DE2240177A1 - Ladungsverschiebeanordnung als photodetektor - Google Patents

Ladungsverschiebeanordnung als photodetektor

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DE2240177A1 DE19722240177 DE2240177A DE2240177A1 DE 2240177 A1 DE2240177 A1 DE 2240177A1 DE 19722240177 DE19722240177 DE 19722240177 DE 2240177 A DE2240177 A DE 2240177A DE 2240177 A1 DE2240177 A1 DE 2240177A1
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Description

LsdungsverSchiebeanordnung als Phototdetektor
Die Erfindung besieht sich auf eine Ladungsverschiebeanordnung als Phototdetektor mit einem Halbleiterkörper und einer elektrisch isolierenden Schicht} wobei auf dieser Schicht Metallelektroden'angeordnet sind.
Die Anwendung von Ladungsverschiebeelementen (charge-coupled devices) als Phototdetektoranordnung ist bekannt. In der Veröffentlichung in "Bell Systems Technical Journal" vom April 1970 ist auf den Seiten 587 bis 593 von den Verfassern W.S. Boyle u, G.E. Smith eine s.olche Anordnung beschrieben. Dabei ist vorgesehen, daö Licht von der Substratseite her auf die Anordnung einfallen zu lassen. Der Vorgang, der sich abspielt ist folgender. Bei der Verwendung eines beispielsweise n-äotierten Halbleitersubstrats entstehen in diesem Substrat bei seiner Belichtung Elektronen-Loch-Paare. Die Lecher dieser Elektronen-Loch-Paare v/erden auf der der Belichtung gegenüberliegenden Halbleiteroberfläche in Inversionsbereichen gesammelts nachdem sie durch das Halbleitersubstrat hindurch diffundiert sind und die Raualadungsζ one durchquert haben. Die Abnahme der dem Licht entsprechenden Ladungsmenge erfolgt mit Hilfe des Ladungsschiebeeffekts.
Eine wie oben beschrieben bekannte Anordnung hat jedoch Nachteile. Bei Halbleiterschichtdicken von mehr als 100 /um treten unerwünschte Nebeneffekte„wie RekombinationsVerluste der erzeugten Ladungsträger„ seitliche Verzögerung durch die Diffusion und Diffusionsverluste durch Diffusion„ die nicht in Richtung auf die Metall elektroden zu verläuft, auf.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Ladungsverschiebeanordnung anzugeben, bei der solche Nachteile vermieden sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Ladungsverschiebeanordnung gelöst, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ketallelektroden Lichtdurchlässige öffnungen aufweisen.
Eine solche erfindungsgemäße Anordnung wird im Gegesatz zu den bekannten Anordnungen durch die Metellelelrtroden her belichtet.
Vorzugsweise werden als strahlungsdurchlässige Metallelektroden Metallgitter verwendet.
Vorteilhafterweise kann bei der erfindungsgemäßen Ladungsverschiebeanordnung ein Halbleitersubstrat verwendet werden, das ebenso dick ist wie die Halbleitersubstrate der bekannten Ladungsverschiebeanordnungen.
V/eitere Erläuterungen zur Erfindung und zu deren Ausgestaltungen gehen aus den Beschreibungen und den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihren Weiterbildungen hervor.
Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Ladungsverschiebeanordnung.
Figur 2 zeigt in schematischer Darstellung die Aufsicht auf die Elektroden einer erfindungsgemäßen Ladungsverschiebeanordnung.
In der Figur 1 ist das Halbleitersubstrat mit 3 bezeichnet. Torzugsweise besteht dieses Substrat aus η-dotiertem Silizium. Auf dem Substrat ist die elektrisch icslierende Schicht 5 aufgebracht. Diese Schicht besteht vorzugsweise aus SiO2. Die
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Dicke der Schicht 5 beträgt vorzugsweise o,1yum. Auf dieser Schicht, die lichtdurchlässig ist, wiederum sind die Metallelektroden -1 und 2 aufgebracht. In der Elektrode 1 sind die strahlungsdurchlässigen Öffnungen 11 und-in der Metallelektrode 2 die strahlungsdurchiässigen Öffnungen 22 angebracht. Die Metallelektroden bestehen vorzugsweise aus Aluminium.
Die erfindungsgemäßen Ladungsverschiebeanordnungen werden von der Vorderseite her durch die Öffnungen 11 bzw. 22 der Elektroden 1 bzw. 2 her belichtet.
Die Öffnungen in den Metallelektrode^ werden vorzugsweise als Spalte ausgestaltet. Vorzugsweise ist die Länge 9 dieser öffnungen doppelt so groß wie die mittlere Dicke 8 der Raumladungszone. Um eine möglichst große strahlungsempfindliche Fläche zu erhalten, werden die Stege zwischen den Öffnungen so schmal wie möglich gemacht, wobei einzelne Unterbrechnungen der Stege den Wirkungsgrad der Anordnung nicht erniedrigen.
In der Figur 2 ist die Aufsicht einer erfindungsgepiäßen Ladungs-Verschiebeanordnungdargestellt. Dabei sind die Metallelektroden mit 10 bzw. 20 und die in diesen Elektroden befindlichen Öffnungen mit 110 bzw. 220 bezeichnet.'
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden anstelle der obenangegebenen strahlungsdurchlässigen Elektroden gröbere Metallgitter verwendet. Die Ansprüche an die Leitfähigkeit der gitterförmigen durchlässigen Elektroden sind dabei sehr gering.
Um Potentialschwellen, die in Bereichen des Halbleitermaterials unterhalb der Öffnungen in den Elektroden und unterhalb der Spalte zwischen den Elektroden vorhanden sind, abzubauen, kann das Halbleitermaterial im Bereich unterhalb der Öffnungen und Spalte entgegengesetzt zu seiner Dotierung dotiert werden. Als Dotierungsverfahren ist das Ionenimplaritationsverfahren besonders gut geeignet, da bei ihm die Bereiche selbstjustierend dotiert
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werden. Eine gesonderte Maskierung ist nicht erforderlich, da die auf der elektrisch isolierenden Schicht angebrachten Metallelektroden als Masken verwendet werden können.
Im folgenden wird eine als Photodetektor dienende Ladungsverschiebeanordnung beschrieben, bei der diese -Bereiche mittels Ionenimplantation hoch dotiert sind. Das Halbleitermaterial, das vorzugsweise aus η-leitenden Silizium
15 — 3\
(Kw = 10 cm ) beseteht, wird mittels Ionenimplantation εο gegendotiert, daß die Zahl der in dem Halbleitermaterial in den Bereichen unterhalb der Spalte enthaltenen Akzeptoren N. größer ist als die Zahl der in diesen Bereichen enthaltene Zahl der Donatoren N^. Durch diese Dotierung entsteht in den Bereichen unterhalb der Spalte in dem n-Silizium-Halbleitermaterial ein Gebiet, in dem die Minoritätslandungsträger, die über die Anordnung verschoben werden sollen, bei der Ledungsverschiebung in den Spalten als Majoritätsladungsträger geleitet werden.
Ein Vorteil solcher gegendotierter Bereiche, in denen die Anzahl der Donatoren N~ kleiner als die Anzahl der Akzeptoren K^ ist besteht darin, daß gleichzeitig mit der Herstellung der dotierten Bereiche zwischen den Elektroden der für die Ausgangsstufe der Ladungsverschiebeanordnung notwendige dotierte Bereich geschaffen werden kann.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die Bereiche in dem η-leitenden Silizium-Halbleitermaterial unter- , halb der Öffnungen in den Elektroden und unterhalb der Spalte zwischen den Elektroden durch Ionenimplantation nur so weit gegendotiert, daß in diesen Bereichen die Zahl der Donatoren Nq größer ist als die Zahl der durch die Implantation in diese Bereiche gelangten Akzeptoren N.. Der Vorteil einer solchen Anordnung gegenüber den Anwendungen von hochohmigen Halbleiterrceteriel liegt in der geringen Störung durch Paarbildung bei dünneren Rauraladungsgebieten unter den Elektroden,
9 Patentansprüche 409808/0719
2 Figuren
VPA 9/712/009S a

Claims (9)

  1. Patentansprüche
    Ladungsverschiebeanordnung als Photodetektor mit einem Halbleiterkörper und einer elektrisch isolierenden Schicht, wobei auf dieser Schicht Elektroden aus' elektrisch leitendem Material angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden (1, 2) strahlungsdurchlässige Öffnungen (11, 22) aufweisen.
  2. 2. Ladungsverschiebeanordnung.nach Anspruch Λ, dadurch gekennzeichnet , daß der Halbleiterkörper (3) aus η-leitendem Silizium ist.
  3. 3. ■Ladungsverschiebeanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
    gekennzeichnet , daß die elektrisch isolierende Schicht (5) aus SiO2 ist.
  4. 4. Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden (1> 2") aus Aluminium sind.
  5. 5. Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektroden gitterförmig sind.
  6. .6. Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Öffnungen in den Elektroden parallel zur Verschiebungsrichtung der in der Anordnung zu verschiebenden Ladungen sind.
  7. 7. Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet 8 daß die Länge (9) der Öffnungen maximal doppelt so groß ist, wie die mittlere Dicke (8) der Rauioladungssone.
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  8. 8. Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Bereiche in dem Halbleitermaterial unterhalb der öffnungen in den Elektroden und unterhalb der Spalte zwischen den Elektroden entgegengesetzt zur Dotierung des Halbleitermaterials dotiert sind.
  9. 9. Verfahren zur Dotierung der Bereiche in dem Halbleitermaterial unter den Öffnungen in den Elektroden und der Bereiche in dem Halbleitermaterial unter den Spalten zwischen den Elektroden einer Ladungsverschiebeanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotieratome durch Ionenimplantation eingebracht werden.
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    VPA 9/712/0098 e
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