DE102009020218B3

DE102009020218B3 - Detektor und Verfahren zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung und Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens

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Publication number: DE102009020218B3
Application number: DE102009020218A
Authority: DE
Inventors: Daniel Durini Romero; Werner Brockherde; Bedrich J. Hosticka
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-05-07
Filing date: 2009-05-07
Publication date: 2011-01-13
Anticipated expiration: 2029-05-08
Also published as: US8748794B2; US8324549B2; US20130092824A1; US20100308213A1; DE102009020218B8

Abstract

Ein Detektor zur Detektion elektromagnetischer Strahlung umfasst ein Halbleitersubstrat, das einen ersten Dotierungstyp aufweist und eine Wanne in dem Halbleitersubstrat, wobei die Wanne einen zweiten Dotierungstyp aufweist. Der erste Dotierungstyp und der zweite Dotierungstyp sind verschieden und die Wanne weist in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eine ansteigende Dotierstoffkonzentration auf. Des Weiteren umfasst der Detektor einen Detektoranschlussdotierungsbereich, der zumindestens teilweise in der Wanne in einem Anschlussbereich der Wanne angeordnet ist. Die Detektion der elektromagnetischen Strahlung basiert auf einer Erzeugung von freien Ladungsträgern durch die elektromagnetische Strahlung in einem Detektionsbereich der Wanne. Der Detektionsbereich weist eine maximale Dotierstoffkonzentration auf, die niedriger ist als eine maximale Dotierstoffkonzentration des Anschlussbereichs der Wanne.

Description

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf optische Sensoren und Bildgeräte und im Besonderen auf einen Detektor zur Detektion elektromagnetischer Strahlung und ein Verfahren zur Detektion elektromagnetischer Strahlung, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines Detektors.
Optische Sensoren und Bildgeräte sind wichtige Gegenstände in vielen Bereichen unseres täglichen Lebens. In Verbraucheranwendungen wie zum Beispiel digitaler Fotografie und Mobiltelefonkameras haben einfache Bildgeräte ihren Weg in die industrielle Massenproduktion gefunden. Dennoch gibt es ein riesiges Marktpotential für Spezialbildgeräte, wie z. B. im Bereich der Überwachung oder Industrie, der Medizin, im Bereich von Kraftfahrzeugen und in wissenschaftlichen Anwendungen.
In diesen Bereichen gibt es eine große Vielfalt von anwendungsgetriebenen Ansprüchen, die derzeit noch immer unter aktiver Forschung sind, wie z. B. sehr sensitive Sensoren zum Betrieb unter schlechten Lichtbedingungen, Infrarotkameras, 3D-Kameras, die eine Distanzinformation im Bild bereitstellen, oder Hochgeschwindigkeitskameras, alle kombiniert mit dem Anspruch auf Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit.
Um die Vielzahl von Anforderungen für viele verschiedene Anwendungen anzusprechen, ist eine sehr große Vielseitigkeit und Flexibilität sowohl in den Technologien als auch in Entwurfsthemen notwendig, speziell wenn die Bildgeräte zum Beispiel in CMOS-Technologien (CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor, komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) erzeugt werden sollen, was In-Pixel-Signalverarbeitung, x-y-Pixel-Adressierungsmöglichkeiten, den „Kamera-auf-einem-Chip”-Ansatz und niedrige Kosten im Vergleich mit anderen Festkörperbilderzeugungstechnologien ermöglicht. Für 3D-Flugzeitmessungen oder Anwendungen für Maschinelles-Sehen werden normalerweise großflächige, rauscharme Hochgeschwindigkeitsphotodetektoren benötigt. Bei dieser Art von Anwendungen ist die Anzahl von Pixeln eines Sensors oder seiner Miniaturisierung nicht das Hauptziel.
Die Entwicklung von Photosteuerelektroden (photo gate, PG) aktive Pixelkonfigurationen, hergestellt in CMOS-Technologie in einem „Kamera-auf-einem-Chip”-Ansatz, begann in den frühen 1990ern basierend auf der bekannten und ausgereiften CCD-Technologie (CCD, charge coupled device, ladungsgekoppeltes Bauteil). Obwohl diese nicht neu waren, ermöglichte ihre Verwendung über die Jahre das Aufkommen eines weiten Bereichs von unterschiedlichen CMOS-Bildsensorkonfigurationen, genauso wie es davor mit den p-n-Übergangs-basierten Photodioden war. Die CMOS-technologiebasierten PG-(Photosteuerelektrode)-aktive Pixel bieten mehrere Vorteile im Vergleich zu konventionellen p-n-Übergangsphotodioden basierte Pixel. Ihr Hauptvorteil kommt von der verbesserten Rauschunterdrückung durch deren nicht-destruktives Auslesen. Das kTC-Rauschen am Pixelausgang hängt hier nämlich nicht von der Kapazität des Photodetektors ab. Es ist definiert durch die viel kleinere Kapazität des Ausleseknotens, der sogenannten schwebenden Diffusion (FD, floating diffusion), die mit dem PG durch eine MOS-kapazitätsbasierte Steuerelektrode (TG, transfer gate) ladungsgekoppelt ist. Hat man einen separaten photoaktiven Bereich und einen Ausleseknotenbereich, ermöglicht dies ein integriertes Ladungsauslesen der schwebenden Diffusion (FD), während eine zusätzliche Ladungs-zu-Spannungsumwandlung und Verstärkung durchgeführt werden kann. Dennoch verringert die Verwendung einer Polysiliziumschicht über dem photoaktiven Bereich seine Quanteneffizienz, speziell im blauen und ultravioletten Bereich des Spektrums.
Auf der anderen Seite, wenn die Komplexität der Pixelstruktur zunimmt, verringert sich der Pixelfüllfaktor. Daher muss ein Kompromiss gefunden werden. Als ein Anwendungsbeispiel, die Photodetektoren in einer Flugzeit-(TPF, time of flight)-3D-Abbildungsanwendungen sollten, speziell im nahen Infrarotbereich (NIR) des Spektrums, sehr sensitiv sein, ihr Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR, signal to noise ratio) sollte sehr hoch sein (das Pixelrauschen sollte minimiert werden) und die Ansprechgeschwindigkeit eines Pixels sollte ebenfalls hoch sein, vor allem wenn die Messungen mit Laserpulsen durchgeführt werden, wobei die Pulsperioden zum Beispiel T_Laser ≅ 100 ns sind.
Für eine Analyse der Geschwindigkeitsleistung der PG-basierenden Pixelstruktur müssen zwei Arten von Strömen berücksichtigt werden: die Drift und die Diffusionsströme, die durch einen Ladungstransfer von der Photosteuerelektrode (PG) zu der schwebenden Diffusion (FD) über die Transfersteuerelektrode (TG) induziert wird. Ein elektrisches Driftfeld unter der Photosteuerelektrode und der Transfersteuerelektrode ermöglicht einen Transfer von gesammelten photogenerierten Ladungsträgern, jedoch nur wenn ein elektrostatischer Potentialgradient vorhanden ist, welcher ein Driftfeld erzeugt. Für längere Photosteuerelektroden (PGs) bleibt das elektrostatische Potential unter der Photosteuerelektrode konstant, was bedeutet, dass die Minoritätsträger, die unter der Photosteuerelektrode gesammelt sind, nur durch thermische Diffusion zu der schwebenden Diffusion (FD) transportiert werden können, was diesen Transport sehr langsam macht. Die Transfer- und Auslesezeiten von ungefähr 20 μs werden normalerweise mit kurzen Integrationszeiten von 5 μs in dieser Art von Photodetektoren erreicht.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines bekannten Detektors 700 mit einer Photosteuerelektrode 710 (PG), einer Transfersteuerelektrode 720 (TG) und einer schwebenden Diffusion 730 (FD). Zusätzlich sind eine Ausleseschaltung und eine Rücksetzsteuerelektrode (RST) angedeutet. Dazu passend zeigt 8 eine schematische Darstellung eines Oszilloskopgraphen 800 von Signalen des Detektors von 7. Oszilloskopgraph 800 zeigt die Rücksetz-, PG- und TG-Signale und die Spannungen an dem Quellenfolgerausgang (source follower) unter beleuchteten (λ = 700 nm, E = 1,69 e^–3 W/m²) und dunklen Konditionen.
Auf der anderen Seite erzeugt die Verwendung von p-n-Übergangs-basierten Photodioden eine verhältnismäßig große Menge von äquivalenter Rauschladung (ENC, equivalent noise charge) in dem Photodetektor aufgrund seiner verhältnismäßig hohen Kapazität, im Vergleich zur zuvor definierten schwebenden Diffusion (FD), und die gesammelte Ladung ist in dieser Art von Anwendungen an der Siliziumoberfläche gehalten, wo ein zusätzlicher Rauschanteil zu der Signalladung summiert wird. Ebenso können keine geeigneten CDS-Techniken (correlated double sampling, korrelierte Doppelabtastung) bei dieser Art von Strukturen angewandt werden, da hier der Ladungssammel- und der Auslesebereich zusammengelegt sind. Diese Art von Anwendungen resultieren in inakzeptablen Signal-zu-Rauschverhältniszahlen.
Die sogenannten „vergrabenen” Photodioden und „vergrabenen” Photosteuerelektroden sind erwiesenermaßen eine gute Lösung zur Verringerung der Rauschmenge in einem Photodetektor, da das elektrostatische Potentialmaximum in diesen Photodetektoren von der Siliziumoberfläche weggedrückt wird, aber sie zeigen noch immer Probleme was Antwortgeschwindigkeit und Gesamtwannenkapazität betrifft.
Die Patentschrift US 5 903 021 A beschreibt eine teilweise „pinned”-Photodiode für Festkörper-Bildsensoren. Dabei weist ein Pixel eine Photodiode mit einer „pinned”-Region, einer Nicht-„pinned”-Region und Mittel zum Rücksetzen der Diode auf. Diese teilweise „pinned”-Photodiode kann verwendet werden, um den Füllfaktor des Photodetektors zu vergrößern.
Des Weiteren ist in der US 2007/0096159 A1 ein Festkörperbildsensor und ein Verfahren zum Betreiben desselben gezeigt. Der Festkörperbildsensor beinhaltet ein N-Typ Halbleitersubstrat, eine N-Typ-Region im Oberflächenbereich des N-Typ Halbleitersubstrats, eine photoelektrische Umwandlungseinheit, die in der N-Typ-Region ausgebildet ist, eine Ladungsakkumulationseinheit in der N-Typ-Region, um mit der photoelektrischen Umwandlungseinheit in Kontakt zu stehen und zeitlich Ladung zu akkumulieren, die in der photoelektrischen Umwandlungseinheit generiert wird, eine Ladungshalterregion ausgebildet in der N-Typ-Region, um mit der Ladungsakkumulationseinheit in Kontakt zu stehen und der Ladungsakkumulationseinheit zu erlauben Ladung zu akkumulieren, und einer Ladungsakkumulationselektrode verbunden mit der Ladungsakkumulationseinheit.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Detektor zur Detektion elektromagnetischer Strahlung zu schaffen, der eine schnelle Ansprechgeschwindigkeit und/oder eine kurze Ansprechzeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren zum Detektionen elektromagnetischer Strahlung gemäß Anspruch 7 und 8 und ein Computer programm zur Durchführung der Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung schafft einen Detektor zur Detektion elektromagnetischer Strahlung. Der Detektor umfasst ein Halbleitersubstrat, das einen ersten Dotierungstyp aufweist und eine Wanne in dem Halbleitersubstrat, wobei die Wanne einen zweiten Dotierungstyp aufweist. Der erste Dotierungstyp und der zweite Dotierungstyp sind verschieden und die Wanne weist in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eine ansteigende Dotierstoffkonzentration auf. Des weiteren umfasst der Detektor einen Detektoranschlussdotierungsbereich, der zumindestens teilweise in der Wanne in einem Anschlussbereich der Wanne angeordnet ist, wobei der Detektoranschlussdotierungsbereich den gleichen Dotierungstyp wie die Wanne aufweist. Die Detektion der elektromagnetischen Strahlung basiert auf einer Erzeugung von freien Ladungsträgern durch die elektromagnetische Strahlung in einem Detektionsbereich der Wanne. Der Detektionsbereich weist eine maximale Dotierstoffkonzentration auf, die niedriger ist als eine maximale Dotierstoffkonzentration des Anschlussbereichs der Wanne.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung basieren auf dem Kerngedanken, dass durch die lateral ansteigende Dotierstoffkonzentration der Wanne für die freien Ladungsträger ein Driftfeld erzeugt wird, das die Ladungsträger in Richtung höherer Dotierstoffkonzentrationen beschleunigt. Dadurch kann bereits ohne Anlegen von externen elektrischen Potentialen eine Bewegung der freien Ladungsträger in eine gewünschte Richtung hervorgerufen werden. Natürlich kann diese Bewegung durch Anlegen externer elektrischer Potentiale noch unterstützt werden. Durch den Dotierungsgradienten in der Wanne kann ein Driftfeld erzeugt werden, das beispielsweise auch bei Detektoren mit großen Detektionsbereichen Ladungen im gesamten Detektionsbereich beschleunigen kann. Dadurch ist der Ladungsträgertransport nicht nur auf thermische Diffusion beschränkt und kann dadurch wesentlich schneller erfolgen. Die Ansprechgeschwindigkeit des Detektors kann dadurch deutlich erhöht werden und/oder die Ansprechzeit kann verringert werden.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Detektors. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Halbleitersubstrats, das einen ersten Dotierungstyp aufweist, und ein Erzeugen einer Wanne in dem Halbleitersubstrat, wobei die Wanne einen zweiten Dotierungstyp aufweist. Der erste Dotierungstyp und der zweite Dotierungstyp sind verschieden und die Wanne weist in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eine ansteigende Dotierstoffkonzentration auf. Des weiteren umfasst das Verfahren ein Erzeugen eines Detektoranschlussdotierungsbereichs, der zumindestens teilweise in der Wanne in einem Anschlussbereich der Wanne angeordnet ist, wobei der Detektoranschlussdotierungsbereich den gleichen Dotierungstyp wie die Wanne aufweist. Der Detektoranschlussdotierungsbereich weist eine maximale Dotierstoffkonzentration auf, die niedriger ist als eine maximale Dotierstoffkonzentration des Anschlussbereichs der Wanne.
Einige weitere Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zur Detektion elektromagnetischer Strahlung. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen von freien Ladungsträgern durch die elektromagnetische Strahlung in einem Detektionsbereich einer Wanne, wobei die Wanne in einem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Das Halbleitersubstrat weist einen ersten Dotierungstyp und die Wanne einen zweiten Dotierungstyp auf. Der erste Dotierungstyp und der zweite Dotierungstyp sind verschieden und die Wanne weist in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eine ansteigende Dotierstoffkonzentration auf. Der Detektionsbereich der Wanne weist eine maximale Dotierstoffkonzentration auf, die niedriger ist als eine maximale Dotierstoffkonzentration eines Anschlussbereichs der Wanne. Des weiteren umfasst das Verfahren ein Sammeln der freien Ladungsträger in einem Detektoranschlussdotierungsbereich, der zumindest teilweise in der Wanne in dem Anschlussbereich der Wanne angeordnet ist, wobei der Detektoranschlussdotierungsbereich den gleichen Dotierungstyp wie die Wanne aufweist. Das Detektieren der elektromagnetischen Strahlung basiert auf dem Sammeln der freien Ladungsträger.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung erfüllen die Aufgabe eine schnelle Ansprechgeschwindigkeit und/oder eine kurze Ansprechzeit zu ermöglichen und gleichzeitig ein gutes Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) abzuliefern.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1a eine schematische Darstellung eines Detektors zur Detektion elektromagnetischer Strahlung;
1b eine schematische Darstellung eines lateralen Dotierstoffkonzentrationsverlaufs;
2 eine schematische Darstellung eines Detektors zur Detektion elektromagnetischer Strahlung;
3 eine schematische Darstellung eines Detektors zur Detektion elektromagnetischer Strahlung;
4a eine schematische Darstellung eines elektrostatischen Potentialprofils über einen Wafer bei der Sammelsteuerelektrode (CG) oder der Wanne;
4b eine schematische Darstellung eines elektrostatischen Potentialprofils parallel zu der Substratoberfläche entlang dem Querschnitt a-a' aus 4a;
5 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Detektors;
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Detektion elektromagnetischer Strahlung;
7 eine schematische Darstellung eines bekannten Detektors; und
8 eine schematische Darstellung eines Oszilloskopgraphen von Signalen des Detektors von 7.
In der vorliegenden Anmeldung werden teilweise für Objekte und Funktionseinheiten, die gleiche oder ähnliche funktionelle Eigenschaften aufweisen, gleiche Bezugszeichen verwendet.
1a zeigt eine schematische Darstellung eines Detektors 100 zur Detektion elektromagnetischer Strahlung entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Der Detektor 100 umfasst ein Halbleitersubstrat 110, das einen ersten Dotierungstyp aufweist, und eine Wanne 120 in dem Halbleitersubstrat 110, wobei die Wanne 120 einen zweiten Dotierungstyp aufweist. Der erste Dotierungstyp und der zweite Dotierungstyp sind verschieden und die Wanne 120 weist in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 110 eine ansteigende Dotierstoffkonzentration auf. Des weiteren umfasst der Detektor 100 einen Detektoranschlussdotierungsbereich 130, der zumindest teilweise in der Wanne in einem Anschlussbereich 122 der Wanne 120 angeordnet ist, wobei der Detektoranschlussdotierungsbereich 130 den gleichen Dotierungstyp wie die Wanne 120 aufweist. Die Detektion der elektromagnetischen Strahlung basiert auf einer Erzeugung von freien Ladungsträgern durch die elektromagnetische Strahlung in einem Detektionsbereich 124 der Wanne 120. Der Detektionsbereich 124 weist eine maximale Dotierstoffkonzentration auf, die niedriger ist als eine maximale Dotierstoffkonzentration des Anschlussbereichs 122 der Wanne 120.
Der Detektoranschlussdotierungsbereich 130 kann vollständig oder wie in der Figur gezeigt teilweise in der Wanne 120 liegen. Jener Teil der Wanne 120, der mit dem Detektoranschlussdotierungsbereich 130 überlappt, ist hier als Anschlussbereich 122 der Wanne bezeichnet. Der Detektionsbereich 124 kann wie gezeigt direkt an den Anschlussbereich 122 angrenzen oder einen lateralen Abstand zum Anschlussbereich 122 aufweisen.
Der Dotierungstyp kann entweder eine n-Dotierung oder eine p-Dotierung sein, abhängig von der Art des verwendeten Dotierstoffs.
Durch eine Wechselwirkung der zu detektierenden Strahlung mit dem dotierten Halbleitermaterial im Detektionsbereich der Wanne können freie Ladungsträger entstehen. Beispielsweise können Ladungsträgerpaare erzeugt werden, wobei sich je nach Dotierung der Wanne die negativ geladenen Elektronen oder die positiv geladenen Löcher entlang des durch die ansteigende Dotierstoffkonzentration induzierten Driftfelds in Richtung des Detektoranschlußdotierungsbereichs 130 bewegen.
Durch den Dotierungsgradienten in der Wanne 120 werden freie Ladungsträger in der Wanne 120 in Richtung ansteigender Dotierstoffkonzentration beschleunigt. Je nach Dotierungstyp der Wanne 120 handelt es sich dabei um negative Elektronen oder positive Löcher. Durch dieses Driftfeld können die freien Ladungsträger wesentlich schneller in Richtung des Detektoranschlussdotierungsbereichs 130 transportiert werden als durch reine thermische Diffusion. Dadurch kann im Vergleich zu bekannten Detektoren bei gleichbleibender Fläche des photoaktiven Bereichs die Ansprechgeschwindigkeit des Detektors wesentlich erhöht werden oder bei gleichbleibender Ansprechgeschwindigkeit des Detektors der Detektionsbereich wesentlich vergrößert werden, um die Sensitivität des Detektors zu erhöhen.
Die Ansprechgeschwindigkeit kann sich zum Beispiel darauf beziehen, wie schnell ein Detektor nach einer Erzeugung von freien Ladungsträgern durch die zu detektierende Strahlung eine Bestimmung eines Detektionsergebnisses (z. B. Signal, dass Strahlungsdetektion anzeigt) ermöglicht. Die entsprechende Zeitdauer kann als Ansprechzeit bezeichnet werden. Die Ansprechzeit eines Detektors kann somit durch das beschriebene Konzept deutlich gesenkt werden.
Zum Beispiel kann die Antwortgeschwindigkeit des Detektors 100 im Vergleich zu beispielsweise Detektoren mit vergrabenen Photodioden und vergrabenen Photosteuerelektroden oder auch Oberflächen-(Kanal)-detektoren, bei denen das elektrostatische Potential konstant über den photoaktiven Bereich ist, wesentlich gesteigert werden.
Der Detektoranschlußdotierungsbereich 130 kann beispielsweise mit einem Auswerteschaltkreis oder einem Ausleseschaltkreis verbunden werden. Diese kann zum Beispiel auf demselben Halbleitersubstrat realisiert sein.
Das Halbleitersubstrat 110 kann eine Vielzahl von gleichen oder beispielsweise unterschiedlich großen Detektoren aufweisen, die zum Beispiel als Matrix oder auch unregelmäßig angeordnet sein können.
Das Halbleitersubstrat 110 kann beispielsweise ein Siliziumwafer, ein SOI-Wafer (silicon an insulator, Silizium auf Isolator), ein Galliumarsenidsubstrat, eine Epitaxieschicht oder ein anderes Halbleitersubstrat sein. In weiterer Folge wird das allgemeine Halbleitersubstrat 110 auch als Siliziumsubstrat bezeichnet, was ein Ausführungsbeispiel darstellt. Es kann sich jedoch je nach Bedarf auch um ein anderes Halbleitersubstrat handeln.
Passend zu 1a zeigt 1b eine schematische Darstellung 150 eines Dotierstoffkonzentrationsverlaufs. Dabei zeigt die Abszisse die laterale Ausdehnung parallel zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats 110 und die Ordinate die Dotierstoffkonzentration der Wanne 120. Die Figur zeigt drei Beispiele für einen Dotierstoffkonzentrationsverlauf 160 in der Wanne. Die Dotierstoffkonzentration kann z. B. monoton steigend, stufenförmig steigend, linear steigend sein oder eine andere ansteigende Form aufweisen. Die Dotierstoffkonzentration kann beispielsweise an einem Ende der Wanne 120 am niedrigsten sein und am anderen Ende der Wanne 120, an dem zum Beispiel auch der Anschlussbereich 122 liegen kann, am höchsten sein. Alternativ kann der Anschlussbereich 122 beispielsweise in der Mitte der Wanne 120 liegen und die Dotierstoffkonzentration von den Rändern der Wanne 120 zum Anschlussbereich in der Mitte der Wanne 120 hin ansteigen.
Der Detektoranschlussdotierungsbereich 130 kann beispielsweise eine höhere Dotierstoffkonzentration aufweisen als eine maximale Dotierstoffkonzentration der Wanne 120, um einen niederohmigen Anschluss an eine Verdrahtungsebene zu ermöglichen und gleichzeitig das größte elektrostatische Potential zum Sammeln der freien Ladungsträger zu bieten. Des Weiteren kann die Wanne 120 im Anschlussbereich 122 die maximale Dotierstoffkonzentration der Wanne aufweisen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Detektors 200 zur Detektion elektromagnetischer Strahlung entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Der Aufbau des Detektors 200 entspricht prinzipiell dem in 1a gezeigten Detektor, weist jedoch eine zusätzliche Oberflächenschicht 210 auf. Die Oberflächenschicht 210 ist an der Oberfläche des Halbleitersubstrats 110 und zumindest teilweise in dem Detektionsbereich 124 der Wanne 120 angeordnet. Die Oberflächenschicht 210 weist dabei den gleichen Dotierungstyp wie das Halbleitersubstrat 110 auf.
Die Oberflächenschicht 210 kann lateral über die Wanne 120 hinausgehen und kann auf diese Weise mit dem Halbleitersubstrat 110 direkt (ohne p-n-Übergang) elektrisch verbunden sein und somit das gleiche elektrische Potential wie das Halbleitersubstrat 110 aufweisen. Ein eigener elektrischer Anschluss für die Oberflächenschicht 210 kann dadurch gespart werden.
Die Oberflächenschicht 210 kann eine höhere Dotierstoffkonzentration als das Halbleitersubstrat 110 aufweisen, um einen niederohmigen Anschluss der Oberflächenschicht 210 an das Halbleitersubstrat 110 zu ermöglichen.
Durch die Oberflächenschicht 210 wird das elektrostatische Potentialmaximum bezüglich einer Richtung vertikal zur Oberfläche des Halbleitersubstrats 110 von der Oberfläche entfernt und liegt tiefer in der Wanne 120. Dadurch kann beispielsweise der oberflächengenerierte Dunkelstrom deutlich reduziert werden und ein wesentlich besseres Signal-zu-Rauschverhältnis erreicht werden.
2 zeigt ein Beispiel, bei dem der Detektoranschlussdotierungsbereich 130 vollständig in der Wanne liegt und daher der Anschlussbereich 122 in seiner Ausdehnung dem Detektoranschlussdotierungsbereich 130 entspricht. Des weiteren kann in diesem Beispiel der Detektionsbereich 124 als jener Bereich definiert werden, in dem die Oberflächenschicht 210 in der Wanne liegt. Dadurch kann sich beispielsweise ein Abstand zwischen dem Detektionsbereich 124 und dem Anschlussbereich 122 ergeben.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Detektors 300 zur Detektion elektromagnetischer Strahlung entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Der Aufbau des Detektors 300 entspricht prinzipiell dem Aufbau des Detektors in 2, weist jedoch zusätzlich eine Sammelsteuerelektrode 310 und eine Transfersteuerelektrode 320 auf. Zusätzlich ist in 3 eine schematische Darstellung 150 eines möglichen Dotierstoffkonzentrationsverlaufs 160 dargestellt und eine mögliche Realisierung der Erzeugung des Dotierstoffkonzentrationsverlaufs durch Dotierungsimplantation mit verschiedenen Masken 330 angedeutet. Des weiteren ist eine Herstellung unter Verwendung einer Feldoxid-Technologie (FOX) angedeutet. Alternativ dazu kann zum Beispiel genauso eine STI-Technologie (STI, shallow trench isolation, flache Grabenisolation) verwendet werden. Die Sammelsteuerelektrode 310 (CG) und die Transfersteuerelektrode 320 (TG) sind vom Halbleitersubstrat 110 durch eine Isolationsschicht 312, 322, wie z. B. durch ein Steuerelektronenoxid, elektrisch isoliert.
Die Sammelsteuerelektrode 310 kann zwischen dem Detektoranschlussdotierungsbereich 130 und dem Detektionsbereich des Detektors 300 an der Oberfläche des Halbleitersubstrats 110 angeordnet werden. Ebenso kann die Transfersteuerelektrode 320 zwischen dem Detektoranschlussdotierungsbereichbereich 130 und dem Detektionsbereich des Detektors 300 an der Oberfläche des Halbleitersubstrats 110 angeordnet werden. Die Transfersteuerelektrode 320 kann dabei zumindest teilweise zwischen dem Detektoranschlussdotierungsbereich 130 und der Sammelsteuerelektrode 310 angeordnet sein. In anderen Worten, die Transfersteuerelektrode 320 kann näher an dem Detektoranschlussdotierungsbereich 130 liegen als die Sammelsteuerelektrode 310. Teilweise kann sich die Transfersteuerelektrode 320 auch über die Sammelsteuerelektrode 310 erstrecken, was die Herstellung einer schmalen Transfersteuerelektrode 320 erleichtern kann.
Um die Transfer- und Auslesegeschwindigkeiten zu optimieren und zum Beispiel Nebensprechen zu verhindern, können die gesammelten Ladungsträger die gesamte Zeit unter dem Einfluss eines elektrischen Felds gehalten werden. Ein lateraler elektrostatischer Potentialgradient, welcher die gesammelten Träger dazu veranlassen kann, zu einem in dem Photodetektor erzeugten Potentialmaximum zu driften, welches als Ausleseknoten verwendet werden kann, ist ebenfalls wünschenswert. Auf der anderen Seite sollten die gesammelten Ladungsträger tief unter der Siliziumoberfläche gehalten werden, um den Dunkelstrom zu reduzieren, der zum Beispiel durch Schockley-Read-Hall-Rekombinationszentren/Generationszentren, die sich auf der Siliziumoberfläche befinden, erzeugt wird und ein Schrotrauschen verursachen. Diese Ladungsträger können zum Beispiel auch nur am Ladungsintegrationsknoten an die Oberfläche gebracht werden, wo das generierte niederfrequente Rauschen beispielsweise durch eine korrelierte Doppelabtasttechnik (CDS, correlated double sampling), die durch die zuvor für PG-Pixelkonfigurationen erklärte nicht-destruktive Auslesung ermöglicht wird, eliminiert werden kann. Außerdem, wenn eine zusätzliche Schicht mit hoher Konzentration auf der Siliziumoberfläche hergestellt wird, kann die Wanne komplett von Ladungsträgern verarmt werden, indem das elektrostatische Potential in der Wanne festgehalten wird, und es können ebenso die Rekombinationsmechanismen an der Siliziumoberfläche unterstützt werden und somit die Ladungsträgeranzahl, die aus Oberflächenzuständen thermisch generiert werden und gemeinsam mit den Signalträgern in dem Photodetektor gesammelt werden, reduziert werden. Dadurch kann der Dunkelstrom, der in dem Detektor fließt, reduziert werden.
Durch die Verwendung des beschriebenen Konzepts kann ein Detektor somit wesentlich höhere Ansprechgeschwindigkeiten oder Auslesegeschwindigkeiten, sowie niedrigere Dunkelströme erreichen. Wie z. B. in 3 gezeigt, kann eine flache Dotierungswanne in einem Siliziumsubstrat (oder z. B. einer epitaktischen Schicht) erzeugt werden, welche eine elektrostatische Potential-Festhalte-Spannung zeigt, wenn diese zwischen dem Substrat und einer geerdeten Schicht an dessen Oberfläche, welche mit demselben Dotierungstyp wie das Substrat hoch dotiert implantiert ist. Es kann zum Beispiel gleichzeitig, wie in 3 angedeutet, ein lateraler Konzentrationsgradient in der Wanne durch eine Serie von Implantationsschritten unter Verwendung mehrerer Implantationsmasken, welche eine zusätzliche Dotierungsdosis an verschiedenen Teilen der Wanne implantieren, induziert werden. Schließlich kann auch eine Sammelsteuerelektrode (CG), eine Transfersteuerelektrode (TG) und eine so genannte schwimmende Diffusion (FD), die dem Detektoranschlussdotierungsbereich entspricht, erzeugt werden, die zum Beispiel alle Teil des Photodetektors sind, wie in 3 gezeigt.
Der in 3 gezeigte Detektor 300 kann auch als laterale Driftfeld-Photodiode oder als CMOS-kompatibler, geräuscharmer, lateraler Driftfeld-Photodetektor mit hoher Ansprechgeschwindigkeit bezeichnet werden.
Ein Aspekt des beschriebenen Konzepts ist die Induzierung eines elektrostatischen Potentialgradienten in der Wanne, der durch einen dort, z. B. während der Wannenerzeugung, erzeugten Konzentrationsgradienten generiert wird. Eine Metall-Oxid-Halbleiter-(MOS, metal-oxide semiconductor) kapazitätsbasierte Sammelsteuerelektrode (CG) kann an einem Ende der eingebetteten Wanne erzeugt werden, welche permanent vorgespannt sein kann und ein zusätzliches elektrostatisches Potentialmaximum in das System induzieren kann, wo die photogenerierten und thermisch generierten Träger schließlich gesammelt werden sollen. Da die Sammelsteuerelektrode in diesem Beispiel auf derselben Wanne erzeugt wird, ähnelt sie einer vergrabenen Photosteuerelektrode, wobei sich das elektrostatische Potentialmaximum entfernt von der Siliziumoberfläche befindet, wenn ein senkrechter Schnitt durch die Sammelsteuerelektrode (CD) gemacht wird.
4a zeigt dazu eine schematische Darstellung 400 eines elektrostatischen Potentialprofils 410 senkrecht zu der Oberfläche des Substrats. Der Potentialverlauf 410 zeigt ein Maximum mit deutlichem Abstand zur Substratoberfläche (oder zur Siliziumoberfläche, wenn ein Siliziumwafer als Substrat verwendet wird).
Folglich kann sich die Ladungsträgeranzahl, die von den schnellen Oberflächenzuständen stammen und mit den bereits gesammelten Signalladungsträgern gemischt werden, reduziert werden. Zusätzlich zeigt 4b eine schematische Darstellung 450 eines elektrostatischen Potentialprofils 460 parallel zu der Substratoberfläche entlang dem Querschnitt a-a' aus 4a. Das elektrostatische Potential steigt von einem Ende der Wanne bis zu einem Maximum im Bereich der schwebenden Diffusion (FD) an.
Schließlich kann eine Transfersteuerelektrode (TG) hergestellt werden, welche eine Potentialbarriere innerhalb der Wanne erzeugen kann, welche verhindern kann, dass gesammelte Ladung während des Ladungssammelzyklus in die benachbarte schwebende Diffusion (FD) transferiert wird, oder es kann das Driftfeld vergrößern, welches die gesammelten Träger während des Auslesezyklus und des Rücksetzzyklus in die schwebende Diffusion (FD) driften lässt. Die schwebende Diffusion oder der Detektoranschlussdotierungsbereich kann beispielsweise als Photodetektorausleseknoten und/oder Photodetektorrücksetzknoten verwendet werden.
Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung wird in der zuvor beschriebenen Wanne ein Verarmungsbereich erzeugt, welcher ziemlich tief in das Substrat reicht (abhängig von dem elektrostatischen Potential, welches in die Wanne induziert wird), was z. B. speziell für eine Strahlungsdetektion im nahen Infrarotbereich (NIR) wichtig sein kann, die normalerweise z. B. in Flugzeit-(ToF)-3D-Abbildungsanwendungen verwendet wird, da eine erhöhte Anzahl von photogenerierten Ladungsträgern sofort zum elektrostatischen Potentialmaximum, das in die beschriebene Wanne induziert ist, gedriftet wird (siehe z. B. 4a).
Auf der anderen Seite, wenn die Minoritätsladungsträger einmal separiert sind von den Majoritätsladungsträgern aufgrund des Effekts des induzierten elektrischen Felds, driften die Minoritätsladungsträger sofort zu dem lokalen elektrostatischen Potentialmaximum in der Wanne oder bei der Sammelsteuerelektrode (CG), wie in 4a gezeigt, und dann oder gleichzeitig dazu lateral weiter in das elektrostatische Systempotentialmaximum, welches sich beispielsweise unter der Sammelsteuerelektrode (oder im Bereich der schwebenden Diffusion) befindet, wie in 4b gezeigt. Das bedeutet, dass im Gegensatz zu dem, was in Oberflächenkanaldetektoren oder auch vergrabenen Kanal-Photosteuerelektroden-Detektoren (PG), den ladungsgekoppelten Detektoren (CCD) oder auch festgelegte Photodioden (PPD, pinned photodiodes) passiert, wo der Ladungstransfer primär von thermischer Diffusion und Randfeldmechanismen abhängt, der Ladungstransport in dieser Lösung fast ausschließlich abhängig von Driftmechanismen sein kann.
Außerdem, obwohl die Randfelder ausreichend sein können, um akzeptable Ansprechgeschwindigkeiten von Photodetektoren mit Flächen von 2 μm², 4 μm² oder auch 9 μm² zu erreichen, sinkt die Ansprechgeschwindigkeit von diesen Detektoren, für photoaktive Bereiche größer als diese, proportional zu der Reduktion (der Felder) in dem photoaktiven Bereich. Zum Beispiel ist dies in der in 3 gezeigten Lösung nicht der Fall, da der laterale Konzentrationsgradient in der erzeugten Wanne so optimiert werden kann, dass ein benötigtes laterales Driftfeld in dem Detektor induziert werden kann.
Außerdem können die normalerweise vorhandenen Gesamt-Wannen-Kapazitätsprobleme von PG-, CCD- und PPD-Pixelstrukturen teilweise gelöst werden durch eine angemessene Gestaltung der Sammelsteuerelektrode (CG), der schwebenden Diffusion (FD) und durch deren angemessene Vorspannung, sobald der Photodetektor hergestellt ist, da die Ladung z. B. tatsächlich unter der Sammelsteuerelektrode (CG) gesammelt wird und schließlich über die schwebende Diffusion ausgelesen wird.
Das Signal-zu-Rauschverhältnis kann in dem beschriebenen Detektor durch die Verwendung von speziellen Auslesetechniken, wie z. B. Ladungsakkumulations-Mehrfachauslese-Mittelung, spezielle CDS-Anwendungen oder In-Pixel-Signalverarbeitung, weiter verbessert werden.
Das beschriebene Konzept ermöglicht beispielsweise eine ultrarauscharme und sehr vielseitige CMOS-kompatible Photodetektorlösung mit hoher Antwortgeschwindigkeit und einem möglichen großen photoaktiven Bereich.
Bei einigen Ausführungsbeispielen gemäß der Erfindung ergeben sich vielseitige Vorteile für einen Photodetektor mit lateralen Driftfeldern, die durch die Wannenherstellung induziert werden können. Die Existenz eines lateralen elektrostatischen Potentialgradienten, induziert durch einen Dotierungskonzentrationsgradienten in einem Photodetektor, kann während der Ladungstransferphase und der Auslesephase den Driftmechanismus zum dominierenden Mechanismus über den Diffusionsmechanismus machen. Das heißt, die Antwortgeschwindigkeit des Photodetektors wird auf diese Weise deutlich verbessert, im Vergleich zu bekannten Lösungen.
Die Anwesenheit der geerdeten, hochdotierten Schicht (vom selben Typ wie das Siliziumsubstrat, auf welchem der Photodetektor hergestellt wird) auf der diffundierten flachen Wanne (siehe z. B. 3) drückt das elektrostatische Potentialmaximum weg von der Siliziumoberfläche (siehe z. B. 4a) und verbessert den Rekombinationsmechanismus an der Substratoberfläche. Diese beiden Effekte können die oberflächengenerierte Dunkelstromkomponente des Photodetektors und die Menge von ENC reduzieren, was im Vergleich zu bekannten Lösungen ein wesentlich besseres Signal-zu-Rauschverhältnis liefert.
Die „vergrabene” Sammelsteuerelektrode (CG) und Transfersteuerelektrode (TG) können die gesammelte Ladung tief unter der Silizium/Oxid-Schnittstelle (Substratoberfläche) sammeln und transportieren, was beispielsweise das Rücksetzrauschen reduzieren kann, das normalerweise in dem Kanal in Oberflächen-PG-Detektoren entsteht, was im Vergleich zu bekannten Lösungen ein viel besseres Signal-zu-Rauschverhältnis (SNR) liefert.
Die Gesamtwannenkapazität oder die maximal mögliche Menge von gesammelten Ladungen kann von der Sammelsteuerelektrode (CG) und der schwebenden Diffusion (FD), von deren angemessene Ausgestaltung zur Optimierung dieser Eigenschaften und von deren externer Vorspannung abhängen, und nicht mehr von den Eigenschaften der flachen Wanne, was normalerweise das Problem in bekannten Lösungen ist.
Der dynamische Bereich (DR, dynamic range) und das Signal-zu-Rauschverhältnis kann beispielsweise durch Mehrfachladungstransferakkumulation verbessert werden, ohne zusätzliches Leserauschen zum Pixelausgangssignal hinzuzufügen.
Einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf Anwendungen von rauscharmen, CMOS-Hochgeschwindigkeits-laterale-Driftfeldphotodetektoren mit großen photoaktiven Bereichen in dreidimensionalen Inspektions-/Positionssystemen, Fahrzeugbildsystemen, wie beispielsweise zur Überwachung in einem Fahrzeug, Airbagkontrollsystemen, Fahrzeugsicherheit, Straßenlinienerkennung, Sensoren zum Früherkennen von Unfällen, Fußgängerschutz oder Selbstparksystemen, in topographischen Anwendungen, in der Telekommunikationstechnik, in allgemeinen Überwachungssysteme, in medizinischen Abbildungen, in wissenschaftlichen Abbildungsanwendungen oder Videospiele und Unterhaltung.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zur Herstellung eines Detektors entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Das Verfahren 500 umfasst ein Bereitstellen 510 eines Halbleitersubstrats, das einen ersten Dotierungstyp aufweist, und ein Erzeugen 520 einer Wanne in dem Halbleitersubstrat, wobei die Wanne einen zweiten Dotierungstyp aufweist. Der erste Dotierungstyp und der zweite Dotierungstyp sind verschieden und die Wanne weist in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eine ansteigende Dotierstoffkonzentration auf. Des weiteren umfasst das Verfahren ein Erzeugen 630 eines Detektoranschlussdotierungsbereichs, der zumindestens teilweise in der Wanne in einem Anschlussbereich der Wanne angeordnet ist, wobei der Detektoranschlussdotierungsbereich den gleichen Dotierungstyp wie die Wanne aufweist. Die Wanne weist einen Detektionsbereich auf, der eine maximale Dotierstoffkonzentration aufweist, die niedriger ist als eine maximale Dotierstoffkonzentration des Anschlussbereichs der Wanne.
6 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zur Detektion elektromagnetischer Strahlung entsprechend einem Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Das Verfahren 600 umfasst ein Erzeugen 610 von freien Ladungsträgern durch die elektromagnetische Strahlung in einem Detektionsbereich einer Wanne, wobei die Wanne in einem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Das Halbleitersubstrat weist einen ersten Dotierungstyp auf und die Wanne weist einen zweiten Dotierungstyp auf, wobei der erste Dotierungstyp und der zweite Dotierungstyp verschieden sind. Die Wanne weist in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eine ansteigende Dotierstoffkonzentration auf. Der Detektionsbereich der Wanne weist eine maximale Dotierstoffkonzentration auf, die niedriger ist als eine maximale Dotierstoffkonzentration eines Anschlussbereichs der Wanne. Des weiteren umfasst das Verfahren 600 ein Sammeln 620 der freien Ladungsträger in einem Detektoranschlussdotierungsbereich, der zumindestens teilweise in der Wanne in dem Anschlussbereich der Wanne angeordnet ist, wobei der Detektoranschlussdotierungsbereich den gleichen Dotierungstyp wie die Wanne aufweist. Das Detektieren der elektromagnetischen Strahlung auf dem Sammeln 620 der freien Ladungsträger basiert.
Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass abhängig von den Gegebenheiten, das erfindungsgemäße Schema auch in Software implementiert sein kann. Die Implementation kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette oder einer CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In anderen Worten ausgedrückt, kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.

Claims

Detektor (100; 200; 300) zur Detektion elektromagnetischer Strahlung mit folgenden Merkmalen: einem Halbleitersubstrat (110), das einen ersten Dotierungstyp aufweist; einer Wanne (120) in dem Halbleitersubstrat (110), wobei die Wanne (120) einen zweiten Dotierungstyp aufweist, wobei der erste Dotierungstyp und der zweite Dotierungstyp verschieden sind, und wobei die Wanne (102) in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats (110) eine ansteigende Dotierstoffkonzentration aufweist; einem Detektoranschlussdotierungsbereich (130), der zumindestens teilweise in der Wanne (220) in einem Anschlussbereich (122) der Wanne (120) angeordnet ist, wobei der Detektoranschlussdotierungsbereich (130) den gleichen Dotierungstyp wie die Wanne (120) aufweist, wobei die Detektion der elektromagnetischen Strahlung auf einer Erzeugung von freien Ladungsträgern durch die elektromagnetische Strahlung in einem Detektionsbereich (124) der Wanne (120) basiert, der eine maximale Dotierstoffkonzentration aufweist, die niedriger ist als eine maximale Dotierstoffkonzentration des Anschlussbereichs (122) der Wanne (120), wobei die Dotierstoffkonzentration der Wanne (120) in der Richtung parallel zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats (110) in einem Bereich zwischen einem dem Anschlussbereich (122) abgewandten Ende des Detektionsbereichs (124) und einem dem Detektionsbereich (124) abgewandten Ende des Anschlussbereichs (122) monoton ansteigt; einer Transfersteuerelektrode (320) zum Steuern eines Transfers von freien Ladungsträgern in einem Bereich der Wanne, wobei die Transfersteuerelektrode (320) an der Oberfläche des Halbleitersubstrats (110) in einem Bereich der Wanne (120) zwischen dem Detektoranschlussdotierungsbereich (130) und dem Detektionsbereich (124) angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Halbleitersubstrat (110) und der Transfersteuerelektrode (320) eine elektrisch isolierende Schicht (322) befindet; und einer Sammelsteuerelektrode (310) zum Sammeln von freien Ladungsträgern in einem Bereich der Wanne, wobei die Sammelsteuerelektrode (310) an der Oberfläche des Halbleitersubstrats (110) in einem Bereich der Wanne (120) zwischen dem Detektoranschlussdotierungsbereich (130) und dem Detektionsbereich (124) angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Halbleitersubstrat (110) und der Sammelsteuerelektrode (310) eine elektrisch isolierende Schicht (312) befindet, wobei die Transfersteuerelektrode (320) zumindest teilweise zwischen der Sammelsteuerelektrode (310) und dem Detektoranschlussdotierungsbereich (130) angeordnet ist.
Detektor gemäß Anspruch 1, mit einer Oberflächenschicht (210) an der Oberfläche des Halbleitersubstrats (110), die zumindest teilweise mit dem Detektionsbereich (124) der Wanne (120) überlappt, wobei die Oberflächenschicht (210) den gleichen Dotierungstyp aufweist wie das Halbleitersubstrat (110).
Detektor gemäß Anspruch 2, wobei die Oberflächenschicht (210) eine höhere Dotierstoffkonzentration aufweist als das Halbleitersubstrat (110).
Detektor gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei sich die Oberflächenschicht (210) lateral über die Wanne (120) hinaus erstreckt.
Detektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wanne (120) in dem Anschlussbereich (122) eine höchste Dotierstoffkonzentration der Wanne (120) aufweist.
Detektor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Detektoranschlussdotierungsbereich (130) eine maximale Dotierstoffkonzentration aufweist, die höher ist als eine maximale Dotierstoffkonzentration der Wanne (120).
Verfahren (500) zum Herstellen eines Detektors mit folgenden Merkmalen: Bereitstellen (510) eines Halbleitersubstrats, das einen ersten Dotierungstyp aufweist; Erzeugen (520) einer Wanne in dem Halbleitersubstrat, wobei die Wanne einen zweiten Dotierungstyp aufweist, wobei der erste Dotierungstyp und der zweite Dotierungstyp verschieden sind, und wobei die Wanne in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eine ansteigende Dotierstoffkonzentration aufweist; Erzeugen (530) eines Detektoranschlussdotierungsbereichs, der zumindestens teilweise in der Wanne in einem Anschlussbereich der Wanne angeordnet ist, wobei der Detektoranschlussdotierungsbereich den gleichen Dotierungstyp wie die Wanne aufweist, wobei die Wanne einen Detektionsbereich aufweist, der eine maximale Dotierstoffkonzentration aufweist, die niedriger ist als eine maximale Dotierstoffkonzentration des Anschlussbereichs der Wanne, wobei die Dotierstoffkonzentration der Wanne in der Richtung parallel zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats in einem Bereich zwischen einem dem Anschlussbereich abgewandten Ende des Detektionsbereichs und einem dem Detektionsbereich abgewandten Ende des Anschlussbereichs monoton ansteigt; Erzeugen einer Transfersteuerelektrode zum Steuern eines Transfers von freien Ladungsträgern in einem Bereich der Wanne, wobei die Transfersteuerelektrode an der Oberfläche des Halbleitersubstrats in einem Bereich der Wanne zwischen dem Detektoranschlussdotierungsbereich und dem Detektionsbereich angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Halbleitersubstrat und der Transfersteuerelektrode eine elektrisch isolierende Schicht befindet; und Erzeugen einer Sammelsteuerelektrode zum Sammeln von freien Ladungsträgern in einem Bereich der Wanne, wobei die Sammelsteuerelektrode an der Oberfläche des Halbleitersubstrats in einem Bereich der Wanne zwischen dem Detektoranschlussdotierungsbereich und dem Detektionsbereich angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Halbleitersubstrat und der Sammelsteuerelektrode eine elektrisch isolierende Schicht befindet, wobei die Transfersteuerelektrode zumindest teilweise zwischen der Sammelsteuerelektrode und dem Detektoranschlussdotierungsbereich angeordnet ist.
Verfahren (600) zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung mit folgenden Merkmalen: Erzeugen (610) von freien Ladungsträgern durch die elektromagnetische Strahlung in einem Detektionsbereich einer Wanne, wobei die Wanne in einem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei das Halbleitersubstrat einen ersten Dotierungstyp und die Wanne einen zweiten Dotierungstyp aufweisen, wobei der erste Dotierungstyp und der zweite Dotierungstyp verschieden sind, wobei die Wanne in einer Richtung parallel zu einer Oberfläche des Halbleitersubstrats eine ansteigende Dotierstoffkonzentration aufweist, und wobei der Detektionsbereich der Wanne eine maximale Dotierstoffkonzentration aufweist, die niedriger ist als eine maximale Dotierstoffkonzentration eines Anschlussbereichs der Wanne; und Sammeln (620) der freien Ladungsträger in einem Detektoranschlussdotierungsbereich, der zumindest teilweise in der Wanne in dem Anschlussbereich der Wanne angeordnet ist, wobei der Detektoranschlussdotierungsbereich den gleichen Dotierungstyp wie die Wanne aufweist, wobei das Detektieren der elektromagnetischen Strahlung auf dem Sammeln (620) der freien Ladungsträger basiert, wobei die Dotierstoffkonzentration der Wanne in der Richtung parallel zu der Oberfläche des Halbleitersubstrats in einem Bereich zwischen einem dem Anschlussbereich abgewandten Ende des Detektionsbereichs und einem dem Detektionsbereich abgewandten Ende des Anschlussbereichs monoton ansteigt, wobei eine Transfersteuerelektrode zum Steuern eines Transfers von freien Ladungsträgern in einem Bereich der Wanne ausgelegt ist, wobei die Transfersteuerelektrode an der Oberfläche des Halbleitersubstrats in einem Bereich der Wanne zwischen dem Detektoranschlussdotierungsbereich und dem Detektionsbereich angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Halbleitersubstrat und der Transfersteuerelektrode eine elektrisch isolierende Schicht befindet, wobei eine Sammelsteuerelektrode zum Sammeln von freien Ladungsträgern in einem Bereich der Wanne ausgelegt ist, wobei die Sammelsteuerelektrode an der Oberfläche des Halbleitersubstrats in einem Bereich der Wanne zwischen dem Detektoranschlussdotierungsbereich und dem Detektionsbereich angeordnet ist, wobei sich zwischen dem Halbleitersubstrat und der Sammelsteuerelektrode eine elektrisch isolierende Schicht befindet, wobei die Transfersteuerelektrode zumindest teilweise zwischen der Sammelsteuerelektrode und dem Detektoranschlussdotierungsbereich angeordnet ist.
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 7 oder 8, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Mikrocontroller abläuft.