DE112021003352T5 - Halbleitervorrichtung und elektronische vorrichtung - Google Patents

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DE112021003352T5
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Shohei SHIMADA
Yusuke Otake
Toshifumi Wakano
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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Abstract

Es wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, die die eine hohe Detektionseffizienz und ein geringes Jitter ohne Abhängigkeit von einer Zunahme der Dicke eines Substrats erreichen kann. Eine Halbleitervorrichtung ist mit mehreren Pixeln versehen, in denen jeweils ein Avalanche-Fotodiodenelement, das einfallendes Licht fotoelektrisch umwandelt, gebildet ist, und jedes der mehreren Pixel ist mit einem Substrat, das ein erstes Halbleitermaterial beinhaltet, und einem gestapelten Teil, der auf einer Oberfläche auf einer Lichteinfallsseite des Substrats gestapelt ist und ein zweites Halbleitermaterial, das von dem ersten Halbleitermaterial verschieden ist, beinhaltet, versehen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung (vorliegende Technologie) betrifft eine Halbleitervorrichtung und eine elektronische Vorrichtung, die mit der Halbleitervorrichtung versehen ist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine Avalanche-Fotodiode (APD) beinhaltet einen Geiger-Modus, in dem sie mit einer Vorspannung betrieben wird, die größer als eine Durchbruchspannung ist, und einen Linearmodus, in dem sie mit einer etwas höheren Vorspannung nahe der Durchbruchspannung betrieben wird. Die Geiger-Modus-Avalanche-Fotodiode wird auch als eine Einzelphotonen-Avalanche-Fotodiode (SPAD, single photo avalanche photodiode) bezeichnet.
  • Die SPAD ist eine Vorrichtung, die ein Photon für jedes Pixel durch Multiplizieren eines durch fotoelektrische Umwandlung in einem pn-Übergangsgebiet eines für jedes Pixel bereitgestellten starken elektrischen Felds erzeugten Träger detektieren kann.
  • Unterdessen hat es einen Bedarf an einer Verbesserung der Empfindlichkeit von SPAD-Pixeln gegeben, und somit wird ein Verfahren zur Verbesserung der Detektionseffizienz, die als Photonendetektionseffizienz (PDE, photo detection efficiency) bezeichnet wird, vorgeschlagen, während ein großer Bereich eines Multiplikationsgebiets gewährleistet wird (zum Beispiel Patentdokument 1).
  • LISTE DER ANFÜHRUNGEN
  • Patentdokument 1: japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2018-201005
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Unterdessen ist in der SPAD, da Silicium (Si) in einem Substrat verwendet wird, Empfindlichkeit in einem Infrarotbereich (IR-Bereich) niedrig, und es ist erforderlich, das Si dick zu machen, um die PDE zu verbessern. Wenn das Si dick gemacht wird, wird die Zeit, bis ein fotoelektrisch umgewandeltes Elektron ein Multiplikationsgebiet erreicht, lang, und es gibt Bedenken hinsichtlich einer Verschlechterung der Jittercharakteristik in einem Fall, in dem dieses als LIDAR (laser imaging detection and ranging, Lichterkennung und Reichweitenmessung) verwendet wird.
  • Die vorliegende Offenbarung ist angesichts solcher Umstände erlangt worden, und eine Aufgabe davon besteht in der Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung und einer elektronischen Vorrichtung, die eine hohe Detektionseffizienz und ein geringes Jitter ohne Abhängigkeit von einer Zunahme der Dicke eines Substrats erreichen kann.
  • LÖSUNGEN DER PROBLEME
  • Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Halbleitervorrichtung, die mehrere Pixel beinhaltet, in denen jeweils ein Avalanche-Fotodiodenelement, das einfallendes Licht fotoelektrisch umwandelt, gebildet ist, wobei jedes der mehreren Pixel mit einem Substrat, das ein erstes Halbleitermaterial beinhaltet, und einem gestapelten Teil, der auf einer Oberfläche auf einer Lichteinfallsseite des Substrats gestapelt ist und ein zweites Halbleitermaterial, das von dem ersten Halbleitermaterial verschieden ist, beinhaltet, versehen ist.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine elektronische Vorrichtung, die eine Halbleitervorrichtung beinhaltet, welche mehrere Pixel beinhaltet, in denen jeweils ein Avalanche-Fotodiodenelement, das einfallendes Licht fotoelektrisch umwandelt, gebildet ist, wobei jedes der mehreren Pixel mit einem Substrat, das ein erstes Halbleitermaterial beinhaltet, und einem gestapelten Teil, der auf einer Oberfläche auf einer Lichteinfallsseite des Substrats gestapelt ist und ein zweites Halbleitermaterial, das von dem ersten Halbleitermaterial verschieden ist, beinhaltet, versehen ist.
  • Figurenliste
    • 1A ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Pixelschaltung, die eine SPAD als eine Festkörperbildgebungsvorrichtung verwendet, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 1B ist ein Diagramm zum Erläutern eines Betriebs, in einem Fall, in dem ein Pixel ein aktives Pixel ist, bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
    • 2 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel in einem Vergleichsbeispiel darstellt.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer Variation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 5 seine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer ersten Variation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer zweiten Variation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 8 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 9 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer ersten Variation der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 10 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer zweiten Variation der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 12 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer Variation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 13 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 14 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 15 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer ersten Variation der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 16 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer zweiten Variation der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 17 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 18 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer Variation der siebten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 19 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer achten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 20 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer ersten Variation der achten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 21 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer zweiten Variation der achten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 22 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 23 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer bei einer ersten Variation der neunten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 24 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer zweiten Variation der neunten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 25 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 26 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer ersten Variation der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 27 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer zweiten Variation der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 28 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer elften Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 29 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer Variation der elften Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 30 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 31 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer Variation der zwölften Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 32 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 33 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer Variation der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 34 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 35 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für drei Pixel bei einer Variation der vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt.
    • 36 ist ein Blockdiagramm, das ein Lichtempfangselement darstellt, das ein Pixel gemäß der ersten bis vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie beinhaltet.
    • 37 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausführungsform eines Entfernungsmesssystems, in dem das in 36 dargestellte Lichtempfangselement enthalten ist, darstellt.
    • 38 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Smartphones als eine mit dem in 37 dargestellten Entfernungsmesssystem ausgestattete elektronische Vorrichtung darstellt.
    • 39 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausführungsform einer Bildgebungsvorrichtung als eine elektronische Vorrichtung, auf die die vorliegende Technologie angewandt wird, darstellt.
  • DURCHFÜHRUNGSWEISE DER ERFINDUNG
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der Darstellung der Zeichnungen, auf die in der folgenden Beschreibung verwiesen wird, werden gleiche oder ähnliche Teile mit den gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, und es wird auf eine redundante Beschreibung verzichtet. Es sollte auf der Hand liegen, dass die Zeichnungen schematisch sind und eine Beziehung zwischen einer Dicken- und Planarabmessung, ein Verhältnis der Dicken zwischen den Vorrichtungen und Gliedern und dergleichen von tatsächlichen verschieden sind. Daher sollten bestimmte Dicken und Abmessungen in Anbetracht der folgenden Beschreibung bestimmt werden. Des Weiteren versteht sich, dass Dimensionsbeziehungen und -verhältnisse zwischen den Zeichnungen teilweise verschieden sind.
  • In dieser Schrift bedeutet „erster Leitfähigkeitstyp“ eines von einem p-Typ und einem n-Typ, und ein „zweiter Leitfähigkeitstyp“ bedeutet eines von dem p-Typ und dem n-Typ, der von dem „ersten Leitfähigkeitstyp“ verschieden ist. Des Weiteren bedeutet ein „n“ oder „p“, dem ein „+“ oder „-“ hinzugefügt ist, ein Halbleitergebiet mit einer im Verhältnis höheren oder niedrigeren Störstellendichte als die eines Halbleitergebiets, dem kein „+“ oder „-“ hinzugefügt ist. Selbst in den Halbleitergebieten, denen das gleiche „n“ und „n“ hinzugefügt ist, bedeutet dies jedoch nicht, dass die Störstellendichten der Halbleitergebiete genau die gleichen sind.
  • Des Weiteren dient die Definition von Richtungen wie zum Beispiel eine nach oben und nach unten verlaufende Richtung in der folgenden Beschreibung lediglich als eine Definition für die Zweckmäßigkeit der Beschreibung und schränkt den technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung nicht ein. Es versteht sich zum Beispiel, dass, wenn ein Objekt beobachtet wird, während es um 90° gedreht wird, die nach oben und nach unten verlaufende Richtung in eine nach rechts und nach links verlaufende Richtung umgewandelt sind, und wenn das Objekt beobachtet wird, während es um 180° gedreht wird, sind die nach oben und nach unten verlaufende Richtung umgekehrt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass eine in dieser Beschreibung beschriebene Wirkung nur der Veranschaulichung dient; die Wirkung ist nicht darauf beschränkt und es kann auch eine andere Wirkung geben.
  • <Erste Ausführungsform>
  • <Erstes Konfigurationsbeispiel der Festkörperbildgebungsvorrichtung>
  • Eine Festkörperbildgebungsvorrichtung als eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform ist zum Beispiel auch auf einen Abstandssensor und dergleichen anwendbar, der durch ein ToF-Verfahren (ToF, time of flight - Flugzeit) einen Abstand misst. Die Festkörperbildgebungsvorrichtung weist zum Beispiel eine fotoelektrische Umwandlungsfunktion für Licht mit einer Wellenlänge von einem sichtbaren Bereich von etwa 380 nm oder länger und kürzer als 780 nm bis zu einem Infrarotbereich von etwa 780 nm oder länger oder kürzer als 2400 nm auf.
  • Die Festkörperbildgebungsvorrichtung führt fotoelektrische Umwandlung an einfallendem Licht durch, und mehrere Pixel, die jeweils eine SPAD beinhalten, die Träger wie zum Beispiel Elektronen und Löcher ansammelt, sind in einem Array zweidimensional angeordnet, um Bildgebung durchzuführen.
  • 1A stellt eine Pixelschaltung dar, die die SPAD verwendet. Eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 ist mit einem Pixel P versehen. Das Pixel P in 1A ist mit einem SPAD-Element 2, einer Konstantstromquelle 102, einem Transistor 103 und einem Inverter 104 versehen.
  • Eine Kathode des SPAD-Elements 2 ist mit der Konstantstromquelle 102 verbunden und ist mit einem Eingangsanschluss des Inverters 104 und einem Drain des Transistors 103 verbunden. Eine Anode des SPAD-Elements 2 ist mit einer Leistungsversorgung VSPAD verbunden.
  • Das SPAD-Element 2 ist eine Fotodiode (Einzelphotonen-Avalanche-Fotodiode), die Lawinenmultiplikation an einem erzeugten Elektron durchführt und ein Signal einer Kathodenspannung VS ausgibt, wenn einfallendes Licht darauf einfällt. Die Leistungsversorgung VSPAD, die der Anode des SPAD-Elements 2 zugeführt wird, wird zum Beispiel auf eine negative Vorspannung (negatives Potenzial) mit der gleichen Spannung wie eine Durchbruchspannung VBD des SPAD-Elements 2 eingestellt.
  • Die Konstantstromquelle 102 beinhaltet zum Beispiel einen p-Typ-MOS-Transistor, der in einem Sättigungsbereich betrieben wird und passives Quenching durch Wirken als ein Quench-Widerstand durchführt. Eine Leistungsversorgungsspannung VE (VE > 0) wird der Konstantstromquelle 102 zugeführt. Es sei darauf hingewiesen, dass statt des p-Typ-MOS-Transistors auch ein Pullup-Widerstand und dergleichen für die Konstantstromquelle 102 verwendet werden kann.
  • Um Licht (Photon) mit ausreichender Effizienz zu detektieren, wird eine Spannung (nachfolgend als Übervorspannung bezeichnet), die größer als die Durchbruchspannung VBD des SPAD-Elements 2 ist, an das SPAD-Element 2 angelegt.
  • Der Drain des Transistors 103 ist mit der Kathode des SPAD-Elements 2, dem Eingangsanschluss des Inverters 104 und der Konstantstromquelle 102 verbunden, und eine Source des Transistors 103 ist mit einer Masse (GND) verbunden. Ein Gate-Steuersignal VG wird einem Gate des Transistors 103 von einer Pixelansteuerungseinheit, die das Pixel P ansteuert, zugeführt.
  • In einem Fall, in dem das Pixel P ein aktives Pixel ist, wird dem Gate des Transistors 103 von der Pixelansteuerungseinheit ein Low(Lo)-Gate-Steuersignal VG zugeführt. In einem Fall, in dem das Pixel P hingegen ein nicht aktives Pixel ist, wird dem Gate des Transistors 103 von der Pixelansteuerungseinheit ein High(Hi)-Gate-Steuersignal VG zugeführt.
  • Der Inverter 104 gibt ein Hi-PFout-Signal aus, wenn die Kathodenspannung VS als ein Eingangssignal Lo ist, und gibt ein Lo-PFout-Signal aus, wenn die Kathodenspannung VS Hi ist.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 1B ein Betrieb in einem Fall beschrieben, in dem das Pixel P das aktive Pixel ist. 1B ist ein Schaubild, das eine Änderung der Kathodenspannung VS des SPAD-Elements 2 gemäß dem Einfall eines Photons und dem Detektionssignal PFout darstellt.
  • In einem Fall, in dem das Pixel P das aktive Pixel ist, wird der Transistor 103 durch das Lo-Gate-Steuersignal VG auf AUS eingestellt.
  • Da die Leistungsversorgungsspannung VE und die Leistungsversorgung VSPAD der Kathode bzw. der Anode des SPAD-Elements 2 zugeführt werden, wird zu einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt t0 in 1B eine Sperrspannung, die größer als die Durchbruchspannung VBD ist, an das SPAD-Element 2 angelegt, so dass das SPAD-Element 2 in einen Geiger-Modus versetzt wird. In diesem Zustand ist die Kathodenspannung VS des SPAD-Elements 2 gleich der Leistungsversorgungsspannung VE.
  • Wenn das Photon auf das in den Geiger-Modus versetzte SPAD-Element 2 einfällt, kommt es zu einer Lawinenmultiplikation, und es fließt ein Strom durch das SPAD-Element 2.
  • Wenn man annimmt, dass zum Zeitpunkt t0 die Lawinenmultiplikation erfolgt und der Strom durch das SPAD-Element 2 fließt, fließt nach dem Zeitpunkt t0 der Strom durch das SPAD-Element 2, so dass der Strom auch durch den p-Typ-MOS-Transistor als die Konstantstromquelle 102 fließt und es aufgrund einer Widerstandskomponente des MOS-Transistors zu einem Spannungsabfall kommt.
  • Zum Zeitpunkt t2, wenn die Kathodenspannung VS des SPAD-Elements 2 geringer als 0 V wird, wird diese geringer als die Durchbruchspannung VBD, so dass die Lawinenmultiplikation anhält. Hier ist ein Betrieb, bei dem der durch die Lawinenmultiplikation erzeugte Strom durch die Konstantstromquelle 102 fließt, um den Spannungsabfall zu erzeugen, und die Kathodenspannung VS geringer wird als die Durchbruchspannung VBD zusammen mit dem erzeugten Spannungsabfall, wodurch die Lawinenmultiplikation angehalten wird, der Quenching-Betrieb.
  • Wenn die Lawinenmultiplikation anhält, nimmt der durch die Konstantstromquelle 102 (p-Typ-MOS-Transistor) fließende Strom allmählich ab, und zum Zeitpunkt t4 kehrt die Kathodenspannung VS wieder zu der ursprünglichen Leistungsversorgungsspannung VE zurück, und sie tritt in einen Zustand ein, in dem ein nächstes neues Photon detektiert werden kann (Wiederaufladungsbetrieb) .
  • Der Inverter 104 gibt das Low(Lo)-PFout-Signal aus, wenn die Kathodenspannung VS, die eine Eingangsspannung ist, gleich einer vorbestimmten Schwellenspannung Vth (= VE/2) oder höher als diese ist, und gibt das Hi-PFout-Signal aus, wenn die Kathodenspannung VS geringer als die vorbestimmte Schwellenspannung Vth ist. In dem Beispiel in 1B wird das High(Hi)-Pfout-Signal während einer Zeitspanne vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t3 ausgegeben.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem das Pixel P das nicht das aktive Pixel ist, das Hi-Gate-Steuersignal VG dem Gate des Transistors 103 von der Pixelansteuerungseinheit zugeführt wird und der Transistor 103 eingeschaltet wird. Daher wird die Kathodenspannung VS des SPAD-Elements 2 0 V (GND) und eine Anoden-Kathoden-Spannung des SPAD-Elements 2 wird gleich der Durchbruchspannung VBD oder geringer als sie, so dass keine Reaktion erfolgt, selbst wenn das Photon in das SPAD-Element 2 eintritt.
  • <Pixelkonfiguration>
  • 2 ist eine Querschnittsansicht von drei Pixeln P. In 2 wird die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 durch einen rückseitenbeleuchteten Typ veranschaulicht. Nachfolgend wird eine Oberfläche auf einer Lichteinfallsflächenseite (obere Seite in 2) jedes Glieds der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 als „hintere Fläche“ bezeichnet, und eine Oberfläche auf einer Seite (untere Seite in 2) gegenüber der Lichteinfallsflächenseite jedes Glieds der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 wird als „vordere Fläche“ bezeichnet. Da die drei Pixel P die gleiche Struktur aufweisen, wird darüber hinaus das Pixel P auf einer linken Seite in 2 repräsentativ beschrieben.
  • Wie in 2 dargestellt ist, sind bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 ein Substrat 10, eine Übergangsschicht 20, ein gestapelter Materialteil 30, der eine durch Kristallwachstum gestapelte Struktur ist, ein p-Wannengebiet 61 und ein Zwischenschichtfilm 62 in dieser Reihenfolge gestapelt. Auf der hinteren Fläche des Zwischenschichtfilms 62 ist eine On-Chip-Linse 50 für jedes Pixel P gestapelt. Des Weiteren ist auf der vorderen Fläche des Substrats 10 eine Verdrahtungsschicht 40 gestapelt.
  • Das Substrat 10 wird zum Beispiel durch Verwendung eines Halbleitersubstrats, das ein Einkristallsilicium beinhaltet, gebildet. In dem Substrat 10 wird eine Konzentration von Störstellen vom p-Typ (ersten Leitfähigkeitstyp) oder n-Typ (zweiten Leitfähigkeitstyp, gesteuert, und das SPAD-Element 2 ist für jedes Pixel P gebildet.
  • In der Verdrahtungsschicht 40 ist Verdrahtung für die Zuführung der an das SPAD-Element 2 anzulegenden Spannung, Verdrahtung zum Extrahieren der in dem SPAD-Element 2 erzeugten Elektronen (Träger) von dem Substrat 10 und dergleichen gebildet.
  • Das Pixel P beinhaltet das SPAD-Element 2 und eine Pixelisolationseinheit 60. Mehrere Pixel P sind sowohl in einer x-Richtung als auch einer y-Richtung orthogonal zueinander über die Pixelisolationseinheit 60 angeordnet. Das Pixel P ist durch die Pixelisolationseinheit 60 von einem benachbarten Pixel P elektrisch und optisch isoliert.
  • Die Pixelisolationseinheit 60 ist mit einem Graben TrA (nachfolgend als vollständiger Graben TrA bezeichnet) vorgesehen, der durch Einklemmen eines Metallfilms 63 von beiden Seiten durch die Zwischenschichtfilme 62 in einer Richtung orthogonal zu einer Dickenrichtung des Substrats 10 (z-Richtung) erhalten wird. Dann erstreckt sich die mit dem vollständigen Graben TrA versehene Pixelisolationseinheit 60 von der vorderen Fläche des Substrats 10 zu der hinteren Fläche des gestapelten Materialteils 30. Der Metallfilm 63 wird durch Verwendung eines metallischen Films, der Licht reflektiert, zum Beispiel eines Wolfram(W)-Films, gebildet. Der Zwischenschichtfilm 62 wird durch Verwendung eines Isolierfilms, zum Beispiel eines Siliciumoxidfilms, gebildet.
  • Das SPAD-Element 2 beinhaltet eine Lichtabsorptionseinheit 3, die in dem gestapelten Materialteil 30 und der Übergangsschicht 20 vorgesehen ist, und eine Geiger-Multiplikationseinheit 4, die in dem Substrat 10 und der Übergangsschicht 20 vorgesehen ist. Die Lichtabsorptionseinheit 3 ist eine fotoelektrische Umwandlungseinheit, die von der On-Chip-Linse 50 über den Zwischenschichtfilm 62 und das p-Wannengebiet 61 einfallendes Licht absorbiert, um das Elektron (den Träger) zu erzeugen. Dann überträgt die Lichtabsorptionseinheit 3 das durch die fotoelektrische Umwandlung erzeugte Elektron zu der Geiger-Multiplikationseinheit 4 durch ein elektrisches Feld.
  • Die Geiger-Multiplikationseinheit 4 führt die Lawinenmultiplikation an dem von der Lichtabsorptionseinheit 3 übertragenen Elektron durch. Die Geiger-Multiplikationseinheit 4 beinhaltet ein erstes Elektrodengebiet 11 vom p-Typ, das auf der Seite der vorderen Fläche des Substrats 10 vorgesehen ist, und ein zweites Elektrodengebiet 12 vom n-Typ, das an einer flacheren Position als die des ersten Elektrodengebiets 11 vom p-Typ mit einem pn-Übergang mit dem ersten Elektrodengebiet 11 vom p-Typ vorgesehen ist, und ein Lawinenmultiplikationsgebiet 13 ist an einer Grenzfläche des pn-Übergangs gebildet.
  • In dem Substrat 10 beinhaltet das erste Elektrodengebiet 11 vom p-Typ ein Halbleitergebiet vom p-Typ, das eine hohe Störstellenkonzentration in der Geiger-Multiplikationseinheit 4 aufweist, und das zweite Elektrodengebiet 12 vom n-Typ beinhaltet ein Halbleitergebiet vom n-Typ, das eine hohe Störstellenkonzentration in der Geiger-Multiplikationseinheit 4 aufweist. Das Lawinenmultiplikationsgebiet 13 ist ein Gebiet mit einem starken elektrischen Feld (Verarmungsschicht), das durch eine negative Spannung, die höher als die an das zweite Elektrodengebiet 12 vom n-Typ angelegte Durchbruchspannung ist, auf der Grenzfläche des pn-Übergangs zwischen dem ersten Elektrodengebiet 11 vom p-Typ und dem zweiten Elektrodengebiet 12 vom n-Typ gebildet wird und das durch ein Photon durch die Lichtabsorptionseinheit 3 erzeugte Elektron vervielfacht.
  • Das p-Wannengebiet 61 ist entlang einer Wandfläche der Pixelisolationseinheit 60 und der hinteren Fläche des gestapelten Materialteils 30 vorgesehen. Das p-Wannengebiet 61 beinhaltet ein Halbleitergebiet vom p-Typ, das eine höhere Störstellenkonzentration als die des ersten Elektrodengebiets 11 vom p-Typ aufweist, und sammelt Löcher als die Träger an. Das p-Wannengebiet 61 ist mit einer in der Verdrahtungsschicht 40 gebildeten Anode 43 elektrisch verbunden und ermöglicht eine Vorspannungseinstellung. Daher wird die Lochkonzentration des p-Wannengebiets 61 erhöht und Pinning wird verstärkt, so dass zum Beispiel die Erzeugung eines Dunkelstroms unterdrückt werden kann.
  • Die Verdrahtungsschicht 40 ist auf der Seite der vorderen Fläche des Substrats 10 gebildet und beinhaltet eine Verdrahtung 41, eine Kathode 42 und die Anode 43. Die Kathode 42 beinhaltet ein Halbleitergebiet vom n-Typ mit einer höheren Störstellenkonzentration als die des zweiten Elektrodengebiets 12 vom n-Typ und ist über die Verdrahtung 41 mit dem zweiten Elektrodengebiet 12 vom n-Typ elektrisch verbunden.
  • Daher kann in dem Pixel P der Kathode 42 von einer Logikschaltung (nicht dargestellt) eine negative Spannung, die höher als die an das zweite Elektrodengebiet 12 vom n-Typ angelegte Durchbruchspannung ist, zugeführt werden. Des Weiteren kann in dem Pixel P die Vorspannungseinstellung an dem p-Wannengebiet 61 über die Anode 43 ermöglicht werden.
  • Bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 mit der oben beschriebenen Konfiguration wird das Licht angelegt, das angelegte Licht wird durch die On-Chip-Linse 50 übertragen, und das übertragene Licht wird durch das SPAD-Element 2 fotoelektrisch umgewandelt, so dass das Elektron erzeugt wird. Dann wird das erzeugte Elektron durch die Verdrahtung 41 in der Verdrahtungsschicht 40 an den Inverter 104 ausgegeben.
  • <Vergleichsbeispiel>
  • Da herkömmlicherweise Silicium (Si) in einem Substrat verwendet wird, ist im Übrigen die Empfindlichkeit in einem Infrarot(IR)-Gebiet gering, und es ist erforderlich, Si dick zu machen, um die PDE zu verbessern.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 in einem Vergleichsbeispiel darstellt. In 3 wird der gleiche Teil wie der in 2 beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • In dem Vergleichsbeispiel wird, wenn ein Si enthaltendes Substrat 10 dick gemacht wird, die Zeit, bis ein fotoelektrisch umgewandeltes Elektron ein Multiplikationsgebiet erreicht, lang, und es gibt Bedenken hinsichtlich einer Verschlechterung der Jittercharakteristik in einem Fall, in dem dieses als LIDAR (laser imaging detection and ranging, Lichterkennung und Reichweitenmessung) verwendet wird.
  • <Gegenmaßnahme durch erste Ausführungsform>
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ist bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie der gestapelte Materialteil 30, der ein Halbleitermaterial enthält, das von einem Halbleitermaterial des Substrats 10 verschieden ist, auf der Oberfläche auf der Lichteinfallsseite des Substrats 10 gestapelt, so dass die Absorptionseffizienz von IR-Licht verbessert wird und die PDE verbessert wird.
  • Als das in dem gestapelten Materialteil 30 enthaltende Halbleitermaterial werden Siliciumgermanium (SiGe), von dem Kristallwachstum bezüglich Silicium möglich ist, Germanium (Ge), Galliumarsenid (GaAs), Indiumarsenid (InAs), Indiumgalliumarsenid (InGaAs), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), Cadmiumtellurid (CdTe), Cadmiumschwefel (CdS) und dergleichen verwendet. Da diese Halbleitermaterialien an Silicium nicht gitterangepasst sind, ist es erforderlich, die Übergangsschicht 20 zwischen dem Substrat 10 und dem gestapelten Materialteil 30 anzuordnen.
  • Zum Beispiel sind SiGe, Ge, InGaAs und dergleichen Halbleiter mit kleiner Bandlücke, deren Bandlückenenergie kleiner als die von Silicium ist, und weisen Lichtabsorptionsempfindlichkeit in einem Infrarot(IR)-Lichtgebiet auf einer Seite mit einer längeren Wellenlänge als ein Gebiet sichtbaren Lichts auf.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass auch in einem Fall, in dem Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid (InP) in dem Substrat 10 verwendet werden, wie in dem Fall mit Silicium, Siliciumgermanium (SiGe), Germanium (Ge), Galliumarsenid (GaAs), Indiumarsenid (InAs), Indiumgalliumarsenid (InGaAs), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), Cadmiumtellurid (CdTe), Cadmiumschwefel (CdS) und dergleichen in dem gestapelten Materialteil 30 verwendet werden.
  • <Funktion und Wirkung durch erste Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß der ersten Ausführungsform durch Stapeln des gestapelten Materialteils 30, das das Halbleitermaterial enthält, das von dem in dem Substrat 10 verwendeten Silicium verschieden ist, auf der Oberfläche auf der Lichteinfallsseite des Substrats 10 über die Übergangsschicht 20 möglich, die Absorptionseffizienz des IR-Lichts zu verbessern und die PDE zu verbessern, und es ist möglich, eine Jittercharakteristik zu verbessern, indem das Pixel P dünner als das nur ein Siliciumsubstrat enthaltende Pixel P gemacht wird.
  • Des Weiteren ist es gemäß der ersten Ausführungsform durch Bereitstellen der Pixelisolationseinheit 60 mit dem vollständigen Graben TrA, der mehrere benachbarte Pixel P voneinander isoliert und trennt, möglich, Übersprechen bezüglich des benachbarten Pixels P zu unterdrücken.
  • <Variation der ersten Ausführungsform>
  • 4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1 bei einer Variation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 4 wird der gleiche Teil wie der in 2 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 4 dargestellt ist, ist bei der Variation kein durch Einklemmen eines Metallfilms 63 von beiden Seiten durch Zwischenschichtfilme 62 erhaltener vollständiger Graben TrA auf einer Pixelisolationseinheit 60A vorgesehen.
  • Gemäß solch einer Variation der ersten Ausführungsform ist es auch möglich, die Absorptionseffizienz von IR-Licht zu verbessern und die PDE zu verbessern, und es ist möglich, eine Jittercharakteristik zu verbessern, indem ein Pixel P dünner als das nur ein Siliciumsubstrat enthaltende Pixel P gemacht wird.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 5 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1A bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 5 wird der gleiche Teil wie der in 2 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 5 dargestellt ist, ist eine Pixelisolationseinheit 60B bei der zweiten Ausführungsform mit einem Graben TrB (nachfolgend als ein Vorderflächengraben TrB bezeichnet) nur auf einer Seite des Substrats 10 versehen. Der Vorderflächengraben TrB wird durch Einklemmen eines Metallfilms 65 von beiden Seiten durch Isolierfilme 64 in einer orthogonal zu einer Dickenrichtung des Substrats 10 (z-Richtung) verlaufenden Richtung erhalten. Dann erstreckt sich der Vorderflächengraben TrB von einer vorderen Fläche des Substrats 10 zu einer hinteren Fläche des Substrats 10.
  • <Funktion und Wirkung durch zweite Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der zweiten Ausführungsform die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1A durch Verarbeiten nur des Substrats 10 zum Bilden der Pixelisolationseinheit 60B leicht hergestellt werden.
  • <Erste Variation der zweiten Ausführungsform>
  • 6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1A bei einer ersten Variation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 6 wird der gleiche Teil wie der in 2 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 6 dargestellt ist, es eine Pixelisolationseinheit 60C bei der ersten Variation der zweiten Ausführungsform nur auf einer Seite des gestapelten Materialteils 30 mit einem Graben TrC versehen (nachfolgend als ein Hinterflächengraben TrC bezeichnet). Der Hinterflächengraben TrC wird durch Einklemmen eines Metallfilms 66 von beiden Seiten durch Zwischenschichtfilme 62 in einer orthogonal zu einer Dickenrichtung des gestapelten Materialteils 30 (z-Richtung) verlaufenden Richtung erhalten. Dann erstreckt sich der Hinterflächengraben TrC von einer hinteren Fläche des gestapelten Materialteils 30 zu einer vorderen Fläche des gestapelten Materialteils 30.
  • <Funktion und Wirkung durch erste Variation der zweiten Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der ersten Variation der zweiten Ausführungsform die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1A durch Verarbeiten nur des gestapelten Materialteils 30 zum Bilden der Pixelisolationseinheit 60B leicht hergestellt werden.
  • <Zweite Variation der zweiten Ausführungsform>
  • 7 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1A bei einer zweiten Variation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 7 wird der gleiche Teil wie der in 2 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 7 dargestellt ist, weist die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1A bei der zweiten Variation der zweiten Ausführungsform eine Struktur auf, bei der keine On-Chip-Linse 50 vorgesehen ist.
  • <Funktion und Wirkung durch zweite Variation der zweiten Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der zweiten Variation der zweiten Ausführungsform wie im Fall der oben beschriebenen ersten Ausführungsform durch Verarbeiten eines Substrats 10, einer Übergangsschicht 20 und eines gestapelten Materialteils 30 zum Bilden einer Pixelisolationseinheit 60 die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1A leicht hergestellt werden, und durch Versehen der Pixelisolationseinheit 60 mit einem vollständigen Graben TrA, der mehrere benachbarte Pixel P voneinander isoliert und trennt, kann ein Übersprechen bezüglich benachbarter Pixel P unterdrückt werden.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • 8 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1B bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 8 wird der gleiche Teil wie der in 2 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 8 dargestellt ist, erstreckt sich eine Pixelisolationseinheit 60D bei der dritten Ausführungsform von einer vorderen Fläche eines Substrats 10 zu einer hinteren Fläche des Substrats 10. Die Pixelisolationseinheit 60D ist mit einem durch Einklemmen eines Metallfilms 65 von beiden Seiten durch Isolierfilme 64 in einer orthogonal zu einer Dickenrichtung des Substrats 10 (z-Richtung) verlaufenden Richtung erhaltenen Vorderflächengraben TrB versehen. Auf einer Wandfläche der Pixelisolationseinheit 60D ist ein p-Wannengebiet 67 vorgesehen.
  • Ein gestapelter Materialteil 30 ist bei der dritten Ausführungsform ein Halbleitergebiet vom n-Typ.
  • <Funktion und Wirkung durch dritte Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der dritten Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform erhalten werden, und ein Gebiet, das Licht absorbieren kann, kann dadurch erweitert werden, dass der gestapelte Materialteil 30 nicht als p-Typ gebildet wird.
  • <Erste Variation der dritten Ausführungsform>
  • 9 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1B bei einer ersten Variation der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 9 wird der gleiche Teil wie der in 2 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 9 dargestellt ist, ist eine Pixelisolationseinheit 60E bei der ersten Variation der dritten Ausführungsform nur auf einer Seite des gestapelten Materialteils 30 mit einem Graben TrC (nachfolgend als ein Hinterflächengraben TrC bezeichnet) versehen. Der Hinterflächengraben TrC wird durch Einklemmen eines Metallfilms 66 von beiden Seiten durch Zwischenschichtfilme 62 in einer orthogonal zu einer Dickenrichtung des gestapelten Materialteils 30 (z-Richtung) verlaufenden Richtung erhalten. Dann erstreckt sich der Hinterflächengraben TrC von einer hinteren Fläche des gestapelten Materialteils 30 zu einer vorderen Fläche des gestapelten Materialteils 30.
  • Auf einer Wandfläche der Pixelisolationseinheit 60E ist eine p-Wannengebiet 68 vorgesehen. Auf einer Vorderflächenseite eine Substrats 10 ist ein p-Wannengebiet 14 mit einer Anode 43 einer Verdrahtungsschicht 40 elektrisch verbunden vorgesehen.
  • <Funktion und Wirkung durch erste Variation der dritten Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der ersten Variation der dritten Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der ersten Variation der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform erhalten werden, und eine Farbmischung auf einer Lichteinfallsseite kann unterdrückt werden.
  • <Zweite Variation der dritten Ausführungsform>
  • 10 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1B bei einer zweiten Variation der dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 10 wird der gleiche Teil wie der in 8 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 10 dargestellt ist, ist in einer Pixelisolationseinheit 60F bei der zweiten Variation kein durch Einklemmen eines Metallfilms 65 von beiden Seiten durch Isolierfilme 64 erhaltener Graben vorgesehen, und es ist nur ein p-Wannengebiet 67 vorgesehen.
  • Gemäß solch einer zweiten Variation der dritten Ausführungsform können auch eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen dritten Ausführungsform erhalten werden.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • 11 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1C bei einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 11 wird der gleiche Teil wie der in 2 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.Wie in 11 dargestellt wurde, ist bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1C bei der vierten Ausführungsform eine Antireflexionseinheit (RIG) 69 mit einer Mottenaugenstruktur auf einer Hinterflächenseite eines gestapelten Materialteils 30 vorgesehen. Die RIG 69 verhindert Reflexion von einfallendem Licht.
  • <Funktion und Wirkung durch vierte Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß der vierten Ausführungsform durch Bereitstellen der RIG 69 möglich, den Quantenwirkungsgrad weiter zu verbessern und Lichtreflex durch Reduzieren von Oberflächenreflexion zu unterdrücken.
  • <Variation der vierten Ausführungsform>
  • 12 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1C bei einer Variation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 12 wird der gleiche Teil wie der in 11 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 12 dargestellt ist, weist die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1C bei der Variation der vierten Ausführungsform eine Struktur auf, bei der eine für jedes Pixel P vorgesehene On-Chip-Linse 50 weggelassen ist.
  • <Funktion und Wirkung durch eine Variation der vierten Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, ist es gemäß einer ersten Variation der vierten Ausführungsform durch Weglassen der On-Chip-Linse 50 möglich, Oberflächenreflexion weiter zu reduzieren und Lichtreflex zu unterdrücken.
  • <Fünfte Ausführungsform>
  • 13 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1D bei einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 13 wird der gleiche Teil wie der in 2 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 13 dargestellt ist, ist bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1D bei der fünften Ausführungsform eine als eine Anode dienende transparente Elektrode 44 zwischen einem p-Wannengebiet 61 und einer On-Chip-Linse 50 vorgesehen.
  • Das p-Wannengebiet 61 ist mit der transparenten Elektrode 44 elektrisch verbunden und ermöglicht eine Vorspannungseinstellung. Dadurch wird es möglich, ein elektrisches Transferfeld auf einer hinteren Fläche high zu machen.
  • Daher kann in dem Pixel P der Kathode 42 von einer Logikschaltung (nicht dargestellt) eine negative Spannung, die höher als die an das zweite Elektrodengebiet 12 vom n-Typ angelegte Durchbruchspannung ist, zugeführt werden. Des Weiteren kann in dem Pixel P die Vorspannungseinstellung an dem p-Wannengebiet 61 über die transparente Elektrode 44 ermöglicht werden.
  • <Funktion und Wirkung durch fünfte Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der fünften Ausführungsform eine Anode auf der vorderen Fläche durch Bereitstellen der transparenten Elektrode 44 unnötig, so dass ein Multiplikationsgebiet vergrößert werden kann und die Multiplikationswahrscheinlichkeit verbessert werden kann. Des Weiteren kann eine weitere Verbesserung der Jittercharakteristik erwartet werden, indem das elektrische Transferfeld auf der hinteren Fläche high gemacht wird.
  • <Sechste Ausführungsform>
  • 14 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1E bei einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 14 wird der gleiche Teil wie der in 2 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 14 dargestellt ist, sind bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1E bei der sechsten Ausführungsform ein Substrat 10, ein gestapelter Materialteil 30, ein p-Wannengebiet 61 und ein Zwischenschichtfilm 62 in dieser Reihenfolge gestapelt. In dem gestapelten Materialteil 30 wird ein Halbleitermaterial durch Kristallwachstum, das an das Substrat 10 gitterangepasst ist, verwendet. In einem Fall, in dem Galliumarsenid (GaAs) in dem Substrat 10 verwendet wird, wird in dem gestapelten Materialteil 30 Germanium (Ge) oder Galliumarsenid (GaAs) verwendet. Des Weiteren wird in einem Fall, in dem Indiumphosphid (InP) in dem Substrat 10 verwendet wird, Indiumgalliumarsenid (InGaAs) in dem gestapelten Materialteil 30 verwendet.
  • <Funktion und Wirkung durch sechste Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der sechsten Ausführungsform ein Fehler an einer Übergangsschnittstelle zwischen dem Substrat 10 und dem gestapelten Materialteil 30 verhindert werden, indem das Halbleitermaterial verwendet wird, das an das Substrat 10 in dem gestapelten Materialteil 30 gitterangepasst ist.
  • <Erste Variation der sechsten Ausführungsform>
  • 15 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1E bei einer ersten Variation der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 15 wird der gleiche Teil wie der in 14 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 15 dargestellt ist, weist ein gestapelter Materialteil 31 bei der ersten Variation der sechsten Ausführungsform eine Struktur vom mehrfach gestapelten Typ (Quantum-Well) auf.
  • <Funktion und Wirkung durch erste Variation der sechsten Ausführungsform>
  • Gemäß der ersten Variation der sechsten Ausführungsform kann durch Steuern einer Bandlücke durch den gestapelten Materialteil 31, der die Quantum-Well-Struktur aufweist, zum Verbessern der Absorptionseffizienz von IR-Licht eine bestimmte Wellenlänge durch ein Teilband der Quantum-Well-Struktur effizient absorbiert werden.
  • <Zweite Variation der sechsten Ausführungsform>
  • 16 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1E bei einer zweiten Variation der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 16 wird der gleiche Teil wie der in 14 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 16 dargestellt ist, weist ein gestapelter Materialteil 32 bei der zweiten Variation der sechsten Ausführungsform eine Quantenpunktstruktur auf.
  • <Funktion und Wirkung durch zweite Variation der sechsten Ausführungsform>
  • Gemäß der zweiten Variation der sechsten Ausführungsform kann durch Steuern einer Bandlücke durch den gestapelten Materialteil 32 mit der Quantenpunktstruktur zum Verbessern der Absorptionseffizienz von IR-Licht eine bestimmte Wellenlänge durch ein Teilband der Quantenpunktstruktur effizient absorbiert werden.
  • <Siebte Ausführungsform>
  • 17 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1F bei einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 17 wird der gleiche Teil wie der in 2 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 17 dargestellt ist, sind bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1F bei der siebten Ausführungsform ein Substrat 10, ein gestapelter Materialteil 33 vom n-Typ, ein gestapelter Materialteil 34 vom p-Typ, ein p-Wannengebiet 61 und ein Zwischenschichtfilm 62 in dieser Reihenfolge gestapelt.
  • Eine SPAD-Element 5 ist für jedes Pixel P gebildet. Das SPAD-Element 5 beinhaltet eine Linearmultiplikationseinheit 6, die in dem gestapelten Materialteil 33 vom n-Typ und dem gestapelten Materialteil 34 vom p-Typ vorgesehen ist, und eine Geiger-Multiplikationseinheit 4, die in dem Substrat 10 vorgesehen ist. Die Linearmultiplikationseinheit 6 absorbiert von einer On-Chip-Linse 50 über den Zwischenschichtfilm 62 und das p-Wannengebiet 61 einfallendes Licht, um ein Elektron (Träger) zu erzeugen, und führt Linearmultiplikation an dem Elektron durch. Dann überträgt die Lichtabsorptionseinheit 6 die Elektronen, die der Linearmultiplikation unterzogen werden, zu der Geiger-Multiplikationseinheit 4 durch ein elektrisches Feld.
  • Die Linearmultiplikationseinheit 6 bildet einen pn-Übergang mit dem gestapelten Materialteil 33 vom n-Typ und dem gestapelten Materialteil 34 vom p-Typ und bildet ein Linearmultiplikationsgebiet auf einer Schnittstelle des pn-Übergangs. In dem Linearmultiplikationsgebiet wird das durch ein Photon erzeugte Elektron der Linearmultiplikation durch eine etwas höhere negative Spannung nahe einer an den gestapelten Materialteil 33 vom n-Typ angelegten Durchbruchspannung unterzogen.
  • <Funktion und Wirkung durch siebte Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der siebten Ausführungsform eine höhere PDE durch Verwenden einer zweistufigen Multiplikationsstruktur erreicht werden, bei der die Linearmultiplikation durch die Linearmultiplikationseinheit 6 durchgeführt wird, ohne von der Geiger-Multiplikation nur durch die Geiger-Multiplikationseinheit 4 abhängig zu sein.
  • <Variation der siebten Ausführungsform>
  • 18 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1E bei einer Variation der siebten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 18 wird der gleiche Teil wie der in 17 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 18 dargestellt ist, ist bei der Variation der siebten Ausführungsform eine Übergangsschicht 20 zwischen einem Substrat 10 und einem gestapelten Materialteil 33 vom n-Typ angeordnet.
  • <Funktion und Wirkung durch eine Variation der siebten Ausführungsform>
  • Selbst bei der Variation der siebten Ausführungsform können eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen siebten Ausführungsform erhalten werden, und das Substrat 10 und der gestapelte Materialteil 33 vom n-Typ können auch durch Verwendung eines Halbleitermaterials ohne Gitteranpassung gestapelt werden.
  • <Achte Ausführungsform>
  • 19 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1G bei einer achten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 19 wird der gleiche Teil wie der in 5 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 19 dargestellt ist, sind bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1G bei der achten Ausführungsform eine Substrat 10, ein gestapelter Materialteil 70, ein p-Wannengebiet 61 und ein Zwischenschichtfilm 62 in dieser Reihenfolge gestapelt. In dem gestapelten Materialteil 70 wird ein Halbleitermaterial durch einen Nanokristallfilm, der an das Substrat 10 gitterangepasst ist, verwendet. Zum Beispiel werden als das in dem gestapelten Materialteil 70 enthaltene Halbleitermaterial Palladium-Schwefel (PdS), CsPbI3, CuGaSe2, CuInSe2 und dergleichen bezüglich Silicium verwendet. Dies ist bei Galliumarsenid (GaAs) und Indiumphosphid (InP) ähnlich.
  • Eine Pixelisolationseinheit 60B bei der achten Ausführungsform ist nur auf der Seite des Substrats 10 mit einem Graben TrB (nachfolgend als ein Vorderflächengraben TrB bezeichnet) versehen. Der Vorderflächengraben TrB wird durch Einklemmen eines Metallfilms 65 von beiden Seiten durch Isolierfilme 64 in einer orthogonal zu einer Dickenrichtung des Substrats 10 (z-Richtung) verlaufenden Richtung erhalten. Dann erstreckt sich der Vorderflächengraben TrB von einer vorderen Fläche des Substrats 10 zu einer hinteren Fläche des Substrats 10.
  • <Funktion und Wirkung durch achte Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der achten Ausführungsform durch Verwendung des Nanokristalls in dem gestapelten Materialteil 70 eine Absorptionseffizienz erhalten werden, die nicht geringer als die eines normalen Kristalls ist. Des Weiteren kann die Festkörperbildgebungsvorrichtung 1G durch Verarbeitung nur des Substrats 10 zum Bilden der Pixelisolationseinheit 60B leicht hergestellt werden.
  • <Erste Variation der achten Ausführungsform>
  • 20 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1G bei einer ersten Variation der achten Ausführungsform der vorliegenden Technologie zeigt. In 20 wird der gleiche Teil wie der in 19 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 20 dargestellt ist, ist eine Pixelisolationseinheit 60B bei der ersten Variation der achten Ausführungsform mit einem vollständigen Graben TrA versehen. Der vollständige Graben TrA wird durch Einklemmen eines Metallfilms 63 von beiden Seiten durch Isolierfilme 64 in einer orthogonal zu einer Dickenrichtung eines Substrats 10 (z-Richtung) verlaufenden Richtung erhalten. Dann erstreckt sich der vollständige Graben TrA von einer vorderen Fläche des Substrats 10 zu einer hinteren Fläche eines gestapelten Materialteils 70.
  • <Funktion und Wirkung durch erste Variation der achten Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der ersten Variation der achten Ausführungsform ein Lichtaustritt zu einem benachbarten Pixel P verhindert werden.
  • <Zweite Variation der achten Ausführungsform>
  • 21 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1G bei einer zweiten Variation der achten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 21 wird der gleiche Teil wie der in 19 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 21 dargestellt ist, ist bei der zweiten Variation eine Pixelisolationseinheit 60F nicht mit einem vollständigen Graben TrA versehen.
  • Gemäß solch einer zweiten Variation der achten Ausführungsform können auch eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen achten Ausführungsform erhalten werden.
  • <Neunte Ausführungsform>
  • 22 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1H bei einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 22 wird der gleiche Teil wie der in 19 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 22 dargestellt ist, ist bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1H bei der neunten Ausführungsform eine als Anode dienende transparente Elektrode 44 zwischen einem gestapelten Materialteil 70 und einer On-Chip-Linse 50 vorgesehen.
  • Der gestapelte Materialteil 70 ist mit der transparenten Elektrode 44 elektrisch verbunden und ermöglicht eine Vorspannungseinstellung. Dadurch wird es möglich, ein elektrisches Transferfeld auf einer hinteren Fläche High zu machen.
  • In dem Pixel P kann daher der Kathode 42 von einer Logikschaltung (nicht dargestellt) eine negative Spannung, die höher als die an das zweite Elektrodengebiet 12 vom n-Typ angelegte Durchbruchspannung ist, zugeführt werden. Des Weiteren kann in dem Pixel P die Vorspannungseinstellung an dem gestapelten Materialteil 70 über die transparente Elektrode 44 ermöglicht werden.
  • <Funktion und Wirkung durch neunte Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der neunten Ausführungsform eine Anode auf einer vorderen Fläche unnötig, indem die transparente Elektrode 44 bereitgestellt wird, so dass ein Multiplikationsgebiet vergrößert werden kann und die Multiplikationswahrscheinlichkeit verbessert werden kann. Des Weiteren kann eine weitere Verbesserung der Jittercharakteristik erwartet werden, indem das elektrische Transferfeld auf der hinteren Fläche high gemacht wird.
  • <Erste Variation der neunten Ausführungsform>
  • 23 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1H bei einer ersten Variation der neunten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 23 wird der gleiche Teil wie der in 22 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 23 dargestellt ist, ist eine Pixelisolationseinheit 60B bei der ersten Variation der neunten Ausführungsform mit einem vollständigen Graben TrA versehen. Der vollständige Graben TrA wird durch Einklemmen eines Metallfilms 63 von beiden Seiten durch Isolierfilme 64 in einer orthogonal zu einer Dickenrichtung eines Substrats 10 (z-Richtung) verlaufenden Richtung erhalten. Dann erstreckt sich der vollständige Graben TrA von einer vorderen Fläche des Substrats 10 zu einer hinteren Fläche eines gestapelten Materialteils 70.
  • <Funktion und Wirkung durch erste Variation der neunten Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der ersten Variation der neunten Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen neunten Ausführungsform erhalten werden.
  • <Zweite Variation der neunten Ausführungsform
  • 24 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1H bei einer zweiten Variation der neunten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 24 wird der gleiche Teil wie der in 22 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 24 dargestellt ist, ist eine Pixelisolationseinheit 60F bei der zweiten Variation nicht mit einem vollständigen Graben TrA versehen.
  • Gemäß solch einer zweiten Variation der neunten Ausführungsform können auch eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen neunten Ausführungsform erhalten werden.
  • <Zehnte Ausführungsform>
  • 25 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1I bei einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 25 wird der gleiche Teil wie der in 22 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 25 dargestellt ist, sind bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1I bei der zehnten Ausführungsform ein Substrat 10, ein gestapelter Materialteil 71 vom n-Typ, ein gestapelter Materialteil 72 vom p-Typ und eine transparente Elektrode 44 in dieser Reihenfolge gestapelt.
  • Ein SPAD-Element 5 ist für jedes Pixel P gebildet. Das SPAD-Element 5 beinhaltet eine Linearmultiplikationseinheit 6, die in dem gestapelten Materialteil 71 vom n-Typ und dem gestapelten Materialteil 72 vom p-Typ vorgesehen ist, und eine Geiger-Multiplikationseinheit 4, die in dem Substrat 10 vorgesehen ist. Die Linearmultiplikationseinheit 6 absorbiert von einer On-Chip-Linse 50 über die transparente Elektrode 44 einfallendes Licht, um ein Elektron (Träger) zu erzeugen, und führt Linearmultiplikation an dem Elektron durch. Dann überträgt die Lichtabsorptionseinheit 6 die Elektronen, die der Linearmultiplikation unterzogen werden, zu der Geiger-Multiplikationseinheit 4 durch ein elektrisches Feld.
  • Die Linearmultiplikationseinheit 6 bildet einen pn-Übergang mit dem gestapelten Materialteil 71 vom n-Typ und dem gestapelten Materialteil 72 vom p-Typ und bildet ein Linearmultiplikationsgebiet an einer Schnittstelle des pn-Übergangs. In dem Linearmultiplikationsgebiet wird das durch ein Photon erzeugte Elektron der Linearmultiplikation durch eine etwas höhere negative Spannung nahe einer an den gestapelten Materialteil 71 vom n-Typ angelegten Durchbruchspannung unterzogen.
  • <Funktion und Wirkung durch zehnte Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der zehnten Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene bei der oben beschriebenen neunten Ausführungsform erhalten werden, und durch Verwendung einer zweistufigen Multiplikationsstruktur, bei der die Linearmultiplikation durch die Linearmultiplikationseinheit 6 durchgeführt wird, ohne von der Geiger-Multiplikation nur durch die Geiger-Multiplikationseinheit 4 abhängig zu sein, kann eine höhere PDE erreicht werden.
  • <Erste Variation der zehnten Ausführungsform>
  • 26 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1I bei einer ersten Variation der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 26 wird der gleiche Teil wie der in 25 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 26 dargestellt ist, ist eine Pixelisolationseinheit 60B bei der ersten Variation der zehnten Ausführungsform mit einem vollständigen Graben TrA versehen. Der vollständige Graben TrA wird durch Einklemmen eines Metallfilms 63 von beiden Seiten durch Isolierfilme 64 in einer orthogonal zu einer Dickenrichtung eines Substrats 10 (z-Richtung) verlaufenden Richtung erhalten. Dann erstreckt sich der vollständige Graben TrA von einer vorderen Fläche des Substrats 10 zu einer hinteren Fläche des gestapelten Materialteils 30.
  • <Funktion und Wirkung durch erste Variation der zehnten Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der ersten Variation der zehnten Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen zehnten Ausführungsform erhalten werden.
  • <Zweite Variation der zehnten Ausführungsform>
  • 27 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1I bei einer zweiten Variation der zehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 27 wird der gleiche Teil wie der in 25 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 27 dargestellt ist, ist eine Pixelisolationseinheit 60F bei der zweiten Variation nicht mit einem vollständigen Graben TrA versehen.
  • Gemäß solch einer zweiten Variation der zehnten Ausführungsform können auch eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen zehnten Ausführungsform erhalten werden.
  • <Elfte Ausführungsform>
  • Bei einer elften Ausführungsform der vorliegenden Technologie wird ein Kupfer(Cu)-Kupfer(Cu)-Übergang einer für jedes Pixel gebildeten Ausleseschaltung nicht erforderlich, und Herstellungskosten sind reduziert.
  • 28 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1J bei einer elften Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 28 wird der gleiche Teil wie der in 25 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 28 dargestellt ist, sind bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1J bei der elften Ausführungsform eine Substrat 81 vom p-Typ, ein Substrat 82 vom n-Typ, ein gestapelter Materialteil 71 vom n-Typ, ein gestapelter Materialteil 72 vom p-Typ und eine transparente Elektrode 44 in dieser Reihenfolge gestapelt.
  • Das Substrat 81 vom p-Typ und das Substrat 82 vom n-Typ sind mit einer elektronischen Ausleseschaltung ausgestattet. Ein Elektrodengebiet 811 vom n-Typ, ein n-Wannengebiet 812 und ein Elektrodengebiet 813 vom p-Typ sind in dem Substrat 81 vom p-Typ gebildet. Ein Kontaktgebiet 821 vom n-Typ ist in dem Substrat 82 vom n-Typ gebildet.
  • Das Kontaktgebiet 821 vom n-Typ ist mit dem gestapelten Materialteil 71 vom n-Typ elektrisch verbunden und dient als Kathode. Des Weiteren ist das Kontaktgebiet 821 vom n-Typ mit dem Elektrodengebiet 811 vom n-Typ elektrisch verbunden. Das Elektrodengebiet 811 vom n-Typ ist mit einer Logikschaltung (nicht dargestellt) verbunden.
  • Daher kann in einem Pixel P dem Kontaktgebiet 821 vom n-Typ als die Kathode von der Logikschaltung (nicht dargestellt) eine negative Spannung zugeführt werden, die höher als eine an den gestapelten Materialteil 71 vom n-Typ angelegte Durchbruchspannung ist. Des Weiteren kann in dem Pixel P eine Vorspannungseinstellung an dem gestapelten Materialteil 72 vom p-Typ über die transparente Elektrode 44 ermöglicht werden.
  • Bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1J mit der oben beschriebenen Konfiguration wird das Licht angelegt, das angelegte Licht wird durch die On-Chip-Linse 50 übertragen, und das übertragene Licht wird durch den gestapelten Materialteil 71 vom n-Typ und dem gestapelten Materialteil 72 vom p-Typ fotoelektrisch umgewandelt, so dass ein Elektron erzeugt und vervielfacht wird. Dann werden die vervielfachten Elektronen aus dem als Kathode dienenden Kontaktgebiet 821 vom n-Typ ausgelesen und durch eine in 1 dargestellte Vertikal-Signalleitung 153 über das Elektrodengebiet 811 vom n-Typ des Substrats 81 vom p-Typ als ein Pixelsignal ausgegeben.
  • <Funktion und Wirkung durch elfte Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der elften Ausführungsform durch Bilden der elektronischen Ausleseschaltung in dem Substrat 81 vom p-Typ und dem Substrat 82 vom n-Typ Kosten einer Kupfer(Cu)-Kupfer(Cu)-Verbindung reduziert werden.
  • <Variation der elften Ausführungsform>
  • 29 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1J bei einer Variation der elften Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 29 wird der gleiche Teil wie der in 28 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 29 dargestellt ist, ist bei der Variation der elften Ausführungsform ein Hinterflächengraben TrC in einem gestapelten Materialteil 71 vom n-Typ und einem gestapelten Materialteil 72 vom p-Typ vorgesehen. Der Hinterflächengraben TrC wird durch Einklemmen eines Metallfilms 66 von beiden Seiten durch Isolierfilme 64 erhalten.
  • <Funktion und Wirkung durch eine Variation der elften Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der Variation der elften Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen elften Ausführungsform erhalten werden.
  • <Zwölfte Ausführungsform]
  • 30 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1K bei einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 30 wird der gleiche Teil wie der in 28 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 30 dargestellt ist, sind bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1K bei der zwölften Ausführungsform ein Substrat 81 vom p-Typ, ein Substrat 82 vom n-Typ, ein gestapelter Materialteil 72 vom p-Typ, ein gestapelter Materialteil 71 vom n-Typ und eine als Kathode dienende transparente Elektrode 45 in dieser Reihenfolge gestapelt.
  • Das Substrat 81 vom p-Typ und das Substrat 82 vom n-Typ sind mit einer Lochausleseschaltung ausgestattet. Ein Kontaktgebiet 822 vom p-Typ ist in dem Substrat 82 vom n-Typ gebildet.
  • Das Kontaktgebiet 822 vom p-Typ ist mit dem gestapelten Materialteil 72 vom p-Typ elektrisch verbunden und dient als Anode. Des Weiteren ist das Kontaktgebiet 822 vom p-Typ mit einem in einem n-Wannengebiet 812 gebildeten Elektrodengebiet 813 vom p-Typ elektrisch verbunden. Das Elektrodengebiet 813 vom p-Typ ist mit einer Logikschaltung (nicht dargestellt) verbunden.
  • Daher kann in einem Pixel P dem als Anode dienenden Kontaktgebiet 822 vom p-Typ von der Logikschaltung (nicht dargestellt) eine negative Spannung zugeführt werden, die höher als eine an den gestapelten Materialteil 72 vom p-Typ angelegte Durchbruchspannung ist. Des Weiteren kann in dem Pixel P eine Vorspannungseinstellung an dem gestapelten Materialteil 72 vom n-Typ über die transparente Elektrode 45 ermöglicht werden.
  • Bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1K mit der oben beschriebenen Konfiguration wird das Licht angelegt, das angelegte Licht wird durch die On-Chip-Linse 50 übertragen, und das übertragene Licht wird durch den gestapelten Materialteil 71 vom n-Typ und dem gestapelten Materialteil 72 vom p-Typ fotoelektrisch umgewandelt, so dass ein Elektron erzeugt und vervielfacht wird. Dann werden die vervielfachten Löcher aus dem als Anode dienenden Kontaktgebiet 822 vom p-Typ ausgelesen und durch eine in 1 dargestellte Vertikal-Signalleitung 153 über das Elektrodengebiet 813 vom p-Typ des Substrats 81 vom p-Typ als ein Pixelsignal ausgegeben.
  • <Funktion und Wirkung durch zwölfte Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der zwölften Ausführungsform durch Bilden der Lochausleseschaltung in dem Substrat 81 vom p-Typ und dem Substrat 82 vom n-Typ Kosten einer Kupfer(Cu)-Kupfer(Cu-)Verbindung reduziert werden.
  • <Variation der zwölften Ausführungsform>
  • 31 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1K bei einer Variation der zwölften Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 31 wird der gleiche Teil wie der in 30 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 31 dargestellt ist, ist bei der Variation der zwölften Ausführungsform ein Hinterflächengraben TrC in einem gestapelten Materialteil 71 vom n-Typ und einem gestapelten Materialteil 72 vom p-Typ vorgesehen. Der Hinterflächengraben TrC wird durch Einklemmen eines Metallfilms 66 von beiden Seiten durch Isolierfilme 64 erhalten.
  • <Funktion und Wirkung durch eine Variation der zwölften Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der Variation der zwölften Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen elften Ausführungsform erhalten werden.
  • <Dreizehnte Ausführungsform>
  • 32 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1L bei einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 32 wird der gleiche Teil wie der in 28 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 32 dargestellt ist, sind bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1L bei der dreizehnten Ausführungsform ein Substrat 81 vom p-Typ, ein Substrat 82 vom n-Typ, ein gestapelter Materialteil 91 vom n-Typ, ein gestapelter Materialteil 92 vom p-Typ und eine transparente Elektrode 44 in dieser Reihenfolge gestapelt.
  • Bei dem gestapelten Materialteil 91 vom n-Typ und dem gestapelten Materialteil 92 vom p-Typ wird ein Halbleitermaterial durch einen organischen Film verwendet, der an ein Substrat 10 gitterangepasst ist. Zum Beispiel werden F6-OC6F5 und dergleichen für Silicium in dem in dem gestapelten Materialteil 91 vom n-Typ und dem gestapelten Materialteil 92 vom p-Typ enthaltenen Halbleitermaterial verwendet.
  • Das Substrat 81 vom p-Typ und das Substrat 82 vom n-Typ sind mit einer elektronischen Ausleseschaltung ausgestattet. Ein Elektrodengebiet 811 vom n-Typ, ein n-Wannengebiet 812 und ein Elektrodengebiet 813 vom p-Typ sind in dem Substrat 81 vom p-Typ gebildet. Ein Kontaktgebiet 821 vom n-Typ ist in dem Substrat 82 vom n-Typ gebildet.
  • Das Kontaktgebiet 821 vom n-Typ ist mit dem gestapelten Materialteil 91 vom n-Typ elektrisch verbunden und dient als Kathode. Des Weiteren ist das Kontaktgebiet 821 vom n-Typ mit dem Elektrodengebiet 811 vom n-Typ elektrisch verbunden. Das Elektrodengebiet 811 vom n-Typ ist mit einer Logikschaltung (nicht dargestellt) verbunden.
  • Daher kann in einem Pixel P dem als Kathode dienenden Kontaktgebiet 821 vom n-Typ von der Logikschaltung (nicht dargestellt) eine negative Spannung zugeführt werden, die höher als eine an den gestapelten Materialteil 91 vom n-Typ angelegte Durchbruchspannung ist. Des Weiteren kann in dem Pixel P eine Vorspannungseinstellung an dem gestapelten Materialteil 92 vom p-Typ über die transparente Elektrode 44 ermöglicht werden.
  • Bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1L mit der oben beschriebenen Konfiguration wird das Licht angelegt, das angelegte Licht wird durch die On-Chip-Linse 50 übertragen, und das übertragene Licht wird durch den gestapelten Materialteil 91 vom n-Typ und dem gestapelten Materialteil 92 vom p-Typ fotoelektrisch umgewandelt, so dass ein Elektron erzeugt und vervielfacht wird. Dann werden die vervielfachten Elektronen aus dem als Kathode dienenden Kontaktgebiet 821 vom n-Typ ausgelesen und durch eine in 1 dargestellte Vertikal-Signalleitung 153 über das Elektrodengebiet 811 vom n-Typ des Substrats 81 vom p-Typ als ein Pixelsignal ausgegeben.
  • <Funktion und Wirkung durch dreizehnte Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der dreizehnten Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen elften Ausführungsform erhalten werden.
  • <Variation der dreizehnten Ausführungsform>
  • 33 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1L bei einer Variation der dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 33 wird der gleiche Teil wie der in 32 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 33 dargestellt ist, ist bei der Variation der dreizehnten Ausführungsform ein Hinterflächengraben TrC in einem gestapelten Materialteil 91 vom n-Typ und einem gestapelten Materialteil 92 vom p-Typ vorgesehen. Der Hinterflächengraben TrC wird durch Einklemmen eines Metallfilms 66 von beiden Seiten durch Isolierfilme 64 erhalten.
  • <Funktion und Wirkung durch Variation der dreizehnten Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der dreizehnten Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen dreizehnten Ausführungsform erhalten werden.
  • <Vierzehnte Ausführungsform>
  • 34 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1M bei einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 34 wird der gleiche Teil wie der in 32 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 34 dargestellt ist, sind bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1M bei der vierzehnten Ausführungsform ein Substrat 81 vom p-Typ, ein Substrat 82 vom n-Typ, ein gestapelter Materialteil 92 vom p-Typ, ein gestapelter Materialteil 91 vom n-Typ und eine als Kathode dienende transparente Elektrode 45 in dieser Reihenfolge gestapelt.
  • Das Substrat 81 vom p-Typ und das Substrat 82 vom n-Typ sind mit einer Lochausleseschaltung ausgestattet. Ein Kontaktgebiet 822 vom p-Typ ist in dem Substrat 82 vom n-Typ gebildet.
  • Das Kontaktgebiet 822 vom p-Typ ist mit dem gestapelten Materialteil 92 vom p-Typ elektrisch verbunden und dient als Anode. Des Weiteren ist das Kontaktgebiet 822 vom p-Typ mit einem in einem n-Wannengebiet 812 gebildeten Elektrodengebiet 813 vom p-Typ elektrisch verbunden. Das Elektrodengebiet 813 vom p-Typ ist mit einer Logikschaltung (nicht dargestellt) verbunden.
  • Daher kann in einem Pixel P dem als Anode dienenden Kontaktgebiet 822 vom p-Typ von der Logikschaltung (nicht dargestellt) eine negative Spannung zugeführt werden, die höher als eine an den gestapelten Materialteil 92 vom p-Typ angelegte Durchbruchspannung ist. Des Weiteren kann in dem Pixel P eine Vorspannungseinstellung an dem gestapelten Materialteil 92 vom n-Typ über die transparente Elektrode 45 ermöglicht werden.
  • Bei der Festkörperbildgebungsvorrichtung 1M mit der oben beschriebenen Konfiguration wird das Licht angelegt, das angelegte Licht wird durch die On-Chip-Linse 50 übertragen, und das übertragene Licht wird durch den gestapelten Materialteil 91 vom n-Typ und den gestapelten Materialteil 92 vom p-Typ fotoelektrisch umgewandelt, so dass ein Loch erzeugt und vervielfacht wird. Dann werden die vervielfachten Löcher aus dem als Anode dienenden Kontaktgebiet 822 vom p-Typ ausgelesen und durch eine in 1 dargestellte Vertikal-Signalleitung 153 über das Elektrodengebiet 813 vom p-Typ des Substrats 81 vom p-Typ als ein Pixelsignal ausgegeben.
  • <Funktion und Wirkung durch vierzehnte Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der vierzehnten Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen zwölften Ausführungsform erhalten werden.
  • <Variation der vierzehnten Ausführungsform>
  • 35 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Festkörperbildgebungsvorrichtung 1M bei einer Variation der vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Technologie darstellt. In 35 wird der gleiche Teil wie der in 34 oben beschriebene durch das gleiche Bezugszeichen bezeichnet, und eine detaillierte Beschreibung davon wird weggelassen.
  • Wie in 35 dargestellt ist, ist bei der Variation der vierzehnten Ausführungsform ein Hinterflächengraben in einem gestapelten Materialteil 91 vom n-Typ und einem gestapelten Materialteil 92 vom p-Typ vorgesehen. Der Hinterflächengraben wird durch Einklemmen eines Metallfilms 66 von beiden Seiten durch Isolierfilme 64 erhalten.
  • <Funktion und Wirkung durch Variation der vierzehnten Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, können gemäß der Variation der vierzehnten Ausführungsform eine ähnliche Funktion und Wirkung wie jene der oben beschriebenen vierzehnten Ausführungsform erhalten werden.
  • <Andere Ausführungsform>
  • Wie oben beschrieben wurde, wird die vorliegende Technologie gemäß der ersten bis vierzehnten Ausführungsform und Variationen davon beschrieben, aber es sollte auf der Hand liegen, dass die Beschreibung und die Zeichnungen, die einen Teil der vorliegenden Offenbarung bilden, die vorliegende Technologie nicht einschränken. Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass verschiedene alternative Ausführungsformen, Beispiele und Betriebstechniken in der vorliegenden Technologie enthalten sein könnten, indem das Wesen des bei der oben beschriebenen ersten bis vierzehnten Ausführungsform offenbarten technischen Inhalts verstanden wird. Des Weiteren können die bei der ersten bis vierzehnten Ausführungsform und den Variationen davon offenbarten Konfigurationen innerhalb eines Bereichs, in dem kein Widerspruch auftritt, angemessen kombiniert werden. Zum Beispiel können die durch mehrere verschiedene Ausführungsformen offenbarten Konfigurationen kombiniert werden, oder die durch mehrere verschiedene Variationen der gleichen Ausführungsform offenbarten Konfigurationen können kombiniert werden.
  • <Konfigurationsbeispiel für Lichtempfangselement>
  • Das Pixel P gemäß der oben beschriebenen ersten bis vierzehnten Ausführungsform kann auf ein Pixel für ein Lichtempfangselement, das in 36 dargestellt ist, angewandt werden.
  • 36 ist ein Blockdiagramm des Lichtempfangselements, das das oben beschriebene Pixel P beinhaltet.
  • Ein Lichtempfangselement 5010 in 36 ist mit einer Pixelansteuerungseinheit 5110, einem Pixel-Array 5120, einem Multiplexer (MUX) 5130, einer Zeitmesseinheit 5140 und einer Eingangs-/Ausgangseinheit 5150 versehen.
  • Das Pixel-Array 5120 weist eine Konfiguration auf, bei der Pixel 5210, die den Einfall eines Photons detektieren und ein Detektionssignal PFout, das ein Detektionsergebnis anzeigt, als ein Pixelsignal ausgeben, in einer Matrix in einer Zeilenrichtung und einer Spaltenrichtung zweidimensional angeordnet sind. Hier bezieht sich die Zeilenrichtung auf eine Anordnungsrichtung der Pixel 5210 einer Pixelzeile, das heißt einer Horizontalrichtung, und die Spaltenrichtung bezieht sich auf eine Anordnungsrichtung der Pixel 5210 einer Pixelspalte, das heißt einer Vertikalrichtung. In 36 ist das Pixel-Array 5120 aufgrund einer Papierflächenbeschränkung in einer Pixelanordnungskonfiguration von 10 Zeilen und 12 Spalten dargestellt, aber die Anzahl von Zeilen und die Anzahl von Spalten des Pixel-Arrays 5120 sind nicht darauf beschränkt und können eine beliebige Anzahl sein.
  • Die Pixelansteuerungsleitung 5220 ist in der Horizontalrichtung für jede Pixelzeile bezüglich einer matrixförmigen Pixelanordnung des Pixel-Arrays 5120 verdrahtet. Die Pixelansteuerungsleitung 5220 überträgt ein Ansteuerungssignal zum Ansteuern des Pixels 5210. Die Pixelansteuerungseinheit 5110 steuert jedes Pixel 5210 durch Zuführung eines vorbestimmten Ansteuerungssignals zu jedem Pixel 5210 über die Pixelansteuerungsleitung 5220 an. Insbesondere führt die Pixelansteuerungseinheit 5110 eine solche Steuerung durch, dass zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, der einem über die Eingangs-/Ausgangseinheit 5150 zugeführten Lichtemissionszeitsteuersignal entspricht, einige Pixel 5210 aus den mehreren Pixeln 5210, die in einer Matrixform zweidimensional angeordnet sind, als aktive Pixel gesetzt werden und die verbleibenden Pixel 5210 als inaktive Pixel gesetzt werden. Das aktive Pixel ist ein Pixel, das den Einfall eines Photons detektiert, und das inaktive Pixel ist ein Pixel, das den Einfall eines Photons nicht detektiert. Als die Konfiguration des Pixels 5210 kann eine beliebige der oben beschriebenen ersten bis vierzehnten Ausführungsform des Pixels P verwendet werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass in 36 die Pixelansteuerungseinheit 5220 als eine Verdrahtung dargestellt ist, aber sie kann auch mehrere Verdrahtungsteile beinhalten. Ein Ende der Pixelansteuerungsleitung 5220 ist mit einem Ausgangsende entsprechend jeder Pixelzeile der Pixelansteuerungseinheit 5110 verbunden.
  • Der MUX 5130 wählt eine Ausgabe von dem aktiven Pixel gemäß dem Schalten zwischen dem aktiven Pixel und dem inaktiven Pixel in dem Pixel-Array 5120 aus. Dann gibt der MUX 5130 die Pixelsignaleingabe von dem ausgewählten aktiven Pixel an die Zeitmesseinheit 5140 aus.
  • Basierend auf dem Pixelsignal des von dem MUX 5130 zugeführten aktiven Pixels und dem Lichtemissionszeitsteuersignal, das einen Lichtemissionszeitpunkt einer Lichtemissionsquelle (einer Lichtquelle 6320 in 37) angibt, erzeugt die Zeitmesseinheit 5140 einen Zählwert, der einem Zeitpunkt entspricht, von dem an die Lichtemissionsquelle Licht emittiert, bis das aktive Pixel das Licht empfängt. Das Lichtemissionszeitsteuersignal wird von außerhalb (einer Steuerung 6420 einer Bildgebungsvorrichtung 6220 am 37) über die Eingangs-/Ausgangseinheit 5150 zugeführt.
  • Die Eingangs-/Ausgangseinheit 5150 gibt den Zählwert des von der Zeitmesseinheit 5140 zugeführten aktiven Pixels nach außen (einer Signalverarbeitungsschaltung 6530 in 37) als das Pixelsignal aus. Des Weiteren führt die Eingangs-/Ausgangseinheit 5150 das von außen zugeführte Lichtemissionszeitsteuersignal der Pixelansteuerungseinheit 5110 und der Zeitmesseinheit 5140 zu.
  • <Konfigurationsbeispiel für Entfernungsmesssystem>
  • 37 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausführungsform eines Entfernungsmesssystems, in dem das in 36 dargestellte Lichtempfangselement 5010 enthalten ist, darstellt.
  • Das Entfernungsmesssystem 6110 ist zum Beispiel ein System, das ein Abstandsbild unter Verwendung eines ToF-Verfahrens abbildet. Hier ist das Abstandsbild ein Bild, das ein Abstandspixelsignal basierend auf einem detektierten Abstand beinhaltet, wobei der Abstand in einer Tiefenrichtung von dem Entfernungsmesssystem 6110 bis zu dem für jedes Pixel detektierten Objekt verläuft.
  • Das Entfernungsmesssystem 6110 ist mit einer Beleuchtungsvorrichtung 6210 und einer Bildgebungsvorrichtung 6220 versehen.
  • Die Beleuchtungsvorrichtung 6210 ist mit einer Beleuchtungssteuerung 6310 und einer Lichtquelle 6320 versehen.
  • Die Beleuchtungssteuerung 6310 steuert ein Muster, in dem die Lichtquelle 6320 Licht unter der Steuerung der Steuerung 6420 der Bildgebungsvorrichtung 6220 anlegt. Insbesondere steuert die Beleuchtungssteuerung 6310 das Muster, in dem die Lichtquelle 6320 Licht gemäß einem Bestrahlungscode anlegt, der in einem von der Steuerung 6420 zugeführten Bestrahlungssignal enthalten ist. Zum Beispiel weist der Bestrahlungscode zwei Werte von 1 (High) und 0 (Low) auf, und die Beleuchtungssteuerung 6310 schaltet die Lichtquelle 6320 ein, wenn der Wert des Bestrahlungscodes 1 beträgt, und schaltet die Lichtquelle 6320 aus, wenn der Wert des Bestrahlungscodes 0 beträgt.
  • Die Lichtquelle 6320 emittiert Licht in einem vorbestimmten Wellenlängenbereich unter der Steuerung der Beleuchtungssteuerung 6310. Die Lichtquelle 6320 beinhaltet zum Beispiel eine Infrarotlaserdiode. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Art der Lichtquelle 6320 und ein Wellenlängenbereich von Bestrahlungslicht gemäß einer Anwendung des Entfernungsmesssystems 6110 und dergleichen optional eingestellt werden kann.
  • Die Bildgebungsvorrichtung 6220 ist eine Vorrichtung, die reflektiertes Licht empfängt, wobei das von der Beleuchtungsvorrichtung 6210 angelegte Licht (Bestrahlungslicht) von einem Objekt 6120, einem Objekt 6130 und dergleichen reflektiert wird. Die Bildgebungsvorrichtung 6220 ist mit einer Bildgebungseinheit 6410, einer Steuerung 6420, einer Anzeigeeinheit 6430 und einer Speichereinheit 6440 versehen.
  • Die Bildgebungseinheit 6410 ist mit einer Linse 6510, einem Lichtempfangselement 6520 und einer Signalverarbeitungsschaltung 6530 versehen.
  • Die Linse 6510 bildet ein Bild von einfallendem Licht auf einer Lichtempfangsfläche des Lichtempfangselements 6520. Es sei darauf hingewiesen, dass die Linse 6510 optional konfiguriert sein kann, und zum Beispiel kann die Linse 6510 durch mehrere Linsengruppen konfiguriert sein.
  • Das Lichtempfangselement 6520 beinhaltet zum Beispiel einen Sensor, der eine SPAD für jedes Pixel verwendet. Unter der Steuerung der Steuerung 6420 empfängt das Lichtempfangselement 6520 reflektiertes Licht von dem Objekt 6120, dem Objekt 6130 und dergleichen und führt der Signalverarbeitungsschaltung 6530 infolgedessen ein erhaltenes Pixelsignal zu. Das Pixelsignal gibt einen digitalen Zählwert an, der durch Zählen von Zeit von dem Zeitpunkt, zu dem die Beleuchtungsvorrichtung 6210 das Bestrahlungslicht anlegt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem das Lichtempfangselement 6520 das Licht empfängt, erhalten wird. Das Lichtemissionszeitsteuersignal, das einen Zeitpunkt angibt, zu dem die Lichtquelle 6320 Licht emittiert, wird dem Lichtempfangselement 6520 auch von der Steuerung 6420 zugeführt. Als eine Konfiguration des Lichtempfangselements 6520 wird das Lichtempfangselement 5010 in 36, das mit dem oben beschriebenen Pixel P versehen ist, verwendet.
  • Die Signalverarbeitungsschaltung 6530 verarbeitet das von dem Lichtempfangselement 6520 zugeführte Pixelsignal unter der Steuerung der Steuerung 6420. Zum Beispiel detektiert die Signalverarbeitungsschaltung 6530 den Abstand zu dem Objekt für jedes Pixel basierend auf dem von dem Lichtempfangselement 6520 zugeführten Pixelsignal und erzeugt ein Abstandsbild, das den Abstand zu dem Objekt für jedes Pixel angibt. Insbesondere erhält die Signalverarbeitungsschaltung 6530 die Zeit (Zählwert) von dem Zeitpunkt, zu dem die Lichtquelle 6320 Licht emittiert, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem jedes Pixel des Lichtempfangselements 6520 das Licht empfängt, mehrmals (zum Beispiel tausende bis zehntautausende Male) für jedes Pixel. Die Signalverarbeitungsschaltung 6530 erzeugt ein der erhaltenen Zeit entsprechendes Histogramm. Dann bestimmt die Signalverarbeitungsschaltung 6530 durch Detektieren einer Spitze des Histogramms die Zeit, bis das von der Lichtquelle 6320 angelegte Licht durch das Objekt 6120 oder das Objekt 6130 zurück reflektiert wird. Des Weiteren führt die Signalverarbeitungsschaltung 6530 eine arithmetische Operation durch, um den Abstand zu dem Objekt basierend auf der bestimmten Zeit und der Lichtgeschwindigkeit zu erhalten. Die Signalverarbeitungsschaltung 6530 führt der Steuerung 6420 das erzeugte Abstandsbild zu.
  • Die Steuerung 6420 beinhaltet zum Beispiel eine Steuerschaltung, wie zum Beispiel ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder einen digitalen Signalprozessor (DSP), einen Prozessor und dergleichen. Die Steuerung 6420 steuert die Beleuchtungssteuerung 6310 und das Lichtempfangselement 6520. Insbesondere führt die Steuerung 6420 der Beleuchtungssteuerung 6310 das Bestrahlungssignal zu und führt dem Lichtempfangselement 6520 das Lichtemissionszeitsteuersignal zu. Die Lichtquelle 6320 emittiert das Bestrahlungslicht gemäß dem Bestrahlungssignal. Das Lichtemissionszeitsteuersignal kann das der Beleuchtungssteuerung 6310 zugeführte Bestrahlungssignal sein. Des Weiteren führt die Steuerung 6420 der Anzeigeeinheit 6430 das von der Bildgebungseinheit 6410 erhaltene Abstandsbild zu und gestattet der Anzeigeeinheit 6430, dieses anzuzeigen. Des Weiteren speichert die Steuerung 6420 das von der Bildgebungseinheit 6410 erhaltene Abstandsbild in der Speichereinheit 6440.
  • Des Weiteren gibt die Steuerung 6420 das von der Bildgebungseinheit 6410 erhaltene Abstandsbild nach außen ab.
  • Die Anzeigeeinheit 6430 beinhaltet zum Beispiel eine Anzeigetafelvorrichtung wie beispielsweise eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung oder eine organische elektrolumineszente (EL-)Anzeigevorrichtung.
  • Die Speichereinheit 6440 kann ein(e) beliebige(s) Speichervorrichtung, Speichermedium und dergleichen beinhalten und speichert das Abstandsbild und dergleichen.
  • Durch Verwendung der Struktur des oben beschriebenen Pixels P in dem Lichtempfangselement 5010 und dem oben beschriebenen Entfernungsmesssystem 6110 ist es möglich, das Abstandsbild zu erzeugen und auszugeben, wodurch eine hohe Photonendetektionseffizienz (PDE) erreicht wird, während Kantenabriss verhindert wird.
  • <Anwendungsbeispiel für elektronische Vorrichtung 1>
  • Das oben beschriebene Entfernungsmesssystem 6110 kann zum Beispiel an einer elektronischen Vorrichtung wie beispielsweise einem Smartphone, einem Tablet-Endgerät, einem Mobiltelefon, einem Personal Computer, einer Spielmaschine, einem Fernsehempfänger, einem tragbaren Endgerät, einer digitalen Standbildkamera und einer digitalen Videokamera angebracht sein.
  • 38 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel eines Smartphones als eine elektronische Vorrichtung, die mit einem Entfernungsmesssystem 6110 ausgestattet ist, darstellt.
  • Wie in 38 dargestellt ist, ist ein Smartphone 7010 durch Verwendung eines Entfernungsmessmoduls 7020, einer Bildgebungsvorrichtung 7030, eines Displays 7040, eines Lautsprechers 7050, eines Mikrofons 7060, eines Kommunikationsmoduls 7070, einer Sensoreinheit 7080, eines Touchpanels 7090 und einer Steuereinheit 7100 über einen Bus 7110 gebildet. Des Weiteren weist die Steuereinheit 7100 Funktionen als eine Anwendungsverarbeitungseinheit 7210 und eine Betriebssystemverarbeitungseinheit 7220 durch eine ein Programm ausführende CPU auf.
  • Das Entfernungsmesssystem 6110 in 37 wird auf das Entfernungsmessmodul 7020 angewandt. Zum Beispiel ist das Entfernungsmessmodul 7020 auf einer vorderen Fläche des Smartphones 7010 angeordnet und kann eine Entfernungsmessung an einem Benutzer des Smartphones 7010 zur Ausgabe eines Tiefenwerts einer Oberflächenform des Gesichts, der Hand, des Fingers und dergleichen des Benutzers als ein Entfernungsmessergebnis durchführen.
  • Die Bildgebungsvorrichtung 7030 ist auf der vorderen Fläche des Smartphones 7010 angeordnet und führt eine Abbildung des Benutzers des Smartphones 7010 als ein Objekt zum Erhalten eines Bilds, in dem der Benutzer abgebildet ist, durch. Es sei darauf hingewiesen, dass, obgleich dies nicht dargestellt ist, die Bildgebungsvorrichtung 7030 auch auf einer hinteren Fläche des Smartphones 7010 angeordnet sein kann.
  • Das Display 7040 zeigt einen Bedienungsbildschirm zum Durchführen einer Verarbeitung durch die Anwendungsverarbeitungseinheit 7210 und die Betriebssystemverarbeitungseinheit 7220, des durch die Bildgebungsvorrichtung 7030 und dergleichen abgebildeten Bilds und dergleichen an. Der Lautsprecher 7050 und das Mikrofon 7060 geben eine Stimme der anderen Partei aus und erfassen eine Stimme des Benutzers, wenn er am Smartphone 7010 spricht.
  • Das Kommunikationsmodul 7070 führt Kommunikation über ein Kommunikationsnetz durch. Die Sensoreinheit 7080 erfasst Geschwindigkeit, Beschleunigung, Annäherung und dergleichen, und das Touchpanel 7090 erhält eine Touch-Bedienung durch den Benutzer auf einem auf dem Display 7040 angezeigten Bedienungsbildschirm.
  • Die Anwendungsverarbeitungseinheit 7210 führt eine Verarbeitung zur Bereitstellung verschiedener Dienste durch das Smartphone 7010 durch. Zum Beispiel kann die Anwendungsverarbeitungseinheit 7210 eine Verarbeitung der Erzeugung eines Gesichts durch Computergrafik, die einen Ausdruck des Benutzers basierend auf einer von dem Entfernungsmessmodul 7020 zugeführte Tiefenkarte virtuell reproduziert und diesen auf dem Display 7040 anzeigt, durchführen. Des Weiteren kann die Anwendungsverarbeitungseinheit 7210 eine Verarbeitung der Erzeugung von beispielsweise dreidimensionalen Formdaten eines massiven Objekts basierend auf der von dem Entfernungsmessmodul 7020 zugeführten Tiefenkarte durchführen.
  • Die Betriebssystemverarbeitungseinheit 7220 führt eine Verarbeitung zum Implementieren von Grundfunktionen und eines Betriebs des Smartphones 7010 durch. Zum Beispiel kann die Betriebssystemverarbeitungseinheit 7220 eine Verarbeitung des Authentifizierens des Gesichts des Benutzers und Entsperrens des Smartphones 7010 basierend auf der von dem Entfernungsmessmodul 7020 zugeführten Tiefenkarte durchführen. Basierend auf der von dem Entfernungsmessmodul 7020 zugeführten Tiefenkarte kann die Betriebssystemverarbeitungseinheit 7220 des Weiteren zum Beispiel eine Verarbeitung des Erkennens einer Geste des Benutzers und Verarbeitung von verschiedenen Eingabeoperationen gemäß der Geste durchführen.
  • Bei dem auf diese Weise konfigurierten Smartphone 7010 kann die Tiefenkarte zum Beispiel mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit durch Anwendung des oben beschriebenen Entfernungsmesssystems 6110 erzeugt werden. Daher kann das Smartphone 7010 Entfernungsmessinformationen genauer detektieren.
  • <Anwendungsbeispiel für elektronische Vorrichtung 2>
  • 39 ist ein Blockdiagramm, das ein Konfigurationsbeispiel einer Ausführungsform einer Bildgebungsvorrichtung als eine elektronische Vorrichtung, auf die die vorliegende Technologie angewandt wird, darstellt.
  • Eine Bildgebungsvorrichtung 1000 in 39 ist eine Videokamera, eine digitale Standbildkamera und dergleichen. Die Bildgebungsvorrichtung 1000 beinhaltet eine Linsengruppe 1001, ein Festkörperbildgebungselement 1002, eine DSP-Schaltung 1003, einen Einzelbildspeicher 1004, eine Anzeigeeinheit 1005, eine Aufzeichnungseinheit 1006, eine Bedienungseinheit 1007 und eine Leistungsversorgungseinheit 1008. Die DSP-Schaltung 1003, der Einzelbildspeicher 1004, die Anzeigeeinheit 1005, die Aufzeichnungseinheit 1006, die Bedienungseinheit 1007 und die Leistungsversorgungseinheit 1008 sind über eine Busleitung 1009 miteinander verbunden.
  • Die Linsengruppe 1001 erfasst einfallendes Licht (Bildlicht) von einem Objekt und bildet ein Bild auf einer Bildgebungsfläche des Festkörperbildgebungselements 1002. Das Festkörperbildgebungselement 1002 ist von der ersten bis vierzehnten Ausführungsform der oben beschriebenen Festkörperbildgebungsvorrichtung. Das Festkörperbildgebungselement 1002 wandelt eine Menge des einfallenden Lichts des Bilds, das durch die Linsengruppe 1001 auf der Bildgebungsfläche gebildet wird, in ein elektrisches Signal für jedes Pixel zur Zuführung zu der DSP-Schaltung 1003 als ein Pixelsignal um.
  • Die DSP-Schaltung 1003 führt vorbestimmte Bildverarbeitung an dem von dem Festkörperbildgebungselement 1002 zugeführten Pixelsignal um und führt nach der Bildverarbeitung dem Einzelbildspeicher 1004 für jedes Einzelbild das Bildsignal zur vorübergehenden Speicherung zu.
  • Die Anzeigeeinheit 1005 beinhaltet zum Beispiel eine Anzeigetafelvorrichtung wie beispielsweise eine Flüssigkristalltafel und eine organische elektrolumineszente (EL-)Tafel und zeigt ein Bild basierend auf dem Pixelsignal für jedes in dem Einzelbildspeicher 1004 vorübergehend gespeichertes Einzelbild an.
  • Die Aufzeichnungseinheit 1006 beinhaltet eine Digital Versatile Disk (DVD), ein Flash Memory und dergleichen und liest das Pixelsignal für jedes vorübergehend in dem Einzelbildspeicher 1004 gespeicherte Einzelbild zur Aufzeichnung aus.
  • Die Bedienungseinheit 1007 gibt unter der Bedienung durch einen Benutzer einen Bedienungsbefehl hinsichtlich verschiedener Funktionen der Bildgebungsvorrichtung 1000 aus. Die Leistungsversorgungseinheit 1008, führt der DSP-Schaltung 1003, dem Einzelbildspeicher 1004, der Anzeigeeinheit 1005, der Aufzeichnungseinheit 1006 und der Bedienungseinheit 1007 geeignet Leistung zu.
  • Es reicht aus, dass die elektronische Vorrichtung, auf die die vorliegende Technologie angewandt wird, eine Vorrichtung ist, in der die Festkörperbildgebungsvorrichtung als eine Bildaufnahmeeinheit (fotoelektrische Umwandlungseinheit) verwendet wird; es gibt zusätzlich zu der Bildgebungsvorrichtung 1000 eine tragbare Endgerätvorrichtung mit einer Bildgebungsfunktion, eine eine Festkörperbildgebungsvorrichtung als eine Bildleseeinheit verwendende Kopiermaschine und dergleichen.
  • <Anwendungsbeispiel für Festkörperbildgebungsvorrichtung>
  • Die oben beschriebene Festkörperbildgebungsvorrichtung kann in verschiedenen Fällen verwendet werden, in denen zum Beispiel Licht wie beispielsweise sichtbares Licht, Infrarotlicht, ultraviolettes Licht und Röntgenstrahlen wie unten beschrieben erfasst werden.
    • - Eine Vorrichtung, die ein zum Betrachten verwendetes Bild abbildet, wie zum Beispiel eine Digitalkamera und eine tragbare Vorrichtung mit einer Kamerafunktion
    • - Eine Vorrichtung für Verkehrszwecke, wie zum Beispiel ein fahrzeuginterner Sensor, der den vorderen Bereich, den hinteren Bereich, die Umgebung, das Innere und dergleichen eines Automobils abbildet, eine Überwachungskamera zum Überwachen von fahrenden Fahrzeugen und Straßen und einen Entfernungsmesssensor, der einen Abstand zwischen Fahrzeugen zum sicheren Fahren wie automatisches Anhalten, Erkennen eines Zustands eines Fahrers und dergleichen misst
    • - Eine Vorrichtung für ein Haushaltsgerät wie beispielsweise einen Fernseher, einen Kühlschrank und eine Klimaanlage, die eine Geste eines Benutzers abbildet und eine Vorrichtungsbedienung gemäß der Geste durchführt
    • - Eine Vorrichtung für medizinische und gesundheitliche Versorgungsanwendung wie beispielsweise ein Endoskop und eine Vorrichtung, die Angiografie durch Empfang von Infrarotlicht durchführt
    • - Eine Vorrichtung für Sicherheitsanwendung wie beispielsweise eine Sicherheitsüberwachungskamera und eine individuelle Authentifizierungskamera
    • - Eine Vorrichtung für Schönheitspflege wie beispielsweise eine Hautmessvorrichtung, die Haut abbildet, und ein Mikroskop, das die Kopfhaut abbildet
    • - Eine Vorrichtung zur Verwendung im Sport wie beispielsweise eine Action-Kamera und eine tragbare Kamera zur Anwendung im Sport und dergleichen
    • - Eine Vorrichtung für landwirtschaftliche Verwendung wie beispielsweise eine Kamera zur Überwachung des Zustands von Land und Nutzpflanzen
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung beschriebenen Wirkungen nur der Veranschaulichung dienen und nicht einschränkend sind; es kann auch eine andere Wirkung geben.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung auch die folgende Konfiguration aufweisen kann.
    • (1) Eine Halbleitervorrichtung, beinhaltend:
      • mehrere Pixel, in denen jeweils ein Avalanche-Fotodiodenelement, das einfallendes Licht fotoelektrisch umwandelt, gebildet ist,
      • wobei jedes der mehreren Pixel mit Folgendem versehen ist:
        • einem Substrat, das ein erstes Halbleitermaterial beinhaltet; und
        • einem gestapelten Teil, der auf einer Oberfläche auf einer Lichteinfallsseite des Substrats gestapelt ist und ein zweites Halbleitermaterial, das von dem ersten Halbleitermaterial verschieden ist, beinhaltet.
    • (2) Die Halbleitervorrichtung nach der oben beschriebenen (1), wobei das Substrat mit Folgendem versehen ist: einer Multiplikationseinheit, die ein erstes Elektrodengebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das auf einer Oberfläche auf einer der Oberfläche der Lichteinfallsseite des Substrats gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist, und ein zweites Elektrodengebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, das dazu vorgesehen ist, einen pn-Übergang mit dem ersten Elektrodengebiet zu bilden, wobei ein Lawinenmultiplikationsgebiet auf einer Schnittstelle des pn-Übergangs gebildet ist, beinhaltet.
    • (3) Die Halbleitervorrichtung nach der oben beschriebenen (2), wobei der gestapelte Teil eine Lichtabsorptionsschicht ist, und die Multiplikationseinheit eine Geiger-Multiplikationseinheit ist, die Lawinenmultiplikation an einem durch die Lichtabsorptionsschicht fotoelektrisch umgewandelten Träger durchführt.
    • (4) Die Halbleitervorrichtung nach der oben beschriebenen (2), wobei der gestapelte Teil eine Linearmultiplikationseinheit ist, die Lawinenmultiplikation an einem fotoelektrisch umgewandelten Träger durchführt, und die Multiplikationseinheit eine Geiger-Multiplikationseinheit ist, die Lawinenmultiplikation an durch die Linearmultiplikationseinheit multiplizierten Trägern durchführt.
    • (5) Die Halbleitervorrichtung nach der oben beschriebenen (1), wobei der gestapelte Teil eine Geiger-Multiplikationseinheit ist, die Lawinenmultiplikation an einem fotoelektrisch umgewandelten Träger durchführt, und eine Ausleseschaltung, die durch die Geiger-Multiplikationseinheit vervielfachte Träger ausliest, ferner in dem Substrat gebildet ist.
    • (6) Die Halbleitervorrichtung nach der oben beschriebenen (3) oder (4), wobei der gestapelte Teil eine Substanz, von der Kristallwachstum möglich ist, als das zweite Halbleitermaterial verwendet.
    • (7) Die Halbleitervorrichtung nach der oben beschriebenen (6), wobei der gestapelte Teil eine durch das Kristallwachstum gestapelte Struktur aufweist, die eine Übergangsschicht beinhaltet.
    • (8) Die Halbleitervorrichtung nach der oben beschriebenen (6), wobei der gestapelte Teil eine durch gitterangepasstes Kristallwachstum gestapelte Struktur aufweist.
    • (9) Die Halbleitervorrichtung nach der oben beschriebenen (8), wobei die durch das gitterangepasste Kristallwachstum gestapelte Struktur eine gestapelte Struktur vom Quantum-Well- oder Quantenpunkttyp ist.
    • (10) Die Halbleitervorrichtung nach einer der oben beschriebenen (3) bis (5), wobei der gestapelte Teil ein Nanokristall als das zweite Halbleitermaterial verwendet.
    • (11) Die Halbleitervorrichtung nach einer der oben beschriebenen (3) bis (5), wobei der gestapelte Teil einen organischen Film als das zweite Halbleitermaterial verwendet.
    • (12) Die Halbleitervorrichtung nach einer der oben beschriebenen (1) bis (11), ferner beinhaltend: eine Pixelisolationseinheit, die mehrere benachbarte Pixel voneinander isoliert und trennt.
    • (13) Die Halbleitervorrichtung nach der oben beschriebenen (12), wobei die Pixelisolationseinheit Pixelisolation durch einen von dem Substrat bis zu dem gestapelten Teil gebildeten vollständigen Graben durchführt.
    • (14) Die Halbleitervorrichtung nach der oben beschriebenen (12), wobei die Pixelisolationseinheit Pixelisolation durch einen in dem gestapelten Teil gebildeten Hinterflächengraben durchführt.
    • (15) Die Halbleitervorrichtung nach der oben beschriebenen (12), wobei die Pixelisolationseinheit Pixelisolation durch einen in dem Substrat gebildeten Vorderflächengraben durchführt.
    • (16) Die Halbleitervorrichtung nach einer der oben beschriebenen (11) bis (15), ferner beinhaltend: eine On-Chip-Linse, die auf einer Lichteinfallsseite jedes der mehreren Pixel vorgesehen ist.
    • (17) Die Halbleitervorrichtung nach einer der oben beschriebenen (11) bis (16), wobei die mehreren Pixel mit einer Antireflexionseinheit versehen sind, die eine Reflexion des einfallenden Lichts verhindert.
    • (18) Eine elektronische Vorrichtung, beinhaltend:
      • eine Halbleitervorrichtung, die mit Folgendem versehen ist:
        • mehreren Pixeln, in denen jeweils ein Avalanche-Fotodiodenelement, das einfallendes Licht fotoelektrisch umgewandelt, gebildet ist wobei jedes der mehreren Pixel mit Folgendem versehen ist:
        • einem Substrat, das ein erstes Halbleitermaterial beinhaltet; und
      • einem gestapelten Teil, der auf einer Oberfläche auf einer Lichteinfallsseite des Substrats gestapelt ist und ein zweites Halbleitermaterial, das von dem ersten Halbleitermaterial verschieden ist, beinhaltet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I, 1J, 1K, 1L, 1M
    Festkörperbildgebungsvorrichtung
    2, 5
    SPAD-Element
    3
    Lichtabsorptionseinheit
    4
    Geiger-Multiplikationseinheit
    6
    Linearmultiplikationseinheit
    10, 81, 82
    Substrat
    11
    Erstes Elektrodengebiet
    12
    Zweites Elektrodengebiet
    13
    Lawinenmultiplikationsgebiet
    14, 61, 67, 68, 812
    Wannengebiet
    20
    Übergangsschicht
    30, 31, 32, 33, 34, 70, 71, 72, 91, 92
    Gestapelter Materialteil
    40
    Verdrahtungsschicht
    41
    Verdrahtung
    42
    Kathode
    43
    Anode
    44, 45
    Transparente Elektrode
    50
    On-Chip-Linse
    60, 60A, 60B, 60C, 60D, 60E, 60F
    Pixelisolationseinheit
    62
    Zwischenschichtfilm
    63, 65, 66
    Metallfilm
    64
    Isolierfilm
    102
    Konstantstromquelle
    103
    Transistor
    104
    Inverter
    811, 813
    Elektrodengebiet
    821, 822
    Kontaktgebiet
    1000, 6220, 7030
    Bildgebungsvorrichtung
    1001
    Linsengruppe
    1002
    Festkörperbildgebungsvorrichtung
    1003
    DSP-Schaltung
    1004
    Einzelbildspeicher
    1005
    Anzeigeeinheit
    1006
    Aufzeichnungseinheit
    1007
    Bedienungseinheit
    1008
    Leistungsversorgungseinheit
    1009
    Bus-Leitung
    5010
    Lichtempfangselement
    5110
    Pixelansteuerungseinheit
    5120
    Pixel-Array
    5140
    Zeitmesseinheit
    5150
    Eingangs-/Ausgangseinheit
    5210, P
    Pixel
    5220
    Pixelansteuerungsleitung
    6110
    Entfernungsmesssystem
    6120
    Objekt
    6130
    Objekt
    6210
    Beleuchtungsvorrichtung
    6310
    Beleuchtungssteuerung
    6320
    Lichtquelle
    6410
    Bildgebungseinheit
    6420
    Steuerung
    6430
    Anzeigeeinheit
    6440
    Speichereinheit
    6510
    Linse
    6520
    Lichtempfangselement
    6530
    Signalverarbeitungsschaltung
    7010
    Smartphone
    7020
    Entfernungsmessmodul
    7040
    Display
    7050
    Lautsprecher
    7060
    Mikrofon
    7070
    Kommunikationsmodul
    7080
    Sensoreinheit
    7090
    Touchpanel
    7100
    Steuereinheit
    7110
    Bus
    7210
    Anwendungsverarbeitungseinheit
    7220
    Betriebssystemverarbeitungseinheit
    TrA
    Vollständiger Graben
    TrB
    Vorderflächengraben
    TrC
    Hinterflächengraben
  • 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
    • JP 2018201005 [0005]

Claims (18)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: mehrere Pixel, in denen jeweils ein Avalanche-Fotodiodenelement, das einfallendes Licht fotoelektrisch umwandelt, gebildet ist, wobei jedes der mehreren Pixel mit Folgendem versehen ist: einem Substrat, das ein erstes Halbleitermaterial beinhaltet; und einem gestapelten Teil, der auf einer Oberfläche auf einer Lichteinfallsseite des Substrats gestapelt ist und ein zweites Halbleitermaterial, das von dem ersten Halbleitermaterial verschieden ist, beinhaltet.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat mit Folgendem versehen ist: einer Multiplikationseinheit, die ein erstes Elektrodengebiet von einem ersten Leitfähigkeitstyp, das auf einer Oberfläche auf einer der Oberfläche der Lichteinfallsseite des Substrats gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist, und ein zweites Elektrodengebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, das dazu vorgesehen ist, einen pn-Übergang mit dem ersten Elektrodengebiet zu bilden, wobei ein Lawinenmultiplikationsgebiet auf einer Schnittstelle des pn-Übergangs gebildet ist, beinhaltet.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der gestapelte Teil eine Lichtabsorptionsschicht ist, und die Multiplikationseinheit eine Geiger-Multiplikationseinheit ist, die Lawinenmultiplikation an einem durch die Lichtabsorptionsschicht fotoelektrisch umgewandelten Träger durchführt.
  4. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der gestapelte Teil eine Linearmultiplikationseinheit ist, die Lawinenmultiplikation an einem fotoelektrisch umgewandelten Träger durchführt, und die Multiplikationseinheit eine Geiger-Multiplikationseinheit ist, die Lawinenmultiplikation an durch die Linearmultiplikationseinheit multiplizierten Trägern durchführt.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der gestapelte Teil eine Geiger-Multiplikationseinheit ist, die Lawinenmultiplikation an einem fotoelektrisch umgewandelten Träger durchführt, und eine Ausleseschaltung, die durch die Geiger-Multiplikationseinheit vervielfachte Träger ausliest, ferner in dem Substrat gebildet ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der gestapelte Teil eine Substanz, von der Kristallwachstum möglich ist, als das zweite Halbleitermaterial verwendet.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der gestapelte Teil eine durch das Kristallwachstum gestapelte Struktur aufweist, die eine Übergangsschicht beinhaltet.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der gestapelte Teil eine durch gitterangepasstes Kristallwachstum gestapelte Struktur aufweist.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die durch das gitterangepasste Kristallwachstum gestapelte Struktur eine gestapelte Struktur vom Quantum-Well- oder Quantenpunkttyp ist.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der gestapelte Teil ein Nanokristall als das zweite Halbleitermaterial verwendet.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der gestapelte Teil einen organischen Film als das zweite Halbleitermaterial verwendet.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ferner umfassend: eine Pixelisolationseinheit, die mehrere benachbarte Pixel voneinander isoliert und trennt.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Pixelisolationseinheit Pixelisolation durch einen von dem Substrat bis zu dem gestapelten Teil gebildeten vollständigen Graben durchführt.
  14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Pixelisolationseinheit Pixelisolation durch einen in dem gestapelten Teil gebildeten Hinterflächengraben durchführt.
  15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Pixelisolationseinheit Pixelisolation durch einen in dem Substrat gebildeten Vorderflächengraben durchführt.
  16. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, ferner umfassend: eine On-Chip-Linse, die auf einer Lichteinfallsseite jedes der mehreren Pixel vorgesehen ist.
  17. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die mehreren Pixel mit einer Antireflexionseinheit versehen sind, die eine Reflexion des einfallenden Lichts verhindert.
  18. Elektronische Vorrichtung, umfassend: eine Halbleitervorrichtung, die mit Folgendem versehen ist: mehreren Pixeln, in denen jeweils ein Avalanche-Fotodiodenelement, das einfallendes Licht fotoelektrisch umgewandelt, gebildet ist wobei jedes der mehreren Pixel mit Folgendem versehen ist: einem Substrat, das ein erstes Halbleitermaterial beinhaltet; und einem gestapelten Teil, der auf einer Oberfläche auf einer Lichteinfallsseite des Substrats gestapelt ist und ein zweites Halbleitermaterial, das von dem ersten Halbleitermaterial verschieden ist, beinhaltet.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230065063A1 (en) * 2021-08-24 2023-03-02 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Single-photon avalanche diodes with deep trench isolation
WO2023248346A1 (ja) * 2022-06-21 2023-12-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018201005A (ja) 2016-10-18 2018-12-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3441101B2 (ja) * 1993-02-12 2003-08-25 浜松ホトニクス株式会社 電子管
JP2001007381A (ja) * 1999-06-24 2001-01-12 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> 光電変換膜とその作製方法
WO2005119790A1 (en) * 2004-05-27 2005-12-15 Foveon, Inc. Non-crystalline silicon vertical color filter
JP5369362B2 (ja) * 2005-03-01 2013-12-18 ソニー株式会社 物理情報取得装置およびその製造方法
JP5609119B2 (ja) * 2009-01-21 2014-10-22 ソニー株式会社 固体撮像装置、その製造方法および撮像装置
JP5585232B2 (ja) * 2010-06-18 2014-09-10 ソニー株式会社 固体撮像装置、電子機器
JP6303803B2 (ja) * 2013-07-03 2018-04-04 ソニー株式会社 固体撮像装置およびその製造方法
TWI731017B (zh) * 2016-01-27 2021-06-21 日商新力股份有限公司 固體攝像元件及電子機器
JP2017174936A (ja) * 2016-03-23 2017-09-28 ソニー株式会社 固体撮像素子及び電子機器
JP7169071B2 (ja) * 2018-02-06 2022-11-10 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 画素構造、撮像素子、撮像装置、および電子機器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018201005A (ja) 2016-10-18 2018-12-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出器

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