DE3330673A1 - Waermestrahlungs-bildsensoren und -bildsensorsysteme und die herstellung solcher bildsensoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Wärmestrahlungs-Bildsensoren, die aus einem Halbleiterkörper (speziell, jedoch nicht ausschließlich, aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid) be­ stehen und bei denen eine Ambipolardrift von strah­ lungserzeugten freien Minoritätsladungsträgern statt­ findet. Ferner betrifft die Erfindung Wärmestrahlungs- Bildsensorsysteme, die einen solchen Sensor enthalten, sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Sensors.

Die britische Patentschrift GB-A 14 88 258 beschreibt einen Wärmestrahlungs-Bildsensor mit einem Halbleiter­ körper-Teil eines Leitfähigkeitstyps, in dem bei Ab­ sorption von Wärmestrahlung freie Ladungsträger erzeugt werden können. Entlang dem Körper-Teil sind in bestimm­ ten Abständen Vorspannungselektroden angeordnet, die bewirken, daß ein vorwiegend aus Majoritätsladungsträ­ gern bestehender Vorspannungsstrom in dem Körper-Teil in eine Richtung parallel zu einer Hauptfläche des Körper-Teils fließt. Dieser Vorspannungsstrom kann eine Ambipolardrift von strahlungserzeugten freien Minoritätsladungsträgern in der dem genannten Majori­ tätsträgerstrom entgegengesetzten Richtung unterstüt­ zen. Im Ambipolardriftpfad befinden sich Leseeinrich­ tungen.

Der Halbleiterkörper-Teil besteht in der Regel aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid. Die Leseeinrichtungen können aus einem Paar aus erster und zweiter Leseelek­ trode bestehen, die sich nahe am Körper-Teil befinden und ohmsche Verbindungen zu diesem bilden; diese Elek­ troden können aus einem Metall wie zum Beispiel Alumi­ nium bestehen. Das Bildsignal wird als Spannung zwischen den beiden Leseelektroden gewonnen, die in­ folge der Leitfähigkeitsänderung ein Maß für die Dichte der Minoritätsträger ist, die von der Strahlung erzeugt werden und zur Leseeinrichtung wandern. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Leseeinrichtung ent­ weder aus Metall bestehen oder eine Halbleiterregion sein, die mit dem Körper-Teil des einen Leitfähigkeits­ typs einen Diodenübergang bildet, der im Betrieb durch Anlegen einer geeigneten Vorspannung in Sperrichtung vorgespannt wird. Der über diese Diode erzeugte Strom ist auch ein Maß für die Dichte der durch die Strahlung erzeugten Minoritätsträger. Der Diodenübergang kann auch in nicht vorgespanntem Zustand eingesetzt werden.

Der Sensor ist Bestandteil eines Wärmestrahlungs-Bild­ sensorsystems, bei dem ein Wärmestrahlungsbild entlang dem Sensorkörper-Teil in derselben Richtung wie die Ambipolardrift und mit einer Geschwindigkeit abgetastet wird, die weitgehend der Geschwindigkeit der Ambipolar­ drift entspricht, so daß die Integration der von jedem Element des Strahlungsbilds erzeugten Minoritätsträger entlang dem Driftpfad vor der Leseeinrichtung erfolgt.

Bei den speziellen in der Patentschrift GB-A 14 88 258 beschriebenen und dargestellten Bildsensoren befinden sich die Leseeinrichtungen nur an einem Ende des Halb­ leiterkörper-Teils, und der Halbleiterkörper hat die Form eines langen schmalen Streifens, der nur ein einziges Bildsensorelement enthält. Ist die Leseein­ richtung ein Elektrodenpaar, wird die zweite Elektrode des Paars im allgemeinen von der Vorspannungselektrode gebildet. Wie in den gleichzeitig anhängigen DE-Patent­ anmeldung P 31 25 292.3 und P 30 19 481.1 be­ schrieben, sind auch ähnliche Bildsensoren erwünscht, bei denen an verschiedenen Stellen zwischen den in be­ stimmten Abständen angeordneten Vorspannungselektroden im Ambipolardriftpfad eine Vielzahl von Leseeinrichtun­ gen angeordnet ist. Diese Leseeinrichtungen können fortlaufend entlang einem Halbleiterstreifen angeordnet sein, so daß eine Vielzahl von Sensorelementen entsteht, die sequentiell verwendet werden. Eine parallele An­ ordnung derartiger Mehrelementstreifen aus Cadmium- Quecksilber-Tellurid kann auch auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet werden, oder parallele Drift­ pfade können in einem gemeinsamen Körper aus Cadmium- Quecksilber-Tellurid ausgebildet werden. Bei einer anderen Anordnung liegen die Leseeinrichtungen in Quer­ richtung zu dem Pfad beziehungsweise den Pfaden der Ambipolardrift. Es ist anzumerken, daß die gleichzei­ tig anhängigen DE- Patentanmeldungen 30 19 481.1 und 31 25 292.3 nicht vor dem Prioritätsdatum der vorliegen­ den Anmeldung veröffentlicht worden sind.

Bei den speziellen Ausführungsformen der in der Patent­ schrift GB-A 14 88 258 beschriebenen und dargestellten Bildsensoren befinden sich die Metall- oder Halbleiter­ regionen, die die Leseeinrichtung bilden, auf der oberen Hauptfläche des Streifens und verlaufen auf dieser oberen Hauptfläche im allgemeinen über die ge­ samte Breite des Streifens. Die Anmelder haben jedoch festgestellt, daß eine derartige Lesekonfiguration die Ambipolardrift der strahlungserzeugten freien Mino­ ritätsträger durch zunehmende Rekombination der Träger stören kann, so daß ein Teil des Signals verlorengeht. Dies wird insbesondere bedeutend bei Sensoren, bei denen im Driftpfad eine Vielzahl von Leseeinrichtungen angeordnet ist. Der Streifen selbst ist in einer her­ kömmlichen Kapselung untergebracht, die den Streifen auf die gewünschte Betriebstemperatur kühlt und die geeigneten elektrischen Anschlüsse bereitstellt. Es ist übliche Praxis, für die elektrischen Anschlüsse an einen Wärmestrahlungs-Bildsensor in einer solchen Kapse­ lung Drahtbondungen zu verwenden. Durch das direkte Bonden eines Drahtanschlusses an eine solche Leseein­ richtung auf der oberen Hauptfläche des Halbleiterstrei­ fens kann jedoch das Halbleitermaterial geschädigt wer­ den, so daß in diesem sensitiven Bereich des Ambipolar­ driftpfads eine erhebliche Rekombination der Ladungs­ träger auftritt.

Die Anmelder haben auch eine Vielzahl derartiger Sensor­ streifen parallel auf einem gemeinsamen Substrat mon­ tiert, wie in der genannten, gleichzeitig anhängigen unveröffentlichten DE-Patentanmeldung 30 19 481.1 be­ schrieben. Um den nicht-empfindlichen Bereich (den so­ genannten "toten Raum") zwischen den parallelen Strei­ fen zu verkleinern, sollen die Streifen möglichst dicht nebeneinander angeordnet werden. Um das mit derartigen parallelen Streifen arbeitende Bildsensorsystem zu vereinfachen, sollen die Leseeinrichtungen und die Vor­ spannungselektroden jeweils weitgehend so ausgerichtet werden, daß sie im wesentlichen rechtwinklig zu den Streifen liegen. Diese doppelte Forderung nach kleinen Abständen und nach Ausrichtung kann (auch bei Mehrele­ mentstreifen) durch direktes Drahtbonden an die Lese­ einrichtung auf der oberen Hauptfläche jedes Streifens erfüllt werden, jedoch ergeben sich hierdurch die be­ reits beschriebenen Nachteile. Ferner ist darauf zu achten, daß einzelne Anschlüsse keinen Kurzschluß mit­ einander oder mit benachbarten Sensorstreifenbereichen bilden und daß der für eine Leseeinrichtung vorgese­ hene Anschluß andere Teile des Driftpfades beziehungs­ weise der Driftpfade anderer Sensorelemente von der Strahlung abschirmt.

Entsprechend einem Aspekt der Erfindung besitzt ein Wärmestrahlungs-Bildsensor einen Halbleiterkörper-Teil eines Leitfähigkeitstyps, in dem bei Absorption von Wärmestrahlung freie Ladungsträger erzeugt werden kön­ nen; auf dem Körper-Teil in bestimmten Abständen ange­ ordnete Vorspannungselektroden, die bewirken, daß ein vorwiegend aus Majoritätsladungsträgern bestehender Vorspannungsstrom in dem Körper-Teil in einer Richtung parallel zu einer Hauptfläche des Körper-Teils fließt, wobei dieser Vorspannungsstrom eine Ambipolardrift strahlungserzeugter freier Minoritätsladungsträger in entgegengesetzter Richtung zu dem genannten Majoritäts­ trägerstrom unterstützen kann; sowie Lesevorrichtungen im Ambipolardriftpfad, dadurch gekennzeichnet, daß sich der genannte Halbleiterkörper-Teil auf einem Substrat mit einer Leiteranordnung befindet, die einen elek­ trischen Anschluß für die genannte Leseeinrichtung schafft; weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß sich im Bereich der genannten Leseeinrichtung mindestens eine Öffnung im Körper-Teil befindet, die sich durch die gesamte Dicke des Körper-Teils bis zu der Leiteranord­ nung des Substrats erstreckt, und ferner dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Metallisierung, die eine elek­ trische Verbindung zur Leiteranordnung an der Öffnung bildet, im wesentlichen über die gesamte Seitenwandung der Öffnung verläuft, ohne daß sie sich auf der oberen Hauptfläche des Halbleiterkörper-Teils erstreckt.

Eine besonders kompakte Anschlußstruktur für die Lese­ einrichtung sowie vorteilhafte Sensoreigenschaften kön­ nen auf diese Weise erfindungsgemäß erreicht werden. Die Leseeinrichtung ist nach der Dicke des Körper-Teils und nicht nach dessen oberer Hauptfläche orientiert. Die metallisierte(n) Öffnungen der Leseeinrichtungen beinhalten keine Metallisierung auf der oberen Haupt­ fläche des Halbleiterkörper-Teils und brauchen den Ambipolardriftpfad nicht in nennenswertem Umfang zu unterbrechen noch in nennenswertem Maße die Ambipolar­ drift der Minoritätsträger zu stören. Diese metalli­ sierten Öffnungen können jedoch auch auf sehr kleinen Flächen zuverlässige Einzelanschlüsse an die Substrat- Leiteranordnung bilden, und mit Hilfe der Substrat- Leiteranordnung können die Anschlüsse an die Leseein­ richtung unter dem (den) Halbleiterkörper-Teil(en), also nicht verdeckend, geführt werden. Dies ist besonders vorteilhaft zur Erreichung eines kompakten Sensoraufbaus mit einer im wesentlichen parallelen Vielzahl dicht nebeneinanderliegender Körper-Teile mit wenig "totem Raum". Insbesondere ermöglicht es die Ausrichtung der Leseeinrichtungen der verschiedenen Körper-Teile im wesentlichen senkrecht zu den Ambipolar­ driftpfaden, auch wenn sich im Ambipolardriftpfad an verschiedenen Stellen zwischen den in bestinmten Ab­ ständen angeordneten Vorspannungselektroden eine Viel­ zahl der genannten Leseeinrichtungen befindet. Die Nachteile des direkten Drahtbondens an die Leseein­ richtungen auf der oberen Hauptfläche des Körper-Teils werden vermieden.

Zwar können solche metallisierten Öffnungsanschlüsse mit pn-Übergangsdioden als Leseeinrichtungen verwendet werden, jedoch ergibt sich ein besonders einfacher Auf­ bau, wenn die metallisierten Öffnungen selbst die Lese­ einrichtungen bilden. In letzterem Fall kann die Metal­ lisierung mit der Seitenwandung der Öffnung eine Schottky-Diode bilden, oder die Leseeinrichtung kann aus einem Paar dieser Löcher bestehen, die in bestimm­ ten Abständen entlang dem Ambipolardriftpfad angeordnet sind und deren Metallisierung an den Seitenwandungen einen Elektrodenanschluß zu dem Körper-Teil des genann­ ten einen Leitfähigkeitstyps bildet.

Wie später beschrieben wird, können die Öffnungen mit sehr kleinen Quermaßen (zum Beispiel weniger als 15 Mikrometer) durch Ionenätzen mit einer Maskierungs­ technik hergestellt werden, und dies ist besonders vor­ teilhaft, wenn ein Paar dieser die Elektrodenanschlüsse bildenden Öffnungen für die Leseeinrichtung verwendet wird. Um das Ausmaß, in dem die metallisierten Öffnun­ gen den Ambipolardriftpfad unterbrechen, klein zu hal­ ten, soll das größte Quermaß jeder der genannten Öffnun­ gen weniger als ein Drittel der Breite des Ambipolar­ driftpfads vor dem Bereich der Leseeinrichtung betragen. Da die Breite eines bestimmten Ambipolardriftpfades häufig rd. 50 Mikrometer oder mehr betragen kann, kann das größte Quermaß der Öffnungen häufig weniger als ein Viertel oder sogar weniger als ein Fünftel der genannten Breite des Ambipolardriftpfades betragen. Daraus er­ gibt sich eine gewisse Freiheit in der Wahl der genauen Stelle über die Breite des Driftpfades, an der die Lese­ öffnungen angeordnet werden. So können die metallisier­ ten Öffnungen in der Mitte des Driftpfades angeordnet werden oder an Stellen, die näher zu einer Seitenperi­ pherie des Körper-Teils liegen, zum Beispiel an Stellen, deren Abstand zur Peripherie ein Drittel der Breite des Driftpfades beträgt. Bei einer anderen Ausführungsform verlaufen die Öffnungen jedoch durch die Dicke des Kör­ per-Teils in Bereichen entlang der Peripherie des Körper- Teils.

Wie bereits in der genannten gleichzeitig anhängigen unveröffentlichten DE-Patentanmeldung P 30 19 481.1 be­ schrieben, ist es vorteilhaft, den Ambipolardriftpfad im Bereich der Leseeinrichtung zu verschmälern, da diese Verschmälerung zu einer Einschnürung des Vorspan­ nungsstroms in diesem Bereich führt und so ein stär­ keres elektrischen Feld entsteht, das die Sensoreigen­ schaften verbessert, indem sowohl die Driftgeschwindig­ keit als auch die Ansprechempfindlichkeit des Sensors erhöht werden. Befinden sich die metallisierten Lese­ öffnungen in einem Abstand zur Peripherie des Körper- Teils, kann in diesem Bereich in der Peripherie eine Aussparung vorhanden sein, so daß sich die vorteilhafte Verschmälerung des Driftpfades zu ergibt. Befinden sich die metallisierten Leseöffnungen an der Peripherie des Körper-Teils, so sind diese Leseeinrichtungen vor­ zugsweise im Bereich einer derartigen Aussparung in der Peripherie angeordnet. Eine Verschmälerung des Drift­ pfades im Bereich der metallisierten Leseöffnungen kann jedoch dazu führen, daß diese Öffnungen eine stärkere Auswirkung auf den Driftpfad haben, und um diese Aus­ wirkung gering zu halten und dennoch eine Aussparung verwenden zu können, ist es daher besonders vorteilhaft, die metallisierten Leseöffnungen an den Enden streifen­ förmiger Teile des Körper-Teils anzuordnen, die vom Ambipolardriftpfad in die Aussparung hineinreichen.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Methode zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bildsensors beschrieben, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Schaffung von mindestens einem Halbleiter­ körper-Teil auf dem Substrat mit einer Leiteranordnung zur Bildung des elektrischen Anschlusses für die Lese­ einrichtungen; Aufbringen einer Maskierungsschicht - auf den Halbleiterkörper-Teil und das Substrat -, in der sich mindestens ein Fenster an der Stelle befindet, wo die genannte mindestens eine Öffnung in dem Körper- Teil gebildet werden soll; Ionenätzen durch die Dicke des Körper-Teils an der genannten mindestens einen Fensterstelle zur Bildung der genannten mindestens einen Öffnung; Aufbringen der Metallisierung auf die genannte Maskierungsschicht und in das genannte min­ destens eine Fenster der Maskierungsschicht; sowie Entfernung der genannten Maskierungsschicht von dem genannten Körper-Teil, um die dort aufliegende Metalli­ sierung abzunehmen, während die Metallisierung in der genannten mindestens einen Öffnung bleibt, so daß die elektrische Verbindung von der Seitenwandung der Öff­ nung zu der Leiteranordnung des Substrats hergestellt wird.

Dieselbe Maskierungsschicht kann zusätzliche Fenster zum Ätzen und Metallisieren der Enden des (der) Halbleiter­ körper-Teils(-Teile) zur Ausbildung der Vorspannungs­ elektroden haben.

Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung be­ steht ein Wärmestrahlungs-Bildsensorsystem aus einem erfindungsgemäßen Bildsensor, ferner gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Abtasten eines Wärmestrahlungs­ bilds entlang dem genannten Körper-Teil in derselben Richtung wie die Ambipolardrift und mit einer Geschwin­ digkeit, die im wesentlichen der Geschwindigkeit der Ambipolardrift entspricht. So können erfindungsgemäße Bildsensoren in Systemen mit mechanischen Abtastein­ richtungen ähnlich denen in GB-A 14 88 258 und den genannten gleichzeitig anhängigen unveröffentlichten britischen Patentanmeldungen beschriebenen verwendet werden.

Erfindungsgemäße Sensoren können jedoch in Wärmestrah­ lungs-Bildsensorsystemen mit anderen Formen der Ab­ tastung eingesetzt werden, zum Beispiel in einem System, das Einrichtungen besitzt, um über die Vorspan­ nungselektrode ein Abtastspannungsgefälle an den Halb­ leiterkörper-Teil anzulegen, so daß die strahlungser­ zeugten Träger zur Leseeinrichtung getrieben werden.

Ausführungsformen der verschiedenen Aspekte der Erfin­ dung sollen jetzt beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen Zeichnungen beschrieben werden, die auch noch weitere vorteilhafte Merkmale darstellen, die erfindungsgemäß erhalten werden können. Hierbei ist

Bild 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wärmestrahlungs-Bildsensor­ systems;

Bild 2 eine Draufsicht (teilweise weggebrochen) eines erfindungsgemäßen Wärmestrahlungs-Bildsensors, der sich für das System nach Bild 1 eignet;

Bild 3 eine teilweise perspektivische und teilweise Quer­ schnittsdarstellung eines Teils des Sensors nach Bild 2 an einer Zwischen-Lesestelle von zweien der Körper-Teile des Sensors;

Bild 4 eine Querschnittsdarstellung eines anderen Teils des Sensors nach Bild 2 an einer End-Lesestelle von einem der Körper-Teile des Sensors, die in senkrechter Richtung zu dem Querschnitt nach Bild 3 verläuft;

Bild 5f eine Draufsicht eines modifizierten Lesebereichs eines solchen erfindungsgemäßen Sensors, und

Bild 6 eine Draufsicht einer Maskierungsschicht, die für die Schritte des Ionenätzens und der Metallisie­ rung bei der Herstellung derartiger erfindungsgemäßer Sensoren verwendet werden kann.

Es ist anzumerken, daß die Zeichnungen nicht maßstabs­ getreu sind und die relativen Maße und Proportionen einiger Teile aus Gründen der Klarheit und der zeich­ nerisch einfachen Darstellung übertrieben oder ver­ kleinert dargestellt wurden. In den verschiedenen Bil­ dern werden dieselben Referenzzahlen sowohl zur Be­ zeichnung derselben Teile ein und derselben Ausfüh­ rungsform als auch ähnlicher Teile von ähnlichen, je­ doch verschiedenen Ausführungsformen verwendet.

Der Wärmestrahlungs-Bildsensor nach den Bildern 1 bis 4 besitzt eine Vielzahl von Halbleiterkörper-Teilen 10, 20, 30 und 40 eines Leitfähigkeitstyps, in dem bei Absorption von Wärmestrahlung 110 aus einer Szene 111 freie Ladungsträger erzeugt werden können. Diese Körper-Teile haben die Form parallel verlaufender lang­ gestreckter Streifen aus Halbleitermaterial, die auf einem Substrat 100 befestigt sind. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel kann das Halbleitermaterial n-leiten­ des Cadmium-Quecksilber-Tellurid Hg_0,79Cd_0,21Te sein, das bei einer Temperatur von 77 K und bei Abwesenheit auftreffender Strahlung 110 eine Trägerkonzentration von weniger als 5 × 10¹⁴cm^-3 aufweist. Bei Material dieser Zusammensetzung liegt die Strahlungsabsorptions­ flanke bei einer Betriebstemperatur von 77 K bei einer Wellenlänge von rd. 12 µm. Bei diesem Material führt die Absorption von Infrarotstrahlung im atmosphärischen Fenster von 8 bis 14 Mikrometer zur Erzeugung von Elek­ tronen-Loch-Paaren; die Mobilität der Löcher bei der Betriebstemperatur von 77 K kann rd. 600 cm²V^-1sec^-1 und ihre Lebensdauer rd. 2,5 Mikrosekunden betragen. Die Elektronenmobilität kann rd. 2 × 10⁵cm²V^-1sec^-1 be­ tragen.

Jeder Streifen 10, 20, 30, 40 kann eine Breite von bei­ spielsweise 62,5 Mikrometer und eine Dicke von 10 Mikro­ meter haben. Die Streifen 10, 20, 30, 40 können durch Schlitze mit einer Breite von beispielsweise 12,5 Mikrometer voneinander getrennt sein. Die Bilder 1 und 2 zeigen beispielhaft vier derartiger getrennter Strei­ fen 10, 20, 30, 40. Die Länge der Streifen 10, 20, 30, 40 ist abhängig von der Anzahl und dem Abstand der Leseeinrichtungen entlang jedem Streifen. Die Bilder 1 und 2 stellen vier Leseeinrichtungen entlang jedem Streifen dar, und in diesem Fall kann die Länge jedes Streifens 10, 20, 30, 40 beispielsweise, je nach Ab­ stand, rd. 2 oder 3 mm betragen. Es leuchtet ein, daß verschiedene Systeme eine unterschiedliche Anzahl von Streifen 10, 20, 30, 40 und unterschiedliche Maße be­ züglich Länge, Breite, Dicke und Abstand erfordern können.

Die Metallschichten 1 bis 4 und 41 b bis 44 b bilden ohmsche Kontakte an den gegenüberliegenden Enden der Streifen 10, 20, 30, 40, so daß auf jedem Streifen Vor­ spannungselektroden mit Abstand entstehen. Über diese Elektroden 1 und 41 b, 2 und 42 b, 3 und 43 b und 4 und 44 b (und ihre Anschlüsse 51 bis 54 und 61 b bis 64 b auf dem Substrat 100) wird jeder Streifen 10, 20, 30, 40 mit einer Gleichspannungsquelle 121 und einem Regel­ widerstand 122 in Serie geschaltet, so daß ein vorwie­ gend aus Majoritätsladungsträgern (in diesem Beispiel Elektronen) bestehender konstanter Vorspannungsstrom in dem jeweiligen Streifen in der Längsrichtung von den Elektroden 41 b bis 44 b zu den Elektroden 1 bis 4 fließt. Wegen der Übersichtlichkeit in der zeichnerischen Dar­ stellung sind die an die Streifen 10, 20 und 30 ange­ schlossenen einzelnen Vorspannungsquellen 121 in Bild 1 nicht gezeigt; dort ist nur die an den Streifen 40 an­ geschlossene Vorspannungsquelle 121 dargestellt.

Dieser Vorspannungsstrom ist in der Lage, eine Ambipo­ lardrift strahlungserzeugter freier Minoritätsladungs­ träger (in diesem Beispiel Löcher) in entgegengesetzter Richtung zum Strom der Majoritätsträger, das heißt von Elektrode 4 zu Elektrode 44 b von Streifen 40, zu bewir­ ken. Bei einem Potentialgefälle von beispielsweise rd. 15 oder 30 Volt cm^-1 in n-leitendem Cadmium-Quecksilber- Tellurid-Material der vorgenannten Zusammensetzung kann die ambipolare Mobilität rd. 400 cm²V^-1sec^-1 betragen. Die genaue zwischen den Vorspannungselektroden angelegte Vorspannung wird so gewählt, daß die Ambipolardriftge­ schwindigkeit der Geschwindigkeit entspricht, mit der das auftreffende Strahlungsbild 110 entlang den Strei­ fen 10, 20, 30, 40 abgetastet wird.

Während des Betriebs wird der Sensor auf einer kryoge­ nischen Temperatur gehalten und ist daher, entsprechend der speziellen vorgesehenen Anwendung, weiter eingebaut. Dieser weitere Einbau ist in den beigefügten Zeichnun­ gen nicht dargestellt, jedoch wird in der Regel das Substrat 100 in ein evakuiertes Gehäuse mit einem Fenster zum Durchlassen der von einem Linsensystem 127 kommenden Infrarotstrahlung 110 (zum Beispiel im Wel­ lenbereich von 8 bis 14 Mikrometer) eingebaut; das Ge­ häuse besitzt eine Kühleinrichtung, um das Substrat 100 und die zugehörigen Streifen 10, 20, 30 und 40 auf der erforderlichen Betriebstemperatur (zum Beispiel 77 K) zu halten. Eine solche Form des Einbaus besteht aus in der Infrarot-Detektortechnik üblichen Dewar- Kapselungen.

Die Abtastung eines Infrarotstrahlungsmusters und die Fokussierung eines Bilds von einem Element dieses Musters auf den Streifen 10, 20, 30, 40 kann in ähn­ licher Weise erfolgen wie in der Patentschrift GB-A 14 88 258 beschrieben. Derartige Einrichtungen zum Abtasten eines Wärmestrahlungsbildes entlang den Strei­ fen 10, 20, 30 und 40 in derselben Richtung wie die Ambipolardrift und mit einer Geschwindigkeit, die im wesentlichen der Ambipolardriftgeschwindigkeit ent­ spricht, sind in vereinfachter schematischer Form in Bild 1 dargestellt. Sie können ein Paar drehbarer Spiegel 125 und 126 sowie ein Linsensystem 127 umfas­ sen. Mit diesen Einrichtungen können Bildelemente eines Strahlungsmusters von einer Szene 111 mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 5000 cm sec^-1 bis 50 000 cm sec^-1 entlang einem oder mehreren der Halb­ leiterstreifen 10, 20, 30 und 40, die in der Brennebene der Abbildungsanordnung liegen, bewegt werden.

Da das Bild entlang den Streifen 10, 20, 30, 40 mit einer Geschwindigkeit abgetastet wird, die der Ambipo­ pardriftgeschwindigkeit entspricht, erfolgt die Inte­ gration der strahlungserzeugten Minoritätsträger, wenn diese Minoritätsträger in dem Teil des n-leitenden Streifens wandern, auf den die Strahlung 110 auftrifft. Die Strecke des Ambipolardriftpfades, auf der die maximale Integration der strahlungserzeugten Minoritäts­ träger erfolgen kann, ist auf eine Länge (L) begrenzt, die bestimmt wird durch die Lebensdauer (T) der Minori­ tätsträger im Halbleitermaterial, durch das elektrische Feld (E) und durch die ambipolare Mobilität (µa), die dem Halbleitermaterial eigen ist und die in der Regel der Minoritätsträgermobilität annähernd entspricht, so daß L =T × E × µa. Dies ist bei der Positionierung der Leseeinrichtungen entlang den Streifen 10, 20, 30, 40 zu berücksichtigen.

Eine Vielzahl von Leseeinrichtungen (von denen vier in den Bildern 1 und 2 als Beispiel dargestellt sind) be­ findet sich im Ambipolardriftpfad jedes Streifens 10, 20, 30, 40, und zwar Leseeinrichtung 11, 21, 31 und 41 aufeinanderfolgend entlang dem Streifen 10; die Lese­ einrichtungen 12, 22, 32 und 42 aufeinanderfolgend ent­ lang dem Streifen 20; die Leseeinrichtungen 13, 23, 33 und 43 aufeinanderfolgend entlang dem Streifen 30; und die Leseeinrichtungen 14, 24, 34 und 44 aufeinander­ folgend entlang dem Streifen 40. Das Substrat 100 hat eine Leiteranordnung 61 bis 64, 71 bis 74, 81 bis 84 und 91 bis 94, die elektrische Anschlüsse zu jeder dieser Leseeinrichtungen 41 bis 44, 11 bis 14, 21 bis 24 beziehungsweise 31 bis 34 bereitstellt. Diese Lese­ einrichtungen sind an metallisierten Öffnungen 41 a bis 44 a, 11 a bis 14 a, 11 b bis 14 b, 21 a bis 24 a, 21 b bis 24 b, 31 a bis 34 a und 31 b bis 34 b in den Streifen 10, 20, 30, 40 ausgebildet; diese Öffnungen verlaufen durch die Dicke der Streifen 10, 20, 30, 40 zur Leiteranordnung 61 bis 64, 71 bis 74, 81 bis 84 und 91 bis 94 des Sub­ strats 100. Wie in der vergrößerten Darstellung nach Bild 3 und 4 gezeigt, verläuft die Metallisierung 7, die an jeder dieser Öffnungen einen elektrischen Anschluß an die Leiteranordnung des Substrats bildet, im wesent­ lichen über die gesamte Seitenwandung jeder dieser Öff­ nungen, ohne daß sie auf der oberen Hauptfläche der Streifen 10, 20, 30, 40 verläuft. Bei einem typischen Beispiel können die Öffnungen annähernd kreisförmig mit einem Durchmesser von rd. 10 Mikrometer sein und durch Ionenätzen gebildet werden.

In der Ausführungsform nach Bild 2 bestehen die Lese­ einrichtungen 11 bis 14, 21 bis 24 und 31 bis 34 aus einem Paar der metallisierten Öffnungen (an die die Be­ zeichnung a und b angefügt ist), die in Abständen in Richtung der Ambipolardrift angeordnet sind und an deren Seitenwandungen die Metallisierung 7 einen ohmschen Elek­ trodenanschluß an das n-leitende Material der Streifen 10, 20, 30, 40 bildet. Jede der Leseeinrichtungen 41 bis 44 befindet sich an einem Ende der Streifen 10, 20, 30, 40 und besteht aus einem Paar ohmscher Elektroden, von denen die erste durch die Metallisierung 7 in einer Öffnung 41 a, 42 a, 43 a, 44 a und die zweite durch die Vor­ spannungselektrode 41 b, 42 b, 43 b, 44 b gebildet wird. Der Abstand der Leseelektroden in jedem Paar, das die Leseeinrichtungen 11 bis 14, 21 bis 24, 31 bis 34 be­ ziehungsweise 41 bis 44 bildet, kann beispielsweise 50 bis 60 Mikrometer betragen und wird entsprechend der gewünschten Auflösung des Bildsensors festgelegt. Wenn die integrierten strahlungserzeugten Minoritätsträger durch ein Lesegebiet zwischen dem zugehörigen Elektro­ denpaar wandern, erfolgt in dem Teil (im Gebiet 11 bis 14, 21 bis 24, 31 bis 34 oder 41 bis 44) des Streifens 10, 20, 30, 40 zwischen diesem Elektrodenpaar eine Leit­ fähigkeitsänderung. Die in diesem Lesegebiet infolge der Leitfähigkeitsänderung auftretende Spannungsände­ rung wird von einer Ausgangsschaltung 129 verstärkt und zu einem Bildsignal verarbeitet. Zum Zwecke der über­ sichtlichen Darstellung ist in Bild 1 nur die Ausgangs­ schaltung 129 für den Streifen 40 gezeigt, während in der Praxis für jeden der Streifen 10, 20, 30 und 40 separate Ausgangsschaltungen 129 vorhanden sind, die über die Substrat-Leiteranordnung 61 bis 64, 71 bis 74, 81 bis 84 und 91 bis 94 an die Leseelektrodenpaare ihres jeweiligen Streifens angeschlossen sind.

Wie bereits erwähnt, wird der Anbringungsort der Lese­ einrichtung entlang jedem Streifen 10, 20, 30, 40 ent­ sprechend der Strecke (L) des Ambipolardriftpfades, über die die maximale Integration der strahlungserzeugten Minoritätsträger erfolgen kann, gewählt. Der Abstand zwischen benachbarten Leseeinrichtungen entlang jedem Streifen 10, 20, 30, 40 kann mindestens so groß sein wie diese Strecke L, um das Rauschverhältnis zwischen den Ausgangssignalen aus der Dichte der integrierten strah­ lungserzeugten Minoritätsträger, das sich bei Abtasten über diese benachbarten Leseeinrichtungen aus ein und demselben Wärmebildelement ergibt, zu reduzieren. Un­ ter diesen Umständen rekombiniert sich ein erheblicher Teil der durch das Wärmebildelement auf der Strecke beispielsweise von dem Streifen 40 bis zum ersten Lese­ bereich 14 (mit den Öffnungen 14 a und 14 b) erzeugten Minoritätsträger, bevor sie den zweiten Lesebereich 24 (mit den Öffnungen 24 a und 24 b) erreichen, und auf ähn­ liche Weise rekombiniert sich ein erheblicher Teil der zwischen den Lesebereichen 14 und 24 erzeugten Minori­ tätsträger, bevor sie den dritten Lesebereich 34 (mit den Öffnungen 34 a und 34 b) erreichen. Jeder der Streifen 10, 20, 30, 40 verhält sich daher ähnlich einer Folge von vier Detektorelementen (wobei jedes Element den diskreten Elementen nach GB-A 14 88 258 ähnlich ist), jedoch mit nur zwei Vorspannungselek­ troden 1 bis 4 und 41 b bis 44 b.

Die Ausgangsschaltung 129 besitzt ein Zeitverzögerungs- und Integrationselement (TDI-Element), das die von den aufeinanderfolgenden Leseeinrichtungen kommenden Signale (14, 24, 34 und 44) addiert, jedoch mit einer geeigneten Zeitverzögerung zur Berücksichtigung der endlichen Zeit, die für die Abtastung des Wärmebildelements von einem Lesebereich zum nächstfolgenden benötigt wird. Ein derartiges TDI-Element kann beispielsweise in CCD-Technik ausgebildet werden. So gibt es in jedem Durchgang des Strahlungsbildes 110 über die Strecke eines Streifens 40 zwischen den zugehörigen Vorspannungselektroden 4 und 44 b vier Integrationsstufen (jede über eine mit L vergleichbare Strecke) anstelle von nur einer einzigen Integrationsstufe (über eine Strecke in der Größenord­ nung von L) bei den Elementen nach dem früheren Stand der Technik nach GB-A 14 88 258. Dies ermöglicht die Erzielung eines beträchtlichen Vorteils im Hinblick auf das Signal-Rausch-Verhältnis.

Der Abstand zwischen benachbarten Leseeinrichtung ent­ lang jedem Streifen 10, 20, 30, 40 kann geringer sein als die mittlere Strecke L, die die freien strahlungs­ erzeugten Minoritätsträger innerhalb einer Lebensdauer zurücklegen können und auf der die maximale Integra­ tion erfolgen kann. Dieser kleinere Abstand der Lese­ einrichtungen kann beispielsweise dazu dienen, Unschär­ fe des Bildes infolge Aufbreitung (Streuung) eines Pakets von strahlungserzeugten freien Minoritätsträgern, die auftritt, wenn dieses Paket zur nächsten Leseein­ richtung wandert, zu reduzieren. Bei Materialien wie Cadmium-Quecksilber-Tellurid, dessen Absorptionsflanke im atmosphärischen Fenster von 3 bis 5 Mikrometer liegt, können die Minoritätsträger eine längere Lebensdauer haben und daher eine längere Diffusionsstrecke, so daß die Effekte einer derartigen Streuungsunschärfe eher auftreten können.

Durch Ausbildung der Leseeinrichtungen 11 bis 14, 21 bis 24, 31 bis 34 und 41 bis 44 gemäß der Erfindung an den metallisierten Öffnungen, die durch die Streifen 10, 20, 30 und 40 verlaufen, so daß sie mit der Leiter­ anordnung 71 bis 74, 81 bis 84, 91 bis 94 und 61 bis 64 des Substrats 100 verbunden sind, können eine be­ sonders kompakte Anschlußstruktur und vorteilhafte Sensoreigenschaften erreicht werden. Die Leseeinrich­ tungen sind nach der Dicke der Streifen 10, 20, 30 und 40 orientiert (und nicht nach der oberen Hauptfläche), die Metallisierung 7 verläuft nicht, zumindest nicht in nennenswertem Maße, auf der oberen Hauptfläche der Streifen 10, 20, 30 und 40, und die Öffnungen nehmen typischerweise weniger als ein Fünftel der Gesamtbreite jedes Streifens 10, 20, 30 und 40 ein. Infolgedessen unterbrechen die Leseeinrichtungen und ihre Anschlüsse den Ambipolardriftpfad nicht wesentlich, sie können an bestimmten Stellen über die Breite der Streifen 10, 20, 30 und 40 angeordnet werden, und sie brauchen die Ambi­ polardrift der Minoritätsträger entlang den Streifen 10, 20, 30 und 40 nicht erheblich zu stören. Die Sub­ strat-Leiteranordnung (zum Beispiel Leiter 62, 72, 82 und 92) kann den Leseanschluß von einem Streifen (zum Beispiel Streifen 20) unter einem benachbarten Streifen (zum Beispiel Streifen 10) führen, so daß diese An­ schlüsse den Driftpfad des benachbarten Streifens 10 nicht verdecken, und ein besonders kompaktes Parallel­ streifenformat kann erreicht werden, wenn die Leseein­ richtungen der verschiedenen Streifen 10, 20, 30 und 40 senkrecht zur Richtung der Bildabtastung und der Ambipolardriftpfade ausgerichtet sind, das heißt aus­ gerichtete Leseeinrichtungen 11 bis 14; ausgerichtete Leseeinrichtungen 21 bis 24; ausgerichtete Leseeinrich­ tungen 31 bis 34 und ausgerichtete Leseeinrichtungen 41 bis 44.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Teile der Substratleiter 81 bis 84, die unter den Streifen 10, 20, 30 und 40 verlaufen, in Bild 2 nicht dargestellt. Aus demselben Grund sind die Teile der Streifen 10, 20, 30 und 40, die über den Substratleitern 91 bis 94 ver­ laufen, in Bild 2 nicht dargestellt, obwohl die Lage der zugehörigen Leseöffnungen 31 bis 34 in Bild 2 ange­ geben ist. Die Lese-Leiteranordnung 61 bis 64, 71 bis 74, 81 bis 84, 91 bis 94 sowie die Vorspannungselektro­ denanschlüsse 51 bis 54 können als Metallbahnen ausge­ bildet werden, die an der oberen Hauptfläche des Sub­ strats 100 in elektrisch isolierendes Material einge­ bettet sind, und wo diese Metallbahnen von der Metalli­ sierung 7 in den Leseöffnungen und der Vorspannungselek­ trodenmetallisierung 1 bis 4 und 41 b bis 44 b kontaktiert werden, können sie an Kontaktfenstern freigelegt werden, die durch eine Schicht Isoliermaterial zwischen dem Sub­ strat 100 und den Streifen 10, 20, 30, 40 geätzt sind. In diesem Fall kann das gesamte Substrat 100 aus elek­ trisch isolierendem Material bestehen. Bei Verwendung eines Halbleitersubstrats 100 kann jedoch mindestens ein Teil von zumindest einigen der Bahnen, die die Sub­ strat-Leiteranordnung bilden, durch hoch dotierte Halb­ leitergebiete eines Leitfähigkeitstyps gebildet werden, die in einen Teil des Substrats des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eindiffundiert oder implantiert sind.

Die Bilder 3 und 4 stellen als Beispiel Teile der Sub­ strat-Leiteranordnung 51 bis 54, 61 bis 64, 71 bis 74, 81 bis 84 und 91 bis 94 dar, die durch n-leitende Halb­ leitergebiete 101 gebildet werden, und Teile, die durch Metallbahnen 102 in isolierendem Material 103 gebildet werden. Die Metallbahnen 102 befinden sich in Vertie­ fungen in der Isolierschicht 103, so daß sich zumindest dort, wo die Streifen 10, 20, 30, 40 angeordnet sind, eine im wesentlichen plane obere Hauptfläche ergibt. Das Substrat 100 kann aus Silicium bestehen, über dem eine Isolierschicht 103 aus Siliciumdioxid angebracht ist. Die Ausgangsschaltungen 129 für jeden Streifen 10, 20, 30 und 40 können in diesem Halbleitersubstrat 100 (beispielsweise unter Anwendung der bekannten CCD-Tech­ nologie) ausgebildet werden, so daß die Substrat-Leiter­ anordnung Verbindungen zwischen verschiedenen Bereichen des Substrats 100 schafft. Um das Signalrauschen mög­ lichst gering zu halten, hat jede Lese-Leiterbahn vor­ zugsweise etwa denselben elektrischen Widerstand zwi­ schen ihrem zugehörigen Streifen 10, 20, 30 oder 40 und ihrer Ausgangsschaltung 129, und dies kann bewirkt wer­ den, indem der spezifische Widerstand, die Breite und die Dicke der die Leiteranordnung bildenden Teile kon­ trolliert werden.

Die Cadmium-Quecksilber-Tellurid-Streifen 10, 20, 30 und 40 können am Substrat 100 durch eine dünne Schicht elek­ trisch isolierenden Epoxidharzklebers 104 befestigt werden, die beispielsweise höchstens 0,5 Mikrometer dick sein kann. Auf den unteren und oberen Hauptflächen der Steifen 10, 20, 30 und 40 befindet sich eine dünne Passivierungsschicht einer bekannten Art, zum Beispiel eine anodische Schicht, die hauptsächlich aus Quecksil­ ber-, Cadmium- und Telluroxiden besteht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese oberen und unteren Passivierungsschichten in den Querschnittsdarstellungen der Bilder 3 und 4 nicht gezeigt. Die Streifen 10, 20, 30 und 40 werden vorzugsweise auf dem Substrat 100 aus­ gebildet, indem ein passivierter Cadmium-Quecksilber- Tellurid- Körper der gewünschten Dicke mit der Kleb­ schicht 104 auf dem Substrat 100 befestigt wird, ein Maskierungsschicht-Muster aus streifenförmigen Bereichen lichtempfindlichen Lacks auf die obere Fläche des Kör­ pers aufgebracht wird und dann durch die Dicke des Körpers im Ionenätzverfahren Schlitze geätzt werden, so daß die separaten streifenförmigen Teile 10, 20, 30 und 40 entstehen. Die in der Peripherie der Körper-Teile 30 und 40 befindlichen Aussparungen 8 können in demsel­ ben Ionenätzschritt gebildet werden, indem im Maskie­ rungsschicht-Muster die entsprechende Form vorgesehen wird. Die Positionierung des Körpers und des Maskie­ rungsschicht-Musters auf dem Substrat 100 wird so ge­ gewählt, daß die sich ergebenden Streifen 10, 20, 30 und 40 in der gewünschten Weise in bezug auf die Leiter­ anordnung des Substrats 100 orientiert sind.

Nach Entfernen dieses ersten Markierungsschicht-Musters wird auf den Streifen 10, 20, 30, 40 und dem umgebenden Bereich des Substrats 100 ein weiteres Maskierungs­ schicht-Muster aufgebracht, um die Leseöffnungen und ihre Metallisierung 7 festzulegen. Diese weitere Mas­ kierungsschicht kann auch die Elektrodenmetallisierung 1 bis 4 und 41 b bis 44 b für die Vorspannungselektroden an den Enden jeden Streifens 10, 20, 30, 40 festlegen. Ein Beispiel für die Geometrie dieser Maskierungs­ schicht (die ebenfalls aus Fotolack bestehen kann) ist in Bild 6 für das Sensorlayout nach Bild 2 dargestellt. In dieser Maskierungsschicht befinden sich folgende Fenster: zwei Reihen schlitzförmiger Fenster 1′ bis 4′ und 41 b′ bis 44 b′, wo die Vorspannungselektroden an den gegenüberliegenden Enden der Streifen 10, 20, 30 und 40 ausgebildet werden sollen; eine Reihe kreisförmiger Fenster 41 a′ bis 44 a′, wo der End-Lesebereich an einem Ende jedes Streifens 10, 20, 30 und 40 vorgesehen ist; und drei Reihen gepaarter kreisförmiger Fenster 11′ bis 14′, 21′ bis 24′ und 31′ bis 34′, wo die Zwischen-Lese­ bereiche entlang den Streifen 10, 20, 30 und 40 angeord­ net werden sollen.

Die Streifen 10, 20, 30 und 40 werden sodann einem weiteren Ionenätzschritt durch die Dicke des Cadmium- Quecksilber-Tellurids (und der zugehörigen Passivie­ rungsschichten) an diesen Fenstern unterzogen, um die Leseöffnungen und die Endkontaktflächen für die Vor­ spannungselektroden auszubilden. Die Klebschicht 104 wird an diesen Fenstern ebenfalls entfernt, um die Substrat-Leiterordnung an der Stelle, wo sie kontaktiert werden soll, freizulegen. Die Metallisierung, beispiels­ weise eine Goldschicht geeigneter Dicke, wird dann auf dieses weitere Markierungsschicht-Muster und in die zu­ gehörigen Fenster aufgebracht; danach wird diese weitere Maskierungsschicht entfernt, um die daraufliegende Metal­ lisierung abzuheben, während die Metallisierung in den Leseöffnungen bleibt, so daß die elektrischen Verbin­ dungen 7 von der Seitenwandung jedes dieser Löcher zu den Leseleitern 71 bis 74, 81 bis 84, 91 bis 94 und 61 a bis 64 a des Substrats 100 entstehen. Ebenso bleibt die Metallisierung auf den Endflächen der Streifen 10, 20, 30 und 40 zur Bildung der Vorspannungselektroden 1 bis 4 und 41 b bis 44 b, die an die Vorspannungsleiter 51 bis 54 und 61 b bis 64 b des Substrats 100 angeschlossen sind. Die Ausbildung der Leseöffnungen in den Cadmium-Queck­ silber-Tellurid-Streifen durch Ionenätzen ergibt steile Seitenwandungen dieser Öffnungen, wobei unterhalb des Fotolack-Maskierungsmusters höchstens eine sehr gerin­ ge seitliche Ätzung auftritt. Eine typische Steigung für diese steilen Seitenwandungen ist zum Beispiel 75°, so daß auf diese Weise durch die Dicke der Streifen 10, 20, 30 und 40 genau positionierte, enge Leseöffnungen ausgebildet werden können. Weiterhin kann durch den­ selben Maskierungs- und Abhebe-Schritt zur Festlegung der Metallisierung 7 die gesamte Oberfläche dieser steilen Seitenwandungen in zuverlässiger Weise kontak­ tiert werden, ohne daß die Metallisierung bis auf die obere Hauptfläche der Streifen 10, 20, 30 und 40 ver­ läuft. Der Einsatz des Ionenätzverfahrens und der "Lift-off"-Metallisierung für herkömmliche Infrarot- Fotoleiterdedektoren, die keine Leseeinrichtungen in einem Ambipolardriftpfad enthalten, ist bereits in unserer europäischen Patentanmeldung EP-A 00 07 667 (unser Bezugszeichen: PHB 32631), auf die hier ver­ wiesen sei, beschrieben.

In der Regel haben sämtliche Streifen 10, 20, 30 und 40 desselben Sensors dieselbe Leseöffnungskonfiguration. Um jedoch verschiedene mögliche Varianten darzustellen, ohne die Zahl der Zeichnungen unnötig zu vermehren, zeigt Bild 2 verschiedene Leseöffnungskonfigurationen über die Breite der verschiedenen Streifen 10, 20, 30 und 40. So liegen die Leseöffnungen 11 a und b, 21 a und b, 31 a und b und 41 a in Bereichen entlang der Peripherie des Strei­ fens 10, der ansonsten über seine gesamte Länge gleich­ mäßig breit ist. Die Leseöffnungen 12 a und b, 22 a und b, 32 a und b und 42 a sind in einem bestimmten Abstand von der Peripherie des Streifens 20 angeordnet und können bei­ spielsweise auf halber Breite des Streifens 20 liegen, der ebenfalls über die gesamte Länge gleichmäßig breit ist. Die Streifen 30 und 40 sind den Streifen 20 bezie­ hungsweise 10 ähnlich, außer daß sich in der Peripherie der Streifen 30 und 40 Aussparungen 8 befinden, um den Driftpfad in den Lesebereichen zu verschmälern. Diese verschiedenen Leseöffnungskonfigurationen liefern alle akzeptable Sensoreigenschaften.

Bild 5 zeigt eine besonders vorteilhafte Kombination eines verschmälerten Ambipolardriftpfades mit metallisier­ ten Leseöffnungen gemäß der Erfindung. Obwohl in Bild 5 nur ein Lesebereich dargestellt ist, befinden sich im Ambipolardriftpfad eines erfindungsgemäßen Sensors eine Vielzahl derartiger Lesebereiche, zum Beispiel in den Bereichen 14, 24 und 34 des Streifens 40 in Bild 2. Bei der Konfiguration nach Bild 5 werden die erhöhte Driftgeschwindigkeit und die erhöhte Ansprechempfind­ lichkeit durch die Verengung des Pfades durch die Aus­ sparung 8 erreicht, während die Störung des Driftpfades und die optische Verdeckung reduziert werden, indem die metallisierten Leseöffnungen an den Enden der streifen­ förmigen Teile 9 des Cadmium-Quecksilber-Tellurid-Kör­ per-Teils 40 vorgesehen werden, wobei die streifen­ förmigen Teile 9 vom Ambipolardriftpfad in die Ausspa­ rung 8 verlaufen.

In diesem Fall bilden die streifenförmigen Teile 9 aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid einen Bestandteil der Lese­ elektroden; da sie einen höheren spezifischen Widerstand haben als die Metallisierung 7, führen diese Teile 9 einen höheren Serienwiderstand in den Leseelektrodenan­ schluß zum Ambipolardriftpfad ein. In diesem Fall kön­ nen die metallisierten Öffnungen 14 a, 14 b usw. auf die Linie der Hauptperipherie des Streifens 40 gelegt wer­ den, so daß die Teile 9 etwa so lang sind, wie die Aus­ sparung 8 tief ist. Um jedoch den Serienwiderstand herabzusetzen, können diese Teile 9 kürzer sein, insbe­ sondere, wenn die Aussparung 8 sehr tief ist, beispiels­ weise etwa die Hälfte der Breite des Strei­ fens 40 oder mehr.

Es ist offenbar, daß im Rahmen der Erfindung viele Varianten möglich sind. So kann beispielsweise die erste Leseöffnung a jedes Paars 11, 21, 31, 41 und 12, 22, 32, 42 entlang den Streifen 10 und 20 an einer Seitenperipherie des Streifens oder in deren Nähe (zum Beispiel auf der linken Seite) liegen, während die zweite Leseöffnung b dieses Paars an der gegenüberlie­ genden Seitenperipherie dieses Streifens oder in deren Nähe (zum Beispiel auf der rechten Seite) liegt.

Wie bereits erwähnt, kann die Zusammensetzung des n- leitenden Cadmium-Quecksilber-Tellurids anders gewählt werden, beispielsweise um einen Sensor für die Erfas­ sung von Strahlung im atmosphärischen Fenster von 3 bis 5 Mikrometer zu erhalten. Für die Ausbildung der foto­ leitenden Streifen 10, 20, 30, 40 können statt Cadmium- Quecksilber-Tellurid auch andere Halbleitermaterialien verwendet werden. Zusätzlich zur beziehungsweise statt der Anordnung aufeinanderfolgender Lesebereiche in einem Abstand, der kleiner ist als die Strecke L, über die die strahlungserzeugten Minoritätsträger innerhalb einer Lebensdauer wandern können, kann der Ambipolar­ driftpfad mäanderförmig gestaltet werden, indem in die Streifen 10, 20, 30 und 40 über diese Strecke vor den Lesebereichen interdigitale Querschlitze eingebaut werden, um die Streuung der wandernden Träger vor Er­ reichen der Lesebereiche zu begrenzen. Einzelne mäan­ derförmig ausgebildete Streifen, die nur eine einzige herkömmliche Leseeinrichtung besitzen, werden in der veröffentlichten britischen Patentanmeldung GB 20 19 649A beschrieben, auf die hier verwiesen sei.

Die Anwendung des Ionenätzverfahrens zur Herstellung der Streifen 10, 20, 30 und 40 aus einem gemeinsamen Körper ergibt freiliegende periphere Wände der Strei­ fen. Obwohl diese peripheren Wände in den Bildern 3 und 4 nicht passiviert dargestellt sind, kann auf diese freiliegenden peripheren Wände aus dem Cadmium-Queck­ silber-Tellurid in bekannter Weise eine Passivierungs­ schicht aufgebracht werden. Insbesondere bei schmalen Driftpfaden kann diese periphere Passivierung von Vorteil sein, da sie Trägerrekombinationseffekte an diesen peripheren Wänden vermindert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Bild 2 bildet die Metallschicht, die die zweite Elektrode des End-Lese­ paars 41, 42, 43, 44 jedes Streifens 10, 20, 30, 40 bildet, auch die Vorspannungselektrode 41 b, 42 b, 43 b, 44 b an diesem Ende des Streifens 10, 20, 30, 40. Die zweite Elektrode des End-Lesepaars kann jedoch auch eine metallisierte Öffnung sein, die wie die anderen Leseöffnungen ausgebildet und von der Vorspannungselek­ trode getrennt ist. Diese End-Vorspannungselektrode 41 b, 42 b, 43 b, 44 b, zu der die Minoritätsträger wandern, kann auch allen Streifen 10, 20, 30 und 40 gemeinsam angehören, und die Streifen 10, 20, 30 und 40 können sogar über einen gemeinsamen Cadmium-Quecksilber- Tellurid-Teil, der diese gemeinsame Vorspannungs­ elektrode tragen kann, ganz vereinigt werden.

Nur ein Ende jedes Streifens 10, 20, 30 und 40 des Sensors nach Bild 2 hat einen Lesebereich. Lesebereiche können jedoch an beiden Enden der Streifen 10, 20, 30 und 40 vorhanden sein, auch wenn die End-Vorspannungs­ elektroden Teil der End-Leseelektrodenpaare sind. Diese Anordnung mit Leseeinrichtungen an beiden Enden gestattet das Lesen bei jeder Vorspannungsrichtung der Streifen 10, 20, 30, 40, das heißt wenn die Streifen entweder in Richtung der Vorspannungselektroden 41 b bis 44 b oder in Richtung der Vorspannungselektroden 1 bis 4 vorgespannt sind. Sind daher die Kennwerte des herge­ stellten Sensors bei Vorspannung in einer Richtung besser als bei Vorspannung in die andere Richtung, kann diese eine Richtung für den Betrieb gewählt werden.

Obwohl, wie bereits beschrieben, die Metallisierung der Vorspannungselektroden in denselben Schritten aufgebracht werden kann wie die Metallisierung 7 der Leseöffnungen, können die Vorspannungselektroden 1 bis 4 und 41 b bis 44 b auch in Verarbeitungsschritten aufgebracht werden, die von den Verarbeitungsschritten für die Metallisie­ rung 7 getrennt sind.

Die Leseeinrichtungen der Cadmium-Quecksilber-Tellurid- Streifen können von jedem anderen bekannten Typ sein, anstatt ein Paar Elektroden zu besitzen, die durch ein Paar metallisierter Öffnungen gebildet werden. So kann jede der Leseeinrichtungen 11 bis 14, 21 bis 24, 31 bis 34 und 41 bis 44 eine einzige, größere metallisierte Öffnung besitzen, bei der die Metallisierung (7) mit dem n-leitenden Material des Streifens 10, 20, 30, 40 einen Schottky-Diodenübergang (Metall-Halbleiter) bil­ det. Ferner kann jede der Leseeinrichtungen 11 bis 14, 21 bis 24, 31 bis 34 und 41 bis 44 statt eines Schottky- Diodenübergangs eine einzige metallisierte Öffnung und ein breiteres p-leitendes Gebiet besitzen, das mit dem n-leitenden Materialinneren des Streifens 10, 20, 30, 40 eine p-n-Übergangsdiode bildet; in diesem Fall bil­ det die Metallisierung (7) einen ohmschen Anschluß an das p-leitende Diodengebiet über die gesamte Seitenwan­ dung der Öffnung. Diese Diodenübergänge verlaufen durch die Dicke des Streifens. Die Vorspannungselektrode 41 b bis 44 b bildet einen ohmschen Anschluß an das gemeinsame n-leitende Material, und die Positionierung der Dioden­ übergänge in bezug auf diese Elektrode 41 b bis 44 b ist nicht kritisch, sofern die Impedanz des n-leitenden Zwischenteils kleiner ist als die Impedanz der Dioden­ übergänge.

Insbesondere wenn Diodenübergänge an den metallisierten Leseöffnungen gebildet werden, können die Leseöffnungen in einem breiteren Körper-Teil quer zum Driftpfad ange­ ordnet werden, anstelle von beziehungsweise zusätzlich zu einer aufeinanderfolgenden Anordnung entlang dem Driftpfad.

Zwar ist die Erfindung besonders vorteilhaft und wich­ tig für Bildsensoren mit mehreren Leseeinrichtungen in dem (beziehungsweise jedem) Ambipolardriftpfad, doch können ähnliche metallisierte Öffnungsanschlüsse für Bildsensoren verwendet werden, die nur eine einzige Leseeinrichtung in dem (beziehungsweise jedem) Drift­ pfad, beispielsweise am einen Ende des Pfades, besitzen.

Claims (19)

1. Wärmestrahlungs-Bildsensor mit einem Halbleiterkörper- Teil eines Leitfähigkeitstyps, in dem bei Absorption von Wärmestrahlung freie Ladungsträger erzeugt werden können; in bestimmten Abständen auf dem Körper-Teil an­ geordneten Vorspannungselektroden, die bewirken, daß in dem Körper-Teil ein vorwiegend aus Majoritätsladungs­ trägern bestehender Vorspannungsstrom in einer Rich­ tung parallel zu einer Hauptfläche des Körper-Teils fließt, wobei dieser Vorspannungsstrom in der Lage ist, eine Ambipolardrift von strahlungserzeugten freien Mino­ ritätsladungsträgern in der entgegengesetzten Richtung zu dem genannten Majoritätsträgerstrom zu unterstützen; sowie Leseeinrichtungen im Ambipolardriftpfad, dadurch gekennzeichnet, daß sich der genannte Halbleiterkörper- Teil auf einem Substrat mit einer Leiteranordnung be­ findet, die einen elektrischen Anschluß für die genann­ ten Leseeinrichtungen bildet, daß im Bereich der genannten Leseeinrichtungen zumindest eine Öffnung in dem Körper-Teil vorhanden ist und durch die Dicke des Körper-Teils zu der Leiter-Anordnung des Substrats ver­ läuft, und daß die Metallisierung, die einen elektrischen Anschluß an die Leiteranordnung an der Öffnung bildet, im wesentlichen über die gesamte Seitenwandung der Öffnung verläuft, ohne auf der oberen Hauptfläche des Halbleiter­ körper-Teils zu verlaufen.

2. Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Leseeinrichtung ein Paar der genannten Öffnungen besitzt, die in bestimmten Abständen entlang dem Ambipolardriftpfad angeordnet sind und an deren Seitenwandungen die Metallisierung einen Elektroden­ anschluß an den Körper-Teil des genannten einen Leit­ fähigkeitstyps bildet.

3. Bildsensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Öffnung der Leseeinrichtung an einer von der Peripherie des Körper- Teils entfernten Stelle durch den Körper-Teil verläuft.

4. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Öffnung der Leseeinrichtung an einer Stelle an der Peripherie des Körper-Teils durch die Dicke des Körper-Teils verläuft.

5. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der genannten Leseeinrichtung der Driftpfad durch eine Aussparung in der Peripherie des Körper-Teils verengt ist.

6. Bildsensor nach Anspruch 5 und Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest eine Öffnung der Leseeinrichtung am Ende eines streifenförmigen Teils des genannten Körper-Teils befindet, wobei der streifen­ förmige Teil vom Ambipolardriftpfad in die genannte Aus­ sparung verläuft.

7. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das größte Quermaß von zumindest einer Öffnung der Leseeinrichtung kleiner ist als ein Drittel der Breite des Ambipolardriftpfades vor dem Bereich der Leseeinrichtung.

8. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Ambipolardriftpfad an verschiedenen Stellen zwischen den in Abständen angeordneten Vorspannungselektroden eine Vielzahl von Leseeinrichtungen befindet, von denen jede zumindest eine Öffnung im Körper- Teil besitzt.

9. Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl der genannten Leseeinrichtungen mit je zumindest einer Öffnung aufeinanderfolgend ent­ lang dem Ambipolardriftpfad zwischen den mit Abstand ange­ ordneten Vorspannungselektroden angeordnet ist.

10. Bildsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den aufeinanderfolgend ange­ ordneten Leseeinrichtungen entlang dem Ambipolardrift­ pfad zumindest so groß ist wie die mittlere Strecke, die die strahlungserzeugten freien Minoritätsladungs­ träger innerhalb einer Lebensdauer im Halbleiterkörper- Teil zurücklegen können.

11. Bildsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den aufeinanderfolgend ange­ ordneten Leseeinrichtungen entlang dem Ambipolardrift­ pfad kleiner ist als die mittlere Strecke, die die strahlungserzeugten freien Minoritätsladungsträger innerhalb einer Lebensdauer im Halbleiterkörper-Teil zurücklegen können.

12. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Substrat eine im wesentlichen parallele Vielzahl von Halbleiterkörper- Teilen befindet, die je einen Ambipolardriftpfad haben, und daß sich in jedem der genannten Ambipolardriftpfade eine Vielzahl von Leseeinrichtungen befindet, von denen jede mindestens eine Öffnung besitzt.

13. Bildsensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtungen der verschiedenen Körper-Teile im wesentlichen in einer Richtung orientiert sind, die im wesentlichen senkrecht zu den Ambipolardriftpfaden ver­ läuft.

14. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnung des Substrats Metallbahnen besitzt, die in Aussparungen in einer isolierenden Schicht auf dem Substrat ange­ ordnet sind.

15. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Halbleiter­ material besteht und die Leiteranordnung Halbleiter­ bahnen eines Leitfähigkeitstyps besitzt, die in einem Teil des Substrats des entgegengesetzten Leitfähigkeits­ typs ausgebildet sind.

16. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat eine Ausgangs­ signal-Verarbeitungsschaltung besitzt, die über die Leiter­ anordnung an die Leseeinrichtung angeschlossen ist.

17. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper-Teil aus n-leitendem Cadmium-Quecksilber-Tellurid besteht.

18. Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgen­ de Schritte: Anordnung von mindestens einem Halbleiter­ körper-Teil auf dem Substrat mit einer Leiteranordnung, die den elektrischen Anschluß für die Leseeinrichtungen bildet; Anbringen einer Maskierungsschicht auf dem Halb­ leiterkörper-Teil und dem Substrat, wobei diese Maskierungs­ schicht mindestens ein Fenster an der Stelle besitzt, wo zumindest eine Öffnung in dem Körper-Teil ausgebildet werden soll; Ionenätzen durch die Dicke des Körper-Teils an der Stelle dieses zumindest einen Fensters zur Ausbildung der genannten zumindest einen Öffnung; Anbringen der Metallisierung auf die genannte Maskierungsschicht und in dem zumindest einen Fenster der Maskierungsschicht; sowie Entfernen der genannten Maskierungsschicht von dem genannten Körper-Teil zum Abheben der aufliegenden Metallisierung, wobei die Metallisierung in der genannten zumindest einen Öffnung bleibt und die elektrische Ver­ bindung zwischen der Seitenwandung der Öffnung und der Leiteranordnung des Substrats bildet.

19. Wärmestrahlungs-Bildsensorsystem mit einem Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Abtasten eines Wärmestrahlungsbildes entlang dem genannten Körper-Teil in derselben Richtung wie die Ambipolardrift und mit einer Geschwindigkeit, die im wesentlichen der Ambipolardriftgeschwindigkeit entspricht, vorhanden sind.