DE2049507B2 - Lichtempfindliche Halbleitern- - Google Patents
Lichtempfindliche Halbleitern-Info
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Description
1SO
Die Erfindung betrifft eine lichtempfindliche Halbleiteranordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
Eine derartige lichtempfindliche Halbleiteranordnung istbekannt(BE-PS7 45 466). «
Ei sind weiterhin lichtempfindliche Halbleiteranordnungen
mit in Matrixform angeordneten lichtempfindlichen Elementen bekannt (Electronics, 30. Januar 1959,
Seiten 46 und 47), wobei die einzelnen Elemente durch auf einem Substrat in Spalten- beziehungsweise f>o
Zeilenrichfung verlaufende, sich kreuzende Streifen gebildet sind.
Die mit herkömmlichen lichtempfindlichen Halbleiteranordnungen zu erzielende Auflösung ist wegen
der zur Kontaktierung verwendeten metallischen '>"> Leiterbahnen begrenzt. Um die Auflösung zu verbessern,
können die einzelnen lichtempfindlichen Elemente verkleinert werden. Die metallischen Leiterbahnen sind
jedoch nicht im gleichen Maße verkleinerbar, wodurch die Empfindlichkeit herabgesetzt wird.
Bei zahlreichen Anwendungen, wie zum Beispiel Farberkennung, Aufnahme elektronischer Fernsehbilder
usw. stört die Infrarotempfindlichkeit. So soll zum Beispiel die spektrale Lichtempfindlichkeit des lichtelektrischen
Wandlers bei der Fernsehbilderzeugung etwa der Augenempfindlichkeit entsprechen. Um dies
zu erreichen, muß der Infrarotanteil der Strahlung durch zusätzliche Filter unterdrückt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine lichtempfindliche Halbleiteranordnung
der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, die eine hohe Auflösung und geringe
!nfrarotempfindlichkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen
Merkmale gelöst.
Durch die Erfindung wird eine lichtempfindliche Halbleiteranordnung mit hoher Auflösung und geringer
infrarotempfindüchkeit ermöglicht.
Zum Herstellen der die fotoelektrischen Eigenschaften der einzelnen lichtempfindlichen Elemente der
erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung verbessernden gleichrichtenden HeteroÜbergänge werden in ein
dotiertes Halbleitersubstrat, vorzugsweise aus Silicium, Germanium oder Galliumarsenid, entgegengesetzt
dotierte erste Bereiche oder in diese ersten Bereiche zweite Teilbereiche eindiffundiert und auf die ersten
Bereiche oder die in Gestalt von Inseln in die ersten Bereiche eindiffundierten zweiten Bereiche gegen das
Halbleitersubstrat durch beispielsweise eine Siliciumdioxidschicht
isolierte dünne, gut lichtdurchlässige und elektrisch gut leitende Halbleiterschichten zeilenweise
im Abstand voneinander aufgebracht. Diese lichtdurchlässigen Schichten bilden mit dem Halbleitermaterial
der eindiffundierten ersten Bereiche beziehungsweise zweiten Teilbereiche an den Stellen, wo sich die dünnen
lichtdurchlässigen Schichten mit lijp eindiffundierten
Bereichen überschneiden und an denen in der Isolatorschicht Fenster vorgesehen sind, HeteroÜbergänge.
Die dünnen lichtdurchlässigen Schichten bestehen vorzugsweise aus einem der folgenden Halbleitermaterialien:
Zinnoxid (SnO2), in an sich bekannter Weise
anitmondotiertes SnO2 (US-PS 31 52 926), Indiumoxid
(ln2Oj) oder mit Zinn, Titan oder Cadmium dotiertes
\n2Os. Die zeilenweise im Abstand angeordneten
lichtdurchlässigen Schichten sind dünne, gut lichtdurchlässige und elektrisch gut leitende Halbleiterschichten,
bilden mit dem Halbleitermaterial der in das Halbleitersubstrat eindiffundierten ersten Bereiche beziehungsweise
zweiten Teilbereiche in den Fenstern in der Isolierschicht an den Überschneidungsstellen gleichrichtende
HeteroÜbergänge und weisen einen optischen Brechungsindex solcher Größe sowie eine solche
optische Schichtdicke auf, daß sie gleichzeitig als Antireflexschichten dienen.
Die spaltenweise eindiffundierten ersten Halbleiterbereiche haben den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp wie das dotierte Halbleitersubstrat, und die
gegebenenfalls vorgesehenen zweiten eindiffundierten Teilbereiche bilden in den ersten Halbleiterbereichen
Inseln vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das dotierte Halbleitersubstrat.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung mit den F i g. I und 2,
in denen jeweils ein Ausführungsbeispiel der lichtempfindlichen Halbleiteranordnung dargestellt ist, näher
erläutert.
Die lichtempfindlichen Elemente dieser Halbleiterunordnungen haben einen I letcroübergang Silicium/Zinnoxid.
Die Fig. I zeigt in perspektivischer Ansicht eine lichtempfindliche Halbleiteranordnung mit einer Vielzahl
in Zeilen und Spalten i-ngeordneter lichtempfindlicher
Halbleiterelemente. Die lichtempfindlichen Elemente sind dabei einen HeteroÜbergang aufweisende
Fotodioden.
Die lichtempfindliche Halbleiteranordnung besteht aus einem dotierten Halbleitersubstrat 1, beispielsweise
aus p-dotieriem Silicium. In dieses Halbleitersubstrat 1
sind spaltenweise in Abstand voneinander entgegengesetzt dotierte Bereiche 2 eindiffundiert, die somit
η-leitend sind. Über dem mit den diffundierten Bereichen 2 versehenen Halbleitersubstrat 1 verlaufen
zeilenweise in Abstand voneinander und gegen das Halbleitersubstrat 1 durch eine Isolatorschicht 3 aus
SiOj elektrisch isoliert dünne lichtdurchlässige HaIbieiierschichten
4, die aus Zinnoxid bestehen und die an den Stellen, in denen sie sich mit den eindiffundierten
Bereichen 2 überschneiden, mit diesen jeweils in, den in der Isolatorschicht 3 vorgesehenen Fenstern einen
HeteroÜbergang bilden. Diese zeilenweise aufgebrachte lichtdurchlässigen Schichten 4 bilden einerseits die
HeteroÜbergänge und dienen gleichzeitig als Anschluß. So kann auf das Aufdampfen zusätzlicher Aluminiumleiterbahnen
verzichtet werden. Dies ist ein großer Vorteil bei der Herstellung der gewünschten hochauflösenden
Mosaiks mit großer Packungsdichte. Die spaltenweise Ansteuerung der erfindungsgemäßen
Halbleiteranordnung erfolgt über die eindiffundierten Bereiche 2. Die spaltenweise eindiffundierten Bereiche 2
sind am Rand mit den sperrschichtfreien Kontakten 5 und die zeilenweise verlaufenden dünnen lichtdurchlässigen
Schichten 4 sind am Rand mit den sperrschichtfreien Kontakten 6 versehen.
In F i g. 2 ist eine andere lichtempfindliche Halbleiteranordnung
in Draufsicht dargestellt. Die in Zeilen und Spalten angeordneten lichtempfindlichen Halbleiterelemente
sind in diesem Ausführungsbeispie! bipolare Fototransistoren.
Die lichtempfindliche Halbleiteranordnung besteht aus dem dotierten Halbleitersubstrat 1 aus Silicium, in
das spaltenweise im Abstand voneinander entgegengesetzt dotierte erste Bereiche 2 eindiffundiert sind. In.
diese Bereiche 2 sind entgegengesetzt dotierte zweite Teilbereiche 2' cindiffundiert, die mit den zeilenweise in
Abstand über dem Halbleitersubstrat I verlaufenden dünnen lichtdurchlässigen Schichten 4 aus SnOi an den
Stellen, wo sie sich mit diesen überschneiden und an denen Fenster in der Isolatorschicht 3 vorgesehen sind,
HeteroÜbergänge bilden. Diese Teilbereiche 2' sind außer an den Überschneidungsstellen, an denen Fenster
in der Isolatorschicht 3 vorgesehen sind, gegen das Halbleitersubstrat 1 durch die Isolatorschicht 3 aus
Siliciumdioxid elektrisch isoliert und weisen dun gleichen Leitfähigkeitstyp wie das dotierte Halbleitersubstrat
I auf. Die zeilenweise über dem Halbleitersubstrat I verlaufenden dünnen lichtdurchlässigen Schien-
·, ten 4 sind am Rand mit den sperrschichtfreien Kontakten 6 und die spaltenweise in der Oberfläche des
Halbleitersubstruts 1 verlaufenden eindiffundierten ersten Bereiche 2 sind am Rand mit den sperrschichtfreien
Kontakten 5 versehen. Die sperrschichtfreien
in Kontakte 5, 6 sind in der F i g. 2 zur besseren Übersicht
schraffiert dargestellt.
Die in diesem Ausführungsbeispiel aus Zinnoxid bestehenden dünnen Schichten 4 haben wiederum /w. ei
Funktionen: einmal wirken sie in diesem Beispiel in den
t'i an den Überschneidungsstellen vorgesehenen Oxidschichtfenstern
als Kollektor, zum anderen werden diese Kollektoren durch die Schichten 4 zeilenweise
verbunden. Damit entfällt das Aufdampfen zusätzlicher Metalleiterbahnen, das heißt die Lichtempfindlichkeit
2i) dieser erfindungsgemäßen Mosaiks >t größer als bei
bekannten Mosaiks. Darüber hinaus ist bei den Zinnoxidleiterbahnen die Gefahr von Kurzschlüssen bei
Löchern im Siliciumdioxid geringer. Befindet sich unter dem Zinnoxid ein Loch im Siliciumdioxid, so verhindert
der sie'1 dort ausbildende HeteroÜbergang einen
Kurzschluß. Die spaltenweise Ansteuerung der Transistoren der lichtempfindlichen Halbleiteranordnung
erfolgt über die eindiffundierien Bereiche 2.
Das zeilenweise Aufbringen der dünnen lichtdurch-
H) lässigen, vorzugsweise aus Zinnoxid bestehenden
Schichten 4 und damit das Herstellen der HeteroÜbergänge kann in beiden Ausführungsbeispielen nach
einem der an sich bekannten Verfahren von »leitenden Glasoberflächen« erfolgen. Dazu wird zum Beispiel
r. Zinnchlorid (SnCb) verdampft und mit Luft als Trägergas über die Siliciumsubstratoberfliiche I geleitet,
die sich auf einer Temperatur von ungefähr 400'C befindet.
Die in beiden Ausführungsbeispielen vorgesehenen
4n Zinnoxidschichten 4 absorbieren im ultravioletten,
sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich nicht. Daher weist die lichtempfindliche Halbleiteranordnung
eine sehr gute Blauempfindlichkeit auf. Außerdem wird die Quantenausbeute dadurch verbessert, daß die
·)» Zinnoxidschichten 4 als Antireflexschichten ausgebildet
sind. Werden die Zinnoxidschichten 4 bei ihrer Herstellung mit Antimon dotiert, so läßt sich der
Bereich der spektralen Empfindlichkeit einengen. Mit steigender Antimonkonzentration verschiebt sich die
on langwellige Kante der Durchlässigkeit der Zinnoxidschichten
vom infraroten ir den sichtbaren Speklralbereich, und bei einem Antimongehalt von ungefähr 3 bis
4% wird praktisch nur noch blaues Licht durch die
Schichten 4 hindurchgelassen. Auf diese Weise läßt sich der Empfindlichkersbereich der lichtempPndlichen
Halbleiteranordnung ohne Verwendung zusätzlicher Filter einengen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Lichtempfindliche Halbleiteranordnung mit mehreren voneinander getrennt in Form einer
Matrix in Zeilen und Spalten aul einem dotierten ϊ Halbleitersubstrat angeordneten lichtempfindlichen
Elementen, bei der jedes lichtempfindliche Element einen in das Halbleitersubstrat eindiffundierten, am
Rand sperrschichtfrei konlaktierten ersten Halbleiterbereich und einen gleichrichtenden Übergang in
aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen gleichrichtenden Obergänge HeteroÜbergänge
sind, die durch die ersten Halbleiterbereiche (2) oder durch jeweils einen zweiten in die ersten
Halbleiterbereiche (2) eindiffundierten Teilbereich H (21) und eine dünne lichtdurchlässige, als Antireflexschicht
ausgebildete Halbleiterschicht (4) gebildet sind, daß diese Halbleiterschicht (4) aus mit Antimon
dotiertem Zinnoxid oder aus mit Zinn, Titan oder Cadmium iotiertem Indiumoxid besteht und in
einzelne, durch eine Isolierschicht (3) gegen das Halbleitersubstrat (1) elektrisch isolierte, auf diesem
Halbleitersubstrat (1) verlaufende Zeilen unterteilt ist, die ebenfalls am Rand sperrschichtfrei kontaktiert
sind, und daß die ersten Halbleiterbereiche (2) in der Oberfläche des Halbleitersubstrats (1) in
Spaltenrichtung verlaufen.
2. Lichtempfindliche Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
eindiffundierten ersten Halbleiterbereiche (2) den Jo entgegengesetzten Leilfähigkeitstyp wie das dotierte
Halbleitersubstrat (1) aufweisen.
3. Lichtempfindliche Halbleiteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
zweiten eindiffundierten Teilb-.reiche (2') in den is
ersten Halbleiterbereichen (2) Inseln vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das dotierte Halbleitersubstrat
(1) bilden.
4. Lichtempfindliche Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich- *o
net, daß die Isolierschicht (3) aus dem Oxid des Halbleitersubstrat-Materials besteht.
5. Lichtempfindliche Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleitersubstrat (1) aus Silicium, -i'
Germanium oder Galliumarsenid besteht.
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