CN107980175A - 用于探测电磁辐射的构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种构件（10；30），其具有沉积在衬底（11；31）的第一侧上的第一功能层（12；32）；而且具有沉积在衬底（11；31）的对置于第一侧的一侧上的第二功能层（13；33）。在第一功能层（12；32）之内构造有至少一个第一元件，借助于第一元件能探测来自第一波长范围的电磁辐射（14；34）。在第二功能层（13；33）之内构造至少一个第二元件，借助于第二元件能探测来自第二波长范围的电磁辐射（15），其中第一功能层（12）和衬底（11）关于来自第二波长范围的电磁辐射（15）是透明的。在构件的一种可替代的实施方式中，借助于至少一个第二元件能发射来自第二波长范围的电磁辐射（35）。所述功能层可以由有机材料组成。利用按照本发明的构件，可以实现多光谱传感器（10）和传感器‑发射器系统（30）。这样的传感器‑发射器系统具有关于探测电磁辐射的功能以及关于发射电磁辐射的功能的高的充填度。
Description
技术领域
本发明涉及用于探测电磁辐射的构件，利用所述构件不仅可以实现多光谱传感器而且可以实现传感器-发射器系统。多光谱传感器应该被理解为如下构件，利用所述构件可以探测来自两个不同的波长范围的电磁辐射，而且传感器-发射器系统应该被理解为如下构件，所述构件不仅包括至少一个探测电磁辐射的元件而且包括至少一个发射电磁辐射的元件。
背景技术
DE 10 2006 030 541 A1描述了一种传感器-发射器系统，其中发射电磁辐射的元件和探测电磁辐射的元件共同并排地处在芯片上。在此，两种元件类型可以以矩阵形式布置在所述芯片上。在这种情况下起不利的作用的是：发射电磁辐射的元件与探测电磁辐射的元件的直接相邻的布置导致过临界耦合。
由WO 2012/163312 A1公知双向显示器，在所述双向显示器上以阵列的形式布置有多个产生光的图像元件和多个检测光的元件。在此，所述产生光的图像元件例如可以全部充当显示器的显示面，而所述检测光的元件例如可以全部充当摄像机的传感器。WO2012/163312 A1还描述了所述元件的不同的操控变型方案，所述操纵变型方案应该解决产生光的图像元件到相邻的检测光的元件上的直接串扰的问题，其方式是所述产生光的图像元件和相邻的检测光的元件相继被操控。由此，产生光的图像元件和相邻的检测光的元件只是交替地相继活跃地有效。
如果双向装置的产生光的图像元件充当显示器，那么在WO 2012/163312 A1中公开的操控变型方案紧靠彼此的边界。尤其是在检测光的元件（所述检测光的元件对于良好的信号质量来说需要确定的长度）的曝光时间期间所述产生光的图像元件的不活跃性可能导致可察觉的图像干扰，但是至少可能导致可见的亮度损失。探测元件的灵敏度又不可能任意地被提高，因为在显示器应用的情况下需要越来越高的分辨率，其中所使用的芯片表面出于成本原因应该保持得尽可能低，使得借此用于探测元件的空间或用于提高所述探测元件的灵敏度的电路技术措施强烈地被限制。
公知的传感器-发射器系统（其中并排地布置有探测辐射的元件和发射辐射的元件）的另一问题是关于两种功能的微小的充填度（Füllgrad）。也就是说，不仅对于探测辐射来说而且对于发射辐射来说，只提供这种传感器-发射器系统的相对小的表面区域，因为其它表面区域通过相应其它功能的元件或通过对于元件的布线所需的表面区域来覆盖。
发明内容
因而，本发明所基于的技术问题在于提供一种构件，利用所述构件可以克服来自现有技术的缺点。尤其是，利用按照本发明的构件应该可以实现多光谱传感器，借助于所述多光谱传感器能探测不同的波长范围的电磁辐射，而且可以实现传感器-发射器系统，所述传感器-发射器系统关于探测电磁辐射的功能以及关于发射电磁辐射的功能具有高的充填度。
通过具有专利权利要求1的特征的主题得到所述技术问题的解决方案。本发明的其它有利的设计方案从从属权利要求中得到。
在按照本发明的构件中，实现探测或发射电磁辐射的功能的元件并不并排地布置在一个层之内，而是对于所有实现同一功能的元件来说，分别构造有一个单独的功能层，其中各个功能层重叠地来布置。以这种方式，针对实现功能的元件可以获得相对于现有技术被提高的充填度。
因而，按照本发明的构件包括第一功能层，在所述第一功能层之内构造有至少一个第一元件，借助于所述第一元件能探测来自第一波长范围的电磁辐射，其中所述第一功能层沉积在衬底的一侧。优选地，第一功能层具有大量探测电磁辐射的第一元件，所述第一元件优选地光栅形地分布到第一功能层上地来布置。如下所有器件都适合作为探测元件，所述器件可以在功能层之内构造而且利用所述器件可以探测电磁辐射。这样，探测元件例如可以被构造为光电二极管或者被构造为光电场效应晶体管。利用第一功能层的所述探测元件，例如可以检测来自红外辐射的范围、能用人眼检测的辐射的范围、X光辐射的范围的电磁辐射或者可以检测来自紫外线辐射的范围的电磁辐射。此外，按照本发明的构件包括第二功能层，在所述第二功能层之内构造有至少一个第二元件，借助于所述第二元件要么能探测来自第二波长范围的电磁辐射，其中第一功能层和衬底关于来自第二波长范围的电磁辐射是透明的；借助于所述第二元件要么能发射来自第二波长范围的电磁辐射。在此，第二功能层沉积在衬底的如下侧上，所述侧对置于第一功能层。优选地，第二功能层也具有大量第二元件，所述第二元件要么实施所有探测电磁辐射的功能要么实施所有发射电磁辐射的功能。大量第二元件优选地也光栅形地分布到第二功能层的表面上地来布置。第二波长范围例如可以从红外辐射的范围、能用人眼检测的辐射的范围、X光辐射的范围或者从紫外线辐射的范围中选择。
随后，包括探测电磁辐射的元件的功能层也被称为探测器层或者简称为探测器，而包括发射电辐射的元件的功能层被称作发射器层或者简称为发射器。
如果第一功能层和第二功能层分别构造为探测器，那么第一波长范围优选地不同于第二波长范围。接着，借助于这种按照本发明的构件可以探测在两个不同的波长范围内的电磁辐射，所述电磁辐射从第一功能层的一侧射入到所述构件上。
优选地，第一功能层和第二功能层由一种有机材料组成。公知的是用于（在有机层之内）构造如下元件的方法步骤，利用所述元件可以探测电磁辐射或者可以发射电磁辐射。在一个实施方式中，第一功能层和/或第二功能层由其组成的有机材料也还包括纳米颗粒，所述纳米颗粒嵌入在所述有机材料之内。这样的纳米颗粒例如可以构造为所谓的量子纳米颗粒（也被称作量子纳米点（Quantum-Nano-Dot）或者简称为QND）。塑料或玻璃适合作为衬底材料。然而，优选地，将半导体衬底（例如硅衬底）用作按照本发明的构件的衬底。
在一个实施方式中，在衬底之内构造有一个电路结构以及至少一个连接平面，所述电路结构由有源器件（诸如CMOS结构）组成，所述连接平面由大量印制导线组成。同样，所述半导体衬底具有至少一个贯通接触部，借助于所述贯通接触部，来自功能层的探测元件或者发射元件与在衬底之内的连接平面的印制导线导电连接。
附图说明
随后，本发明依据实施例进一步予以阐述。所述附图中：
图1示出了按照本发明的构件的具有两个探测器的结构的示意性截面图；
图2示出了按照本发明的构件的具有两个探测器和一个被构造为探测器的衬底的结构的示意性截面图；
图3示出了按照本发明的构件的具有一个探测器和一个发射器的结构的示意性截面图；
图4示出了按照本发明的构件的具有一个探测器和一个发射器以及一个被构造为探测器的衬底的结构的示意性截面图。
具体实施方式
在图1中以截面示意性地示出了按照本发明的构件10。构件10包括衬底11，在所述衬底11的一侧上沉积有第一功能层12，而在所述衬底11的另一侧上沉积有第二功能层13。两个功能层12和13都由一种有机材料组成。在所述第一功能层12之内构造有大量在图1中未示出的第一光电二极管，所述第一光电二极管光栅形地分布到功能层32的表面上地来布置，而且借助于所述第一光电二极管能探测来自第一波长范围（诸如紫外线波长范围）的电磁辐射14。因此，功能层12被构造为用于UV辐射的探测器。
在所述第一功能层13之内构造有大量在图1中同样未示出的第二光电二极管，所述第二光电二极管光栅形地分布到功能层13的表面上地来布置，而且借助于所述第二光电二极管能探测来自第二波长范围（诸如红外线波长范围）的电磁辐射15。因此，功能层13同样被构造为探测器，但是这次被构造为用于IR辐射的探测器。此外，衬底11和功能层12相对于IR辐射是透明的。因此，利用构件10不仅可以探测UV辐射而且可以探测IR辐射，所述IR辐射从功能层12的一侧射入到构件10上。
衬底11由硅材料组成，所述硅材料已经包括CMOS结构并且因此包括逻辑电路，所述逻辑电路被用于操控在功能层11和12之内构造的光电二极管。在衬底11的与功能层12相邻的一侧上构造有在图1中同样未示出的布线平面，利用所述布线平面的印制导线将构造在所述功能层中的光电二极管的接触部接线。在此，构造在功能层12中的光电二极管与布线平面的相邻的印制导线直接接触，而构造在功能层13之内的光电二极管借助于所谓的硅通孔技术（Through-Silicon-Vias）（随后被称作“TSV”）穿过衬底11与布线平面的印制导线接触。为了完整起见，应提及：用于构造由有源器件和在由半导体材料构成的衬底之内的布线平面构成的电路结构的方法步骤以及用于构造穿过这种衬底的触点接通的方法步骤是公知的。
将衬底的布线平面用于在彼此重叠地布置的功能层之内的光电二极管的接线能够实现每个具有探测电磁辐射的元件的功能层相对于公知的光电子构件的高充填因子，在所述电子构件中，在功能层本身之内实现接线。因此，利用构件10已经实现了具有相对于现有技术提高的分辨率的多光谱传感器。
图2示出了一个可替换的多光谱传感器20，所述多光谱传感器20首先具有图1的多光谱传感器10的所有特征。然而，附加地，在所述多光谱传感器20中，在衬底11之内构造有大量在图2中未示出的第三光电二极管，所述第三光电二极管光栅形地分布到衬底11的表面上地来布置，而且借助于所述第三光电二极管能探测来自可以用人眼检测的波长范围的电磁辐射26。因此，衬底11也还被构造为用于来自第三波长范围的电磁辐射的探测器。同样公知的是用于在半导体衬底之内构造光电二极管的方法步骤。同样，借助于布线平面来实现第三光电二极管在衬底11之内的接线，所述布线平面构造在衬底11的一侧上，如已经关于图1所描述的那样。因此，利用多光谱传感器20可以探测三个不同的波长范围的电磁辐射，所述电磁辐射从一侧施加到构件20，在所述侧上沉积有功能层12。为此，附加地还必需的是，功能层12相对于电磁辐射透明地来构造，所述电磁辐射利用在衬底11之内的第三光电二极管来探测。
在图3中示意性地示出了另一可替换的按照本发明的构件30，所述构件30构造为传感器-发射器系统。构件30包括在硅基底上的由半导体材料构成的衬底31，在所述衬底31之内已经构造有CMOS结构、布线平面和TSV贯通接触部，如同已经关于图1的衬底11所描述的那样。在衬底31的一侧上沉积有由一种有机材料构成的第一功能层32，在所述第一功能层32之内构造有大量在图3中未示出的第一光电二极管，所述第一光电二极管光栅形地分布到功能层32的表面上地来布置，而且借助于所述第一光电二极管能探测来自第一波长范围（诸如红外波长范围）的电磁辐射34。因此，功能层32被构造为用于IR辐射的探测器。在功能层32之内的光电二极管与衬底31的布线平面的印制导线接触，而且借助于构造在衬底31之内的CMOS电路来操控。
在衬底31的另一侧上沉积有由一种有机材料构成的第二功能层33。在所述功能层33之内构造有大量在图1中未示出的发光二极管，所述发光二极管光栅形地分布到功能层12的表面上地来布置，而且借助于所述发光二极管能发射能用人眼检测的波长范围的电磁辐射35。因此，功能层33被构造为发射器。借助于构造在衬底31中的TSV，功能层33的发光二极管与布线平面的导体线接触，而且经由在衬底31中的CMOS电路来操控。传感器-发射器系统30例如可以被用作在夜视设备中的图像转换器，其方式是利用在衬底31中的CMOS电路来分析利用传感器32探测的IR辐射图像的数据，而且在发射器33上重现辐射图像，所述辐射图像可以用人眼来检测。
在图4中示意性地示出了可替换的传感器-发射器系统40，所述传感器-发射器系统40首先具有图3的传感器-发射器系统30的所有特征。然而附加地，在所述传感器-发射器系统40中，在衬底31之内构造有大量在图4中未示出的第三光电二极管，所述第三光电二极管光栅形地分布到衬底31的表面上地来布置，而且借助于所述第三光电二极管能探测来自紫外线波长范围的电磁辐射46。因此，衬底31也还被构造为用于来自UV波长范围的电磁辐射的探测器。借助于布线平面来实现第三光电二极管在衬底31之内的接线，所述布线平面构造在衬底31的一侧。因此，利用按照图4的按照本发明的传感器-发射器系统，可以借助于探测器31和32检测来自两个不同的波长范围的辐射图像，而且来自两个不同的波长范围的辐射图像可以单独地或者也累积地借助于发射器33被重现为在第三波长范围内的辐射图像。
应注意：在图1至4中提到的并且关于电磁辐射被分配给各个探测器和发射器的波长范围只是示例性地被提到。但是，电磁辐射的每个其它任意的波长范围也可以被分配给各个探测器和发射器，所述波长范围可以用已知的传感器来探测或用已知的发射器来发射。
Claims (11)
1.一种构件（10；30），其包括第一功能层（12；32），在所述第一功能层之内构造有至少一个第一元件，借助于所述第一元件能探测来自第一波长范围的电磁辐射（14；34），其中所述第一功能层（12；32）沉积在衬底（11；31）的一侧上，其特征在于，在所述衬底（11；31）的对置的一侧上沉积有第二功能层（13；33），在所述第二功能层之内构造有至少一个第二元件，借助于所述第二元件，要么
a) 能探测来自第二波长范围的电磁辐射（15），其中所述第一功能层（12）和所述衬底（11）关于来自所述第二波长范围的电磁辐射（15）是透明的，
要么
b) 能发射来自第二波长范围的电磁辐射（35）。
2.根据权利要求1所述的构件，其特征在于，所述第一波长范围不同于所述第二波长范围。
3.根据权利要求1或2所述的构件，其特征在于，所述衬底被构造为玻璃衬底或塑料衬底。
4.根据权利要求1或2所述的构件，其特征在于，所述衬底（11；31）由半导体材料组成而且包括由有源器件构成的电路结构。
5.根据上述权利要求之一所述的构件，其特征在于，所述衬底（11；31）包括至少一个布线平面。
6.根据上述权利要求之一所述的构件，其特征在于，所述衬底（11；31）具有至少一个贯通接触部。
7.根据上述权利要求之一所述的构件，其特征在于，在所述衬底（11；31）之内构造有至少一个第三元件，借助于所述第三元件能探测来自第三波长范围的电磁辐射（26；46）。
8.根据权利要求7所述的构件，其特征在于，所述第三波长范围不同于所述第一和第二波长范围，并且所述第一功能层（12；32）关于来自所述第三波长范围的电磁辐射是透明的。
9.根据上述权利要求之一所述的构件，其特征在于，在所述第一功能层（12；32）之内、在所述第二功能层（13；33）之内和/或在所述衬底（11；31）之内构造有大量分别附属的第一元件、第二元件或第三元件，所述第一元件、第二元件或第三元件光栅形地以分布到相应的功能层（12；13；32；33）上或到所述衬底（11；31）的表面上的方式来布置。
10.根据上述权利要求之一所述的构件，其特征在于，所述第一功能层（12；32）和/或所述第二功能层（13；33）包括一种有机材料。
11.根据权利要求10所述的构件，其特征在于，所述第一功能层和/或所述第二功能层包括纳米颗粒。
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