DE102019102176A1 - Hybrides multispektrales Bauelement - Google Patents

Hybrides multispektrales Bauelement Download PDF

Info

Publication number
DE102019102176A1
DE102019102176A1 DE102019102176.6A DE102019102176A DE102019102176A1 DE 102019102176 A1 DE102019102176 A1 DE 102019102176A1 DE 102019102176 A DE102019102176 A DE 102019102176A DE 102019102176 A1 DE102019102176 A1 DE 102019102176A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
functional
layer
light
functional element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102019102176.6A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102019102176B4 (de
Inventor
Robert Brückner
Matthias Jahnel
Karl Leo
Ronny Timmreck
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Senorics GmbH
Original Assignee
Senorics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to DE102019102176.6A priority Critical patent/DE102019102176B4/de
Application filed by Senorics GmbH filed Critical Senorics GmbH
Priority to US17/310,229 priority patent/US20220165798A1/en
Priority to EP20700560.4A priority patent/EP3918634A1/de
Priority to KR1020217027183A priority patent/KR20210136003A/ko
Priority to PCT/EP2020/050284 priority patent/WO2020156767A1/de
Priority to JP2021544448A priority patent/JP2022518590A/ja
Priority to CN202080011191.5A priority patent/CN113366640A/zh
Publication of DE102019102176A1 publication Critical patent/DE102019102176A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102019102176B4 publication Critical patent/DE102019102176B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic radiation-sensitive element covered by group H10K30/00
    • H10K39/30—Devices controlled by radiation
    • H10K39/32—Organic image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/1013—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation devices sensitive to two or more wavelengths, e.g. multi-spectrum radiation detection devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0203—Containers; Encapsulations, e.g. encapsulation of photodiodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/12—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof structurally associated with, e.g. formed in or on a common substrate with, one or more electric light sources, e.g. electroluminescent light sources, and electrically or optically coupled thereto
    • H01L31/125—Composite devices with photosensitive elements and electroluminescent elements within one single body
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/30—Devices specially adapted for multicolour light emission
    • H10K59/38—Devices specially adapted for multicolour light emission comprising colour filters or colour changing media [CCM]
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/60—OLEDs integrated with inorganic light-sensitive elements, e.g. with inorganic solar cells or inorganic photodiodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/2823—Imaging spectrometer
    • G01J2003/2826—Multispectral imaging, e.g. filter imaging
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K59/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one organic light-emitting element covered by group H10K50/00
    • H10K59/80—Constructional details
    • H10K59/875—Arrangements for extracting light from the devices
    • H10K59/878—Arrangements for extracting light from the devices comprising reflective means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hybrides multispektrales Bauelement, welches ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, mindestens ein erstes Funktionselement mit einer ersten Funktionsschicht, die zur Detektion oder Emission von Licht eines ersten Wellenlängenbereiches geeignet ist, und mindestens ein zweites Funktionselement mit einer zweiten Funktionsschicht, die zur Detektion oder Emission von Licht eines zweiten Wellenlängenbereiches, welches von dem ersten Wellenlängenbereich verschieden ist, geeignet ist, umfasst. Das erste Funktionselement ist auf der ersten Oberfläche des Substrates angeordnet, während das zweite Funktionselement auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist. Das erste Funktionselement ist in einem ersten lateralen Bereich des multispektralen Bauelements angeordnet und das zweite Funktionselement ist in einem zweiten lateralen Bereich des multispektralen Bauelements angeordnet. Der erste laterale Bereich und der zweite laterale Bereich sind so lateral versetzt zu einander angeordnet, dass das Licht des zweiten Wellenlängenbereichs das zweite Funktionselement erreicht oder das Licht des zweiten Wellenlängenbereichs, welches von dem zweiten Funktionselement emittiert wird, das multispektrale Bauelement auf der ersten Oberfläche des Substrates verlässt, ohne die erste Funktionsschicht durchlaufen zu haben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein hybrides multispektrales Bauelement, das zur Detektion und/oder Emission von Licht in verschiedenen Spektralbereichen geeignet ist.
  • Um verschiedene Spektralbereiche des Lichts, bspw. sichtbares Licht Licht im Infrarotbereich und/oder Licht im UV-Bereich, mit einem Fotodetektor-Bauelement detektieren zu können, sind Bauelemente mit mehreren Sensoren, die unterschiedliche Funktionsschichten aufweisen und damit Licht aus unterschiedlichen Spektralbereichen detektieren, bekannt. So beschreibt bspw. die DE 10 2015 109 044 A1 ein Bauteil mit einem Substrat, auf dessen einer Seite eine erste Funktionsschicht zur Detektion von Licht aus einem ersten Wellenlängenbereich und auf dessen anderer Seite eine zweite Funktionsschicht zur Detektion von Licht aus einem zweiten Wellenlängenbereich angeordnet sind. Dabei liegen die einzelnen Funktionsschichten immer übereinander, wodurch ein hoher Füllgrad, d.h. eine große Anzahl von Sensorelementen pro Fläche, erreicht werden kann. Die erste Funktionsschicht und das Substrat sind transparent für Licht in dem zweiten Wellenlängenbereich ausgebildet.
  • Nachteilig an diesem Aufbau ist die eingeschränkte Auswahl der Wellenlängenbereiche aufgrund der Materialien der Funktionsschichten und des Substrates und der notwendigen Transparenz der ersten Funktionsschicht und des Substrates für Licht des zweiten Wellenlängenbereichs sowie in der begrenzten spektralen Auflösung.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein hybrides multispektrales Bauelement bereitzustellen, das die Nachteile des Standes der Technik verringert.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein hybrides multispektrales Bauelement nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Das erfindungsgemäße hybride multispektrale Bauelement enthält ein Substrat, mindestens ein erstes Funktionselement und mindestens ein zweites Funktionselement. Dabei ist das erste Funktionselement auf einer ersten Oberfläche des Substrats angeordnet und enthält eine erste Funktionsschicht, die zur Detektion oder Emission von Licht eines ersten Wellenlängenbereiches geeignet ist. Das zweite Funktionselement ist auf einer zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet, die der ersten Oberfläche des Substrats gegenüberliegt, und enthält eine zweite Funktionsschicht, die zur Detektion oder Emission von Licht eines zweiten Wellenlängenbereiches geeignet ist. Dabei ist der zweite Wellenlängenbereich von dem ersten Wellenlängenbereich verschieden, kann jedoch auch teilweise mit dem ersten Wellenlängenbereich überlappen. Unter Licht wird im Sinne dieser Erfindung in beiden Fällen elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge im Bereich zwischen 250 nm (UV-Bereich) bis ca. 10 µm (Infrarot-Bereich) verstanden. Der erste Wellenlängenbereich und der zweite Wellenlängenbereich sind jeweils Teilbereiche dieses Bereichs. Selbstverständlich können das erste Funktionselement und das zweite Funktionselement neben der ersten bzw. zweiten Funktionsschicht auch weitere Schichten, z.B. Elektrodenschichten, enthalten. Darüber hinaus können die erste und/oder die zweite Funktionsschicht auch Schichtaufbauten aus mehreren Schichten sein.
  • „Auf der Oberfläche angeordnet“ bedeutet, dass das Funktionselement direkt an die jeweilige Oberfläche angrenzt oder dass eine oder mehrere Schichten des Funktionselements ganz oder teilweise in einem Substratbereich, der an die Oberfläche angrenzt, ausgebildet sind. Darüber hinaus können auch weitere Schichten zwischen dem Funktionselement und der jeweiligen Oberfläche angeordnet sein.
  • Oberfläche angrenzt oder dass eine oder mehrere Schichten des Funktionselements ganz oder teilweise in einem Substratbereich, der an die Oberfläche angrenzt, ausgebildet sind. Darüber hinaus können auch weitere Schichten zwischen dem Funktionselement und der jeweiligen Oberfläche angeordnet sein.
  • Erfindungsgemäß ist das erste Funktionselement in einem ersten lateralen Bereich des multispektralen Bauelements angeordnet, während das zweite Funktionselement in einem zweiten lateralen Bereich des multispektralen Bauelements angeordnet ist. Dabei sind der erste laterale Bereich und der zweite laterale Bereich so lateral versetzt zu einander angeordnet, dass das Licht des zweiten Wellenlängenbereichs das zweite Funktionselement erreicht, ohne die erste Funktionsschicht durchlaufen zu haben. Mit anderen Worten: Licht, welches das zweite Funktionselement erreicht, hat auf seinem Weg zum zweiten Funktionselement das Substrat und ggf. vorhandene weitere Schichten, die später erläutert werden, durchlaufen, nicht jedoch die erste Funktionsschicht sowie ggf. vorhandene weitere Schichten des ersten Funktionselements.
  • Dabei wirken das Substrat und ggf. weitere Schichten des zweiten Funktionselements als optische Filter, die durch ihre optischen Eigenschaften bestimmte Wellenlängenanteile des einfallenden Lichts reflektieren oder absorbieren, während andere Wellenlängenanteile, die in dem zweiten Wellenlängenbereich liegen, wenig verändert oder nahezu unverändert durchgelassen werden. Dies ist bei der Wahl des Substratmaterials sowie ggf. anderer, zwischen der zweiten Funktionsschicht und einer aussendenden Lichtquelle liegender Schichten sowie deren Dicke zu beachten. Vorteilhafterweise wird das Detektionsergebnis des zweiten Funktionselements bzw. das von dem zweiten Funktionselement ausgesendete Lichtjedoch nicht von der ersten Funktionsschicht sowie ggf. vorhandenen weiteren Schichten des ersten Funktionselements beeinflusst.
  • Mit dem erfindungsgemäßen multispektralen Bauelement können gleichzeitig und spektral selektiv Anteile eines Lichts in zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen detektiert und/oder emittiert werden, wobei das Licht, welches in dem ersten und/oder dem zweiten Funktionselement detektiert oder von diesen emittiert wird, jeweils auf derselben Seite des Bauelements auftrifft bzw. dieses verlässt Dabei gibt es folgende Möglichkeiten zur Ausgestaltung des erfindungsgemäßen multispektralen Bauelements: das erste Funktionselement ist ein emittierendes Element und das zweite Funktionselement ist ein detektierendes Element; das erste Funktionselement ist ein detektierendes Funktionselement und das zweite Funktionselement ist ein emittierendes Element; das erste und das zweite Funktionselement sind beide detektierende Elemente; das erste und das zweite Funktionselement sind beide emittierende Elemente.
  • Ist mindestens das erste oder das zweite Funktionselement ein detektierendes Element, so kann das in diesem Funktionselement detektierte Licht von einer Lichtquelle oder von mehreren verschiedenen Lichtquellen ausgesendet werden, wobei sich im zweiten Fall das Licht der verschiedenen Lichtquellen überlagern oder zeitlich nacheinander auf das multispektrale Bauelement auftreffen kann. Im Folgenden wird verkürzt von einer Lichtquelle gesprochen, auch wenn mehrere Lichtquellen vorhanden sind. Auch das erste Funktionselement oder das zweite Funktionselement, welches nicht als detektierendes Element dient, kann das Licht bereitstellen, wenn das entsprechende Funktionselement als emittierendes Element ausgebildet ist wobei das zu detektierende Licht dann von einer zu untersuchenden Probe reflektiert wird Im weiteren Verlauf soll eine solche reflektierende Probe als Lichtquelle verstanden werden, auch wenn sie als solche gar kein Licht erzeugt, sondern dieses nur - verändert oder unverändert - reflektiert. Solche detektierenden Bauelemente können bspw. für die qualitative und quantitative Bestimmung von Inhaltsstoffen von Lebensmitteln oder anderen Materialien im Bereich des Gesundheitswesens, der Pharmazie, der Lebensmitteltechnik sowie der Anlagen- oder Motorenüberwachung im industriellen Umfeld genutzt werden.
  • Alle Aussagen zu dem ersten Funktionselement bzw. dem zweiten Funktionselement bzw. dem ersten lateralen Bereich und dem zweiten lateralen Bereich gelten für alle ersten Funktionselemente bzw. alle zweiten Funktionselemente, wenn mehrere derartige erste und/oder zweite Funktionselemente vorhanden sind.
  • Vorzugsweise ist auf der ersten Oberfläche des Substrates und/oder der zweiten Oberfläche des Substrates in dem zweiten lateralen Bereich, d.h. zwischen der zweiten Funktionsschicht und bspw. der Lichtquelle, mindestens eine optische Filterschicht angeordnet. Diese dient der weiteren Steuerung des Wellenlängenbereichs des auf die zweite Funktionsschicht einfallenden Lichts und besteht vorzugsweise aus einem oder mehreren dielektrischen Materialien, die im jeweiligen Spektralbereich hinreichend transparent sind, wie bspw. organische Materialien, Fluoride, Siliziumdioxid (SiOx) oder Titandioxid (TiOx), oder aus Materialen, deren Absorptionseigenschaften zum optischen Filtern genutzt werden können.
  • Alternativ oder zusätzlich ist vorzugsweise der zweite laterale Bereich auf der Seite der ersten Oberfläche des Substrates von einer optischen Blendenschicht umgeben. Dies bedeutet, dass bspw. die auf der ersten Oberfläche des Substrats im ersten lateralen Bereich angeordneten Schichten des ersten Funktionselements mit einer seitlichen Blendenschicht versehen sind. Jedoch kann die optische Blendenschicht auch einzelstehend oder an der Seite einer ggf. im zweiten lateralen Bereich vorhandenen optischen Filterschicht ausgebildet sein, wenn ein zweiter lateraler Bereich an mindestens einer Seite nicht an einen ersten lateralen Bereich angrenzt. Dabei verringert die Blendenschicht einen Einfall von Streulicht, z.B. aus der ersten Funktionsschicht des ersten lateralen Bereichs, in den zweiten lateralen Bereich oder verhindert diesen vollständig. Die Blendenschicht besteht bspw. aus Silber (Ag), Aluminium (AI), Wolfram oder ähnlichen, CMOS-kompatiblen Materialien.
  • Mit beiden Maßnahmen kann die spektrale Auflösung des zweiten Funktionselements verbessert werden. Darüber hinaus können optische Effekte, insbesondere Filtereffekte, des Substrats durch eine geeignete Materialauswahl der optischen Filterschicht und der optischen Blendenschicht weiter gezielt verstärkt werden, unabhängig vom Material der ersten Funktionsschicht. Des Weiteren dienen diese Schichten auch dem Schutz aktiver integrierter Bauelemente oder Schaltungselemente, die in dem Substrat in anderen lateralen Bereichen als den zweiten lateralen Bereichen vorhanden sein können, vor ungewolltem Streulicht.
  • Vorzugsweise ist auf der ersten Funktionsschicht auf der von der ersten Oberfläche des Substrats abgewandten Seite eine weitere Schicht angeordnet, die als optischer Filter oder als Spiegel oder als DBR (distributed bragg-reflector, Bragg-Spiegel) dient. Damit kann ein definierter Wellenlängenbereich, der an die erste Funktionsschicht angepasst ist, aus dem von der Lichtquelle einfallenden Licht oder aus dem von der ersten Funktionsschicht emittierten Licht herausgefiltert und die spektrale Auflösung des ersten Funktionselements verbessert werden.
  • Vorzugsweise sind in dem Substrat aktive integrierte Bauelemente, wie bspw. Transistoren, oder Schaltungselemente enthalten, die der Verarbeitung oder Weiterleitung der aus dem ersten und/oder dem zweiten Funktionselement bei der Detektion von Licht erhaltenen Signale und/oder der Ansteuerung des ersten und/oder des zweiten Funktionselements im Fall von Licht emittierenden Funktionselementen dienen. Dabei sollen als Schaltungselemente Verdrahtungen und Durchkontaktierungen, aber auch passive Bauelemente, wie Widerstände, verstanden werden. Im Ergebnis können in dem Substrat komplexe digitale oder analoge Schaltungen, z.B. in CMOS-Technologie oder in Dünnschichttechnologie, ausgebildet sein. Dabei sind die beschriebenen Bau- oder Schaltungselemente innerhalb des Substrats in einem oder mehreren lateralen Bereichen angeordnet, die nicht dem zweiten lateralen Bereich entsprechen oder Teile davon enthalten. Mit anderen Worten: Die beschriebenen Elemente sind außerhalb des zweiten lateralen Bereichs angeordnet, besonders bevorzugt im ersten lateralen Bereich.
  • Vorzugsweise enthält das Substrat eine Halbleiter-Schicht. Besonders bevorzugt ist das Substrat ein Halbleiter-Substrat. Die Halbleiter-Schicht oder das Halbleiter-Substrat bestehen vorzugsweise aus einkristallinem oder polykristallinem Silizium, amorphem Silizium oder Indium Gallium Zink Oxid (IGZO). Vorzugsweise sind in der Halbleiter-Schicht oder dem Halbleiter-Substrat die oben erwähnten aktiven integrierten Bauelemente oder Schaltungselemente zumindest teilweise ausgebildet.
  • In Ausführungsformen der Erfindung ist das Substrat ein Verbundsubstrat und enthält mehrere Schichten aus einem oder unterschiedlichen Materialien. So kann bspw. das Substrat aus zwei Halbleiter-Substraten, die miteinander durch Bonden, Kleben oder andere geeignete Fügeverfahren verbunden sind, oder aus einer Halbleiter-Schicht, die auf einem Isolator aufgebracht oder mit diesem durch geeignete Fügeverfahren verbunden ist (Silicon on Insulator, SOI) bestehen. Zudem können Kontakte, Bauelemente und Schaltelemente oder Schaltungen in verschiedenen Schichten des Verbundsubstrats durch Through Silicon Via Technologie (TSV) und Bonden miteinander verbunden werden. Materialien für TSV-Verbindungen sind zum Beispiel Tantal (Ta), Wolfram (W) und Gold (Au). Selbstverständlich können auch andere Materialien, wie Glas, Kunststoffe oder Kunststofffolien, als Verbundsubstrat oder als eine Schicht des Verbundsubstrats eingesetzt werden.
  • Vorzugsweise enthält die erste Funktionsschicht eine anorganische Schicht oder besteht aus einer solchen. Die anorganische Schicht kann bspw. eine Halbleiterschicht, z.B. aus Silizium, Aluminiumgalliumarsenid, Galliumphosphid, Siliziumcarbid, Zinkselenid oder Indiumgalliumntrid, sein. Damit können als erste Funktionselemente aus dem Stand der Technik bekannte Halbleiter-Fotodioden (Detektor) oder Halbleiter-Leuchtdioden (LED, light emitting diode) genutzt werden.
  • Vorzugweise enthält die zweite Funktionsschicht eine organische Schicht oder eine Schicht aus einem Nanomaterial oder eine Schicht aus Quantumnanopartikeln oder besteht aus einer solchen Schicht. Derartige Funktionsschichten sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt und die entsprechenden Funktionselemente sind als organische Foto-Detektoren oder Charge-Transfer-Fotodetektoren (CT-Fotodektoren) bspw. in der EP 3 152 785 B1 beschrieben. Als emittierende Funktionselemente können bekannte organische Leuchtdioden (OLED) zum Einsatz kommen. Neben photoaktiven Schichten können innerhalb der organischen Funktionsschicht auch weitere elektronische Bauelemente wie Transistoren oder Widerstände ausgebildet sein, die zusätzliche Schaltungen erlauben.
  • In Ausführungsformen des erfindungsgemäßen hybriden multispektralen Bauelements ist das Substrat als ein Verbundsubstrat aus einem Halbleiter-Substrat und einem Glassubstrat oder einem Kunststoffsubstrat ausgebildet, wobei das Halbleiter-Substrat und das Glas- oder Kunststoffsubstrat mittels einer Bondschicht, einer Klebeschicht oder einer anderen Verbindungsschicht miteinander verbunden sind. Auf oder in dem Halbleiter-Substrat ist das erste Funktionselement ausgebildet, wobei die erste Funktionsschicht eine anorganische Schicht aufweist. Auf dem Glas- oder Kunststoffsubstrat ist das zweite Funktionselement ausgebildet, wobei die zweite Funktionsschicht eine organische Schicht oder eine Schicht aus einem Nanomaterial oder eine Schicht aus Quantumnanopartikeln enthält.
  • Selbstverständlich kann das Substrat auch nur aus einem Halbleiter-Substrat bestehen, auf dessen einer Oberfläche eine dicke Isolatorschicht aufgebracht ist. Dabei ist das erste Funktionselement auf oder in dem Halbleiter-Substrat ausgebildet, wobei die erste Funktionsschicht eine anorganische Schicht aufweist, während das zweite Funktionselement auf der Isolatorschicht ausgebildet ist, wobei die zweite Funktionsschicht eine organische Schicht oder eine Schicht aus einem Nanomaterial oder eine Schicht aus Quantumnanopartikeln enthält.
  • Zusätzlich zu dem ersten und dem zweiten Funktionselement enthält das erfindungsgemäße multispektrale Bauelement in einer bevorzugten Ausführungsform weiterhin mindestens ein drittes Funktionselement mit einer dritten Funktionsschicht. Die dritte Funktionsschicht ist zur Detektion oder Emission von Licht eines dritten Wellenlängenbereiches, welches von dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereich verschieden ist, geeignet. Das dritte Funktionselement ist auf der ersten Oberfläche des Substrates oder auf der zweiten Oberfläche des Substrates in einem lateralen Bereich angeordnet ist, der von dem zweiten lateralen Bereich verschieden ist.
  • Vorzugsweise ist das dritte Funktionselement in dem ersten lateralen Bereich derart angeordnet ist, dass das Licht des dritten Wellenlängenbereichs das dritte Funktionselement erreicht oder das Licht des dritten Wellenlängenbereiches, welches von dem dritten Funktionselement emittiert wird, das multispektrale Bauelement verlässt, nachdem es die erste Funktionsschicht durchlaufen hat. Mit anderen Worten: das dritte Funktionselement ist im ersten lateralen Bereich auf der der Lichtquelle abgewandten Seite bzw. auf der dem Substrat zugewandten Seite des ersten Funktionselements angeordnet. Dabei ist die erste Funktionsschicht transparent für Licht des dritten Wellenlängenbereichs. Selbstverständlich ist es nicht zwingend notwendig, dass in allen ersten lateralen Bereichen des multispektralen Bauelements dritte Funktionselemente ausgebildet sind.
  • Alternativ oder darüber hinaus können dritte Funktionselemente mit der dritten Funktionsschicht auch in dritten lateralen Bereichen, die von den ersten und zweiten lateralen Bereichen verschieden sind, ausgebildet sein, wobei dann das auf die dritte Funktionsschicht auftreffende Licht nicht vorher die erste Funktionsschicht durchlaufen hat bzw. das von der dritten Funktionsschicht emittierte Licht nicht die erste Funktionsschicht durchläuft, bevor es das multispektrale Bauelement verlässt.
  • In Ausführungsformen ist mindestens das erste Funktionselement oder das zweite Funktionselement zur Detektion von Licht geeignet und liegt in einer Anzahl von größer 1 in dem multispektralen Bauelement vor. Vorzugsweise sind in diesem Fall verschiedene zur Detektion von Licht geeignete erste Funktionselemente und/oder verschiedene zur Detektion von Licht geeignete zweite Funktionselemente geeignet, Licht mit voneinander verschiedenen Wellenlängen im ersten bzw. zweiten Wellenlängenbereich zu detektieren. Damit kann eine weitere spektrale Auflösung des ersten bzw. zweiten Wellenlängenbereichs erreicht werden, wobei verschiedene erste Funktionselemente oder verschiedene zweite Funktionselemente bspw. Licht mit einer Bandbreite von kleiner oder gleich 10 nm für verschiedene Wellenlängen im UV-Bereich, im sichtbaren Bereich oder im Infrarot-Bereich detektieren können. Solch eine Detektion von Licht in unterschiedlichen Ausschnitten des ersten oder des zweiten Wellenlängenbereichs kann bspw. über die Dicke der jeweiligen Funktionsschicht oder durch die Begrenzung der lateralen Ausdehnung der jeweiligen Funktionsschicht, welche bspw. durch Strukturierung zu erreichen ist und als optisches Umschließen oder optisches Umfassen bezeichnet wird, eingestellt werden. Bei der Begrenzung der lateralen Ausdehnung wird die Ausdehnung der Funktionsschicht in einer oder mehreren lateralen Richtungen, die in einer Ebene senkrecht zur Dicke der Funktionsschicht verlaufen, auf einen Wert in derGrößenordnung der Wellenlänge des durch die Funktionsschicht detektierten oder emittierten Lichtes begrenzt. Dabei wird ein Wert zwischen der Hälfte der Wellenlänge und dem 50-fachen der Wellenlänge als in der Größenordnung der Wellenlänge angesehen. So kann bspw. die laterale Ausdehnung der Funktionsschicht in einer lateralen Richtung für eine zu detektierende oder emittierende Wellenlänge von 1 µm im Bereich von 0,5 µm bis 50 µm liegen, nicht jedoch in einem Bereich kleiner als 0,5 µm oder größer als 50 µm.
  • Wie bereits beschrieben, enthält das erfindungsgemäße multispektrale Bauelement vorzugsweise eine Mehrzahl von ersten Funktionselementen und eine Mehrzahl von zweiten Funktionselementen, d.h. eine Mehrzahl von ersten lateralen Bereichen und eine Mehrzahl von zweiten lateralen Bereichen. Dabei sind die ersten lateralen Bereiche und die zweiten lateralen Bereiche rasterartig, zeilenartig oder konzentrisch verteilt über der Fläche des multispektralen Bauelements angeordnet.
  • Im Sinne der Erfindung können die Ausführungsformen oder einzelne Merkmale hiervon zur Ausgestaltung des multispektralen Bauelements auch miteinander kombiniert werden, solange sie sich nicht gegenseitig ausschließen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen multispektralen Bauelements mit einem Halbleiter-Substrat im Querschnitt,
    • 2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen multispektralen Bauelements mit einem Verbundsubstrat im Querschnitt,
    • 3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen multispektralen Bauelements mit einem dritten Funktionselement im Querschnitt,
    • 4A bis 4C verschiedene beispielhafte Anordnungen der ersten und zweiten Funktionselemente in Draufsichten auf die erste Oberfläche des Substrates und
    • 5A bis 5D schematische Ansichten möglicher Ausführungsformen des erfindungsgemäßen multispektralen Bauelements in Bezug auf detektierende und emittierende Funktionselemente.
  • Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform 1 des erfindungsgemäßen hybriden multispektralen Bauelements. Das multispektrale Bauelement enthält beispielhaft vier erste Funktionselemente 10a bis 10d und drei zweite Funktionselemente 20a bis 20c sowie ein Substrat 100. Das Substrat 100 hat eine erste Oberfläche 101 und eine zweite Oberfläche 102, die der ersten Oberfläche 101 gegenüber liegt. Die ersten Funktionselemente 10a bis 10d sind auf der ersten Oberfläche 101 angeordnet, während die zweiten Funktionselemente 20a bis 20c auf der zweiten Oberfläche 102 angeordnet sind. Die ersten Funktionselemente 10a bis 10d weisen eine erste Funktionsschicht 11 auf, die geeignet ist, Licht in einem ersten Wellenlängenbereich λ1 zu detektieren, bspw. durch photoelektrische Umwandlung. Die zweiten Funktionselemente 20a bis 20c weisen eine zweite Funktionsschicht 21 auf, die geeignet ist, Licht in einem zweiten Wellenlängenbereich Ä2, der vom ersten Wellenlängenbereich λ1 verschieden ist, zu detektieren. Auch hierbei kann bspw. die photoelektrische Umwandlung von Energie genutzt werden. Die erste Funktionsschicht 11 kann bspw. eine Halbleiterschicht, bspw. aus Silizium, sein, die Licht im UV-Bereich oder im sichtbaren Bereich detektieren kann, während die zweite Funktionsschicht 21 bspw. eine organische Schicht sein kann, die Licht im Infrarot-Bereich detektieren kann. Das Licht, in 1 durch die Pfeile dargestellt, wird von einer Lichtquelle 30 oder von verschiedenen Lichtquellen ausgestrahlt und trifft immer auf der Seite des multispektralen Bauelements 1, die an die erste Oberfläche 101 angrenzt, auf das multispektrale Bauelement 1 auf. Auf der dem einfallenden Licht zugewandten Seite der ersten Funktionsschicht 11, d.h. die Seite, welche nicht an die erste Oberfläche 101 des Substrats 100 angrenzt, kann eine optische Funktionsschicht angeordnet sein, die bspw. eine erste DBR-Schicht 12 ist. Diese optische Funktionsschicht kann für unterschiedliche erste Funktionselemente 10a bis 10d verschieden sein und unterschiedliche Filterfunktionen realisieren, so dass bspw. in einem ersten der ersten Funktionselemente 10a nur blaue Anteile des einfallenden Lichts, also Licht im Wellenlängenbereich 380 nm ≤ λ11 ≤ 490 nm, detektiert wird, während in einem zweiten der ersten Funktionselemente 10b nur rote Anteile des einfallenden Lichts, also Licht im Wellenlängenbereich 585 nm ≤ λ12 ≤ 750 nm, detektiert wird. Selbstverständlich können auch andere Wellenlängenbereiche ausgewählt werden. Die optische Funktionsschicht kann direkt auf ein oder mehrere erste Funktionselemente 10a bis 10d mittels bekannter Abscheideverfahren aufgebracht werden. Alternativ ist es möglich, die optische Funktionsschicht für einzelne, mehrere oder alle erste Funktionselemente auf einem separaten Substrat anzuordnen oder in diesem auszubilden, wobei das separate Substrat dann mittels eines Fügeverfahrens, z.B. Bonden oder Kleben, mit dem oder den ersten Funktionselementen verbunden wird.
  • Die zweiten Funktionselemente 20a bis 20c weisen neben der zweiten Funktionsschicht 21 zwei Elektrodenschichten 22 und 23 auf, von denen eine, die Elektrode 23. auf der der zweiten Oberfläche 102 des Substrates 100 zugewandten Seite der zweiten Funktionsschicht 21 angeordnet und transparent für Licht im zweiten Wellenlängenbereich Ä2 ist, während die andere auf der der zweiten Oberfläche 102 abgewandten Seite der zweiten Funktionsschicht 21 angeordnet ist und opak im zweiten Wellenlängenbereich Ä2 sein kann.
  • Erfindungsgemäß sind die ersten Funktionselemente 10a bis 10d in ersten lateralen Bereichen 110 des Substrates 100 angeordnet, während die zweiten Funktionselemente 20a bis 20c in zweiten lateralen Bereichen 120 des Substrates 100 angeordnet sind, die von den ersten lateralen Bereichen 110 verschieden sind. Die ersten lateralen Bereiche 110 und die zweiten lateralen Bereiche 120 überlappen sich nicht, so dass die ersten Funktionselemente 10a bis 10d und die zweiten Funktionselemente 20a bis 20c lateral versetzt zueinander angeordnet sind. Dies bedeutet, dass das Licht, welches in den zweiten Funktionselementen 20a bis 20c ankommt, nicht die erste Funktionsschicht 11 durchlaufen hat. Die ersten und zweiten lateralen Bereiche 110 und 120 können beliebige Formen (Konturen) und beliebige laterale Größen haben und beliebig über die Ausdehnung des Substrates 100 in x-y-Richtung verteilt sein, wobei die Form und die Größe jeweils in einer Draufsicht auf die erst oder zweite Oberfläche 101 bzw. 102 des Substrats 100, d.h. in einer x-y-Ebene bestimmt sind. Die ersten und zweiten lateralen Bereiche 110 und 120 erstrecken sich dabei in ihrer Gesamtheit über die gesamte Ausdehnung des multispektralen Bauelements 1 senkrecht zur lateralen Ausdehnung des Substrates 100, d.h. entlang der z-Richtung, hinweg und können lateral aneinandergrenzen oder voneinander beabstandet sein.
  • In den ersten lateralen Bereichen 110 sind in der dargestellten ersten Ausführungsform 1 jeweils integrierte aktive Bauelemente 103 im Substrat 100, welches bspw. ein Halbleiter-Substrat auf Silizium-Basis ist, ausgebildet. Diese dienen bspw. der Verarbeitung von Signalen aus den ersten und/oder zweiten Funktionselementen 10a bis 10d bzw. 20a bis 20c oder einer Ansteuerung verschiedener Funktionselemente.
  • In den zweiten lateralen Bereichen 120 ist das Substrat 100 transparent für das einfallende Licht zumindest im zweiten Wellenlängenbereich Ä2. Daher sind dort keine integrierten aktiven Bauelemente 103 ausgebildet. Jedoch kann auf der ersten Oberfläche 101 eine erste Filterschicht 24 in den zweiten lateralen Bereichen 120 angeordnet sein, während auf der zweiten Oberfläche 102 zwischen der zweiten Oberfläche 102 und den zweiten Funktionselementen 20a bis 20c eine zweite Filterschicht 25 angeordnet ist. Die zweite Filterschicht 25 kann sich auch über die zweiten lateralen Bereiche 120 hinaus erstrecken und bspw. auf der gesamten oder nahezu der gesamten zweiten Oberfläche 102 angeordnet sein. Die erste und die zweite Filterschicht24 und 25 sind zumindest in Teilbereichen des zweiten Wellenlängenbereichs Ä2 transparent für das einfallende Licht. Selbstverständlich können die erste Filterschicht 24 und/oder die zweite Filterschicht 25 in verschiedenen zweiten lateralen Bereichen 120 verschieden ausgestaltet sein, so dass in verschiedenen zweiten Funktionselementen 20a bis 20c verschiedene Anteile des zweiten Wellenlängenbereichs λ2 detektiert werden können. Die zweite Filterschicht 25 dient auch der elektrischen Isolation der Elektroden 23 vom Substrat 100.
  • Die zweiten lateralen Bereiche 120 sind auf der an die erste Oberfläche 101 angrenzenden Seite des multispektralen Bauelements 1 von einer Blendenschicht 40 in lateraler Richtung, d.h. in allen Richtungen der x-y-Ebene, umgeben, die eine Beeinflussung des auf die zweiten Funktionselemente 20a bis 20c einfallenden Lichts durch Einstreuungen von Licht bspw. aus den ersten lateralen Bereich 110 zu verringern. Die Blendenschicht 40 kann sich auch durch das Substrat 100 hindurch bis zur zweiten Oberfläche 102 erstrecken, wie dies in 1 dargestellt ist. Die Blendenschicht 40 kann darüber hinaus auch die ersten lateralen Bereiche 110, d.h. die ersten Funktionselemente 10a bis 10d, die integrierten aktiven Bauelemente 103 und die erste DBR-Schicht 12 vollständig umgeben, auch an den Seiten, wo kein zweiter lateraler Bereich 120 angeordnet ist. Damit werden Verluste durch Streulicht in den ersten Funktionselementen 10a bis 10d verringert.
  • Die zweiten Funktionselemente 20a bis 20c können jeweils über Kontakte 50, bspw. elektrische Durchkontaktierungen, mit den integrierten aktiven Bauelementen 103 verbunden sein, wobei die Kontakte 50 jeweils an eine Elektrode 23 angrenzen und die zweite Filterschicht 25 durchdringen.
  • Die zweiten Funktionselemente 20a bis 20c sind von einem Gehäuse 60, welches an die zweite Filterschicht 25 oder die zweite Oberfläche 102 des Substrats 100 angrenzt, umgeben und gegen die Umgebung abgegrenzt. Alternativ können die zweiten Funktionselemente 20a bis 20c auch durch eine Beschichtung mit geeigneten Kapselmaterialien, wie bspw. Dünnschichten aus Glas oder alternierenden Dünnschichtlösungen aus Polymeren und Oxiden oder ähnlichen Materialien, gegen Umwelteinflüsse geschützt sein. Das Gehäuse 60 ist vorzugsweise aus Glas oder Kavitäts-Glas, kann aber auch aus verschiedenen Folien & Polymeren im Dünnschichtverbund bestehen.
  • Die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform 2 des multispektralen Bauelements unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform 1 dadurch, dass das Substrat 100' als ein Verbundsubstrat aus einem Halbleiter-Substrat 104 und einem Glassubstrat 105, die miteinander durch ein Bond- oder Klebeverfahren verbunden sind, ausgeführt ist. Selbstverständlich kann auch ein anderes Substrat, z.B. ein Kunststoffsubstrat, an Stelle des Glassubstrates 105 verwendet werden. Da sich nunmehr die optischen Eigenschaften des Substrats 100' von denen des Substrats 100 unterscheiden, können auch die erste und die zweite Filterschicht 24` und 25` sich von den entsprechenden Filterschichten 24 und 25 der ersten Ausführungsform 1 unterscheiden oder können auch, einzeln oder gemeinsam, entfallen. Die Kontakte 50 durchdringen nunmehr auch das Glassubstrat 105, um einen elektrischen Kontakt zwischen den Elektroden 23 und den integrierten elektrischen Bauelementen 103 im Halbleiter-Substrat 104 herzustellen.
  • 3 zeigt eine dritte Ausführungsform 3 des multispektralen Bauelements, die neben den ersten und zweiten Funktionselementen 10a bis 10d und 20a bis 20c dritte Funktionselemente 70a bis 70d enthält. Die dritten Funktionselemente 70a bis 70d sind jeweils auf der die erste Oberfläche 101 enthaltenden Seite des multispektralen Bauelements 3 ausgebildet und sind entweder in den ersten lateralen Bereichen 110 auf der dem einfallenden Licht abgewandten Seite der ersten Funktionselemente 10a bis 10c, wie dies für die dritten Funktionselemente 70b bis 70d dargestellt ist, oder in dritten lateralen Bereichen 130, wie dies für das dritte Funktionselement 70a dargestellt ist, angeordnet. Damit bleiben die zweiten lateralen Bereiche 120 gegenüber den bisherigen Ausführungsformen 1 und 2 unverändert. Die dritten Funktionselemente 70a bis 70d weisen eine dritte Funktionsschicht 71 auf, die Licht in einem dritten Wellenlängenbereich λ3 detektieren kann, wobei der dritte Wellenlängenbereich λ3 von dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereichen λ1 und λ2 verschieden ist. In den dritten Funktionselementen 70b bis 70d wird Licht ausgewertet, welches bereits die erste Funktionsschicht 11 des ersten Funktionselements 10a bis 10c durchlaufen hat. Zwischen der ersten Funktionsschicht 11 und der dritten Funktionsschicht 71 kann eine Elektrode 80 oder eine andere Zwischenschicht angeordnet sein. Jedoch ist diese nicht unbedingt notwendig. Im dritten lateralen Bereich 130 ist eine optische Funktionsschicht, bspw. eine zweite DBR-Schicht 72, die von der ersten DBR-Schicht 12 verschieden sein kann, angeordnet. Darüber hinaus kann auch im dritten Bereich ein integriertes aktives Bauelement 103 im Substrat 100 ausgebildet sein.
  • Ein drittes Funktionselement kann jedoch auch auf der zweiten Oberfläche 102 des Substrats 100 in einem ersten lateralen Bereich 100 oder einem dritten lateralen Bereich 130 angeordnet sein. In diesem Fall ist jedoch das Substrat 100 in diesem Bereich zumindest für Licht im dritten Wellenlängenbereich 103 transparent auszubilden, so dass bspw. kein integriertes aktives Bauelement 103 in diesem lateralen Bereich vorhanden sein darf.
  • In den 4A bis 4C sind beispielhaft drei verschiedene Anordnungen der ersten und zweiten Funktionselemente 10 bzw. 20 in Draufsichten auf die erste Oberfläche 101 des Substrates dargestellt. Da die zweiten Funktionselemente 20 möglicherweise nicht visuell sichtbar sind, wenn das Substrat nicht im sichtbaren Lichtbereich transparent ist, da sie auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet sind, sind die zweiten Funktionselemente 20 nur mit einer gestrichelten Kontur wiedergegeben. Mögliche Filterschichten, die auf den ersten Funktionselementen 10 oder den zweiten Funktionselementen 20 angeordnet sind, sind in diesen Darstellungen zur Erhöhung der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. Jedoch ist für die mittleren ersten und zweiten Funktionselemente 10 und 20 in 4A die Blendenschicht 40, die die ersten Funktionselemente 10 umgibt und die zweiten lateralen Bereiche, in denen die zweiten Funktionselemente 20 ausgebildet sind, umschließt, ausschnittsweise dargestellt.
  • In 4A ist eine rasterförmige Anordnung der ersten und zweiten Funktionselemente 10 und 20 dargestellt, in der sich in jeder Zeile und in jeder Spalte erste und zweite Funktionselemente 10 bzw. 20 abwechseln.
  • In 4B ist dagegen eine zeilenförmige Anordnung dargestellt, bei der in jeder Zeile nur erste Funktionselemente 10 oder nur zweite Funktionselemente 20 angeordnet sind, wobei in angrenzenden Zeilen verschiedene Funktionselemente ausgebildet sind.
  • In 4C ist eine konzentrische Anordnung der Funktionselemente dargestellt, wobei in einem ersten Kreis um ein zentrales erstes Funktionselement 10a zweite Funktionselemente 20 und in einem zweiten Kreis wieder erste Funktionselemente 10 befinden. Beide Kreise haben den selben Mittelpunkt, wobei der zweite Kreis einen größeren Radius aufweist als der erste Kreis.
  • In den 4A und 4B sind Funktionselemente 10 bzw. 20 mit einer quadratischen Kontur dargestellt, während die Funktionselemente 10 bzw. 20 in 4C eine kreisförmige Kontur aufweisen. Dies sind jedoch nur Beispiele. Weitere mögliche Konturen sind: oval, elliptisch, langlochförmig, dreieckig, andere 4-Eck-Formen, polygonale Formen, wobei die Formen jeweils regelmäßig oder unregelmäßig sein können. Darüber hinaus können verschiedene erste und/oder zweite Funktionselemente auch verschiedene Konturen aufweisen. In ähnlicher Weise können sich die Größen der Funktionselemente voneinander unterscheiden. Typischerweise hat ein Funktionselement eine Fläche im Bereich von 5 µm2 bis 100 mm2.
  • In den bis sind Ausführungsformen des erfindungsgemäßen multispektralen Bauelements dargestellt, bei denen alle Funktionselemente als detektierende Elemente ausgebildet sind. In den 5A bis 5D sind nunmehr alle prinzipiell möglichen Varianten der Ausführung der ersten und zweiten Funktionselemente schematisch dargestellt. Dabei verdeutlichen die Pfeile die Richtung des Lichtes, d.h. ob es in ein Funktionselement einfällt oder von diesem ausgesandt wird. Selbstverständlich sind weitere Ausführungsformen durch bspw. die Kombination von detektierenden ersten Funktionselementen und emittierenden ersten Funktionselementen mit detektierenden zweiten Funktionselementen oder verschiedene Ausgestaltungen der dritten Funktionselemente möglich.
  • 5A stellt schematisch die Ausführungsformen der 1 bis 3 dar, in denen sowohl die ersten Funktionselemente 10a bis 10c als auch die zweiten Funktionselemente 20a und 20b detektierende Elemente sind.
  • In dem in 5B dargestellten Fall sind die ersten Funktionselemente 10a bis 10c Licht emittierende Elemente, während die zweiten Funktionselemente 20a und 20b Licht detektierende Elemente sind.
  • Die Ausgestaltung der ersten Funktionselemente 10a bis 10c als Licht detektierende Elemente und der zweiten Funktionselemente 20a und 20b als Licht emittierende Elemente ist in 5C dargestellt.
  • 5D zeigt schließlich eine Ausführungsform, in der sowohl die ersten Funktionselemente 10a bis 10c als auch die zweiten Funktionselemente 20a und 20b als Licht emittierende Elemente ausgebildet sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Erste Ausführungsform des multispektralen Bauelements
    2
    Zweite Ausführungsform des multispektralen Bauelements
    3
    Dritte Ausführungsform des multispektralen Bauelements
    10, 10a-10d
    Erstes Funktionselement
    11
    Erste Funktionsschicht
    12
    Erste DBR-Schicht
    20, 20a-20c
    Zweites Funktionselement
    21
    Zweite Funktionsschicht
    22, 23
    Elektrode
    24, 24`
    Erste Filterschicht
    25, 25`
    Zweite Filterschicht
    30
    Lichtquelle
    40
    Blendenschicht
    50
    Kontakt
    60
    Gehäuse
    70a-70d
    Drittes Funktionselement
    71
    Dritte Funktionsschicht
    72
    Zweite DBR-Schicht
    80
    Elektrode
    100, 100`
    Substrat
    101
    erste Oberfläche des Substrates
    102
    Zweite Oberfläche des Substrates
    103
    Integriertes aktives Bauelement
    104
    Halbleiter-Substrat
    105
    Glassubstrat
    110
    Erster lateraler Bereich
    120
    Zweiter lateraler Bereich
    130
    Dritter lateraler Bereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015109044 A1 [0002]
    • EP 3152785 B1 [0022]

Claims (15)

  1. Hybrides multispektrales Bauelement umfassend: - ein Substrat mit einer ersten Oberfläche und einer zweiten Oberfläche, wobei die zweite Oberfläche der ersten Oberfläche gegenüberliegt, - mindestens ein erstes Funktionselement mit einer ersten Funktionsschicht, die zur Detektion oder Emission von Licht eines ersten Wellenlängenbereiches geeignet ist, wobei das mindestens eine erste Funktionselement auf der ersten Oberfläche des Substrates angeordnet ist, - mindestens ein zweites Funktionselement mit einer zweiten Funktionsschicht, die zur Detektion oder Emission von Licht eines zweiten Wellenlängenbereiches, welches von dem ersten Wellenlängenbereich verschieden ist, geeignet ist, wobei das mhdestens eine zweite Funktionselement auf der zweiten Oberfläche des Substrats angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine erste Funktionselement in mindestens einem ersten lateralen Bereich des multispektralen Bauelements angeordnet ist und das mindestens eine zweite Funktionselement in mindestens einem zweiten lateralen Bereich des multispektralen Bauelements angeordnet ist, wobei der mindestens eine erste laterale Bereich und der mindestens eine zweite laterale Bereich so lateral versetzt zu einander angeordnet sind, dass das Licht des zweiten Wellenlängenbereichs das mindestens eine zweite Funktionselement erreicht oder das Licht des zweiten Wellenlängenbereichs, welches von dem mindestens einen zweiten Funktionselement emittiert wird, das multispektrale Bauelement auf der ersten Oberfläche des Substrates verlässt, ohne die erste Funktionsschicht durchlaufen zu haben.
  2. Hybrides multispektrales Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Oberfläche und/oder der zweiten Oberfläche des Substrates mindestens eine optische Filterschicht in dem mindestens einen zweiten lateralen Bereich angeordnet ist.
  3. Hybrides multispektrales Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine zweite laterale Bereich auf der Seite der ersten Oberfläche von einer optischen Blendenschicht umgeben ist.
  4. Hybrides multispektrales Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Funktionsschicht auf der von der ersten Oberfläche des Substrats abgewandten Seite eine weitere Schicht angeordnet ist, die als optischer Filter oder als Spiegel oder als DBR dient.
  5. Hybrides multispektrales Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aktive integrierte Bauelemente oder Schaltungselemente enthält, die jedoch außerhalb des mindestens einen zweiten lateralen Bereichs angeordnet sind.
  6. Hybrides multispektrales Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine Halbleiter-Schicht enthält.
  7. Hybrides multispektrales Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat ein Verbundsubstrat ist und mehrere Schichten aus einem oder unterschiedlichen Materialien enthält.
  8. Hybrides multispektrales Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funktionsschicht eine anorganische Schicht enthält.
  9. Hybrides multispektrales Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Funktionsschicht eine organische Schicht enthält.
  10. Hybrides multispektrales Bauelement nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbundsubstrat ein Halbleiter-Substrat, auf dem das mindestens eine erste Funktionselement ausgebildet ist, und ein Glassubstrat oder ein Kunststoffsubstrat, auf dem das mindestens eine zweite Funktionselement ausgebildet ist, enthält und das Halbleiter-Substrat und das Glas- oder Kunststoffsubstrat mittels einer Bondschicht, einer Klebeschicht oder einer anderen Verbindungsschicht miteinander verbunden sind.
  11. Hybrides multispektrales Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das multispektrales Bauelement weiterhin mindestens ein drittes Funktionselement mit einer dritten Funktionsschicht, die zur Detektion oder Emission von Licht eines dritten Wellenlängenbereiches, welches von dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereich verschieden ist, geeignet ist, enthält, wobei das mindestens eine dritte Funktionselement auf der ersten Oberfläche des Substrates oder auf der zweiten Oberfläche des Substrates in einem lateralen Bereich angeordnet ist, der von dem zweiten lateralen Bereich verschieden ist.
  12. Hybrides multispektrales Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Funktionselement in dem mindestens einen ersten lateralen Bereich derart angeordnet ist, dass das Licht des dritten Wellenlängenbereichs das mindestens eine dritte Funktionselement erreicht oder das Licht des dritten Wellenlängenbereichs, welches von dem mindestens einen dritten Funktionselement emittiert wird, das multispektrale Bauelement auf der ersten Oberfläche des Substrates verlässt, nachdem es die erste Funktionsschicht durchlaufen hat, wobei die erste Funktionsschicht transparent für Licht des dritten Wellenlängenbereichs ist.
  13. Hybrides multispektrales Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens das erste Funktionselement oder das zweite Funktionselement zur Detektion von Licht geeignet ist und in einer Anzahl von größer 1 in dem multispektralen Bauelement vorliegt.
  14. Hybrides multispektrales Bauelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene zur Detektion von Licht geeignete erste Funktionselemente und/oder verschiedene zur Detektion von Licht geeignete zweite Funktionselemente geeignet sind, Licht mit voneinander verschiedenen Wellenlängen im ersten bzw. zweiten Wellenlängenbereich zu detektieren.
  15. Hybrides multispektrales Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das multispektrales Bauelement eine Mehrzahl von ersten lateralen Bereichen und eine Mehrzahl von zweiten lateralen Bereichen enthält und die ersten lateralen Bereiche und die zweiten lateralen Bereiche rasterartig, zeilenartig oder konzentrisch verteilt angeordnet sind.
DE102019102176.6A 2019-01-29 2019-01-29 Hybrides multispektrales Bauelement Active DE102019102176B4 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019102176.6A DE102019102176B4 (de) 2019-01-29 2019-01-29 Hybrides multispektrales Bauelement
EP20700560.4A EP3918634A1 (de) 2019-01-29 2020-01-08 Hybrides multispektrales bauelement
KR1020217027183A KR20210136003A (ko) 2019-01-29 2020-01-08 하이브리드 다중 스펙트럼 장치
PCT/EP2020/050284 WO2020156767A1 (de) 2019-01-29 2020-01-08 Hybrides multispektrales bauelement
US17/310,229 US20220165798A1 (en) 2019-01-29 2020-01-08 Hybrid multispectral device
JP2021544448A JP2022518590A (ja) 2019-01-29 2020-01-08 ハイブリッド式マルチスペクトルコンポーネント
CN202080011191.5A CN113366640A (zh) 2019-01-29 2020-01-08 混合多谱组件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019102176.6A DE102019102176B4 (de) 2019-01-29 2019-01-29 Hybrides multispektrales Bauelement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102019102176A1 true DE102019102176A1 (de) 2020-07-30
DE102019102176B4 DE102019102176B4 (de) 2022-11-24

Family

ID=69159768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102019102176.6A Active DE102019102176B4 (de) 2019-01-29 2019-01-29 Hybrides multispektrales Bauelement

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220165798A1 (de)
EP (1) EP3918634A1 (de)
JP (1) JP2022518590A (de)
KR (1) KR20210136003A (de)
CN (1) CN113366640A (de)
DE (1) DE102019102176B4 (de)
WO (1) WO2020156767A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021202877B3 (de) 2021-03-24 2022-08-04 Würth Elektronik eiSos Gmbh & Co. KG Leuchte, Vorrichtung und Verfahren zur Pflanzenaufzucht
EP4296636A1 (de) 2022-06-21 2023-12-27 Carl Zeiss Spectroscopy GmbH Verfahren zur vorkalibrierung und zur korrektur von messfehlern einer spektroskopischen messvorrichtung sowie messvorrichtung

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117080305B (zh) * 2023-08-24 2024-03-29 北京智创芯源科技有限公司 一种叠层式三色探测器及其制造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030209651A1 (en) * 2002-05-08 2003-11-13 Canon Kabushiki Kaisha Color image pickup device and color light-receiving device
DE102015109044A1 (de) 2015-06-09 2016-12-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bauteil zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung
EP3152785B1 (de) 2015-08-14 2017-11-29 Technische Universität Dresden Verfahren zur detektion und umwandlung von infraroter elektromagnetischer strahlung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004165242A (ja) * 2002-11-11 2004-06-10 Canon Inc カラー撮像素子及びカラー受光素子
US10008522B2 (en) * 2010-06-01 2018-06-26 Boly Media Communications (Shenzen) Co., Ltd. Multi-spectrum photosensitive device and manufacturing method thereof
JP2015023259A (ja) * 2013-07-23 2015-02-02 株式会社東芝 固体撮像装置およびその製造方法
JP2015037121A (ja) * 2013-08-13 2015-02-23 株式会社東芝 固体撮像素子
US9752925B2 (en) * 2015-02-13 2017-09-05 Taiwan Biophotonic Corporation Optical sensor
JP2017108062A (ja) * 2015-12-11 2017-06-15 ソニー株式会社 固体撮像素子、撮像装置、および、固体撮像素子の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030209651A1 (en) * 2002-05-08 2003-11-13 Canon Kabushiki Kaisha Color image pickup device and color light-receiving device
DE102015109044A1 (de) 2015-06-09 2016-12-15 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Bauteil zum Detektieren elektromagnetischer Strahlung
EP3152785B1 (de) 2015-08-14 2017-11-29 Technische Universität Dresden Verfahren zur detektion und umwandlung von infraroter elektromagnetischer strahlung

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021202877B3 (de) 2021-03-24 2022-08-04 Würth Elektronik eiSos Gmbh & Co. KG Leuchte, Vorrichtung und Verfahren zur Pflanzenaufzucht
WO2022199910A1 (de) 2021-03-24 2022-09-29 Würth Elektronik eiSos Gmbh & Co. KG Leuchte, vorrichtung und verfahren zur pflanzenaufzucht
EP4296636A1 (de) 2022-06-21 2023-12-27 Carl Zeiss Spectroscopy GmbH Verfahren zur vorkalibrierung und zur korrektur von messfehlern einer spektroskopischen messvorrichtung sowie messvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
EP3918634A1 (de) 2021-12-08
JP2022518590A (ja) 2022-03-15
KR20210136003A (ko) 2021-11-16
WO2020156767A1 (de) 2020-08-06
CN113366640A (zh) 2021-09-07
DE102019102176B4 (de) 2022-11-24
US20220165798A1 (en) 2022-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102019102176B4 (de) Hybrides multispektrales Bauelement
EP2065698B1 (de) Chip zum Analysieren eines Mediums mit integriertem organischem Lichtemitter und Verfahren zur Herstellung eines solchen Chips
DE112013002556B4 (de) Spektralsensor
EP2649647B1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement, verfahren zu dessen herstellung und verwendung eines derartigen bauelements
EP2583319B1 (de) Optoelektronisches bauteil
DE102011113483B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Mehrzahl von optoelektronischen Bauelementen und optoelektronisches Bauelement
DE112013002559B4 (de) Spektralsensor
DE102018119538A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauteil und herstellungsverfahren für optoelektronische halbleiterbauteile
DE112013002560B4 (de) Spektralsensor
EP2406828B1 (de) Strahlungsempfangendes halbleiterbauelement und optoelektronisches bauteil
WO2015036443A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und optoelektronisches bauelement
EP1044363B1 (de) Optoelektronischer gassensor auf der basis von optoden
DE102012222461A1 (de) Organisches optoelektronisches Bauelement
EP2181313A2 (de) Sonnensensor zur erfassung der einfallsrichtung und der intensität von sonnenstrahlung
DE102016202490B3 (de) Zählender Röntgendetektor mit Beleuchtungsschicht auf Konverterelement und ein Detektorelement und ein medizinisches Gerät diesen aufweisend sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben
DE102017110216B4 (de) Optoelektronisches Sensormodul und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Sensormoduls
DE102016208489A1 (de) Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauteils und optoelektronisches bauteil
DE102015104237B4 (de) Optoelektronisches Bauelement
WO2021043901A1 (de) Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements
DE102006039073A1 (de) Vorrichtung zur Untersuchung der spektralen und örtlichen Verteilung einer elektromagnetischen, von einem Gegenstand ausgehenden Strahlung
WO2016150826A1 (de) Sensorvorrichtung
DE112015004174B4 (de) Organisches Bauelement
WO2016131873A1 (de) Organische leuchtdiode
DE102014119538A1 (de) Optoelektronische Baugruppe und Verfahren zum Herstellen einer optoelektronischen Baugruppe
WO2018069501A1 (de) Mikrostrukturiertes organisches sensorbauelement und verfahren zu dessen herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: KAILUWEIT & UHLEMANN PATENTANWAELTE PARTNERSCH, DE

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final