DE102004042175A1 - Sensor element for converting radiation energy into an electric signal has a semiconductor component/transistor with an active semiconductor material area as a sensor zone - Google Patents

Sensor element for converting radiation energy into an electric signal has a semiconductor component/transistor with an active semiconductor material area as a sensor zone Download PDF

Info

Publication number
DE102004042175A1
DE102004042175A1 DE102004042175A DE102004042175A DE102004042175A1 DE 102004042175 A1 DE102004042175 A1 DE 102004042175A1 DE 102004042175 A DE102004042175 A DE 102004042175A DE 102004042175 A DE102004042175 A DE 102004042175A DE 102004042175 A1 DE102004042175 A1 DE 102004042175A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sensor
region
semiconductor material
radiation
sensor element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102004042175A
Other languages
German (de)
Inventor
Marcus Dr. Halik
Hagen Dr. Klauk
Dirk Dr. Rohde
Ute Zschieschang
Günter Dr. Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Qimonda AG
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG filed Critical Infineon Technologies AG
Priority to DE102004042175A priority Critical patent/DE102004042175A1/en
Publication of DE102004042175A1 publication Critical patent/DE102004042175A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/146Imager structures
    • H01L27/14601Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464Back illuminated imager structures
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40Organic transistors
    • H10K10/46Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/466Lateral bottom-gate IGFETs comprising only a single gate
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/60Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation in which radiation controls flow of current through the devices, e.g. photoresistors
    • H10K30/65Light-sensitive field-effect devices, e.g. phototransistors
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30Devices controlled by radiation
    • H10K39/32Organic image sensors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

A semiconductor component/transistor (T) has an active semiconductor material area (A) as a sensor zone (SZ). The active semiconductor material area in the sensor zone is created from/with an organic semiconductor material (70). The transistor is formed on a substrate's (20) surface area (20a) and has a gate area (G) made from a gate material (30) embedded in gate insulation (GOX).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement sowie einen daraus gebildeten Sensor.The The present invention relates to a sensor element and to a device formed sensor.

Bei der Konstruktion von Sensorelementen zur Wandlung von Strahlungsenergie in ein elektrisches Signal werden z. B. Halbleiterbauelemente eingesetzt, um den Wandlungsprozess besonders einfach und zuverlässig zu gestalten. Obwohl herkömmliche Halbleiterbauelemente und deren Integration in Sensorelemente und Sensoren basierend auf herkömmlichen Halbleitertechnologien ein breites Anwendungsspektrum bieten, entstehend auf Grund steigender Kundenansprüche und auf Grund der Notwendigkeit einer höheren Flexibilität hinsichtlich gewünschter Materialkombinationen Anforderungsprofile, denen herkömmliche Halbleitermaterialien nicht gerecht werden können.at the construction of sensor elements for the conversion of radiant energy in an electrical signal z. B. Semiconductor devices used, to make the conversion process particularly easy and reliable shape. Although conventional Semiconductor devices and their integration into sensor elements and Sensors based on conventional Semiconductor technologies offer a wide range of applications arising due to increasing customer demands and because of the need for greater flexibility in terms of desired Material combinations requirement profiles, which are conventional Semiconductor materials can not meet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Sensorelement sowie einen Sensor zu schaffen, die bei unveränderter Zuverlässigkeit und Empfindlichkeit besonders vielseitig eingesetzt und in bestehende Gerätekonzepte integriert werden können.Of the Invention is therefore based on the object, a sensor element and to create a sensor with unchanged reliability and sensitivity particularly versatile and used in existing device concepts can be integrated.

Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe durch ein Sensorelement mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1. Gelöst wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ferner durch einen Sensor mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 17. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Sensorelements sowie des erfindungsgemäßen Sensors sind jeweils Gegenstand der abhängigen Unteransprüche.Is solved the object underlying the invention by a sensor element with the characteristics of the independent Claim 1. Solved The object underlying the invention is further by a Sensor having the features of independent claim 17. Advantageous developments of the sensor element according to the invention and the inventive sensor are each subject of the dependent Dependent claims.

Das erfindungsgemäße Sensorelement ist zur Wandlung von Strahlungsenergie in ein elektrisches Signal ausgebildet und weist dazu mindestens ein Halbleiterbauelement auf, welches seinerseits einen aktiven Halbleitermaterialbereich als Sensorzone aufweist. Erfindungsgemäß ist der Halbleitermaterialbereich der Sensorzone aus oder mit einem organischen Halbleitermaterial ausgebildet.The inventive sensor element is for converting radiant energy into an electrical signal formed and has for this purpose at least one semiconductor device, which in turn has an active semiconductor material area as Sensor zone has. According to the invention, the semiconductor material region the sensor zone made of or with an organic semiconductor material educated.

Durch das erfindungsgemäße Vorsehen eines organischen Halbleitermaterials als Bestandteil oder als Grundmaterial für den aktiven Halbleitermaterialbereich der Sensorzone ergibt sich ein erweitertes und hinsichtlich der Anwendungen und Verarbeitungsmechanismen besonders flexibles Sensorelement.By the inventive provision an organic semiconductor material as a constituent or as a base material for the active semiconductor material region of the sensor zone results advanced and in terms of applications and processing mechanisms particularly flexible sensor element.

Es kann dabei zusätzlich vorgesehen sein, dass der aktive Halbleitermaterialbereich der Sensorzone mit Strahlung beaufschlagbar ist und dass der aktive Halbleitermaterialbereich der Sensorzone bei Beaufschlagung mit Strahlung in einen bestimmten Nachweisenergiebereich von einem Zustand mit einer vergleichsweise geringeren elektrischen Leitfähigkeit zu einem Zustand mit einer vergleichsweise höheren elektrischen Leitfähigkeit überführbar ist.It can additionally be provided that the active semiconductor material region of the sensor zone is acted upon by radiation and that the active semiconductor material area the sensor zone when exposed to radiation in a certain detection energy range from a state with a comparatively lower electrical conductivity to a state with a comparatively higher electrical conductivity can be transferred.

Bei einer bevorzugten Alternative des erfindungsgemäßen Sensorelements ist es vorgesehen, dass der aktive Halbleitermaterialbereich der Sensorzone im Wesentlichen direkt mit nachzuweisender Strahlung von extern beaufschlagbar ist.at a preferred alternative of the sensor element according to the invention, it is provided that the active semiconductor material region of the sensor zone substantially can be acted upon directly by external radiation to be detected.

Alternativ dazu ist es vorgesehen, dass der aktive Halbleitermaterialbereich der Sensorzone nicht direkt mit nachzuweisender Strahlung von extern beaufschlagbar ist.alternative For this purpose, it is provided that the active semiconductor material area the sensor zone is not directly with external radiation to be detected can be acted upon.

Unter einer direkten Beaufschlagung sei im Folgenden ein Vorgang verstanden, bei welchem die nachzuweisende Strahlung als solche auf den aktiven Halbleitermaterialbereich der Sensorzone auftritt, wobei eine Änderung der Strahlungscharakteristik, außer im Hinblick auf Intensität und Phase, nicht beinhaltet sein soll. Unter einer indirekten Beaufschlagung des aktiven Halbleitermaterialbereichs der Sensorzone mit nachzuweisender Strahlung sei verstanden ein Beaufschlagen mit einer Strahlung, die von der nachzuweisenden Strahlung abgeleitet wurde, z. B. durch Frequenzwandlung von einem höher frequenten Bereich in einen niedriger frequenten Bereich oder durch Umwandlung von einer Strahlungsart, z. B. Teilchen- oder Korpuskelstrahlung, in eine andere Strahlungsart, z. B. elektromagnetische Strahlung.Under a direct application is understood below to mean a process in which the radiation to be detected as such on the active Semiconductor material region of the sensor zone occurs, with a change the radiation characteristics, except in terms of intensity and phase, not meant to be included. Under an indirect charge of the active semiconductor material region of the sensor zone to be detected Radiation is understood to be exposure to radiation, which was derived from the radiation to be detected, z. B. by Frequency conversion from a higher frequency Range in a lower frequency range or by conversion of a kind of radiation, e.g. B. particle or corpuscular radiation, in a different kind of radiation, e.g. B. electromagnetic radiation.

Bei den Ausführungsformen, bei denen keine direkte Beaufschlagung des aktiven Halbleitermaterialbereichs der Sensorzone mit nachzuweisender Strahlung von extern vorgesehen ist, ist es von Vorteil, dass die aktive Halbleitermaterialschicht oder der aktive Halbleitermaterialbereich der Sensorzone mit einem Materialbereich abgedeckt oder in diesen eingebettet ist.at the embodiments, where no direct loading of the active semiconductor material region the sensor zone with radiation to be detected provided externally It is advantageous that the active semiconductor material layer or the active semiconductor material region of the sensor zone with a Material area is covered or embedded in these.

Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der den aktiven Halbleitermaterialbereich der Sensorzone abdeckende oder einbettende Materialbereich ein Wandlermaterial aufweist oder aus einem solchen gebildet ist, durch welches die nachzuweisende Strahlung im Wesentlichen direkt als Primärstrahlung empfangbar und in eine Sekundärstrahlung wandelbar und im Wesentlichen zum aktiven Halbleitermaterialbereich der Sensorzone aussendbar ist, insbesondere im Nachweisenergiebereich des aktiven Halbleitermaterialbereichs der Sensorzone.there it is particularly advantageous if the active semiconductor material region the sensor zone covering or embedding material area a transducer material has or is formed from such, through which the radiation to be detected essentially directly as primary radiation receivable and convertible into secondary radiation and substantially to the active semiconductor material region of the sensor zone can be emitted, especially in the detection energy range of the active Semiconductor material region of the sensor zone.

Bei einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements ist ein Substrat mit einem Oberflächenbereich vorgesehen, wobei das Halblei terbauelement auf oder oberhalb des Oberflächenbereichs des Substrats ausgebildet ist.In another alternative or add According to the embodiment of the sensor element according to the invention, a substrate is provided with a surface area, wherein the semicon terbauelement is formed on or above the surface region of the substrate.

In diesem Fall ist es vorgesehen, dass der aktive Halbleitermaterialbereich der Sensorzone von dem dem Oberflächenbereich des Substrats zugewandten Raumbereich her direkt oder indirekt mit nachzuweisender Strahlung beaufschlagbar ist.In In this case, it is provided that the active semiconductor material area the sensor zone of the surface facing the surface region of the substrate Spaces directly or indirectly with radiation to be detected can be acted upon.

In diesem Fall ist es von besonderem Vorteil, wenn das gegebenenfalls auszubildende Wandlermaterial oberhalb des Oberflächenbereichs des Substrats ausgebildet ist.In In this case it is of particular advantage, if necessary trainee transducer material above the surface area of the substrate is formed.

Alternativ kann es vorgesehen sein, dass der aktive Halbleitermaterialbereich der Sensorzone von dem dem Oberflächenbereich des Substrats abgewandten Raumbereich her direkt oder indirekt mit nachzuweisender Strahlung beaufschlagbar ist, also insbesondere von einer Unterseite des Substrats her.alternative it can be provided that the active semiconductor material area the sensor zone of the surface facing away from the surface region of the substrate Spaces directly or indirectly with radiation to be detected can be acted upon, ie in particular from a bottom of the substrate ago.

In diesem Fall ist es von besonderem Vorteil, wenn das gegebenenfalls vorzusehende Wandlermaterial unterhalb des Oberflächenbereichs des Substrats vorgesehen ist, insbesondere auf oder unterhalb der Unterseite des Substrats.In In this case it is of particular advantage, if necessary to be provided transducer material below the surface area the substrate is provided, in particular on or below the Bottom of the substrate.

In diesen Fällen ist es von besonderem Vorteil, wenn das Substrat selbst für die nachzuweisende Strahlung, also für die Primärstrahlung, oder aber für die Sekundärstrahlung im Wesentlichen transparent ausgebildet ist.In these cases it is particularly advantageous if the substrate itself for the nachweisende Radiation, so for the primary radiation, or for the secondary radiation is formed substantially transparent.

Bei einer anderen alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements ist es vorgesehen, dass das Halbleiterbauelement als Transistor ausgebildet ist, dessen Kanalbereich gebildet ist von oder mit dem aktiven Halbleitermaterialbereich der Sensorzone. Dies bedeutet also insbesondere, dass der Kanalbereich des Transistors mit oder aus einem organischen Halbleitermaterial gebildet ist.at another alternative or additional embodiment of the sensor element according to the invention it is provided that the semiconductor device as a transistor is formed, whose channel region is formed by or with the active semiconductor material region of the sensor zone. this means in particular, that the channel region of the transistor with or is formed of an organic semiconductor material.

Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements ist es dagegen vorgesehen, dass das zugrunde liegende Halbleiterbauelement als Diode ausgebildet ist, deren Kathodenbereich und/oder deren Anodenbereich gebildet ist von oder mit dem aktiven Halbleitermaterialbereich der Sensorzone. Dies bedeutet also insbesondere, dass der Kathodenbereich und/oder dass der Anodenbereich der Diode mit oder aus einem organischen Halbleitermaterial gebildet ist oder sind.at an alternative embodiment of the sensor element according to the invention On the other hand, it is envisaged that the underlying semiconductor device is formed as a diode whose cathode region and / or their Anode region is formed by or with the active semiconductor material region the sensor zone. This means in particular that the cathode area and / or that the anode region of the diode with or from an organic Semiconductor material is or are formed.

In diesem Fall ist vorteilhafterweise zusätzlich ein Auswahltransistor in elektrischer Verbindung mit der Diode vorgesehen, um dadurch ein aktives Sensorelement zu schaffen.In In this case is advantageously additionally a selection transistor provided in electrical connection with the diode to thereby to create an active sensor element.

Von besonderem Vorteil ist es dabei, dass der zusätzliche Auswahltransistor als organischer Feldeffekttransistor ausgebildet ist, dessen Kanalbereich mit einem organischen Halbleitermaterial gebildet ist. Dabei können der organische Halbleitermaterialbereich für den Auswahltransistor und der organische Halbleitermaterialbereich für die Diode identisch oder auch verschieden sein.From It is particularly advantageous in this case that the additional selection transistor as organic field effect transistor is formed, the channel region is formed with an organic semiconductor material. It can the organic semiconductor material region for the selection transistor and the organic semiconductor material region for the diode is identical or also be different.

Zur elektrischen Kontaktierung der Diode mit dem Auswahltransistor ist es insbesondere vorgesehen, dass der Kathodenbereich oder der Anodenbereich der Diode mit dem Sourcebereich oder dem Drainbereich des Auswahltransistors verbunden ist.to electrical contacting of the diode with the selection transistor is it is especially provided that the cathode region or the anode region the diode to the source region or the drain region of the selection transistor connected is.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Sensor zur Wandlung von Strahlungsenergie in ein elektrisches Signal bereitzustellen. Erfindungsgemäß ist dieser Sensor mit einer Mehrzahl erfindungsgemäßer Sensorelemente ausgebildet.One Another aspect of the present invention is a Sensor for converting radiant energy into an electrical signal provide. According to the invention, this sensor with a plurality of sensor elements according to the invention educated.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors sind die Sensorelemente derart verschaltet, dass durch sie voneinander unabhängige elektrische Signale auf den Empfang einer entsprechenden Strahlung hin erzeugbar sind.at a particularly advantageous embodiment of the sensor according to the invention the sensor elements are connected in such a way that by them from each other independent electrical signals to the reception of a corresponding radiation can be generated.

Bei einer anderen vorteilhaften zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensors ist es vorgesehen, dass die Mehrzahl Sensoren in einer eindimensionalen Aneinanderreihung angeordnet ist, insbesondere in im Wesentlichen linearer und/oder in im Wesentlichen planarer Form. Es kann sich dabei also um eine Aneinanderreihung in Form einer geraden Linie handeln, die in einer bestimmten Ebene liegt. Denkbar sind aber auch gekrümmte eindimensionale Anordnungen, die entweder in einer planaren Ebene liegen oder aber auch auf einer gekrümmten oder gewölbten Fläche.at another advantageous additional or alternative embodiment the sensor according to the invention it is envisaged that the majority of sensors in a one-dimensional Sequence is arranged, in particular in essence linear and / or in a substantially planar form. It may be in this case, a sequence in the form of a straight line act that lies in a certain level. Are conceivable but also curved one-dimensional arrangements, either in a planar plane lie or even on a curved or curved surface.

Alternativ dazu ist es denkbar, dass die Mehrzahl Sensorelemente des erfindungsgemäßen Sensors in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet sind, insbesondere als Matrix, in rechteckiger Form und/oder in planarer Form.alternative For this purpose, it is conceivable that the plurality of sensor elements of the sensor according to the invention are arranged in a two-dimensional arrangement, in particular as a matrix, in rectangular form and / or in planar form.

Ferner ist es von Vorteil, wenn der Sensor als Bildsensor ausgebildet ist. Dies setzt eine bestimmte Anordnung der einzelnen Sensorelemente und deren Verschaltung voraus, wobei eine planare und rechteckige Matrixanordnung mit unabhängig verschalteten Sensorelementen von besonderem Vorteil ist.Further It is advantageous if the sensor is designed as an image sensor. This sets a specific arrangement of the individual sensor elements and their interconnection preceded, being a planar and rectangular Matrix arrangement with independent interconnected sensor elements is of particular advantage.

Nachfolgend werden diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung weiter erläutert:
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Anordnungen zur Realisierung von aktiven Bildsensoren zur Digitalisierung photonischer Informationen mit Hilfe organischer Feldeffekttransistoren.
Hereinafter these and other aspects of the present invention will be further explained:
The present invention particularly relates to arrangements for the realization of active image sensors for digitizing photonic information by means of organic field effect transistors.

Die Herstellung großflächiger Bildsensoren zur zweidimensionalen Abbildung photonischer Informationen (einschließlich Röntgenstrahlung, UV-Strahlung, sichtbares Licht, nahes Infrarot, Infrarot) erfordert einerseits gegebenenfalls die Umwandlung der entsprechenden photonischen Strahlungen in eine elektronisch auswertbare Form (zum Beispiel die Umwandlung von Röntgenquanten in sichtbares Licht) und andererseits die Umwandlung dieser elektronisch auswertbaren Strahlung in einer zweidimensionalen Detektormatrix in elektronische Signale. Zu diesem Zweck wird die Sensorfläche derart in einzelne Bildelemente oder so genannte Pixel aufgeteilt, dass die Bildinformation jedes einzelnen Pixels elektronisch aufgelöst und erfasst werden kann. Um die vielen einzelnen Pixel elektronisch voneinander zu entkoppeln, ist es dabei in der Regel notwendig, in jedes einzelne Pixel einen Auswahltransistor zu integrieren. Diese Form des Bildsensors wird auch als aktive Matrix "active matrix image sensor" bezeichnet, im Gegensatz zu einer passiven Matrix, bei der die Pixel nicht über Auswahltransistoren verfügen.The Production of large-scale image sensors for two-dimensional imaging of photonic information (including X-rays, UV radiation, visible light, near infrared, infrared) requires one hand optionally the conversion of the corresponding photonic radiations into an electronically evaluable form (for example, the transformation of X-ray quanta in visible light) and on the other hand the conversion of these electronically evaluable radiation in a two-dimensional detector matrix in electronic signals. For this purpose, the sensor surface is so divided into individual picture elements or so-called pixels that the image information of each pixel electronically resolved and detected can be. To the many individual pixels electronically from each other To decouple, it is usually necessary in every single one Pixel to integrate a selection transistor. This form of image sensor is also called active matrix "active matrix image sensor ", unlike a passive matrix, where the pixels do not have select transistors feature.

Hier sollen verschiedene Integrationsvarianten und Herstellungsmöglichkeiten aktiver Bildsensoren basierend auf organischen Feldeffekttransistoren und gegebenenfalls unter Verwendung organischer Fotodioden in Kombination mit gegebenenfalls notwendigen Umwandlern, zum Beispiel Szintillatoren zur Umwandlung von Röntgenquanten in sichtbares oder ultraviolettes Licht, beschrieben werden. Entscheidend ist dabei die potentiell preiswerte Realisierung solcher aktiver Bildsensoren auf großen Flächen und die Möglichkeit, dank der bei der Her stellung organischer Halbleiterbauelemente verwendeten relativ niedrigen Prozesstemperaturen, in der Regel unterhalb etwa 200 °C, die Sensoren auf flexiblen Substraten zu realisieren.Here should different integration variants and production possibilities active image sensors based on organic field effect transistors and optionally using organic photodiodes in combination with optionally necessary converters, for example scintillators for Conversion of X-ray quanta in visible or ultraviolet light. critical is the potentially inexpensive realization of such active Image sensors on large surfaces and the possibility thanks to those used in the manufacture of organic semiconductor devices relatively low process temperatures, usually below about 200 ° C, to realize the sensors on flexible substrates.

Gegenwärtig werden aktive Bildsensoren ausschließlich auf der Grundlage von Silizium hergestellt, und zwar entweder in einkristalliner, in polykristalliner oder in amorpher Form. Die Ausführung eines kommerziell erhältlichen zweidimensionalen Bildsensors auf der Basis von Fotodioden und Auswahltransistoren auf der Grundlage amorphen Siliziums auf einem Glassubstrat ist in den 1A bis 1C gezeigt, siehe auch [1], wo eine Ausführung eines bekannten zweidimensionalen Bildsensors auf der Basis von Fotodioden und Auswahltransistoren auf der Grundlage amorphen Siliziums dargestellt ist.At present, active image sensors are manufactured exclusively on the basis of silicon, in either single-crystalline, polycrystalline or amorphous form. The implementation of a commercially available two-dimensional image sensor based on photodiodes and selection transistors based on amorphous silicon on a glass substrate is disclosed in US Pat 1A to 1C see also [1], where an embodiment of a known two-dimensional image sensor based on photodiodes and selection transistors based on amorphous silicon is shown.

Diese Herstellung großflächiger Bildsensoren auf der Basis von Silizium ist vergleichsweise aufwendig und teuer und erfordert bei der Herstellung relativ hohe Prozesstemperaturen, in der Regel oberhalb etwa 300 °C. Aus diesem Grund ist die Herstellung solcher Bildsensoren auf flexiblen Substraten, also auf Polymerfolien, die in der Regel eine Glastemperatur unterhalb von 150 °C haben, derzeit nicht realisierbar.These Production of large-scale image sensors On the basis of silicon is relatively expensive and expensive and requires relatively high process temperatures during production, usually above about 300 ° C. For this reason, the production of such image sensors is flexible Substrates, so on polymer films, which is usually a glass transition temperature below 150 ° C currently not feasible.

Verfahren zur Realisierung großflächiger Bildsensoren auf der Basis organischer Halbleiterbauelemente, das heißt, auf der Grundlage organischer Feldeffekttransistoren oder organischer Fotodioden, sind derzeit nicht bekannt.method for the realization of large-scale image sensors on the basis of organic semiconductor devices, that is, on the basis of organic field effect transistors or organic Photodiodes are currently unknown.

Die Erfindung beschreibt Anordnungen und Integrationskonzepte für die Realisierung aktiver Bildsensoren zur ein- oder zweidimensionalen Erfassung photonischer Informationen mithilfe organischer Feldeffekttransistoren. Dabei bildet eine Matrix bestehend aus organischen Feldeffekttransistoren die Grund komponente zum Erzeugen und zur örtlichen Zuordnung der elektronischen Information.The The invention describes arrangements and integration concepts for implementation active image sensors for one- or two-dimensional detection of photonic Information using organic field effect transistors. there forms a matrix consisting of organic field effect transistors the basic component for generating and local allocation of electronic Information.

2 zeigt den vereinfachten Schaltplan einer möglichen Implementierung eines zweidimensionalen aktiven Bildsensors auf der Basis organischer Transistoren unter Verwendung einer Ansteuerung der Sensorelemente über konstante Stromquellen. Jeder der Transistoren erfüllt gleichzeitig zwei Aufgaben, nämlich die eines Sensorelements, und die eines Schalters zur Adressierung der einzelnen Pixel innerhalb der Matrix, also die eines Auswahltransistors. 2 shows the simplified circuit diagram of a possible implementation of a two-dimensional active image sensor based on organic transistors using a control of the sensor elements via constant current sources. Each of the transistors simultaneously performs two tasks, namely that of a sensor element, and that of a switch for addressing the individual pixels within the matrix, that is, that of a selection transistor.

Im Folgenden werden unterschiedliche Integrationskonzepte zur Realisierung aktiver Bildsensoren mit organischen Bauelementen vorgestellt:

  • (a) Direkte Umwandlung photonischer Information in digitale Information (Primärstrahlun, Primärsignal) Bei diesem Konzept wird ausgenutzt, dass sich der Drainstrom eines organischen Feldeffekttransistors bei Bestrahlung des Transistors erhöht, sofern die Wellenlänge der Strahlung in das Absorptionsspektrums des organischen Halbleiters fällt. Die Absorption von Photonen im organischen Halbleiter führt zur Generation von Ladungsträgerpaaren, die zum Drainstrom beitragen. Dieses Konzept beschränkt sich in der Regel auf einen relativ kleinen Wellenlängenbereich der photonischen Informationen als Primärsignal oder Primärstrahlung. Außerdem eignet sich dieses Konzept bevorzugt zum Aufbau von Einzelsensoren, weil ein Auslesen in einer Matrixanordnung ohne Zwischenspeichern der Information nicht zuverlässig erfolgen kann.
  • (b) Direkte Umwandlung photonischer Information in digitale Information mit Fotodiode (Primärstrahlung, Primärsignal) Bei diesem Konzept wird ausgenutzt, dass sich die über einer organischen Fotodiode anstehende Spannung bei Bestrahlung der Diode ändert, sofern die Wellenlänge der Strahlung in das Absorptionsspektrums des organischen Halbleiters fällt. Die Absorption von Photonen im organischen Halbleiter führt zur Generation von Ladungsträgerpaaren, die unter dem Einfluss des internen elektrischen Feldes getrennt und zu den Elektroden abgeführt werden, wo sie die über der Diode anstehende Spannung verändern. Dieses Konzept beschränkt sich in der Regel auf einen relativ kleinen Wellenlängenbereich der photonischen Informationen als Primärsignal oder Primärstrahlung. Die Photodiode stellt gleichzeitig eine Kapazität dar, an der die getrennten und abgeführten Ladungen und damit die elektronische Information so lange gespeichert bleiben, bis das Auslesen über den Auswahltransistor erfolgt. Zu diesem Zweck muss die Fotodiode in elektrischen Kontakt zum Transistor stehen. Die zu detektierenden Wellenlängen der photonischen Information werden von den Eigenschaften der organischen Halbleiterschicht(en) der Diode bestimmt. Im Allgemeinen lassen sich mit dieser Anordnung photonische Informationen vom UV-Bereich bis zum NIR-Bereich detektieren und digitalisieren. Eine Anpassung der Absorptionseigenschaften des Diodenmaterials ist in Grenzen mit Hilfe von Sensibilisatorfarbstoffen möglich.
  • (c) Indirekte Umwandlung photonischer Information in digitale Information (Sekundärstrahlung, Sekundärsignal) Auch bei diesem Konzept wird ausgenutzt, dass sich der Drainstrom eines organischen Feldeffekttransistors bei Bestrahlung des Transistors erhöht, sofern die Wellenlänge der Strahlung in das Absorptionsspektrums des organischen Halbleiters fällt. Um eine Erfassung photonischer Informationen als Primärsignal oder Primärstrahlung zu ermöglichen, deren Wellenlänge außerhalb des Absorptionsspektrums des organischen Halbleiters liegt, zum Beispiel Röntgenstrahlung oder tiefes UV, erfolgt zunächst eine Umwandlung dieser kurzwelligen Primärstrahlung in eine geeignete Sekundärstrahlung. Hierfür ist die Integration entsprechender Wandler erforderlich. Diese müssen – ähnlich wie die Primärquelle in Konzepten (a) und (b) – zwar nicht in elektrischem Kontakt zum Transistor stehen, jedoch in optischem oder Sichtkontakt, so dass die Sekundärstrahlung als Sekundärinformation detektiert werden kann. Entsprechende Materialien für Wandler sind für eine Vielzahl von Primärsignalen bekannt. Ein Beispiel sind Cäsium-Jodid-Schichten für die Umwandlung von Röntgenstrahlung in sichtbares Licht. Dieses Konzept eignet sich bevorzugt zum Aufbau von Einzelsensoren, weil ein Auslesen in einer Matrixanordnung ohne Zwischenspeichern der Information nicht zuverlässig erfolgen kann.
  • (d) Indirekte Umwandlung photonischer Information in digitale Information mit Fotodiode (Sekundärstrahlung, Sekundärsignal) Auch bei diesem Konzept wird ausgenutzt, dass sich die über einer organischen Fotodiode anstehende Spannung bei Bestrahlung der Diode ändert, sofern die Wellenlänge der Strahlung in das Absorptionsspektrums des organischen Halbleiters fällt. Um eine Erfassung photonischer Informationen als Primärsignal oder Primärstrahlung zu ermöglichen, deren Wellenlänge außerhalb des Absorptionsspektrums des organischen Halbleiters liegt, zum Beispiel Röntgenstrahlung oder tiefes UV, erfolgt zunächst eine Umwandlung dieser kurzwelligen Primärstrahlung in eine geeignete Sekundärstrahlung. Hierfür ist die Integration entsprechender Wandler erforderlich.
In the following, different integration concepts for the realization of active image sensors with organic components are presented:
  • (a) Direct conversion of photonic information into digital information (primary beam, primary signal) This concept utilizes that the drain current of an organic field effect transistor increases upon irradiation of the transistor as long as the wavelength of the radiation falls within the absorption spectrum of the organic semiconductor. The absorption of photons in the organic semiconductor leads to the generation of charge carrier pairs that contribute to the drain current. This concept is usually limited to a relatively small wavelength range of the photonic information as a primary signal or primary radiation. In addition, this concept is preferably suitable for the construction of individual sensors, because read-out in a matrix arrangement without temporary storage of the information can not be reliable.
  • (b) Direct conversion of photonic information into digital information with a photodiode (primary radiation, primary signal) This concept makes use of the fact that the photoswitches that are present above an organic photodiode are exploited Voltage upon irradiation of the diode changes as long as the wavelength of the radiation falls within the absorption spectrum of the organic semiconductor. The absorption of photons in the organic semiconductor leads to the generation of pairs of charge carriers, which are separated under the influence of the internal electric field and dissipated to the electrodes, where they change the voltage across the diode. This concept is usually limited to a relatively small wavelength range of the photonic information as a primary signal or primary radiation. At the same time, the photodiode represents a capacitance at which the separated and discharged charges and thus the electronic information remain stored until reading takes place via the selection transistor. For this purpose, the photodiode must be in electrical contact with the transistor. The wavelengths of the photonic information to be detected are determined by the properties of the organic semiconductor layer (s) of the diode. In general, photonic information from the UV region to the NIR region can be detected and digitized with this arrangement. An adaptation of the absorption properties of the diode material is possible within limits with the help of sensitizer dyes.
  • (c) Indirect conversion of photonic information into digital information (secondary radiation, secondary signal) Also in this concept, the drain current of an organic field effect transistor is increased when the transistor is irradiated, as long as the wavelength of the radiation falls within the absorption spectrum of the organic semiconductor. In order to enable detection of photonic information as a primary signal or primary radiation whose wavelength is outside the absorption spectrum of the organic semiconductor, for example X-radiation or deep UV, a conversion of this short-wave primary radiation into a suitable secondary radiation takes place first. This requires the integration of appropriate transducers. These must - like the primary source in concepts (a) and (b) - not be in electrical contact with the transistor, but in optical or visual contact, so that the secondary radiation can be detected as secondary information. Corresponding materials for transducers are known for a variety of primary signals. An example is cesium-iodide layers for the conversion of X-rays into visible light. This concept is preferably suitable for the construction of individual sensors, because read-out in a matrix arrangement without temporary storage of the information can not take place reliably.
  • (d) Indirect conversion of photonic information into digital information with photodiode (secondary radiation, secondary signal) This concept also exploits the fact that the voltage across an organic photodiode changes when the diode is irradiated, as long as the wavelength of the radiation into the absorption spectrum of the organic semiconductor falls. In order to enable detection of photonic information as a primary signal or primary radiation whose wavelength is outside the absorption spectrum of the organic semiconductor, for example X-radiation or deep UV, a conversion of this short-wave primary radiation into a suitable secondary radiation takes place first. This requires the integration of appropriate transducers.

Die prinzipielle Herausforderung besteht in der Integration der Einzelkomponenten, nämlich eines organischen Transistors, eines Fotodiode, eines Wandlers, auf dem Substrat unter Gewährleistung der Funktionalität und der prozesstechnischen Realisierbarkeit. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Auswahltransistoren und die Auswerteelektronik mit den gegebenenfalls notwendigen Fotodioden in elektrischem Kontakt stehen müssen, während die photonische Information, nämlich die Primär- und die Sekundärinformation und damit auch gegebenenfalls benötigte Wandler lediglich in optischem Kontakt oder Sichtkontakt zu Transistor und Diode stehen müssen, wobei der Abstand zwischen Wandler und Fotodetektor im Interesse der Auflösung nicht zu groß sein darf, um Streulichteffekte zu vermeiden.The principal challenge is the integration of the individual components, namely an organic transistor, a photodiode, a transducer, on the substrate while ensuring the functionality and the procedural feasibility. It is important to take into account that the selection transistors and the transmitter with the possibly necessary photodiodes are in electrical contact have to, while the photonic information, namely the primary and the secondary information and thus also possibly required converter only in optical contact or visual contact with the transistor and diode must be, where the distance between the transducer and the photodetector in the interest of the resolution is not to be too big allowed to avoid stray light effects.

Integrationskonzepteintegration concepts

Aus diesen Anforderungen ergeben sich für die Integration der Einzelkomponenten zu aktiven Bildsensoren prinzipiell zwei MöglichkeitenOut These requirements arise for the integration of the individual components to active image sensors in principle two possibilities

Zum einen ist die Realisierung eines Bildsensors auf einem beliebigen und nicht notwendigerweise transparenten Substrat denkbar mit Einkopplung der Strahlung entweder direkt über die Quelle oder indirekt über einen Wandler von der Frontseite gemäß den 3A bis 3D.On the one hand, the realization of an image sensor on an arbitrary and not necessarily transparent substrate is conceivable with coupling of the radiation either directly via the source or indirectly via a transducer from the front side in accordance with FIGS 3A to 3D ,

Zum anderen ist die Realisierung eines Bildsensors auf einem transparenten Substrat denkbar mit Einkopplung der Strahlung entweder direkt über die Quelle oder indirekt über einen Wandler von der Rückseite gemäß den 4A bis 4D. In diesem Fall müssen die unteren Elektroden der Licht absorbierenden Bauelemente unter Verwendung einer optisch hinreichend transparenten, elektrisch leitfähigen Schicht realisiert werden. Hierfür kommen zum Beispiel sehr dünne Metallschichten, leitfähige Polymere und/und transparente Metalloxide, zum Beispiel Zinnoxid und Zinkoxid, in Frage.On the other hand, the realization of an image sensor on a transparent substrate is conceivable with coupling of the radiation either directly via the source or indirectly via a transducer from the rear side in accordance with FIGS 4A to 4D , In this case, the lower electrodes of the light absorbing devices must be realized by using an optically sufficiently transparent electrically conductive layer. For example, very thin metal layers, conductive polymers and / or transparent metal oxides, for example tin oxide and zinc oxide, are suitable for this purpose.

Zur gezielten Reduzierung von Lichtstreueffekten zwischen benachbarten Pixeln zwecks Erhöhung der räumlichen Auflösung des Sensors ist für alle beschriebenen Integrationskonzepte die Verwendung einer Dunkelmatrix oder Dunkelmaske, also einer stark absorbierenden Schicht, die lediglich im Bereich der Sensoren oder der eigentlichen Sensorzone, also je nach Konzept entweder beim Transistor oder bei der Fotodiode, geöffnet wird, vorteilhaft.For targeted reduction of Lichtstreuef For all described integration concepts, the use of a dark matrix or dark mask, ie a strongly absorbing layer, which is only in the region of the sensors or the actual sensor zone, ie depending on the concept either in the transistor or in the Photodiode, opened, beneficial.

Prinzipiell ist neben der planaren Anordnung von Auswahltransistor und Fotodiode gemäß den Ausführungsformen 3B und 3D auch eine Stapelung der Einzelkomponenten möglich, wobei die Fotodiode entweder oberhalb oder unterhalb des Transistors angeordnet sein kann. Bei der Anordnung des Transistors oberhalb der Fotodiode verringert sich zwar die zur Absorption in der Fotodiode zur Verfügung stehende Fläche. Das ist jedoch unproblematisch, weil die Fotodiode in der Regel ohnehin deutlich größer ist als der Transistor.in principle is next to the planar array of select transistor and photodiode according to the embodiments 3B and 3D also possible a stacking of the individual components, wherein the photodiode is arranged either above or below the transistor can be. In the arrangement of the transistor above the photodiode Although it reduces the available for absorption in the photodiode Area. However, this is not a problem, because the photodiode usually anyway much larger as the transistor.

Eine Kernidee der Erfindung besteht also insbesondere auch im Bereitstellen von Anordnungen zur Realisierung von ein- und zweidimensionalen aktiven Bildsensoren zur Digitalisierung photonischer Informationen mit Hilfe organischer Feldeffekttransistoren als Bestandteil einer aktiven Matrix.A Core idea of the invention is therefore also in particular in the provision of arrangements for the realization of one- and two-dimensional active image sensors for the digitization of photonic information with the help of organic field effect transistors as part of a active matrix.

Diese und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung werden anhand schematischer Zeichnungen auf der Grundlage bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert.These and further aspects of the present invention will become more apparent by way of schematic Drawings based on preferred embodiments of the invention explained in more detail.

1A–C zeigen in schematischer Draufsicht, in Form eines Schaltungsdiagramms bzw. in geschnittener Seitenansicht Ausführungsformen herkömmlicher Sensorelemente. 1A -C show in schematic plan view, in the form of a circuit diagram or in a sectional side view embodiments of conventional sensor elements.

2 zeigt in Form eines schematischen Schaltungsdiagramms einen erfindungsgemäßen Sensor aus einer Mehrzahl matrixartig angeordneter erfindungsgemäßer Sensorelemente gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 2 shows in the form of a schematic circuit diagram of a sensor according to the invention of a plurality of matrix-like arranged inventive sensor elements according to a preferred embodiment of the invention.

3A–D zeigen schematische und geschnittene Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sensorelemente mit Vorderseitenbestrahlung in Bezug auf ein vorgegebenes Substrat. 3A D show schematic and sectional side views of various embodiments of inventive sensor elements with front side irradiation with respect to a given substrate.

4A–D zeigen schematische und geschnittene Seitenansichten verschiedener Ausführungsformen erfindungsgemäßer Sensorelemente mit Rückseitenbestrahlung in Bezug auf ein vorgegebenes Substrat. 4A D show schematic and sectional side views of various embodiments of inventive sensor elements with backside irradiation with respect to a given substrate.

Nachfolgend werden funktionell und/oder strukturell ähnliche oder äquivalente Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, ohne dass in jedem Fall ihres Auftretens eine Detailbeschreibung wiederholt wird.following become functionally and / or structurally similar or equivalent Elements denoted by the same reference numerals without being in any Case of their occurrence a detailed description is repeated.

Die 1A bis 1C illustrieren die Anordnung für einen herkömmlichen Sensor zur Wandlung von Strahlungsenergie in ein elektrisches Signal. Die 1A zeigt in Draufsicht das Design für eine Anordnung herkömmlicher Sensorelemente in strikter Halbleitertechnologie. 1C ist eine schematische und geschnittene Seitenansicht für ein einzelnes Sensorelement aus dem Stand der Technik. 1B zeigt in schematischer Form eines Schaltungsdiagramms den Aufbau des Sensorelements aus 1C, nämlich bestehend aus einer so genannten Fotodiode und einem Dünnschichttransistor TFT.The 1A to 1C illustrate the arrangement for a conventional sensor for converting radiant energy into an electrical signal. The 1A shows in plan view the design for an arrangement of conventional sensor elements in strict semiconductor technology. 1C is a schematic and sectional side view of a single sensor element of the prior art. 1B shows in schematic form of a circuit diagram of the structure of the sensor element 1C , namely consisting of a so-called photodiode and a thin-film transistor TFT.

2 ist ein schematisches Schaltungsdiagramm eines erfindungsgemäßen Sensors 100 mit einer Mehrzahl erfindungsgemäßer Sensorelemente 10, die im Wesentlichen jeweils von organischen Transistoren T gebildet werden und matrixartig, d. h. also in Form einer rechteckigen und planaren Matrix angeordnet sind, wobei der Zugriff und die Ansteuerung der einzelnen Sensorelemente 10 auf der Grundlage einer Ansteuer- und Messeinheit 10 und eines Zeilendecoders 120 und entsprechender Zugriffsleitungen 111 bzw. 121 erfolgt, wobei in den Ansteuer- und Messleitungen 111 als Zugriffsleitungen 111 darüber hinaus Stromquellen Q vorgesehen sind. 2 is a schematic circuit diagram of a sensor according to the invention 100 with a plurality of sensor elements according to the invention 10 , which are essentially each formed by organic transistors T and matrix-like, that is arranged in the form of a rectangular and planar matrix, wherein the access and the control of the individual sensor elements 10 based on a drive and measurement unit 10 and a row decoder 120 and corresponding access lines 111 respectively. 121 takes place, wherein in the control and measuring lines 111 as access lines 111 In addition, power sources Q are provided.

Die 3A bis 4D zeigen in schematischer und geschnittener Seitenansicht bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sensorelements 10.The 3A to 4D show in schematic and sectional side view preferred embodiments of the sensor element according to the invention 10 ,

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements 10 gemäß der 3A ist als zugrunde liegendes Halbleiter bauelement T ein Transistor T vorgesehen. Der Transistor T ist auf dem Oberflächenbereich 20a eines Substrats 20 ausgebildet und weist einen Gatebereich G aus einem Gatematerial 30 auf, welches in eine Gateisolation GOX aus einem Isolationsmaterial 40 eingebettet ist und an welches sich erste und zweite Source-/Drainbereiche SD1, SD2 aus einem Source-/Drainmaterial 50 anschließen, wobei ein bestimmter Bereich der Gateisolation GOX in Form eines Fensters F frei bleibt und von einem organischen Halbleitermaterial 70 eingenommen und gefüllt wird, welcher den Kanalbereich K des Transistors T zwischen dem ersten und dem zweiten Source-/Drainbereich SD1, SD2 und bei dieser Ausführungsform auch den aktiven Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ bildet.In the embodiment of the sensor element according to the invention 10 according to the 3A is provided as the underlying semiconductor device T T a transistor. The transistor T is on the surface area 20a a substrate 20 formed and has a gate region G of a gate material 30 which is in a gate insulation GOX made of an insulating material 40 is embedded and to which first and second source / drain regions SD1, SD2 from a source / drain material 50 connect, wherein a certain area of the gate insulation GOX remains free in the form of a window F and of an organic semiconductor material 70 is occupied and filled, which forms the channel region K of the transistor T between the first and the second source / drain region SD1, SD2 and in this embodiment also the active semiconductor material region A of the sensor zone SZ.

Die Struktur aus Gatebereich G, Gateisolation GOX, erstem und zweitem Source-/Drainbereich SD1, SD2 und Kanalbereich K ist in einen Puffermaterialbereich 60 eingebettet, welcher an seiner Oberseite 60a unter Freilassung des Fensters F für den Strahlungseintritt mit einer Dunkelmatrix 80 abgedeckt ist.The structure of gate region G, gate insulation GOX, first and second source / drain regions SD1, SD2 and channel region K is in a buffer material region 60 embedded, which at its upper page 60a leaving the window F for radiation entry with a dark matrix 80 is covered.

Im Betrieb fällt durch das Fenster F und durch die Pufferschicht 60 hindurch Nachweisstrahlung in direkter Art und Weise auf das organische Halbleitermaterial 70 des Kanalbereichs K des Transistors T, nämlich als Primärstrahlung hν und bewirkt im Material 70 des Kanalbereichs K des Transistors T als aktivem Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ einen Übergang von einem Zustand mit vergleichsweise geringerer elektrischer Leitfähigkeit zu einem Zustand mit vergleichsweise höherer elektrischer Leitfähigkeit, so dass über einen Kanalstrom zwischen dem ersten Source-/Drainbereich SD1 und dem zweiten Source-/Drainbereich SD2 durch den Kanal K des Transistors T der Nachweis der Primärstrahlung erfolgen kann. Voraussetzung ist dabei, dass für die Primärstrahlung hν das Puffermaterial 60 im Wesentlichen transparent ist und dass das Halbleitermaterial 70 des Kanalbereichs K des Transistors T als aktiver Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ energetisch mit seinem Nachweisenergiebereich zur Primärstrahlung hν passt.In operation falls through the window F and through the buffer layer 60 through detection radiation in a direct manner to the organic semiconductor material 70 the channel region K of the transistor T, namely as a primary radiation hν and causes in the material 70 of the channel region K of the transistor T as an active semiconductor material region A of the sensor zone SZ a transition from a state of comparatively lower electrical conductivity to a state of comparatively higher electrical conductivity, so that via a channel current between the first source / drain region SD1 and the second source / Drain region SD2 through the channel K of the transistor T, the detection of the primary radiation can take place. The prerequisite is that for the primary radiation hν the buffer material 60 is essentially transparent and that the semiconductor material 70 of the channel region K of the transistor T as the active semiconductor material region A of the sensor zone SZ fits energetically with its detection energy range to the primary radiation hν.

Bei der Ausführungsform der 3A ist das zugrunde liegende Halbleiterbauelement T des Sensorelements 10 also als Einzeltransistor T auf der Grundlage eines organischen Halbleitermaterials 70 ausgebildet und auf der Oberfläche 20a des zugrunde liegenden Substrats 20 angeordnet, wobei das Halbleiterbauelement T die Primärstrahlung hν direkt und aus dem dem Oberflächenbereich 20a des Substrats zugewandten Raumbereich her empfängt und nachweist.In the embodiment of the 3A is the underlying semiconductor device T of the sensor element 10 that is, as a single transistor T based on an organic semiconductor material 70 trained and on the surface 20a of the underlying substrate 20 arranged, wherein the semiconductor device T, the primary radiation hν directly and from the surface area 20a receives the space facing the substrate area and detects.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements 10 gemäß der 3B ist als zugrunde liegendes Halbleiterbauelement T ebenfalls ein Transistor T vorgesehen. Der Transistor T ist auf dem Oberflächenbereich 20a eines Substrats 20 ausgebildet und weist einen Gatebereich G aus einem Gatematerial 30 auf, welches in eine Gateisolation GOX aus einem Isolationsmaterial 40 eingebettet ist und an welches sich erste und zweite Source-/Drainbereiche SD1, SD2 aus einem Source-/Drainmaterial 50 anschließen, wobei ein bestimmter Bereich der Gateisolation GOX in Form eines Fensters F frei bleibt und von einem organischen Halbleitermaterial 70 eingenommen und gefüllt wird, welcher den Kanalbereich K des Transistors T zwischen dem ersten und dem zweiten Source-/Drainbereich SD1, SD2 und bei dieser Ausführungsform auch den aktiven Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ bildet.In the embodiment of the sensor element according to the invention 10 according to the 3B is also provided as the underlying semiconductor device T, a transistor T. The transistor T is on the surface area 20a a substrate 20 formed and has a gate region G of a gate material 30 which is in a gate insulation GOX made of an insulating material 40 is embedded and to which first and second source / drain regions SD1, SD2 from a source / drain material 50 connect, wherein a certain area of the gate insulation GOX remains free in the form of a window F and of an organic semiconductor material 70 is occupied and filled, which forms the channel region K of the transistor T between the first and the second source / drain region SD1, SD2 and in this embodiment also the active semiconductor material region A of the sensor zone SZ.

Die Struktur aus Gatebereich G, Gateisolation GOX, erstem und zweitem Source-/Drainbereich SD1, SD2 und Kanalbereich K ist in einen Puffermaterialbereich 60 eingebettet, welcher an seiner Oberseite 60a unter Freilassung des Fensters F für den Strahlungseintritt mit einer Dunkelmatrix 80 abgedeckt ist.The structure of gate region G, gate insulation GOX, first and second source / drain regions SD1, SD2 and channel region K is in a buffer material region 60 embedded, which at its top 60a leaving the window F for radiation entry with a dark matrix 80 is covered.

Auf der Pufferschicht 60 im Bereich des Fensters F und auf der Dunkelmatrix 80 ist ein Wandlermaterial 90 aufgebracht, durch welches die Primärstrahlung hν' empfangbar, in Sekundärstrahlung hν' wandelbar und in Richtung auf den aktiven Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ, nämlich den organischen Halbleitermaterialbereich 70 des Kanalbereichs 70 des Transistors T als Sekundärstrahlung hν' aussendbar ist.On the buffer layer 60 in the area of the window F and on the dark matrix 80 is a transducer material 90 applied, by which the primary radiation hν 'receivable, in secondary radiation hν' convertible and in the direction of the active semiconductor material region A of the sensor zone SZ, namely the organic semiconductor material region 70 of the channel area 70 of the transistor T as secondary radiation hν 'can be emitted.

Im Betrieb fällt durch das Fenster F und durch die Pufferschicht 60 hindurch die Nachweisstrahlung, aber in indirekter Art und Weise, auf das organische Halbleitermaterial 70 des Kanalbereichs K des Transistors T, nämlich als Sekundärstrahlung hν' und bewirkt im Material 70 des Kanalbereichs K des Transistors T als aktivem Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ einen Übergang von einem Zustand mit vergleichsweise geringerer elektrischer Leitfähigkeit zu einem Zustand mit vergleichsweise höherer elektrischer Leitfähigkeit, so dass über einen Kanalstrom zwischen dem ersten Source-/Drainbereich SD1 und dem zweiten Source-/Drainbereich SD2 durch den Kanal K des Transistors T der Nachweis der Primärstrahlung hν über den Nachweis der Sekundärstrahlung hν' erfolgen kann. Voraussetzung ist dabei, dass für die Sekundärstrahlung hν' das Puffermaterial 60 im Wesentlichen transparent ist und dass das Halbleitermaterial 70 des Kanalbereichs K des Transistors T als aktiver Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ energetisch mit seinem Nachweisenergiebereich zur Sekundärstrahlung hν' passt.In operation falls through the window F and through the buffer layer 60 through the detection radiation, but in an indirect manner, to the organic semiconductor material 70 the channel region K of the transistor T, namely as secondary radiation hν 'and causes in the material 70 of the channel region K of the transistor T as an active semiconductor material region A of the sensor zone SZ a transition from a state of comparatively lower electrical conductivity to a state of comparatively higher electrical conductivity, so that via a channel current between the first source / drain region SD1 and the second source / Drain region SD2 through the channel K of the transistor T, the detection of the primary radiation hν on the detection of the secondary radiation hν 'can take place. The prerequisite is that for the secondary radiation hν 'the buffer material 60 is essentially transparent and that the semiconductor material 70 of the channel region K of the transistor T as an active semiconductor material region A of the sensor zone SZ energetically fits with its detection energy range to the secondary radiation hν '.

Die Ausführungsform der 3B unterscheidet sich von der Ausführungsform der 3A also im Wesentlichen dadurch, dass im organischen Halbleitermaterialbereich 70 des Ka nalbereichs K des zugrunde liegenden Halbleiterbauelements T die Primärstrahlung hν über die Sekundärstrahlung hν' aus dem Wandlungsprozess durch das Wandlermaterial 90 nachgewiesen wird.The embodiment of the 3B differs from the embodiment of the 3A thus essentially by the fact that in the organic semiconductor material area 70 of the Ka nalbereichs K of the underlying semiconductor device T, the primary radiation hν on the secondary radiation hν 'from the conversion process by the transducer material 90 is detected.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements 10 gemäß der 3C ist als zugrunde liegendes Halbleiterbauelement D eine Diode D vorgesehen. Diese Diode D definiert die eigentliche Sensorzone SZ mit einem entsprechen aktiven Halbleitermaterialbereich A, wobei letzter gebildet wird vom Anodenbereich An und/oder vom Kathodenbereich Ka der Diode D. Der Anodenbereich An ist mit oder aus einem organischen Halbleitermaterial 75 ausgebildet, der Kathodenbereich aus einem entsprechenden Kathodenmaterial 76. Bei dieser Ausführungsform des Sensorelements 10 liegt der Kathodenbereich Ka direkt auf der Oberfläche 20a eines Substrats 20 auf. Daran schließt sich der Anodenbereich An der Diode D an, welcher zum Strahlungsempfang und -nachweis ausgebildet ist und mit dem Auswahltransistor T elektrisch verbunden ist.In the embodiment of the sensor element according to the invention 10 according to the 3C is provided as the underlying semiconductor device D, a diode D. This diode D defines the actual sensor zone SZ with a corresponding active semiconductor material region A, the latter being formed by the anode region An and / or the cathode region Ka of the diode D. The anode region An is with or made of an organic semiconductor material 75 formed, the cathode region of a corresponding cathode material 76 , In this embodiment of the sensor element 10 lies the cathode area Ka directly on the surface 20a a substrate 20 on. This is followed by the anode region adjoins the diode D, which is designed for radiation reception and detection and is electrically connected to the selection transistor T.

Der Transistor T ist ebenfalls auf dem Oberflächenbereich 20a des Substrats 20 ausgebildet und weist einen Gatebereich G aus einem Gatematerial 30 auf, welches in eine Gateisolation GOX aus einem Isolationsmaterial 40 eingebettet ist und an welches sich erste und zweite Source-/Drainbereiche SD1, SD2 aus einem Source-/Drainmaterial 50 anschließen, wobei ein bestimmter Bereich der Gateisolation GOX in Form eines Fensters F frei bleibt und von einem organischen Halbleitermaterial 70 eingenommen und gefüllt wird, welcher den Kanalbereich K des Transistors T zwischen dem ersten und dem zweiten Source-/Drainbereich SD1, SD2 und bei dieser Ausführungsform nicht den aktiven Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ bildet.The transistor T is also on the surface area 20a of the substrate 20 formed and has a gate region G of a gate material 30 which is in a gate insulation GOX made of an insulating material 40 is embedded and to which first and second source / drain regions SD1, SD2 from a source / drain material 50 connect, wherein a certain area of the gate insulation GOX remains free in the form of a window F and of an organic semiconductor material 70 is taken and filled, which the channel region K of the transistor T between the first and the second source / drain region SD1, SD2 and in this embodiment does not form the active semiconductor material region A of the sensor zone SZ.

Die Diode D und der Auswahltransistor sind in einer Pufferschicht 60 eingebettet. Das heißt, die Struktur aus Gatebereich G, Gateisolation GOX, erstem und zweitem Source-/Drainbereich SD1, SD2 und Kanalbereich K einerseits und Kathodenbereich Ka und Anodenbereich An der Diode andererseits ist in einen Puffermaterialbereich 60 eingebettet, welcher an seiner Oberseite 60a unter Freilassung eines Fensters F für den Strahlungseintritt mit einer Dunkelmatrix 80 abgedeckt ist. Die Dunkelmatrix 80 deckt oder schattet dabei den Transistor T im Wesentlichen ab, wogegen die Diode D als Nachweiselement mit der Sensorzone SZ unter dem Fenster liegt.The diode D and the selection transistor are in a buffer layer 60 embedded. That is, the structure of gate region G, gate insulation GOX, first and second source / drain regions SD1, SD2 and channel region K on the one hand, and cathode region Ka and anode region on the other hand, is in a buffer material region 60 embedded, which at its top 60a leaving a window F for radiation entry with a dark matrix 80 is covered. The dark matrix 80 covers or shadows the transistor T substantially, whereas the diode D is located as a detection element with the sensor zone SZ under the window.

Im Betrieb fällt durch das Fenster F und durch die Pufferschicht 60 hindurch Nachweisstrahlung in direkter Art und Weise auf das organische Halbleitermaterial 75 des Anodenbereichs An der Diode D, nämlich als Primärstrahlung hν und bewirkt im Material 75 zumindest des Anodenbereichs An der Diode D als aktivem Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ einen Übergang von einem Zustand mit vergleichsweise geringerer elektrischer Leitfähigkeit zu einem Zustand mit vergleichsweise höherer elektrischer Leitfähigkeit, so dass über einen Diodenstrom und bei Auswahl einem entsprechenden Kanalstrom zwischen dem ersten Source-/Drainbereich SD1 und dem zweiten Source-/Drainbereich SD2 durch den Kanal K des Transistors T der Nachweis der Primärstrahlung hν direkt erfolgen kann. Voraussetzung ist dabei, dass für die Primärstrahlung hν das Puffermaterial 60 im Wesentlichen transparent ist und dass das Halbleitermaterial 75 des Anodenbereichs An der Diode D als aktiver Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ energetisch mit seinem Nachweisenergiebereich zur Primärstrahlung hν passt.In operation falls through the window F and through the buffer layer 60 through detection radiation in a direct manner to the organic semiconductor material 75 of the anode region At the diode D, namely as the primary radiation hν and causes in the material 75 at least of the anode region at the diode D as the active semiconductor material region A of the sensor zone SZ a transition from a state with comparatively lower electrical conductivity to a state with comparatively higher electrical conductivity, so that via a diode current and when selecting a corresponding channel current between the first source / Drain region SD1 and the second source / drain region SD2 through the channel K of the transistor T, the detection of the primary radiation hν can be made directly. The prerequisite is that for the primary radiation hν the buffer material 60 is essentially transparent and that the semiconductor material 75 of the anode region At the diode D, as the active semiconductor material region A of the sensor zone SZ, it fits energetically with its detection energy range to the primary radiation hν.

Bei der Ausführungsform der 3C ist also zusätzlich zu den Elementen der Ausführungsform der 3A als zugrunde liegendes Halbleiterbauelement D, welches die Sensorzone SZ und den aktiven Halbleitermaterialbereich A definiert, eine Diode D vorgesehen, die zumindest zu einem Teil, nämlich in ihrem Anodenbereich An aus oder mit einem organischen Halbleitermaterial 75 als aktivem Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ besteht, wobei der ebenfalls vorgesehene Transistor T ein organischer Feldeffekttransistor ist und durch die Dunkelmaske 80 oder Dunkelmatrix 80 vollständig abgeschattet wird, so dass bei der Ausführungsform der 3C die Primärstrahlung hν in direkter Art und Weise ausschließlich auf den organischen Halbleitermaterialbereich 75 der zugrunde liegenden Diode D als aktivem Halbleitermaterialbereich A oder Sensorzone SZ auftrifft und dort nachgewiesen wird.In the embodiment of the 3C So is in addition to the elements of the embodiment of 3A as the underlying semiconductor device D, which defines the sensor zone SZ and the active semiconductor material region A, a diode D is provided, which at least in part, namely in its anode region An from or with an organic semiconductor material 75 exists as an active semiconductor material region A of the sensor zone SZ, wherein the likewise provided transistor T is an organic field effect transistor and through the dark mask 80 or dark matrix 80 is completely shadowed, so that in the embodiment of the 3C the primary radiation hν in a direct manner exclusively on the organic semiconductor material area 75 the underlying diode D strikes as an active semiconductor material region A or sensor zone SZ and is detected there.

Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sensorelements 10 gemäß der 3D ist als zugrunde liegendes Halbleiterbauelement D ebenfalls eine Diode D vorgesehen. Diese Diode D definiert die eigentliche Sensorzone SZ mit einem entsprechen aktiven Halbleitermaterialbereich A, wobei letzter gebildet wird vom Anodenbereich An und/oder vom Kathodenbereich Ka der Diode. Der Anodenbereich An ist mit oder aus einem organischen Halbleitermaterial 75 ausgebildet, der Kathodenbereich aus einem entsprechenden Kathodenmaterial 76. Bei dieser Ausführungsform des Sensorelements 10 liegt der Kathodenbereich Ka direkt auf der Oberfläche 20a eines Substrats 20 auf. Daran schließt sich der Anodenbereich An der Diode D an, welcher zum Strahlungsempfang und -nachweis ausgebildet ist und mit dem Auswahltransistor T elektrisch verbunden ist.In the embodiment of the sensor element according to the invention 10 according to the 3D is provided as the underlying semiconductor device D also has a diode D. This diode D defines the actual sensor zone SZ with a corresponding active semiconductor material region A, the latter being formed by the anode region An and / or the cathode region Ka of the diode. The anode region An is with or of an organic semiconductor material 75 formed, the cathode region of a corresponding cathode material 76 , In this embodiment of the sensor element 10 the cathode region Ka lies directly on the surface 20a a substrate 20 on. This is followed by the anode region adjoins the diode D, which is designed for radiation reception and detection and is electrically connected to the selection transistor T.

Der Transistor T ist ebenfalls auf dem Oberflächenbereich 20a des Substrats 20 ausgebildet und weist einen Gatebereich G aus einem Gatematerial 30 auf, welches in eine Gateisolation GOX aus einem Isolationsmaterial 40 eingebettet ist und an welches sich erste und zweite Source-/Drainbereiche SD1, SD2 aus einem Source-/Drainmaterial 50 anschließen, wobei ein bestimmter Bereich der Gateisolation GOX in Form eines Fensters F frei bleibt und von einem organischen Halbleitermaterial 70 eingenommen und gefüllt wird, welcher den Kanalbereich K des Transistors T zwischen dem ersten und dem zweiten Source-/Drainbereich SD1, SD2 und bei dieser Ausführungsform nicht den aktiven Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ bildet.The transistor T is also on the surface area 20a of the substrate 20 formed and has a gate region G of a gate material 30 which is in a gate insulation GOX made of an insulating material 40 is embedded and to which first and second source / drain regions SD1, SD2 from a source / drain material 50 connect, wherein a certain area of the gate insulation GOX remains free in the form of a window F and of an organic semiconductor material 70 is taken and filled, which the channel region K of the transistor T between the first and the second source / drain region SD1, SD2 and in this embodiment does not form the active semiconductor material region A of the sensor zone SZ.

Die Diode D und der Auswahltransistor sind in einer Pufferschicht 60 eingebettet. Das heißt, die Struktur aus Gatebereich G, Gateisolation GOX, erstem und zweitem Source-/Drainbereich SD1, SD2 und Kanalbereich K einerseits und Kathodenbereich Ka und Anodenbereich An der Diode andererseits ist in einen Puffermaterialbereich 60 eingebettet, welcher an seiner Oberseite 60a unter Freilassung eines Fensters F für den Strahlungseintritt mit einer Dunkelmatrix 80 abgedeckt ist. Die Dunkelmatrix 80 deckt oder schattet dabei den Transistor T im Wesentlichen ab, wogegen die Diode D als Nachweiselement mit der Sensorzone SZ unter dem Fenster liegt.The diode D and the selection transistor are in a buffer layer 60 embedded. That is, the structure of gate region G, gate insulation GOX, first and second source / drain regions SD1, SD2 and channel region K on the one hand, and cathode region Ka and anode region on the other, is in a buffer material region 60 embedded, which at its top 60a leaving a window F for radiation entry with a dark matrix 80 is covered. The dark matrix 80 covers or shadows the transistor T substantially, whereas the diode D is located as a detection element with the sensor zone SZ under the window.

Auf der Pufferschicht 60 im Bereich des Fensters F und auf der Dunkelmatrix 80 ist ein Wandlermaterial 90 aufgebracht, durch welches die Primärstrahlung hν' empfangbar, in Sekundärstrahlung hν' wandelbar und in Richtung auf den aktiven Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ, nämlich den organischen Halbleitermaterialbereich 75 des Anodenbereichs An der Diode D als Sekundärstrahlung hν' aussendbar ist.On the buffer layer 60 in the area of the window F and on the dark matrix 80 is a transducer material 90 applied, by which the primary radiation hν 'receivable, in secondary radiation hν' convertible and in the direction of the active semiconductor material region A of the sensor zone SZ, namely the organic semiconductor material region 75 of the anode region can be emitted at the diode D as secondary radiation hν '.

Im Betrieb fällt durch das Fenster F und durch die Pufferschicht 60 hindurch Nachweisstrahlung, aber in indirekter Art und Weise, auf das organische Halbleitermaterial 75 des Anodenbereichs An der Diode D, nämlich als Sekundärstrahlung hν' und bewirkt im Material 75 zumindest des Anodenbereichs An der Diode D als aktivem Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ einen Übergang von einem Zustand mit vergleichsweise geringerer elektrischer Leitfähigkeit zu einem Zustand mit vergleichsweise höherer elektrischer Leitfähigkeit, so dass über einen Diodenstrom und bei Auswahl einem entsprechenden Kanalstrom zwischen dem ersten Source-/Drainbereich SD1 und dem zweiten Source-/Drainbereich SD2 durch den Kanal K des Transistors T der Nachweis der Primärstrahlung hν indirekt über den Nachweis der Sekundärstrahlung hν' erfolgen kann. Voraussetzung ist dabei, dass für die Sekundärstrahlung hν' das Puffermaterial 60 im Wesentlichen transparent ist und dass das Halbleitermaterial 75 des Anodenbereichs An der Diode D als aktiver Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ energetisch mit seinem Nachweisenergiebereich zur Sekundärstrahlung hν' passt.In operation falls through the window F and through the buffer layer 60 through detection radiation, but in an indirect manner, to the organic semiconductor material 75 of the anode region At the diode D, namely as secondary radiation hν 'and causes in the material 75 at least of the anode region at the diode D as the active semiconductor material region A of the sensor zone SZ a transition from a state with comparatively lower electrical conductivity to a state with comparatively higher electrical conductivity, so that via a diode current and when selecting a corresponding channel current between the first source / Drain region SD1 and the second source / drain region SD2 through the channel K of the transistor T, the detection of the primary radiation hν can be done indirectly via the detection of the secondary radiation hν '. The prerequisite is that for the secondary radiation hν 'the buffer material 60 is essentially transparent and that the semiconductor material 75 of the anode region at the diode D as an active semiconductor material region A of the sensor zone SZ energetically with its detection energy range to the secondary radiation hν 'fits.

Die Ausführungsform der 3D unterscheidet sich von der Ausführungsform der 3C also im Wesentlichen dadurch, dass hier die Sekundärstrahlung hν' im organischen Halbleitermaterial 75 der Diode D als zugrunde liegendem Halbleiterbauelement D als aktivem Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ nachgewiesen wird, welche vom Wandlermaterial 90 aus der Primärstrahlung hυ erzeugt wird, welches den Fensterbereich F in der Dunkelmaske oder Dunkelmatrix 80 abdeckt.The embodiment of the 3D differs from the embodiment of the 3C in other words essentially in that here the secondary radiation hν 'in the organic semiconductor material 75 the diode D is detected as the underlying semiconductor device D as the active semiconductor material region A of the sensor zone SZ, which of the transducer material 90 is generated from the primary radiation hυ, which the window area F in the dark mask or dark matrix 80 covers.

Die Ausführungsform der 4A unterscheidet sich also von der Ausführungsform der 3A ausschließlich dadurch, dass der Empfang der Primärstrahlung hν durch das Sensorelement 10 von der Unterseite 20b des Substrats 20 her erfolgt, wobei die Unterseite 20b des Substrats 20 mit der Dunkelmaske 80 oder Dunkelmatrix 80 unter entsprechendem Freilassen mittels eines Fensters F abdeckt. Dabei müssen das Substrat 20 und auch die nachfolgenden Materialschichten zwischen dem Sub strat 20 und dem organischen Halbleitermaterialbereich 70 für die Primärstrahlung hν im Wesentlichen transparent sein.The embodiment of the 4A differs from the embodiment of the 3A exclusively in that the reception of the primary radiation hν by the sensor element 10 from the bottom 20b of the substrate 20 is done here, the bottom 20b of the substrate 20 with the dark mask 80 or dark matrix 80 covered with appropriate release by means of a window F. In doing so, the substrate must 20 and also the subsequent layers of material between the sub strate 20 and the organic semiconductor material region 70 be substantially transparent to the primary radiation hν.

Die Ausführungsform der 4B unterscheidet sich von der Ausführungsform der 4A ausschließlich dadurch, dass im Bereich des Fensters F sich eine Puffermaterialschicht 60 sowie eine Wandlermaterialschicht 90 anschließen, wobei letztere die Primärstrahlung hν in eine Sekundärstrahlung hν' umwandelt, deren Energie im Nachweisenergiebereich des organischen Halbleitermaterials 70 des Kanalbereichs K des als zugrunde liegendes Halbleiterbauelement T dienenden organischen Transistors T dient.The embodiment of the 4B differs from the embodiment of the 4A exclusively in that in the region of the window F is a buffer material layer 60 and a transducer material layer 90 connect the latter, the primary radiation hν in a secondary radiation hν 'converts their energy in the detection energy range of the organic semiconductor material 70 the channel region K of serving as the underlying semiconductor device T organic transistor T is used.

Die Ausführungsform der 4C unterscheidet sich von der Ausführungsform der 3C im Wesentlichen dadurch, dass der Empfang der Primärstrahlung hν von der Unterseite 20b des Substrats 20 her erfolgt, wobei die Unterseite 20b des Substrats 20 entsprechend mit der Dunkelmaske 80 oder Dunkelmatrix 80 unter Freilassung eines Fensters F im Bereich der Diode D abgedeckt ist. Ebenfalls müssen hier das Substrat 20 sowie diejenigen Materialien, die zwischen dem Substrat 20 und der organischen Halbleitermaterialschicht 75 der Diode D als aktivem Halbleitermaterialbereich A der Sensorzone SZ vorgesehen sind, für die Primärstrahlung hν im Wesentlichen transparent sein.The embodiment of the 4C differs from the embodiment of the 3C essentially in that the reception of the primary radiation hν from the bottom 20b of the substrate 20 is done here, the bottom 20b of the substrate 20 accordingly with the dark mask 80 or dark matrix 80 is covered with the release of a window F in the region of the diode D. Also here must be the substrate 20 as well as those materials between the substrate 20 and the organic semiconductor material layer 75 the diode D are provided as an active semiconductor material region A of the sensor zone SZ, be substantially transparent to the primary radiation hν.

Die Ausführungsform der 4D schließlich unterscheidet sich von der Ausführungsform der 4C im Wesentlichen dadurch, dass im Wesentlichen der Bereich des Fensters F der Dunkelmatrix 80 oder Dunkelmaske 80, eine Puffermaterialschicht 60 sowie eine Wandlermaterialschicht 90 in dieser Reihenfolge vorgesehen sind, wobei letztere zur Wandlung der Primärstrahlung hν in eine Sekundärstrahlung hν' und zu deren Aussendung auf den organischen Halbleitermaterialbereich 75 der Diode D ausgebildet ist.The embodiment of the 4D Finally, it differs from the embodiment of the 4C essentially in that essentially the area of the window F of the dark matrix 80 or dark mask 80 , a buffer material layer 60 and a transducer material layer 90 are provided in this order, the latter for converting the primary radiation hν into a secondary radiation hν 'and for their emission to the organic semiconductor material region 75 the diode D is formed.

Zitierte LiteraturQuoted literature

  • [1] R. A. Street, "Technology and Applications of Amorphous Silicon," Springer Verlag, 2000.[1] R.A. Street, "Technology and Applications of Amorphous Silicon, "Springer Publisher, 2000.

1010
erfindungsgemäßes Sensorelementinventive sensor element
2020
Substratsubstratum
20a20a
Oberflächenbereich, OberseiteSurface area, top
20b20b
Unterseitebottom
3030
Materialbereich für Gateelektrodematerial area for gate electrode
4040
Materialbereich für Gateisolationmaterial area for gate insulation
5050
Materialbereich für Source-/Drainbereichematerial area for source / drain regions
6060
PuffermaterialbereichBuffer material area
7070
organisches Halbleitermaterial,organic Semiconductor material
insbesondere für Transistorespecially for transistor
7575
organisches Halbleitermaterial,organic Semiconductor material
insbesondere für Diodeespecially for diode
8080
Material für Dunkelmaske/Dunkeklmatrixmaterial for dark mask / Dunkeklmatrix
9090
WandlermaterialbereichTransducer material area
100100
erfindungsgemäßer Sensorinventive sensor
110110
Ansteuer- und Messeinheitactuation and measurement unit
111111
Ansteuer- und Messleitungactuation and measuring line
120120
Zeilendecoderrow decoder
121121
Ansteuerleitungdrive line
AA
aktiver Halbleitermaterialbereichactive Semiconductor material region
AnAt
Anode, Anodenbereich der Diode DAnode, Anode region of the diode D
DD
Diodediode
GG
Gateelektrode, GateGate electrode, gate
GOXGOX
Gateisolationgate insulation
KK
Kanalbereichchannel area
Kaka
Kathode, Kathodenbereich der Diode DCathode, Cathode region of the diode D
QQ
Stromquellepower source
SD1SD1
Source-/DrainbereichSource / drain region
SD2SD2
Source-/DrainbereichSource / drain region
SZSZ
Sensorzonesensor zone
TT
Transistortransistor
hv
Primärstrahlungprimary radiation
hν'hv '
Sekundärstrahlungsecondary radiation

Claims (21)

Sensorelement, – welches zur Wandlung von Strahlungsenergie in ein elektrisches Signal ausgebildet ist und – welches dazu mindestens ein Halbleiterbauelement (T, D) mit jeweils einem aktiven Halbleitermaterialbereich (A) als Sensorzone (SZ) oder als Teil davon aufweist, – wobei der aktive Halbleitermaterialbereich (A) der Sensorzone (SZ) aus oder mit einem organischen Halbleitermaterial (70, 75) ausgebildet ist.Sensor element, which is designed for converting radiant energy into an electrical signal and which has at least one semiconductor component (T, D) each having an active semiconductor material region (A) as sensor zone (SZ) or as part thereof, wherein the active semiconductor material region (A) the sensor zone (SZ) made of or with an organic semiconductor material ( 70 . 75 ) is trained. Sensorelement nach Anspruch 1, – bei welchem der aktive Halbleitermaterialbereich (A) der Sensorzone (SZ) mit Strahlung beaufschlagbar ist und – bei welchem der aktive Halbleitermaterialbereich (A) der Sensorzone (SZ) bei Beaufschlagung mit Strahlung in einem bestimmten Nachweisenergiebereich von einem Zustand mit einer geringeren elektrischen Leitfähigkeit zu einem Zustand mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit überführbar ist.Sensor element according to claim 1, - in which the active semiconductor material region (A) of the sensor zone (SZ) with Radiation is acted upon and In which the active semiconductor material region (A) the sensor zone (SZ) when exposed to radiation in a certain Detecting energy range from a state with a lower electrical conductivity to a state of higher electrical conductivity is feasible. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der aktive Halbleitermaterialbereich (A) der Sensorzone (SZ) im Wesentlichen direkt mit nachzuweisender Strahlung von extern beaufschlagbar ist.Sensor element according to one of the preceding claims, in which is the active semiconductor material region (A) of the sensor zone (SZ) essentially directly with external radiation to be detected can be acted upon. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der aktive Halbleitermaterialbereich (A) der Sensorzone (SZ) nicht direkt mit nachzuweisender Strahlung von extern beaufschlagbar ist.Sensor element according to one of the preceding claims 1 to 3, in which the active semiconductor material region (A) of the sensor zone (SZ) can not be exposed directly to external radiation to be detected is. Sensorelement nach Anspruch 4, bei welchem der aktive Halbleitermaterial (A) der Sensorzone (SZ) mit einem Materialbereich (19) abgedeckt oder in diesen eingebettet ist.Sensor element according to Claim 4, in which the active semiconductor material (A) of the sensor zone (SZ) has a material region (SZ). 19 ) is covered or embedded in these. Sensorelement nach Anspruch 5, – bei welchem der den aktiven Halbleitermaterialbereich (A) der Sensorzone (SZ) abdeckende oder einbettende Materialbereich (19) ein Wandlermaterial (90) ist oder aufweist, – durch welches die nachzuweisende Strahlung im Wesentlichen direkt als Primärstrahlung empfangbar und in eine Sekundärstrahlung wandelbar und im Wesentlichen zum aktiven Halbleitermaterialbereich (A) der Sensorzone (SZ) aussendbar ist, insbesondere im Nachweisenergiebereich des aktiven Halbleitermaterialbereichs (A) der Sensorzone (SZ).Sensor element according to Claim 5, - in which the material region covering or embedding the active semiconductor material region (A) of the sensor zone (SZ) ( 19 ) a transducer material ( 90 ), by which the radiation to be detected is substantially directly receivable as primary radiation and convertible into secondary radiation and substantially to the active semiconductor material region (A) of the sensor zone (SZ), in particular in the detection energy range of the active semiconductor material region (A) of the sensor zone (SZ). Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, – bei welchem ein Substrat (20) mit einem Oberflächenbereich (20a) vorgesehen ist, – wobei das Halbleiterbauelement (T, D) auf oder oberhalb des Oberflächenbereichs (20a) des Substrats (20) ausgebildet ist.Sensor element according to one of the preceding claims, - in which a substrate ( 20 ) with a surface area ( 20a ) is provided, - wherein the semiconductor component (T, D) on or above the surface area ( 20a ) of the substrate ( 20 ) is trained. Sensorelement nach Anspruch 7, bei welchem der aktive Halbleitermaterialbereich (A) der Sensorzone (SZ) von dem dem Oberflächenbereich (20a) des Substrats (20) zugewandten Raumbereich her direkt oder indirekt mit nachzuweisender Strahlung beaufschlagbar ist.Sensor element according to Claim 7, in which the active semiconductor material region (A) of the sensor zone (SZ) differs from the surface region (S). 20a ) of the substrate ( 20 ) facing space directly forth directly or indirectly with detectable radiation is acted upon. Sensorelement nach Anspruch 8, bei welchem das Wandlermaterial (90) oberhalb des Oberflächenbereichs (20a) des Substrats (20) vorgesehen ist.Sensor element according to claim 8, wherein the transducer material ( 90 ) above the surface area ( 20a ) of the substrate ( 20 ) is provided. Sensorelement nach Anspruch 7, bei welchem der aktive Halbleitermaterialbereich (A) der Sensorzone (SZ) von dem dem Oberflächenbereich (20a) des Substrats (20) abgewandten Raumbereich her direkt oder indirekt mit nachzuweisender Strahlung beaufschlagbar ist, wobei das Substrat (20) insbesondere für die nachzuweisende Strahlung im Wesentlichen transparent ausgebildet ist.Sensor element according to Claim 7, in which the active semiconductor material region (A) of the sensor zone (SZ) differs from the surface region (S). 20a ) of the substrate ( 20 ) remote space can be acted upon direct or indirect radiation to be detected, wherein the substrate ( 20 ) is formed substantially transparent in particular for the radiation to be detected. Sensorelement nach Anspruch 10, bei welchem das Wandlermaterial (90) unterhalb des Oberflächenbereichs (20a) des Substrats (20) vorgesehen ist.Sensor element according to claim 10, wherein the transducer material ( 90 ) below the upper area ( 20a ) of the substrate ( 20 ) is provided. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Halbleiterbauelement (T, D) als Transistor (T) ausgebildet ist, dessen Kanalbereich (K) gebildet ist von oder mit dem aktiven Halbleitermaterialbereich (A) der Sensorzone (SZ).Sensor element according to one of the preceding claims, in in which the semiconductor component (T, D) is designed as a transistor (T) is whose channel region (K) is formed by or with the active Semiconductor material region (A) of the sensor zone (SZ). Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12, bei welchem das Halbleiterbauelement (T; D) als Diode (D) ausgebildet ist, deren Kathodenbereich (Ka) und/oder deren Anodenbereich (An) gebildet ist oder sind von oder mit dem aktiven Halbleitermaterialbereich (A) der Sensorzone (SZ).Sensor element according to one of the preceding claims 1 to 12, in which the semiconductor device (T; D) is formed as a diode (D) is whose cathode region (Ka) and / or its anode region (An) is formed or are of or with the active semiconductor material region (A) the sensor zone (SZ). Sensorelement nach Anspruch 13, bei welchem zusätzlich ein Auswahltransistor (T) in elektrischer Verbindung mit der Diode (T) vorgesehen ist.Sensor element according to claim 13, wherein additionally a Selection transistor (T) in electrical connection with the diode (T) is provided. Sensorelement nach Anspruch 14, bei welchem der Auswahltransistor (T) als organischer Feldeffekttransistor ausgebildet ist, dessen Kanalbereich (K) mit einem organischen Halbleitermaterial (70) gebildet ist.Sensor element according to Claim 14, in which the selection transistor (T) is designed as an organic field-effect transistor whose channel region (K) is formed with an organic semiconductor material ( 70 ) is formed. Sensorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche 14 oder 15, bei welchem entweder der Kathodenbereich (Ka) oder aber der Anodenbereich (An) der Diode (D) mit dem Sourcebereich (SD1) oder dem Drainbereich (SD2) des Auswahltransistors (T) elektrisch verbunden ist.Sensor element according to one of the preceding claims 14 or 15, in which either the cathode region (Ka) or the Anode region (An) of the diode (D) to the source region (SD1) or the drain region (SD2) of the selection transistor (T) is electrically connected is. Sensor zur Wandlung von Strahlungsenergie in ein elektrisches Signal, bei welchem eine Mehrzahl Sensorelemente (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 vorgesehen ist.Sensor for converting radiant energy into an electrical signal, in which a plurality of sensor elements ( 10 ) is provided according to one of claims 1 to 16. Sensor nach Anspruch 17, bei welchem die Sensorelemente (10) zur Ausbildung voneinander unabhängiger elektrischer Signale verschaltet sind.Sensor according to Claim 17, in which the sensor elements ( 10 ) are interconnected to form mutually independent electrical signals. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 oder 18, bei welchem die Mehrzahl Sensoren (10) in einer eindimensionalen Aneinanderreihung angeordnet ist, insbesondere in linearer und/oder in planarer Form.Sensor according to one of the preceding claims 17 or 18, wherein the plurality of sensors ( 10 ) is arranged in a one-dimensional juxtaposition, in particular in linear and / or in planar form. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 19, bei welchem die Mehrzahl Sensorelemente (10) in einer zweidimensionalen Anordnung angeordnet ist, insbesondere als Matrix, in rechteckiger Form und/oder in planarer Form.Sensor according to one of the preceding claims 17 to 19, wherein the plurality of sensor elements ( 10 ) is arranged in a two-dimensional arrangement, in particular as a matrix, in a rectangular shape and / or in planar form. Sensor nach einem der vorangehenden Ansprüche 17 bis 20, welcher als Bildsensor ausgebildet ist.Sensor according to one of the preceding claims 17 to 20, which is designed as an image sensor.
DE102004042175A 2004-08-31 2004-08-31 Sensor element for converting radiation energy into an electric signal has a semiconductor component/transistor with an active semiconductor material area as a sensor zone Ceased DE102004042175A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004042175A DE102004042175A1 (en) 2004-08-31 2004-08-31 Sensor element for converting radiation energy into an electric signal has a semiconductor component/transistor with an active semiconductor material area as a sensor zone

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004042175A DE102004042175A1 (en) 2004-08-31 2004-08-31 Sensor element for converting radiation energy into an electric signal has a semiconductor component/transistor with an active semiconductor material area as a sensor zone

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102004042175A1 true DE102004042175A1 (en) 2006-03-23

Family

ID=36001531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102004042175A Ceased DE102004042175A1 (en) 2004-08-31 2004-08-31 Sensor element for converting radiation energy into an electric signal has a semiconductor component/transistor with an active semiconductor material area as a sensor zone

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102004042175A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017063156A1 (en) * 2015-10-14 2017-04-20 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. X-ray detectors of high spatial resolution

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999026419A1 (en) * 1997-11-14 1999-05-27 Tangen Reidar E Optoelectronic camera and method for image formatting in the same
WO1999049483A1 (en) * 1998-03-26 1999-09-30 Akzo Nobel N.V. Method for making a photovoltaic cell containing a dye
WO2000011725A1 (en) * 1998-08-19 2000-03-02 The Trustees Of Princeton University Organic photosensitive optoelectronic device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999026419A1 (en) * 1997-11-14 1999-05-27 Tangen Reidar E Optoelectronic camera and method for image formatting in the same
WO1999049483A1 (en) * 1998-03-26 1999-09-30 Akzo Nobel N.V. Method for making a photovoltaic cell containing a dye
WO2000011725A1 (en) * 1998-08-19 2000-03-02 The Trustees Of Princeton University Organic photosensitive optoelectronic device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017063156A1 (en) * 2015-10-14 2017-04-20 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. X-ray detectors of high spatial resolution
CN108140650A (en) * 2015-10-14 2018-06-08 深圳帧观德芯科技有限公司 X-ray detector with high spatial resolution
US11029424B2 (en) 2015-10-14 2021-06-08 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. X-ray detectors of high spatial resolution
US11644583B2 (en) 2015-10-14 2023-05-09 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. X-ray detectors of high spatial resolution

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69634025T2 (en) Device for deriving a residual charge in an image acquisition system
DE69635303T2 (en) X-RAY RADIATION IMAGE SENSOR
DE102013110749B4 (en) Thin film transistor matrix substrate for a digital X-ray detector
DE69533304T2 (en) The solid state imaging device
DE60217606T2 (en) Flat-panel X-ray detector
EP0588397B1 (en) X-ray image detector
DE60033913T2 (en) IMAGE SENSOR WITH REDUCED FET PHOTO SENSITIVITY AND CONTACT WITH HIGH STRUCTURAL INTEGRITY
DE102007037020B3 (en) Avalanche photodiode for use in Avalanche radiation detector, has electrode arranged lateral to diode layer so that it depletes substrate laterally adjacent to layer, when resistance layer is shielded from diode layer opposite to electrode
DE102013110414B4 (en) Thin Film Transistor Array Substrate for Digital X-Ray Detector
DE102017125293A1 (en) Display field and display device
DE102017125292A1 (en) Display field and electronic device
DE102005055278B4 (en) Organic pixelated flat detector with increased sensitivity
DE102013113462A1 (en) ORGANIC LIGHT DIODE DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
DE102018121679B4 (en) Array substrate for digital X-ray detector, digital X-ray detector equipped therewith and method for its production
DE102006035005A1 (en) Photodetector for detecting megavolt radiation comprises a semiconductor conversion layer, electrodes coupled with surfaces of the conversion layer and a substrate coupled with one electrode opposite the conversion layer
DE10142531A1 (en) Sensor arrangement of light and / or X-ray sensitive sensors
KR100975612B1 (en) Image detection device
DE2358672A1 (en) SEMI-CONDUCTOR ARRANGEMENT FOR IMAGING A SPECIFIC AREA AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH AN ARRANGEMENT
DE102006056995A1 (en) Thin film transistor and diode array for detector panel for an imaging system has contact junctions between diode and metal layers and between diode layer and substrate
DE112013005262B4 (en) Organic optoelectronic component and method for operating the organic optoelectronic component
EP1431779A1 (en) Semiconductor detector with an optimised entrance window
DE4422928A1 (en) Two-dimensional radiation detector
WO2013120657A1 (en) X-ray radiation detector and method for measuring x-ray radiation
DE102004042175A1 (en) Sensor element for converting radiation energy into an electric signal has a semiconductor component/transistor with an active semiconductor material area as a sensor zone
EP1192660B1 (en) Semiconductor sensor, comprising a pixel structure and the use of said sensor in a vacuum system

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: QIMONDA AG, 81739 MUENCHEN, DE

8131 Rejection