DE3534483A1

DE3534483A1 - Semiconductor photoconduction detector

Info

Publication number: DE3534483A1
Application number: DE19853534483
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl Ing Frenzl; Ulrich Dr Brunsmann
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Antec 65779 Kelkheim De GmbH
Priority date: 1985-09-27
Filing date: 1985-09-27
Publication date: 1987-04-02
Also published as: DE3534483C2

Abstract

In a semiconductor photoconduction detector, in particular a FIR detector, the absorption path of the incident radiation is lengthened by reflection. For this purpose, the surface of the detector opposite the entrance surface of the radiation is bevelled in such a way that the angle of incidence of the radiation impinging thereupon is greater than the angle of total reflection of the detector material. The bevel preferably amounts to 30 DEG .

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Photoleitungsde tektor, insbesondere Fern-Infrarot-Detektor, bei dem der Absorptionsweg der einfallenden Strahlung innerhalb des Detektormaterials durch Reflexion verlängert ist.The invention relates to a semiconductor photoconductor end tector, in particular far infrared detector, in which the Absorption path of the incident radiation within the Detector material is extended by reflection.

Extrinsische Photoleitungsdetektoren aus Silizium und Germanium für die Anwendung unter stark reduziertem Photonenhintergrund sind zur Absorption von Strahlung im ferninfraroten (FIR) Wellenlängenbereich mit Fremd atomen dotiert. Zum Beispiel Si : Ga für Wellenlängen von λ = 16 µm, Si : P für λ = 28 µm, Ge : Be für λ = 55 µm und Ge : Ga für λ = 120 µm.Extrinsic photoconductor detectors made of silicon and germanium for use under a strongly reduced photon background are doped with foreign atoms to absorb radiation in the far infrared (FIR) wavelength range. For example Si: Ga for wavelengths of λ = 16 µm, Si: P for λ = 28 µm, Ge: Be for λ = 55 µm and Ge: Ga for λ = 120 µm.

Die Höhe der Dotierung bestimmt die Absorption der FIR- Strahlung im Detektor. Bei zu hoher Dotierung tritt je doch eine Hopping-Leitfähigkeit ein, die die Detektor funktion verschlechtert. In diesem Fall liegt durch die hohe Störstellendichte der Fremdatome eine Eigenleitung im Störband auch ohne jede Bestrahlung vor.The level of the doping determines the absorption of the FIR Radiation in the detector. If the doping is too high, yet a hopping conductivity that the detector function deteriorated. In this case lies through the high impurity density of the foreign atoms self-conduction in the interfering band even without any radiation.

Bei den zulässigen geringen Dotierungen ist eine Absorp tionstiefe von mehreren Millimetern für eine hohe Absorp tion erforderlich. Ein langer Detektor zeigt wegen großen Kontaktflächen aber ein erhöhtes Rauschen. Bei typischen Längen von ca. 2 mm für höchstempfindliche Detektoren tritt ein Teil der nicht absorbierten FIR-Strahlung an der Rückseite des Detektors wieder aus. Es ist bekannt, diesen Teil durch die Form und die Verspiegelung einer integrierenden Sphäre eines apparativ und platzaufwendi gen Gehäuses wieder zum Detektor zurückzureflektieren. Durch das hohe Reflexionsvermögen des Detektors selbst, kann nur ein Teil dieser Strahlung wieder in den Kristall eintreten und absorbiert werden. Nur bei einer integrie renden Sphäre ist eine vollständige Absorption möglich.With the permissible low doping there is an absorber depth of several millimeters for a high absorption tion required. A long detector shows because of large ones Contact areas but increased noise. With typical Lengths of approx. 2 mm for highly sensitive detectors some of the non-absorbed FIR radiation occurs the back of the detector. It is known, this part through the shape and the mirroring of one integrating sphere of an apparatus and space-consuming to reflect back towards the detector. Due to the high reflectivity of the detector itself, only part of this radiation can be returned to the crystal enter and be absorbed. Only with an integrie complete sphere, complete absorption is possible.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen höchstempfindlichen Detektor bereitzustellen, bei dem trotz nicht vorhandener Hopping-Leitfähigkeit und ge ringer Detektorlänge eine genügende Absorption der Strahlung gewährleistet ist.The present invention is based on the object to provide a highly sensitive detector at despite the lack of hopping conductivity and ge Ringer detector length sufficient absorption of Radiation is guaranteed.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die der Eintrittsfläche der Strahlung entgegengesetzte Fläche des Detektors derart abgeschrägt ist, daß der Einfallswinkel der darauf auftretenden Strahlung größer ist als der Totalreflexionswinkel des Detektormaterials. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Halbleiter-Photoleitungsdetektors sind in den Unteran sprüchen 2 und 3 beschrieben.This object is achieved in that that opposite the entrance surface of the radiation Surface of the detector is bevelled so that the Angle of incidence of the radiation occurring there is larger is the total reflection angle of the detector material. Advantageous embodiments of the invention Semiconductor photoconductor detectors are in the sub sayings 2 and 3.

Um eine Mehrfachreflexion der Strahlung innerhalb des Detektors zu ermöglichen und dadurch den Absorptionsweg zu verlängern, sollte der Einfallswinkel der durch die abgeschrägte Fläche des Detektors reflektierten Strahlung auf die übrigen Flächen ebenfalls größer sein als der Totalreflexionswinkel des Detektormaterials. Dadurch wird der Lichtaustritt auf allen Flächen und insbesondere durch die hintere Fläche des Detektors verhindert. Die sonst noch nicht absorbierte Strahlung kann erst nach mehrfachem Durchlaufen des Detektors wieder aus dem Kristall austreten.To multiple reflection of the radiation within the Enable detector and thereby the absorption path to extend the angle of incidence by the beveled surface of the detector reflected radiation on the remaining areas also larger than that Total reflection angle of the detector material. This will the light emission on all surfaces and in particular prevented by the rear surface of the detector. The otherwise not yet absorbed radiation can only after multiple passes through the detector again from the Leak crystal.

Der Totalreflexionswinkel läßt sich aus dem Berechnungs index des Detektormaterials in an sich bekannter Weise berechnen. Durch den hohen Berechnungsindex von z. B. Silizium von n = 3,42 und von Germanium von n = 4 er geben sich nach sin α _T = n die Totalreflexionswinkel α _T = 17° für Silizium und α _T = 14,5° für Germanium.The total reflection angle can be calculated from the calculation index of the detector material in a manner known per se. Due to the high calculation index of z. B. silicon of n = 3.42 and n = 4 of germanium he give after sin α _T = n is the total reflection angle α _T = 17 ° for silicon and α _T = 14.5 ° for germanium.

Die Erfindung wird anhand beiliegender schematischer Zeichnung näher erläutert. Es zeigtThe invention will be more schematic using the attached Drawing explained in more detail. It shows

Fig. 1 a) bis c) die Reflexionen im erfindungsgemäßen FIR-Detektor mit 30° schräger Rückseite. Fig. 1 a) to c) the reflections in the FIR detector according to the invention with 30 ° inclined back.

Wird für die Neigung der Rückfläche des Detektors ein Winkel γ so berechnet, daß die gesamte Strahlung, die aus dem Halbraum auf den Detektor fallen kann, unter idealisierten Annahmen über die Ebenheit der Detektor flächen, auf keinen Fall bei einer Reflexion den Winkel der Totalreflexion überschreiten soll, so ergibt sich in einem Beispiel für Germanium ein Abschrägungswinkel γ = 30°.An angle γ is calculated for the inclination of the rear surface of the detector so that the entire radiation that can fall from the half-space onto the detector, under idealized assumptions about the flatness of the detector, never exceed the angle of total reflection in the case of a reflection If, for example, germanium has a bevel angle γ = 30 °.

Für Silizium ergibt sich bei einem Winkel γ = 30° ein Winkel für die einfallende Strahlung von α = 50°. Ein fallwinkel von α = 50° kommen in der Praxis nicht vor. Es sind hier Öffnungswinkel bis α = 40° bekannt.For silicon, at an angle γ = 30 °, there is an angle for the incident radiation of α = 50 °. A drop angle of α = 50 ° does not occur in practice. Opening angles up to α = 40 ° are known here.

Die somit vielfach reflektierte Strahlung kann dann im Kristall absorbiert werden.The radiation that is often reflected can then be reflected in the Crystal are absorbed.

In Fig. 1 a) bis c) werden für verschiedene Einfallswin kel α ₁ = 0°, α ₂ = 40° und α ₃ = 40° die Totalrefle xionen in einem Detektor mit γ = 30° schräger Rückseite dargestellt.In Fig. 1 a) to c) the total reflections are shown in a detector with γ = 30 ° inclined back for different Einfallswin angle α ₁ = 0 °, α ₂ = 40 ° and α ₃ = 40 °.

Dabei ist der Winkel δ der durch die abgeschrägte Fläche reflektierten Strahlung auf die übrigen Flächen des De tektors ebenfalls größer als die Totalreflexionswinkel α _T.The angle δ of the radiation reflected by the beveled surface on the other surfaces of the detector is also greater than the total reflection angle α _T.

Mit einem an der Rückseite abgeschrägten Detektor, läßt sich also eine annähernd vollständige Absorption der ein gefallenen FIR-Strahlung erreichen und somit dessen Em pfindlichkeit verbessern. Auf ein spezielles Gehäuse mit integrierenden Flächen kann verzichtet werden.With a detector slanted on the back, lets an almost complete absorption of the fallen FIR radiation and thus its Em improve sensitivity. On a special case with integrating surfaces can be omitted.

Claims

1. Semiconductor photoconductor detector, in particular far infrared detector, in which the absorption path of an incident radiation within the detector material is extended by reflection, characterized in that the surface of the detector opposite the entrance surface of the radiation is bevelled so that the The angle of incidence of the radiation incident thereon is greater than the total reflection angle of the detector material.

2. Photo line detector according to claim 1, characterized indicates that the angle of incidence is determined by the slanted surface of the detector reflected beam is larger on the remaining areas of the detector than the total reflection angle of the detector material.

3. Photo line detector according to claim 1 or 2, characterized characterized in that it is made of germanium or silicon exists and is endowed in such a way that no hopping Conductivity occurs and that the angle of the bevel opposite the entrance surface of the radiation set area is 30 °.