DE4114821A1 - Strip-form semiconductor ionising radiation detector - features central depletion region enclosed by upper and lower inversion and accumulation layers - Google Patents
Strip-form semiconductor ionising radiation detector - features central depletion region enclosed by upper and lower inversion and accumulation layersInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Halbleiterdetektor mit einem vollständig oder teilweise verarmten Grundgebiet gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a semiconductor detector a completely or partially impoverished base area according to the preamble of claim 1.
Derartige Halbleiterdetektoren werden zum Nachweis ionisierender Strahlung benutzt und erlauben das Ausle sen sowohl von Majoritäts- als auch Minoritätsladungs trägern. Sie werden insbesondere in Form der sogenann ten Streifendetektoren zur Positionsbestimmung von ionisierender Strahlung eingesetzt. Such semiconductor detectors are used for detection ionizing radiation and allow Ausle of both majority and minority charges carriers. They are especially in the form of the so-called strip detectors for determining the position of ionizing radiation used.
Bekanntermaßen werden zum Nachweis ionisierender Strah lung u. a. klassische pin-Dioden benutzt. Wesentliches Merkmal dieser pin-Diode ist ein hochohmiger Halblei terkörper aus n-Silizium, der mit einer passivierenden Oxidschicht versehen ist. Auf der vorderen Hauptober fläche ist ein Fenster in der Passivierungsschicht geöffnet und in diesem Bereich eine hohe p-Dotierung vorgenommen worden. Auf der hinteren Hauptoberfläche befindet sich ebenfalls im Oberflächenbereich eine dünne leitfähige Schicht hoher n-Dotierung. Auf beiden Gebieten hoher Leitfähigkeit befinden sich Metallelek troden. Die hochdotierte p-Schicht erzeugt einen asym metrischen pn-Übergang, dessen Raumladungszone sich in den niedrigdotierten Halbleiterkörper ausdehnt, wenn die Diode in Sperrichtung gepolt wird, d. h. wenn eine negative Spannung an der p-Seite angelegt wird. Die Raumladungszone kann zum Nachweis elektromagnetischer und partikulärer Strahlung benutzt werden. Eine hohe Dotierung der beiden Kontakte ist vorteilhaft, um den Diffusionsstrom der Diode zu begrenzen.As is known, the detection of ionizing radiation lung u. a. classic pin diodes used. Essentials The characteristic of this pin diode is a high-resistance half lead n-silicon body with a passivating Oxide layer is provided. On the front main upper surface is a window in the passivation layer opened and a high p-doping in this area been made. On the rear main surface is also in the surface area thin conductive layer with high n-doping. On both Areas of high conductivity are metal electrodes tread. The highly doped p-layer creates an asym metric pn transition, whose space charge zone is in expands the low-doped semiconductor body if the diode is reverse biased, d. H. when a negative voltage is applied to the p-side. The Space charge zone can be used to detect electromagnetic and particulate radiation. A high Doping of the two contacts is advantageous to the Limit the diffusion current of the diode.
Ein Halbleiterdetektor dieser Art ist in der DE-A-37 15 674 bzw. der US-PS 48 96 201 beschrieben. Durch die Integration der Auslesekapazitäten und der Vorwider stände konnte eine Reduktion des Aufwandes für die externe elektronische Auslese erreicht werden, die den Einsatz dieser Detektoren in vielen Fällen erst möglich machte.A semiconductor detector of this type is in DE-A-37 15 674 or the US-PS 48 96 201 described. Through the Integration of the readout capacities and the series resistor could reduce the effort for the external electronic readout can be achieved by the The use of these detectors is only possible in many cases made.
Diese bisher bekannten Detektoren erfordern einen hohen technischen Aufwand bei der Fabrikation, da mehrere Maskenschritte und Implantationen auf beiden Seiten des Halbleiterkörpers durchgeführt werden müssen. Insbeson dere im Hinblick auf den Einsatz sehr großer Stückzah len derartiger Detektoren in der Grundlagenforschung spielen fertigungstechnische Fragen zukünftig eine immer wichtigere Rolle.These previously known detectors require a high one technical effort in the production, since several Mask steps and implantations on both sides of the Semiconductor body must be performed. In particular with regard to the use of very large quantities len of such detectors in basic research will play a technical role in the future increasingly important role.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Halb leiterdetektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine fertigungstechnische Vereinfachung bei gleichen oder ähnlichen elektrischen Eigenschaften erzielt werden kann.The invention has for its object a half Head detector according to the preamble of claim 1 to develop such that a manufacturing Simplification with the same or similar electrical Properties can be achieved.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, die für den Aufbau einer Raumladungszone in einem Halbleiterkörper der ersten Leitfähigkeit erforderlichen Elektroden hoher Leitfähigkeit in beiden Oberflächenbereichen nicht durch Dotierung zu erzeugen, sondern durch die Schaffung von Akkumulationsschichten bzw. Inversions schichten auf beiden Hauptoberflächen. Um die Raumla dungszone in den Halbleiterkörper ausdehnen zu können, müssen leitende Verbindungen zwischen den Inversions- bzw. Akkumulationsschichten und externen Spannungsquel len über geeignete Kontakte geschaffen werden. Die Kontakte werden hochohmig durch eine extern steuerbare Widerstandsschicht zu Elektroden des gleichen Leitungs typs hergestellt und befinden sich auf einer einzigen der beiden Hauptoberflächen. Diese Elektroden stellen die alleinige galvanische Verbindung zur Außenwelt dar. Die Auskopplung der Signalladung erfolgt kapazitiv über die Akkumulations- bzw. Inversionsschicht an den äu ßeren Elektroden.The essence of the invention is that for the Structure of a space charge zone in a semiconductor body electrodes required for the first conductivity high conductivity in both surface areas not to be generated by doping, but by Creation of accumulation layers or inversions layers on both main surfaces. To the Raumla expansion zone in the semiconductor body, conductive connections between the inversion or accumulation layers and external voltage sources len be created via suitable contacts. The Contacts become high-resistance through an externally controllable Resistance layer to electrodes of the same lead Typs manufactured and are on a single of the two main surfaces. Place these electrodes the sole galvanic connection to the outside world. The signal charge is capacitively decoupled via the accumulation or inversion layer on the outer outer electrodes.
Die weitere Ausbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist den Patentansprüchen zu entnehmen. The further development of the solution according to the invention is the patent claims.
Besonders bemerkenswert an Struktur und Betriebsart des neuen Halbleiterdetektors ist, daß auf seiner Rückseite keinerlei Kontakte zum Halbleiterkörper selbst erfor derlich sind (Merkmal 1c). Diese Seite weist lediglich eine Elektrodenstruktur auf dem Isolator auf. Damit ist ein besonders einfaches Herstellungsverfahren von dop pelseitigen Streifendetektoren oder ähnlichen Elementen gefunden worden.What is particularly remarkable about the structure and operating mode of the new semiconductor detector is that no contacts to the semiconductor body itself are required on its rear side (feature 1 c). This side only has an electrode structure on the insulator. A particularly simple manufacturing process for double-sided strip detectors or similar elements has thus been found.
Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal zu bekannten Strei fendetektoren besteht darin, daß auf beiden Hauptober flächen die leitfähigen Gebiete der Streifen durch Inversion bzw. Akkumulation von Ladungsträgern gebildet werden und daß diese völlig von Gebieten entgegenge setzter Leitfähigkeit umschlossen sind, die ebenfalls durch Akkumulation bzw. Inversion der Ladungsträger erzeugt werden.Another distinguishing feature to known stripes Detectors consists in that on both main surfaces area through the conductive areas of the strips Inversion or accumulation of charge carriers formed and that these are completely opposed to areas set conductivity are also enclosed through accumulation or inversion of the charge carriers be generated.
Die einzigen technologisch dotierten Bereiche sind die Source S und Drain D Gebiete der Transistoren und ein Kontaktbereich B zum Halbleiterkörper. Diese Dotierun gen können durch Ionenimplantation hergestellt werden. In einer besonders einfachen Ausführung kann auf die Dotierung des Kontaktes zum Halbleiterkörper verzichtet werden, so daß lediglich ein Dotierschritt (Source und Drain) erforderlich ist.The only technologically endowed areas are Source S and Drain D areas of the transistors and a Contact area B to the semiconductor body. This endowment genes can be produced by ion implantation. In a particularly simple version, the Doping of the contact to the semiconductor body is dispensed with so that only one doping step (source and Drain) is required.
Der erfindungsgemäße Detektor weist eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber bekannten Detektoren ähnlicher Ausführung auf. Einer der wesentlichen Vorteile besteht darin, daß die Photolithographieschritte vereinfacht und ihre Anzahl reduziert werden kann. In gleicher Weise kann die Zahl der Dotierschritte zumindest stark eingeschränkt werden. Da die Dotierung in der Regel durch Ionenimplantation erfolgt und entsprechende Mas kierschritte voraussetzt, erlaubt das neue Verfahren eine einfachere und kostengünstigere Fertigung bei höheren Ausbeuten. So ist es beispielsweise möglich, einen doppelseitigen Streifendetektor zu konzipieren, der aus einem passivierten Halbleiterkörper besteht, auf dessen zweiter Hauptoberfläche als einziger Tech nologieschritt Metallelektroden aufgebracht werden. Die Kontaktierung und Spannungszuführung zu den leitfähigen Bereichen erfolgt von der ersten Hauptoberfläche aus.The detector according to the invention has a whole series of advantages over known detectors more similar Execution on. One of the main advantages is there in that the photolithography steps are simplified and their number can be reduced. In the same The number of doping steps can be at least strong be restricted. As the doping usually done by ion implantation and corresponding Mas requires new steps a simpler and cheaper production higher yields. For example, it is possible to design a double-sided strip detector, which consists of a passivated semiconductor body, on its second main surface as the only tech Technology step metal electrodes are applied. The Contacting and voltage supply to the conductive Areas from the first main surface.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß die äu ßeren Elektroden nicht notwendiger Weise auf dem Detek tor selbst aufgebracht werden müssen, sondern sich auf einem getrennten Leiterbahn-Substrat, z. B. einer Mylar folie befinden können, die lediglich gegen die Isola tionsschicht des Halbleiterkörpers gepreßt wird. In einem derartigen externen Leiterbahn-Substrat lassen sich komplizierte Leiterbahnen in nötigenfalls mehreren Lagen leichter und kostengünstiger realisieren als auf dem Siliziumkörper selbst. In diesem Fall braucht die entsprechende Halbleiteroberfläche überhaupt nicht strukturiert zu werden. Unter gewissen Voraussetzungen ist es sogar möglich, auf die Isolierschichten auf dem Halbleiterkörper zu verzichten und diese in die äußere Elektrodenvorrichtung zu integrieren.Another advantage is the fact that the external Outer electrodes are not necessarily on the detector gate itself must be applied, but on a separate conductor substrate, e.g. B. a Mylar foil can only be found against the Isola tion layer of the semiconductor body is pressed. In leave such an external conductor substrate complicated conductor tracks in several if necessary Realize layers easier and cheaper than on the silicon body itself. In this case it needs corresponding semiconductor surface not at all to be structured. Under certain conditions it is even possible to put on the insulating layers on the Dispense semiconductor body and this in the outer Integrate electrode device.
Eine derartige Anordnung ist insbesondere bei solchen Halbleitern vorteilhaft, die sich gar nicht oder nur sehr schwer passivieren oder dotieren lassen.Such an arrangement is particularly so Semiconductors advantageous, which are not at all or only passivation or doping very difficult.
Die Elektrodenanordnung auf einem externen Leiterbahn- Substrat, z. B. einer dünnen Folie ermöglicht die Her stellung von Detektoren, die keinerlei Bondverbindungen auf dieser Seite benötigen. Damit läßt sich ein bisher unlösbares Problem beim Einsatz von Streifendetektoren in medizinischen Anwendungen, wo der direkte Kontakt zur Probe erforderlich ist, einfach lösen.The electrode arrangement on an external conductor track Substrate, e.g. B. a thin film allows the Her provision of detectors that do not have any bond connections need on this page. So that can be a hitherto unsolvable problem when using strip detectors in medical applications where direct contact to try it out, simply solve.
Diese Anordnung ist auch besonders vorteilhaft für die Herstellung sogenannter Pad- oder Pixeldetektoren, bei denen jedes Pixel bzw. Pad getrennt ausgelesen werden soll. Bei Benutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit externem Leiterbahn-Substrat können sowohl die Padelektroden als auch die dazugehörende Elektronik direkt auf diesem integriert werden. Damit entfällt das Kontaktieren einer großen Anzahl von Pads auf dem Dete ktor selbst.This arrangement is also particularly advantageous for the Manufacture of so-called pad or pixel detectors which each pixel or pad is read out separately should. When using the method according to the invention with an external conductor substrate can both Pad electrodes as well as the associated electronics can be integrated directly on this. This eliminates that Contact a large number of pads on the dete ktor itself.
Ein weiterer Vorteil der Elektrodenanordnung auf einem externen Leiterbahn-Substrat besteht darin, daß Pin holes in der Isolationsschicht des Halbleiters nicht notwendigerweise Kurzschlüsse zwischen den Metallelek troden und der leitfähigen Schicht unter dem Oxid zur Folge haben. Solche Kurzschlüsse führen bei den nach dem Stand der Technik gefertigten Detektoren zum Versa gen der kapazitiven Kopplung und damit zum Ausfall.Another advantage of the electrode arrangement on one external conductor substrate is that pin holes in the insulation layer of the semiconductor are not necessarily short circuits between the metal electrodes troden and the conductive layer under the oxide Have consequence. Such short circuits lead to the state of the art detectors for Versa capacitive coupling and thus failure.
Ein zusätzlicher Nutzen der externen Elektrodenanord nung ist auch darin zu sehen, daß bei geeigneter Wahl des Leiterbahn-Substratmaterials, dieses als Absorber für einen bestimmten Wellenlängen- bzw. Energiebereich der einfallenden Strahlung dienen kann (Absorber, Fil ter).An additional benefit of the external electrode arrangement is also to be seen in the fact that with a suitable choice of the conductor substrate material, this as an absorber for a certain wavelength or energy range can serve the incident radiation (absorber, fil ter).
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Detektors soll nun anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben werden, die zugehörigen Zeichnungen zeigen: The functioning of the detector according to the invention is intended will now be described in more detail using exemplary embodiments the associated drawings show:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungs beispiel einer Löcher-Inversionsschicht und kapazitiver Auslese der Minoritätsträger (Löcher) sowie mit einer Elektronen-Akkumula tionsschicht und kapazitiver Auslese der Majo ritätsträger (Elektronen), Fig. 1 shows a cross section through a first example of execution of a hole inversion layer and capacitive read-out of the minority carriers (holes) as well as with an electron-Akkumula tion layer and the capacitive readout Majo ritätsträger (electrons),
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungs beispiel nach Fig. 1 mit schematischer Darstel lung der Elektrodenanordnung auf der oberen Hauptoberfläche, Fig. 2 shows a cross section through a first execution example of Fig. 1 with a schematic depicting development of the electrode array on the upper major surface,
Fig. 3 einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungs beispiel nach Fig. 1 mit schematischer Darstel lung der Elektrodenanordnung auf der unteren Hauptoberfläche. Fig. 3 shows a cross section through a first embodiment example of FIG. 1 with a schematic representation of the electrode arrangement on the lower main surface.
Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen positionsempfindlichen Strei fendetektors. Er besteht aus einem Array von streifen förmigen Metallelektroden auf beiden Hauptoberflächen, die gegeneinander elektrisch isoliert sind (Merkmale 1a und 1b des Anspruchs 1) und Elektrodenanordnungen für die Spannungsversorgung. Fig. 1 to Fig. 3 show a first embodiment of a position-sensitive strip detector according to the invention. It consists of an array of strip-shaped metal electrodes on both main surfaces, which are electrically insulated from one another (features 1 a and 1 b of claim 1) and electrode arrangements for the voltage supply.
Aus zeichnerischen Gründen sind die Streifensysteme auf den beiden Hauptoberflächen parallel zueinander ange ordnet. Im praktischen Fall sind sie jedoch unter einem bestimmten Winkel, vorzugsweise um 90°, gegeneinander verdreht, um die Positionsbestimmung in beiden Koordi natenrichtungen zu ermöglichen. The strip systems are open for drawing reasons the two main surfaces parallel to each other arranges. In practice, however, they are under one certain angle, preferably 90 °, against each other twisted to determine the position in both coordinates to enable national directions.
Die Querschnittsdarstellung in Fig. 1A zeigt einen Schnitt durch die beiden Streifensysteme in Längsrich tung. Abgebildet ist ein Halbleiterkörper HK aus n- Silizium auf dessen beiden Hauptoberflächen sich eine ca. 2000 A dicke Isolationsschicht IS aus Siliziumoxid befindet. Darüber sind Metallelektroden aus Aluminium AL aufgebracht. Auf der oberen Hauptoberfläche befinden sich die Streifenelektrode A und an ihrer Stirnseite ein Transistor (Anspruch 18) mit den Gebieten S (Source), G (Gate) und D (Drain), der zur Spannungsver sorgung der Inversionsschicht unter der Elektrode A dient. Umschlossen werden die Streifen A gemäß Merkmal 1b des Anspruchs 1 auf allen vier Seiten durch die Gateelektrode G (siehe Fig. 2B). Daneben ist noch ein Kontakt B vorgesehen, der nach dem Merkmal 1c des An spruchs 1 bzw. des Anspruchs 3 zum Kontaktieren des Halbleiterkörpers dient. Auf der Isolationsschicht der unteren Hauptoberfläche ist ein Metallkontakt E und das ihn umschließende Elektrodensystem F sowie eine Hilf selektrode H (Anspruch 17) aufgebracht.The cross-sectional view in Fig. 1A shows a section through the two strip systems in the longitudinal direction. A semiconductor body HK made of n-silicon is shown on the two main surfaces of which there is an approximately 2000 A thick insulation layer IS made of silicon oxide. Metal electrodes made of aluminum AL are applied on top. On the upper main surface there are the strip electrode A and on its end face a transistor (claim 18) with the areas S (source), G (gate) and D (drain), which serves to supply voltage to the inversion layer under the electrode A. The strips A are enclosed on all four sides by the gate electrode G according to feature 1 b of claim 1 (see FIG. 2B). In addition, a contact B is also provided, which serves for contacting the semiconductor body according to the feature 1 c of claim 1 or claim 3. On the insulation layer of the lower main surface, a metal contact E and the electrode system F surrounding it and an auxiliary electrode H (claim 17) are applied.
Um den Detektor zu betreiben (Fig. 1B) wird an die Streifenelektroden A eine kleine negative Spannung -Ua angelegt, die zu einer positiven Inversionsschicht unter dem Isolator an der Halbleiteroberfläche führt. Kontaktiert wird diese Inversionsschicht durch das Sourcegebiet S des danebenliegenden Transistors. Eine geringe positive Spannung +Ug an dem Elektrodensystem G (Transistorgate) isoliert die einzelnen Streifen hoch ohmig gegeneinander und stellt gleichzeitig über den Transistorkanal K und das Draingebiet D den Kontakt zu einer äußeren Spannungsquelle -U1 her (Merkmale 1a, b, c und Ansprüche 3, 4, 18). In order to operate the detector ( FIG. 1B), a small negative voltage -Ua is applied to the strip electrodes A, which leads to a positive inversion layer under the insulator on the semiconductor surface. This inversion layer is contacted by the source region S of the adjacent transistor. A low positive voltage + Ug on the electrode system G (transistor gate) isolates the individual strips from each other with high resistance and at the same time makes contact with an external voltage source -U 1 via the transistor channel K and the drain region D (features 1 a, b, c and Claims 3, 4, 18).
Der Kontakt B gewährleistet die elektrische Verbindung zum Halbleiterkörper bzw. zur rückseitigen Hauptober fläche und ist im Ausführungsbeispiel mit der Masse verbunden.Contact B ensures the electrical connection to the semiconductor body or to the rear main surface area and is in the embodiment with the mass connected.
Wird nun eine zusätzliche negative Spannung -U1 (siehe Fig. 1B) an das Draingebiet D des Transistors, den Gatebereich G (-U1+Ug) und an die Streifenelektrode A (-U1-Ua) angelegt, so bildet sich eine Raumladungszone unter der Inversionsschicht der vorderen Hauptoberflä che aus, die sich mit zunehmender Spannung in den Halb leiterkörper ausdehnt. Der Detektor verhält sich also genau wie eine pin-Diode, deren Raumladungszone noch nicht bis zum Rückkontakt durchgreift. Ladungsträger, die durch ionisierende Strahlung im Volumen der Raumla dungszone gebildet werden, werden durch das elektri sche Feld getrennt. Die Löcher, die zur Vorderseite laufen, können kapazitiv über die Metallelektrode A ausgelesen werden (Anspruch 1a) und fließen über den Transistor zur Spannungsquelle -U1 (Merkmal 1c des Anspruchs 1, Ansprüche 3 und 18). Die Elektronen wan dern durch den Halbleiterkörper zum Massekontakt B (Merkmal 1c und Anspruch 2).If an additional negative voltage -U 1 (see FIG. 1B) is now applied to the drain region D of the transistor, the gate region G (-U 1 + Ug) and to the strip electrode A (-U 1 -Ua), one is formed Space charge zone under the inversion layer of the front main surface, which expands into the semiconductor body with increasing voltage. The detector thus behaves exactly like a pin diode, the space charge zone of which does not yet reach through to the rear contact. Charge carriers, which are formed by ionizing radiation in the volume of the space charge zone, are separated by the electric field. The holes that run to the front can be read capacitively via the metal electrode A (claim 1a) and flow via the transistor to the voltage source -U 1 (feature 1 c of claim 1, claims 3 and 18). The electrons migrate through the semiconductor body to ground contact B (feature 1 c and claim 2).
Bei weiterer Erhöhung der Sperrspannung auf -U2 (siehe Fig. 1C) kann der Detektor völlig verarmt werden und erlaubt auch das kapazitive Auskoppeln des Elektronen signals (Merkmal 1a). Dazu wird durch eine geringe positive Spannung +Ue an der Rückseitenelektrode eine leitende Akkumulationsschicht von Elektronen auf der unteren Hauptoberfläche generiert. Die Elektrode E wird vollständig von einer Schutzelektrode F umschlossen, die schwach negativ gepolt ist (-Uf) und eine hoch ohmige Verbindung zu einer weiteren äußeren Akkumula tionsschicht unter der positiv gepolten Hilfselektrode H (+Uh) (Anspruch 17) darstellt. Die Breite der Hilfs elektrode H ist so bemessen, daß die darunter liegende Akkumulationsschicht sich bis in den nicht verarmten Halbleiterkörper ausdehnt. Damit ist nach den Merkmalen 1b und 1c des Anspruchs 1 sowie Anspruch 2 eine leiten de Verbindung zwischen dieser Schicht und der Masse elektrode B durch den Halbleiterkörper hindurch gewähr leistet.If the reverse voltage is increased further to -U 2 (see FIG. 1C), the detector can be completely depleted and also allows capacitive coupling out of the electron signal (feature 1 a). For this purpose, a conductive accumulation layer of electrons is generated on the lower main surface by a low positive voltage + Ue at the rear electrode. The electrode E is completely enclosed by a protective electrode F, which is weakly negatively polarized (-Uf) and is a high-ohmic connection to a further outer accumulation layer under the positively polarized auxiliary electrode H (+ Uh) (claim 17). The width of the auxiliary electrode H is dimensioned so that the underlying accumulation layer extends into the non-depleted semiconductor body. This is according to the features 1 b and 1 c of claim 1 and claim 2 a leading de connection between this layer and the ground electrode B through the semiconductor body ensures.
Eine Signalladung von Elektronen, die unter den be schriebenen Betriebsbedingungen zur Akkumulations schicht unter der Elektrode E wandern, kann kapazitiv ausgelesen werden. Der Stromkreis der Elektronen ist von der Akkumulationsschicht unter E über die hoch ohmige Inversionsschicht der Elektrode F zur Akkumula tionsschicht unter H und weiter über den Halbleiterkör per HK zum Massekontakt B geschlossen.A signal charge of electrons under the be written operating conditions for accumulation layer under the electrode E can be capacitive be read out. The circuit of the electrons is from the accumulation layer under E to the high ohmic inversion layer of the electrode F to the accumulator tion layer under H and further over the semiconductor body closed by HK to ground contact B.
Die Fig. 2 und 3 zeigen das gleiche Ausführungsbeispiel mit einer schematischen Darstellung der Streifenkonfi gurationen auf den beiden Hauptoberflächen. Des bes seren Verständnisses halber sind die Source-, Gate- und Draingebiete der Transistoren vergrößert dargestellt. In der praktischen Ausführung genügt entgegen der Zeichnung ein kleinflächiger Kontakt zu dem implantier ten Draingebiet. Figs. 2 and 3 show the same embodiment with a schematic representation of the strip confi guration on the two major surfaces. For the sake of better understanding, the source, gate and drain regions of the transistors are shown enlarged. In practice, contrary to the drawing, a small-area contact to the implanted drain area is sufficient.
Nach Anspruch 5 können die auf den Isolationsschichten des Halbleiterkörpers aufgebrachten Metallelektroden ganz oder teilweise durch ein entsprechend metall isiertes Kontakt-Substrat ersetzt werden. Für diese Ausführungsform eignet sich besonders nach den Fig. 1 bis 3 die untere Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers. According to claim 5, the metal electrodes applied to the insulation layers of the semiconductor body can be replaced in whole or in part by a correspondingly metal-coated contact substrate. The lower main surface of the semiconductor body is particularly suitable for this embodiment according to FIGS. 1 to 3.
Das Kontakt-Substrat wird gegen die Oberfläche des Halbleiters gepreßt, wobei der Anpreßdruck durch die elektrostatischen Kräfte beim Anlegen der Potentiale an den Elektroden schon ausreichend hoch sein kann, um einen innigen Kontakt zur Isolatoroberfläche herzustel len. Gemäß Anspruch 11 sind auf diesem Substrat Teile der Ausleseelektronik integrierbar und es kann gleich zeitig nach Anspruch 13 und 14 als Schutz gegen Konta minationen und Streulicht dienen.The contact substrate is against the surface of the Semiconductor pressed, the contact pressure by the electrostatic forces when applying the potentials the electrodes can be sufficiently high to to make intimate contact with the surface of the insulator len. According to claim 11, parts are on this substrate the readout electronics can be integrated and it can do the same early according to claims 13 and 14 as protection against contact minations and scattered light.
Nach Anspruch 5, 6, 7, 11 bis 16 lassen sich mit Hilfe eines oder mehrerer Kontakt-Substrate leicht Arrays oder Sandwichanordnungen von mehreren Detektoren kon zipieren.According to claim 5, 6, 7, 11 to 16 can be with the help one or more contact substrates easily arrays or sandwich arrangements of several detectors zip.
Die erfindungsgemäße Detektoranordnung unter Nutzung eines getrennten Kontakt-Substrates stellt eine wesent liche Vereinfachung dar, da die Elektronik zusammen mit den Leiterbahnen auf dem Kontakt-Substrat untergebracht werden kann. Bei Zerstörung des Halbleiterdetektors durch Strahlenschäden ist es möglich, die Kontakt-Sub strate mit integrierter Elektronik wieder zu verwenden.The detector arrangement according to the invention in use a separate contact substrate is an essential simplification because the electronics together with the conductor tracks housed on the contact substrate can be. If the semiconductor detector is destroyed due to radiation damage it is possible to contact the sub reuse strate with integrated electronics.
Bei der thermischen Oxidation von Silizium bildet sich immer eine positive Oxidladung aus, die bei n-Typ Sili zium zu einer Elektronenakkumulationsschicht unter dem Oxid führt. Dieser Umstand kann im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 dazu genutzt werden, auf die externen Spannungen (+Ue und +Uh) an den Elektrodengebieten E und H der unteren Hauptoberfläche zu verzichten. Damit ist für die untere Hauptoberfläche lediglich die Steu erspannung -Uf zum Einstellen des Serienwiderstandes zwischen den beiden Akkumulationsgebieten unter E und H erforderlich. In the thermal oxidation of silicon, a positive oxide charge always forms, which in the case of n-type silicon leads to an electron accumulation layer under the oxide. In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 to 3, this fact can be used to dispense with the external voltages (+ Ue and + Uh) at the electrode regions E and H of the lower main surface. Thus, only the control voltage -Uf for setting the series resistance between the two accumulation areas under E and H is required for the lower main surface.
Positive Ladungen können z. B. auch durch die Behandlung von Oxidschichten in einem Gasplasma oder durch Behand lung mit UV Licht bzw. ionisierender Strahlung gebildet werden.Positive charges can e.g. B. also by treatment of oxide layers in a gas plasma or by treatment tion with UV light or ionizing radiation will.
Vorstehend sind Ausführungsbeispiele ohne Beschränkung der Allgemeinheit beschrieben worden. Selbstverständ lich sind im Rahmen des allgemeinen Erfindungsgedankens die verschiedensten Modifikationen möglich wie z. B. die Verwendung anderer Halbleitermaterialien, Isolatoren und Leiter. Insbesondere kann anstelle eines n-Typ Halbleiters auch sinngemäß ein p-Typ Halbleiter verwen det werden. Weiterhin ist es möglich Detektoren zu konzipieren, bei denen MIS Strukturen und technologisch dotierte Gebiete beider Leitfähigkeiten nebeneinander eingesetzt werden.The above are exemplary embodiments without limitation has been described to the general public. Of course are within the scope of the general inventive concept the most diverse modifications possible such. B. the Use of other semiconductor materials, insulators and leader. In particular, instead of an n-type Semiconductor use a p-type semiconductor be det. It is also possible to use detectors design where MIS structures and technology endowed areas of both conductivities side by side be used.
Claims (19)
- a) die zur Verarmung des Grundgebietes der ersten Leit fähigkeit erforderlichen Gebiete der ersten und zwei ten Leitfähigkeit auf beiden Hauptoberflächen werden durch die Ausbildung von Inversions- und Akkumulations schichten im Oberflächenbereich unter den MIS Kontakten erzeugt, an denen gleichzeitig die influenzierte Sig nalladung abgegriffen wird;
- b) die zur Verarmung des Grundgebietes der ersten Leit fähigkeit erforderlichen Gebiete der ersten und zwei ten Leitfähigkeit sind vollkommen von Gebieten entge gengesetzter Leitfähigkeit umschlossen, die durch Akku mulation und Inversion von Ladungsträgern gebildet werden und deren Leitfähigkeit über MIS Kontakte ge steuert wird;
- c) die externe Spannungszuführung zu den Gebieten der ersten und zweiten Leitfähigkeit erfolgt von Gebieten der ersten und zweiten Leitfähigkeit aus, die sich vorzugsweise beide im Bereich einer der beiden Haupt oberflächen befinden.
- a) the areas of the first and second conductivity on both main surfaces required for the depletion of the base area of the first conductivity are generated by the formation of inversion and accumulation layers in the surface area under the MIS contacts, from which the influenced signal charge is tapped at the same time;
- b) the areas of the first and second conductivity required to impoverish the basic area of the first conductivity are completely enclosed by areas of opposite conductivity which are formed by accumulation and inversion of charge carriers and whose conductivity is controlled via MIS contacts;
- c) the external voltage supply to the areas of the first and second conductivity takes place from areas of the first and second conductivity, which are preferably both in the area of one of the two main surfaces.
Priority Applications (5)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4311762A1 (en) * | 1993-04-08 | 1994-10-13 | Josef Dr Kemmer | Method of connecting electrical contact points |
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| US4028719A (en) * | 1976-03-11 | 1977-06-07 | Northrop Corporation | Array type charge extraction device for infra-red detection |
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1991
- 1991-05-07 DE DE19914114821 patent/DE4114821B4/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|---|---|---|
| DE4311762A1 (en) * | 1993-04-08 | 1994-10-13 | Josef Dr Kemmer | Method of connecting electrical contact points |
Also Published As
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