DE2541117A1 - Verfahren zum abtasten von strahlung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum abtasten von strahlung und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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DE2541117A1
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Description

Verfahren zur Abtastung von Strahlung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abtastung von Strahlung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Es ist bekannt, daß sich Strahlungen und insbesondere Photonen mit Hilfe von Halbleiteranordnungen abtasten lassen. Bei derartigen Anordnungen erzeugen die in einen Halbleiterkristall eindringenden Photonen aufgrund ihrer Energie Elektronen-Löcher-Paare. Weist der Halbleiter einen polarisierten n-p-Übergang auf, so fließt in der Masse des Halbleiters ein Strom, mit dem man das Auftreffen von Photonen auf die Anordnung nachweisen kann.
Die am meisten verwendeten Halbleiter zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie sind photoelektrische Dioden. Derartige Anordnungen weisen jedoch den Nachteil auf, daß ihre Verstärkung kleiner gleich 1 ist. Somit ist es erforderlich, eine derartige Anordnung zusammen mit einem Verstärker zu verwenden, um einen direkt verwendbaren Strom zu erzielen.
G09813/OeOS
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Abtastung von Strahlung anzugeben, das unter Beseitigung des obigen Nachteils einen guten Wirkungsgrad bei der Strahlungsumvrendlung in elektrische Energie bei ausreichend hoher Verstärkung ermöglicht, ohne daß die Verwendung eines zusätzlichen VerStärkungsschaltkreises erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren besteht, darin, einen MOS-Transistor zu bearbeiten, die abzutastende Strahlung in den Bereich der Ladungsträgersammelζone des MOS-Transistors zu schicken, das Potential des Substrats des Transistors frei schwimmen zu lassen und den zwischen Drain und Source des MOS-Transistors fliessenden Strom abzugreifen.
MOS-Transistoren sind bekannte Halbleiter-Bauelemente, die aber stets zur Herstellung von im allgemeinen integrierten elektronischen Schaltkreisen verwendet v/erden, und zwar im wesentlichen für logische Schaltkreise, wo sie beispielsweise zur Herstellung von logischen Gattern, Flip-Flops, Speichern, Schieberegistern o. dgl. verwendet werden, oder aber auch zur Herstellung von Analogschaltkreisen, beispielsweise für Verstärker.
Bei der Verwendung von MOS-Transistoren, die im übrigen von üblicher Bauart sein können, hat man jedoch festgestellt, daß ein derartiger MOS-Transistor, dessen Ladungsträger-Sammelzone einer Strahlung ausgesetzt ist und bei dem das Substrat ein frei schwimmendes Potential aufweist, aufgrund der Strahlungseinwirkung ein zusätzlicher Strom zwischen der Drainelektrode und der Sourceelektrode fließt. Andererseits weiß man, daß bei der Verwendung von MOS-Transistoren zur Herstellung von integrierten Schaltkreisen das Substrat ständig auf einem konstanten Potential gehalten wird, und zwar im allgemeinen auf dem Potential der elektrischen Masse des Systems.
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Sin groß or" Vorteil, des prf indungsgemäßen Verfahrens, bei dem ein an sich bekam+er MOS-Transistor zur xYbtastung von Strahl beispielsweise von Photonenstrahlung verwendet wird, besteht darin, daß die erziel bare Verstärkung ungefähr 100mal größer als diejenige Vr-rstarknng ist, die man mit bekannten Detektoren wie z.B. Photodioden erhält.
Neben der Verwendung von bekannten MOS-Transi stören zur Strah-"Umgsabtastung betrifft die Erfindung ferner Verfahren zur Herstellung von MOS-Transistoren, die insbesondere eine Verbesserung des Umwandlungsprozentsatzes bei derartiger. Transistoren ermöglicht.
Vorzugsweise weist der MOS-Transistor einen gegenüber der Substratzone des MOS-Transistors isolierten Träger auf.
B"i einer ersten Ausführungsforra wird de^ elektrisch isolierte Träger mittels eines isolierenden Materials, wie z.B. Saphir oder Spinell hergestellt, wenn der Halbleiter aus Silizium besteht.
Bei einer zweiten Ausführungsform ist der isolierte Träger aus einem Eigenhalbleiter oder einem i-Typ-Halbleiter hergestellt.
Bei einer dritten Ausführungsform ist der Träger mittels einer zwischengeschalteten Raumladungszone isoliert.
Beispielsweise besteht der isolierte Träger bei der dritten Ausführungsform aus einem Halbleitermaterial, wenn der MOS-Transistor ebenfalls aus dem gleichen Halbleitermaterial hergestellt ist, wobei jedoch die Trägerzone mit Fremdstoffen der entgegengesetzten Sorte dotiert ist als diejenigen Fremdstoffe, mit denen ursprünglich das Substrat zur Herstellung des eigentlichen MOS-Transistors hergestellt worden ist.
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Die Substratζone und die Trägerzone werden in entgegengesetzter Weise polarisiert, wodurch eine elektrische Isolation zwischen dem Träger und dem Substrat des MOS-Transistors entsteht.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Verbesserung der Herstellung von MOS-Transistoren auf einem isolierendem Träger zur Strahlungsabtastung und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der Ladungsträger-Sammelzone des Substrats erhöht ist. Bei den anderen Ausführungsformen auf isolierendem Träger kann man das erfindungsgemäße Verfahren zur Erhöhung der Dotierung im Bereich der Substratzone, die in der Nähe der Drainzone und des isolierenden Trägers liegt, in der Weise durchführen, daß die elektrische Feldstärke in diesem Gebiet ihren maximalen Wert aufweist und somit aufgrund der Strahlungseinwirkung in diesem Gebiet eine Ladungsträgervervielfachung erzeugt.
Die Dotierung kann dadurch vorgenommen werden, daß die Substratzone gleichmäßig mit einem erhöhten Anteil an Fremdstoffen versehen wird, beispielsweise in der Größenordnung von 5 x 10 at/cm .
Vorzugsweise wird die Herstellung von MOS-Transistoren auf einem isolierenden Träger durch einen Bereich vervollständigt, indem in einem Gebiet der Substratzone in Berührung mit der Drainzone und einer das Gitter isolierenden Schicht eine Zone mit der gleichen Dotierung wie die Drainzone, aber mit einem wesentlich geringeren Prozentsatz an Fremdstoffen in der Weise hergestellt wird, daß die elektrische Feldstärke in diesem Gebiet kleiner oder gleich der kritischen elektrischen Feldstärke ist, wobei die kritische elektrische Feldstärke als diejenige Feldstärke definiert ist, bei der eine Ladungsträgervervielfachung in dem Kanal auftritt.
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Die oben erwähnten gleichmäßigen und komplementären Dotierungen können durch thermische Diffusion oder durch Ionen-Implantation vorgenommen werden.
Eine erhöhte Dotierung im Bereich der der Drainzone und dem isolierenden Träger benachbarten Substratzone können auch direkt durch Dotierung des Substrats mit den üblichen Fremdstoff en hergestellt werden.
Die Dotierung des der Drainzone und dem isolierenden Träger benachbarten Gebietes der Substratzone können ferner durch tiefgehende Ionen-Implantation vorgenommen werden.
Die Dotierung kann ferner durch die Herstellung eines Bereiches der Substratzone in Berührung mit der Drainzone und der isolierenden Schicht des Gitters vervollständigt werden, der eine Zone mit einer Dotierung der gleichen Art wie die Drainzone, jedoch mit einem wesentlich geringeren Prozentsatz an Fremdstoff en aufweist.
Des weiteren betrifft die Erfindung Anordnungen zur Strahlungsabtastung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Die Erfindung soll im folgenden anhand verschiedener Ausführungsformen des Verfahrens sowie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Transistoren und anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 einen Längsschnitt eines MOS-Transistors
auf einem isolierenden Träger;
Fig. 2 eine Teilansicht eines MOS-Transistors zur
Erläuterung des von einem Photonen-Bündel ausgelösten Effekts;
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Fig. 3, 4 und 6 drei Ausführungsformen von erfindungsgemäßen
MOS-Transistoren; und in
Fig. 5 ein Anwendungsbeispiel der erfindimgs gemäßen
Transistoren zur Herstellung von zwei integrierten Schaltkreisen mit optischer Kopplung auf dem gleichen Träger.
Wie oben bereits erwähnt, wird erfindungsgemäß ein MOS-Transistor beliebiger Bauart als Abtasteinrichtung verwendet, jedoch mit schwimmendem Substrat. Zu diesem Zweck erweist sich die Verwendung eines Transistors als vorteilhaft, bei dem der Träger elektrisch gegenüber dem Substrat isoliert ist.
Bei einer ersten Ausführungsform wird ein Transistor verwendet, bei dem der Träger aiis einer massiven Siliziumschicht besteht. In diesem Fall ist die massive Schicht ein Eigenhalbleiter oder mit einer ersten Sorte von Fremdstoffen dotiert, während die dünne, den eigentlichen Transistor bildende Schicht zu Beginn mit einer entgegengesetzten Sorte von Fremdstoffen dotiert ist. Diese beiden Schichten sind in entgegengesetzter Weise polarisiert, wobei die dünne Schicht gegenüber dem Träger gut isoliert ist.
Bei der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens zur Verbesserung der Umwandlungsei genschaften von MOS-Transistoren auf einem isolierenden Träger wird davon ausgegangen, daß der Träger aus einem isolierenden Material besteht. Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch sehr gut auf diejenigen Transistoren angewendet werden, bei denen der isolierende Träger aus Halbleitermaterialien besteht.
Bei schematischer Betrachtung weist der Transistor einen isolierenden Träger 2 vorzugsweise aus Saphir oder aus Spinell auf. Auf dem Träger 2 ist eine dünne Halbleiter schicht 4
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beispielsweise aus Silizium angeordnet. Der isolierende Träger kann ebenfalls aus einer massiven Schicht bus Silizium bestehen. In diesem Falle ist die massive Schicht ein Eigenhalbleiter und die dünne Schicht 4 ist gegenüber dem isolierenden Träger 2 gut isoliert.
In der folgenden Beschreibung wird der Begriff "isolierender Träger" im allgemeineren Sinne verwendet, d.h. für beide oben bezeichneten Fälle.
Die Siliziuraschicht 4 weist eine Drainzone 6 vom Typ N+ und eine Sourcezone 8 ebenfalls vom Typ N auf. Zwischen diesen beiden Zonen befindet sich eine P-leitende Substratzone 10 (im Englischen "bulk"). Oberhalb der Zone 10 wird eine dünne Schicht 12 aus isolierendem Material aufgebracht, die im allgemeinen als Gitterisolator bezeichnet wird und beispielsweise aus Silizium oder Siliziumnitrid besteht, während axx£ der Schicht 12 eine Gitterelektrode 14 angebracht wird, die beispielsweise aus Aluminium oder polykristallinem Silizium bestehen kann. Die Sourcezone und die Drainzone sind ebenfalls mit elektrischen Kontakten versehen.
Es ist bekannt, daß beim Anlegen einer Potentialdifferenz Vp-o zwischen der Sourcezone und der Drainzone ein Strom IDS fließt, wenn an der Gitterelektrode 14 eine Spannung angelegt ist, die zur Schaffung eines Inversionskanals in der Substratzone 10 ausreicht.
Selbstverständlich gibt es auch MOS-Transistoren, bei denen die Sourcezone und die Drainzone vom Typ P+ und die Substratzone vom Typ N sind, welche dann als Transistoren mit P-Kanal bezeichnet werden.
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Ferner können derartige MOS-Transistoren ebenso gut aus anderen Halbleitermaterialien als Silizium hergestellt Pein. Beispielsweise können Materialien wie AsGa und InP verwendet werden.
Zum "besseren Verständnis dieses Problems wird auf Fig. 2 Bezug genommen, in der die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 verwendet sind. Tn Fig. 2 sind mit Pfeilen die auftretenden Photonen mit der Energie h\) dargestellt, die den isolierenden Träger 2 durchlaufen haben, welcher für diese Strahlung transparent ist. Des weiteren ist der Inversionskanal mit 20 bezeichnet.
¥ie oben bereits erwähnt erzeugen die auf treffenden Photonen Elektronen-Löcher-Paare. Diese Ladungsträger erzeugen einen Strom Ιρττ der gemäß dem Multiplikationsfaktor/u' vergrößert ist. Dieser Faktor hängt selbstverständlich von der in derjenigen Zone herrschenden elektrischen Feldstärke ab, in der die Elektronen-Löcher-Paare erzeugt werden.
Dieser Strom, der der direkte Strom des Substrat-Source-Überganges ist, polarisiert die Substratzone, d.h. es tritt eine Potentialdifferenz V-gg auf. Andererseits ist bekannt, daß die Schwellspannung VmTj eines MOS-Transistors durch die folgende Formel gegeben ist:
VTH - VTHO + k V ^
TH - VTHO
wobei VmTT0, k und V0 Konstanten sind. Wenn die Spannung V55 positiv ist, so verringert ein Anwachsen der Spannung V53 den Wert der Spannung Vrmj.
Ferner ändert sich der zwischen der Sourcezone und der Drainzone fliessende Strom 1-.^ in umgekehrter Weise wie die Schwellspannung Vm1T. Man erkennt, daß somit der die Substratzone pola-
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risierende Strom IntJ eine Zunahme des Stromes Ι~ο zur Folge hat.
rxi JJb
Der Strom I~s ist somit eine Funktion der vom MOS-Transistor empfangenen Strahlung, genauer gesagt der von der Ladungsträger-Sammelzone empfangenen Strahlung, wobei diese Zone gegeben ist durch die Raumladungszone sowie ein die Raumladungszone umgebendes Gebiet, in dem Diffusion der Ladungsträger stattfindet und die Ladungsträger durch Diffusion die Raumladungszone erreichen können.
Um diesen Effekt auszunutzen und einen ausreichenden Strom I™, zu erzielen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in dieser Ladungsträger-SammeIzone die elektrische Feldstärke zu erhöhen und sie so zu wählen, daß sie größer oder gleich der kritischen elektrischen Feldstärke des Halbleitermaterials ist. Die kritische elektrische Feldstärke ist diejenige, bei der die Erzeugung von Elektronen-Löcher-Paaren in der Raumladungszone beim Durchgang eines Elektrons oder eines Loches oder, mit anderen Worten, eine Ladungsträgervervielfachung im Kanal einsetzt.
Wird ein Transistor der in Fig. 1 gezeichneten Art verwendet, so erhöht man die elektrische Feldstärke im Bereich des Drain-Substrat-Überganges und in Berührung mit dem isolierenden Träger.
Zu diesem Zweck kann man die Dotierung der Substratzone in diesem Bereich erhöhen. Beispielsweise reicht eine Dotierung in der Größenordnung von 5 χ 10 at/cm völlig aus, wenn die Doiferung der übrigen Substratzone in der Größenordnung von 5 χ 10 * at/cwl liegt. Vorteilhafterweise verwendet man eine tiefgehende Ionen-Implantation. Wenn die Siliziumschicht eine Dicke in der Größenordnung von 0,8/um aufweist, so wird dieses Resultat bei einer Implantationsenergie in der Größenordnung von 150 keV für Borionen erreicht. Anschließend führt man einen
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thermischen Glühvorgang bei einer Temperatur in der Größenordnung von 700 0C durch, um die Oberflächenschicht des Kristalls wieder herzustellen und die implantierten Fremdstoffe zu aktivieren.
Ein derartiger MOS-Transistor ist in Fig. 3 dargestellt. Die Zone ?? stellt den implantierten Bereich vom Typ P+ dar.
Zur Vermeidung dieser ^usät?!ichen Implantation kann man die gesamte Siliziumschicht 4 direkt in der T>,:eise dotieren, doR man eine Dotierung in der Größenordnung von 5 ^c 10 at/cnr erhalt. Man stellt dann beispielsweise durch Diffusion die Drain- und Sourcezonen her.
In der FR-Patentanmeldung 74 51 1?8 (DT-Patentanmeldung P unsere Akte MO 5334) ist gezeigt, daß
die Polarisation des Source-Substrat-Überganges eines MOS-Transistors auf einem isolierenden Träger !^--Charakteristiken in Abhängigkeit von der Spannung VDS erzeugt, die ab einem gewissen Spannungswert V keine Sättigung mehr aufweisen. Zur Vermeidung dieses Effektes verringert man in der Nähe des Drain-Substrat-Überganges an der Oberfläche den Wert der maximalen elektrischen Feldstärke S„ov und bringt diese auf einen geringeren Wert als die kritische elektrische Feldstärke. Zu diesem Zweck schafft man im Oberflächenbereich der Substratzone und in Berührung mit der Drainzone einen Bereich mit der gleichen Leitfähigkeit wie die Drainzone, jedoch mit einem wesentlich geringeren Prozentsatz an Fremdstoffen. Ist beispielsweise die Drainzone vom Typ N , so ist der oben angesprochene Bereich vom Typ N~ und wird vorzugsweise durch Ionen-Implantation hergestellt.
Andererseits folgt dieser Effekt der mangelnden Sättigung des Stromes IQS in Abhängigkeit von der Spannung V-^, der bei einem bestimmten Spannungswert Vg eintritt, aus dem Effekt der
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Ladungsträgervervielfanhung im Kanal, welcher den Strom Ir^ vergrößert. Dieser Strom I™^ addiert sich zu dem durch Bestrahlung und Vervielfachung erzeugten Strom Ipp- und hat die Tendenz, die Empfindlichkeit der Anordnung zur Strahlungsabtastung zu verringern. Somit ist es wichtig, das Phänomen der Vervielfachung im Kanal zu verringern und dienen Vorgang mit dem oben beschriebenen Verfahren zu kombinirren. Man ha+ somit im Kontakt mit der Drainzone eine tiefe Zone °.P vom Typ P+ mit ungefähr ? χ 10 at /cm" und eine Oberflächenzone 2& vom Typ N~. Dies ist in Fig. 4 dargestellt.
Das Verfahren laBt sich in vorteilhafter T.ieise auf die Herstellung T-on integrierten Schaltkreisen auf der Basis von Metallnxyd-Halbleitern anwenden, die man für einfallendes Licht verwenden will. Eines der Bauelemente ist ein MOS-Transistor der oben beschriebenen Art, der das Eingangssignal in Form eines Lichtsignales aufnimmt. Es ist bekannt, daß MOS-Transistoren auf isolierenden Trägern insbesondere 7.UV Herstellung von integrierten Schaltkreisen geeignet sind, da sie keinen Isoletionskreis erfordern. Ferner wurde gezeigt, daß ein derartiger Transistor einen eigenen Verstärkungskreis aufweist, der auf der durch Strahlung ausgelösten Ladungst"ägervervielfachung und somit der Verringerung der Schwellspannung beruht.
Die Zuführung von Strahlung auf die Ladungsträger-Sammelzone kann beispielsweise durch die Öffnung von Fenstern in einer Schicht erfolgen, welche als Maske den Transistor überdeckt. Sie kann ebenfalls unter Verwendung von Faseroptik erfolgen.
Mit diesem Verfahren lassen sich ferner auf dem gleichen isolierenden Träger zwei Schaltkreise realisieren, die zwischen einander eine starke Isolierung aufweisen. Dieser Fall ist in Fig. 5 dargestellt. Auf dem gleichen isolierenden Träger 30 aus Saphir oder Spinell, der für Photonen transparent ist
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und eine Dicke in der Größenordnung von 200/um aufweist, wird auf beiden Flächen 32 und 34 ein integrierter Schaltkreis hergestellt. Beispielsweise weist der Schaltkreis auf der Fläche 32 einen MOS-Eingangstransistor 36 der oben bezeichneten Art auf. Auf der Fläche 34 wird ein zweiter integrierter Schaltkreis hergestellt, der als Ausgangselement mit einer photo-Rmittierenden Diode 38 versehen ist. Somit erhält man eine Kopplung zwischen den beiden Schaltkreisen durch das Photonenbündel, das von der Diode emittiert wird und den isolierenden Träger 30 durchsetzt.
Die beiden als Sender und Empfänger arbeitenden Elemente, die auf den beiden Flächen des gleichen isolierenden Trägers angeordnet sind, können stattdessen auf zwei isolierenden und deutlich transparenten Trägern oder aber auf der gleichen Fläche des gleichen Trägers angeordnet sein.
Falls der Träger aus einem massiven Halbleitermaterial besteht, kann man vorteilhafterweise die dünne Schicht 4, in der man die verschiedenen Transistoren herstellt, durch epitaxiales Aufwachsen herstellen.
Ein derartiges Aus führung sbe jgp i el ist in Fig. 6 dargestellt. Auf der tiefen massiven Siliziumschicht 40 vom Typ N läßt man durch Epitaxie eine dünne Schicht 42 aus Silizium vom Typ ρ aufwachsen; mit dem Epitaxie-Verfahren ist es möglich, eine aktive Schicht 42 von wesentlich besserer Qualität als die auf Isolatoren hergestellten Schichten zu erzielen, wobei die Zwischenfläche 40-42 weniger Rekombinationen erzeugt. Man d.otiert die Schicht 42 als geschlossene Kontur 44, insbesondere durch Diffusion, um einen N+-Bereich zu bekommen, der die Zone P umschließt, in welcher der als Strahlungsdetektor wirkende Transistor gebildet wird. Man stellt dann in üblicher Weise die N+-dotierten Bereiche der Source- und Drainzone 46 bzw. 48 her.
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Die Anordnung wird durch eine isolierende Schicht 50 und ein Gitter 52 vervollständigt.
Man erkennt, daß die dotierten Zonen nicht an die tiefe Schicht heranreichen, wie es bei den oben beschriebenen Ausführungsformen mit Silizium auf einem Isolator und dotiertem Silizium auf Silizium vom i-Typ der Fall war; ferner ist in diesem Falle die "Zone 22 nicht mehr äquivalent.
Bei dieser Ausführungsform zur Verbesserung der Eigenschaften des Detektors durch Vergrößerung der elektrischen Feldstärke wird vorzugsweise eine höhere Dotierung in der an die Drainzone angrenzenden Zone 54, allerdings an der Oberfläche und außerhalb des Kanals vorgenommen; diese Zone befindet sich nämlich innerhalb der Ladungsträger-Sammelzone, wo eine Vervielfachung stattfinden kann.
Die Eigenschaften der Anordnung lassen sich noch dadurch verbessern, daß man, wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4, eine Oberflächenzone 56 vom Typ N~ in der Nähe der Drainzone gegenüber dem Kanal herstellt.
Wie oben bereits erwähnt, lassen sich derartige Transistoren zur Abtastung und Umwandlung anderer Strahlungen in elektrische Energie verwenden. Beispielsweise seien Röntgenstrahlen, Gammastrahlen und Elektronen genannt, die eine ausreichende Energie aufweisen, um den isolierenden Träger zu durchsetzen und Elektronen-Löcher-Paare zu erzeugen.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß der erfindungsgemäße Transistor für folgende Zwecke geeignet ist:
a) als isoliertes Element zur Abtastung von Strahlung;
b) als Abtastelement für Strahlung, das in einen komplexen integrierten Schaltkreis eingebaut und auf dem gleichen Träger angeordnet sein kann;
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_ Λ L -
c) als Abtastelement .für Strahlung, das in eine photoempfindliche Matrir eingebaut sein kann.
Bei der vorhergehenden Beschreibung vurde davon ausgeganger, daß die abzutastende Strahlung durch einen Bereich der Ladungsträger-Sammelzone gelangt, der der Dra.inzone benachbart ist; es ist jedoch auch möglich, die Strahlung in einen Bereich der Zone eintreten z\> lassen, die e'er Sourcezone "benachbart. ist. In diesem Falle erfolgt die Abtastung der Strahlung über einen photogalvanischen oder Becnnerel-Effekt im Substrat-Source-Übergangj in diesem Falle findet eine direkte Modulation der Spannung Vß„ durch die Strahlung statt und damit eine Modulation des Stromes von der Drainzone· zur Sourcezone gemäß dem oben beschriebenen Mechanismus.
Des weiteren wurde in der obigen Beschreibung auf strahlungsempfindliche Transistoren Bezug genommen, die zusammen mit anderen Bauteilen auf einem Träger hergestellt sind, der im übrigen gegenüber dem Substrat des Detektortransistors elektrisch isoliert sein muß. Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann jedoch ebenso ein einzelner Transistor verwendet werden, der auf einem elektrisch leitenden, mit dem beispielsweise aus massivem Siliziiim bestehenden Substrat verbundenen Träger hergestellt sein kann oder bei dem der leitende Träger nicht an ein festes Potential angeschlossen ist.
Patentansprüche: - 15 -
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Claims (15)

  1. Patentanspruch e
    (|i^/Verfabren zur Abtastung von Strahlung, dadurch g e k e η η zeichnet , daß man einen MOS-Transistor mit einer Drainzone und einer Sourcezone herstellt, die von einander durch
    eine Substratzone mit einer Dotierung getrennt sind, deren
    Dotierung von der entgegengesetzten Sorte wie die "beiden ersten Zonen sind; daß man die abzutastende Strahlung der Ladungsträger-Samnelzone des MOS-Transistor13 zuführt; daß man das Potential
    der Substratzone frei schwimmen läßt und den von der Drainzone zur Sourcezone fliessenden Strom des MOS-Transistors abgreift.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den MOS-Transistor auf einem Träger herstellt, der gegenüber der Substratzone elektrisch isoliert ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Träger aus einem isolierenden Material besteht.
  4. Ii. Verfahren nach Anspruch ?, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einem Eigenhalbleiter oder einem
    Halbleiter vom i-Typ besteht.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger gegenüber dem Substrat durch eine Raumladungszone isoliert ist.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aus einer Schicht aus einem Halbleitermaterial besteht, die mit Fremdstoffen einer den Fremdstoffen
    des Substrates entgegengesetzten Sorte dotiert ist, und daß
    der Träger gegenüber dem Substrat umgekehrt polarisiert ist.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der Substratzone in der Ladungsträger-
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    Sammelzone in der Weise vergrößert -wird, daß die elektrische Feldstärke in diesem Bereich maximal ist und in der Nähe der kritischen elektrischen Feldstärke desjenigen Halbleitermaterials liegt, aus dem das Substrat besteht.
  8. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Dotierung der Substratzone in demjenigen Bereich der Substratzone erhöht wird, der der Drainzone und dem isolierenden Träger benachbart ist.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung des Bereiches der Substratzone in der Nähe der Drainzone und des isolierenden Trägers in der Weise erzielt wird, daß die Substratzone gleichmäßig mit Fremdstoffen in der Größenordnung von 5 χ 10 at/cnr dotiert wird.
  10. 10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß man in der Substratzone in Berührung mit der Drainzone und der isolierenden Schicht des Gitters eine Zone mit einer Dotierung der gleichen Sorte wie die Drainzone, aber mit einem wesentlich geringeren Anteil an Fremdstoffen in der Weise herstellt, daß die elektrische Feldstärke in diesem Bereich kleiner als die kritische elektrische Feldstärke ist.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung des Bereiches der Substratzone in der Nähe der Drainzone und des isolierenden Trägers durch lokale, tiefgehende Ionen-Implantation hergestellt wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet , daß man die Dotierung der Substratzone im Oberflächenbereich der Substratzone in der Nähe der Drain-
    609813/0805 - 17 -
    - 17 zone und außerhalb des Kanalbereiches vornimmt.
  13. 13. Nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis β hergestellter MOS-Transistor, dadurch gekennzeichnet , daß der Transistor einen isolierenden Träger aus einem für die abzutastende Strahlung transparenten Material aufweist, auf dem eine dünne Schicht aus einem Halbleitermaterial mit einer Drainzone und einer Sourcezone einer ersten Leitungsart sowie eine die beiden ersten Zonen trennende Substratzone einer zweiten Leitungsart angeordnet sind, wobei die Substratzone in ihrem dem isolierenden Träger und der Drainzone benachbarten Bereich eine Dotierung der gleichen Leitungsart wie die übrige Zone, aber mit einem wesentlich höheren Anteil an Fremdstoffen aufweist.
  14. 14. Nach dem Verfahren gemäß Anspruch 7 hergestellter MOS-Transistor, dadurch ge kennzeichne t , daß der Transistor einen isolierenden Träger aus einem für die abzutastende Strahlung transparenten Material besteht, auf dem eine dünne Schicht aus einem Halbleitermaterial mit einer Drainzone und einer Sourcezone einer ersten Leitungsart sowie eine die beiden ersten Zonen trennende Substratzone einer zweiten Leitungsart angeordnet sind, wobei die Substratzone in ihrem dem isolierenden Träger und der Drainzone benachbarten Bereich eine Dotierung der gleichen Leitungsart wie die übrige Zone, aber mit einem höheren Anteil an Fremdstoffen und in ihrem Oberflächenbereich und in Berührung mit der Drainzone eine Dotierung der ersten Leitungsart, aber mit einem wesentlich geringeren Anteil an Fremdstoffen als die Drai nz ore auf we ist.
  15. 15. Anordnung zur Strahlungsabtastung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen MOS-Transistor mit einer Drainzone, einer
    - 18 609813/0805
    Sourcezone und einer die beiden ersten Zonen trennenden Subs+ratzone mit einer Ladungsträger-Sammelzone, durch eine Einrichtung, die die Substratzn^e auf einem schwimmend pn Potential h?lt, durch eine Einrichtung zum Abgreifen des Stromes zwischen der Dr ein ζ one uri-i der Sourcezone und durch eine Einrichtung, die die Strahlung durch die Ladungsträger-Samme! zone hindurchläßt.
    60981 3/0805
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