DE2653128A1 - CHARGE-COUPLED ARRANGEMENT - Google Patents
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- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
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Description
r - Λ : '. .-ID r - Λ: '. .-ID
Laduηgsgekοppe 11e AnordmiηgLaduη g sgekοppe 11e Anord mi ηg
Die Brfindui]g bezieht sich auf eine laduiigsgekoppel i e Anordnung zur Umwandlung- eines elektromagnetischen StrahlungsiiiUBters in einem gewissen Iv'cllenlängenbereicli, insbesondere, aber nicht ausschlie.sslich cjiigs lufraroi- s tralilungiinius tcrs, in elektrische Signale.The Brfindui] g relates to an arrangement for laduiigsgekoppel ie Umwandlung- an electromagnetic StrahlungsiiiUBters in a certain Iv'cllenlängenbereicli, particularly, but not ausschlie.sslich cjiigs lufraroi- s tralilungiinius TCRs into electrical signals.
Ladungsgii]-;ojjpt.il te Anordnungen füj· Al^bildungi-zv;ecke sind nun allgemein bekannt und finden bereits als 13 j Idscnsoren in expei'i.inen t el 1 en I?ernse]ikf.tnifjras Anwondu.ng.Ladungsgii] -; ojjpt.il te arrangements for Al ^ bildungi-zv; corners are now generally known and are already found as 13 j Idscnsoren in expei'i.inen t el 1 en I ? ernse] ikf.tnifjras Anwondu.ng.
709825/0869709825/0869
Ladungsgekoppelte Anordnungen der zuerst vorgeschlagenen Ax"t basierten auf der Speicherung in Verarmungszonen und dein Transport in der Nähe der Oberfläche einer Halbleiterschicht vom einen Leitungstyp diskreter Ladungspakete in Form von Minoritätsladungsträgern.. Wenn-somit eine η-leitende Schicht verwendet wird, werden Löcher gespeichert und transportiert. Solche Anordnungen v/erden im allgemeinen als Oberflächenkanal-CCD's bezeichnet. In einer späteren Entwicklungsstufe wird ein verbesserter Wirkungsgrad der Ladungsübertragung zwischen benachbarten Speicherstellen in einer Struktur erhalten, in der Majoritätsladungsträger gespeichert und transportiert werden, wobei dieser Transport über das Innere der Halbleiterschicht stattfindet. Diese Anordnungen, die manchmal als "Bulk"- oder "Buriedchannel"-CCD:'s bezeichnet werden, sind in der britischen Patentschrift Nr. 1 4i4 183 beschrieben. Eine derartige Anordnung enthält einen Halbleiterkörper mit einer Halbleiterschicht vom einen Leitungstyp, wobei Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe wenigstens beim Betrieb die Halbleiterschicht elektrisch gegen ihre Umgebung isoliert wird, wobei diese Schicht eine derartige Dicke und Dotierungskonzentration aufweist, dass eine Verarmungszone über die ganze Dicke der Plalbleiterschicht mittels eines elektrischen Feldes unter Vermeidung von Durchschlag erhalten werden kann. Die Anordnung enthält weiter MittelCharge coupled arrangements of the first proposed ax were based on storage in depletion zones and transport near the surface of one Semiconductor layer of a conductivity type of discrete charge packets in the form of minority charge carriers .. If-thus If an η-conductive layer is used, holes are stored and transported. Such arrangements are in the commonly referred to as surface channel CCDs. In a later stage of development will be improved efficiency the charge transfer between adjacent storage locations in a structure in which majority charge carriers be stored and transported, this transport taking place via the interior of the semiconductor layer. These arrangements, sometimes called "bulk" or "buriedchannel" -CCD: 's are described in British Patent Specification No. 141483. One Such an arrangement includes a semiconductor body with a semiconductor layer of one conductivity type, wherein means are present, with the aid of which, at least during operation, the semiconductor layer is electrically isolated from its surroundings is, this layer having such a thickness and doping concentration that a depletion zone over the entire thickness of the semiconductor layer by means of an electric field while avoiding breakdown can be obtained. The arrangement also contains means
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nc. I I . / O . nc. II. / O.
zur örtlichen Einführung von Information in Form aus Majoritätslaclungsti'ägei'n bestehender Ladung in die Halbleiterschicht und Mittel zum Auslesen dieser Information anderswo in der Schicht, wobei ein Elektrodensystem wenigstens auf einer Seite der Schicht vorhanden ist, mit dessen Hilfe auf kapazitivem Wege elektrische Felder in der Halbleiterschiclit erzeugt werden, durch die die Ladung zu den Äuslesemitteln über das Innere der Halbleiterschicht in einer zu der Schicht parallelen Richtung transportiert werden kann. Eine derartige Anordnung kanu für Abbildungszwecke ausgebildet werden, wobei die örtliche Einführung von Information in Form von Majoritätsladungsträgern die Erzeugung von Elektron-Locli-Paaren durch die Absorption einfallender Strahlung in der Nähe von in der Halbleiter— schicht nahe bei dem Elektrodensystem gebildeten Verarniungszone umfasst.for the local introduction of information in the form of Majority shares in the existing cargo Semiconductor layer and means for reading out this information elsewhere in the layer, with one electrode system at least is present on one side of the layer, with the help of which capacitive electric fields in the semiconductor layer through which the charge is transmitted to the reading means via the inside of the semiconductor layer in can be transported in a direction parallel to the layer. Such an arrangement can be used for imaging purposes be formed, with the local introduction of information in the form of majority carriers the Generation of electron-Locli pairs by absorption incident radiation in the vicinity of in the semiconductor— layer formed close to the electrode system amalgamation zone includes.
Um die bekannten ladungsgekoppelteri Anordnungen für Abbildungszwecke verwenden zu können, ist es notwendig, dass die Photonenenergie der einfallenden Strahlung grosser als der Bandabs land des Halb Lei t erinaterials ist. Dadurch kann z.B. sichtbare Strahlung mit einer 1 ,1 eV übc-r&clireitenden Energie unter Verwendung einer Silicium-CCD detekticrt werden, wobei sowohl die Oberfl äclienkanal— als auch die "Bulk"- oder "Buried channel"-Konfigurationen für diesen Zweck geeignet sind.To the known charge coupled devices To be able to use it for imaging purposes, it is necessary that the photon energy of the incident radiation is greater as the bandab is the land of semi-conductor material. Through this can e.g. transmit visible radiation with a 1.1 eV Detekticrt energy using a silicon CCD be, with both the surface channel and the "Bulk" or "Buried channel" configurations for this Purpose are suitable.
ORIGINAL fr-SPfcOi--=-'ORIGINAL fr-SPfcOi - = - '
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Zur Abbildung eines InfrarotstralilungsmustersFor imaging an infrared radiation pattern
wurden ladungsgekopjjelte Anordnungen in Arielen verschiedenen Form-en vorgeschlagen. Bei einer sogenannten "Jlybrid"-Ausführung werden die Detektions- un'd Signalverarbeitungsvorschläge in gesonderten, aber intcgriorbaron Teilen mittels einer Matrix von Infrarotdetektionselemenien durchgeführt, die je für sich mit einem Silicium-CCD-Schicberegister verbunden sind. In diesem Falle dient die Sdlicium-CCD als eine Signalverarbeitungsanordnung, die geeignete Vorgänge durchführt. Bei einer anderen sogenannten "monolithischen" Ausführung werden die Detektions- und Signalverarbeitungsvorgänge in demselben Teil des Hai bleiterkörpers durchgeführt, Bei einer vorgeschlagenen Ausführung einer "monolithischen" CCD für Infrarotabbildung sind die Virkung und Struktur im wesentlichen denen einer Silicium-Oberf1ächenkänal-CCD ähnlich und basieren auf der Erzeugung von Verarmungszonen in der Nähe der Halbleiteroberfläche, wo photoerzeugte-Minoritäts.1 adungsträger. aufgefangen werden. Die Anordnung unterscheidet sieb von üblichen Silic i uni-Abbildungs-CCD ' s in bezug auf das Material der Halb!e:M erschient..Dieses Material muss derart gewählt werden, dassdie Absorpüionsspitxe in dem Infrnrotbereleh l.iogt, wobei der Jiandabstiuid den Hitlbl ei termat(:.i'lal s k] (iiinj' als dl ο Lncrgio der Xiif raro tpho ionon .Lsi,. Daher i s t d:i e. \.'m1j.I. des Ma i.ori als auf go w Ί .ssi.' ]).'j Ib.lei. f ο i-ir.c'i ( (>r:i n'l i r-n mit gc.ivi η^ι-ηι linnrl -i't standCharge-coupled arrays in various forms have been proposed. In a so-called "hybrid" design, the detection and signal processing proposals are carried out in separate but integral parts by means of a matrix of infrared detection elements, each of which is connected to a silicon CCD dispatch register. In this case, the silicon CCD serves as a signal processing arrangement that performs appropriate operations. In another so-called "monolithic" implementation, the detection and signal processing operations are carried out in the same part of the shark conductor body. In a proposed implementation of a "monolithic" CCD for infrared imaging, the operation and structure are essentially similar and based on those of a silicon surface channel CCD on the creation of depletion zones near the semiconductor surface, where photo-generated minority. 1 carriers. be caught. The arrangement distinguishes itself from conventional silicon imaging CCDs in terms of the material of the half! E: M appears. This material must be chosen in such a way that the absorption peak in the infrared area is left, the Jiandabstiuid the Hitlbl ei termat (:. i'lal sk] (iiinj 'as dl ο Lncrgio der Xiif raro tpho ionon .Lsi,. Hence i std: i e. \.' m1j.I. des Ma i.ori as on go w Ί .ssi. ']).' j Ib.lei.f ο i-ir.c'i ((> r: i n'l i rn with gc.ivi η ^ ι-ηι linnrl -i't stand
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der binären und ternären IXI-V, II—VI— und IV-VI-Yerbindungen beschränkt. Dies ist in gewissem Masse nachteilig, weil die Vex'arbeitungstechnologie bei diesen Materialien nicht so weit wie in Silicium entwickelt ist, wobei es einleuchtendthe binary and ternary IXI-V, II-VI and IV-VI compounds limited. This is disadvantageous to some extent because Vex 'processing technology is not so with these materials far as silicon is developed, whereby it is evident
> ist, dass, obgleich die grundlegende Ladungsspeicherung und -übertragung "einer CCD nicht von dem Vorhandensein eines pn-Uebergangs abhängig zu sein braucht, es trotzdem in vielen praktischen Ausfüjirungsformen erforderlich ist, Zonen einzubauen, deren Leitungstyp dem der Schicht entgegengesetzt ist, in der Ladungsspeicherung und -transport stattfinden . > is that although the basic charge storage and transfer "of a CCD need not depend on the presence of a pn junction, it is nevertheless necessary in many practical embodiments to incorporate zones whose conductivity type is opposite to that of the layer in which Charge storage and transport take place.
Bei einer anderen vorgeschlagenen "monolithischen" Ausführung einer Infrarot-CCD-Abbildungsanordnung basiert die Wirkung auf der Anhäufung von Majoritätsladungsträgern (Elektronen) an der Oberfläche einer η-leitenden Siliciumschicht und deren Uebertragung in der Nähe der Oberfläche, wobei diese Elektronen von tiefliegenden Donatorniveaus ausgelöst werden, die durch eine ganze n-leltende Siliciumscbicht hindurch erhalten werden. Die Wirkung diesel" Anordnung erfordert Abkühlung auf eine niedrige Temperatur, um die thermische Erzeugung von Majoritätsladungsträgern auf ein Mindestmaßs zu beschränken, während sich die einem üblichen Obcrflächenkanal-Rleinent inhärenten Nachteile in bezug auf den LaduugHUbtrtraguugagrad und die Arbeitsgesch\vindigko:it sich stark bemerkbar machon.Another proposed "monolithic" implementation is based on an infrared CCD imaging array the effect on the accumulation of majority charge carriers (electrons) on the surface of an η-conducting silicon layer and their transmission near the surface, these electrons being from deep donor levels triggered by an entire n-type silicon layer can be obtained through. The effect of this "arrangement requires cooling to a low temperature, the thermal generation of majority charge carriers to a minimum while the one usual surface canal linings inherent disadvantages in relation to the LaduugHUbtrtraguugagrad and the Arbeitsgesch \ vindigko: it very noticeable.
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Nach, der Ei^findüng enthält eine ladungsgekoppelte Anordnung zur Umwandlung eines elektromagnetischen Strahltingsmusters in einem gewissen ¥ellenlängeiiberei ch in elektrische Signale einen Halbleiterkörper mit einer Halblei terschicli t vom einen Leitungstyp und ist sie dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zu derjenigen Art ladungsgekoppelter Anordnungen gehört, worin Musterinf orniatioii in Form diskreter Pakete von Majoritätsladungsträgern erzeugt und über das Innere der Halbleiterschicht zu Mitteln zum Auslesen der Ladung transportiert werden kann, wobei die Schicht eine Konzentration mindestens einer Dotierungsverunreinigung, die den einen Leitungstyp bestimmt, und eine Konzentration mindestens einer Tiefniveauverunreinigung der hier definierten Art aufweist, mit deren Hilfe Zentren zum Einfangen von Majoritätsladungsträgern erhalten werden, die nach Erregung durch Strahlung im genannten Wellenläiigenbereich cvusgelöst werden können, wobei die Dotierungsverunreinigungskonzentration und die Tiefniveauverunreinigungskonzentration derart angebracht sind, dass Verarmungszonen gebildet werden können, die sich über die Dicke der Schicht erstrecken, wobei Durchschlag vermieden wird, was nur dai'auf zurückzuführen ist, dass nahezu alle Tiefniveauzentren innerhalb der- Verarrnnngszonen mit den einen Leitungstyp bestimiiienden Μει j ori t ätsi adungs trägern ν öllbes etzt sind .According to the invention, a charge-coupled arrangement for converting an electromagnetic radiation pattern in a certain wavelength range into electrical signals contains a semiconductor body with a semiconductor layer of one conductivity type and is characterized in that the arrangement belongs to that type of charge-coupled arrangement, wherein pattern information is generated in the form of discrete packets of majority charge carriers and can be transported via the interior of the semiconductor layer to means for reading out the charge, the layer having a concentration of at least one doping impurity that determines the one conductivity type and a concentration of at least one low level impurity of the one defined here Type, with the help of which centers for trapping majority charge carriers are obtained, which after excitation by radiation in the wavelength range mentioned can be dissolved, the doping impurity concentration Filtration and the low-level impurity concentration are attached in such a way that depletion zones can be formed which extend over the thickness of the layer, whereby breakdown is avoided, which is only due to the fact that almost all low-level centers within the depletion zones with the conduction type determining Μει j ori t ätsi ad carriers ν are oil-contaminated.
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Unter dem Ausdruck "Tierniveauverunreinigung'" ist hier eine Verunreinigung zu verstellen, die in einem gegebenen Ladungszustand in der Masse des Halbleitermaterials in thermischem Gleichgewicht ist und deren Ladungszustand in einem erschöpften Gebiet zu einem gleichbleibenden Zustand übergeht. Dies bedetitet, dass das Energieniveau einer Tiefniveauverunreinigung in n-leitendem Material unter den; Feriiiiriiveau (des Halbleitermaterials im Gleichgewicht) in der oberen Hälfte des Bandabstandes und das Energieniveau einer Tiefniveauverunreinigung in p-leitendem Material über dem Ferininiveau (des Halbleitermaterials im Gleichgewicht) in der unteren Hälfte des Bandabstandes liegen muss.By the term "animal level pollution" is meant here a pollution that is present in a given The state of charge in the bulk of the semiconductor material is in thermal equilibrium and its state of charge in a depleted area transitions to a steady state. This means that the energy level of one Low level pollution in n-type material among the; Feriiiiri level (of the semiconductor material in equilibrium) in the upper half of the band gap and the energy level a low level impurity in p-type material the ferini level (of the semiconductor material in equilibrium) must be in the lower half of the band gap.
Eine derartige Anordnung, in der der Ladungstransport über das Innere der Halbleiterschicht stattfindet und in der die Erzeugung der Ladungspakete auf Erregung von Majoritätsladungsträgern, die in die Tiefniveauzentren eingefangen sind, und aiif ihre Abgabe an die Potentialniinlma in der Schicht eher als auf der normalen Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren durch Absorption von Strahlung basiert, weist wesentliche Vorteile auf, wenn es erwünscht ist, eine monolithische ladungsgekoppelte Anordnung zur Umwandlung eines Strahlungsmus ters in einem gegebenen liell enlängeiibereich in elektrische Signale zu bilden. Obgleich somit in den meisten Fällen eine Abkühlung des Halbleiterküiiiers erforderlich ist, ist es nicht in ehr· unbedingt notwendig,Such an arrangement in which the charge transport takes place via the interior of the semiconductor layer and in which the generation of the charge packets on the excitation of majority charge carriers, which are in the low-level centers are captured, and aiif their delivery to the potential level in the layer rather than based on the normal generation of electron-hole pairs by absorption of radiation, has significant advantages when it is desired to use a monolithic charge coupled device for conversion of a radiation pattern in a given linear length range into forming electrical signals. Although thus in most cases a cooling of the semiconductor cooler is necessary, it is not really necessary
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ein Halbleitermaterial mit einem Energiebandabstand zu verwenden, der kleiner als die Photonencrnergie der einfallenden Str.ahlung ist, für die die Anordnung empfindlich sein soll. Insbesondere ergibt sich, der Vorteil, dass für eine Infrarot-Abbildungs~CCD Silicium mit der ihm inhärenten fortgeschrittenen Technologie verwendet werden kann, wobei die Tiefniveauverunreinigungskonzentration derart gewählt wird, dass eine Empfindlichkeit für Xnfrarotstrahlung in einem gewissen Wellenlängenbereich erhalten wird.a semiconductor material with an energy band gap to it use which is smaller than the photon energy of the incident Str. Payment is to which the arrangement is to be sensitive. In particular, there is the advantage that for an infrared imaging ~ CCD with the inherent silicon advanced technology can be used, being the low level impurity concentration is so chosen that a sensitivity to infrared radiation in a certain wavelength range is obtained.
Bei einer Anordnung nach der Erfindung wird die Tiefniveauverunreinji.gungskonzentration in der Schicht höher als der ¥ert sein, der für eine Schicht aus dem gleichen Halbleitermaterial und der gleichen Dicke mit nur einer Dotierungsverunreingungskonzentratlon, die den einen Leitungstyp bestimmt, dem Wert entspricht, mit dem die höchsterzielbar2 Grosse der Nettoladung in der Masse der Schicht erhalten wird, mit der es in einem gleichbleibenden Zustand noch möglich ist, Verarmungszonen zu bilden, die sich unter Vermeidung von Durchschlag über die ganze Dicke der Halbleiterschicht erstrecken. Es sei erwähnt, dass wenigstens in diesel" Hinsicht die Anordnungsstruktur von vorher vorgeschlagenen ladungsgekoppelten Anordnungen verschieden ist, box denen der Ladung«transport über das Innere der ITaIbJ eitersch!chi erfolgt, wobei diese Schicht mehr als eine \roiamrelngungskorizcntration enthält."In an arrangement according to the invention, the low-level impurity concentration in the layer will be higher than that which corresponds to the value with which for a layer made of the same semiconductor material and the same thickness with only one doping impurity concentration, which determines the one conductivity type the highest achievable2 size of the net charge in the mass of the layer is obtained with which it is still possible in a constant state to form depletion zones which extend over the entire thickness of the semiconductor layer while avoiding breakdown. It should be noted that at least in diesel "respects, the arrangement structure is different from the previously proposed charge-coupled devices, box where the charge" transport across the interior of ITaIbJ eitersch! Carried chi, which layer contains more than one \ r oiamrelngungskorizcntration. "
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In der Praxis hängt die höchsterzielbare Grosse der Nettoladung, die in der Masse der Schicht bestellen kann, von dem besonderen Material der Schicht vom einen Ladungst37p ab. Für eine Siliciumschicht in einer Auordnungsstruktur, beiIn practice, the maximum net charge that can be achieved, which can be ordered in the bulk of the layer, depends on the particular material of the layer of one charge t3 7 p. For a silicon layer in an assembly structure, at
der die Schicht von gegenüberliegenden Haviptflachen her erschöpft werden kann, muss jedoch die Grosse der Nettoladungwhich the layer from opposite Haviptflachen ago can be exhausted, but must be the size of the net charge
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weniger als 4 . 10 /cm betragen. Wie nachstehend im Detail beschrieben werden wird, wird zur zweckmässigen Umwandlung einfallender Strahlung der Wert der Tiefniveaukonzentration derart gewählt, dass die Grosse der Nettoladung in einem gleichbleibenden Zustand den genannten Grenzwert beträchtlich überschreitet, d.h., dass im beschriebenen Beispiel einer Anordnung mit einer derartigen Siliciumschicht, die von gegenüberliegenden Hauptflächen her erschöpft werden kann, der 1\'ert der Tiefniveaukonzentration derart gewählt wird, dass eine Nettoladung in einem gleichbleibenden Zustandless than 4. 10 / cm. As below in detail will be described, becomes an expedient conversion incident radiation is the value of the low level concentration chosen in such a way that the size of the net charge in a constant state exceeds the limit value mentioned considerably exceeds, i.e. that in the example described of an arrangement with such a silicon layer, which is from opposite main surfaces can be exhausted, the 1st of the low level concentration is chosen in such a way that a net charge remains in a constant state
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erhalten wird, die erheblich grosser als k . 10 ~/cin ist.is obtained, which is considerably larger than k. 10 ~ / cin is.
Die Wirkung einer Anordnung nach der Erfindung basiert u.a. auf der Fähigkeit, din Halbleiterschicht während einer Strahlungsintegrationsperiode völlig zu erschöpfen, ohne dass Lawlnondurclischlag auftritt, \vas dalleτ"· bedeutet, dass während einer Sti'alilungs integrations — periodc din Ungle ϊ ehgowlchl saus land vorliegt und die KcUo-1 adluig- unnoi-halb der VorarinuugsZonen unter der gcMiamjton hoch:./- X orzlelbaren Grosse gehalten vor den inubs. Sei bs t.vc-r—The effect of an arrangement according to the invention, inter alia, based on the ability to exhaust din semiconductor layer during a radiation integration period completely occurs without Lawlnondurclischlag means \ vas dalleτ "· that during a Sti'alilungs integrations - present periodc din ungle ϊ ehgowlchl saus country and the KcUo-1 adluig- unnoi-half of the VorarinuugsZonen under the gcMiamjton high: ./- X orzlelbaren size held in front of the inubs. Be bs t.vc-r-
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ständlich kcinn der Fall beti^a'clitet werden, der nicht im Rahmen der Erfindung liegt und in dem die Gesamtanzahl an Verunreinigungen, d.h. die Summe der Dotierungs- und Tiefniveauverunreinigungen, derart beschränkt wird, dass in einem gleichbleibenden Zustand die genannte höchsterzielbare Grosse der Nettoladung nicht überschritten werden kann; eine solche Struktur wäre jedoch nicht besonders empfindlich und würde eine niedrige Ansprechgeschwindigkeit aufweisen.The case that is not in the The scope of the invention lies in which the total number of impurities, i.e. the sum of the doping and low-level impurities, is limited in such a way that in a constant state the said highest achievable The size of the net charge cannot be exceeded; however, such a structure would not be particularly delicate and would have a slow speed of response.
Die Anordnungsstruktur nach der Erfindung basiert u.a. auf "der Erkenntnis, dass die Quantumausbeute der Anordnung von der Anzahl von Majoritätsladungsträgern abhängig ist, die in in die Schicht eingebaute Tiefniveauzentren eingefangen werden, und dass, indem eine sehr grosse Anzahl der genannten Tiefniveauzentren gebildet werden und beim Betrieb über eine genügend kurze Periode integriert wird, damit die Anzahl derartiger Zentren, die einen eingefangenen Majoritätsladungsträger auslösen und daher die Nettoladung in den Verarmungsgebieten vergrösseni, nicht zur Folge hat, dass die genannte höchsterzielbare Grosse der Nettoladung in den Verarniungszonen überschritten wird, eine hohe mit "Bulk"- odor "Buried channel"-CCD-Betrieb verträgliche Empfindlichkeit erhalten werden kann. In Theorie wäre, wenn die Αηζεύιΐ von Tiefniveauzentren, wie bereits erwähnt, derart beschränkt werden würde, dass, sogar in einem gleichbleibenden Zustand, die genannte höehsLerzlelbare Grosse der Nettoladung nicht überschrittenThe arrangement structure according to the invention is based inter alia on "the knowledge that the quantum yield of the arrangement depends on the number of majority charge carriers depends on the deep-level centers built into the layer are captured, and that by forming a very large number of the above-mentioned deep-level centers and in operation is integrated over a sufficiently short period so that the number of such centers that one trigger captured majority carriers and therefore do not increase the net charge in the impoverished areas has the consequence that the said highest achievable size the net charge in the carnation zones is exceeded, a high with "bulk" or "buried channel" CCD operation acceptable sensitivity can be obtained. In Theory would be if the Αηζεύιΐ of deep-level centers, like already mentioned, would be restricted in such a way that, even in a steady state, the mentioned higher net charge does not exceed
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werden könnte, eine sehr lange Integrationsperiode möglich.. Bei einer derartigen verhältnisrnässig geringen Anzahl von TiefniA'eauzentreii zum Abfangen der Strahlung würde aber der . grösste Teil der Eingangsstrahlung verloren gehen, d.h. nicht von den Tiefniveauzentren abgefangen vierden.could become a very long integration period possible .. With such a relatively small number of TiefniA'eauzentreii to intercept the radiation would, however the . Most of the input radiation is lost, i.e. not intercepted by the low-level centers.
Der Wirkung einer Anordnung nach der Erfindung liegt auch die Anforderung zugrunde, dass thermisch induzierte Aenderungen im Ladungszustand der Tiefniveatizcntren mit einer niedrigeren Rate als die optisch induzierten Aenderungen stattfinden, d.h., dass die Erzeugung freier Majoritätsladungsträger innerhalb der Verariimngszonen durch Strahluiigsanregung mit eine3r bedeutend höheren Rate als im Falle thermischer Anregung erfolgen muss. Dies hängt in gewissem Masse von der WeUiI der besonderen Tiefniveauverunreingung und der Betriebstemperatur al), wie nachstehend im Detail beschrieben werden wird.The effect of an arrangement according to the invention is also based on the requirement that thermally induced Changes in the state of charge of the deep level entrances take place at a lower rate than the optically induced changes, i.e. that the generation is freer Majority load carriers within the processing zones Radiant excitation at a significantly higher rate than in Case of thermal excitation must take place. This depends to some extent on the nature of the particular low level pollution and the operating temperature al), as will be described in detail below.
Verschiedene Möglichkeiten gibt es für· die Anbringung der Dolierungsverunreingungskonzentration und der Tlefniveauveruiireingungskonzen tratioii . Bei einer Ausführungsform ist die Tiefniveauverunreingungskonzcntration grosser als die Dotierungsverunreingungskonzentration, Bei einer solchen Ausführungsform wird die Tiefniveauveruiireiugungskonzentration einen Tiefnivcaudonatür in einer- n-lcitenden Schicht oder ei neu Tiefniveauakzeptor1 in einer p-leitenden Schicht eutbi.il ton. Bei dieserThere are various possibilities for applying the coating contamination concentration and the oil level contamination concentration. In one embodiment, the low level impurity concentration is greater than the doping impurity concentration. In such an embodiment, the low level impurity concentration becomes a low level caudonatur in an n-conductive layer or a new low level acceptor 1 in a p-conductive layer eutbi.il ton. At this
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Ausführmigsfonii ist der Ladungszustand der Tiefniveau-Zentren in-den-Verannungszonra im Gleichgewicht neutral, d.h., dass ein Donatorzentriim mit einem einzigen eingefaugenen Elektron oder ein Akzeptorzentrum mit einem einzigen eingefangonen Loch sich in einem neutralen Zustand "befindet und durch optische Anregung in einen positiven bzw. negativen Ladungszustand übci-gehcn kann. Auch ist es möglich, Zentren anzuwenden, die zwei Träger cinfangen könneil, während die optische Anregung derart sein kann, dass lrur ein Träger des Zentrums verloren geht, wobei diese Zentren sogenannte doppelnegative oder doppelpositive Zentren sind.Execution is the state of charge of the low-level centers in-the-Verannungszonra in equilibrium neutral, that is, a donor center with a single sucked in Electron or an acceptor center with a single trapped hole is in a neutral state "is located and by optical excitation in a positive or negative state of charge can go over. It is too possible to use centers that catch two carriers while the optical excitation can be such that only one carrier of the center is lost, this being the case Centers are so-called double negative or double positive centers.
Bei einer anderen Ausführungsform nach der !Erfindung ist die Dotierungsverunreiiigungskonzejitration grosser als die Tiefiiiveauverunj-einißungskonzon (ration, die als eine ausgleichende Verunreinigung angebracht ist. Bei einer derartigen Ausführiingsf. orni kann die Tiefniveauverunreinigungskonzentration eint* Tiefniveauakzeptor in einer n—leitenden Schicht oder einen Tiefniveaudonator in einer p--leitendon Schicht enthalten. In diesel'' Ausführung«form ist doi" Ladungszustand der Tiefniveauzentron :Ui der Vojrarnmngszone im fil ulr]]gr;v:ich 1. negativ bzv. . positiv, d.li. , dass ein A\\'s op i ti ry.'.url rum mit oinom einzigen ei)i/;;cfangenon Blök Iron s i r,3i in , ei iicii! u< ■/-,;· ί ! ν c]i. I.arlu; i,;' f-'/u h; ί aud und ein Ronr.tor- y < ·η I !·ι.Μ!"! )'■. i I c.-j now" c. in/.igcv. \-\ ι.;*:· CtngiMifn LcirJi ;;:i eil inIn another embodiment according to the invention, the doping impurity concentration is greater than the deep-level concavity concentration, which is applied as a compensating impurity a p-conductiveon layer included. In this "execution" form the charge state is the deep level centron: Ui the vojrarnmngszone im fil ulr]] gr; v: I 1. negative or positive, i.e. that a A \\ 's op i ti ry.'. Url rum with oinom single ei) i / ;; cfangenon Blök Iron sir, 3i in, ei iicii! U <■ / - ,; · ί! Ν c] i. I .arlu; i ,; ' f - '/ u h; ί aud and a Ronr.tor- y <· η I! · ι.Μ! "! ) '■. i I c.-j now "c. in / .igcv. \ - \ ι.; *: · CtngiMifn LcirJi ;;: i eil in
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einem positiven Ladungszustand befindet und durch optische Anregung in einen neutralen Zustand übergehen kann. ' Bei dieser Ausfülrruiigsf orm kann.sich auch die Möglichkeit ergeben, Verunreinigungen anzuwenden, mit denen sogenannte do£>pelnegative oder doppelpositive Zentren erhalten werden. Bei gewissen Ausfülirungsformen der Anordnung wird die Tlefniveauverunreinigungskonzentration durch mindestens ein Tiefniveauverunreinigungselement gebildet, das in das Kristallgitter wenigstens eines Teiles der Schicht vom ein tin Leitungstyp eingeführt wird. Verschiedene Elemente können, in Abhängigkeit von dem Halbleitermaterial Lind dem Vellenlängenbereich der Strahlung, verwendet werden, aber die •Empfindlichkeit wird definilinnsgemäss auf einen ■Wellenlängenbereich beschränkt sein, de::1 Energiewerten entspricht, die den Energiebandabstand des Halbleitermaterials unterschreiten,is in a positive state of charge and can change into a neutral state by optical excitation. With this form of completion there may also be the possibility of using impurities with which so-called double-negative or double-positive centers are obtained. In certain embodiments of the arrangement, the low level impurity concentration is formed by at least one low level impurity element introduced into the crystal lattice of at least a part of the conductive type layer. Different elements can be used, depending on the semiconductor material and the wavelength range of the radiation, but the • sensitivity will by definition be limited to a ■ wavelength range de :: 1 corresponds to energy values that are below the energy band gap of the semiconductor material,
Bei anderen Ausführungen der Anordnung wird die Tiefniveauverunreinigiingylcoijzentration durch Störs teilen gebildet, die in das Kristallgitter wenigstens eines Teiles der Schicht, vom einen Leitungytj'p eingeführt sind. Derartige Störstellen, die Ti of rii voauyeiitreii erzeugen, können dnrnJi Beschädigung durch Strahlung, z.B. durch ProIonen- oder Bl el: tronenbobehuss, gebildet worden. Die Störstellen könneui al;- ?m;:.g1 ei ohe-mlr: Zentren v.ij'ken.In other embodiments of the arrangement, the deep level impurity Digiingylcoijzentration is formed by sturgeon parts which are introduced into the crystal lattice of at least a part of the layer, from one line. Such impurities produce the Ti of rii voauyeiitreii, dnrnJi can damage caused by radiation, for example by ProIonen- or Bl el: tronenbobehuss been formed. The defects kannui al; -? M;:. G1 ei ohe-mlr: Centers v.ij'ken.
Di c· Schiebt \7oia ο in on Lei. tungs? t yp V:.mui einoii e-rslen Teil, in dein Ti-;ius]io i-t freier Mn ,jo -r± i Vt i .-; 1 adu ngh t' CwrDi c · pushes \ 7 oia ο in on lei. tungs? type V: .mui einoii e-rslen part, in your Ti-; ius] io it free Mn, jo -r ± i Vt i .-; 1 adu ngh t 'Cwr
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stattfinden kann, und einen zweiten Teil enthalten, in dem Erzeugung freier Majoritätsladungsträger durcli Strahlung im genannten Wellenlängenbereich, erfolgen kann, wobei die Tiefniveauvei'unreinigungskonzentration nahezu auf den zweiten Teil der Schicht beschränkt ist. Bei einer derartigen Ausführung erfolgt der Lcidurigsträgortransport über einen inneren Teil der Schicht, der nahzu von dem Teil der .Schicht getrennt ist, in dem die freien Ladungsträger durch Strahlungserregung erzeugt werden. Im Rahmen der Erfindung liegen aber auch Anordnungen, in denen die Tioi'niveauveruiireinigungskonzentration nicht auf die, genannte Weise lokalisiert wird und der Ladungstransport über einen inneren Teil der Schicht stattfindet, in dem die Tiefniveauverunreinjgungskonzentration vorhanden ist.can take place, and contain a second part in which Generation of free majority charge carriers by radiation in the wavelength range mentioned, can take place, the low-level contaminant concentration almost to the second Part of the layer is restricted. With such an implementation the Lcidurig carrier transport takes place over an inner part of the layer, which is close to that part of the .Schicht is separated, in which the free charge carriers are generated by radiation excitation. Within the scope of the invention But there are also arrangements in which the Tioi'velveruiireinigungsverbindungen is not localized in the above-mentioned way and the charge transport is via an inner part the layer takes place in which the low level impurity concentration is available.
> Wenn die Tiefnivoauvervmreinlgungskonzentration auf mihezu einen Teil der Schicht, und zwar den zweiten Teil, wie in der oben beschriebenen Ausführung, beschränkt ist und wenn eine solche Tiefniveauverunreinigungskojizeutration als eine ausgleichende Verunreinigungskonzeiitration eingebracht ist, muss die Doticningsverunreinigungskonzentration in dem verbleibenden Teil der Schicht vom einen Leitungstyp, d.h. in dem ersten Teil in der oben beschriebenen Ausführung, einen genügend nie-drigen Viert auJ'weJ sen, rtani.i t der genannte. Höchstwert der Netto ladung nicht überschritten wird.> When the deep level evacuation concentration almost part of the shift, namely the second Part, as in the embodiment described above, limited is and if such a low level impurity cojective neutralization introduced as a balancing impurity concentration must be the doping impurity concentration in the remaining part of the layer of one conductivity type, i.e. in the first part in the embodiment described above, A sufficiently low fourth person, rtani.i t the named one. The maximum value of the net charge is not exceeded.
Verschiedene Konfigurationen eines einen Teil der Anordnung bi.ldon.deii Klektrodeti^ystorns in bezug auf die-Different configurations of a one part the arrangement bi.ldon.deii Klektrodeti ^ ystorns in relation to the-
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Lage des Schiclittolls oder der Schichtteile rait der Tiefniveauverunreinigungskonzentratioii s:i nd möglich. So ist in einer ersten Ausführung ein Elektrodensystem zur kapazitiven Erzeugung elektrischer· Felder in der Halbleiterschicht, mit deren Hilfe diskrete Majoritätsladungsträgerpakete, die von anregender Strahlung ausgelöst werden, in Vexarmungsgeblete eingeführt und zu dem Ladungslosemxtielri transportiert werden, auf einer Hauptseite der· Schicht vorhanden, während der genannte zweite Schichtteil mit der Tiefniveauverunreinigungskonzentration an die Schichtoberflache auf dieser einen Hauptseite grenzt. Diese Struktur· lässt sich bei der Herstellung leicht verwirklichen rind es können verschiedene; alternative Vorfahren zum Anbringen der Tlefniveauveruiirelnigun^skonzentratioii verwendet werden, wie nachstellend noch beschrieben werden wird.The location of the schiclittoll or the parts of the layer increases the low-level impurity concentration are possible. In a first embodiment, for example, there is an electrode system for capacitive Generation of electric fields in the semiconductor layer, with the help of which discrete majority charge carrier packets, which are triggered by stimulating radiation, in Vexarmungsgeblete introduced and transported to the cargo-less textile are present on a main side of the layer while said second layer part with the low level impurity concentration adjoins the layer surface on this one main side. This structure can be found in the Manufacture easily realize beef it can be different; alternative ancestors for attaching the Tlefiveauveruiirelnigun ^ skonzentratioii can be used, as will be described below.
Bei einer zweiten Ausfüiirungsform ist ein Elektrodensystem zur kapazitiven Erzeugung elek trischer Felder· in der Ilalbleiterschicht, mit deren Hilfe diskrete Majorität^- ladungsträgcrpakete, die durch anregende Sti-ahlxing ausgelöst werden, in Verarnrungsgebie te eingeführt und zu den Lad Uli gs lea emi t te In iransporLiert werden, auf einer Hauptseite der Schicht vorhanden, während der zweite .Schichtteil , der die Tief niveauveruiirei η i gungskoiizent.rati on enthält, an die Schichioberf 1 ürho auf der gegenüberl :i egonden Haup !.sei te der Schi chi grenzt. In dieser Aus fühl 11 ng.-^ formIn a second embodiment, an electrode system for the capacitive generation of electrical fields in the semiconductor layer, with the help of which discrete majority charge carrier packets, which are triggered by stimulating pin axles, is introduced into areas of disruption and emitted to the charge ulis In Iran they are present on one main side of the layer, while the second part of the layer, which contains the low level veruiirei η i gungskoiizent.rati on, adjoins the layer overhangs on the opposite main! Side of the layer. In this sense 11 ng .- ^ form
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können durch die Positionierung des Elekti-odensysleras und des zweiten Schichtteiles auf einander gegenüber liegenden Hauptseiten der Schicht andere Merkmale in bezug auf die Struktur und die Herstellung mit A^orteil benutzt werden.can through the positioning of the Elekti-odensysleras and of the second layer part on opposite main sides of the layer with respect to the other features Structure and manufacture can be used with advantage.
Bei einem Beispiel der genannten zweiten Axisführungsf orjn wird eine vergrösserte Ladungsveraz-beitungskapazität der Anordnung mit einer Struktur erhalten, in der die Schicht vom einen Leitungstyp ein stärker dotiertes Oberflächengebiet enthält, das sich neben der einen Hauptseite erstreckt, wobei sich dieses stärker dotierte Oberflächengebiet über nur einen Teil der· Dicke der Schicht erstreckt und in einiger Entfernung von dem Teil liegt-, der die Tiefniveauverunreinigungskonzentration enthält. Für weitere Erklärung des Mechanismus, mit dessen Hilfe die Ladungsverarbeitungskapazität einer "Buried Channel"- oder "Bulk"-CCD durch die Anbringung einer solcher stärker dotierten Oberflächenschicht vergrössert wird, sei auf die sich auf den gleichen Gegenstand beziehende britische Patentanmeldung Nr. 2462>+/73 verwiesen. In an example of said second axis guide shape, an increased charge processing capacity of the arrangement is obtained with a structure in which the layer of one conductivity type contains a more heavily doped surface area which extends next to one main side, this more heavily doped surface area only extending over extends part of the thickness of the layer and is some distance from the part containing the low level impurity concentration. For further explanation of the mechanism by which the charge processing capacity of a buried channel or bulk CCD is increased by the addition of such a heavily doped surface layer, see British Patent Application No. 2462> + relating to the same subject / 73 referenced.
In der genannten ersten sowie in der genannten zweiten Ausführungsform dieser Anordnung kann die Schichtvom einen Leitungstyp an ein Oberflächengebiet vom entgegengesetzten Leitungstyp grenzen, wobei sich das Elektrodensystem auf der Hauptseite der S-hicht befindet, di.e von d c in Ge b 11; i ν o.m cn tg e g enge s c t. ά 1 ν η Loi lungstyp ab g ekehrt i s tIn said first as well as in said second embodiment of this arrangement, the layer of one conduction type can border a surface area of the opposite conduction type, the electrode system being on the main side of the S-layer, di.e of dc in Ge b 11; i ν om cn tg eg narrow sc t. ά 1 ν η Loi ling type is turned away
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JW.JW.
Das genannte Gebiet vom entgegengesetzten Leitungstyp, das einen pn—Uebea^gong mit der Schicht vom einen Leitungstypj bildet, der für wenigstens einen Teil der Isolierung der Schicht gegen ihre Umgebung beim Betrieb der Anordnung sorgt, kann als ein Substrat vom genannten entgegengesetzten Leitungstyp vorhanden sein, auf dem die genannte Schicht vom ein ei] Leitungstyp vorhanden ist. Bei einem Beispiel der genannten zweiten Ausfüliruiigsform der Anordnung ist jedoch das Gebiet vom entgegengesetzten Leitungstyp als eine ObcrflächenscJij clil , z.B. eine diffundierte Oberflächenschicht, auf der genannten Ilauptseite vorhanden, die in diesem Falle den Halbleiterkörper bildet. Bei dieser Ausfiihrungsforiu kann die Ticfiiivcauverunreinigungskoiizentz-ati on in einem Teil angebracht v.erden, der sich über einen wesentlichen Teil dor Dicke der Schicht erstreckt und es vegen der grossen Anzahl von Ticfniveauveruiireinlgungiieinfangzontron, die dadurch erzeugt werden, gestattet-, eine hohe Detektionsfähigkeit zu erhalten.The said area of the opposite conductivity type, the one pn-uebea ^ gong with the layer of one conduction type forms that for at least part of the insulation the layer against its surroundings during operation of the arrangement can be used as a substrate opposite of the said Line type be present on which said layer of a single line type is present. In one example of said second embodiment of the arrangement however, the area of the opposite conductivity type than a surface layer, e.g. a diffused surface layer, present on the aforementioned main side, which is in this case forms the semiconductor body. With this execution form can the Ticfiiivcauver pollutionkoiizentz-ati on be applied in a part which extends over a substantial part of the thickness of the layer and moves it the large number of ticf level entry zones, generated thereby allows a high detection ability to be obtained.
Bei einem Beis]jic.O einer ladimgsgekoppel t enAt a beis] jic.O a ladimgskoppel t en
Anordnung nach der Ez'findung, bei dem die Tiefjiivcauverui)-rei.nigunf^'lcoijyiojitratlori grosser als die Dotioriuigövej uuro-ini — gung.sl; ouzel] tratlon dft, ber.ieiit die Schicht an:; p- InI tent.1 c-i?i Si Ii c j um , en t Ii al t die Tief η i veauvtiruiireinigujig.^lvonzent r;.· 1 .1 on v.'en i g.·. { fjji.s c-i.iies dor E.I. omen tr· Indium und TJi^jJ ! i.nm uikI v.'ii-d eine L'mpf i jid 1 1 < like Lt i'ür .Tn iVctruts ί j-l.1i lun,··; imArrangement according to the Ez'findung, in which the Tiefjiivcauverui) -rei.nigunf ^ 'lcoijyiojitratlori larger than the Dotioriuigövej uuro-ini-gung.sl; ouzel] tratlon dft, ber.ieiit the shift on :; p- InI tent. 1 ci? I Si Ii cj um, en t Ii al t die deep η i veauvtiruiireinigujig. ^ Lvonzent r;. · 1 .1 on v.'en i g. ·. {fjji.s ci.iies dor EI omen tr · Indium and TJi ^ jJ! i.nm uikI v.'ii-d a L'mpf i jid 1 1 <like Lt i'ür .Tn iVctruts ί jl.1i lun, ··; in the
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Vellenlänganbereich zwisclien 3 und 5 /um erhalten. Bei einem anderen Beispiel, in dein die Tiefiiiveauvenuireinigungskonzentration die DotierungsVeruiireiuiguiigskoniseiitratioii überschreitet, besteht die Schicht ans p—leitendem Silicium und wird die Tiefuiveauvermireinigiingskoiizentration durch Gallium gebildet und liefert eine Empfindlichkeit für Infrarotstrahlung im VeI lenläiigenbereich zwischen 8 und 1 -l /Um. Bei Anwendung einer η-leitenden Siliciumschicht in einer Anordnung, in der die Tiefniveauverunreinigiingskonzentratioii die DotierungKverunreiiiiEiuigskünxeii (.ration übe rschre L let, ist die Tiefnivcauverunreiniguiig derart, dass sie Donator-zustände hervorruft. Ein derartiges Beispiel ist Schwefel.Vellenlänganbereich between 3 and 5 / um obtained. At a Another example, in your the deep level venuir concentration the doping veruiireiuiguiigskoniseiitratioii exceeds, the layer consists of p-type silicon and becomes deep-level consolidation Gallium is formed and provides a sensitivity to Infrared radiation in the range between 8 and 1 -l / um. When using an η-conductive silicon layer in an arrangement in which the low-level impurity concentrations the doping KverunreiiiiEiuigskünxeii (.ration over rschre L let, the deep-level chewing contamination is such that it donor states evokes. One such example is sulfur.
Es wurde bereits auf erfindungsgeniässe Anordnungen verwiesen, in denen die Dotiorungsverunr-oiiiigungskonzen trat ion grosser als die Tiofnlveauvoriinroinigungskonzentratlon ,ist, die als eine avisgleichende VerunroinigungskonzentratLon eingebracht is I., Eine de.rar· (-ige ausgl eichende Voran reinigungkoji/.en tration lumn durch Akzop toron in der oberen Halfte des Bandabstandos oder Donatoron in der unteren Halfie des Band cil)S t and ο s erhalten worden. Diese Vor.unreJ η i.gungojj können do t i.croiide Vcrunrej.n.i gungeii oiler SLörsieilen sein, aber müssen Ene rgieni voaus aufwo i son , die .in o.i.iu'in gi·- o.i ,';iic.·. l.eiii Abs LiLiif] von dom liaiul (la;· B.-ndfiM, ui.nl κ war d'Tii des JvO i l.iMif',.--b.'itide.s in.n--l(ji tcijnicni ," i 1 Lc Lum ruui denn ()·.:■ \',')il ι ■-11 >'.1.ιί-! ι =■ 11 s :i Μ ρ-- 1 ο i I c i).l ί -in Hi I icnnn, .lie:,·,. Ί,Reference has already been made to arrangements according to the invention in which the doping impurity concentration is greater than the level preliminary cleaning concentration, which is introduced as a leveling impurity concentrate by Akzop toron in the upper half of the band gap or Donatoron in the lower half of the band cil) S t and ο s. These Vor.unreJ η i.gungojj can do t i.croiide Vcrunrej.ni gungeii oiler SLörsieilen, but must contain Ene rgieni before i son, the .in oiiu'in gi · - oi, '; iic. ·. l.eiii Abs LiLiif] from dom liaiul (la; B.-ndfiM, ui.nl κ was d'Tii des JvO i l.iMif ', .-- b.'itide.s in.n - l ( ji tcijnicni, "i 1 Lc Lum ruui denn () ·.: ■ \ ',') il ι ■ -11>'. 1.ιί-! ι = ■ 11 s: i Μ ρ-- 1 ο i I ci ) .l ί -in Hi I icnnn, .lie:, · ,. Ί,
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um die gewünschte Empfindliehkei t für Strahlung in dem besüjideren Wellonlängenbereich. zu erhellten, in dom die Auordiniiiß betrieben werden soll. BoI Anwendung einer SiI iciuniKchleht ist eine geeignete ausglciclm.nclo Verumeinigung Gold, das ein AuK^leidisiiJA'cnu von 9j35 v\' von dem Rand des VaJouzbandes in p-leitendein Silicinin an aufweist und eine Empfindlichkeit für Strahlung von Viel LenJ an gen zwischen 1,1 und etv.a 3 β 5 /m» liefert. Gold liefert auch ein AusgleioliKnivear von 0,35 ^V von dein Rancl des 1/yi.tun»«- halides in n-1 e:i tend ein Silicium an und ergibt eine Κ-ιαηΠικΊ.Ι lchkcit für Strahlung \ on Wellen! :lugt ii zwischen 1,1 und etwa 2,25/um. Audi können ausgleichende Zentren durch S tor η tel 1 enniii voaus erlmlten v/erden, die durcji lic::-c]iädii,un^· durch Strahlung licrbeigc- füll ri worden. Protonen künucn y. . Y>. ausgleichende Zentren in n-lej tc-udein Si Li ei um mil einein Niveau von nahezu (!)^l o"\' von dem Rand Ouü Lei I uiif/liandos an erzeugen und eine !.'Mpflnd I i chkel L l'iir St.i-c">]j.l utig von V/el ] eulängen y.\-r L;c]u:u 1,1 lind ο tii a '3 Am .1 Leftn-n.around the desired sensitivity to radiation in the particular wave length range. to shed light on in dom the authority is to be operated. The application of a SiI iciuniKleht is a suitable ausglciclm.nclo Verification Gold, which has an AuK ^ sufferingisiiJA'cnu of 9j35 v \ ' from the edge of the VaJouzband in p-conducting in silicinine and a sensitivity to radiation of much LenJan gen between 1 , 1 and etv.a 3 β 5 / m ». Gold also provides a balance level of 0.35 ^ V from your Rancl des 1 / yi.tun »« - halides in n-1 e: i tend a silicon and gives a ι-ιαηΠικΊ.Ι lchkcit for radiation \ on waves! : ii peeps between 1.1 and about 2.25 / µm. Compensating centers can be acquired in advance through S tor η tel 1 enniii, which have been licrbeigc- filled ri by radiation. Protons künucn y. . Y> . Balancing centers in n-lej tc-udein Si Li ei around mil a level of almost (! ) ^ lo "\ 'from the edge Ouü Lei I uiif / liandos on and a!.' Mpflnd I i chkel L l'iir St.ic ">] jl utig from V / el] eulängen y. \ - r L; c] u: u 1,1 lind ο tii a '3 Am .1 Leftn-n.
l)i(.: Tj eJ'u.i v( im ve· fin; rc'.Ljij gu!i;',i>]cont'i-n ( r;xl Lon kann ο I a eine J onen ? is!j>! f: i; I Ϊ c )■ t t· lle.n>'en ( Γίΐ 1 ion ν ο j.l ι; <:· ι ti en sein. DIt: Anv.'ojuiung von -I'iiiu.-n i.iujj I an i n t i on yuin Erlial ι (.;·.] (U"-Tl oA'ii i vi-riii ν c-Tiii.ii ein i .-· u ti.",'. k;ui".'c α ί ι" a i ion i t- 1 ν ο ι ; ι.·.ΐ. Ι Ι).ί ft, \,(.Ί1 tlitfhi rc Ji ein V^ ιιιί ο.;υ:Ι;;ιΐιι;;::(-Ι ei-iuni or1« j." —ei <:·:■".'.-..-ι ι. e in g I :· i ei::- Γι.-, i :· ·.'■"' V t-.;· t t· i 1 u r,-·, ί';· ■-.-1· ein Ι· ·.-; I. i i: ■:: ■ -^ t"; »_-1 ■ i et angcrb .■-;;■· Ί 1 '..( π i. -ι i '-\ιί: ι 11. ·,., ι. 1 ··. '· < I !ι ;.■ r AbI 1 ! κ' ■.:■;■...-.-■:■-■■£ di ι· Mi1.l) i (.: Tj eJ'u.iv (im ve · fin; rc'.Ljij gu! i; ', i>] cont'i-n ( r; xl Lon can ο I a a Jon? is ! j>! f : i; I Ϊ c) ■ tt · lle.n>'en ( Γίΐ 1 ion ν ο jl ι; <: · ι ti en be. DIt: Anv.'ojuiung from -I'iiiu. -n i.iujj I an in ti on yuin Erlial ι (.; ·.] (U "-Tl oA'ii i vi-riii ν c-Tiii.ii a i .- · u ti.", '. k ; ui ". 'c α ί ι" ai ion i t- 1 ν ο ι; ι. · .ΐ. Ι Ι) .ί ft, \, (. Ί1 tlitfhi rc Ji a V ^ ιιιί ο.; υ: Ι ;; ιΐιι;; :: (- Ι ei-June or 1 "j" -ei <: *: ■ ".'.-..- ι ι e in g I: · i ei :: - Γι.. .-, i : · ·. '■ "' V t - .; · tt · i 1 ur, - ·, ί '; · ■ -.- 1 · a Ι · · .-; I. ii: ■: : ■ - ^ t ";» _-1 ■ i et angcrb. ■ - ;; ■ · Ί 1 '.. (π i. -Ι i' - \ ιί: ι 11. ·,., Ι. 1 · ·. '· < I ! Ι ;. ■ r AbI 1! Κ' ■.: ■; ■ ...-.- ■: ■ - ■■ £ di ι · Wed 1 .
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besonders wünschenswert ist., während diese Elemente genau aiii" den gowünsdiicn Teil der Schicht besclu-änkt- ivorden, wobei g.leiclizej tig eine genügende Anzahl Ma joritäls] adungsträgereinfangxenIren angebracht worden kann. Diese Beschränkung kann bei denjenigen Ansführungsformen der Anordnung von Bedeutung sein, deren A\'irkung durch das Vorhandensein ctwaigej' Ladimgy.einfangzcnlrcn im inne3:·en Teil der Schicht, in dem der Ladiingsti'an.sport stattfindet, beeinträchtigt werden kann.is particularly desirable. while these items are accurate aiii "the green part of the layer is covered, where a sufficient number of major factors are generally required can be attached. This restriction can with those Ansführungsformen the arrangement be of importance, the effect of which is due to the presence ctwaigej 'Ladimgy.einfangzcnlrcn inside3: · en part of the layer, in which Ladiingsti'an.sport takes place, impaired can be.
Au μ s er d (jin gestattet Ionenimplantation die Einführung von Yorunrei nlgungseleinenten mit einer normalei'weii se verhä.1 ( nj .sniasK.i g" iiifidi-igen Löslichkeit in dom festen Ha.lble.iteriiicii eria.l . ■ .Except for μ s er d (jin, ion implantation allows the introduction of Yorunrei ng elements with a normal proportion. 1 (nj .sniasK.i g "iiifidi-igen solubility in dom solid Ha.lble.iteriiicii eria.l. ■.
Da der optische Querschnitt von Td efniveaiizentren klein sein wird, uii: die Λ-ei en Majoritätsladiuigsträger durcJi StraJilungK^ni-egung y,u erhalten, ist es erwünscht, dass der Vor l· pro Quadrat-xen ί imeter der Tiefni^'eauvcTHinreinigaings^en (ren mindestens 5 . 10 *~ und sogar 10 /cm beträgt. -ILi3 der Praxis ]iit.st sicJi eine soJ die. Konzentration in einer düjjnori Schicht wegen der Beschränkungen der Löwlichkeit d(!j' Tiein.ivcran'criini'cjnißun^on im betreffenden festen lfa.'l 1 )'l ei I <;.i i'tv i er j.a.l schwer erhal ten . ¥f3in jedoch hohe Ktii\y i'ji ί j-;; I i uüpii ν or wc -mIc· t w<*3xl"c:n , ergibt sich das Problem, d; .-·-■■ 5 ι '!j" der 1-;;·]ιυ)(;;;;··ιΐ'>ί;ΐ3]ΐ] eine.'· wo;;c ntJ icJien l'i'al-.. o:i on d(:i- T.i (· Γ; i \ (-.··.s.· ·.'<■ runrc-i in ,'ungen .i.11 dfji Vej'ari'nui{;szo!U'nSince the optical cross-section of the level centers will be small, and the Λ-ei s majority load carriers will be obtained by straightening K ^ ni-gung y, u , it is desirable that the depth per square xen ί imeter of the depth level ^ en (ren amounts to at least 5. 10 * ~ and even 10 / cm. -ILi3 in practice] iit.st sicJi a soJ die.concentration in a düjjnori layer because of the limitations of solubility d (! j 'Tiein.ivcran'criini 'cjnißun ^ on in the relevant fixed lfa.'l 1)' l ei I <;. i i ' t vi er jal difficult to obtain. ¥ f3in however high Ktii \ y i'ji ί j- ;; I i uüpii ν or wc -mIc · tw <* 3xl "c: n, the problem arises, d; .- · - ■■ 5 ι '! j" der 1 - ;; ·] ιυ) (;;;; ·· ιΐ '>ί; ΐ3] ΐ] a.' · wo ;; c ntJ icJien l'i'al- .. o: i on d (: i- Ti (· Γ; i \ (-. ·· .s. · ·. '<■ runrc-i in,' ungen .i.11 dfji Vej'ari'nui {; szo! U'n
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geändert wird, es nicht möglich wäre, die Halbleiterschicht unter Vermeidung von Durchschlag völlig zu erschöpfen, und eine solclie Schichterschöpfung ist eine grundlegende Anforderung für die befriedigende Ladungsübertragungswirkung der 1adungsgekoppe 1.ten Anordnung. In der Praxis wird dieses Problem bei Anwendung derart Jiolier Konzentrationen dadurch vermieden, dass die Integrationsperiode, d.h. die Periode, in der die Strahlung auf einen besonderen abbildenden Teil der Scliiclit zwischen aufeinanderfolgenden Erfrlscliungs — schritten in denen die Tiefniveauzentren mit Majoritätsladungsträgern ergänzt werden, auffallen kann, derart gesteuert wird, dass in der genannten Periode bei maximaler Strahlungsintensität nicht mehr als eine gewisse Anzahlis changed, it would not be possible to change the semiconductor layer to be completely exhausted while avoiding breakdown, and such stratum depletion is a fundamental one Requirement for the satisfactory charge transfer effect the 1 charge-coupled 1st arrangement. In practice this will be This creates a problem when using such Jiolier concentrations avoided that the integration period, i.e. the period in which the radiation on a special imaging part of the scliiclit between successive refreshments steps in which the low-level centers are supplemented with majority carriers, can stand out, like that is controlled that in the period mentioned at maximum radiation intensity not more than a certain number
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der Zentren, z.B. nicht mehr als 10 Zentren/cm", ihren Ladungszustand ändern werden.of the centers, e.g. not more than 10 centers / cm ", their Will change the state of charge.
So ist es beim Betrieb einer ladungsgekoppolton Anordnung nach der Erfindung notwendig, periodisch den Haibleiterschichttell mit der Tiefniveauverunreinigungskonzentration dadurch zu erfrischen, dass die Tiefniveauzentren mit Majorltätsladungsträgern ergänzt werden.So it is with the operation of a charge coupled tone Arrangement according to the invention necessary, periodically the Semiconductor layer plate with the low level impurity concentration to refresh by the fact that the low-level centers are supplemented with majority load carriers.
Die Halb!eitorschicht kann weiter Elektrodenmittel enthalten, durch die die Ticfnivoaunentren mit Majoritätsladungsträgern ergänzt werden können. Bei anderen Ausführungsformon kann, wie nachstehend besehrieben wird, die Ergänzung durch, eine geeignete Konfiguration derThe semiconductor layer can furthermore contain electrode means included through which the ticfnivoun centers with Majority carriers can be added. With others Embodiment can, as will be described below, the addition of a suitable configuration of the
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für den Betrieb der Anordnung verwendeten Schaltung erfolgen.the circuit used to operate the arrangement.
Nach einem weiteren Asr>ekt der Erfindung ist die Anordnung dadurch gekennzeichnet, dass sie eine ladungsgekoppelte Anordnung nach der Erfindung, eine Schaltung, durch die periodische Signale einem zu der Schicht gehörigen Elektrodensystem zur Bildung von Verarmungszonen in der Halbleiterschicht zugeführt werden, innerhalb deren diskrete Majoritätsladungsträgerpakete, die von anregender einfallender Strahlung aus den durch die Tiefniveauverunreinigung; konzentration gebildeten Zentren ausgelöst werden, aufgefangen und zu den Auslesemitteln in einer zu der Schicht parallelen Richtung über einen inneren Teil der Schicht transportiert werden können, sowie eine Schaltung enthält, durch die periodisch die durch die Tiefniveauverunreinigungskonzentration gebildeten Zentren mit Majoritätsladungsträgern ergänzt werden.According to a further aspect of the invention is the Arrangement characterized in that it has a charge-coupled arrangement according to the invention, a circuit, by the periodic signals to an electrode system belonging to the layer for the formation of depletion zones in the Semiconductor layer are supplied, within their discrete Majority carrier packets emitted by stimulating incident radiation from those caused by low-level pollution; concentration formed centers are triggered, intercepted and to the readout means in a direction parallel to the layer over an inner part of the layer can be transported, as well as contains a circuit through which periodically the low-level impurity concentration formed centers are supplemented with majority carriers.
Bei einer ersten Ausführungsform einer solchen Anordnung enthält die Schaltung zvir periodischen Ergänzung der Tiefniveauverunreinigungszentren mit Majoritätsladungsträgern Mittel zur Entladung der Verarmungszonen, die sich auch durch den die Tiefniveauverunreinigungskonzentration enthaltenden Teil der Schicht erstrecken.In a first embodiment of such Arrangement contains the circuit for periodic completion of the low level pollution centers with majority carriers means for discharging the depletion zones which are also extend through the portion of the layer containing the low level contaminant concentration.
Bei einer Weiterbildung der Anordnung enthält die Halblei b.-.rschicht eine Eingangs s tufe zum Erzeugen von Majoritätsladungsträgerpaketen, die in einer zu dor ScliirhtIn a further development of the arrangement contains the Semiconductor layer an input stage for generating Majority carrier packages that are sent in one to the next
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parallelen Richtung transportiert werden können, während die Schalung zur periodischen Ergänzung der Tiefniveauzentren mit Met j oritätsladungs trägern Mittel enthält, mit deren Hilfe dei' Eingangs stufe Signale zur period! schein Einführung erfrischender Ladungspakete von Majoritätsladungs trägern einer derartigen Grosse zugeführt werden, dass sie während ihres Transports durch die Schicht wenigstens bis in dein Teil der Schicht mit der Tiefniveauverunreinigungskonzentration gelangen.parallel direction can be transported while the formwork for periodic completion of the low-level centers contains means with the help of which the input stage signals the period! seem Introduction of refreshing cargo packages of majority cargo carriers of such a size that they during their transport through the bed at least to the portion of the bed with the low level contaminant concentration reach.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Some embodiments of the invention are shown in the drawings and will be described in more detail below described. Show it:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine ladungsgekoppelte Anordnung nach der Erfindung zur Abbildung eines Infrarotstrahlungsmusters, Fig. 1 is a plan view of a charge-coupled device according to the invention for imaging an infrared radiation pattern,
Fig. Z einen Schnitt durch die Anordnung nach Flg. 1 längs der Linie H-II der Fig. 1,FIG. Z shows a section through the arrangement according to FIG. 1 along the line H-II in FIG. 1,
Fig. 3 einen Schnitt clui'ch die Anordnung nach Fig. 1 längs der Linie IXI-III der FIg. 1,3 shows a section according to the arrangement Fig. 1 along the line IXI-III of Fig. 1,
Fig. k einen Schnitt durch eine andere ladungsgekoppelte Anordnung nach der Erfindung zur Abbildung eliin.s In fr ar ο tstx-nli lungyiuusters ,Fig. K shows a section through another charge-coupled arrangement according to the invention for mapping eliin.s In fr ar ο tstx-nli lungyiuusters,
Fig. 5 einen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. k längs der Linie V-V der Fig. k, und Fig. 6 eine graphische Darstellung der Vo] J criforiiujii5 shows a cross section through the arrangement according to FIG. K along the line VV of FIG. K, and FIG. 6 shows a graphic representation of the Vo] J criforiiujii
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des Potentials, das an die Elektroden der Anordnung nacli Fig. h und 5 Beim Betir-ieb zur Abbildung eines Infrarotstrahlungsmustcrs, angelegt wird.of the potential which is applied to the electrodes of the arrangement according to FIGS. h and 5 when operating for imaging an infrared radiation pattern.
Fig. T bis 3 zeigen eine vereinfachte Ausführungs-■ forin einer ladungsgekopiicl ten Inf raro tabbilduiigsanordnung", deren elementare Abbildungsteile die Form einer linearen Matrix aufweisen. Im Rahmen dca? Erfindung liegen natürJ ich auch Anordnungen, in denen die elementaren Abbildlingsteile die Form einer zweidimensionalen Matrix aufweisen (sogenannte Gebietabbildungsvorrichtungen), aber der Deutlichkeit der· Illustrierung und Beschreibung der Anordnungsstruktur' nach der Erfindung halber wird die Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 mit linearer Matrix beschrieben.Fig. T to 3 show a simplified embodiment ■ for in a charge-copied infra-red tabular arrangement ", whose elementary image parts have the form of a linear matrix. In the context of dca? Invention lie naturally also arrangements in which the elementary parts of the image have the shape of a two-dimensional matrix (so-called Area mappers), but of clarity the 'illustration and description of the arrangement structure' according to the invention, the embodiment is according to Fig. 1 to 3 described with a linear matrix.
Die Anordnung enthält einen Halbleiterkörper* 1 aus Silicium mit einer p-leitenden Ilalbleiterschicht 2, die an die Oberfläche 3 grenzt und sich auf einem n~]eilenden Substrat h befinder. Das Substrat Ί. weist eine Dicke von 200./UiIi und einen spezifischen "Widerstand von 10.il.crn auf. Die Schicht- 2 weist eine Dicke von 6/um auf und enthält einen an die Oberfläche grenzenden Teil 5> in dem sich, eine ioncnimplaiitlerte Ind-iumkoiizentriition befindet. Die Schicht ist m:i t "Bor in einer nahezu gleichmässigeü Konzentration von- 10 J At(JiIien/cm , d.h. nahezu gleich 6 . 10 Veri'in-.l-einign-ngcrTi/cm*" in jeder Fläche; der St-hicht, dotiert. D.i.ο .i •onc-n.iiripliiiitlor 1 e Xnd.i \mil\O]iz(:n l.rat.i on erstreckt sichThe arrangement contains a semiconductor body * 1 made of silicon with a p-type semiconductor layer 2, which adjoins the surface 3 and is located on a fast-moving substrate h. The substrate Ί. has a thickness of 200./UiIi and a specific "resistance of 10.il.crn on. The layer 2 has a thickness of 6 / um and includes a surface adjacent to the part 5> in which a ioncnimplaiitlerte Ind The layer is with "boron in an almost uniform concentration of -10 J At (JiIien / cm, ie almost equal to 6. 10 Veri'in-.l-einign-ngcrTi / cm *" in each area ; the St-hicht, endowed. Diο .i • onc-n.iiripliiiitlor 1 e Xnd.i \ mil \ O] iz (: n l.rat.i on extends
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bis zu einer Tiefe von der Oberfläche 3 her von 2 /um und die Spitzenkonzentration liegt auf einer Tiefe von 0,25 ,um von der Oberfläche her. Die zur Bildung der ionenimplantierten Indiumkonzentration verwendete Dosis beträgtto a depth from the surface 3 of 2 / µm and the peak concentration is at a depth of 0.25 µm from the surface. The formation of the ion-implanted Indium concentration used dose
1 4 y 21 4 y 2
Das η-leitende Substrat 4 bildet zusammen mit dem pn-Uebergang zwischen dem Substrat 4 und der Schicht 2 einen Teil von Mitteln zur Isolierung des Halbleiters 2 gegen seine Umgebung wenigstens beim Betrieb dez" Anordnung. Die genannte Isoliermittel enthalten ausserdem eine Isolierschicht 7 aus Siliciumoxid auf der Ober-fläche 3 und ein n-leitendes Oberflächengebiet 8, das, wie In der Draufsicht nach Fig.. dargestellt ist, se:.tlich die p-leitende Schicht 2 umgibt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Gebiet 8 ein η -diffundiertes Gebiet, das sich über die ganze Dicke der Schicht 2 bis In das Subs-trat 4 erstreckt. Für- die elektrische Isolierung der Schicht 2 1st der pn-Uebergang zwischen dem Gebiet 8 und der Schicht 2 vor'teilhafterweise in der Sperr— richtung vorgespannt,- wobei die Verbindung mit dem Gebiet übez"1 einen Anschluss mit dem Substrat 4 hergestellt ist. Bei anderen Ausführungsfornicn kann statt des Gebiets 8 eine versenkte Isolierschicht verwendet oder ein n-leitendes Gebiet angebracht werden, das sich von der Oberfläche. 3 der Schicht über nur einen Teil der Dicke der Schicht 2 erstreckt. Im letzteren Falle wird die Anordnung mitThe η-conductive substrate 4, together with the pn junction between the substrate 4 and the layer 2, forms part of the means for isolating the semiconductor 2 from its surroundings, at least when the device is in operation. Said isolating means also contain an insulating layer 7 made of silicon oxide on the surface 3 and an n-conductive surface area 8, which, as shown in the plan view according to Fig., partially surrounds the p-conductive layer 2. In the present embodiment, the area 8 is an η diffused area which extends over the entire thickness of layer 2 up to subsurface 4. For the electrical insulation of layer 2, the pn junction between area 8 and layer 2 is advantageously in the blocking direction biased, - wherein the connection to the area via " 1 a connection to the substrate 4 is made. In other embodiments, instead of the area 8, a recessed insulating layer can be used or an n-conductive area can be applied, which extends from the surface. 3 of the layer extends over only part of the thickness of the layer 2. In the latter case, the arrangement is made with
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derartigen angelegten Potentiellen betrieben, dass die zu dem Substi-at/Schiclit-pn-Uebergang zwischen dem n-leitenden Oberflächengcbiet und dor p-leitenden Seliiclit 2 gehörigen Verarnmngsgebiete die Isolierung- vervollständigen.such invested potential operated that the to the Substi-at / Schiclit-pn-junction between the n-conducting Surface area and the p-type seleclite 2 belong Circumferential areas complete the isolation.
Die Dicke und die Bordotierung dex· p-leitenden Sch.ie.1it 2 sind derart, dass mittels eines elektrischen Feldes ein Verarinungsgebie t erzeugt werden kann, das sicli über die ganze Dicke der Schicht. 2 erstreckt, wobei Durchschliig vermieden wird. Durch Anwendung einer derartigen Schicht 2, die beim Beta-ieb gegen die Umgebung isoliert; werden kann, kann Ladung in Form von Majoritätsladuiigsträgern hauptsächlich (es handelt sich liier insbesondere um die letzten Fraktionen zwischen Speicherstellen zu übertragender Ladungspakete) über den inneren Teil der Schicht transportiert werden.The thickness and the boron doping of the dex · p-conductive layer 1 and 2 are such that an electrical field can be used to create a processing area that extends over the entire thickness of the layer. 2, avoiding penetration. By using a layer 2 of this type, which insulates against the environment during Beta-ieb; can be, charge in the form of majority charge carriers (in particular the last fractions of charge packets to be transferred between storage locations) can be transported over the inner part of the layer.
Die Ladung, die die Mu-sterinformation bildet, wird in Verarmungsgebiete eingeführt, die in dem Teil der Schicht 2,- der unter dein Oberflächenteil 5 liegt, von durch die ionenimplantierte Indiuraverunreinigungskonzentration gebildeten tiefen Akzeptorniveaus hei- erzeugt werden. Bei der Betriebstemperatur sind nahezu all diese Verunreinigungen entionisiert und bilden die genannten tiefen Akzc-p Loruiveaus Einfangzentren fü:r Löcher, die nach rcQ-unß durch In fraro (".« trahlung im Welle.nlangeribej.-eicb clioi) 3 und 5 /um axisgelöst werden köinum. Die AusdehnungThe charge that forms the sample information is introduced into impoverished areas in the part of the Layer 2, - which lies under your surface part 5, of by the ion-implanted indiura impurity concentration formed deep acceptance levels can be produced. At the operating temperature, almost all of these are contaminants deionized and form the above-mentioned deep Akzc-p Loru levels capture centers for holes that follow rcQ-unß through In fraro ("." radiation im Welle.nlangeribej.-eicb clioi) 3 and 5 / um axis can be solved köinum. The expansion
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des Oberflächen teils 5 und die angelegten Potential ο an verschiedenen Teilen der Anordnung, wie nachstellend beschrieben sind derart, dass die Potentialminima in den Yerarmuiigygebieten, die in der Schicht 2 erzetigt werden, sich an Stellen befinden, die von dein Oberfl Liehen teil 5 getrennt sind. So kann, vorausgesetzt, dass der Unifang eines Musterinformation darstellenden Ladungspakets einen"gewissen fort nicht überschreitet, der durch andere Merkmale des Vorgangs bestimmt wird, wie nachstehend beschrieben wird, der Transport der Musterinformatioii darstellende Ladungspakete übur einen inneren Teil der Schicht erfolgen, ohne dass dabei die Ladungspakete zu dem Oberflächenteil 5 gelemgen, der die durch die implantierte IndiumkonKontration gebildeten Einfangzentren enthält. So kann Musterinformation in Form diskreter Majoritätsladungsträgerpakete in Speicherstellen in der Schicht 2 erzeugt werden, wenn einfallende Infrarotstrahlung in dem genannten Wellenlängenbereich bis in den Oberflächenteil 5 eindringt. In der vorliegenden Au.':f!'lix-ung.·-- form, in der die Schicht 2 mit Akzeptorverunrelnigimgen, sowohl in der Hauptmasse der Schicht als aVieh in den Obei^f 1 ächenteil 5* dotiert wird, bedeutet dies, das.·; d Le über die Tiefni veauzen Lren erzeugte Mus ter.i.nf or.nation., dl ο in Speicherstellen in der Sch.! cht eingeführt und d:uüJ durch die Schicht hindurch transportiert" wird, die Γ^οι von Löchern aufweist.of the surface part 5 and the applied potentials ο at different parts of the arrangement, as described below, are such that the potential minima in the Yerarmuiigy areas, which are produced in layer 2, are located at points that are separated from the surface part 5 . Thus, provided that the volume of a charge packet representing pattern information does not exceed a certain amount, which is determined by other features of the process, as will be described below, the transport of the charge packet representing pattern information through an inner part of the layer can take place without this the charge packets lie to the surface part 5, which contains the capture centers formed by the implanted indium concentration. Thus, pattern information in the form of discrete majority charge carrier packets can be generated in storage locations in the layer 2 when incident infrared radiation in the mentioned wavelength range penetrates into the surface part 5 present Au. ' : f! 'lix-ung. - form in which the layer 2 is doped with acceptor impurities, both in the main mass of the layer and a cattle in the surface part 5 *, this means that the Pattern.
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Au ■ eine-m Ende der Schicht liegt ein stärker dotiertes j>-leitendes Oberflächengebiet 10, auf dem ein Eingangsanschlussleiter 9 vorhanden ist, Am anderen Ende der Schicht liegt ein stärker dotiertes p-leitendes Oberf J.ächengebie t 12, auf dem ein Ausgangsanschlussleiter 1 1 vorhanden ist. Der EingangsanschJ.ussleiter.· 9 und das Oberflächengebiet 10 gestatten eine weitere Einführung von Löchern in die Schicht 2, ivobei diese Einführung und der anschliessend-G Transport durch die Schi oh t, wie nachstehend beschrieben wird., derart erfolgen, dass pez-iodisch die tiefen Akzeptorniveaus, die durch die ionenimplantierte Indiumkonzentration gebildet werden, mit Löchern ergänzt werden. Der Ausgangsleiter 11 und das Oberflächengebiet werden als Teil von Mitteln zum Auslesen des Umfangs der Ladungspakete und ürur Entfernung der Ladungspakete aus der Schicht verwendet, aber dieser Teil des Betriebs wird nicht im Detail beschrieben, weil er auf übliche Yeise durchgeführt werden kann.At the end of the layer there is a stronger one doped j> -conducting surface region 10 on which a Input connection conductor 9 is present at the other end the layer has a more heavily doped p-conductive surface Area area 12 on which an output connection conductor 1 1 is available. The input connector 9 and the surface area 10 allow a further introduction of Holes in layer 2, with this introduction and the then-G Transport by ship, as below is described., take place in such a way that pez-iodic the deep acceptance levels achieved by the ion-implanted Indium concentration are formed, supplemented with holes will. The output conductor 11 and the surface area are used as part of means for reading the scope of the Charge packages and only remove the charge packages the shift is used, but that part of the operation becomes not described in detail because it can be done in the usual way.
Auf der Oberfläche der Schicht 2 liegt ein Elektrqdens3rstern zur kapazitiven Erzeugung elektrischer Felder in dor Schicht 2, mit deren Hilfe Musterinforntation dart teilende Lndüngspäkete aufgefangen und dann zu den Ans 1 oseruj t.teln (11, 12.) in einer zu. der Schicht parallelen JMchtung transporti.crrt v.crden können. Das EJ ektrod.ensystem ent.höl t tj.no Vielzahl von -Elektroden""" 13 in Form J oi tender-On the surface of layer 2 a Elektrqdens3 r star for capacitively generating electrical fields is located in dor layer 2 with the aid Musterinforntation dart dividing Lndüngspäkete collected and then oseruj to the Ans 1 t.teln (11, 12) in a to. parallel to the layer can be transported. The EJ ektrod.ensystem ent.höl t tj.no variety of -electrodes """13 in the form of J oi tender-
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Schichten, die von dor Halbleiterscliicht 2 durch die Siliciumoxidecliicht auf der Oberfläche 3 getrennt sind. Die An ordnungs &truk tür ist in bezug auf die betreffende Einf 1 assriclitung des Strahlungsmusters auf geeignete "Weise eingerichtet. So werden, wenn z.B. das aufzuzeichnende Infrarotstrahlungsmuster auf die obere Fläche gerichtet werden soll, das Material und die Dicke der Elektroden derart gewählt, dass eine Uebertraguiig der genannten Strahlung ermöglicht wird; die Elektroden können z.B. aus polykristallinen! Silicium bestehen. Auch kann bei Anwendung eines Siliciumkörpers mit den gekannten Abmessungen das Strahlungsmuster auf die Unterseite des Körpers gerichtet werden, weil Infrarotstrahlung im genannten Wellenlängenbereich durch das Substrat k und die Schicht 2 übertragen wird und den Teil 5 mit Tiefniveauverunreinigungszentren erreicht.Layers which are separated from the semiconductor layer 2 by the silicon oxide layer on the surface 3. The arrangement door is set up in a suitable manner with regard to the relevant direction of the radiation pattern The electrodes can for example consist of polycrystalline silicon. Also, when using a silicon body with the known dimensions, the radiation pattern can be directed onto the underside of the body because infrared radiation in the wavelength range mentioned passes through the substrate k and the layer 2 is transmitted and reaches part 5 with low level pollution centers.
In einer zu der betreffenden Ladungstransportrichtung senkrechten Richtung erstrecken sich die Elektroden über die ganze Breite der Halbleiterschicht 2, wie in Fig. und 3 dargestellt ist. Die Anordnung nach den Fig. 1 bis wird als eine Dreiphasen-CCD betrieben, in der die Elektroden 13 in drei Gruppen an Taktleitungen 01 , 0„ und 0~ zum Anlegen von Taktspannungen angeschlossen sind. Es dürfte jedoch einleuchten, dass die Elektrodenkonfiguration bei einer Anordnung nach der Erfindung von dex" Konfiguration der dargestellten Anordnung verschieden sein kann; z,B.In a direction perpendicular to the relevant charge transport direction, the electrodes extend over the entire width of the semiconductor layer 2, as shown in FIGS. The arrangement according to FIGS. 1 to 3 is operated as a three-phase CCD in which the electrodes 13 are connected in three groups to clock lines 0 1 , 0 " and 0 " for applying clock voltages. It should be clear, however, that the electrode configuration in an arrangement according to the invention can differ from the configuration of the arrangement shown;
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können die Elektroden aus polykristallinen! Silicium auf. verschiedenen Niveaus und in gegenseitiger Ueberlappung gebildet werden; die Elektroden können auf Isolierschicht-"teilen verschiedener" Dicke angebracht werden, und es können andere bekannte Mittel verwendet werden. Ausserdem kann die Anordnung für Zweiphasen- oder- Vierphasenbetrieb ausgebildet werden.can the electrodes made of polycrystalline! Silicon on. different levels and in mutual overlap be formed; the electrodes can "share on" insulating layer of various "thicknesses can be attached, and other known means can be used. In addition, the arrangement can be designed for two-phase or four-phase operation.
Für eine vollständige Beschreibung der Ladungsübertragungswirkung einer lädungsgekoppelten Anordnung, bei der der Transport über das Innere der Halbleiterschiclit stattfindet, sei auf die britische Patentschrift 1 414 183 verwiesen. Nun wird die Wirkungsweise der* Anordnung nach den Fig. 1 bis 3> sofern es die Bildung ein Infrarotstrahlungsmuster darstellender elektrischer Signale anbelangt, beschrieben.For a complete description of the charge transfer effect of a charge-coupled arrangement in which the transport takes place via the interior of the semiconductor layer, reference is made to British patent specification 1,414,183. The mode of operation of the arrangement according to FIGS. 1 to 3 will now be described, insofar as the formation of electrical signals representing an infrared radiation pattern is concerned.
Das Substrat h wird an ein Bezugspotential, z.B. Erdpotential, gelegt, während eine Spannung von nahezu -10 V an die Schicht 2, z.B. über den Eingangskontakt 9, angelegt wird. Die an die Leitungen 0~, 0~ und 0„ angelegten Taktspannungen ändern sich z.B. zwischen +2 V und +5 V. Ausgehend von der Situation, in der die freien Majoritätsladungsträger, d.h. uneingefangene Löcher, aus der Schicht 2 entfernt werden, kann berechnet werden, dass für Löcher Potentialniininia in den erschöpften Te:L3.«n der Halbleiterschicht unter den Elektroden 13 auf einer Tiefe vcn nahezu 5/ura erhalten werden. Bei diesen Potential-The substrate h is connected to a reference potential, for example ground potential, while a voltage of almost -10 V is applied to the layer 2, for example via the input contact 9. The clock voltages applied to lines 0 ~, 0 ~ and 0 ″ change, for example, between +2 V and +5 V. Based on the situation in which the free majority charge carriers, ie untrapped holes, are removed from layer 2, the calculation can be made It is possible that for holes potential minia in the exhausted Te: L3. "n of the semiconductor layer under the electrodes 13 are obtained at a depth of almost 5 / ura . With these potential
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minima können Ladungspakete in Form von Löchern, die durch Anregung durch. Infrarotstrahlung von den durch, die ioneniinplantierte Indiumkonzentixation in dem Oberfläelienteil 5 erzeugten Tiefniveauzentren herausgelöst werden, eingeführt werden. Bei jedem elementaren Abbildungstell (Bit), der unter einer Gruppe dreier benachbarter Elektroden 13 definiert wird, können die'von der anregenden Stroüilung ausgelösten und in den- Potentialmulden gesaminelten Löcher unter einer der Elektroden, z.B. der an der Leitung 0„, an die die niedrigste Spannung angelegt, wird, angeschlossenen Elektrode, konzentriert werden. Durch paseende Wahl der danach an die Elektroden angelegten Teds {-spannungen können, die genannten Ladungspakete, die z.B. unter den an die Leitung 0„ angeschlossenen Elektroden gesammelt werden, zu einem Gebiet unter den nächstfolgenden Elektroden transportiert werden, usw. Auf diese Weise werden die Ladungspakete, die anfänglich unter den an die Leitung p',, angeschlossenen Elektroden gesamme]t werden, nacheinander auf die Auslesemittel (i1, 12) übertragen, wo sie beseitigt werden. Der Ladungstransport der letzten Fraktionen der Ladungspakote kann in einem verhäl tn.i sinässig grosson Abstand von den. Elektroden 13 und auch von dem Oberflächt.-riteil 5 erfolgen. 'minima can charge packets in the form of holes, which are caused by excitation. Infrared radiation from the deep-level centers generated by the ion-implanted indium concentration in the surface part 5 are dissolved out. With each elementary mapping position (bit), which is defined under a group of three adjacent electrodes 13, the holes triggered by the stimulating Stroüilung and stacked in the potential wells under one of the electrodes, for example the one on the line 0 ", to which the When applied to the lowest voltage, the connected electrode will be concentrated. By matching the selected Teds {voltages applied to the electrodes afterwards, the said charge packets, which are collected, for example, under the electrodes connected to the line 0 , can be transported to an area under the next following electrodes, etc. In this way, the Charge packets, which are initially collected under the electrodes connected to the line p ', are transferred one after the other to the readout means (i1, 12), where they are eliminated. The charge transport of the last fractions of the charge package can be relatively large at a distance from the. Electrodes 13 and also from the surface part 5. '
Die Anordnung wird in einem zyklischen Modi;:; betrieben, in -dem am Anfang einer U i .1 dpfriode d i.e Ticfni Vf-'uiThe arrangement is in a cyclic mode;:; operated, in -dem at the beginning of a U i .1 dpfriode d ie Ticfni Vf-'ui
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Zentren zunächst mit Ma j o\rltä.t s.1 adungs trägern ergänzt werden. Dann folgt in der genannten Periode eine Abbildungsintegrationsperiode, in der Musterinformation in diskrete Ladungspakote umgewandelt wird, die in Verarnmngsgebieten, die unter den Elektroden 13 gebildet werden, und in jedem Bit j das. in den Verarmungsgebieten unter den an die Taktleitung 0_ angeschlossenen Elektroden gesammelt wird, vorhanden sind, wobei diese Ladungspakete einen Umfang aufweisen, der von der gesamten lokalen Intensität während der Integrationsperiocle der einfallenden Infrarotstrahlung in dem betreffenden Oberflächenteil 5 der Schicht unter den Elektroden 13 dieses Abbildungsbits abhängig ist. Anschliessend we3°den in der genannten Bildperiode die Musterinforiiiation darstellenden Ladungspakete nacheinander auf die Auslesemittel übertragen und vor dem Anfang der nächsten Bildperiode aus der Schicht entfernt.Centers initially supplemented with Ma j o \ rltä.t s.1 charge carriers will. Then follows in the mentioned period a mapping integration period, in the pattern information is converted into discrete charge packets, which are located in areas, which are formed under the electrodes 13, and in each bit j that. in the depletion regions among those on the clock line 0_ connected electrodes is collected, are present, these charge packets having a magnitude that depends on the total local intensity during the integration period of the incident infrared radiation in the relevant surface part 5 of the layer below the electrodes 13 of this mapping bit is dependent. Then we3 ° the in the mentioned image period Charge packets representing pattern information one after the other transferred to the readout means and removed from the layer before the beginning of the next image period.
Die erste Stufe, und zwar die Ergänzung der Tiefniveauzentren in dem Oberflächenteil 5 mit Löchern, wird in dieser Ausführungsform durchgeführt, indem zu grosse Ladungspakete am Eingang (9> 1θ) eingeführt■und auf den Ausgang übertragen werden. Unter dem Ausdruck "zu grosse Ladungspaketc?" sind hier Ladungspaliete einer derartigen Grosse. zu vorstehen j dass sie, wenn sie duz^ch die Schicht liindurcJigohen, te:i !weise in den Obex-f lächenteil 5 gelangen und dort - Lo eh ex- an' die unbesetzten Ticfniveaus abgeben.The first stage, namely the addition of the low-level centers in the surface part 5 with holes done in this embodiment by too large Charge packets introduced at the input (9> 1θ) ■ and on the Output. Under the expression "too big Cargo packages? "Are cargo pallets of such a type here Size. to protrude j that you when you duz ^ ch the shift LiindurcJigohen, te: i! wisely get into the Obex smile part 5 and there - Lo eh ex an 'hand over the unoccupied ticf levels.
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Bei einer anderen Ausführungsform werden die Tlefni\reaus dadurch ergänzt, dass alle Elektroden I3 gleichzeitig an Erdpotential gelegt werden, um die Verarmungsgebiete, einschliesslich der In dem Oberflächenteil.- 5 gebildeten Teile derselben, zu entladen.In another embodiment, the Tlefni \ r e out by the depletion regions, including the parts in the Oberflächenteil.- 5 formed of the same to be discharged thereby adds that all of the electrodes are I3 applied simultaneously to ground potential.
Da der hohe Photonenfluss -in dem Infrarotbereich des Spektrums auftritt, kann in vielen Fällen die BiIdperiode verhältnismässig kurz sein; z.B. kann im Falle einer linearen Matrix von 100 Bits die Bildperiode 100 ,usec betragen und von dieser Periode beträgt die Integrationsperiode 95 /Usec. Die wirkliche Bildperiode wird durch eine Anzahl von Faktoren für jeden·Einzelfall, einschliesslich der Art und Konzentration der Tiefniveauverunreinigung, bestimmt. So kann die Bildpear-iode z.B. maximal 4θ msec und minimal 10 -usec betragen.Because the high photon flux - in the infrared range of the spectrum occurs, in many cases the image period be relatively short; for example, in the case of a linear matrix of 100 bits, the image period can be 100, usec and from this period the integration period is 95 / Usec. The real picture period is through a number of factors for each individual case, including the type and concentration of the low level pollution. For example, the image pear-iode can be a maximum of 4θ msec and be at least 10 -usec.
In jedem Sonderfall, in dem eine SiliciumschichtIn every special case in which a silicon layer
verwendet wird, kann die Nettoladung innerhalb der Ver-is used, the net charge can be within the
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armungsgebiete nahezu k . 10 /cm nicht überschreiten, weil dann das Durchsclilagfeld überschritten werden würde. Die Dauer der Abbildungsiritegraticnsperiode, die einen Teil der BjJ dperiode bildet, wird im Zusammenhang mit der Konzentration der Tiefniveauverunreinigung derart gewählt-, dass, wenn Infrarotstrahlung maximaler Intensität in dieser ganzen Periode auf jeden elementaren Abbildtangs teil unter einer ein Bit bildenden Gruppe von Elektroden 13poor areas almost k. Do not exceed 10 / cm, because then the clearance field would be exceeded. The duration of the imaging period, which forms part of the BjJ d period, is chosen in connection with the concentration of the low-level pollution in such a way that, if infrared radiation of maximum intensity in this entire period falls on each elementary imaging part under a group of electrodes 13 forming a bit
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einfällt, das Ladungspaket, das in dem Teil der Schicht unter dem Oberflächenteil 5 erzeugt wird, auf diesen Teil beschrankt wird und während des anschliessenden Transports zu den Auslesemitteln nicht an den Überflächenteil 5» der die Einfangzentren enthält, gelangen wird.occurs, the charge packet that is in that part of the shift is generated under the surface part 5, on this part is restricted and during the subsequent transport to the readout means not to the surface part 5 »of which contains capture centers will arrive.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung wirdAnother embodiment of the invention is
nun an Hand der Flg. h bis 6 beschrieben. In dieser Anordnung sind denen der Fig. 1 bis 3 entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die p-leitende epitaktische Siliciumschicht 2 eine viel grössere Dicke und verschiedene Verunreinigungsverteilungen aufweist. So weist die Schicht 2 eine Dicke von insgesamt 35 /um auf und enthält Bor durch die ganze Dicke in einer Hintergrundkonzentration vonnow on hand of the Flg. h to 6. In this arrangement, parts corresponding to those of FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals. The main difference is that the p-type silicon epitaxial layer 2 has a much greater thickness and different impurity distributions. The layer 2 thus has a total thickness of 35 μm and contains boron in a background concentration of through the entire thickness
10 Atomen/cm" . Die Schicht 2 enthält einen ersten Teil mit einer Dicke von nahezu 2$ /um, der an dcts Substrat k 10 atoms / cm ". The S hicht 2 c includes a first portion having a thickness of approximately $ 2 / um, the substrate k of DCTs
grenzt und als eine Tiefniveauverunreinigung eine Indiumkonzentration von 5 · 10 cm enthält, was einem Wertand, as a low level impurity, an indium concentration of 5 x 10 cm contains what a value
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von 1,25 . 10 Verunreinigungen/cm~ entspricht. Neben der Oberfläche 3 der Schicht 2 und von dem indiumhaltigen Teil 16 durch einen nahezu nur die Hiiitergrundborkonzentration enthaltenden Teil 17 getrennt, is L ein stärker dotierter Teil 18 mit einer Dicke von nahezu 1 ,um vorhanden, der eine i'.usä Lzliche d.i.!"fundierte Konzentration eines g<3~ o.i.gjio ί CJJ Akzeptors·, z.B. Bor, in einer Konztii trat,.! Oij vonof 1.25. 10 impurities / cm ~. In addition to the Surface 3 of the layer 2 and of the indium-containing part 16 by almost only the base boron concentration Containing part 17 is separated, L is a more heavily doped part 18 with a thickness of nearly 1 μm an additional, i.e., well-founded concentration of a g <3 ~ o.i.gjio ί CJJ acceptors, e.g. boron, entered in a conctii,.! Oij from
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5 . 10 cm enthält. In dieser Anordnung wird die Isolierung zum Teil mit Hilfe der η -OborfliicJienzone 19 erhalten, die sich nur teilweise durch die Schicht 2 erstreckt, dadurch, dass eine geeignete Sperrvorspannung über dem pn-Uebergang zwischen der Zone 19 und der Schicht 2 angelegt wird, damit die zu diesem TJebergang- gehöi\ige Verarmuiigszone sich wenigstens bis zu der zu dem in der Sperr!chtung vorgespannten pn-Uebnrgang zwischen dem η .leitenden Substrat h und der p-leitenden Schicht 2 gehörigen Verarmungszoiie erstreckt.5. 10 cm contains. In this arrangement, the insulation is partly obtained with the aid of the η -OborfliicJienzone 19, which extends only partially through the layer 2, in that a suitable reverse bias is applied across the pn junction between the zone 19 and the layer 2, thereby the depletion zone belonging to this transition zone extends at least as far as the depletion zone belonging to the pn transition between the conductive substrate h and the p-conductive layer 2, which is biased in the blocking direction.
Diese Anordnung kann auf ahnliche Weise wie die vorhergehende Ausführungsform betrieben werden. Bei dieser Ausführmigsf orm wird die Ei eic tr öden s truk tür vor toilhaf Lerweise derart ausgebildet, dass Infrarotstrahlung im VeIlenlängeiibex'eich zwischen 3 und 5 /um übertragen werden kann. Die Anordnnngs s truk tür kann aber leicht derart abgeändert werden, dass eine .Struktur erhalten v.ird, in dei- das Strahlungsmuster von der Substratseite ab gerichtet wird.This arrangement can be operated in a similar manner to the previous embodiment. Orm In this Ausführmigsf the egg eic tr barren s truk door is formed before toilhaf mally such that infrared radiation / can be transmitted in VeIlenlängeiibex'eich 3-5 to. The arrangement structure can, however, easily be modified in such a way that a structure is obtained into which the radiation pattern is directed from the substrate side.
Fig. 6 zeigt die Vellenformdiagramme derFIG. 6 shows the waveform diagrams of FIG
Spannungen, die an die Lei tungen 0 Λ , 0., > 0,, an;;-"] eg I werden, und der Spannung der Eingongselektrode Y.. . In d:i e.seri; Be tr i ebsmodus bestimmt nornielorwelse di=s an dit.-= j> — 0 r. ■ ί > ί < t ID angelegte Potential das an die Schicht '·' angoJ *. -g i -e Pw (■„■?·: i -.1 und be trag I; gegenüber dcuii f-;or.-j.-i.le ί c π Sub.--I rat ~3l) \'· Zum Ergänzen der T".i e Pn i.vc-.<.>\ onuiru i η J ;;t> ,;.-;fi?:e n ι >-■ ·ι· !■; ί :Voltages that are applied to the lines 0 Λ , 0.,> 0 ,, an ;; - "] eg I, and the voltage of the input electrode Y ... In d: i e.seri; operating mode determines normalor catfish di = s an dit .- = j> - 0 r. ■ ί> ί <t ID the potential applied to the layer '·' angoJ *. -g i -e Pw (■ „■? ·: i -.1 and amount I; opposite dcuii f-; or.-j.-i.le ί c π Sub .-- I rat ~ 3 l) \ '· To complete the T ".ie Pn i .vc -. <. > \ onuiru i η J ;; t>,;.-; fi?: e n ι > - ■ · ι · ! ■; ί:
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Majoritätslädungsträgern wird das Potential V. zeitweilig auf das Sxibstratpotential gebracht. Während dieser mit ■ t .,. bezeichneten Periode werden die durch die Indiumkonzentration gebildeten TiefniveauzenIren mit Löchern ergänzt, was darauf zurückzuführen ist, dass die Verarmungszonen in der Schicht völlig entladen sind. Nach der Periode t . wird die CCD für eine mit t _ bezeichnete Periode zurückgesetzt, in der nahezu alle freien Majoritätsladungsträger aus der Schicht entfernt werden. Am Ende der Periode tMajority carriers will have the potential V. temporarily brought to the Sxibstratpotential. During this with ■ t.,. the period indicated by the indium concentration formed deep level zones with holes supplemented, which is due to the fact that the impoverishment zones are completely discharged in the shift. After the period t. the CCD is reset for a period marked with t _, in which almost all free majority charge carriers are removed from the layer. At the end of the period t
werden die Spannungen an den Leitungen 0.., 0„ und 0„ auf konstanten Pegeln gehalten während einer Periode t. ,the voltages on lines 0 .., 0 "and 0" increase held constant levels for a period t. ,
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in der die Abbildung des Infrarotmusters stattfindet und die aus Löchern bestehenden Ladungspakete, die, wie oben besdirieben, von der anregenden Strahlung erzeugt werden, unter den an 0 angeschlossenen Elektroden in jedem Teil gesammelt werden. Dann werden diese Ladungspakete in einer Ausleseperiode t ._ zu der Ausgangselektrode 12 transportiert und mittels nicht dargestellter Mittel ausgelesen. Die Takt.spannungen an den Leitungen 0Λ, 0„, 0„ werden entsprechend einer Anzahl verschiedener Faktoren gewählt und können in einem Beispiel zwischen 5 und 25 V variieren. Wenn es erwünscht ist, die Ladungspakete der Oberflache 3 näher zu br.i ngt-Ti, können niedrigere Tnktspannungen verwendet ■werden j und I)] einem anderen ]3(;;i,spiel sind diese Spannungen jK'Caliv "in be/.ug auf dc-u- Substra t.in which the imaging of the infrared pattern takes place and the charge packets consisting of holes, which, as described above, are generated by the stimulating radiation, are collected under the electrodes connected to 0 in each part. These charge packets are then transported to the output electrode 12 in a readout period t ._ and read out by means not shown. The clock voltages on the lines 0 Λ , 0 ″, 0 ″ are selected according to a number of different factors and can vary between 5 and 25 V in one example. If it is desired to bring the charge packets of the surface 3 closer to br.i ngt-Ti, lower impulse voltages can be used ■ j and I)] another] 3 (;; i, play are these voltages jK'Caliv "in be / .ug on dc-u-substra t.
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Es ist einleuchtend, dass unterschiedliche dem Fachmann bekannte Herstollungstechniken bei der Bildung der bisher beschriebenen Ausfülirungsformen und bei anderen nachstellend zu beschreibenden Abwandlungen verwendet werden können. Bei der Herstellung der an Hand dear Fig. k und beschriebenen Ausführungsform kann die die Schichtteile 10, 17 und 18 enthaltende p-lextende Schicht in zwei Stufen angebracht werden. So kann der Schichtteil, in dem die Tiefniveauverunreinigung angebracht werden muss, zunächst durch Epitaxie auf dem ,Substrat 4 und dann durch Ionenimplantation oder Diffusion die Tiefiiiveauverunreinigung in diesem Schichtteil angebracht werden, wonach der verbleibende Scliichttell durch einen zweiten epitaktischen AbJ cigorungsschritt angebracht wird, wobei der stärker dotierte Oberflächenteil 18 z,B. durch einen nachfolgenden Diffusionsschritt angebracht wird. Auch kann, statt die Tiefniveauverunreinigung durch Ionenimplantation oder Diffiision anzubringen, der epitaktische Schritt derart durchgeführt werden, dass die Tiefniveauvex-unreinigung zugleich mit z.B. dem llintergrundverunreinigungselement, das die Leitfälligkeit des genannten Schiclitteils bestimmt, ab g e 1 a g e r t w i r d .It is evident that different manufacturing techniques known to the person skilled in the art can be used in the formation of the embodiments described so far and in other modifications to be described subsequently. In preparing the hand to dear Fig k and described embodiment. The layer parts 10, 17 and 18 containing p-lextende layer may be applied in two stages. Thus, the layer part in which the low-level impurity must be applied can first be applied by epitaxy on the substrate 4 and then by ion implantation or diffusion the deep-level impurity can be applied in this layer part, after which the remaining layer is applied by a second epitaxial deposition step, the more heavily doped surface part 18 z, B. is attached by a subsequent diffusion step. Also, instead of attaching the low level of impurity by ion implantation or Diffiision, the epitaxial step are performed such that the impurity at the same time the Tiefniveauvex-llintergrundverunreinigungselement with, for example, the determines the Leitfälligkeit said Schiclitteils, agertwird from GE. 1
Es leuchtet ein, dass es für den gcwünscliteii Betrieb der beschriebenen Anordnung notwendig sein wird, den Halbleiterkörper ίΐ1)κιι];ίΠι J en. Die wirkliche Betriebs-It stands to reason that it is for those who wish Operation of the described arrangement will be necessary, the semiconductor body ίΐ1) κιι]; ίΠι J en. The real operational
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temperatur wird durcli die Art der Tiefniveaiaverunx*eini gung' bestimmt. Es ist wesentlich, dass die thermische Anregungsgeschwindigkeit der Tiefniveauzeil tr en viel niedriger als die optische Aiiregungsgeschwindigke.it ist. So wird für eine Silicium-Znfrarot-Abbildungsanordnung für Botriebtemperature is * a i supply determines the type of durcli Tiefniveaiaverunx '. It is essential that the thermal excitation speed of the low-level cells is much slower than the optical excitation speed. So for a silicon-Znfrarot-Imaging arrangement for Bottrieb
im Bereich von 3 bis 5 /um durch Abkühlung auf 77 0K ein akzeptabler Betrieb erhalten, wenn eine p-Kanal—CCD mit Thallium als Tiefniveauverunreinigung verwendet wird. Das bereits beschriebene alternative Element Indium kann eine weitere Kühlung notwendig machen. Für eine Siliciumanordnung für Betrieb im Wellenlängenbereich zwischen 8 und 1'fyum kann für eine befriedigende Wirkung eine Kühlung auf eine niedrige Temperatur, z.B. auf 20°K, erforderlich sein. Eine derartige Kühlung wird jedoch als durchaus akzeptabel betrachtet mit Rücksicht auf die Tatsache, dass duz-ch Anwendung der Anordnungsstruktur nach der Erfindung, in der eine eigenleitend dotierte Halbleiterschicht aus einem gewissen Material z,B. Silicium, verwendet wird, die Empfindlichkeit der Anordnung effektiv auf einen Wellenlängenbereich erweitert wird, in dem die Photonenenergie wesentlich geringer als der Bandabstand des Halbleitermaterials ist.to get the range from 3 to 5 / by cooling to 77 0 K, an acceptable operation when a p-channel CCD is used with thallium as a low-level contamination. The alternative element indium already described can make further cooling necessary. For a silicon arrangement for operation in the wavelength range between 8 and 1 μm, cooling to a low temperature, for example to 20 ° K, may be necessary for a satisfactory effect. Such cooling is, however, regarded as entirely acceptable in view of the fact that duz-ch application of the arrangement structure according to the invention, in which an intrinsically doped semiconductor layer made of a certain material, e.g. Silicon, is used, the sensitivity of the device is effectively extended to a wavelength range in which the photon energy is substantially less than the band gap of the semiconductor material.
Obgleich die beschriebenen Ausfüiirungs formen elementare lineare Matrizen sind, leuchtet es ein, dass eine Anordnung nach der Erfindung eine komplexereAlthough the embodiments described are elementary linear matrices, it is obvious that an arrangement according to the invention is a more complex one
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Konfiguration aufweisen kann. So kann eine sogenannte Geloie labbildungsvorrichtung gebildet und können unterschiedliche Mittel zum Auslesen der Ladung der in üblichen Abbildungs-CCD' s verwendeten Art Anwendung finden: 7. .B kann ein Sensor ausserdein eine maskierte Matrix von Elementen enthalten, deren Anzahl der der in dem Abbildungsteil des Sensors verwendeten Elemente entspricht, wobei die maskierte Matrix mit der Abbildungsmatrix verbunden ist und als Speieher dient, der über eine Rcilie/Paraliel-CCD-Umwandlungsstufe ausgelesen wird.May have configuration. A so-called gel film imaging device can thus be formed and different means for reading out the charge of the type used in conventional imaging CCD's can be used: 7. .B a sensor can also contain a masked matrix of elements, the number of which corresponds to that in the imaging part of the sensor corresponds to the elements used, the masked matrix being connected to the imaging matrix and serving as a memory that is read out via a Rcilie / Paraliel CCD conversion stage.
Zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung werden nun beschrieben, die Abwandlungen der an Hand der Flg. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsform sind. In der ersten der genannten weiteren Ausführungsformen wird die Tiefniveauverunreinigung als eine ausgleichende Tiefniveau— donatorverunreinigung durch die ganze Schicht 2 hindurch angebracht, die stärker mit Bor in einer Konzentration von 5 . IO Atomen/cm , was nahezu 2 . 10 Atomen cm entspricht, als in der an Hand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsform dotiert is L. Die Schichtdicke ist in dieser Ausführungsform geringer, und zwar h ,um. Die TiefiiiveauveruiirfäiiißiingslcüHzontrfttion wird durch GoJd gebi J dot, das durch Xoneniiriplan (a tion in einer der Bo ι1> wizen Ira M on nahezu gleichkommenden Menge in die Schicht eingeführt worden ist. In anderen JLi ns ich ten 1.-st die Struktur dc-rTwo further embodiments of the invention will now be described, the modifications of the on the basis of Flg. 1 to 3 described embodiment. In the first of the further embodiments mentioned, the low-level impurity is applied as a compensating low-level donor impurity through the entire layer 2, which is more concentrated with boron in a concentration of 5. IO atoms / cm, which is almost 2. 10 atoms cm, as doped in the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 3. The layer thickness is less in this embodiment, namely h . The low level verification is provided by GoJd gebi J dot, which has been introduced into the layer by Xoneniiriplan (a tion in an amount almost equal to the Bo ι 1> wizen Ira M on. r
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nach den Fig. 1 bis 3 ähnlich. Die Wirkungsweise unterscheidet sieh jedoch wenigstens darin, dass der Transport von Strahlung erzeugter freier Major.itätsladungs träger durch einen Teil der Siliciumschicht stattfindet, in dem die durch das Gold gebildeten Tiefniveaiieinfangzontren vorhanden sind.1 to 3 similarly according to FIGS. The mode of action differs, however, at least in that the transport free majority charge carriers generated by radiation takes place through part of the silicon layer in which the deep-level trapping zones formed by the gold available.
Bei diesei' Aus führung κ form ergeben die ausgleichenden du-rch das Gold gebildeten Tiefni\reauzentren eine Empfindlichkeit für Infrarotstrahlung in einem Wellenlängonbereich zwischen 1 , 1 und nahezu 3 » 5 /um · Bei einer zweiten weiteren Ausführungsform, dieIn diesei 'from guide κ form give the balancing du-RCH the gold formed Tiefni \ r eauzentren sensitivity to infrared radiation in a Wellenlängonbereich between 1, 1 and nearly 3 »5 / um · In a second further embodiment, the
eine Weiterbildung der an Hand der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Ausfüitrungsform ist, worden die Leitungstypen alle umgekehrt., so dass das Substrat h aus p-leitendem Silicium und die Schicht 2 aus η-leitendem Silicium bestellt und die Isolierzöne -8. vom P-Tj^p is L". Die η-leitende Schicht, die in dieser Ausfülirungsfoi-m eine Dicke von 4 /um aufweist, ist ualiozu gleichniässlg mit Phosphor in einer 4 . 10 " Atomon/cin" entsprechenden Konzentration dotiert. Die TiefniveauvorunrexnigungskVohzontrati on wird durch ausglel chende Störstellen gebildet, die im Kristallgitter der Schicht durch Protonenbeschuss erzeugt werden. Der Protonenbeschuss ist dor<.u.'t- Oj) (im j cj'( , dass eine St örsi ellondichte C]-]KiI. ton v;irJ, die" sich mit do.f Tiefe: in der Schicht ä Uf] ι-1· t. and eine Sp:i lywikoiizoalration in der NäJie der1 to 3, the conduction types have all been reversed, so that the substrate h is made of p-conductive silicon and the layer 2 is made of η-conductive silicon and the insulating zones -8. vom P-Tj ^ p is L ". The η-conductive layer, which in this embodiment has a thickness of 4 μm, is equally doped with phosphorus in a concentration corresponding to 4.10" atomons / cin " TiefniveauvorunrexnigungskVohzontrati on is formed by ausglel sponding defects generated in the crystal lattice of the layer by proton bombardment the proton bombardment is dor <.u.'t- Oj) (in j cj '(that St Örsi ellondichte C] -.] KII. ton v; irJ, which "is with do.f depth: in the layer ä Uf] ι-1 · t. and a Sp: i lywikoiizoalration in the vicinity
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Phosphorkonzentration aufweist, wobei der neben der Oberfläche 3 sofort unter der Isolierschicht 7 liegende Teil der η-leitenden Schicht eine viel niedrigere Störstellendichte aufweist, derart, dass die Phospliorkonzentration in diesem Gebiet, und zi^ar über einen Atastand von nahezu 0, 1 /Um von der Oberfläche 3> relativ unkonipensiert ist. In dieser Ausführungsform ergeben die von den Störstellen erzeugten Tiefniveauzentren eine Empfindlichkeit für· Infrarotstrahlung in einem Vellenlängenbereicli zwischen 1,1 und nahezu 3/um.Has phosphorus concentration, the part of the η-conductive layer lying next to the surface 3 immediately below the insulating layer 7 having a much lower impurity concentration, such that the phosphorus concentration in this area, and zi ^ ar over an atomic level of almost 0.1 / um from the surface 3> is relatively unconfigured. In this embodiment, the deep-level centers generated by the imperfections result in a sensitivity for infrared radiation in a wavelength range between 1.1 and almost 3 μm.
In dieser Struktur ergibt die relativ unkonrpensiertc Oberflächenschicht nahezu die gleichen Vorteile einer höheren Ladiingsverarbeitungskapazität wie d:e stärker dotierte Oberfläche 18 in der an Hand der Fig. h bis 6 beschriebenen Ausführungsform.In this structure, the relative unkonrpensiertc surface layer virtually gives the same advantages of higher Ladiingsverarbeitungskapazität as d: e heavily doped surface 18 in the manner described with reference to FIGS h to 6 embodiment..
Bei jeder· der beschriebenen Ausführungsformen ist es auch möglich, die Tiefniveauverunreiiiigiing in Form einer Anzahl diskreter sich auf demselben Pegel in der Schicht erstreckenden Teile statt eines ununterbrochenen Sc hi .clit 1 oll es anzubringen, wobei sich diese diskreten Teile örtlich flucht recht y.ii den an der Ilauptf.läche der Schicht angebrachten Elektroden erst .reckon.In each of the embodiments described, it is also possible to apply the low level impurities in the form of a number of discrete parts extending at the same level in the layer instead of an uninterrupted layer of clit, these discrete parts being spatially aligned the electrodes attached to the main surface of the layer.
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Claims (21)
in direktem oder indirektem Zusammenhang mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus p-leitendem Silicium bestellt und die Tiefniveauverunreinigungskonzentration durch Gallium gebildet wird und eine Empfindlichkeit für Infrarotstrahlung- in dem Vellenlängenbereich zwischen
8 und 1'| ;um ergibt.13 · Charge-coupled arrangement according to requirements. 11
in direct or indirect connection with claim 2, characterized in that the layer is made of p-conducting silicon and the low level impurity concentration is formed by gallium and a sensitivity to infrared radiation in the wavelength range between
8 and 1 '| ; to result.
in direktein oder indirektem Zusammenhang ηιχτ Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus p-leitendem Silicium besteht und die Tiefniveauverunreinigungskonzentration durch Gold gebildet wird und eine Empfindlichkeit für Infrarotstrahlung in dein V»Tellenlängcnbereich
zvjlschen 1,1 und 3j5/11i« ergibt.14. Compassion-coupled arrangement according to claim 11,
in a direct or indirect connection ηιχτ claim 3j characterized in that the layer consists of p-conductive silicon and the low level impurity concentration is formed by gold and a sensitivity to infrared radiation in the V » T ellenlängcnbereich
zvjlschen 1,1 and 3j5 / 11 i «results.
in direktem oder indirektem Zusammenhang mit Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus n-leitondem Silicium besteht und die Tiefniveauverunroinigungskonzentration durch von Protonenbeschuss induzierte Störstellen im Kristallgitter gebildet wird und eine Empfindlichkeit für Infrarotstrahlung in dein Well onlängenbereich
zwischen 1,1 und 3»0 /um ergibt.15 charge coupled device according to claim 11,
in direct or indirect connection with claim 5> characterized in that the layer consists of n-conductive silicon and the low level impurity concentration is formed by proton bombardment-induced impurities in the crystal lattice and a sensitivity to infrared radiation in the well onlength range
between 1.1 and 3 »0 / µm results.
Aiibprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dd e
T:i ofn.i.veauverunrc Lnigungskonzontratlon als eine ionen-16. Charge-coupled device according to one of the
Claims 1 to 13 , characterized in that dd e
T: i ofn.i.veauverunrc Lnigungskonzontratlon as an ionic
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