DE102012216095B4 - Photodetektor mit steuerbarer Spektralantwort - Google Patents

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Abstract

Photodetektor (1), der folgende Merkmale aufweist:ein Halbleitersubstrat (10), das eine Einstrahlungszone (26) aufweist, die dazu konfiguriert ist, ansprechend auf eine Einstrahlung des Halbleitersubstrats Ladungsträger zu erzeugen, die entgegengesetzte Ladungsträgertypen aufweisen; undeinen Inversionszonengenerator (12; 212), der dazu konfiguriert ist, in zumindest zwei Betriebszuständen zu arbeiten, um unterschiedliche Inversionszonen (22) in dem Halbleitersubstrat zu erzeugen, wobei sich eine in einem ersten Betriebszustand erzeugte erste Inversionszone von einer in einem zweiten Betriebszustand erzeugten zweiten Inversionszone unterscheidet und wobei die erste Inversionszone und die zweite Inversionszone unterschiedliche Ausdehnungen in dem Halbleitersubstrat aufweisen;wobei der Inversionszonengenerator (12; 212) in zumindest einem Graben angeordnet ist, der in dem Halbleitersubstrat (10) gebildet ist.

Description

  • Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf einen Photodetektor. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Photodetektors. Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung beziehen sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Spektralcharakteristik einer Einstrahlung.
  • Im Zusammenhang mit dem in dem vorliegenden Dokument Offenbarten ist ein Photodetektor eine Vorrichtung, die in der Lage ist, elektromagnetische Einstrahlung in eine elektrische Größe wie z.B. Spannung, Strom, Widerstand usw. umzuwandeln. Üblicherweise liegt eine Wellenlänge der elektromagnetischen Einstrahlung innerhalb eines Bereichs, der für das menschliche Auge sichtbar ist, oder neben dem sichtbaren Wellenlängenbereich, z.B. Infrarotlicht oder ultraviolettes Licht. Trotzdem ist es auch möglich, dass ein spezifischer Photodetektor dazu konfiguriert ist, elektromagnetische Strahlung in einem anderen Wellenlängenbereich zu erfassen.
  • Ein einzelner Photodetektor kann dazu verwendet werden, ein einzelnes elektrisches Signal zu liefern, das z.B. eine Helligkeit oder Intensität einer einfallenden Strahlung angibt. Eine weitere mögliche Anwendung eines Photodetektors ist im Inneren von Bildsensoren, bei denen eine Mehrzahl von Photodetektoren in einem Array angeordnet sind. Üblicherweise spricht ein Photodetektor auf einen feststehenden oder vorbestimmten Bereich der Wellenlänge an.
  • Die EP 1 645 855 A1 zeigt eine Halbleiterstruktur zum Messen von einfallendem Licht. Die Halbleiterstruktur umfasst eine erste Diffusionsschicht, die in einem Halbleitersubstrat an der Oberfläche des Substrats vorgesehen ist, um von dem einfallenden Licht erzeugte Elektronen zu erfassen, wobei die erste Diffusionsschicht unter einer Elektrodendünnschicht angeordnet ist, die auf der ersten Diffusionsschicht vorgesehen ist, wobei eine Isolierdünnschicht zwischen ihnen vorgesehen ist, wobei die Elektrodendünnschicht einfallendes Licht überträgt und eine Gatespannung an sie angelegt wird; eine zweite Diffusionsschicht zum Herausnehmen von Elektroden, die in der ersten Diffusionsschicht erfasst sind, nach außen; eine erste Elektrode, die mit der ersten Diffusionsschicht (2) verbunden ist; eine zweite Elektrode, die mit der zweiten Diffusionsschicht verbunden ist. Dabei kann die Gatespannung variiert werden, um die Tiefe von der Oberfläche der ersten Diffusionsschicht, an welcher von dem einfallenden Licht erzeugte Elektronen erfasst werden, zu variieren.
  • Die US 6 194 770 B1 zeigt ein Photogate mit einer Schicht aus photorezeptivem Halbleitermaterial mit einer Störstellenkonzentration, die ausgewählt ist, um die Bildung von Lochelektronenpaaren als Reaktion auf eine Oberfläche des Substrats auftreffende Photonen zu verstärken; einer Elektrode, die sich von der Oberfläche des Substrats in das Substrat in einem wesentlichen Abstand erstreckt; einer Isolierschicht, die zwischen der Elektrode und dem Substrat angeordnet ist, um die Elektrode elektrisch von dem Substrat zu isolieren, so dass beim Anlegen eines elektrischen Potentials an die Elektrode ein Potentialtopf in dem die Elektrode umgebenden Substrat gebildet wird, um Ladung zu akkumulieren, die erzeugt wird, wenn Photonen auf die Oberfläche des die Elektrode umgebenden Substrats auftreffen.
  • Die US 2005 / 0 045 910 A1 zeigt einen Photodetektor mit einem Substrat mit einer Oberfläche; einer ersten Schicht, die aus einem Halbleitermaterial besteht, das über der Oberfläche angeordnet ist, wobei die erste Schicht einen ersten Dotierstoff mit einer ersten Konzentration für einen ersten Typ von elektrischer Leitfähigkeit aufweist; und einer zweiten Schicht aus Halbleitermaterial, die über der ersten Schicht liegt, wobei die zweite Schicht einen zweiten Dotierstoff mit einer zweiten Konzentration aufweist, um eine zweite Art von elektrischer Leitfähigkeit zu haben und einen ersten pn-Übergang mit der ersten Schicht zu bilden.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Photodetektoren, ein Verfahren zum Herstellen eines Photodetektors sowie ein Verfahren zum Bestimmen einer Spektralcharakteristik einer Einstrahlung mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
  • Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
  • Ein Photodetektor gemäß zumindest manchen Ausführungsbeispielen der hierin offenbarten Lehren weist ein Halbleitersubstrat auf, das eine Einstrahlungszone aufweist, die dazu konfiguriert ist, ansprechend auf eine Einstrahlung des Halbleitersubstrats Ladungsträger zu erzeugen, die entgegengesetzte Ladungsträgertypen aufweisen. Der Photodetektor weist ferner einen Inversionszonengenerator auf, der dazu konfiguriert ist, in zumindest zwei Betriebszuständen zu arbeiten, um unterschiedliche Inversionszonen in dem Substrat zu erzeugen. Eine in einem ersten Betriebszustand erzeugte erste Inversionszone unterscheidet sich von einer in einem zweiten Betriebszustand erzeugten zweiten Inversionszone. Die erste Inversionszone und die zweite Inversionszone weisen unterschiedliche Ausdehnungen in dem Halbleitersubstrat auf.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß den hierin offenbarten Lehren liefert einen Photodetektor, der ein Halbleitersubstrat und einen Inversionszonengenerator aufweist. Das Halbleitersubstrat weist eine Einstrahlungszone auf, die dazu konfiguriert ist, ansprechend auf eine Einstrahlung (Bestrahlung) des Halbleitersubstrats Paare von Ladungsträgern zu erzeugen, die entgegengesetzte Ladungsträgertypen aufweisen. Der Inversionszonengenerator ist dazu konfiguriert, in einer Mehrzahl unterschiedlicher Betriebszustände zu arbeiten, um eine Mehrzahl unterschiedlicher Inversionszonen in dem Halbleitersubstrat zu erzeugen, wobei die unterschiedlichen Ausdehnungen der unterschiedlichen Inversionszonen in dem Halbleitersubstrat kontinuierlich durchstimmbar sind.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß den hierin offenbarten Lehren liefert ein Verfahren zum Herstellen eines Photodetektors. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats und Bilden eines Inversionszonengenerators. Das Halbleitersubstrat weist eine Einstrahlungszone auf, die dazu konfiguriert ist, ansprechend auf eine Einstrahlung des Halbleitersubstrats Ladungsträger entgegengesetzter Ladungsträgertypen zu erzeugen. Der Inversionszonengenerator ist dazu konfiguriert, in zumindest zwei Betriebszuständen zu arbeiten, um eine Inversionszone in dem Halbleitersubstrat zu erzeugen. Eine in einem ersten Betriebszustand erzeugte erste Inversionszone unterscheidet sich von einer in einem zweiten Betriebszustand erzeugten zweiten Inversionszone. Die erste Inversionszone und die zweite Inversionszone weisen unterschiedliche Ausdehnungen in dem Halbleitersubstrat auf.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß den hierin offenbarten Lehren liefert ein Verfahren zum Bestimmen einer Spektralcharakteristik einer Einstrahlung in einer Einstrahlungszone eines Halbleitersubstrats. Das Verfahren weist ein Erzeugen einer ersten Inversionszone in dem Halbleitersubstrat auf, die eine erste Ausdehnung in dem Halbleitersubstrat aufweist, wobei ein erster Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger eines ersten Ladungsträgertyps über die erste Inversionszone selektiv zu einer Kontaktzone geleitet wird, um ein erstes Photosignal zu liefern. Das Verfahren weist ferner ein Erzeugen einer zweiten Inversionszone in dem Halbleitersubstrat auf, die eine zweite Ausdehnung in dem Halbleitersubstrat aufweist, wobei ein zweiter Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps über die zweite Inversionszone selektiv zu der Kontaktzone geleitet wird, um ein zweites Photosignal zu liefern. Anschließend werden das erste und das zweite Photosignal ausgewertet, um Informationen der Spektralcharakteristik der Einstrahlung in der Einstrahlungszone des Halbleitersubstrats zu einzuholen.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 einen schematischen Querschnitt eines Photodetektors gemäß den hierin offenbarten Lehren;
    • 2 einen schematischen Querschnitt eines Photodetektors gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren;
    • 3 einen schematischen Querschnitt eines Photodetektors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren;
    • 4A einen schematischen Querschnitt eines Photodetektors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren in einem ersten Betriebszustand;
    • 4B einen schematischen Querschnitt des Photodetektors der 4A in einem zweiten Betriebszustand;
    • 5 einen schematischen Querschnitt eines kontinuierlich (stufenlos) einstellbaren Photodetektors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren;
    • 6 einen schematischen Querschnitt eines Photodetektors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren, wobei der Photodetektor eine laterale Konfiguration aufweist;
    • 7 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Photodetektors gemäß den hierin offenbarten Lehren; und
    • 8 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Spektralcharakteristik einer Einstrahlung.
  • Gleiche oder äquivalente Elemente oder Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktionalität sind in der folgenden Beschreibung mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • In der folgenden Beschreibung sind eine Mehrzahl von Einzelheiten dargelegt, um eine gründlichere Erläuterung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu liefern. Jedoch wird Fachleuten einleuchten, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Einzelheiten praktiziert werden können. In anderen Fällen sind hinreichend bekannte Strukturen und Vorrichtungen in schematischer Querschnittsansicht oder Draufsicht statt in Einzelheiten gezeigt, um eine Verunklarung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Außerdem können Merkmale er hiernach beschriebenen verschiedenen Ausführungsbeispiele mit anderen Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele kombiniert werden, es sei denn, es ist hierin ausdrücklich etwas anderes angegeben.
  • Eine der vielen möglichen Anwendungen von Photodetektoren besteht darin, eine Spektralcharakteristik, z.B. eine Helligkeit und/oder eine spektrale Zusammensetzung einer einfallenden Einstrahlung (z.B. Licht) zu messen. Bei vielen Geräten, die eine optische Nutzergrenzfläche (eine Anzeige, einen Bildschirm, einen Monitor usw.) aufweisen, ist eine Anpassung der Helligkeit oder eines anderen spektralen Parameters des Anzeigefelds auf der Basis des Umgebungslichts gewünscht. Beispiele dieser Geräte umfassen Mobiltelefone, Smartphones, digitale Standbildkameras, Notebook-Computer und Computerbildschirme. Hersteller dieser Vorrichtungen verwenden üblicherweise ein System aus Photoempfänger und anwendungsspezifischer integrierter Schaltung (ASIC - application specific integrated circuit), um die Helligkeit nachzuregeln. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, dass der Photodetektor eine spektrale Empfindlichkeit aufweist, die ähnlich einer spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges ist, oder dass der Photodetektor ein Ausgangssignal liefert, das spektrale Informationen über die einfallende Einstrahlung aufweist, die bezüglich der spektralen Empfindlichkeit des menschlichen Auges bewertet werden können.
  • Bisher sind zu dem oben beschriebenen Zweck einerseits Komponenten im Einsatz, die eine von der ASIC getrennte Photodiode benutzen - diese kann dann aus einem anderen Halbleitermaterial als Silizium hergestellt sein. Alternativ dazu werden integrierte Systeme angeboten, bei denen die Photodiode auf dem ASIC-Chip vorgesehen ist. Einerseits hat die letztgenannte Lösung den Vorteil einer Verkleinerung des Gesamtsystems. Andererseits ist die Photodiode auf eine von der Verstärkungsleistung der nachgelagerten Schaltung abhänge Mindestgröße angewiesen, da der Photostrom proportional zur Diodenfläche ist.
  • Daraus ergibt sich ein Nachteil. Bei sukzessiver Miniaturisierung der Schaltung wächst der relative Anteil der Photodiodenfläche stark an. Die Chipfläche sollte auf Grund steigender Produktionskosten pro Einheit jedoch hauptsächlich für Bauelemente verwendet werden, die skalierbar sind.
  • Ein weiterer Nachteil besteht in den elektronischen Eigenschaften des Siliziummaterials - als Halbleiter mit einer Bandlücke von etwa 1,1 eV wird der Infrarotanteil bei einer Volumenphotodiode stark überbewertet. Entweder müssen über der Photodiode kostenintensive Spektralfilter aufgebracht werden, oder es müssen Signaldifferenzen zwischen oberflächenaktiven und volumenaktiven Photodioden bewertet werden. Letztere Variante ist mit einem erhöhten Integrationsaufwand verbunden.
  • Bei manchen optoelektronischen Vorrichtungen werden die optisch erzeugten Ladungsträger zu dem Kontakt in einer Inversionszone geleitet. Ein Beispiel für diese Technik sind CCD-Strukturen (CCD = charge coupled devices, ladungsgekoppelte Vorrichtungen). Bei einer CCD induziert eine äußere Elektrode, die durch ein Dielektrikum von dem Halbleiter getrennt ist, eine Inversionszone. Durch ein geeignetes Aneinanderreihen einer Mehrzahl dieser Strukturen wird anschließend eine Ladung sequentiell von einer CCD-Grundstruktur zu einer benachbarten CCD-Grundstruktur weitergeleitet.
  • Bei manchen Anwendungen der Optoelektronik kann es erwünscht sein, den Ladungstransport nicht diskret zu implementieren, sondern eine kontinuierliche Weiterleitung zu gewährleisten. Dies gilt sowohl für horizontale Anwendungen (CCD) als auch für vertikale Vorrichtungen (gestapelte Photodioden zum Bewerten der Farbkomponenten).
  • Im Folgenden wird das Funktionsprinzip einer MIS-Photozelle (MIS = metal-insulatorsemiconductor, Metall-Isolator-Halbleiter) erläutert. Zu diesem Zweck betrachten wir zunächst eine einfache Anordnung einer Photozelle, die einen Halbleiter mit zwei unterschiedlich dotierten Regionen aufweist, einer n-dotierten Region und einer p-dotierten Region. In der Grenzregion zwischen beiden Regionen wird eine Verarmungszone (oder Raumladungszone) gebildet, in der ortsfeste, geladene Dotandatome die überwiegende Mehrheit elektrischer Ladungen darstellen. In der p-dotierten Grenzregion beispielsweise eines Siliziumhalbleiters liegen negativ geladene Akzeptoren (beispielsweise Boratome) vor. In der benachbarten n-Region befinden sich positiv geladene Donatoren (z.B. Phosphoratome). Diese Ladungen bewirken ein elektrisches Feld, das auf bewegliche Ladungen (negative Elektronen und positive Löcher) einwirkt.
  • Ein durch Licht erzeugtes Elektron-Loch-Paar kann durch ein derartiges elektrisches Feld getrennt werden. Eine Voraussetzung hierfür besteht jedoch darin, dass die Ladungsträger entweder in der Verarmungszone (Raumladungszone) erzeugt werden oder diese mittels Diffusion erreichen können, wenn ein geeigneter Konzentrationsgradient der Ladungsträger vorliegt und das Teilchenpaar nicht wieder zerstört wird, bevor es die Verarmungszone erreicht (Rekombination). Hieraus ergibt sich eine Photospannung, die zu einem äußeren Stromfluss führen kann, wenn die Regionen auf geeignete Weise kontaktiert werden.
  • Äquivalent dazu kann statt einer n-dotierten Region eine Inversionszone verwendet werden. Hier kann die Oberflächenladungsträgerkonzentration durch ein geeignetes externes Potential (das z.B. durch eine leitfähige Platte bewirkt wird, die durch einen Isolator, z.B. ein Oxid, von dem Halbleiter isoliert ist) so verändert werden, dass tief im Inneren des Volumens des Halbleiters die Elektronenkonzentration höher ist als die Lochkonzentration. Somit wird zwischen der Inversionszone und dem tiefen Volumen eine Verarmungszone gebildet, die in der Lage ist, Ladungsträgerpaare zu trennen.
  • Der Photostrom ist somit ein Ergebnis des Zusammenwirkens von lokalen Feldern (z.B. in Verarmungszonen) und Konzentrationsgradienten beweglicher Ladungen. Die Konzentrationsgradienten werden durch räumlich variierende Erzeugungs- und Rekombinationsprozesse und durch Transportprozesse definiert.
  • Das folgende Beispiel wird präsentiert, um das Zusammenwirken zwischen den lokalen Feldern und den Konzentrationsgradienten beweglicher Ladungen zu veranschaulichen. An den Oberflächen des Halbleiters liegen ungesättigte Bindungen (bonds) vor, die eine erhöhte Rekombination von Elektronen und Löchern bewirken. Im Fall einer Ladungsträgerkonzentration, die über der Gleichgewichtskonzentration liegt, beispielsweise auf Grund einer photoelektrischen Erzeugung, werden bewegliche Elektronen und bewegliche Löcher an den Oberflächen des Halbleiters zerstört (d.h. sie rekombinieren sich). Somit wird ein Konzentrationsgradient gebildet, der bewirkt, dass Ladungsträger vom Inneren des Halbleiters zu der bzw. den Oberfläche(n) diffundieren, so dass diese beweglichen Ladungsträger sich ebenfalls an den Oberflächenfehlern/-verunreinigungen rekombinieren. Diese Ladungsträger, die einer Rekombination an der bzw. den Oberfläche(n) unterworfen sind, tragen somit nicht zu dem Photostrom bei. Also erzeugt auch die Verarmungszone in dem Innenvolumen des Halbleiters an dem pn-Übergang (oder im Fall der MIS-Struktur an der Inversionszone) eine Ladungsträgersenke für die Minoritätsladungsträger (bei dem p-Halbleiter sind dies die Elektronen, bei dem n-Halbleiter die Löcher), da das beschriebene Feld dieselben in die gegenüberliegende Region (oder in die Inversionszone) extrahiert. Diese Ladungsträger können zu dem Photostrom beitragen, wenn sie auf geeignete Weise eingefangen (gesammelt) werden.
  • Im Einzelnen wird in dem Fall, dass die Ladungsträger als Photostrom über die Inversionszone zu einem äußeren Kontakt und anschließend zu einer äußeren Schaltungsanordnung transportiert werden, eine Ladungsträgerkonzentration bei oder nahe der Gleichgewichtskonzentration sogar während einer photoelektrischen Erzeugung von Ladungsträgern in dem Halbleitersubstrat in dem Material des Halbleitersubstrats neben (an der Grenze zu) der Verarmungszone/Inversionszone aufrechterhalten. Somit wird ansprechend auf eine photoelektrische Erzeugung von Ladungsträgern in der Einstrahlungszone in der Einstrahlungszone ein Ladungsträgerkonzentrationsgradient in einer Richtung zu der Verarmungszone (und der dazu benachbarten Inversionszone) gebildet. Dieser Ladungsträgerkonzentrationsgradient bewirkt eine Minoritätsladungsträgerdiffusion zu der Verarmungszone/Inversionszone. Deshalb agiert die Verarmungszone für die Minoritätsladungsträger, die in der Einstrahlungszone photoelektrisch erzeugt werden, als Ladungsträgersenke.
  • Die beschriebenen Prozesse sind im Fall einer photoelektrischen Erzeugung (Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren durch Licht) durch einen räumlich variierenden Erzeugungsprozess überlagert. Einerseits bewirkt ein Lichtstrahl, der dieselbe Anzahl von Ladungsträgerpaaren pro Wellenlängeneinheit erzeugt, bei dem Halbleiter eine exponentiell abfallende Einstrahlungsstärke (abklingendes Lichtfeld). Andererseits ist die Absorption (Erzeugung) von der Wellenlänge abhängig - blaues Licht wird bei Silizium wesentlich schneller absorbiert als rotes oder infrarotes Licht. Somit wird lediglich durch die Einstrahlung des Halbleiters eine lokal variierende Konzentration von Ladungsträgern bewirkt. Insbesondere kann die Abhängigkeit der Absorption von der Wellenlänge des Lichts dazu verwendet werden, eine spektrale Bewertung des Lichts durch eine vorteilhafte räumliche Anordnung des Photodetektors zu ermöglichen. Diese Möglichkeit wurde bei der Vorrichtung, die im Folgenden beschrieben wird, genutzt.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Photodetektors 1 gemäß den hierin offenbarten Lehren. Der Photodetektor weist ein Halbleitersubstrat 10 auf, das eine erste Hauptoberfläche 101 und eine zweite Hauptoberfläche 102 aufweist. Einfallende Einstrahlung wie beispielsweise sichtbares Licht, ultraviolettes Licht, Infrarotlicht oder eine andere Art von Strahlung kann in eine Einstrahlungszone 26 in dem Halbleitersubstrat 10 eintreten. Somit kann zumindest ein Teil des Halbleitermaterials oder das gesamte Halbleitermaterial des Halbleitersubstrats 10 die Einstrahlungszone 26 bilden. Innerhalb der Einstrahlungszone können ansprechend auf die Einstrahlung des Halbleitersubstrats 10 Ladungsträger erzeugt werden, die entgegengesetzte Ladungsträgertypen (z.B. negativ geladene Elektronen und positiv geladene Löcher) aufweisen. Die Einstrahlungszone 26 ist üblicherweise durch ihre oben erwähnte Funktion definiert und kann sich innerhalb eines Abschnitts des Halbleitersubstrats 10 oder in dem gesamten Halbleitersubstrat 10 erstrecken.
  • Der in 1 gezeigte Photodetektor 1 weist ferner einen Inversionszonengenerator 12 auf. Der Inversionszonengenerator 12 ist dazu konfiguriert, in dem Halbleitersubstrat 10 eine Inversionszone 22 zu erzeugen, wobei durch den Inversionszonengenerator 12 zusammen mit der Inversionszone 22 eine Verarmungszone 24 erzeugt wird. Die Verarmungszone 24 weist üblicherweise eine größere Ausdehnung in dem Halbleitersubstrat 10 auf als die Inversionszone 22. Wie oben erläutert wurde, kann die Inversionszone durch ein geeignetes äußeres Potential erzeugt werden, das z.B. durch einen elektrischen Leiter bewirkt wird, der Bestandteil des Inversionszonengenerators 12 ist und der von dem Halbleiter 10 isoliert ist. Demgemäß wird die Oberflächenladungsträgerkonzentration an der Grenzfläche zwischen dem Inversionszonengenerator 12 und dem Substrat 10 geändert, so dass im Fall eines p-dotierten Halbleitersubstrats 10 die Elektronenkonzentration nahe dem Inversionszonengenerator höher ist als die Lochkonzentration tief im Inneren des Volumens des Halbleiters 10.
  • Der Inversionszonengenerator 12 ist dazu konfiguriert, in einem ersten Betriebszustand und einem zweiten Betriebszustand zu arbeiten. Der erste Betriebszustand und der zweite Betriebszustand unterscheiden sich bezüglich der Ausdehnung der durch den Inversionszonengenerator 12 in dem Substrat 10 (oder relativ zu dem Substrat 10) erzeugten Inversionszone 22, insbesondere in die Einstrahlungszone 26 hinein oder bezüglich der Einstrahlungszone. 1 veranschaulicht den Photodetektor, während er sich in dem ersten Betriebszustand befindet. In dem ersten Betriebszustand erstreckt sich die Inversionszone 22 ungefähr bis zur Hälfte der Tiefe des Inversionszonengenerators 12. In dem zweiten Betriebszustand (nicht gezeigt) kann sich die Inversionszone 22 bis ungefähr zur vollen Tiefe des Inversionszonengenerators 12 erstrecken. Die (diskrete oder kontinuierliche) Einstellbarkeit oder Variation der Ausdehnung der Inversionszone 22 ist in 1 durch einen Pfeil 23 angegeben. Neben einer Variation der Tiefenausdehnung der Inversionszone 22 in das Substrat hinein kann es auch möglich sein, z.B. eine Position der Inversionszone 22 oder eine laterale Ausdehnung der Inversionszone 22 in dem Substrat zu variieren.
  • Der in 1 gezeigte Photodetektor 1 weist ferner eine Kontaktzone 32 und einen Substratkontakt (oder eine Substratkontaktzone) 36 auf. Die Kontaktzone 32 ist dazu konfiguriert, die photoelektrisch erzeugten Ladungsträger eines ersten Ladungsträgertyps (üblicherweise die Minoritätsladungsträger) einer externen Schaltungsanordnung, z.B. einer nachfolgenden Bewertungsschaltungsanordnung (nicht gezeigt) bereitzustellen. Bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich die Kontaktzone 32 an der ersten Hauptoberfläche 101 des Substrats 10 in der Nähe des Inversionszonengenerators 12. Die Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps werden entlang der Inversionszone 22 von der Tiefe des Halbleitersubstrats 10 zu der ersten Hauptoberfläche 101 geleitet, wo sie über die Kontaktzone 32 der nachfolgenden Bewertungsschaltungsanordnung bereitgestellt werden können. Auf Grund der Extraktion von Ladungsträgern über die Inversionszone 22 und die Kontaktzone 32 findet eine entsprechende Anzahl von Ladungsträgern des entgegengesetzten Typs keine Rekombinationspartner. Diese Ladungsträger des entgegengesetzten Typs können über den Substratkontakt 36 der Bewertungsschaltung bereitgestellt werden.
  • Im Folgenden werden eine Anzahl möglicher Konfigurationen und Implementierungen des Photodetektors 1 erörtert.
  • Der Inversionszonengenerator 12 kann dazu konfiguriert sein, eine erste Verarmungszone 24 zum Trennen zweier gemeinsam photoelektrisch erzeugter Ladungsträger entgegengesetzter Ladungsträgertypen zu erzeugen. Die erste Verarmungszone 24 befindet sich neben der oder direkt in Kontakt mit der ersten Inversionszone 22. Der Inversionszonengenerator 12 kann ferner dazu konfiguriert sein, eine zweite Verarmungszone zum Trennen zweier gemeinsam photoelektrisch erzeugter Ladungsträger entgegengesetzter Ladungsträgertypen zu erzeugen, wobei sich die zweite Verarmungszone neben der zweiten Inversionszone befindet.
  • Ein Ladungsträgerkonzentrationsgradient kann ansprechend auf eine photoelektrische Erzeugung der Ladungsträger in der Einstrahlungszone 26 in der Einstrahlungszone 26 gebildet werden. Der Ladungsträgerkonzentrationsgradient kann in dem ersten Betriebszustand in einer Richtung zu der (oder hin zu der) ersten Inversionszone 22 und einer ersten Verarmungszone 24 neben derselben und in dem zweiten Betriebszustand in einer Richtung zu (oder hin zu) der zweiten Inversionszone und einer zweiten Verarmungszone neben derselben gebildet werden. Diese Bildung der Ladungsträgerkonzentrationsgradienten ist auch auf weitere Betriebszustände anwendbar, bei denen weitere Inversionszonen erzeugt werden, die unterschiedliche Ausdehnungen in die bzw. bezüglich der Einstrahlungszone aufweisen.
  • Der Photodetektor 1 kann ferner eine Kontaktzone 32 aufweisen, die dazu konfiguriert ist, die photoelektrisch erzeugten Ladungsträger eines ersten Ladungsträgertyps zu liefern. In dem ersten Betriebszustand ist die erste Inversionszone 22 dazu konfiguriert, selektiv einen ersten Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps einzufangen und den eingefangenen ersten Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger zu der Kontaktzone 32 zu leiten. In dem zweiten Betriebszustand ist die zweite Inversionszone dazu konfiguriert, selektiv einen zweiten Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps einzufangen und den eingefangenen zweiten Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger zu der Kontaktzone 32 zu leiten.
  • Der Inversionszonengenerator 12 kann eine Elektrodenanordnung aufweisen, die dazu konfiguriert ist, in dem Halbleitersubstrat 10 ein elektrisches Feld zu bewirken, um die Inversionszone 22 zu erzeugen. Der Inversionszonengenerator 12 kann ferner eine Isolatoranordnung aufweisen, die dazu konfiguriert ist, die Elektrodenanordnung bezüglich des Halbleitersubstrats 10 zu isolieren.
  • Die Elektrodenanordnung und die Isolatoranordnung können in einer Mehrzahl von Gräben angeordnet sein, wobei zumindest ein Graben der Mehrzahl von Gräben eine andere Tiefe aufweist als zumindest ein anderer Graben der Mehrzahl von Gräben. Zumindest eine Elektrode der Elektrodenanordnung kann in einem Graben der Mehrzahl von Gräben angeordnet sein, der eine erste Tiefe aufweist, und zumindest eine andere Elektrode der Elektrodenanordnung kann in einem Graben der Mehrzahl von Gräben angeordnet sein, der eine zweite Tiefe aufweist, die sich von der ersten Tiefe unterscheidet. Die zumindest eine Elektrode und die zumindest eine andere Elektrode sind unabhängig voneinander steuerbar, so dass die Elektrodenanordnung dazu konfiguriert ist, in Abhängigkeit von einem an die Elektrodenanordnung angelegten Steuersignal die erste Inversionszone 22 selektiv an dem Graben, der die erste Tiefe aufweist, oder an dem Graben, der die zweite Tiefe aufweist, zu bilden.
  • Eine Elektrode in zumindest einem Graben kann an einem Boden des Grabens mit dem Halbleitersubstrat 10 verbunden sein, um einen Kontakt zu liefern.
  • Die Elektrodenanordnung und die Isolatoranordnung können sich entlang einer Richtung erstrecken, die im Wesentlichen orthogonal zu einer Hauptoberfläche (z.B. der ersten Hauptoberfläche 101 oder der zweiten Hauptoberfläche 102) des Halbleitersubstrats 10 ist. Zumindest eine der folgenden Eigenschaften kann entlang der Richtung, die im Wesentlichen orthogonal zu der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 10 ist, variieren:
    • - eine Dicke der Isolatoranordnung; und
    • - eine Dielektrizität der Isolatoranordnung.
  • Die Isolatoranordnung kann ein Liner-Oxid (Auskleidungsoxid) aufweisen. Die Elektrodenanordnung kann ein Polysilizium-Elektrodenmaterial aufweisen. Das Halbleitersubstrat 10 in der Einstrahlungszone 26 kann ein Halbleitermaterial eines einzelnen Dotierungstyps aufweisen.
  • Die Elektrodenanordnung und die Isolatoranordnung können sich entlang einer Richtung erstrecken, die im Wesentlichen orthogonal zu einer Hauptoberfläche 101, 102 des Halbleitersubstrats 10 ist. Eine Dotierungskonzentration des Materials des einzelnen Dotierungstyps kann entlang der Richtung, die im Wesentlichen orthogonal zu der Hauptoberfläche 101, 102 des Halbleitersubstrats 10 ist, variieren.
  • Das Material des einzelnen Dotierungstyps kann sich von dem Inversionszonengenerator 12 zumindest über ein Zehntel einer Diffusionslänge (d.h. 10 % der Diffusionslänge) eines ersten Ladungsträgertyps in dem Material des einzelnen Dotierungstyps erstrecken. Größere Ausdehnungen des Materials des einzelnen Dotierungstyps können ebenfalls betrachtet werden, beispielsweise zumindest 20 %, zumindest 30 %, zumindest 50 %, zumindest 80 % oder zumindest 100 % der Diffusionslänge.
  • Der Inversionszonengenerator 12 kann eine Hauptgrenzfläche mit dem Halbleitersubstrat 10 aufweisen. Zumindest eine der folgenden Eigenschaften kann in einer zu der Grenzfläche parallelen Richtung variieren:
    • - eine Dielektrizität einer isolierenden Anordnung zwischen dem Inversionszonengenerator 12 und dem Halbleitersubstrat 10; und
    • - eine Dicke der isolierenden Anordnung zwischen dem Inversionszonengenerator 12 und dem Halbleitersubstrat 10.
  • Das Halbleitersubstrat 10 in der Einstrahlungszone 26 kann ein Halbleitermaterial eines einzelnen Dotierungstyps aufweisen. Der Inversionszonengenerator 12 kann eine Hauptgrenzfläche mit dem Halbleitersubstrat 10 aufweisen, und eine Dotierungskonzentration des Materials des einzelnen Dotierungstyps kann in einer zu der Grenzfläche parallelen Richtung variieren. Die Dotierungskonzentration kann kontinuierlich oder im Wesentlichen schrittweise oder stufenweise variieren.
  • Die Einstrahlungszone 26 weist möglicherweise keinen pn-Übergang auf.
  • Der Inversionszonengenerator 12 kann in zumindest einem in dem Halbleitersubstrat 10 gebildeten Graben angeordnet sein.
  • Der Photodetektor 1 kann ferner eine (nicht gezeigte) Inversionszonensteuerung aufweisen, die dazu konfiguriert ist, dem Inversionszonengenerator 12 ein Steuersignal bereitzustellen, um zumindest entweder eine Gestalt und/oder eine Position der Inversionszone 22 zu steuern.
  • Das Halbleitersubstrat 10 kann dazu konfiguriert sein, die Einstrahlung von einer Rückseite, d.h. der zweiten Hauptoberfläche 102, des Substrats 10 zu empfangen.
  • Der Photodetektor 1 kann ferner eine (nicht gezeigte) Bewertungsschaltung aufweisen, die dazu konfiguriert ist, die von der ersten Inversionszone 22 und der zweiten Inversionszone erhaltenen photoelektrisch erzeugten Ladungsträger zu bewerten. Der Photodetektor kann ferner einen Substratkontakt 36 aufweisen, der mit der Bewertungsschaltung verbunden und dazu konfiguriert ist, eine Region des Halbleitersubstrats 10 zu kontaktieren, zu der sich die erste Inversionszone 22 und die zweite Inversionszone nicht erstrecken. Überdies kann der Photodetektor 1 eine Kontaktzone 32 aufweisen, die mit der Bewertungsschaltung verbunden und dazu konfiguriert ist, die photoelektrisch erzeugten Ladungsträger der Bewertungsschaltung bereitzustellen. In dem ersten Betriebszustand ist die erste Inversionszone 22 dazu konfiguriert, die photoelektrisch erzeugten Ladungsträger von der Einstrahlungszone 26 (oder einem ersten Teil derselben) zu der Kontaktzone 32 zu leiten. In dem zweiten Betriebszustand ist die zweite Inversionszone dazu konfiguriert, die photoelektrisch erzeugten Ladungsträger von der Einstrahlungszone 26 (oder einem zweiten Teil derselben) zu der Kontaktzone 32 zu leiten.
  • Der Inversionszonengenerator 12 kann dazu konfiguriert sein, in einer Mehrzahl unterschiedlicher Betriebszustände zu arbeiten, um eine Mehrzahl unterschiedlicher Inversionszonen in dem Halbleitersubstrat zu erzeugen. Die unterschiedlichen Ausdehnungen der unterschiedlichen Inversionszonen können bezüglich der Einstrahlungszone des Halbleitersubstrats kontinuierlich durchstimmbar sein.
  • In 2 ist eine Vorrichtung veranschaulicht, die beispielsweise einen n-dotierten Halbleiter oder einen p-dotierten Halbleiter aufweist, d.h. das Halbleitersubstrat 10. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt einer MIS-Struktur zum Bewerten einer Strahlung von der Chiprückseite 102 (Einstrahlung von der Vorderseite 101 ist auch möglich). In dem Halbleitersubstrat 10 befinden sich so genannte tiefe Gräben 218, wobei die tiefen Gräben 218 an den Seitenflächen und am Boden mit einem dünnen Dielektrikum 216 versehen sind. In den Gräben 218 sind die durch das dünne Dielektrikum 216 hinterlassenen Hohlräume mit einen leitfähigen Elektrodenmaterial 214 gefüllt. Das dünne Dielektrikum 216 und das leitfähige Elektrodenmaterial 214 sind Bestandteil des Inversionszonengenerators 212. Wenn ein geeignetes Potential an die Elektrode 214 angelegt wird, wird in der benachbarten Region der Halbleiterregion eine Inversionszone 22 gebildet (die üblicherweise einige nm breit ist). Diese Anordnung ist dann in der Lage, Elektron-Loch-Paare zu trennen, die durch einfallendes Licht erzeugt wurden, wie oben unter Bezugnahme auf die MIS-Struktur beispielhaft beschrieben wurde. Nun können die Ladungsträger oberflächlich (d.h. an der ersten Hauptoberfläche 101 des Halbleitersubstrats 10) mittels Kontaktierung zu einem äußeren Photostrom beitragen.
  • Bei dem veranschaulichten Beispiel der 2 ist das Halbleitersubstrat 10 ein p-dotierter Halbleiter. Um Ladungsträger von der Inversionszone 22 nach außen zu leiten, wird in der (unmittelbaren) Umgebung der Gräben 218 ein Kontakt auf eine lokale n-Region 232 gelegt, um als die oben erwähnte Kontaktzone zu fungieren. Desgleichen wird ein Substratkontakt auf eine lokale p-Region 236 gelegt. Die n-Region 232 kann ein n-SD-Implantat sein, und die p-Region 236 kann ein p-SD-Implantat sein. Nun sind zwei Betriebsfälle möglich. Wenn die Inversionszone 22 eingeschaltet wird, können Ladungsträger aus der Tiefe des Halbleiters zu dem Photostrom beitragen, der ohne eine existierende Inversionszone (auf Grund vorheriger Rekombination) den oberflächlichen pn-Übergang zwischen dem p-dotierten Substrat 10 und der Kontaktzone 232 nicht erreicht hätte. Wenn die Inversionszone 22 ausgeschaltet wird, werden lediglich Ladungsträger, die den pn-Übergang zwischen dem Substrat 10 und der Kontaktzone 232 mittels Diffusion erreichen, eingefangen und werden nicht vorher durch Rekombination zerstört.
  • Allgemeiner gesagt weist der Inversionszonengenerator 212 eine Elektrodenanordnung 214 auf, die dazu konfiguriert ist, ein elektrisches Feld in dem Halbleitersubstrat 10 zu erzeugen, um die Inversionszone 22 zu erzeugen. Der Inversionszonengenerator 212 weist ferner eine Isolatoranordnung 216 auf, die dazu konfiguriert ist, die Elektrodenanordnung 214 bezüglich des Halbleitersubstrats 10 zu isolieren. Die Elektrodenanordnung 214 ist mit einem Leiter 237 verbunden, der dazu konfiguriert ist, ein gewünschtes elektrisches Potential an die Elektrodenanordnung 214 anzulegen. Das elektrische Potential dient als Steuersignal für die Elektrodenanordnung 214 und kann durch eine Inversionszonensteuerung 239 bereitgestellt werden. Der Photodetektor 1 kann ferner eine Bewertungsschaltung 235 aufweisen oder damit verbunden sein, die dazu konfiguriert ist, den Photostrom Iphot von der n-Region 232, die als Kontaktzone fungiert, und von der p-Region 236, die als Substratkontakt fungiert, zu empfangen.
  • Falls die in 2 gezeigte Vorrichtung von der Vorderseite 101 beleuchtet wird, wird die spektrale Empfindlichkeit dann, wenn die Inversionszone 22 eingeschaltet wird, im roten und infraroten Bereich verbessert, da Licht dieser Wellenlängen tief in dem Silizium Ladungsträgerpaare erzeugt, die nun extrahiert werden können.
  • Bei einer Beleuchtung von der Rückseite 102 (wie für Einstrahlungen dreier unterschiedlicher Wellenlängen veranschaulicht ist), gelten umgekehrte Bedingungen. Die Inversionszone 22 bewirkt dann Licht kürzerer Wellenlängen (z.B. blaues Licht), um in der Lage zu sein, besser zu dem Photostrom beizutragen, da die nahe der Rückseite 102 erzeugten Ladungsträger effizienter extrahiert oder abgezogen werden können.
  • Die Abmessungen des Photodetektors können zu Informations- und keinesfalls zu Einschränkungszwecken wie folgt gewählt werden. Die als Substratkontakt dienende p-Region 236 kann eine Breite a1 aufweisen, die in einem Bereich zwischen 40 µm und 160 µm liegt, wobei ein typischer Wert 80 µm ist. Ein Zwischenraum zwischen zwei Gräben 218 weist eine Breite a2 auf, die zwischen etwa 50 µm und etwa 200 µm liegen kann. Ein typischer Wert für a2 kann 100 µm sein. Das Halbleitersubstrat 10 weist eine Dicke d2 auf, die in einem Bereich zwischen 40 µm und 500 µm, beispielsweise bei 225 µm, liegen kann. Ein Abstand zwischen der zweiten Hauptoberfläche 102 des Halbleitersubstrats 10 und einem unteren Ende des Inversionszonengenerators 12 ist in 2 mit d1 angegeben, das in einem Bereich zwischen 1 µm und 10 µm liegen kann, beispielsweise 2 µm, 5 µm oder 8 µm sowie Werte dazwischen aufweisen kann.
  • Ausgehend von dem grundlegenden Funktionsprinzip der in der oben beschriebenen 2 gezeigten Struktur können weitere Varianten der Vorrichtung abgeleitet werden, die nachstehend beschrieben werden. Grabenelektroden verschiedener Tiefen, die getrennt geschaltet werden können, ermöglichen eine diskrete Spektralantwort, die mit jeder Grabentiefe variiert wird. Durch eine differenzielle Bildung der Signale mit einer jeweils eingeschalteten Inversionszone ist somit eine spektrale Bewertung des ankommenden Lichts möglich. Eine elegantere Variante, um eine kontinuierliche Bewertung des Lichtspektrums zu erzielen, wird erreicht, wenn die Schwellenspannung der Inversionszone entlang eines Grabens in die Tiefe variiert. Dann ist die Bildung der Inversionszone mit kleineren Spannungen nur in der oberen Region der Grabenelektrode gegeben und migriert mit zunehmenden Spannungen in die Tiefe. Eine derartige Anordnung kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Dotandenkonzentration in die Tiefe erhöht wird oder das Dielektrikum konisch ausgeführt wird.
  • Abgesehen von der Möglichkeit, als Spektrometer verwendet zu werden, hat die Vorrichtung den Vorteil, dass bei einer minimalen Raumanforderung auf der Vorderseite 101 eine Einstrahlung von der Rückseite 102 bewertet werden kann. Somit liegt genügend Raum für die Bewertungsschaltung 235 zwischen den Grabenelektroden in der umliegenden Region vor. Die Raumanforderung der bestrahlten Zone wird dann von der auf der Vorderseite genutzten Fläche im Wesentlichen entkoppelt. Dieser Vorteil wird erzielt, ohne dass auf der Rückseite 102 der Vorrichtung Musterungs- oder Strukturierungsprozesse erforderlich sind.
  • 3 zeigt ein schematisches Diagramm der MIS-Struktur für die Bewertung der Einstrahlung von der Rückseite 102 des Chips. Der in 3 gezeigte Photodetektor ist ähnlich dem in 2 gezeigten Photodetektor. Die in 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiele unterscheiden sich bezüglich Kontaktzonen 232 und 332 und ferner bezüglich der Substratkontakte 236 und 336.
  • Gemäß zumindest manchen Ausführungsbeispielen der hierin offenbarten Lehren ist (sind) ein (tiefer) Graben 218 (oder eine Mehrzahl von Gräben 218) von der Chipvorderseite 101 her strukturiert. Der Graben 218 ist mit einem Liner-Oxid 216 ausgekleidet und mit einem Elektrodenmaterial (z.B. Polysilizium) 214 gefüllt. Zusammen mit dem umliegenden Substratmaterial 10 stellt dieser Graben 218 eine MIS-Struktur dar. Die Elektrodenanordnung 214 ist über einen Leiter 337 mit der Inversionszonensteuerung 239 verbunden, um von dem Inversionszonengenerator ein Steuersignal zu empfangen. In dem in 3 veranschaulichten Betriebszustand wird an die Elektrodenanordnung 214 ein positives elektrisches Potential relativ zu einem elektrischen Potential des Halbleitersubstrats 10 angelegt, wie durch das Pluszeichen an dem Leiter 337 angegeben ist. Dies bewirkt, dass die Elektronen in dem p-dotierten Halbleitersubstrat 10 um die Gräben 218 herum Inversionszonen 22 bilden.
  • Die Kontaktzone 332 des in 3 gezeigten Photodetektors weist einen direkten Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 10 in der Nähe der Isolatoranordnung 216 auf, so dass die entlang der Inversionszone 22 geleiteten Minoritätsladungsträger über die Kontaktzone 332 der nachfolgenden Bewertungsschaltungsanordnung 235 bereitgestellt werden können. Desgleichen ist der Substratkontakt 336 ein direkter Kontakt mit dem Halbleitersubstrat 10, der sich relativ weit weg von dem Graben 218 bzw. den Gräben 218 befinden kann. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel befindet sich der Substratkontakt 336 ungefähr auf halber Höhe zwischen zwei benachbarten Gräben 218, könnte sich jedoch auch in einer anderen Position befinden. Beispielsweise kann der Substratkontakt 336 in einen Abstand zwischen einigen wenigen Mikrometern und einigen hundert Mikrometern in einer lateralen Richtung von den Gräben aufweisen.
  • Die veranschaulichte Grundstruktur ermöglich umfassende Variationen und Modifikationen. Beispielsweise kann der p-Kontakt 336 auch mittels eines Grabens in das Substrat 10 vergraben werden.
  • Um eine spektrale Bewertung zu ermöglichen, kann eine Struktur mit MIS-Gräben unterschiedlicher Tiefen, wie in 4A und 4B veranschaulicht ist, verwendet werden. Durch Anlegen einer Spannung zum Zweck einer Substratinversion (Substratumkehrung) kann die veranschaulichte Struktur anschließend die verschiedenen Substrattiefen anhand der Gräben (als Inversionszonengeneratoren), die unterschiedliche Tiefen aufweisen, abtasten und somit anhand geeigneter Verfahren einer Differenzverstärkung der verschiedenen Photoströme zu einer spektralen Bewertung führen.
  • Der Photodetektor weist einen ersten Graben oder eine erste Gruppe von Gräben 418 und einen zweiten Graben oder eine zweite Gruppe von Gräben 419 auf. Der erste Graben bzw. die ersten Gräben 418 weist/weisen eine erste Tiefe auf, und der zweite Graben bzw. die zweiten Gräben 419 weist/weisen eine zweite Tiefe in das Halbleitersubstrat 10 auf, wenn von der ersten Hauptoberfläche 101 an gemessen wird.
  • Bei 4A ist der Photodetektor in dem ersten Betriebszustand veranschaulicht, und lediglich die weniger tiefen Gräben 418 sind aktiv (tiefe Gräben 419 liegen bei einem Referenzpotential von z.B. etwa 0 V relativ zu dem Substrat 10). Auf diese Weise werden stark infrarote Spektralkomponenten bewertet. 4B zeigt den Photodetektor in dem zweiten Betriebszustand. Die tiefen Gräben 419 sind aktiv, und auch Ladungsträger, die sich nahe bei der zweiten Hauptoberfläche 102 befinden, können bewertet werden (sie werden durch Licht einer kürzen Wellenlänge erzeugt).
  • Bei einem Ausführungsbeispiel können die graphisch dargestellten Gräben einen Durchmesser von etwa einigen hundert Nanometern bis zu 3 µm, 5 µm oder 10 µm (z.B. 400 nm, 600 nm, 800 nm, 1 µm, 2 µm sowie Werte zwischen diesen Durchmessern) und einen typischen Abstand von 1 µm oder mehr, 5 µm oder mehr, 50 µm oder mehr, möglicherweise bis zu mehreren hundert Mikrometern (z.B. 80 µm, 90 µm, 150 µm oder 200 µm sowie Werte zwischen diesen Abständen) aufweisen. Somit können die Gräben 418, 419 zwischen möglicherweise vorhandenen ASIC-Komponenten liegen und die Chipfläche lediglich in einem vernachlässigbaren Ausmaß belegen. Die angegebenen Werte können auch auf andere Ausführungsbeispiele gemäß den hierin offenbarten Lehren anwendbar sein, die in anderen Figuren veranschaulicht oder in anderen Textstellen beschrieben sind.
  • Ein Grundgedanke des 4A und 4B gezeigten Ausführungsbeispiels besteht darin, eine Anordnung zum Bewerten der Spektralverteilung des Umgebungslichts durch eine MIS-Zelle bereitzustellen, die in der Lage ist, Ladungsträger anhand von Photonen, die auf die Rückseite des Chips auftreffen, einer Bewertungselektronik bereitzustellen. Hier werden tiefe Gräben verwendet, die mit Polysilizium gefüllt sind. Durch Anlegen eines geeigneten elektrischen Potentials an dem Polykontakt kann in der unmittelbaren Nähe der Gräben eine Inversionsschicht 22 (oder mehrere Inversionsschichten 22) erzeugt werden. Die Inversionsschicht(en) 22 dient bzw. dienen dann einerseits dazu, Elektronen und Löcher zu trennen, und dient bzw. dienen andererseits als Stromkanal, um die Ladungsträger zu der Chipvorderseite 101 zu führen. Das an dem Polykontakt angelegte elektrische Potential wird durch die Inversionszonensteuerung 239 erzeugt. Die Inversionszonensteuerung 239 weist zwei Ausgänge auf. Ein erster der beiden Ausgänge der Inversionszonensteuerung 239 ist über eine elektrische Verbindung 438 mit dem ersten Graben bzw. den ersten Gräben 418 verbunden. Ein zweiter Ausgang der Inversionszonensteuerung ist über eine zweite elektrische Verbindung 437 mit dem zweiten Graben bzw. den zweiten Gräben 419 verbunden. Bei 4A wird ein positives elektrisches Potential relativ zu dem Referenzpotential des Halbleitersubstrats 10 an die zweiten Gräben 419 angelegt, während das Referenzpotential an die ersten Gräben 418 angelegt wird. Bei 4B wird ein positives elektrisches Potential relativ zu dem Referenzpotential des Halbleitersubstrats 10 an die ersten Gräben 419 angelegt, während das Referenzpotential an die zweiten Gräben 418 angelegt wird.
  • Durch Verwenden von Gräben unterschiedlicher Tiefen können während unterschiedlicher Betriebszustände unterschiedliche Spektralkomponenten bewertet werden.
  • Das in 4A und 4B veranschaulichte Konzept kann auf weitere Tiefenvariationen ausgedehnt werden. Durch Kaskaden von MIS-Gräben unterschiedlicher Tiefen können unterschiedliche Spektralbereiche sequentiell abgetastet werden. Ferner kann ein Teil der Gräben für einen tiefen p-Kontakt verwendet werden (mit einer Beseitigung des Oxids 416 an dem Grabenboden).
  • Die in 4A und 4B gezeigte Struktur tastet unterschiedliche Spektralkomponenten diskret ab - jeweils abgestuft durch die Anzahl von Gräben unterschiedlicher Tiefen.
  • Unter Bezugnahme auf 5 liefern die hierin offenbarten Lehren ferner die folgende Konfiguration. Das Halbleitermaterial 10, bei dem dann, wenn eine geeignete Elektrodenspannung an die Elektrodenanordnung 514 angelegt wird, eine Verschiebung der Ladungsträgerkonzentration stattfindet, wird nicht gleichmäßig in die Inversion getrieben. Geeignete Vorkehrungen bezüglich der Struktur oder Dotierung ermöglichen eine Inversionszone 22, die mit zunehmender Spannung größer wird.
  • Eine vertikale Implementierung dieses Aspekts der hierin offenbarten Lehren weist die in 2 oder 3 als Grundstruktur beschriebene Form auf.
  • Das in Fig: 5 gezeigte und im Folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel sieht eine spannungsabhängige Ausdehnung der Inversionszone 22, die in die Tiefe gebildet werden soll, vor. Insbesondere kann die Inversionszone 22 (und die benachbarte Verarmungszone 24) bezüglich ihrer Tiefenausdehnung anhand des Potential an dem Grabenkontakt 514 durchgestimmt werden.
  • Im Prinzip gibt es mehrere Möglichkeiten, eine Inversionszone 22 zu erzeugen, die sich (kontinuierlich oder allmählich) in die Tiefe ausdehnt (einige Beispiele):
    • Das Grabendielektrikum 516 wird in dem Graben 518 mit zunehmender Tiefe dicker. Wenn das elektrische Feld in dem Dielektrikum 516 konstant ist, ist das Oberflächenpotential an der Grenze zu dem umliegenden Substratsilizium 10 der Dicke des Dielektrikums 516 linear zugeordnet (Potentiale und dergleichen sind konstant).
  • Das Grabendielektrikum 516 verändert seine dielektrischen Charakteristika in die Tiefe - z.B. durch abnehmendes Nitrieren. Somit ist der Betrag des elektrischen Feldes in dem Dielektrikum 516 an dem Grabenboden geringer.
  • Die Dotierung in dem umliegenden Silizium 10 nimmt mit zunehmender Tiefe zu. Somit ist an dem Grabenkontakt 537 in der Tiefe eine höhere Spannung nötig, um in der Lage zu sein, eine Inversion zu bewirken.
  • Die Folgen der beschriebenen Maßnahmen sind ähnlich. Bei einem geringen positiven Potential an dem Grabenkontakt 537 wird lediglich der obere Teil des umliegenden Substratsiliziums 10 invertiert. Mit zunehmenden Potential migriert die Inversionszone 22 auch in niedrigere Regionen (d.h. zu der zweiten Hauptoberfläche 102 hin). Somit ist die Ausdehnung der Inversionszone 22 kontinuierlich/allmählich einstellbar. Auf diese Weise treten in dem Fall, dass unterschiedliche Ausdehnungen der Einstrahlungszone erfolgreich eingestellt werden, unterschiedliche Ladungsträgerkonzentrationsgradienten als in der neben der Inversionszone 22 befindlichen Verarmungszone 24 auf, so dass eine spektrale Empfindlichkeit des Photodetektors kontinuierlich/allmählich einstellbar ist.
  • Je nach der Ausdehnung der Inversionszone 22 können (über die Kontaktzone 532 und den Substratkontakt 536) Ladungsträger eingefangen werden, die durch Licht unterschiedlicher Eindringtiefen erzeugt wurden. Wenn man von einer Einstrahlung von der zweiten Hauptoberfläche 102 des Halbleitersubstrats 10 ausgeht, kann sich der Photodetektor 1 beispielsweise wie folgt verhalten. Bei geringem positiven Potential an dem Grabenkontakt 537 ist die Photozelle vorwiegend infrarot-empfindlich, bei höherer Spannung ist sie zunehmend auch für sichtbares Licht empfindlich.
  • Anhand einer geeigneten Auswertung des spannungsabhängigen Photostroms (oder der gesammelten Ladung) kann die spektrale Zusammensetzung bzw. die Farbtemperatur des Lichts ermittelt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 6 kann an der Oberfläche 101 des Halbleiterbauelements im Prinzip eine ähnliche Konfiguration wie die in 5 gezeigte implementiert werden. Somit wird die Lichtempfindlichkeit (Photoempfindlichkeit) lateral variiert.
  • Das in 6 gezeigte Ausführungsbeispiel weist die Elektrodenanordnung 614 auf, die auf ähnliche Weise fungiert wie das Gate eines Feldeffekttransistors. Die Elektrodenanordnung 614 ist anhand eines Dielektrikums oder einer Isolatoranordnung 616 bezüglich des Halbleitersubstrats 10 isoliert. Die Kontaktzone 632 sieht eine elektrische Verbindung von der ersten Hauptoberfläche 101 des Halbleitersubstrats 10 mit einer Oberfläche der Isolatoranordnung 616 vor. Wenn ein geeignetes elektrisches Potential an die Elektrodenanordnung 614 angelegt wird (positives elektrisches Potential relativ zu dem Halbleitersubstrat 10 im Fall eines p-dotierten Halbleitersubstrats 10; negatives elektrisches Potential relativ zu dem Halbleitersubstrat 10 im Fall eines n-dotierten Halbleitersubstrats 10), sammeln sich die Minoritätsladungsträger in dem Halbleitersubstrat 10 an der Grenzfläche zwischen dem Halbleitersubstrat 10 und der Isolatoranordnung 616 unterhalb der Elektrodenanordnung 614 und bilden somit eine Inversionszone 22. Die Inversionszone 22 erstreckt sich auch zu der Kontaktzone 632, so dass die Minoritätsladungsträger über die Kontaktzone 632 einer nachfolgenden (nicht gezeigten) Bewertungsschaltungsanordnung bereitgestellt werden können.
  • Die in 5 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiele haben gemeinsam, dass sie die Bildung einer Inversionszone 22 ermöglichen, die in dem Material des Halbleitersubstrats 10 auf kontinuierliche Weise entweder vertikal (5) oder lateral (6) durchstimmbar ist.
  • Anhand einer kontinuierlichen Variation der an den Kontakt 537 oder 637 angelegten Spannung können kontinuierlich unterschiedliche Spektralkomponenten bewertet werden.
  • Bei den in 5 und 6 veranschaulichten Ausführungsbeispielen kann das Licht selektiv von oben (über die erste Hauptoberfläche 101) oder von unten (über die zweite Hauptoberfläche 102) eingestrahlt werden (wie das bei anderen, oben erörterten Ausführungsbeispielen der Fall war). Im Fall des in 6 gezeigten Ausführungsbeispiels könnte das Licht auch über eine Seitenoberfläche 103 oder 104 von der Seite eingestrahlt werden.
  • 7 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines Photodetektors gemäß den hierin offenbarten Lehren. Das schematische Flussdiagramm veranschaulicht lediglich diejenigen Schritte oder Handlungen des Herstellungsverfahrens, die auf die hierin offenbarten Lehren bezogen sind. Somit sind andere Prozessschritte oder -handlungen nicht gezeigt, da Fachleute in der Lage sind, einen existierenden Herstellungsprozess gemäß den hierin offenbarten Lehren anzupassen.
  • Bei einem Schritt 702 des Verfahrens zum Herstellen eines Photodetektors wird ein Halbleitersubstrat bereitgestellt. Das Halbleitersubstrat weist eine Einstrahlungszone auf oder siehe eine selbe vor, die zum Erzeugen von Ladungsträgern entgegengesetzter Ladungsträgertypen in der Einstrahlungszone konfiguriert ist. Die Erzeugung der Ladungsträger ist auf eine Wechselwirkung der einfallenden Einstrahlung mit dem Halbleitermaterial des Substrats zurückzuführen, was bedeutet, dass das Halbleitermaterial und beispielsweise seine Dicke geeignet gewählt werden sollten, um den gewünschten Grad an Wechselwirkung zwischen der Einstrahlung und dem Halbleitersubstrat zu erzielen. Man beachte, dass eine zweckgebundene Strukturierung des Halbleitersubstrats üblicherweise nicht nötig ist, um die Einstrahlungszone zu definieren.
  • Das Verfahren zum Herstellen setzt sich mit der Bildung eines Inversionszonengenerators fort, wie bei dem Schritt 704 in 7 angegeben ist. Der Inversionszonengenerator ist dazu konfiguriert, eine Inversionszone in dem Halbleitersubstrat zu erzeugen. Eine in einem ersten Betriebszustand erzeugte erste Inversionszone unterscheidet sich von einer in einem zweiten Betriebszustand erzeugten zweiten Inversionszone. Die erste Inversionszone und die zweite Inversionszone weisen unterschiedliche Ausdehnungen in dem Halbleitersubstrat bzw. bezüglich der Einstrahlungszone des Halbleitersubstrats auf.
  • Insbesondere kann die Bildung des Inversionszonengenerators eine Bildung einer Isolatoranordnung in oder neben der Einstrahlungszone und ein Bilden einer Elektrodenanordnung in oder neben der Isolatoranordnung auf einer Seite der Isolatoranordnung, die dem Halbleitersubstrat gegenüberliegt, aufweisen. Auf diese Weise wird die Elektrodenanordnung durch die Isolatoranordnung von dem Halbleitersubstrat isoliert. Das Bilden der Isolatoranördnung kann ein Bilden eines Liner-Oxids aufweisen. Das Bilden der Elektrodenanordnung kann ein Bilden eines Polysilizium-Elektrodenmaterials aufweisen. Die Bildung der Isolatoranordnung kann einen Abscheidungsschritt oder einen Oxidationsschritt aufweisen. Auch die Elektrodenanordnung kann über einen Abscheidungsschritt oder einen Oxidationsschritt erhalten werden. Strukturierungsherstellungstechniken wie beispielsweise Photolithographie und/oder Ätzen können im Zusammenhang mit der Bildung der Elektrodenanordnung und/oder der Isolatoranordnung ebenfalls verwendet werden.
  • Ferner kann das Bilden der Isolatoranordnung einen Schritt eines räumlichen Variierens zumindest entweder einer Dielektrizität eines Isolatormaterials und/oder einer Dicke des Isolatormaterials aufweisen.
  • Gemäß manchen Ausführungsbeispielen der hierin offenbarten Lehren kann das Verfahren zum Herstellen eines Photodetektors die Bildung zumindest eines Grabens in dem Halbleitersubstrat aufweisen. Der Inversionszonengenerator oder ein Teil desselben kann anschließend in dem zumindest einen Graben gebildet werden. Insbesondere kann der Inversionszonengenerator über mehrere Gräben verteilt sein.
  • Das Bilden des Inversionszonengenerators in dem zumindest einen Graben kann ein Abscheiden eines Isolatormaterials an einer Innenfläche des Grabens aufweisen, wodurch ein Hohlraum entsteht. Der Hohlraum kann dann mit einem Elektrodenmaterial gefüllt werden.
  • Eine Wand des Grabens kann mit einer Dotierungskonzentration dotiert werden, die von einem Boden des Grabens zu einer Öffnung des Grabens variiert. Insbesondere kann die Dotierung während eines frühen Stadiums des Herstellungsprozesses durchgeführt werden, so dass der Graben in dem variabel dotierten Halbleitersubstrat strukturiert wird. Auf diese Weise weist die Wand des Grabens eine variable Dotierungskonzentration auf (die z.B. von dem Boden zu der Öffnung des Grabens linear oder schrittweise zunimmt oder abnimmt):
  • Als Alternative zu der variablen Dotierungskonzentration kann das Abscheiden des Isolatormaterials eine Schicht des Isolatormaterials erzeugen, die an einem Boden des Grabens eine andere Dicke aufweist als an einer Öffnung des Grabens.
  • Als weitere Option für das Herstellungsverfahren können in dem Halbleitersubstrat eine Mehrzahl von Gräben gebildet werden. Ein erster Graben der Mehrzahl von Gräben kann eine erste Tiefe aufweisen, und ein zweiter Graben der Mehrzahl von Gräben kann eine zweite Tiefe aufweisen, die sich von der ersten Tiefe unterscheidet. Eine erste Elektrode des Inversionszonengenerators kann anschließend in dem ersten Graben gebildet werden, und eine zweite Elektrode des Inversionszonengenerators kann in dem zweiten Graben gebildet werden. Während des Betriebs des Photodetektors kann die erste Elektrode in dem ersten Graben aktiviert werden (d.h. an die erste Elektrode wird ein elektrisches Potential angelegt, das sich von dem elektrischen Potential des Halbleitersubstrats unterscheidet), um den Inversionszonengenerator in einen ersten Betriebszustand zu versetzen. In einem zweiten Betriebszustand wird die zweite Elektrode in dem zweiten Graben auf ähnliche Weise aktiviert.
  • Eine Region des Halbleitersubstrats kann gemäß einem einzelnen Dotierungstyp dotiert werden, um die Einstrahlungszone zu liefern. Statt sich auf einen oder mehrere pn-Übergänge zu stützen, um die Ladungsträger entgegengesetzter Ladungstypen zu trennen, wie dies bei Photodioden der Fall ist, wird die Trennung durch Ladungsträgerkonzentrationsgradienten und lokale elektrische Felder erzielt. Die Ladungsträgerkonzentrationsgradienten und die lokalen elektrischen Felder werden direkt oder indirekt durch den Inversionszonengenerator bewirkt.
  • Während des Dotierens der Region des Substrats gemäß dem einzelnen Dotierungstyp kann zumindest ein Teil der Region mit einer räumlich variablen Dotierungskonzentration dotiert werden.
  • 8 veranschaulicht ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bestimmen einer Spektralcharakteristik einer Einstrahlung gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten Lehren.
  • Während eines ersten Betriebszustands eines Inversionszonengenerators, der Teil eines Photodetektors gemäß den hierin offenbarten Lehren ist, wird in dem Halbleitersubstrat eine erste Inversionszone erzeugt, wie bei 802 angegeben ist. Die erste Inversionszone weist eine erste Ausdehnung in dem Halbleitersubstrat und auch in die Einstrahlungszone oder bezüglich der Einstrahlungszone auf. Folglich wird ein erster Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger eines ersten Ladungsträgertyps über die erste Inversionszone selektiv zu einer Kontaktzone zum Bereitstellen eines ersten Photosignals geleitet. Üblicherweise dient die erste Inversionszone nicht nur dazu, den ersten Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger zu der Kontaktzone zu leiten, sondern auch dazu, den ersten Teil selektiv von der Einstrahlungszone einzufangen. Auf Grund des Abziehens von photoelektrisch erzeugten Ladungsträgern des ersten Ladungsträgertyps anhand der ersten Inversionszone und der Kontaktzone befindet sich eine Konzentration der Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps in der Nähe (und außerhalb) der ersten Inversionszone und der benachbarten Verarmungszone bei oder nahe bei der Gleichgewichtskonzentration. Somit tritt in der Einstrahlungszone ein Ladungsträgerkonzentrationsgradient auf, wobei eine Gradientenrichtung zu der ersten Inversionszone hin zeigt. Dieser Ladungsträgerkonzentrationsgradient ist in der Lage, (mittels Diffusion) die photoelektrisch erzeugten Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps (hauptsächlich) von einem ersten Teil der Einstrahlungszone zu der ersten Inversionszone zu transportieren.
  • Während eines zweiten Betriebszustands des Inversionszonengenerators wird in dem Halbleitersubstrat eine zweite Inversionszone erzeugt, wie bei 804 angegeben ist. Die zweite Inversionszone weist eine zweite Ausdehnung in dem Halbleitersubstrat bezüglich der/in die Einstrahlungszone auf, die sich üblicherweise von der ersten Ausdehnung, die während des ersten Betriebszustands vorliegt, unterscheidet. Somit wird ein zweiter Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps über die zweite Inversionszone selektiv zu der Kontaktzone geleitet, um ein zweites Photosignal bereitzustellen. Auf ähnliche Weise wie während des ersten Betriebszustands werden die photoelektrisch erzeugten Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps durch einen Ladungsträgerkonzentrationsgradienten (hauptsächlich) von einem zweiten Teil der Einstrahlungszone zu der zweiten Inversionszone geführt.
  • Der erste und der zweite Teil der Ladungsträger können auf der Basis der unterschiedlichen, einstellbaren Ausdehnungen der Inversionszone ausgewählt werden.
  • Bei einem Schritt 806 des Verfahrens zum Bestimmen der Spektralcharakteristik der Einstrahlung werden das erste und das zweite Photosignal bewertet, um Informationen der Spektralcharakteristik der Einstrahlung in der Einstrahlungszone des Halbleitersubstrats zu gewinnen oder ermitteln. Beispielsweise können das erste und das zweite Photosignal ausgewertet werden, um die Anzahl photoelektrisch erzeugter Ladungsträger während des ersten Betriebszustands und während des zweiten Betriebszustands zu bestimmen. Aus dem ersten und dem zweiten Photosignal kann der Betrag der Einstrahlung in den unterschiedlichen Wellenlängenbereichen ermittelt werden. Je nach der Konfiguration des Photodetektors können sich ein erster Wellenlängenbereich, der dem ersten Photosignal entspricht, und ein zweiter Wellenlängenbereich, der dem zweiten Photosignal entspricht, überlappen. Beispielsweise kann der erste Wellenlängenbereich verschiedene Wellenlängen von infrarotem zu rotem Licht abdecken, während der zweite Wellenlängenbereich unterschiedliche Wellenlängen von z.B. infrarotem zu grünem Licht (d.h. einschließlich roten Lichts) abdecken kann. Indem ein Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Photosignal ermittelt wird, kann die Einstrahlung in dem Wellenlängenbereich, der grünem Licht entspricht, ermittelt werden.
  • Das Verfahren zum Bestimmen der Spektralcharakteristik kann ferner eine Erzeugung einer dritten Inversionszone in dem Halbleitersubstrat während eines dritten Betriebszustands aufweisen. Die dritte Inversionszone weist eine dritte Ausdehnung in dem Halbleitersubstrat und/oder bezüglich der Einstrahlungszone auf, wobei ein dritter Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps über die dritte Inversionszone selektiv zu der Kontaktzone geleitet wird, um ein drittes Photosignal bereitzustellen.
  • Ferner kann das Verfahren zum Bestimmen der Spektralcharakteristik ein Alternieren und Wiederholen der Erzeugung der ersten und der zweiten Inversionszone und gegebenenfalls, der dritten Inversionszone aufweisen. Das erste und das zweite Photosignal (und möglicherweise auch das dritte Photosignal) können dann ausgewertet werden, um die Informationen der Spektralcharakteristik der Einstrahlung in der Einstrahlungszone des Halbleitersubstrats zu erlangen. Eine Verallgemeinerung auf vier oder mehr Betriebszustände und vier oder mehr unterschiedliche Inversionszonen, die unterschiedliche Ausdehnungen in die Einstrahlungszone aufweisen, ist ebenfalls möglich. Das Verfahren zum Bestimmen der Spektralcharakteristik gemäß den hierin offenbarten Lehren kann ferner eine kontinuierlich einstellbare Inversionszone bereitstellen.
  • Gemäß einer weiteren Option für das Verfahren zum Bestimmen der Spektralcharakteristik können die unterschiedlichen Ausdehnungen der unterschiedlichen Inversionszonen in dem Halbleitersubstrat bzw. bezüglich der Einstrahlungszone des Halbleitersubstrats kontinuierlich durchstimmbar sein. Eine Mehrzahl von Inversionszonen kann anschließend oder sukzessiv erzeugt werden, indem ein Inversionszonensteuersignal gewobbelt wird. Die Mehrzahl von eingefangenen Photoströmen kann anschließend ausgewertet werden, um Informationen der Spektralcharakteristik der Einstrahlung in der Einstrahlungszone des Halbleitersubstrats zu erlangen.
  • Obwohl manche Aspekte im Kontext einer Apparatur beschrieben wurden, ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung der entsprechenden Verfahren zum Herstellen und/oder zum Bestimmen einer Spektralcharakteristik einer Einstrahlung darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Analog dazu stellen Aspekte, die im Kontext eines Verfahrensschritts beschrieben sind, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Postens oder Merkmals einer entsprechenden Apparatur (Photodetektor) dar. Manche oder alle Verfahrensschritte können durch eine (oder unter Verwendung einer) Hardwarevorrichtung wie beispielsweise einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann bzw. können ein oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch eine solche Apparatur ausgeführt werden.

Claims (35)

  1. Photodetektor (1), der folgende Merkmale aufweist: ein Halbleitersubstrat (10), das eine Einstrahlungszone (26) aufweist, die dazu konfiguriert ist, ansprechend auf eine Einstrahlung des Halbleitersubstrats Ladungsträger zu erzeugen, die entgegengesetzte Ladungsträgertypen aufweisen; und einen Inversionszonengenerator (12; 212), der dazu konfiguriert ist, in zumindest zwei Betriebszuständen zu arbeiten, um unterschiedliche Inversionszonen (22) in dem Halbleitersubstrat zu erzeugen, wobei sich eine in einem ersten Betriebszustand erzeugte erste Inversionszone von einer in einem zweiten Betriebszustand erzeugten zweiten Inversionszone unterscheidet und wobei die erste Inversionszone und die zweite Inversionszone unterschiedliche Ausdehnungen in dem Halbleitersubstrat aufweisen; wobei der Inversionszonengenerator (12; 212) in zumindest einem Graben angeordnet ist, der in dem Halbleitersubstrat (10) gebildet ist.
  2. Photodetektor (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Inversionszone und die zweite Inversionszone unterschiedliche Ausdehnungen in oder bezüglich der Einstrahlungszone (26) aufweisen.
  3. Photodetektor (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Inversionszonengenerator (12; 212) dazu konfiguriert ist, eine erste Verarmungszone (24) zum Trennen zweier gemeinsam photoelektrisch erzeugter Ladungsträger entgegengesetzter Ladungsträgertypen zu erzeugen, wobei die erste Verarmungszone zu der ersten Inversionszone benachbart ist, und dazu, eine zweite Verarmungszone zum Trennen zweier gemeinsam photoelektrisch erzeugter Ladungsträger entgegengesetzter Ladungsträgertypen zu erzeugen, wobei die zweite Verarmungszone zu der zweiten Inversionszone benachbart ist.
  4. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ansprechend auf eine photoelektrische Erzeugung der Ladungsträger in der Einstrahlungszone (26) in dem ersten Betriebszustand ein Ladungsträgerkonzentrationsgradient in der Einstrahlungszone in einer Richtung hin zu der ersten Inversionszone (22) und einer zu derselben benachbarten ersten Verarmungszone (24) gebildet wird und in dem zweiten Betriebszustand in einer Richtung hin zu der zweiten Inversionszone und einer zu derselben benachbarten zweiten Verarmungszone gebildet wird.
  5. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der ferner eine Kontaktzone (32; 232; 332) aufweist, die dazu konfiguriert ist, die photoelektrisch erzeugten Ladungsträger eines ersten Ladungsträgertyps bereitzustellen, wobei in dem ersten Betriebszustand die erste Inversionszone (22) dazu konfiguriert ist, einen ersten Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps selektiv einzufangen und den eingefangenen ersten Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger zu der Kontaktzone zu leiten, und wobei in dem zweiten Betriebszustand die zweite Inversionszone dazu konfiguriert ist, einen zweiten Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger des ersten Ladungsträgertyps selektiv einzufangen und den eingefangenen zweiten Teil der photoelektrisch erzeugten Ladungsträger zu der Kontaktzone zu leiten.
  6. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Inversionszonengenerator (12; 212) eine Elektrodenanordnung (214) aufweist, die dazu konfiguriert ist, in dem Halbleitersubstrat (10) ein elektrisches Feld zu erzeugen, um die Inversionszone (22) zu erzeugen, und eine Isolatoranordnung (216) aufweist, die dazu konfiguriert ist, die Elektrodenanordnung bezüglich des Halbleitersubstrats zu isolieren.
  7. Photodetektor (1) gemäß Anspruch 6, bei dem die Elektrodenanordnung (214) und die Isolatoranordnung (216) in einer Mehrzahl von Gräben angeordnet sind, wobei zumindest ein Graben der Mehrzahl von Gräben eine andere Tiefe aufweist als zumindest ein anderer Graben der Mehrzahl von Gräben; bei dem zumindest eine Elektrode der Elektrodenanordnung (214) in einem Graben der Mehrzahl von Gräben angeordnet ist, der eine erste Tiefe aufweist; bei dem zumindest eine andere Elektrode der Elektrodenanordnung (214) in einem Graben der Mehrzahl von Gräben angeordnet ist, der eine zweite Tiefe aufweist, die sich von der ersten Tiefe unterscheidet; und bei dem die zumindest eine Elektrode und die zumindest eine andere Elektrode unabhängig voneinander steuerbar sind, so dass die Elektrodenanordnung (214) dazu konfiguriert ist, je nach einem an die Elektrodenanordnung angelegten Steuersignal die erste Inversionszone (22) selektiv an dem Graben, der die erste Tiefe aufweist, oder an dem Graben, der die zweite Tiefe aufweist, zu bilden.
  8. Photodetektor (1) gemäß Anspruch 7, bei dem eine Elektrode in zumindest einem Graben mit dem Halbleitersubstrat (10) an einem Boden des Grabens verbunden ist, um einen Kontakt zu liefern.
  9. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem sich die Elektrodenanordnung (214) und die Isolatoranordnung (216) entlang einer Richtung erstrecken, die im Wesentlichen orthogonal zu einer Hauptoberfläche (101) des Halbleitersubstrats (10) ist, und bei dem zumindest eine der folgenden Eigenschaften entlang der Richtung, die im Wesentlichen orthogonal zu der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ist, variiert: eine Dicke der Isolatoranordnung; und eine Dielektrizität der Isolatoranordnung.
  10. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem die Isolatoranordnung (216) ein Liner-Oxid aufweist.
  11. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem die Elektrodenanordnung (214) ein Polysilizium-Elektrodenmaterial aufweist.
  12. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, bei dem das Halbleitersubstrat (10) in der Einstrahlungszone (26) ein Halbleitermaterial eines einzelnen Dotierungstyps aufweist.
  13. Photodetektor (1) gemäß Anspruch 12, bei dem sich die Elektrodenanordnung (214) und die Isolatoranordnung (216) entlang einer Richtung erstrecken, die im Wesentlichen orthogonal zu einer Hauptoberfläche (101) des Halbleitersubstrats (10) ist, und bei dem eine Dotierungskonzentration des Materials des einzelnen Dotierungstyps entlang der Richtung, die im Wesentlichen orthogonal zu der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats ist, variiert.
  14. Photodetektor (1) gemäß Anspruch 12 oder 13, bei dem sich das Material des einzelnen Dotierungstyps von dem Inversionszonengenerator (12; 212) über zumindest ein Zehntel einer Diffusionslänge eines ersten Ladungsträgertyps in dem Material des einzelnen Dotierungstyps erstreckt.
  15. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Inversionszonengenerator (12; 212) eine Hauptgrenzfläche mit dem Halbleitersubstrat (10) aufweist und bei dem zumindest eine der folgenden Eigenschaften in einer zu der Grenzfläche parallelen Richtung variiert: eine Dielektrizität einer isolierenden Anordnung (216) zwischen dem Inversionszonengenerator (12; 212) und dem Halbleitersubstrat (10); und eine Dicke der isolierenden Anordnung zwischen dem Inversionszonengenerator und dem Halbleitersubstrat.
  16. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem das Halbleitersubstrat (10) in der Einstrahlungszone (26) ein Halbleitermaterial eines einzelnen Dotierungstyps aufweist, wobei der Inversionszonengenerator (12; 212) eine Hauptgrenzfläche mit dem Halbleitersubstrat (10) aufweist und bei dem eine Dotierungskonzentration des Materials des einzelnen Dotierungstyps in einer zu der Grenzfläche parallelen Richtung variiert.
  17. Photodetektor (1) gemäß Anspruch 16, bei dem die Dotierungskonzentration auf kontinuierliche Weise variiert.
  18. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem die Einstrahlungszone (26) keinen pn-Übergang aufweist.
  19. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, der ferner eine Inversionszonensteuerung (239) aufweist, die dazu konfiguriert ist, dem Inversionszonengenerator (12; 212) ein Steuersignal bereitzustellen, um zumindest entweder eine Gestalt und/oder eine Position der Inversionszone (22) zu steuern.
  20. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, bei dem das Halbleitersubstrat (10) dazu konfiguriert ist, die Einstrahlung von einer Rückseite des Substrats zu empfangen.
  21. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, der ferner eine Bewertungsschaltung (235) aufweist, die dazu konfiguriert ist, die von der ersten Inversionszone und der zweiten Inversionszone erhaltenen photoelektrisch erzeugten Ladungsträger zu bewerten.
  22. Photodetektor (1) gemäß Anspruch 21, der ferner folgende Merkmale aufweist: einen Substratkontakt (236; 336), der mit der Bewertungsschaltung (235) verbunden und dazu konfiguriert ist, eine Region des Substrats, zu der sich die erste Inversionszone und die zweite Inversionszone nicht erstrecken, zu kontaktieren; und eine Kontaktzone (32; 232; 332), die mit der Bewertungsschaltung (235) verbunden und dazu konfiguriert ist, die photoelektrisch erzeugten Ladungsträger der Bewertungsschaltung bereitzustellen, wobei in dem ersten Betriebszustand die erste Inversionszone (22) dazu konfiguriert ist, die photoelektrisch erzeugten Ladungsträger von der Einstrahlungszone (26) zu der Kontaktzone zu leiten, und wobei in dem zweiten Betriebszustand die zweite Inversionszone dazu konfiguriert ist, die photoelektrisch erzeugten Ladungsträger von der Einstrahlungszone zu der Kontaktzone zu leiten.
  23. Photodetektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, bei dem der Inversionszonengenerator (12; 212) dazu konfiguriert ist, in einer Mehrzahl unterschiedlicher Betriebszustände zu arbeiten, um eine Mehrzahl unterschiedlicher Inversionszonen in dem Halbleitersubstrat (10) zu erzeugen, wobei die unterschiedlichen Ausdehnungen der unterschiedlichen Inversionszonen bezüglich der Einstrahlungszone (26) des Halbleitersubstrats (10) durchstimmbar sind.
  24. Photodetektor (1), der folgende Merkmale aufweist: ein Halbleitersubstrat (10), das eine Einstrahlungszone (26) aufweist, die dazu konfiguriert ist, ansprechend auf eine Einstrahlung des Halbleitersubstrats Ladungsträger zu erzeugen, die entgegengesetzte Ladungsträgertypen aufweisen; einen Inversionszonengenerator (12; 212), der dazu konfiguriert ist, in einer Mehrzahl unterschiedlicher Betriebszustände zu arbeiten, um eine Mehrzahl unterschiedlicher Inversionszonen (22) in dem Halbleitersubstrat zu erzeugen, wobei die unterschiedlichen Ausdehnungen der unterschiedlichen Inversionszonen (22) in dem Halbleitersubstrat (10) kontinuierlich durchstimmbar sind; wobei der Inversionszonengenerator (12; 212) in zumindest einem Graben angeordnet ist, der in dem Halbleitersubstrat (10) gebildet ist.
  25. Verfahren zum Herstellen eines Photodetektors (1), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines Halbleitersubstrats (10), das eine Einstrahlungszone (26) aufweist, die dazu konfiguriert ist, ansprechend auf eine Einstrahlung des Halbleitersubstrats Ladungsträger entgegengesetzter Ladungsträgertypen zu erzeugen; Bilden eines Inversionszonengenerators (12; 212), der dazu konfiguriert ist, in zumindest zwei Betriebszuständen zu arbeiten, um eine Inversionszone (22) in dem Halbleitersubstrat zu erzeugen, wobei sich eine in einem ersten Betriebszustand erzeugte erste Inversionszone von einer in einem zweiten Betriebszustand erzeugten zweiten Inversionszone unterscheidet und wobei die erste Inversionszone und die zweite Inversionszone unterschiedliche Ausdehnungen in das Halbleitersubstrat hinein aufweisen; und Bilden zumindest eines Grabens in dem Halbleitersubstrat (10), wobei der Inversionszonengenerator (12; 212) oder ein Teil des Inversionszonengenerators (12; 212) in dem zumindest einen Graben gebildet wird.
  26. Verfahren gemäß Anspruch 25, bei dem das Bilden des Inversionszonengenerators (12; 212) folgende Schritte aufweist: Bilden einer Isolatoranordnung (216) in oder neben der Einstrahlungszone (26); und Bilden einer Elektrodenanordnung (214) in oder neben der Isolatoranordnung (216) an einer Seite der Isolatoranordnung, die dem Halbleitersubstrat (10) gegenüberliegt.
  27. Verfahren gemäß Anspruch 26, bei dem das Bilden der Isolatoranordnung (216) ein Bilden eines Liner-Oxids aufweist.
  28. Verfahren gemäß Anspruch 26 oder 27, bei dem das Bilden der Elektrodenanordnung (214) ein Bilden eines Polysilizium-Elektrodenmaterials aufweist.
  29. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, bei dem das Bilden der Isolatoranordnung (216) ein räumliches Variieren zumindest entweder einer Dielektrizität eines Isolatormaterials und/oder einer Dicke des Isolatormaterials aufweist.
  30. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem das Bilden des Inversionszonengenerators (12; 212) in dem zumindest einen Graben folgende Schritte aufweist: Abscheiden eines Isolatormaterials entlang einer Innenfläche des Grabens, wobei ein Hohlraum hinterlassen wird; und Füllen des Hohlraums mit einem Elektrodenmaterial.
  31. Verfahren gemäß Anspruch 30, das ferner folgenden Schritt aufweist: Dotieren einer Wand des Grabens mit einer Dotierungskonzentration, die von einem Boden des Grabens zu einer Öffnung des Grabens variiert.
  32. Verfahren gemäß Anspruch 30 oder 31, bei dem das Abscheiden des Isolatormaterials eine Schicht des Isolatormaterials erzeugt, die an einem Boden des Grabens eine andere Dicke aufweist als an einer Öffnung des Grabens.
  33. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 32, das ferner folgende Schritte aufweist: Bilden einer Mehrzahl von Gräben in dem Halbleitersubstrat (10), wobei ein erster Graben der Mehrzahl von Gräben eine erste Tiefe aufweist und ein zweiter Graben der Mehrzahl von Gräben eine zweite Tiefe aufweist, die sich von der ersten Tiefe unterscheidet; Bilden einer ersten Elektrode des Inversionszonengenerators (12; 212) in dem ersten Graben und Bilden einer zweiten Elektrode des Inversionszonengenerators (12; 212) in dem zweiten Graben.
  34. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 25 bis 33, das ferner folgenden Schritt aufweist: Dotieren einer Region des Halbleitersubstrats (10) gemäß einem einzelnen Dotierungstyp, um die Einstrahlungszone (26) bereitzustellen.
  35. Verfahren gemäß Anspruch 34, bei dem während des Dotierens der Region des Substrats zumindest ein Teil der Region mit einer räumlich variablen Dotierungskonzentration dotiert wird.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8975715B2 (en) 2011-09-14 2015-03-10 Infineon Technologies Ag Photodetector and method for manufacturing the same
US9190540B2 (en) 2011-12-21 2015-11-17 Infineon Technologies Ag Photo cell devices for phase-sensitive detection of light signals
US8901697B2 (en) * 2012-03-16 2014-12-02 Analog Devices, Inc. Integrated circuit having a semiconducting via; an integrated circuit including a sensor, such as a photosensitive device, and a method of making said integrated circuit
US9202829B2 (en) * 2013-01-31 2015-12-01 Donghyuk Ju Light sensors with infrared photocurrent suppression
US10497737B2 (en) * 2013-05-30 2019-12-03 Caeleste Cvba Enhanced dynamic range imaging
US9491442B2 (en) * 2014-04-28 2016-11-08 Samsung Electronics Co., Ltd. Image processing device and mobile computing device having the same
US9885605B2 (en) * 2014-05-19 2018-02-06 Infineon Technologies Ag Photocell devices, systems and methods
DE102014113037B4 (de) 2014-09-10 2018-02-08 Infineon Technologies Ag Bildgebende Schaltungen und ein Verfahren zum Betrieb einer bildgebenden Schaltung
JP2018019040A (ja) * 2016-07-29 2018-02-01 キヤノン株式会社 光検出装置および光検出システム
US10497818B2 (en) * 2016-07-29 2019-12-03 Canon Kabushiki Kaisha Photodetection device and photodetection system
DE102016223568B3 (de) * 2016-10-14 2018-04-26 Infineon Technologies Ag Optische Sensoreinrichtung mit tiefen und flachen Steuerelektroden
WO2023130198A1 (en) * 2022-01-04 2023-07-13 Shenzhen Xpectvision Technology Co., Ltd. Radiation detectors and methods of fabrication
CN117673094A (zh) * 2022-08-23 2024-03-08 长鑫存储技术有限公司 半导体结构及其制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6194770B1 (en) 1998-03-16 2001-02-27 Photon Vision Systems Llc Photo receptor with reduced noise
US20050045910A1 (en) 2002-09-27 2005-03-03 Taylor Scott M. Photodiode having voltage tunable spectral response
EP1645855A1 (de) 2003-06-23 2006-04-12 Japan Science and Technology Agency Messverfahren für einfallendes licht und sensor mit einem spektroskopischen mechanismus damit

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0625803B1 (de) 1993-05-19 1998-10-28 Hewlett-Packard GmbH Photodiodenstruktur
GB2387481B (en) 2002-04-10 2005-08-31 Intense Photonics Ltd Integrated active photonic device and photodetector
US7288825B2 (en) 2002-12-18 2007-10-30 Noble Peak Vision Corp. Low-noise semiconductor photodetectors
TWI220790B (en) 2003-04-10 2004-09-01 Univ Nat Taiwan Infrared photodetector
US8093633B2 (en) 2004-02-17 2012-01-10 Nanyang Technological University Method and device for wavelength-sensitive photo-sensing
ITTO20040244A1 (it) 2004-04-20 2004-07-20 St Microelectronics Srl Procedimento per la fabbricazione di dispositivi integrati in piastrine semiconduttrici a basso spessore
US7652313B2 (en) * 2005-11-10 2010-01-26 International Business Machines Corporation Deep trench contact and isolation of buried photodetectors
KR100720483B1 (ko) 2005-12-09 2007-05-22 동부일렉트로닉스 주식회사 수직 칼라 필터 검출기단 및 그 제조방법
KR100660714B1 (ko) 2005-12-29 2006-12-21 매그나칩 반도체 유한회사 백사이드 조명 구조의 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조방법
WO2008129433A2 (en) 2007-04-24 2008-10-30 Koninklijke Philips Electronics N.V. Photodiodes and fabrication thereof
US8269222B2 (en) 2010-05-25 2012-09-18 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Semiconductor photodetector with transparent interface charge control layer and method thereof
WO2011156507A1 (en) 2010-06-08 2011-12-15 Edward Hartley Sargent Stable, sensitive photodetectors and image sensors including circuits, processes, and materials for enhanced imaging performance

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6194770B1 (en) 1998-03-16 2001-02-27 Photon Vision Systems Llc Photo receptor with reduced noise
US20050045910A1 (en) 2002-09-27 2005-03-03 Taylor Scott M. Photodiode having voltage tunable spectral response
EP1645855A1 (de) 2003-06-23 2006-04-12 Japan Science and Technology Agency Messverfahren für einfallendes licht und sensor mit einem spektroskopischen mechanismus damit

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US20130062604A1 (en) 2013-03-14
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