DE19637126C2

DE19637126C2 - Variospektral-Vielfarbendiode

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Publication number: DE19637126C2
Application number: DE19637126A
Authority: DE
Inventors: Markus Prof Dr Ing Boehm; Peter Rieve
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 1999-07-22
Anticipated expiration: 2016-09-13
Also published as: DE19637126A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauelement auf der Basis von amorphem Silizium und dessen Legierungen, bestehend aus mindestens einem sperrenden Kontakt mit benachbarter strahlungsabsorbierender eigenleitender Schicht, z. B. p-i- oder n-i-Übergänge oder Metall-i-Strukturen (Schottky- Übergang), oder Mehrschichtsystemen, z. B. p-i-n, n-i-p, n-i-n, p-i-p, n-i-p-i-n, p-i-n-i-p oder Doppel-Schottky- Übergänge, bei dem die aktiven Schichten jeweils normal zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes angeordnet sind, wobei für unterschiedliche von außen an das Bauelement angelegte elektrische Spannungen Ladungsträger, welche durch unterschiedliche spektrale Einstrahlung generiert werden, gesammelt werden, und wobei mindestens eine der eigenleitenden Schichten aus zwei Teilschichten unterschiedlicher Sammellänge (Driftlänge) für photogenerierte Ladungsträger aufgebaut ist.

Ein Bauelement dieser Art ist bekannt aus dem nachveröffentlichten Aufsatz "a-Si:H Photo Diode with Variable Spectral Sensitivity", Peter Rieve, Jürgen Giehl, Qi Zhu, Markus Böhm, Spring Meeting der Materials Research Society - Symposium A (Amorphous Silicon Technology), San Francisco, U.S.A., April 8-12, 1996.

Photoempfindliche elektronische Bauelemente auf der Basis von hydrogenisiertem amorphem Silizium (a-Si:H) haben gegenüber Bauelementen aus kristallinem Silizium den Vorteil einer wesentlich größeren Absorption für sichtbares Licht. Grundsätzlich besteht ein solches photoempfindliches elektronisches Bauelement aus einer strahlungsabsorbierenden intrinsischen Schicht (i-Schicht), welche mit einer weiteren, benachbarten Schicht einen sperrenden Kontakt bildet, wobei p- oder n-dotierte Schichten sowie Metall-Halbleiterübergänge (Schottky-Kontakte) bekannt sind. Aneinanderfügen mehrerer derartiger Kontaktstrukturen führt auf bekannte Bauelemente der Form n-i-p, p-i-n, n-i-n, p-i-p, n-i-p-i-n, p-i-n-i-p, Metall-i-Metall (Doppel-Schottky-Übergang), Metall-i-n, Metall-i-p.

Technologisch wird ein solches Bauelement durch Abscheiden einer Vielzahl von a-Si:H Schichten bei niedrigen Temperaturen (typischerweise 150°C bis 250°C) mittels eines PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) Prozesses hergestellt. Das Abscheiden erfolgt zunächst z. B. auf ein isolierendes Substrat, üblicherweise Glas, unter Einschaltung einer lichtdurchlässigen, leitfähigen Schicht (TCO), die später einen elektrischen Kontakt für eine von außen an das Bauelement anzulegende elektrische Spannung bildet. Beim PECVD Reaktor wird durch Anlegen eines Wechselfeldes ein Plasma erzeugt, in dem das Gas Silan (SiH₄) oder ein vergleichbares siliziumhaltiges Ausgangsgas in Siliziumradikale und Wasserstoff zerlegt wird. Dabei schlägt sich Silizium als amorpher, wasserstoffhaltiger Film auf dem Substrat nieder. Ausgehend davon kann durch Zusatz von z. B. Phosphin (PH₃) zum Silan eine n-dotierte Schicht bzw. durch Zusatz von z. B. Diboran (B₂H₆) eine p-dotierte Schicht erzeugt werden. Darüber hinaus ist es bekannt, durch Zusatz von z. B. Methan (CH₄) zum Silan den Bandabstand des amorphen Siliziums zu vergrößern bzw. durch Zusatz von z. B. German (GeH₄) zu verkleinern. Weiterhin ist bekannt, daß sich defektreiche Schichten unter Verwendung von Gasgemischen mit sehr hohen Kohlenstoffanteil abscheiden lassen.

Das auf diese Weise hergestellte Multilayerbauelement mit der gewünschten Schichtenfolge wird nunmehr so von sichtbarem Licht durchstrahlt, daß die Einfallsrichtung des Lichtes senkrecht zur Schichtebene ist. Aufgrund der Abhängigkeit des Absorptionskoeffizienten des Sensormaterials von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes und des Bandabstandes des Sensormaterials resultiert eine unterschiedliche Eindringtiefe von Licht in das Halbleitermaterial. Dies führt dazu, daß kurzwelliges, blaues Licht eine wesentlich kürzere Eindringtiefe (Absorptionslänge) besitzt als langwelliges grünes und rotes Licht. Durch entsprechend Auswahl von Größe und Polarität der äußeren am Bauelement anliegenden Gleichspannung und damit des inneren elektrischen Feldes läßt sich eine spektrale Sensibilität des Bauelementes erreichen. Beispielsweise kann durch das Anlegen entsprechender Spannungen an das Element eine Sensibilität für RGB Licht (Rot, Grün, Blau) in der Multilayerstruktur erreicht werden. Dabei wird die Haupt-Sammelregion der lichterzeugten Ladungsträger entlang der Länge des Bauelementes und damit dessen spektrale Empfindlichkeit in Abhängigkeit von der angelegten äußeren Spannung verschoben.

Aus dem US-Patent 53 11 047 ist ein photoempfindliches elektronisches Bauelement auf der Basis von amorphem Silizium mit n-i-p-i-n Struktur bekannt.

Aus Applied Physics Letters 52(4) 1988, 275-277, ist ein heterojunction Bauelement (Phototransistor) vom n-i-p-i-n Typ bekannt, welcher zwei zusätzlich eingefügte eigenleitende Schichten aufweist. Hieraus ist bekannt, daß im ersten Übergang vorzugsweise blaues Licht und in zweiten Übergang vorzugsweise grünes und rotes Licht absorbiert wird. Die zweite eigenleitende Schicht dient dabei zur Erhöhung der Blauabsorption.

Aus WO 96/13865 ist ein photoempfindliches Bauelement auf der Basis des Typs n-i-p-i-n bekannt, bei dem mindestens eine der eigenleitenden Schichten zweigeteilt ist, wobei ein Unterschied im Produkt aus Ladungsträgerbeweglichkeit und Lebensdauer realisiert ist. Das aus diesem Patent bekannte Verfahren des "µ-Tau engineering" dient der Verbesserung der Farbselektion in den Absorptionsschichten.

Aus dem Aufsatz "Fast Color Detection with Two-Terminal P-I-I-N Devices", T. Neidlinger, M. B. Schubert, G. Schmid, H. Brummack, Spring Meeting der Materials Research Society - Symposium A (Amorphous Silicon Technology), San Francisco, U.S.A., April 8-12, 1996, ist ein photoempfindliches elektronisches Bauelement bekannt, welches auf einer p-i-n Diodenstruktur basiert. Dabei ist durch Beeinflussung des Absorptions- bzw. Rekombinationsverhaltens durch partielle Erhöhung des Bandabstandes ("band-gap engineering") eine Verschiebung der spektralen Sensitivität erreicht worden.

Aus Electron Device Letters 12(4) 1991, 172-174, ist ein photoempfindliches elektronisches Bauelement in Form einer Doppel-Schottky-Barrieren-Struktur bekannt, welches über eine mit Hilfe der am Baulelement anliegenden elektrische Spannung veränderliche spektrale Empfindlichkeit verfügt. Hierbei bewirkt die spannungsabhängige Ausdehnung der Bereiche erhöhter elektrischer Feldstärke in die zwischen den beiden Schottky-Übergängen befindliche eigenleitende Schicht die Verschiebung des Spektralverhaltens.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektronisches Bauelement der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung anzugeben, welches gewährleistet, daß unter kostengünstigen Herstellungsbedingungen ein für Strahlung aus verschiedenen sichtbaren Spektralbereichen sensitives Bauelement geschaffen wird, welches über eine hohe spektrale Trennung verfügt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Teilschichten, in denen die verschiedenen spektralen Beiträge absorbiert werden, unterschiedliche Sammellängen (Driftlänge: Produkt aus Ladungsträgerbeweglichkeit µ, Lebensdauer Tau und elektrischer Feldstärke E) für photogenerierte Ladungsträger aufweisen. Die Lösung der genannten Aufgabe durch die beschriebene Erfindung umfaßt dabei verschiedene Maßnahmen, welche im folgenden erläutert werden.

Durch das Einfügen von dotierten Schichten an der Grenze der Teilschichten mit unterschiedlichen Driftlängen wird die Höhe der elektrischen Feldstärke in den beiden Teilschichten beeinflußt. Der Einfluß einer dotierten Schicht bewirkt durch die aufgrund der ionisierten Dotieratome hervorgerufene Raumladung einen Sprung in der elektrischen Feldstärke, dessen Richtung durch die Art der Dotierung (p- oder n- Dotierung) und dessen Höhe durch die Dotierungskonzentration sowie durch die Dicke der Schicht gesteuert werden kann. Auf diese Weise wird in einer der beiden Teilschichten ein hohes elektrisches Feld, in der anderen ein niedriges elektrisches Feld erzeugt, wodurch die Sammellängen der Teilschichten gezielt eingestellt werden können.

Durch das Einfügen von Defektschichten an der Grenze der Teilschichten mit unterschiedlichen Driftlängen wird die Höhe der elektrischen Feldstärke in den beiden Teilschichten beeinflußt. Der Einfluß einer Defektschicht bewirkt durch die von der energetischen Lage der Quasi-Ferminiveaus und damit von der am Bauelement anliegenden Spannung abhängigen Defektladung unterschiedliche elektrische Feldstärken und damit Sammellängen in den benachbarten Teilschichten.

Durch das Einfügen von photoleitenden (z. B. schwach dotierten) Schichten an der Grenze der Teilschichten mit unterschiedlichen Driftlängen wird die Höhe der elektrischen Feldstärke in den beiden Teilschichten beeinflußt. In Ergänzung zu dem oben beschriebenen Einfluß einer dotierten Schicht wird innerhalb der schwach dotierten photoleitenden Schicht ein von der angelegten elektrischen Spannung abhängiges ortsabhängiges elektrisches Feld hervorgerufen, so daß auch Ladungsträger, welche in der photoleitenden Schicht selbst durch Lichteinstrahlung generiert werden, gesammelt werden können.

Durch das Einfügen von Energiebarrieren (z. B. dünnen, im Bandabstand erhöhten Siliziumschichten) an der Grenze zwischen zwei Teilschichten werden die Sammlungseigenschaften in den beiden Teilschichten beeinflußt. Die Wirkung einer Energiebarriere zwischen zwei eigenleitenden Schichten besteht darin, daß Ladungsträger, die in einer Teilschicht generiert werden, die Barriere erst dann überwinden können, wenn ihre Energie, welche mit Hilfe des vorliegenden elektrischen Feldes bzw. mittels der am Bauelement anliegenden Spannung gesteuert werden kann, hinreichend groß ist. Reicht die Energie der Ladungsträger nicht aus, so gehen sie für den Photostrom durch Rekombination verloren. Mithin kann die Region, aus der Ladungsträger durch das elektrische Feld gesammelt und den Randkontakten zugeführt werden, durch die anliegende Spannung sowie durch die Höhe der Energiebarriere beeinflußt werden.

Technologisch lassen sich derartige Energiebarrieren durch partielle Erhöhung des Bandabstandes des amorphen Siliziums realisieren. Eine Erweiterung des Bandabstandes kann beispielsweise durch Legieren mit Kohlenstoff (a-SiC:H) oder Stickstoff (a-SiN:H) erfolgen.

Eine Unterteilung der Absorptionsschichten kann auch ohne Einfügung zusätzlicher dotierter oder undotierter Zwischenschichten erreicht werden. Bedingt durch die unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten Epsilon von a-Si:H und seiner Legierungen, z. B. a-SiC:H und a-SiGe:H, bildet sich an der Grenzfläche zwischen zwei aus verschiedenen Materialien gebildeten Teilschichten ein Sprung in der elektrischen Feldstärke, welcher durch die Stetigkeit der Normalkomponenten der elektrischen Flußdichte (Produkt aus Epsilon und der elektrischen Feldstärke E) hervorgerufen wird. Auf diese Weise entstehen auf beiden Seiten des Interfaces unterschiedliche elektrische Feldstärken, wodurch wiederum die Sammellängen in den benachbarten Teilschichten beeinflußt wird.

Die vorstehend erläuterte Steuerung der Sammellänge beim Interface zwischen zwei Materialien mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten Epsilon tritt nicht nur beim abrupten Übergang zwischen den beiden Materialien, sondern auch bei einem kontinuierlichen Übergang auf (sog. "graded layer"). Im letzteren Fall erhält man bedingt durch eine ortsabhängige Dielektrizitätskonstante im Bereich der Absorptionsschicht eine ebenfalls ortsabhängige elektrische Feldstärke, mithin eine ortsabhängige Sammellänge, welche für eine verbesserte spektrale Trennung ausgenutzt werden kann.

Technologisch lassen sich derartige gradierte Absorptionsschichten durch kontinuierliche Veränderung der Zusammensetzung des Gasgemisches während der Deposition des Materials realisieren.

Bei sämtlichen vorgenannten Möglichkeiten zur Steuerung der Sammellänge in den strahlungsabsorbierenden Teilschichten des Bauelements kann von bekannten Maßnahmen zur weiteren Verbesserung der spektralen Trennung Gebrauch gemacht werden, z. B. durch Beeinflussung des Absorptionsverhaltens durch partielle Variation des Bandabstandes ("band-gap engineering") oder durch Beeinflussung des Transportverhaltens der Ladungsträger mittels partieller Variation von Ladungsträgerbeweglichkeit und Lebensdauer ("µ-Tau engineering").

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Maßnahmen zur Beeinflussung der Sammellänge mehrfach in einer Vielzahl photoelektrischer Bauelemente eingesetzt werden können, wobei die Möglichkeit der mehrfachen Verwendung einer oder mehrerer der oben beschriebenen Maßnahmen in einem hohen Freiheitsgrad hinsichtlich der Realisierung von farbselektiven photoempfindlichen Sensoren resultiert. Auf diese Weise können beliebige elektrische Feldprofile mit entsprechenden Sammlungseigenschaften für photogenerierte Ladungsträger erzeugt werden, so daß die entsprechenden Bauelemente selektiv auf bestimmte Spektralbereiche abgestimmt werden können. Durch sukzessive Unterteilung der Absorptionsschichten mit Hilfe der oben beschriebenen Methoden, z. B. durch periodische Modulation der Dotierung, der Defektdichte und/oder des Bandabstandes, entsteht ein quasi kontinuierlich mittels der von außen angelegten elektrischen Spannung verschiebbarer spektraler Empfindlichkeitsbereich.

Hierdurch können sowohl bei hohen als auch bei niedrigen Lichtintensitäten verschiedene Bereiche des Spektrums sicher getrennt werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung ergeben sich Bauelemente, bei denen der Zusammenhang zwischen dem Photostrom für den jeweiligen Spektralpeak und dem auftreffenden Photonenfluß linear ist, und zwar über mehrere Größenordnungen des Photonenflusses. Darüber hinaus sind die Spektralpeaks voneinander weitgehend unabhängig. Durch die Linearität einerseits und die lineare Unabhängigkeit andererseits wird ermöglicht, daß ein solches Bauelement überhaupt praktisch zur Erkennung von Farben unter unterschiedlichen Beleuchtungsbedingungen verwendet werden kann.

Die Funktion eines der Erfindung gemäßen Bauelements wird im folgenden am Beispiel eines Farbsensors mit n-i-p-i-n-i-n Struktur erläutert, welcher drei linear unabhängige Spektralpeaks aufweist.

Das Bauelement basiert auf einem bekannten Mehrschichtsystem aus amorphem Silizium in Form einer n-i-p-i-n Schichtenfolge. Diese Struktur wird erfindungsgemäß um eine dünne n-dotierte Schicht erweitert, welche die hintere p-i-n Diode in zwei getrennte Absorptionsregionen unterteilt, die sich aufgrund der durch die zusätzliche dotierte Schicht hervorgerufene Raumladung in ihren Ladungsträger-Sammellängen unterscheiden. Durch die Wirkung dieser Raumladung wird das elektrische Feld, welches zur Trennung lichterzeugter Ladungsträger erforderlich ist, für betragsmäßig niedrige angelegte Spannung auf die in Lichteinfallsrichtung vordere Teilschicht der hinteren Diode begrenzt. Erst bei betragsmäßig höherer Spannung dehnt sich die Feld- und damit die Sammelregion in die hintere Teilschicht der hinteren Diode hinein aus, so daß Ladungsträger effektiv extrahiert werden können. Das durch den Einbau der zusätzlichen n-dotierten Schicht veränderte elektrische Sammlungsprofil führt dazu, daß bei niedrigen Spannungsbeträgen die im hinteren Teil des Bauelements generierten Ladungsträger durch Rekombination für den Stromtransport verlorengehen, bevor sie den Kontakt erreichen.

In der hinteren Teilschicht, in der die Ausbreitung eines elektrischen Feldes zunächst durch die zusätzliche dotierte Schicht unterdrückt wird, findet als Folge der Wellenlängenabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten vornehmlich Generation von Ladungsträgern aufgrund langwelligen auftreffenden Lichtes (rot) statt. Dieser Anteil der photoerzeugten Ladungsträger kann mithin erst bei Vorliegen eines hohen elektrischen Feldes in diesem Bereich des Bauelementes eingesammelt werden, wohingegen er für niedrige Spannungsbeträge keine nennenswerte Rolle für den Photostrom spielt.

In der Teilschicht, in der aufgrund der Feldverteilung eine größere Sammellänge auch für geringe Spannungsbeträge vorliegt, werden bevorzugt Ladungsträger durch Einstrahlung von Licht aus dem grünen Spektralbereich generiert. Diese lassen sich schon bei niedrigen negativen Spannungen extrahieren und bestimmen das Maximum der spektralen Empfindlichkeit. Bei höheren negativen Spannungen wird die spektrale Empfindlichkeit als Folge der Ausweitung der Sammelregion durch die Ladungsträger bestimmt, die in der hinteren Teilschicht durch langwellige Beleuchtung generiert werden. Mithin wird das Maximum der spektralen Empfindlichkeit nach rot verschoben.

Blauempfindlichkeit des Bauelements läßt sich, analog zu bekannten n-i-p-i-n Schichtsystemen, erzielen, wenn die vordere n-i-p Diode, in der kurzwelliges Licht vorwiegend Ladungsträger erzeugt, in Sperrichtung betrieben wird, d. h. für positive angelegte Spannung.

Die spektrale Lage der Peaks und ihre Spannungsabhängigkeit lassen sich bekanntermaßen darüber hinaus durch die in den einzelnen Teilschichten verwendeten Bandabstände ("band-gap engineering") und Transportparameter ("µ-Tau engineering") sowie durch die Schichtdicken und gegebenenfalls durch Gradierungen einstellen.

Im Ergebnis können bei dem erfindungsgemäßen Bauelement somit durch Anlegen dreier verschiedener Spannungen drei unterschiedlich tief im Bauelement liegende Raumladungszonen erhalten werden, so daß sich die hervorragende Spektralselektivität ergibt. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß eine Linearität über mehr als fünf Größenordnungen der Beleuchtungsstärke gegeben ist. Darüber hinaus verfügt das erfindungsgemäße Bauelement über einen niedrigen Dunkelstrom und folglich einen hohen Dynamikbereich. Von besonderer Bedeutung ist, daß die Selektion der Spektralanteile ohne die Verwendung zusätzlicher optischer Filter möglich ist.

In analoger Weise, wie die Unterteilung der Absorptionsschichten in Schichten verschiedener Sammlungseigenschaften am Beispiel einer n-i-p-i-n-i-n Dreifarbendiode demonstriert worden ist, kann eine weitere erfindungsgemäße Unterteilung dieser Struktur durch Einfügen weiterer dotierter oder defektreicher Schichten z. B. auch in der vorderen Diode vorgenommen werden (z. B. n-i-n-i-p-i-n-i-n). Auf diese Weise kann auch im Bereich des kurzwelligen Lichtes eine Separation verschiedener Spektralbereiche erzielt werden, so daß nunmehr insgesamt vier verschiedene spektrale Empfindlichkeitsbereiche voneinander unterschieden werden können.

Eine komplexere Unterteilung der Absorptionsschichten in Teilschichten unterschiedlicher Sammlungseigenschaften z. B. durch Einfügen weiterer dotierter, defektreicher, photoleitender oder gradierter Schichten oder Energiebarrieren erlaubt die Erfindung die Realisierung prinzipiell beliebiger elektrischer Feld- und Ladungsträger- Sammlungsverläufe, so daß auf diese Weise Bauelemente mit quasi kontinuierlich verschiebbarer spektraler Empfindlichkeit entstehen, die beispielsweise als Halbleiter- Spektrometer verwendet werden können.

Der Erfindung gemäß kann die Steuerung des elektrischen Feldes bzw. der Sammellänge für lichterzeugte Ladungsträger auch ohne Einfügung von Zwischenschichten vorgenommen werden. In diesem Fall werden eigenleitende Schichten in Kontakt gebracht, welche über unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten Epsilon verfügen. Als Folge davon bildet sich an der Grenzfläche ein Sprung in der elektrischen Feldstärke aus, welcher in den benachbarten eigenleitenden Schichten unterschiedliche Ladungsträger-Sammellängen hervorruft. Ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Bauelement dieses Typs stellt eine Struktur der Form p-i-i-i-n dar, bei der die eigenleitenden Schichten mit verschiedenen Dielektrizitätskonstanten behaftet sind derart, daß eine stufenweise Zunahme derselben beim Durchgang vom vorderen p- zum rückseitigen n-Kontakt vorliegt. Hierdurch wird innerhalb der Struktur ein stufenweise abnehmendes elektrisches Feld erzeugt, welches ermöglicht, in Abhängigkeit von der am Bauelement anliegenden Sperrspannung Ladungsträger, die in verschiedenen Tiefen der Schichtenfolge generiert werden, gesammelt werden können.

Die Untergliederung der eigenleitenden Schicht kann erfindungsgemäß in sehr feiner Abstufung oder auch kontinuierlich erfolgen. Im Extremfall besteht die Absorptionsschicht aus einer einzigen, in ihrer Dielektrizitätskonstante kontinuierlich veränderten eigenleitenden Schicht (gradierte Schicht), die einen kontinuierlichen Verlauf der Sammellänge hervorruft, so daß sich mit Hilfe der außen angelegten Spannung das Maximum der spektralen Empfindlichkeit kontinuierlich über das Spektrum verschieben läßt.

Des weiteren kann der Aufbau eines eingebauten elektrischen Feldes über den Absorptionsschichten nicht nur mittels p- oder n- dotierter Schichten erfolgen, sondern auch durch die Verwendung von Metall-Halbleiter-Übergängen (Schottky- Kontakt), welche im Innern der benachbarten eigenleitenden Schichten ein ortsabhängiges elektrisches Feld hervorrufen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Bauelemente sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Bauelement Teil eines Farbsensors ist, in dem die das Bauelement bildende Schichtstruktur auf der Oberfläche eines integrierten Schaltkreises angeordnet ist. Hierdurch ergibt sich durch die Kombination eines kristallinen Bauelementes (beispielsweise eines ASICs) mit dem nach der Niedrigtemperatur-PECVD-Technologie hergestellten Multischichtbauelement eine einfache und kostengünstig herstellbare Kombination, die als bildgebender Farbsensor eine hohe Auflösung erreicht. Dabei wirkt jedes Flächenelement des photoempfindlichen Bauelementes entsprechend der Mikrostruktur des integrierten Schaltkreises oder des ASICs als einzelnes Pixelelement. Durch die im Bereich der Pixelfläche anliegende, vom Schaltkreis vorgebbare Spannung wird die Farbselektivität eingestellt. Hierdurch entsteht ein sogenanntes "Thin Film on ASIC" (TFA) Sensorsystem, welches die Vorteile von herkömmlichen Schaltkreisen aus kristallinem Silizium und einem optischen Sensor auf der Grundlage amorphen Siliziums verbindet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert:

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des Schichtenaufbaus eines photoempfindlichen elektronischen Bauelementes gemäß Stand der Technik

Fig. 2 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Wirkungsweise des Elements nach Fig. 1, wobei

Fig. 2a die räumliche Anordnung der einzelnen Schichten des Vielschichtbauelementes,

Fig. 2b den örtlichen Verlauf der elektrischen Feldstärke bei U < 0 und

Fig. 2c den örtlichen Verlauf der elektrischen Feldstärke bei U < 0

Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des Schichtenaufbaus eines photoempfindlichen elektronischen Bauelementes gemäß Erfindung (n-i-p-i-n-i-n)

Fig. 4 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Wirkungsweise des Elements nach Fig. 3, wobei

Fig. 4a die räumliche Anordnung der einzelnen Schichten des Vielschichtbauelementes,

Fig. 4b den örtlichen Verlauf der elektrischen Feldstärke bei U < 0,

Fig. 4c den örtlichen Verlauf der elektrischen Feldstärke bei U_G < U < 0 und

Fig. 4d den örtlichen Verlauf der elektrischen Feldstärke bei U < U_G < 0

Fig. 5 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des Schichtenaufbaus eines photoempfindlichen elektronischen Bauelementes gemäß Erfindung (n-i-n-i-p-i-n-i-n)

Fig. 6 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Wirkungsweise des Elements nach Fig. 5, wobei

Fig. 6a die räumliche Anordnung der einzelnen Schichten des Vielschichtbauelementes,

Fig. 6b den örtlichen Verlauf der elektrischen Feldstärke bei 0 < U < U_G1,

Fig. 6c den örtlichen Verlauf der elektrischen Feldstärke bei 0 < U_G1 < U,

Fig. 6d den örtlichen Verlauf der elektrischen Feldstärke bei U_G2 < U < 0 und

Fig. 6e den örtlichen Verlauf er elektrischen Feldstärke bei U < U_G2 < 0

Fig. 7 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des Schichtenaufbaus eines photoempfindlichen elektronischen Bauelementes gemäß Erfindung (p-i-i-n)

Fig. 8 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Wirkungsweise des Elements nach Fig. 7, wobei

Fig. 8a die räumliche Anordnung der einzelnen Schichten des Vielschichtbauelementes,

Fig. 8b den örtlichen Verlauf der Dielektrizitätskonstante Epsilon,

Fig. 8c den örtlichen Verlauf der elektrischen Feldstärke bei U < 0,

Fig. 9 eine Prinzipskizze zur Erläuterung des Schichtenaufbaus der Kombination eines photoempfindlichen elektronischen Bauelementes gemäß Erfindung mit einem integrierten Schaltkreis.

In Fig. 1ist der Querschnitt durch ein n-i-p-i-n Schichtsystem dargestellt, bei dem die n-i-p-i-n Schichtenfolge auf einem Träger (Glas) abgeschieden ist. Das Glassubstrat ist mit einer TCO-Schicht bestehend aus einem lichtdurchlässigen, leitfähigen Oxid beschichtet, und darauf werden dann entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Folge die einzelnen amorphen Siliziumschichten abgeschieden.

Der Abscheideprozeß erfolgt mittels der bekannten PECVD- Technologie, bei der amorphes Silizium bei relativ niedrigen Temperaturen (ca. 150°C bis 250°C) in der gewünschten Schichtdicke abgeschieden wird.

Den Rückkontakt bildet eine Metallelektrode (z. B. Aluminium). An die TCO-Schicht wird eine äußere elektrischen Spannung U angelegt, die einen in das Element fließenden Strom treibt, wobei die Metall-Rückkontaktschicht das Bezugspotential bildet. Hierdurch wirkt die Anordnung wie eine antiseriell geschaltete Kombination zweier p-i-n Dioden.

Wie ferner in Fig. 1 dargestellt ist, erfolgt der Lichteinfall durch das Glassubstrat in das n-i-p-i-n Schichtsystem senkrecht zu den Schichtoberflächen.

Die Halbleiterstruktur ist in Fig. 2a skizziert dargestellt. In den die Randschichten des n-i-p-i-n Bauelementes bildenden n-dotierten Bereichen liegt eine starke Dotierung vor. In diesen Bereichen findet keine Ladungsträgersammlung statt, da eine hohe Rekombinationswahrscheinlichkeit zwischen Elektronen und Löchern entsprechend der hohen Defektdichten vorliegt. Wegen der als konstant angenommenen Dotierungskonzentration erfolgt dort, wie in Fig. 2b bzw. 2c dargestellt ist, ein linearer Anstieg der elektrischen Feldstärke. In den als raumladungsfrei angenommenen eigenleitenden Bereichen herrscht eine räumlich ungefähr konstante Verteilung der elektrischen Feldstärke, wobei der Beitrag zur Raumladung durch bewegliche Ladungsträger, Defekte und Störstellen vernachlässigt wird. Photogenerierte Ladungsträger werden als primärer Photostrom mittels des elektrischen Feldes gesammelt. Thermisch erzeugte Ladungsträger tragen zum Dunkelstrom bei. Da die n-i-p-i-n Struktur als zwei antiseriell geschaltete p-i-n Dioden betrachtet werden kann, findet der Hauptabfall der Spannung im Bereich der in Sperrichtung gepolten Diode statt. Das elektrische Feld in der in Durchlaßrichtung gepolten Diode ist demgegenüber vernachlässigbar. Die im Bereich der mittleren p-Schicht vorhandene Feldstärke ist, wie aus den Fig. 2b und 2c hervorgeht, unter der Voraussetzung der Vernachlässigung von thermisch erzeugten Ladungsträgern eine Funktion der angelegten Spannung U, wobei im Mittelbereich der p-Schicht an einer bestimmten Stelle die Feldstärke einen Nulldurchgang hat.

In Abhängigkeit von der außen am Element anliegenden Spannung ergibt sich der Verlauf der elektrischen Feldstärke entweder nach Fig. 2b (U < 0) oder nach Fig. 2c (U < 0). Wird nun gemäß Fig. 2b eine positive Spannung, beispielsweise +2 Volt, an das in Fig. 1 dargestellte Element angelegt, ist die vordere Diode in Sperrichtung gepolt, so daß sich in ihr ein hohes elektrisches Feld ausbildet, in dem Ladungsträger getrennt werden können. Da dieser Bereich in Lichteinfallsrichtung vorne liegt, werden dort die spektralen Anteile des Lichtes mit niedriger Absorptionslänge, d. h. blaues Licht, absorbiert.

Wenn umgekehrt an das Bauelement eine negative Spannung angelegt wird, beispielsweise -2 Volt, bildet sich die Raumladungszone im Bereich der hinteren p-i-n Diode aus, so daß dort die durch das Licht des grünen bzw. roten Spektralbereiches, welches eine größere Eindringtiefe aufweist, generierten Ladungsträger unter der Wirkung des elektrischen Feldes extrahiert werden können.

Ausgehend von dem in Fig. 1 dargestellten Bauelement zeigt Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für ein photoempfindliches elektronisches Bauelement gemäß der Erfindung. In Ergänzung zu dem in Fig. 1 dargestellten Bauelement ist nach Fig. 3 die in Lichteinfallsrichtung hintere eigenleitende Schicht durch Einfügen einer weiteren n-dotierten Schicht in zwei Teilschichten unterteilt.

Dies führt bei ansonsten entsprechenden Grundfunktionen des Bauelementes zu folgender Wirkungsweise:

Entsprechend Fig. 4b werden durch blaues Licht generierte Ladungsträger dann bevorzugt gesammelt, wenn am Bauelement eine positive äußere Spannung anliegt.

Fig. 4c zeigt demgegenüber den Fall, daß am Bauelement eine negative Spannung U anliegt. Dabei soll zunächst der Fall betrachtet werden, daß die negative Spannung betragsmäßig vergleichsweise gering ist. Das negative elektrische Feld erstreckt sich in diesem Fall zunächst nur über den vorderen Teilbereich der hinteren Diode, da die eingefügte n-Schicht durch die Raumladung der hierin befindlichen Dotieratome das Feld im hinteren Teil auf sehr kleine Werte begrenzt. Dadurch wird die Sammlung von Ladungsträgern, die von Licht großer Eindringtiefe (dem roten Licht entsprechend) erzeugt werden, verschlechtert. Mithin werden bei einer solchen Spannung bevorzugt Ladungsträger, die von grünen Photonen in der vorderen Teilschicht generiert werden, eingesammelt.

Wenn demgegenüber die negative Spannung betragsmäßig über eine Grenzspannung U_G ansteigt, kann der Betrag der elektrischen Feldstärke im vorderen Teil der hinteren Diode nicht mehr wesentlich ansteigen, da die Geschwindigkeit der Ladungsträger in die Nähe der thermischen Geschwindigkeit kommt. Dies hat zur Folge, daß jede weitere Erhöhung des Spannungsbetrages eine deutliche Vergrößerung des Feldstärkebetrages in der hinteren Teilschicht der hinteren Diode verursacht. Da in diesem Bereich des Bauelementes der langwellige Teil des Spektrums (rot) absorbiert wird, können die aus diesem Spektralbereich generierten Ladungsträger aufgrund des nun vorliegenden elektrischen Feldes extrahiert werden.

Die Größe der Grenzspannung U_G wird vornehmlich durch die Dicke und die Dotierungskonzentration der zusätzlich eingefügten n-Schicht, jedoch auch durch die Defektdichten an den Interfaces sowie die Dicken der angrenzenden eigenleitenden Schichten festgelegt.

Somit ergibt sich durch die Unterteilung der hinteren eigenleitenden Schicht durch Einfügen einer zusätzlichen dotierten Schicht eine erheblich verbesserte Rot-/Grün- Trennung und mithin in Kombination mit der im Bereich der vorderen eigenleitenden Schicht erfolgenden Blauabsorption die Möglichkeit eines Dreifarbensensors mit sehr hoher spektraler Selektivität.

Ausgehend von den in Fig. 3 und Fig. 4 beschriebenen Bauelement kann eine weitere Unterteilung der Absorptionsschichten gemäß der Erfindung vorgenommen werden. Ein Ausführungsbeispiel zeigt Fig. 5. In Ergänzung zu dem im Zusammenhang mit Fig. 3 dargestellten Bauelement ist hierbei auch die in Lichteinfallsrichtung vordere eigenleitende Schicht durch Einfügen einer n-dotierten Schicht in zwei Teilschichten unterteilt.

Dies führt in analoger Weise zu der Ausbildung eines Sprunges in der elektrischen Feldstärke im Bereich der vorderen Diode, dessen Höhe von der von außen angelegten Spannung abhängt.

Fig. 6b zeigt den Verlauf der elektrischen Feldstärke für den Fall, daß eine positive Spannung am Bauelement anliegt, deren Betrag eine Grenzspannung U_G1 nicht überschreitet. In diesem Fall wird das elektrische Feld auf die hintere Teilschicht der vorderen Diode begrenzt, so daß lediglich Ladungsträger, die aus dem grün-blauen Bereich des Spektrums generiert werden, zum primären Photostrom einen Beitrag liefern.

Wenn demgegenüber der Betrag der positiven Spannung über die Grenzspannung U_G1 ansteigt, erfolgt, wie in Fig. 6c dargestellt, eine Ausweitung des elektrischen Feldbereiches in die vordere Teilschicht der vorderen Diode hinein, so daß nunmehr auch die Ladungsträger, die durch kurzwellige Einstrahlung (blau) in geringer Tiefe des Bauelementes erzeugt werden, getrennt werden können.

Die Wirkungsweise des Bauelementes für negative Spannungen unterscheidet sich gemäß Fig. 6d und Fig. 6e nicht von dem in Fig. 4c und Fig. 4d dargestellten Grundprinzip für die Struktur gemäß Fig. 3.

Die im Bereich der vorderen Diode zusätzlich vorgenommene Unterteilung der Teilschichten führt mithin in Kombination mit der weiterhin gegebenen Rot-/Grün-Trennung zu einer spektralen Trennung der Empfindlichkeitsbereiche im kurzwelligen (blauen) Bereich des sichtbaren Spektrums.

In Ergänzung zu den vorstehend erläuterten photoempfindlichen elektronischen Bauelementen kann erfindungsgemäß eine weitergehende Unterteilung der Absorptionsschichten erfolgen, so daß auf diese Weise beliebige Feldverläufe im Innern der Struktur erzeugt werden können. Hierbei entsteht ein quasi kontinuierlich mit Hilfe der von außen angelegten Spannung verschiebbarer spektraler Empfindlichkeitsbereich.

Der Erfindung gemäß kann die Unterteilung der Absorptionsschichten in Teilschichten mit verschiedenen Ladungsträger-Sammellängen bzw. elektrischen Feldverläufen nicht nur mit Hilfe des Einfügens von p- oder n-dotierten Schichten erfolgen, sondern ebenfalls durch die Verwendung defektreicher oder photoleitender Schichten sowie Energiebarrieren, welche unterschiedliche Sammlungseigenschaften in den angrenzenden Teilschichten hervorrufen.

Im Extremfall können die Zwischenschichten auch ganz entfallen, wobei eine Unterteilung der Absorptionszonen dann mit Hilfe der Materialeigenschaften der Teilschichten erfolgt, insbesondere durch die Verwendung von Legierungen auf der Basis des amorphen Siliziums, welche über unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten Epsilon verfügen. Die Stetigkeit der Normalkomponente der elektrischen Flußdichte (Produkt aus Epsilon und elektrischer Feldstärke) bewirkt in diesem Fall verschiedene Feldverläufe an der Grenze zwischen zwei benachbarten Materialien, so daß die Sammlungseigenschaften für Ladungsträger beeinflußt werden.

In Fig. 7 ist ein Ausführungsbeispiel für ein photoempfindliches elektronisches Bauelement gemäß Erfindung gezeigt. Die Struktur basiert auf einer p-i-n Diodenstruktur, welche eine Teilstruktur der in Fig. 1 skizzierten n-i-p-i-n Schichtenfolge darstellt. In Fig. 7 ist die eigenleitende Schicht in zwei Teilschichten I und II untergliedert, welche über unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten Epsilon verfügen. Die Unterteilung erfolgt dahingehend, daß in der in Lichteinfallsrichtung vorgelagerten Teilschicht I ein niedriger Wert für die Dielektrizitätskonstante vorliegt, in der Teilschicht II ein hoher Wert. Dieser Zusammenhang geht aus Fig. 8b durch die Ortsabhängigkeit der Dielektrizitätskonstante Epsilon hervor, aus der die Abstufung in den Bereichen I, II erkennbar ist. Dies führt zu folgender Wirkungsweise des Bauelements:

An den Grenzen zwischen den Teilschichten I und II wird durch die unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten ein Sprung in der elektrischen Feldstärke erzeugt, der in der vorgelagerten Teilschicht I ein höheres Feld verursacht als in der hinteren Teilschicht II, wie Fig. 8c belegt. Dementsprechend liegt in der Teilschicht I eine höhere Sammellänge für Ladungsträger vor als in Teilschicht II. Dies bedeutet, daß Ladungsträger, die in der vorderen Teilschicht aufgrund der Absorption von kurzwelligem Licht (blau) generiert werden, schon bei betragsmäßig niedriger Sperrspannung effizient eingesammelt werden können, wohingegen die Ladungsträger, die im Teilbereich II von Licht mit höherer Eindringtiefe erzeugt werden (grün und rot), bedingt durch den niedrigen Feldstärkebetrag im Teilbereich II durch Rekombination für den Photostrom verlorengehen, bevor sie die Kontakte erreichen. Erst bei höheren elektrischen Feldstärken auch im Teilbereich II, d. h. bei höheren Sperrspannungsbeträgen, können diese Ladungsträger zum Stromfluß beitragen. Als Folge davon verschiebt sich das Maximum der spektralen Empfindlichkeit des Bauelementes für steigende Sperrspannungen vom kurzwelligen zum langwelligen Ende des sichtbaren Spektralbereiches.

Durch eine weitere, der Erfindung gemäße Untergliederung der eigenleitenden Schichten entsprechend ihrer Dielektrizitätskonstante kann ein beliebiges Sammlungsprofil im Innern der Absorptionsschichten erzeugt werden. Im Extremfall besteht die Absorptionszone aus einer einzigen in ihren Materialparametern bezüglich der Ortskoordinate kontinuierlich veränderten eigenleitenden Schicht (gradierte Schicht), die einen kontinuierlichen Verlauf des Sammellänge in der Schicht hervorruft. Auf diese Weise läßt sich durch die angelegte Spannung das Maximum der spektralen Empfindlichkeit kontinuierlich über das Spektrum hinweg verschieben.

Derartige (abgestufte oder gradierte) Profile der Dielektrizitätskonstanten lassen sich bei der Herstellung der Bauelemente mittels PECVD-Abscheidung durch schrittweise oder kontinuierliche Veränderung der Zusammensetzung des Gasgemisches während der Abscheidung erzeugen. So ist bekannt, daß die Zugabe von Methan (CH₄) zum Silan (SiH₄) die Dielektrizitätskonstante herabsetzt, während der Zusatz von German (GeH₄) die Dielektrizitätskonstante erhöht.

Ausgehend von den oben beschriebenen Grundfunktionen der erfindungsgemäßen Bauelemente können noch folgende Verbesserungen bevorzugt werden:

Die eigenleitenden Schichten der in Lichteinfallsrichtung vorgeordneten Teilschichten können aus im Bandabstand variabel aufgeweiteten (z. B. unterschiedlich karbonierten) Schichten bestehen, so daß sich einerseits eine verbesserte Farbtrennung ergibt, andererseits der Dunkelstrom herabgesetzt wird. Zur weiteren Optimierung der spektralen Selektivität können die eigenleitenden Teilschichten im hinteren Bereich der Bauelemente als a-SiGe:H Schichten mit abgestuftem oder gradiertem Bandabstand ausgeführt sein. In diesem Zusammenhang wird von dem bekannten Verfahren des "band-gap engineering" Gebrauch gemacht.

Zur Verbesserung der maximalen Quantenausbeute kann die in Lichteinfallsrichtung vorderste dotierte Schicht im Bandabstand aufgeweitet (karboniert) oder als mikrokristalline Schicht ausgeführt sein. Auch dotierte Schichten im Innern der Bauelemente können im Hinblick auf eine Maximierung der Quantenausbeute karboniert sein.

Des weiteren kann von dem bekannten Verfahren des "µ-Tau engineering" Gebrauch gemacht werden, indem die Beeinflussung der Sammellänge über die Steuerung der elektrischen Feldstärke hinaus durch Variation des µ-Tau-Produktes der Teilschichten unterstützt wird. In diesem Fall werden die Teilschichten mit hoher gewünschter Sammellänge während der Abscheidung mit Materialien hohen µ-Tau-Produktes versehen, Teilschichten mit geringer gewünschter Sammellänge erhalten bei der Abscheidung des Bauelementes ein entsprechend niedriges µ-Tau-Produkt.

Ausgehend von den im Zusammenhang mit den Fig. 3, Fig. 5 und Fig. 7 beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Bauelemente kann ein in Fig. 9 dargestellter Farbbildsensor, welcher exemplarisch ein Bauelement der in Fig. 3 beschriebenen Struktur enthält, erstellt werden, indem die beschriebene Vielschichtstruktur auf einen integrierten Schaltkreis, z. B. in Form eines ASIC, als Substrat aufgebracht wird. Der Herstellungsprozeß erfolgt gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Isolationsschicht und einer Metallbeschichtung. Die Schichtenfolge bei der PECVD-Abscheidung ist dabei umgekehrt wie in Fig. 3, Fig. 5 bzw. Fig. 7 beschrieben.

Gemäß Fig. 9 fällt dann das Licht durch die lichtdurchlässige, leitfähige TCO-Schicht ein, wobei zur Erhöhung der optischen Ausbeute zusätzliche dielektrische Anpassungs- und Vergütungs- sowie Passivierungsschichten auf der TCO-Schicht eingesetzt werden können. Je nach Ansteuerung der optischen Zelle durch die kristalline ASIC-Struktur ergibt sich für jedes Pixelelement je nach angelegter Spannung ein unterschiedliches Spektralverhalten. Auf diese Weise kann das eingestrahlte Licht pixelweise auf seine spektralen Bestandteile hin analysiert werden und das auf diese Weise gewandelte Lichtsignal elektrisch weiterverarbeitet werden.

Claims

1. Photoempfindliches elektronisches Bauelement auf der Basis von amorphem Silizium und dessen Legierungen bestehend aus mindestens einem sperrenden Kontakt mit benachbarter strahlungsabsorbierender eigenleitender Schicht, z. B. p-i- oder n-i-Übergänge oder Metall-i- Strukturen (Schottky-Kontakt); oder Mehrschichtsystemen, z. B. p-i-n, n-i-p, n-i-n, p-i-p, n-i-p-i-n, p-i-n-i-p oder Doppel-Schottky-Übergänge, bei dem die aktiven Schichten jeweils normal zur Ausbreitungsrichtung des Lichtes angeordnet sind, wobei für unterschiedliche von außen an das Bauelement angelegte elektrische Spannungen Ladungsträger, welche durch unterschiedliche spektrale Einstrahlung generiert werden, gesammelt werden, und wobei mindestens eine der eigenleitenden Schichten aus zwei Teilschichten unterschiedlicher Sammellänge (Driftlänge) für photogenerierte Ladungsträger aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der in Lichteinfallsrichtung vorgeordneten Teilschicht (I) eine höhere und in der in Lichteinfallsrichtung nachgeordneten Teilschicht (II) eine niedrigere Sammellänge für photogenerierte Ladungsträger vorliegt und daß an der Grenze der beiden Teilschichten (I, II) eine Zwischenschicht eingefügt ist derart, daß die beiden Teilschichten (I, II) unterschiedliche Beträge der elektrischen Feldstärke aufweisen derart, daß in der in Lichteinfallsrichtung vorgeordneten Teilschicht (I) vermehrt Ladungsträger aufgrund kurzwelliger und in der in Lichteinfallsrichtung nachgeordneten Teilschicht (II) vermehrt Ladungsträger aufgrund langweiliger Lichteinstrahlung gesammelt werden.

2. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten (I, II) durch Einfügen einer n-dotierten Schicht an deren Grenze hervorgerufen werden.

3. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten durch Einfügen einer p-dotierten Schicht an deren Grenze hervorgerufen werden.

4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten durch Einfügen einer dünnen dotierten Schicht an deren Grenze hervorgerufen werden.

5. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten durch Einfügen einer dotierten Schicht mit einer Schichtdicke kleiner als 10 nm an deren Grenze hervorgerufen werden.

6. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten durch Einfügen einer schwach dotierten Schicht an deren Grenze hervorgerufen werden.

7. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten durch Einfügen einer dotierten Schicht mit einer Dotierungskonzentration kleiner als 1 at.% an deren Grenze hervorgerufen werden.

8. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten durch Einfügen einer defektreichen undotierten oder dotierten Schicht an deren Grenze hervorgerufen werden.

9. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten durch Einfügen einer Schicht mit einer Defektdichte größer als 10¹⁶ cm^-3 an deren Grenze hervorgerufen werden.

10. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Defektdichte durch den Einbau von Fremdatomen in das amorphe Silizium, insbesondere a-SiC:H und a-SiGe:H, erfolgt.

11. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten durch Einfügen einer Energiebarriere an deren Grenze hervorgerufen werden.

12. Bauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiebarriere aus einer im Bandabstand erweiterten amorphen Siliziumschicht besteht.

13. Bauelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiebarriere aus einer mit Kohlenstoff versetzten amorphen Siliziumschicht (a-SiC:H) besteht.

14. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandabstand der Energiebarriere mindestens 1,9 eV beträgt.

15. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten durch Einfügen einer photoleitenden Schicht an deren Grenze hervorgerufen werden.

16. Bauelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht an der Grenze zweier Teilschichten eine schwach dotierte Schicht ist.

17. Bauelement nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die photoleitende Schicht an der Grenze zweier Teilschichten eine defektreiche dotierte Schicht ist.

18. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten durch unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten in den beiden Teilschichten hervorgerufen werden.

19. Bauelement nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen in den Teilschichten durch unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten in den beiden Teilschichten und eine Gradierung der Dielektrizitätskonstante in der Zwischen schicht hervorgerufen werden.

20. Bauelement nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die unterschiedlichen Sammellängen durch eine kontinuierliche Gradierung der Dielektrizitätskonstanten in der Schicht hervorgerufen werden.

21. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 18-20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung der Dielektrizitätskonstanten in den eigenleitenden Schichten durch den Einbau von Fremdatomen, insbesondere a-SiC:H und a-SiGe:H erfolgt.

22. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine sukzessive, periodische Unterteilung der Teilschichten mit unterschiedlichen Sammellängen durch Anwendung einer oder einer Kombination mehrerer der in den vorhergehenden Ansprüche formulierten Methoden vorgenommen wird.

23. Photoempfindliches elektronisches Bauelement auf der Basis von amorphem Silizium und dessen Legierungen, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine erste halbleitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine dotierte Zwischenschicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine zweite halbleitende a-Si:H Schicht,

wobei mindestens eine der eigenleitenden Schichten aus zwei Teilschichten (I, II) unterschiedlicher Sammellänge (Driftlänge) für photogenerierte Ladungsträger aufgebaut ist und wobei in der in Lichteinfallsrichtung vorgeordneten Teilschicht (I) eine höhere und in der in Lichteinfallsrichtung nachgeordneten Teilschicht (II) eine niedrigere Sammellänge für photogenerierte Ladungsträger vorliegt.

24. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine p-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine n-leitende a-Si:H Schicht,

wobei mit erfindungsgemäßer a-Si:H Schicht eine p- dotierte oder eine n-dotierte oder eine defektreiche oder eine photoleitende oder eine gradierte amorphe Siliziumschicht oder eine Energiebarriere bezeichnet ist.

25. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine n-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine p-leitende a-Si:H Schicht,

26. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine n-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine n-leitende a-Si:H Schicht,

27. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine p-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine p-leitende a-Si:H Schicht,

28. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine p-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
f) eine dritte eigenleitende a-Si:H Schicht
g) eine n-leitende a-Si:H Schicht,

29. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine n-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
f) eine dritte eigenleitende a-Si:H Schicht
g) eine p-leitende a-Si:H Schicht,

30. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine n-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
f) eine dritte eigenleitende a-Si:H Schicht
g) eine n-leitende a-Si:H Schicht,

31. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine p-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht.
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
f) eine dritte eigenleitende a-Si:H Schicht
g) eine p-leitende a-Si:H Schicht,

32. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine n-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine p-leitende a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
f) eine dritte eigenleitende a-Si:H Schicht
g) eine n-leitende a-Si:H Schicht,

33. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine p-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine n-leitende a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
f) eine dritte eigenleitende a-Si:H Schicht
g) eine p-leitende a-Si:H Schicht,

34. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine n-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine p-leitende a-Si:H Schicht
f) eine dritte eigenleitende a-Si:H Schicht
g) eine n-leitende a-Si:H Schicht,

35. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine p-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine n-leitende a-Si:H Schicht
f) eine dritte eigenleitende a-Si:H Schicht
g) eine p-leitende a-Si:H Schicht,

36. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine n-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine p-leitende a-Si:H Schicht
f) eine dritte eigenleitende a-Si:H Schicht
g) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
h) eine vierte eigenleitende a-Si:H Schicht
i) eine n-leitende a-Si:H Schicht,

37. Bauelement nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch die auf ein Glassubstrat aufgebrachte Schichtenfolge:

a) eine p-leitende a-Si:H Schicht
b) eine erste eigenleitende a-Si:H Schicht
c) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
d) eine zweite eigenleitende a-Si:H Schicht
e) eine n-leitende a-Si:H Schicht
f) eine dritte eigenleitende a-Si:H Schicht
g) eine erfindungsgemäße a-Si:H Schicht
h) eine vierte eigenleitende a-Si:H Schicht
i) eine p-leitende a-Si:H Schicht,

38. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenfolge aus beliebigen Teilen der in den vorhergehenden Ansprüchen formulierten Schichtenfolgen besteht.

39. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenfolge aus beliebigen Kombinationen der in den vorhergehenden Ansprüchen formulierten Schichtenfolgen besteht.

40. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtenfolge durch Unterteilung der eigenleitenden a-Si:H Schichten mittels Einfügen weiterer p- oder n- dotierter oder defektreicher oder gradierter oder photoleitender Schichten oder Energiebarrieren in eine der in den vorhergehenden Ansprüchen formulierten Schichtenfolgen besteht.

41. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der n- oder p-dotierten Randschichten durch eine Metallschicht ersetzt ist, welche mit der benachbarten eigenleitenden Schicht einen Schottky- Übergang bildet.

42. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Glassubstrat und der in dem Anspruch formulierten Schichtenfolge eine weitere Schicht aus einem transparenten, leitfähigen Oxid (TCO) vorgesehen ist.

43. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Glassubstrat und der in dem Anspruch formulierten Schichtenfolge eine transparente Metallschicht vorgesehen ist.

44. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die in dem Anspruch formulierte Schichtenfolge eine Metallschicht als Rückelektrode aufgebracht ist.

45. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich mindestens einer eigenleitenden Schicht eine eigenleitende Schicht aus a-SiC:H mit erhöhtem Bandabstand vorgesehen ist.

46. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich mindestens einer eigenleitenden Schicht eine eigenleitende Schicht aus a-SiGe:H mit verringertem Bandabstand vorgesehen ist.

47. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich mindestens einer eigenleitenden Schicht eine eigenleitende Schicht mit erhöhtem µ-Tau-Produkt vorgesehen ist.

48. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich mindestens einer eigenleitenden Schicht eine eigenleitende Schicht mit verringertem µ-Tau-Produkt vorgesehen ist.

49. Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle mindestens einer dotierten a-Si:H Schicht eine Schicht aus mikrokristallinem oder karboniertem amorphen Silizium vorgesehen ist.

50. Farbsensor unter Verwendung eines Bauelementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die das Bauelement bildende Schichtstruktur auf der Oberfläche eines integrierten Schaltkreises abgeschieden ist, wobei die Reihenfolge der Schichten gegenüber den in den vorhergehend formulierten Schichtenfolgen original oder umgekehrt sein kann.

51. Farbsensor unter Verwendung eines Bauelementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Schaltkreis ein ASIC ist.

52. Farbsensor unter Verwendung eines Bauelementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der das Bauelement bildenden Schichtstruktur und dem integrierten Schaltkreis weitere isolierende oder metallische Schichten eingefügt sind.

53. Farbsensor unter Verwendung eines Bauelementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Oberfläche der das Bauelement bildenden Schichtstruktur weitere transparente, leitfähige oder dielektrische Schichten aufgebracht sind.

54. Farbsensor unter Verwendung eines Bauelementes nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägersubstrat Quarz, Metall, Si-Wafer, GaAs oder Kunststoff verwendet werden.