DE10024473A1 - Optischer Empfänger - Google Patents
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Abstract
Werden optische Empfänger für Fernbedienungen verwendet, so müssen sie über große Distanzen und unter unterschiedlichen Umgebungsbedingungen funktionsfähig sein. Das bedeutet, dass sie eine hohe Empfindlichkeit aufweisen müssen und daher auch auf elektrische und magnetische Felder ansprechen. Daher werden sie bisher in ein Gehäuse gepackt, das im Innern ein zusätzliches Metallgehäuse aufweist, um sie vor der elektromagnetischen Strahlung zu schützen. DOLLAR A Bei diesem optischen Empfänger ist die Oberfläche mit Polysilizium überzogen, wobei der oben liegende Kathodenkontakt ausgespart ist. Ferner ist zwischen dem Substrat und dem Polysilizium-Überzug eine dicke Oxydschicht angeordnet. DOLLAR A Derartige optische Empfänger, die von elektromagnetischer Strahlung nicht beeinflusst werden können, werden vor allem für Fernbedienungen benötigt.
Description
Die Erfindung betrifft einen optischen Empfänger gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Optische Empfänger werden unter anderem in Fernbedienungen
eingesetzt, um optische Signale, die von einem Sender ausgestrahlt
werden, in elektrische Signale umzuwandeln. Da die Fernbedienungen
über große Distanzen funktionsfähig sein sollen und damit sehr
empfindlich auf optische Strahlung reagieren, müssen sie gegen
elektromagnetische Störungen, die beispielsweise durch Schaltnetzteile
erzeugt werden, abgeschirmt werden. Aus diesem Grund wird bei
bisherigen Aufbauten ein n-dotiertes Substrat verwendet, das auf der
Oberseite einen p-dotierten Bereich aufweist. Der p-dotierte Bereich auf
der Oberseite des optoelektronischen Empfängers ist auf Masse gelegt,
und damit gegen elektromagnetische Störungen geschützt. Die
verbleibende Fläche des n-dotierten Substrats, insbesondere die
Seitenflächen und die Unterseite wird vor der elektromagnetischen
Beeinflussung durch zusätzliche Gehäuseteile geschützt. Derartig
gehäuste Bauteile weisen ein massives oder gitterförmiges Metallgehäuse
auf, das um den optischen Empfänger herum als zusätzliches Gehäuseteil
im Innern angeordnet ist. Hierbei wird der Empfänger in eine
wannenförmige Aussparung, die im Aufbaustreifen angeordnet ist,
eingesetzt und mit einem optisch strahlungsdurchlässigen Deckel
verschlossen.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass ein zusätzliches Gehäuseteil benötigt
wird und dass die Abmessungen des gehäusten optischen Empfängers
sehr groß sind. Auch ist die Winkelcharakteristik des gehäusten Bauteils
aufgrund der notwendigen Wanne und des Deckels eingeschränkt. Ein
weiterer Nachteil ist, dass ein sehr großer Teil des ungehäusten
Empfängers gegenüber elektromagnetischer Strahlung empfindlich ist.
In der EP 0866 503 A2 wird ein optischer Empfänger offenbart, bei dem
auf einem p-dotierten Halbleitersubstrat ein n-dotierter lichtempfindlicher
aktiver Halbleiterbereich angeordnet ist, wobei auf der Oberfläche des
aktiven Halbleiterbereichs eine weitere stark p-dotierte Halbleiterschicht
angeordnet ist, die den aktiven Halbleiterbereich fingerförmig abdeckt.
Dieser zusätzliche Halbleiteraufbau dient als Schutzschild vor der
elektromagnetischen Strahlung. Zum Schluss wird die Oberseite inklusive
des Schutzschilds mit einer Isolierschicht abgedeckt.
Nachteilig bei diesem Aufbau ist die schwieriger zu beherrschende
Herstellung, bei der zusätzliche Dotierungen in die Halbleitermaterialien
eingebracht werden müssen. Ferner weist ein solcher Aufbau eines
optischen Empfängers eine große Kapazität auf, da die Ladungen auf
dem Schutzschild nur schwer abfließen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen optischen Empfänger aufzuzeigen,
der ohne zusätzliches Gehäuse gegen elektromagnetische Beeinflussung
geschützt ist und der ohne zusätzliche Halbleiterprozesse einfach und
kostengünstig hergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen
des Patentanspruchs 1 gelöst. Hierbei weist der optische Empfänger mit
einem p-dotierten Substrat einen Überzug aus einem leitenden
strahlungsdurchlässigen Material auf, das als Schutzschild gegen die
elektromagnetische Strahlung dient und die durch die elektromagnetische
Strahlung erzeugten Ladungen abführt.
Die Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass ein solcher
elektromagnetischer Schutz sehr kostengünstig ist und bereits mit
einfachen Mitteln beim Herstellen der Halbleiterscheibe angebracht
werden kann. Die bezüglich elektromagnetischer Strahlung empfindlichen
Flächen werden verkleinert. Bei diesem Verfahren sind keine zusätzlichen
fingerförmigen Halbleiterstrukturen erforderlich. Des weiteren werden
keine separaten Gehäuseteile mehr benötigt, um den Empfänger
abzuschirmen, so dass Empfängeraufbauten, die eine Abschirmung
gegen elektromagnetische Strahlung aufweisen, insbesondere
Fernbedienungen, kostengünstig in kleineren Gehäusen aufgebaut
werden können. Auch werden für den weiteren Aufbau in ein Gehäuse
keine Wannen und Deckel mehr benötigt, welche die Winkelcharakteristik
der Empfängereinheit unnötig verkleinern. Ferner können einfachere
Aufbaustreifen verwendet werden. Letztendlich entfällt beim Aufbau des
Empfängers in ein Gehäuse ein Bondprozess.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierbei wird als Überzug leitfähiges Polysilizium oder ITO (Indium Tin
Oxide) verwendet, mit dem der Empfänger an der Oberseite überzogen
wird. Ist zusätzlich zwischen der aktiven Schicht und dem Polysilizium-
Überzug eine SiO2-Isolatorschicht angeordnet und ist ferner die
Polysilizium-Schicht mit dem Substrat über eine hochdotierte p+-
Halbleiterschicht elektrisch verbunden, so verringert sich die
Zusatzkapazität des Aufbaus. Ein besonders schonendes Verfahren für
die Aufbringung der Oxidschicht ist das LTO (Low Temperature Oxide)-
Verfahren. Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn sich auf der
Unterseite des Substrats eine hochdotierte p+-Halbleiterschicht befindet,
die einen guten Massekontakt gewährleistet. Um eine gute Beschichtung
von Polysilizium an den Stirnflächen der Oxidationsschicht zu
gewährleisten, sind die Kanten der Oxidationsschicht nicht rechtwinklig,
sondern schräg ausgebildet. Diese schräge Kanten werden durch eine
Taperätzung erzeugt.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
erläutert werden.
Die einzige Figur zeigt einen optischen Empfänger mit Polysilizium
überzug und einer dicken SiO2-Isolatorschicht.
Fig. 1 zeigt eine Silizium-Photodiode, die als optischer Empfänger für
eine Fernbedienung dient.
Als Substrat wird ein p-dotiertes Substrat 1, insbesondere Silizium,
verwendet. Zur Verbesserung des metallischen Kontakts befindet sich auf
der Unterseite des Substrats 1 ein stark p+-dotierter Bereich 6. Darunter
befindet sich die Metallisierung 5, die als Rückseitenkontakt für die Anode
dient und später an Masse gelegt wird. In die Oberseite des p-dotierten
Substrats 1 ist ein n-dotierter Bereich 8 im Substrat 1 eingebettet. Seitlich
neben dem n-dotierten Bereich 8, oben im Außenbereich der Anordnung,
ist ein stark p+-dotierter Bereich 7 im p-dotierten Substrat 1 angeordnet.
Zwischen dem n-dotierten Bereich 8 und dem stark p+-dotierten Bereich 7
befindet sich das Substrat 1. Auf der Oberseite befindet sich eine Schicht
9, welche nach der Durchführung technologischer Prozesse (Diffusionen)
bei der Herstellung der Photodiode bestehen bleibt. Sie hat für die
Funktion des Bauteils keine Bedeutung. Auf einem Teil des stark p+-
dotierten Bereichs 7, auf der überstehenden Restschicht 9 und auf dem n-
dotierten Bereich ist eine hinreichend dicke Oxidschicht aufgebracht. Im
Anwendungsbeispiel ist die Oxidschicht 3 einige µm dick und besteht aus
SiO2. Diese dicke Schicht wird mittels LTO (Low Temperature Oxide)-
Prozess bei der Herstellung der Halbleiterscheiben aufgebracht. Die
Kanten der Oxidschicht sind nicht rechtwinklig, sondern schräg
ausgebildet. Dies kann durch eine Taperätzung bei der Herstellung der
Halbleiterscheiben realisiert werden. In der Oxidschicht 3 auf dem n-
dotierten Bereich 8 ist der metallische Vorderseitenkontakt 4, im
Anwendungsbeispiel die Kathode, ausgebildet. Zuoberst befindet sich ein
formschlüssiger Überzug 2 aus strahlungsdurchlässigem und leitfähigem
Polysilizium, das die Oberfläche der Oberseite komplett bis auf den
Kathodenbereich 4 abdeckt. Der Polysiliziumüberzug 2 und der
Vorderseitenkontakt 4 stehen nicht in elektrischer Verbindung zueinander.
Das Polysilizium wird gleichfalls, bereits bei der Herstellung der
Halbleiterscheiben aufgebracht. Die Leitfähigkeit des Polysiliziums wird
mit Bor-Implantation erzielt. Als alternatives strahlungsdurchlässiges und
leitfähiges Material kann auch ITO (Indium-Tin-Oxide) verwendet werden.
Die Funktionsweise der Anordnung bzw. der einzelnen Schichten soll im
folgenden beschrieben werden. Wird der Unterseitenkontakt 5, die Anode,
an Masse angelegt, so wird über den stark p+-dotierter Bereich 6 das p-
dotierte Substrat 1 gleichfalls auf Masse gesetzt. Dadurch ist das
Substrat, insbesondere an den Seitenflächen, gegen elektromagnetische
Strahlung geschützt. Ladungen, die von einer elektromagnetischen
Strahlung herrühren, werden abgeführt. Das gleiche gilt auch für den
obenliegenden kleineren stark p-dotierten Bereich 7, der im p-dotierten
Substrat 1 angeordnet ist. Der n-dotierte Bereich 8 ist nicht auf Masse
gelegt. Ladungen, die von einer elektromagnetischen Strahlung
herrühren, könnten hier den zu messenden Stromfluss, der durch optische
Strahlung erzeugt wird, verfälschen. Da sich aber darüber das
strahlungsdurchlässige und leitfähige Polysilizium 2 befindet, welches
wiederum mit der Masse über den p+-dotierten Bereich 7 in Verbindung
steht, werden die elektromagnetisch erzeugten Ladungen bereits hier
abgeführt. Um Zusatzkapazitäten zwischen der Polysiliziumschicht 2 und
dem n-dotierten Bereich 8 zu verhindern, wird die dicke Oxidschicht 3 bei
diesem Aufbau benötigt. Die abgeschrägten Stirnflächen 10 der
Oxidschicht 3 dienen dazu, dass das Polysilizium 2 bei der Herstellung
der Halbleiterscheiben haften kann und nicht, wie im Falle von
senkrechten Kanten, abreißen kann.
Ein Überzug mit Polysilizium kann auch Phototransistoren gegen
elektromagnetische Strahlung schützen.
Claims (7)
1. Optischer Empfänger aus einem Halbleitermaterial,
mit einem n-dotierten Bereich (8), in dem einfallende optische Strahlung in einen elektrischen Strom umgewandelt wird,
einem Substrat (1), das eine p-Dotierung aufweist und das unterhalb des n-dotierten Bereichs (8) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der optische Empfänger über dem n- dotierten Bereich (8) einen Überzug (2) aus einem leitfähigen und optisch strahlungsdurchlässigen Material aufweist.
mit einem n-dotierten Bereich (8), in dem einfallende optische Strahlung in einen elektrischen Strom umgewandelt wird,
einem Substrat (1), das eine p-Dotierung aufweist und das unterhalb des n-dotierten Bereichs (8) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der optische Empfänger über dem n- dotierten Bereich (8) einen Überzug (2) aus einem leitfähigen und optisch strahlungsdurchlässigen Material aufweist.
2. Optischer Empfänger nach Patentanspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das leitfähige und optisch
strahlungsdurchlässige Material (2) dotiertes Polysilizium ist.
3. Optischer Empfänger nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen dem n-dotierten Bereich (8) und der
Schicht (2) aus leitfähigem und optisch strahlungsdurchlässigem
Material eine Isolatorschicht (3) vorhanden ist.
4. Optischer Empfänger nach Patentanspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Isolatorschicht (3) abgeschrägte
Stirnflächen (10) aufweist.
5. Optischer Empfänger nach Patentanspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Isolatorschicht (3) aus SiO2 besteht.
6. Optischer Empfänger nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus leitfähigem und
strahlungsdurchlässigen Material (2), mit einer dotierten,
insbesondere hochdotierten, p-Halbleiterschicht (7) elektrisch
verbunden ist.
7. Optischer Empfänger nach einem der vorangegangenen
Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Rückseite
des Substrats (1) eine hochdotierte p+-Halbleiterschicht (6)
angeordnet ist.
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