DE10038890A1 - Detektorelement und Verfahren zum Herstellen eines Detektorelements zum Erfassen holographisch gespeicherter Daten und holographisches Speicherelement - Google Patents

Abstract

Das Detektorelement weist mehrere Detektorzellen mit einem Auswahltransistor und einer Photodiode auf, wobei die Photodiode lateral in einem Halbleitermaterial angeordnet ist und mittels Gräben die Detektorzellen so klein hergestellt werden, dass es möglich wird, eine Pixelgröße entsprechend der üblicherweise verwendeten Laserwellenlänge herzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Detektorelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Detektorelements zum Erfassen holographischer gespeicherter Daten sowie ein holographisches Speicherelement.

Ein solches holographisches Speicherelement ist aus [1] und [2] bekannt.

Bei dem in [1] und [2] beschriebenen holographischen Speicherelement werden Daten mit einer hohen Speicherdichte in dafür geeigneten Medien abgespeichert, beispielsweise in einem Speichermedium, welches Lithium-Niobat oder Barium- Titanat aufweist, oder, wie in [3] beschrieben, photoadressierbare Polymere.

Bei einem holographischen Speicherelement wird die Dichte der speicherbaren Daten nur durch die Aufzeichnungswellenlänge sowie die Auflösungsgrenze des holographischen Speichermaterials begrenzt.

Die Aufzeichnungsart des holographischen Speicherns bietet eine deutlich höhere Datensicherheit als ein übliches Speichermedium, beispielsweise eine Festplatte oder eine Diskette, da selbst bei einer teilweisen Beschädigung des Aufzeichnungsmedium nicht notwendigerweise Daten verloren gehen, sondern lediglich die Signalqualität der gespeicherten Daten beim Auslesen der gespeicherten Daten reduziert wird.

Die zu speichernden Daten werden in das holographische Medium durch die Interferenz zweier kohärenter Lichtstrahlen, einem die Dateninformation tragenden Signalstrahl und einem Referenzstrahl, eingeschrieben.

Das resultierende Interferenzmuster, welches auch als Hologramm bezeichnet wird, bewirkt eine Änderung des Brechungsindex in dem photosensitiven, holographischen Material.

Wird das Hologramm mit dem Referenzstrahl bestrahlt, so wird das Licht derart zurückgestreut, dass der Signalstrahl wieder hergestellt wird.

Eine Datendichte, die deutlich über der durch die Aufzeichnungswellenlänge begrenzte Speicherdichte liegt, wird beispielsweise dadurch erreicht, dass die Hologramme in einem unveränderten Volumen des Speichermediums in unterschiedlichen Tiefen oder unter verschiedenen Winkeln eingeschrieben werden.

Bei dem aus [1] und [2] beschriebenen holographischen Speicherelementen sind jedoch die Pixelgrößen, d. h. die Größen der Teilanordnungen, die jeweils einen Bildpunkt repräsentieren, sowohl von dem SLM (Spatial Light Monitor) als auch des Detektorarrays (d. h. des Detektorelements), deutlich größer als die Wellenlänge des üblicherweise verwendeten Laserlichts, so dass optische Linsen eingesetzt werden, um das Hologramm auf die kleinstmögliche Pixelgröße zu projizieren.

Die hierfür erforderlichen Abstände für die optischen Linsen zur Abbildung des Hologramms beschränken jedoch die Dichte, mit der die einzelnen Komponenten des holographischen Speichermediums zusammengebaut werden können.

Aus diesem Grund sind die aus [1] und [2] bekannten, holographischen Speichermedien ziemlich groß und relativ teuer in der Herstellung.

Ferner ist aufgrund der zusätzlich erforderlichen optischen Linsen und deren notwendigerweise präzisen Anordnung und Justierung, die Anordnung störungsanfällig, komplex und teuer.

Somit liegt der Erfindung das Problem zugrunde, ein Detektorelement zum Erfassen holographisch gespeicherter Daten sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Detektorelements und ein holographisches Speicherelement anzugeben, welches, verglichen mit dem Stand der Technik, kompakter und somit störungsunanfälliger ist.

Das Problem wird durch das Detektorelement und das Verfahren zum Herstellen eines Detektorelements zum Erfassen holographisch gespeicherter Daten sowie durch das holographische Speicherelement mit einem solchen Detektorelement mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.

Ein Detektorelement zum Erfassen holographisch gespeicherter Daten weist mehrere Detektorzellen auf, wobei jede Detektorzelle eine Photodiode und einen mit der Photodiode gekoppelten Auswahltransistor aufweist.

Die Detektorzellen sind beispielsweise matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet und ein erster Anschluss eines jeden Auswahltransistors ist jeweils mit einer ersten Leitung gekoppelt, wobei vorzugsweise der erste Anschluss der Drain- Anschluss des Auswahltransistors ist.

Ein zweiter Anschluss, vorzugsweise der Gate-Anschluss eines jeden Auswahltransistors ist jeweils mit einer zweiten Leitung gekoppelt und ein dritter Anschluss, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung der Source-Anschluss eines jeden Auswahltransistors, ist jeweils mit einem ersten Dotierungsbereich der Photodiode gekoppelt.

Die Detektorzelle weist folgende Struktur auf: Eine auf dem Substrat aufgebrachte oder in das Substrat eingebrachte Halbleiterschicht weist jeweils für jede Photodiode einen ersten Graben auf, der jeweils in einem ersten Dotierungsbereich der Photodiode mit einer ersten Dotierung hoch dotiert ist, so dass der erste Dotierungsbereich der Photodiode mit dem Substrat elektrisch gekoppelt ist. Ferner sind für jede Detektorzelle, d. h. für jede Photodiode, jeweils ein zweiter Graben vorgesehen, in dem ein zweiter Dotierungsbereich mit zweiten Dotieratomen, unterschiedlich zu der ersten Dotierung, hochdotiert ist.

Dies bedeutet beispielsweise, wenn die erste Dotierung eine n-Dotierung ist, dass der zweite Dotierungsbereich mit p- Dotierungsatomen hoch dotiert ist.

Andererseits ist der zweite Dotierungsbereich mit n- Dotierungsatomen hoch dotiert, wenn der erste Dotierungsbereich mit p-Dotierungsatomen dotiert ist.

Als p-Dotierungsatom können beispielsweise Bor-Atome verwendet werden. Als n-Dotierungsatome können beispielsweise Arsen-Atome oder Phosphor-Atome als Dotierungsatome eingesetzt werden.

Jede Photodiode ist mit einem Auswahltransistor gekoppelt. Weiterhin sind die einzelnen Detektorzellen voneinander elektrisch isoliert, beispielsweise durch das Substrat.

Das Substrat selbst kann elektrisch isolierend ausgestaltet sein, beispielsweise wenn das Substrat Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid enthält.

Ist jedoch das Substrat, wie gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, aus p-dotiertem oder n-dotiertem Silizium gebildet, so können gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung, zwischen den einzelnen Detektorzellen Gräben vorgesehen sein, die mit elektrisch isolierendem Material gefüllt sind derart, dass sie die einzelnen Elemente einer Detektorzelle von den entsprechenden Elementen einer weiteren, benachbarten Detektorzelle elektrisch isolieren.

Die erste Leitung ist, gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung, eine Bitleitung des Detektorelements und eine zweite Leitung eine Wortleitung. Die Bitleitung und die Wortleitung dienen zur eindeutigen Adressierung und Ansteuerung jeder Detektorzelle in dem Detektorelement.

Durch die Erfindung wird eine sehr kleine Struktur für das Detektorelement angegeben, so dass ein sehr hoch integriertes Detektorelement gebildet wird, welches mit seiner Pixelgröße an die Wellenlänge des verwendeten Laserlichts in einem Bereich von ungefähr 550 nm bis 1000 nm angepasst ist, wodurch eine 1 : 1-Abbildung der zu speichernden bzw. auszulesenden Daten aus dem holographischen Material eines holographischen Speichermediums möglich ist.

Aus diesem Grund ist es möglich, auf eine Linsenanordnung, wie sie gemäß dem Stand der Technik erforderlich ist, zu verzichten, wodurch ein holographisches Speichermedium geschaffen ist, welches erheblich robuster, störungsunanfälliger, kompakter und wesentlich kostengünstiger ist als das holographische Speichermedium gemäß dem Stand der Technik.

Somit wird es durch die Erfindung möglich, ein solches holographisches Speichermedium in einem sehr kostengünstigen Bereich, beispielsweise als Speichermedium in einem Personal Computer, einzusetzen.

Die auf dem Substrat aufgebrachte oder in das Substrat eingebrachte Halbleiterschicht weist, gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung, eine Dicke auf, die ausreicht, dass das auf die Halbleiterschicht auftreffende, zu absorbierende Licht, im Wesentlichen vollständig in der Halbleiterschicht absorbiert wird.

Zur weiteren Einsparung des Flächenbedarfs der einzelnen Detektorzellen in einem Detektorelement ist es vorgesehen, die Detektorzellen jeweils paarweise, zueinander gespiegelt anzuordnen, wodurch es möglich ist, mehrere Komponenten einer Detektorzelle für mehrere Detektorzellen zu verwenden, so dass jeweils ein Auswahltransistor beispielsweise mit zwei Photodioden gekoppelt sein kann.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Wortleitungen und/oder die Bitleitungen des Detektorelements, die zur Auswahl einer Detektorzelle des Detektorelements dienen, vorzugsweise über die mit dem isolierenden Material, vorzugsweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, gefüllten Isolationsgräben verlaufen.

Durch diese Weiterbildung wird erreicht, dass die aktiven Bereiche der Photodiode einer Detektorzelle nicht durch die Wortleitungen und/oder die Bitleitungen des Detektorelements abgeschattet wird, wodurch der aktive Bereich der Photodiode weiter erhöht wird.

Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad einer Detektorzelle und somit auch der Wirkungsgrad des Detektorelements erheblich erhöht.

Die ersten und/oder die zweiten Gräben, die zum Bilden der Photodiode verwendet werden, werden vorzugsweise mit monokristallinem Silizium oder polykristallinem Silizium gefüllt.

Durch Verwenden eines solchen Materials wird insbesondere eine sehr gute Kompatibilität im Rahmen eines CMOS-Prozesses gewährleistet.

Ein solches Detektorelement eignet sich sehr gut für den Einsatz im Rahmen eines holographischen Speicherelements, ähnlich einem holographischen Speicherelement gemäß dem Stand der Technik, jedoch ohne eine erforderliche Linsenanordnung zum Einspeichern und Auslesen der holographischen Daten.

Das Detektorelement eignet sich ferner zum Einsatz beispielsweise in einer digitalen Kamera, vorzugsweise einer CCD-Kamera oder auch in einem Nachsichtgerät.

Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Detektorelements zum Erfassen holographisch gespeicherter Daten wird auf einem Substrat eine intrinsisch dotierte Halbleiterschicht aufgebracht oder in das Substrat eingebracht, wobei die Halbleiterschicht eine Dicke aufweist derart, dass eine im Wesentlichen vollständige Lichtabsorption eines auf die Halbleiterschicht auftreffenden, zu erfassenden Lichts gewährleistet ist. Für jede herzustellende Photodiode wird ein erster Graben gebildet, der mit ersten Dotierungsatomen dotiert wird. Ferner wird für jede herzustellende Photodiode ein zweiter Graben gebildet, der mit zweiten Dotierungsatomen dotiert wird, so dass die dotierten Bereiche jeweils eines ersten Grabens und eines zweiten Grabens gemeinsam eine Photodiode bilden. Jeder Graben wird mit einem Füllmaterial gefüllt und, unter Bildung weiterer Gräben für jede Detektorzelle, wird ein Auswahltransistor gebildet, der mit der Photodiode gekoppelt wird.

Als Füllmaterial wird vorzugsweise monokristallines Silizium oder polykristallines Silizium verwendet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im Weiteren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein holographisches Speichermedium gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Schaltungsskizze eines Detektorelements gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine Schaltungsskizze einer Detektorzelle mit einem Auswahltransistor und einer Photodiode, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 4 die Draufsicht auf eine Detektorzelle aus Fig. 2, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Detektorzelle aus Fig. 4;

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B der Detektorzelle aus Fig. 4, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein holographisches Speichermedium 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Das holographische Speichermedium 100 weist eine Winkelmultiplex-Einrichtung 107 auf sowie ein SLM 113 (Spatial Light Monitor), mit dem das Datenmuster, das abgebildet werden soll, erzeugt wird.

Mittels dieses holographischen Speichermediums 100 ist es möglich, tausende von Hologrammen der gleichen Größe in das Hologramm zu speichern, indem durch den beweglichen Spiegel 107 der Winkel eines Referenzlichtstrahls 105 leicht verändert wird.

Der grundsätzliche Aufbau des holographischen Speichermediums 100 entspricht dem, wie er in [1] beschreiben ist.

In Übereinstimmung mit dem holographischen Speichermedium aus [1] weist das holographische Speichermedium 100 einen Laser 101 auf, der einen Laserstrahl 102 in einem Wellenlängenbereich von 500 nm bis 1 µm ausstrahlt.

Der Laserstrahl 102 wird durch eine erste Linse 103 in einen Strahlenteiler 104 geführt, und durch den Strahlenteiler 104 in einen ersten Laserstrahl 105 und einen zweiten Laserstrahl 106 geteilt.

Der erste Laserstrahl 105 wird als Referenzlaserstrahl 105 auf einen kippbaren ersten Spiegel 107 geführt und durch ein sogenanntes 4-f-Linsensystem 108 in gewünschter Weise gesteuert abgelenkt und somit als Referenzlaserstrahl unter auswählbaren Winkeln auf ein holographisches Medium 108 geführt.

Das holographische Medium 108 enthält gemäß alternativen Ausführungsformen beispielsweise Lithium-Niobat, Barium- Titanat oder photoadressierbare Polymere, wie in [3] beschrieben.

Über einen zweiten Weg wird der zweite Laserstrahl 106, der die zu speichernden Daten enthält, auf einen zweiten Spiegel 109 geleitet, durch diesen abgelenkt und durch einen Rasterschirm 110 auf das holographische Medium 108 als Datenlaserstrahl 113 geleitet.

Zum Auslesen der gespeicherten Information, die in bekannter Weise, wie beispielsweise in [1] beschrieben, gespeichert wird, wird lediglich der Referenzlaserstrahl 105 auf das holographische Medium geleitet und das sich ergebende optische Interferenzmuster zum Auslesen der Daten wird auf ein Detektorelement 111 als auszulesender Datenauslesestrahl 112 geführt.

Das Detektorelement 111 ist in seiner schaltungstechnischen Strukturdarstellung in Fig. 2 dargestellt.

Das Detektorelement 111 weist eine Vielzahl von Detektorzellen 201 auf, die matrixförmig in Zeilen 202 und Spalten 203 angeordnet sind und jeweils miteinander elektrisch gekoppelt sind.

Jede Detektorzelle 201 weist einen Auswahltransistor 204 auf, gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen MOS- Feldeffekttransistor, sowie eine Photodiode 205 auf. Die Photodiode 205 ist mit ihrem ersten Anschluss 206 mit einem Bezugspotential, beispielsweise dem Massepotential, gekoppelt und mit ihrem zweiten Anschluss 207 mit dem Source-Anschluss 208 des MOS-Feldeffekttransistors 204.

Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass der p-dotierte Bereich der Photodiode 205 mit dem Massepotential gekoppelt ist und der n-dotierte Bereich der Photodiode 205 mit dem n-dotierten Bereich des p-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 204.

Der Gate-Anschluss 209 eines jeden MOS-Feldeffekttransistors 204 ist mit einer Wortleitung 210 des Detektorelements 111 gekoppelt. Der Drain-Anschluss 211 des MOS- Feldeffekttransistors 204 ist mit jeweils einer Bitleitung 212 des Detektorelements 111 gekoppelt.

Über die Wortleitungen 210 bzw. Bitleitungen 212 ist jede Detektorzelle 201 des Detektorelements 111 eindeutig einzeln auswählbar und somit kann jeder Bildpunkt des Detektorelements 111 einzeln beschrieben und ausgelesen werden.

Die einzelnen Detektorzellen 201 sind, wie in Fig. 2 dargestellt, miteinander in gespiegelter Anordnung verbunden, wodurch es möglich ist, nur einen Bitleitungs-Kontakt für jeweils zwei Detektorzellen 201 vorzusehen.

Wie im Weiteren beschrieben wird, wird jeweils über den Auswahltransistor 204 der jeweilige Photostrom, der durch auftreffendes Licht auf die jeweilige Photodiode 205 der Detektorzelle 201 auftrifft, ausgelesen.

Der Photostrom, der durch den MOS-Feldeffekttransistor 204 ausgelesen wird, ist ein Maß für die Leistung des auf die jeweilige Photodiode 205 der Detektorzelle 201 auftreffenden Lichts.

Wird das Hologramm auf das Detektorelement 111 abgebildet, werden somit Helligkeitsunterschiede in die entsprechenden elektrischen Signale, die durch den jeweiligen MOS- Feldeffekttransistor 204 ausgelesen werden, umgewandelt.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es nicht nur vorgesehen, binäre Hell-Entscheidungen und Dunkel- Entscheidungen als binäre Information auszulesen, entsprechend einer logischen "1" oder logischen "0", sondern es können auch Graustufen, d. h. Zwischenwerte gemäß einer vorgebbaren Quantisierung, erfasst und ausgelesen werden.

Gemäß dieser Ausgestaltung ist es möglich, pro Detektorzelle 201 einen Informationsgehalt zu speichern und zu erfassen, der mehrere Bit beträgt.

Damit wird die erreichbare Speicherdichte, die durch das Detektorarray erfasst werden kann, weiter erhöht.

Fig. 3 zeigt, zur weiteren Veranschaulichung, in vergrößerter Darstellung den strukturellen Aufbau einer Detektorzelle, wie sie oben beschrieben wurde.

Fig. 4 zeigt die Draufsicht einer vergrößerten Detektorzelle 201.

Fig. 4 zeigt eine erste Bitleitung 401 sowie eine darunter angeordnete zweite Bitleitung 402, die jeweils über einer Isolationsschicht 403, 404 angeordnet sind.

Wie in Fig. 5 und in Fig. 6 dargestellt, die jeweils eine Schnittansicht entlang einer ersten Schnittlinie A-A (Fig. 5) bzw. einer zweiten Schnittlinie B-B (Fig. 6) darstellen, wird auf einem p-dotierten Substrat 501, welches auch als Massepotential dient, eine intrinsisch n-dotierte Siliziumschicht 502 in einer Dicke von ungefähr 4 µm aufgewachsen.

Die Dicke der Siliziumschicht 502 wird grundsätzlich derart gewählt, dass das zu absorbierende Licht 503, welches, wie in Fig. 5 dargestellt ist, als Lichtstrahlen 503 auf die Siliziumschicht 502 trifft, im Wesentlichen in der Siliziumschicht 502 vollständig absorbiert wird.

Anders ausgedrückt entspricht die Dicke der Siliziumschicht 502 ungefähr der Absorptionslänge des Lichts 503.

In einem weiteren Schritt erfolgt eine Implantation von p- Dotierungsatomen, gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit Bor- Dotierungsatomen, für die Wanne des zu bildenden n-MOS- Feldeffekttransistors.

In einem weiteren Schritt wird mittels Nassätzens oder Trockenätzens ein Graben für jede Photodiode in die Siliziumschicht 502 geätzt mit einer Tiefe, dass das p- dotierte Substrat 501 elektrisch mit einem in dem Graben entlang der Grabenwände mit p-Dotierungsatomen, gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit Bor-Dotierungsatomen hoch dotierten Dotierungsbereich 504 elektrisch angeschlossen wird.

Der erste Graben wird nach erfolgter p-Dotierung, d. h. nach erfolgtem Bilden des p-dotierten ersten Dotierungsbereichs 504 mit einem elektrisch isolierend wirkenden Füllmaterial, gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, gefüllt.

Weiterhin wird für jede Photodiode 205 ein weiterer Graben wiederum trockengeätzt oder nassgeätzt und anschließend mit n-Dotierungsatomen, gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit Arsen-Dotierungsatomen oder Phosphor-Dotierungsatomen hoch dotiert, so dass ein zweiter Dotierungsbereich 505 mit n- Dotierung gebildet wird.

Der erste Dotierungsbereich 504 und der zweite Dotierungsbereich 505 bilden gemeinsam einen pn-Übergang mit einer Raumladungszone 506, die somit eine Photodiode 205 bilden.

Die zweiten Gräben, deren Wände den zweiten Dotierungsbereich 505 bilden, werden mit polykristallinem Silizium als Füllmaterial gefüllt.

Der zweite Dotierungsbereich 505 der Photodiode ist gleichzeitig der Source-Bereich des im Weiteren beschriebenen gebildeten Auswahltransistors 204.

Der Drain-Anschluss des Auswahltransistors 601 ist über einen Metall-Anschluss 602 an die zweite Bitleitung 402 geführt (vgl. Fig. 6).

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, wird p-dotiertes Polysilizium, welches den Gate-Bereich 603 des Auswahltransistors bildet, jeweils mit einer ersten Wortleitung 405 und einer zweiten Wortleitung 406 elektrisch gekoppelt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind jeweils die Gate- Bereiche 603 jedes Auswahltransistors über ebenfalls Polysilizium aufweisenden elektrischen Kopplungen miteinander gekoppelt.

Die Bitleitungen 401, 402 sowie die Wortleitungen 405, 406 verlaufen über gebildete weitere Gräben 507, die mit einem elektrisch isolierend wirkendem Material, gemäß diesem Ausführungsbeispiel mit Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid, gefüllt sind, und die jeweils zur elektrischen Isolation zweier Detektorzellen 201 voneinander zwischen jeder Detektorzelle 201 eines Detektorelements 111 vorgesehen sind.

Die Funktion einer Detektorzelle 201, gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung, wird im Weiteren näher erläutert.

Wird ein Auswahltransistor 204 einer Detektorzelle 201 angesprochen, so liegt an der entsprechenden Wortleitung 401 und an der entsprechenden Bitleitung 402, die den jeweiligen auszuwählenden Auswahltransistor 204 der Detektorzelle 201 auswählen kann, jeweils die positive Versorgungsspannung an.

Die entsprechende Photodiode 205 der ausgewählten Detektorzelle 201 wird dabei in Rückwärtsrichtung gepolt und die Raumladungszone 506 wird aufgezogen, bis sie an den zweiten Dotierungsbereich 505 anstößt, d. h. diesen kontaktiert.

Wird die Photodiode 204, wie in Fig. 5 skizziert, mit Lichtstrahlen 503 von oben beleuchtet, werden in der Raumladungszone 506 durch Eintreffen der Photonen Elektronen- Loch-Paare erzeugt, die durch das anliegende elektrische Feld voneinander getrennt werden und einen Photostrom erzeugen.

Der erzeugte Photostrom wird außerhalb des Detektorelements 111 mittels bekannter Leseverstärker, wie beispielsweise bei einem DRAM-Leseverstärker üblich, ausgewertet.

Der minimale Flächenbedarf einer Detektorzelle 111 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist 5F × 5F, wobei mit F die Featuresize, d. h. die kleinste Struktur des jeweils eingesetzten Herstellungsprozesses zum Herstellen der Detektorelemente 111, bezeichnet wird.

Somit ist es beispielsweise bei einem modernen CMOS-Prozess mit einer Featuresize F von 0,18 µm, 0,13 µm, 0,1 µm möglich, ein Detektorelement 111 mit einer Pixelgröße herzustellen, die der Wellenlänge eines Laserlichts, das üblicherweise von einem Laser emittiert wird, die zwischen 550 nm bis ungefähr 1000 nm liegt, entspricht.

Anschaulich kann die Erfindung darin gesehen werden, dass ein Detektorelement durch die laterale Anordnung der Photodiode und das Ausnutzen der Grabentechnik so klein hergestellt werden kann, dass es möglich wird, eine Pixelgröße entsprechend der Wellenlänge eines üblicherweise verwendeten Laserlichts, wie sie beispielsweise bei holographischen Speichern verwendet wird, herzustellen.

Durch die laterale Anordnung der Photodiode wird somit erreicht, dass die Dicke der Absorptionsschicht, die im Wesentlichen den Wirkungsgrad einer Photodiode bestimmt, in die Tiefe der Halbleiterstruktur gerichtet ist und somit keine Pixelvergrößerung nach sich zieht.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist es ferner vorgesehen, die entsprechenden Dotierungen zu invertieren, d. h. gemäß dieser Alternativen Ausgestaltung der Erfindung werden aus den oben beschriebenen p-dotierten Bereichen n-dotierte Bereiche und aus den oben beschriebenen n-dotierten Bereichen werden p-dotierte Bereiche. In diesem Fall sind auch die Vorzeichen der angelegten elektrischen Spannungen zu invertieren.

Weiterhin ist die oben beschriebene Technologie selbstverständlich für unterschiedliche Materialien, beispielsweise für eine Gallium-Arsenid-Technologie mit Gallium-Arsenid als Substrat oder auch für Indium-Gallium- Arsenid-Phosphid mit Indium-Phosphid als Substrat ohne weiteres verwendbar.

In diesem Dokument sind folgende Veröffentlichungen zitiert:
[1] E. Chuang et al, Holographic Random Access Memory (HRAM), Proceedings of the IEEE, Vol. 87, No. 11, S. 1931-1940, 1999;
[2] S. Kawata, Photorefractive Optics in Three-Dimensional Digital Memory, Proceedings of the IEEE, Vol. 87, No. 12, S. 2009-2020, 1999;
[3] Special plastic paves way for new dimension in data storage;
erhältlich im Internet am 11. Juni 2000 unter der URL- Adresse:
http://www.news.bayer.com/News/News.nsf/ID/NT00005406

Bezugszeichenliste

100

Holographisches Speichermedium

101

Laser

102

Laserstrahl

103

Erste Linse

104

Strahlteiler

105

Erster Laserstrahl

106

Zweiter Laserstrahl

107

Erster Spiegel

108

Holographisches Medium

109

Zweiter Spiegel

110

SLM (Spatial Light Monitor)

111

Detektorelement

112

Datenauslesestrahl

113

Datenlaserstrahl

201

Detektorzelle

202

Detektorelement

203

Spalten-Detektorelement

204

Auswahltransistor

205

Photodiode

206

Erster Anschluss Photodiode

207

Zweiter Anschluss Photodiode.

208

Source-Anschluss Auswahltransistor

209

Gate-Anschluss Auswahltransistor

210

Wortleitung

211

Drain-Anschluss Auswahltransistor

212

Bitleitung

401

Erste Bitleitung

402

Zweite Bitleitung

403

Isolatorschicht

404

Isolatorschicht

405

Erste Wortleitung

406

Zweite Wortleitung

501

Substrat

502

Siliziumschicht

503

Lichtstrahl

504

Erster Dotierungsbereich

505

Zweiter Dotierungsbereich

506

Raumladungszone

507

Isolationsgraben

601

Drain-Anschluss Auswahltransistor

602

Metallkontakt

603

Gate-Anschluss Auswahltransistor

Claims (17)

1. Detektorelement zum Erfassen holographisch gespeicherter Daten,
mit mehreren Detektorzellen, wobei jede Detektorzelle eine Photodiode und einen Auswahltransistor aufweist,
bei dem die Detektorzellen matrixförmig in Zeilen und Spalten angeordnet sind,
bei dem ein erster Anschluss eines jeden Auswahltransistors mit jeweils einer ersten Leitung gekoppelt ist,
bei dem ein zweiter Anschluss eines jeden Auswahltransistors mit jeweils einer zweiten Leitung gekoppelt ist,
bei dem ein dritter Anschluss eines jeden Auswahltransistors mit jeweils einem ersten Dotierungsbereich der Photodiode gekoppelt ist,
bei dem jeweils eine Detektorzelle folgende Struktur aufweist:
eine auf einem Substrat aufgebrachte oder in das Substrat eingebrachte Halbleiterschicht,
in der Halbleiterschicht sind jeweils ein erster Dotierungsbereich der Photodiode in jeweils einem ersten Graben mit einer ersten Dotierung hoch dotiert, so dass der erste Dotierungsbereich der Photodiode mit dem Substrat elektrisch gekoppelt ist,
in der Halbleiterschicht sind jeweils ein zweiter Dotierungsbereich der Photodiode in jeweils einem zweiten Graben mit einer zu der ersten Dotierung unterschiedlichen zweiten Dotierung hoch dotiert,
jede Photodiode ist mit einem Auswahltransistor gekoppelt,
bei dem die einzelnen Detektorzellen voneinander elektrisch isoliert sind.

2. Detektorelement nach Anspruch 1, bei dem die einzelnen Detektorzellen voneinander durch das Substrat mittels Gräben, die mit elektrisch isolierendem Material gefüllt sind, elektrisch isoliert sind.

3. Detektorelement nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die erste Leitung eine Bitleitung des Detektorelements ist.

4. Detektorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zweite Leitung eine Wortleitung des Detektorelements ist.

5. Detektorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
bei dem der erster Anschluss des Auswahltransistors der Drain-Anschluss des Auswahltransistors ist,
bei dem der zweite Anschluss des Auswahltransistors der Gate-Anschluss des Auswahltransistors ist, und
bei dem der dritte Anschluss des Auswahltransistors der Source-Anschluss des Auswahltransistors ist.

6. Detektorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der zweite Dotierungsbereich der Photodiode ferner den Source-Bereich des Auswahltransistors bildet.

7. Detektorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Halbleiterschicht intrinsisch mit Dotierungsatomen dotiert ist.

8. Detektorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem unterhalb zumindest eines Teils der Auswahltransistoren eine Wanne gebildet ist, die in der ersten Dotierung dotiert ist.

9. Detektorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Halbleiterschicht derart ausgebildet ist, dass ein auf die Halbleiterschicht auftreffendes zu absorbierendes Licht im wesentlichen vollständig in der Halbleiterschicht absorbiert wird.

10. Detektorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Detektorzellen jeweils paarweise gespiegelt zueinander angeordnet sind, so dass jeweils ein Auswahltransistor mit zwei Photodioden gekoppelt ist.

11. Detektorelement nach einem der Ansprüche 2 bis 10, bei dem die Leitungen über die Gräben, die mit elektrisch isolierendem Material gefüllt sind, verlaufen.

12. Detektorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die ersten Gräben und/oder die zweiten Gräben mit einem Füllmaterial gefüllt sind.

13. Detektorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die ersten Gräben und/oder die zweiten Gräben mit einem Füllmaterial mit monokristallinem Silizium oder polykristallinem Silizium gefüllt sind.

14. Detektorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die einzelnen Detektorzellen voneinander durch das Substrat elektrisch isoliert sind.

15. Holographisches Speicherelement mit einem Detektorelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14.

16. Verfahren zum Herstellen eines Detektorelements zum Erfassen holographisch gespeicherter Daten,
bei dem auf einem Substrat eine intrinsisch dotierte Halbleiterschicht aufgebracht wird oder in das Substrat eingebracht wird mit einer Dicke, dass eine im wesentlichen vollständige Lichtabsorption eines auf die Halbleiterschicht auftreffenden, zu erfassenden Lichtes erreicht wird,
bei dem für jede herzustellende Photodiode ein erster Graben gebildet wird, der mit ersten Dotierungsatomen dotiert (p+) wird,
bei dem für jede herzustellende Photodiode ein zweiter Graben gebildet wird, der mit zweiten Dotierungsatomen dotiert (n+) wird, so dass die dotierten Bereiche jeweils eines ersten Grabens und eines zweiten Grabens eine Photodiode bilden,
bei dem jeder Graben mit einem Füllmaterial gefüllt wird, und
bei dem unter Bildung weiterer Gräben für jede Detektorzelle ein Auswahltransistor gebildet wird, der mit der Photodiode gekoppelt ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem als Füllmaterial monokristallines Silizium oder polykristallines Silizium verwendet wird.