DE2725076A1

DE2725076A1 - Halbleiterdetektor

Info

Publication number: DE2725076A1
Application number: DE19772725076
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Phys Dr Berchtold
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1978-12-07

Description

"Halbleiterdetektor"
Die bekannten Halbleiterdetektoren, die für den Nachweis von Strahlung dienen und somit auch als Strahlungsdetektoren bezeichnet werden, sind für eine Strahlung, die nahe der Bandkante des Halbleiterkörpers liegt, relativ langsam. Dies gilt beispielsweise bei Siliziumdetektoren für eine Strahlung im Bereich von 1,06 /um. Dieser Nachteil ist darauf zurückzuführen, daß die Strahlung relativ weit in den Halbleiterkörper eindringt, so daß die Laufzeit der Ladungsträger zu ihrem Sammlungsort relativ groß ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halbleiterdetektor anzugeben, der bei gleichem Quantenwirkungsgrad eine wesentlich geringere Zeitkonstante als die bekannten Halbleiterdetektoren aufweist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Halbleiterdetektor nach der Erfindung vorgeschlagen, daß der Halbleiterkörper mehrere aufeinanderfolgende pn-Übergänge aufweist, die zueinander parallel und in Sperrichtung geschaltet sind.
Halbleiterdetektoren nach der Erfindung sind vor allem für Strahlung empfindlich, deren Energie nahe der Bandkante des verwendeten Halbleitermaterials liegt, und haben eine hohe Detnodulationsgeschwindigkeit.
Der Halbleiterkörper eines Halbleiterdetektors nach der Erfindung weist vorzugsweise eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden pn-Übergängen auf. Aufeinanderfolgende pn-Übergänge erhält man durch eine abwechselnde Folge von Halbleiterzonen des entgegengesetzten Leitungstyps. Der Halbleiterdetektor nach der Erfindung ist derart ausgebildet, daß sein Halbleiterkörper im Betriebszustand, d. h. bei angelegter Spannung, soweit wie möglich von Raumladungszonen ausgefüllt ist. Die einzelnen Raumladungszonen sollen sich also im Betriebszustand soweit wie möglich zum nächsten pn-Übergang erstrecken. Diese Bedingung erreicht man durch eine entsprechende Dotierung der Halbleiterzonen sowie durch eine entsprechende Dickenbemessung dieser Zonen.
Die Bestrahlung eines Halbleiterdetektors nach der Erfindung erfolgt von oben. Infolge der Aufteilung des Absorptionsweges der Strahlung in eine Viehlzahl von Bereichen mit pn-Übergängen brauchen die strahlungserzeugten Ladungsträger bei einem Halbleiterdetektor nach der Erfindung nur die Raumladungszone eines pn-Überganges zum Zweck der Sammlung zu durchlaufen. Der Halbleiterkörper eines Halbleiterdetektors nach der Erfindung ist vorzugsweise sensibenförmig ausgebildet, wobei die pn-Übergänge parallel zu den Hauptflüchen des scheibenförmigen Halbleiterkörpers liegen. Da die Einstrahlung auf den Halbleiterdetektor von oben erfolge, erfolgt sie bei einem Halbleiterdetektor mit zwei Hauptflächen auf eine der beiden Hauptflächen des Halbleiterkörpers.
Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel naher erläutert.
Der in cer Figur dargestellte Fotodetektor besteht aus einem Halbleiterkörper mit aufeinanderfolgenden Zonen entgegengesetzten Leitungstyps. Beim Ausführungsbeispiel sind vier Zonen im Halbleiterkörper vorhanden, von denen die Zonen 2 und 4 p-leitend und die Zonen 3 und 5 n-leitend sind. Anstelle von vier Zonen können natürlich auch ozh er Zonen bzw. sogar eine Vielzahl von Zonen im Halbleiterkörper vorhanden sein. Die vier Halbleiterzonen 2, 3, 4 und 5 bilden im Halbleiterkörper 1 die drei pn-überänge 6, 7 und 8. Wie die Figur weiter zeigt, ist die Halbleiterzone 2 mit der Halbleiterzone 4 und die Halbleiterzone 3 mit der Halbleiterzone 5 kurzgeschlossen. Somit sind also stets die Halbleiterzonen vom gleichen Leitungstyp miteinander kurzgeschlossen. An die Seiden Anschlüsse in und 10 wird im Betriebszustand eine solche Spannung angelegt, daß die pn-übergänge 6, 7 und 8 in Sperrichtung gescnaltet sind. Der Detektor wird von oben bestranlt.
Die Halbleiterzonen des Fotodetektors sind derart dotiert und bezäglich ihrer Dicke derart bemessen, daß sich die Raumladungszonen im Betriebszustand nahe bis zum nächsten pn-übergang erstracken. Grifft auf die lichtenpfindliche Fläche 11 eine Strahlung auf, deren Absorptionslänge bis zur gegenüberliegenden Oberfläche 12 reicht, so können nahezu alle im Halbleiterkörper erzeugten Ladungsträger in einem Driftfeld gesammelt werden. Die Laufzeit der Laudungsträger ist edoch nicht durch die gesamte Streke zwischen den beiden Oberflächen 11 und 12 bestimmt, sondern nur durch die Dicke einer zone, die nur in einem Viertel der gesamten Streke entspricht (z.B. zone 4).

Claims

Patentansprüche 1) Halbleiterdetekcor, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkorper mehrere aufeinanderfolgende pn-Ubergänse aufweist, die zueinander parallel und in Sperrichtung geschaltet sind.
2) Halbleiterdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden pn-übergängen aufweist.
3) Halbleiterdetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper eine Folge von Zonen abwechselnden Leitungstyps aufweist.
4) Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper derart ausgebildet ist, daß er im Betriebszustand so weit wie möglich von Raumladungszonen ausgefüllt ist.
5) Halbleiterdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterzonen derart dotiert und bezüglich ihrer Dicke derart bemessen sind, daß sich die Raumladungszonen im Betriebszustand nahe bis zum nächsten pn-Übergang erstrecken.
6) Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis i, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Haibleiterzonen vom gleichen Leitungstyp zueinander parallel geschaltet sand.
7) Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper scheibenförmig ausgebildet ist und daß die pn-Übergänge parallel zu den Hauptflächen des Halbleiterkörpers liegen.
8) Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstrahlung von oben und damit auf eine der beiden Hauptflächen des Halbleiterkörpers erfolgt.
9) Halbleiterdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper aus Silizium besteht.