberegister
als ladungsgekoppelte Verschiebevorrichtung ausgebildet, d. h. über dem Übertragungskanal
19 sind Elektroden 501 bis 504 aufgebracht, wobei jeweils eine Vierergruppe von
Elektroden 501 bis 504 einen Speicherplatz bildet Jede der Elektroden 502 befindet
sich bei einer der schmaleren grabenartigen Vertiefungen 191 bis 193 in der elektrisch
isolierenden Schicht und überdeckt diese bis nahe an die Elektrode 404. Jede der
Elektroden 404
des ersten Ausleseschieberregisters befindet sich nämlich ebenfalls
bei einer dieser grabenartigen Vertiefungen 191 bis 193 und ist ebenso über den
Übertragungskanal 17 seitlich erweitert und überdeckt dabei die grabenartige Vertiefung.
Über den Zwischenräumen zwischen den Elektroden 402 und 404 des ersten Ausleseschieberegisters
und dem Streifen 70 ist von beiden elektrisch isoliert eine Transferelektrode 80
und über dem Zwischenraum zwischen den Elektroden 404 des ersten Ausleseschieberegisters
und den Elektroden 502 des zweiten Ausleseschieberegisters ist ebenfalls von diesen
elektrisch isoliert eine zweite Transferelektrode 90 aufgebracht. Die mit gleichen
Bezugszeichen versehenen Elektroden des zweiten Ausleseschieberegisters sind durch
Taktleitungen 510 bis 540 elektrisch leitend miteinander verbunden. Der Aufbau auf
der anderen Seite mit dem zweiten Ausleseschieberegister und dem vierten Ausleseschieberegister
ist nun identisch zu dem des soeben beschriebenen Aufbaus.
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Die Elektroden des zweiten Ausleseschieberegisters sind mit den Bezugszeichen
601 bis 604 und die Elektroden des vierten Ausleseschieberegisters mit den Bezugszeichen
701 bis 704 versehen. Die Transferelektrode zwischen dem Streifen 70 und dem zweiten
Ausleseschieberegister ist mit 100 und die Transferelektrode zwischen dem zweiten
Ausleseschieberegister und dem vierten Ausleseschieberegister mit 110 bezeichnet.
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Die Taktleitungen des zweiten Ausleseschieberegisters sind mit den
Bezugszeichen 610 bis 640 und die Taktleitungen des vierten Ausleseschieberegisters
mit den Bezugszeichen 710 bis 740 versehen. Die Elektroden 601 bis 604 bzw. 701
bis 704 entsprechen genau den Elektroden 401 bis 404 bzw. 501 bis 504 des ersten
und dritten Ausleseschieberegisters.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise
folgendermaßen hergestellt: Auf eine Oberfläche eines Substrats aus p(n)-dotiertem
Silizium mit einer Dotierung von etwa 10'#-1016cm-3 wird eine Siliziumdioxidschicht
von einer Schichtdicke von etwa 1 ltm (Dickoxid) aufgebracht. Diese Schicht wird
im von der Linie 2 umrahmten Bereich weggeätzt.
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Durch erneutes Oxidieren wird in diesem Bereich eine Siliziumdioxidschicht
von etwa 0,1 Fm (Dünnoxid) erzeugt. Nun wird auf dieser Oberfläche eine Polysiliziuruschicht
von einer Schichtdicke von etwa 0,6 um aufgebracht. Nun wird die Oberfläche einer
lonenimplantation ausgesetzt, wodurch die Polysiliziumschicht dotiert und damit
leitend gemacht wird. Anstatt einer lonenimplantation kann auch Diffusion verwendet
werden. Die Dotierung wird 1019 cm-3 oder größer gewählt. Als Implantations- bzw.
Diffusionsstoffe können beispielsweise Phosphor(Bor)-lonen bzw. -Atome bei p(n)-dotiertem
Substrat verwendet werden.
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Nach der Dotierung wird die Polysiliziumschicht bis auf die Elektroden
402,404,502,504,602,604 und 702,704, die Taktleitungen 440,520 und 540,640,720 und
740 und den Streifen 70 weggeätzt. Durch Oxidation werden nun diese Polysiliziumteile
mit einer Siliziumdioxidschicht von einer Schichtdicke von etwa 0,3,um bedeckt.
Es werden nun Kontaktlöcher für die Anschlußkontakte der Taktleitungen aus Polysilizium,
den Streifen 70 und über den Elektroden 402 bzw. 602 zur Herstellung der Verbindung
dieser Elektroden mit der Taktleitung 420 geschaffen. In F i g. 1 sind nun die Kontaktlöcher
für die Elektroden 402 und 602 angedeutet und mit den Bezugszeichen 4020 und 6020
versehen. Die übrigen Kontaktlöcher werden nahe an einem Ende der Taktleitungen
aus Polysilizium und des Streifens 70
angebracht. Auf dieser Oberfläche
werden nun durch Aufbringen von Metall-Lagen, beispielsweise durch Bedampfen der
Oberfläche mit Aluminium unter Verwendung von Bedampfungsmasken, die Elektroden
401, 403, 501 und 503, 601 und 603 und 701 und 703 mit den sie verbindenden Taktleitungen
410, 4.30, 510, 530, 610, 630 und 710, 730, die beiden Taktleitungen 420 und sämtliche
Transfer-Elektroden aufgebracht. Die Taktleitungen 420 und 620 sind genau über die
Kontaktlöcher 4020 bzw. 6020 geführt. Mit diesem Verfahrensschritt werden auch gleichzeitig
die Anschlußkontakte an den entsprechenden Kontaktstellen aufgebracht. Die Transfer-Elektroden
80 bzw. 100 überlappen die seitlichen Längsränder des Streifens 70 und die seitlichen
Ränder der Elektroden 402 und 404 bzw. 602 und 604. Die Transfer-Elektroden 90 bzw.
110 überlappen die seitlichen Ränder der Elektroden 404 und 502 bzw. 604 und 702.
Typische Lateralabmessungen für die soeben beschriebene Anordnung sind folgende:
Es sei an dieser Stelle ausdrücklich noch einmal darauf hingewiesen, daß die beschriebene
Anordnung ein Ausführungsbeispiel darstellt, daß es aber eine Reihe von anderen
Möglichkeiten gibt, eine solche Sensoranordnung herzustellen. Beispielsweise können
für die Ausleseschieberegister vorteilhaft Ladungsverschiebevorrichtungen verwendet
werden, bei denen die Phaseneinstellung nicht oder nicht nur durch unterschiedlich
dicke elektrisch isolierende Schichten (wie im Ausführungsbeispiel), sondern durch
Dotierungen unter bestimmten Elektroden erfolgt. Eine solche Ubertragungsvorrichtung
ist beispielsweise in der DT-OS 23 St 393 dargestellt und beschrieben. Allgemein
kann für das erste und zweite Ausleseschieberegister jede Ladungsverschiebevorrichtung
für den Vier-Phasen-Betrieb und für das zweite Ausleseschieberegister prinzipiell
jede Ladungsverschiebevorrichtung verwendet werden. Der Fachmann wird jedoch diese
Verschiebevorrichtungen im Hinblick auf eine verbesserte Auflösung des Sensors auswählen.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist im Hinblick auf eine verbesserte
Auflösung des Sensors besonders günstig.
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Allgemein wird eine angegebene Sensoranordnung
so betrieben, daß der
Sensor in an sich bekannter Weise betrieben wird, d. h. an den Polysiliziumstreifen
70 wird zumindest während der Bildaufnahme eine Spannung angelegt, die unter sämtlichen
Bildpunkten 3 bis 14 Potentialmulden für die vom Licht erzeugten lnformationsladungsträger
im Substrat erzeugt. Man kann dabei getakteten Betrieb und Dauerbetrieb unterscheiden,
d. h. beim Taktbetrieb wird diese Spannung nur während der Bildaufnahme angelegt,
während sie im Dauerbetrieb stets am Streifen 70 anliegt. Zum Auslesen des Sensors
in die Ausleseschieberegister werden an die Elektroden des ersten und zweiten Ausleseschieberegisters
Spannungen so angelegt, daß die Speicherbereiche unter den beiden Elektroden in
jedem Speicherplatz, in die ausgelesen wird, in Speicherzustand gesetzt sind, d.
h. unter diesen Elektroden befinden sich während dieser Zeit tiefere Potentialmulden
für die Informationsladungsträger als unter den Nachbarelektroden. In diese Speicherbereiche
wird der Sensor ausgelesen. Der Speicherbereich unter der einen dieser beiden Elektroden
wird sofort in den entsprechenden Speicherplatz des dritten bzw. vierten Ausleseschieberegisters
ausgelesen. Anschließend wird die jetzt in den vier Ausleseschieberegistern gespeicherte
Information seriell aus diesen ausgelesen. Danach wird der Sensor der wenigstens
in dieser Zeit in Bildaufnahmezustand gesetzt ist, erneut ausgelesen. Das Auslesen
selbst geschieht über die Transferelektroden, an die während der Bildaufnahme Spannungen
so angelegt werden, daß darunter Potentialschwellen vorhanden sind, die einen Ladungsfluß
vom Sensor in das erste und zweite Ausleseschieberegister bzw. von diesen in das
dritte und vierte Ausleseschieberegister verändern. Beim Auslesen werden an die
Transferelektroden Spannungen so angelegt, daß die Potentialschwellen abgebaut sind
und ein Ladungsfluß möglich ist Sämtliche Spannungen sind auf eine Bezugsspannung
am Substratanschluß bezogen.
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Für das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel können folgende
Betriebsspannungen verwendet werden: Taktspannungen für die Schieberegister 10-15
Volt, Spannung an den Transfer-Elektroden 80 und 100 8 Volt beim Auslesen, sonst
0 Volt, Spannung an den Transfer-Elektroden 90 und 110 10-15 Volt beim Auslesen,
sonst 0 Volt.