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1 zeigt
ein Beispiel einer Sensoranordnung nach dem Stand der Technik, die
auf einer Oberfläche
des Glassubstrats 10 ausgebildet ist. Das Gate 12 schließt herkömmlicherweise
hoch leitfähiges
Metall ein und ist mit einer Taktleitung verbunden, zum Empfang
von Signalen, die die Leitfähigkeit eines
Dünnfilmtransistors
(Thin Film Transistor: TFT) steuern.
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Die
isolierende Schicht 20, herkömmlicher Weise ein Siliciumnitrid
(SiN) trennt das Gate 12 von der intrinsischen Halbleiterschicht 22,
der Schicht in der der Kanal des TFT ausgebildet ist. Die Halbleiterschicht 22 ist
herkömmlicher
Weise amorphes Silicium (a-Si)
und ist in dem Kanalgebiet durch eine isolierende Insel 24 abgedeckt,
die herkömmlicher
Weise in einer weiteren SiN-Schicht ausgebildet ist. Der Kanal erstreckt
sich daher von einem Verbindungsgebiet an einer Seite der Insel 24 zu
einem anderen Verbindungsgebiet an der anderen Seite der Insel 24.
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Die
dotierte Halbleiterschicht 30 und die leitfähige Metallschicht 32 werden
gemustert, um Kanalanschlüsse
für den
TFT auszubilden, und daher wird über
der Insel 24 eine Öffnung
ausgebildet, so dass die Kanalanschlüsse isoliert sind. Die dotierte
Halbleiterschicht 30 schließt einen Halbleiteranschluss
in elektrischem Kontakt mit dem Verbindungsgebiet an einer Seite
der Insel 24 und einen weiteren Halbleiteranschluss ein
elektrischem Kontakt mit dem Verbindungsgebiet an der anderen Seite
der Insel 24 ein. Aus Gründen des Prozesskompatibilität besteht
die dotierte Halbleiterschicht 30 herkömmlicher Weise aus stark n-dotiertem
(n+) a-Si, während die leitende Metallschicht 32 aufgespritztes
Chrom sein kann.
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Über der
Metallschicht 32 wird eine siliciumbasierende Sensorschicht 40 ausgebildet,
die als eine Diode arbeitet. Die Sensorschicht 40 kann
in einer herkömmlichen
p-i-n-Schicht oder in einer Schottky-Diodenschicht ausgebildet werden,
die in jedem Fall durch Plasma-verbesserte chemische Dampfablagerung
(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition: PECVD) abgeschieden
wird, herkömmlicher
Weise bei Temperaturen größer als
180 °C,
typischerweise zwischen 200–350 °C durchgeführt.
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Über der
Sensorschicht 40 zeigt die 1 ebenso
die Elektrodenschicht 42, herkömmlicher Weise eine Schicht
aus Indium-Zinn-Oxid (Indium-Tin-Oxide: ITO) und die untere Passivierungsschicht 44,
herkömmlicher
Weise eine Schicht aus siliciumbasierendem Dielektrik. Die Schicht 44 wird
gemustert, um Öffnungen
zu der Metallschicht 32 auf einer Seite des TFT und zur
ITO-Schicht 42 auf der anderen Seite auszubilden. Daraufhin
wird eine weitere leitende Metallschicht abgeschieden und gemustert, um
die Datenleitung 50 und die Vorspannungsleitung 52 zu
mustern, die jeweils zu der Metallschicht 32 und der ITO-Schicht 42 durch Öffnungen
verbunden sind. Schließlich
bedeckt die obere Passivierungsschicht 46 die Anordnung
und ist herkömmlicher
Weise eine weitere Schicht aus siliciumbasierendem Dielektrik.
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Kanicki,
J., Hasan, E., Griffith, J., Takamori, T. and Tsang, J.C., "Properties of High
Conductivity Phosphorous Doped Hydrogenated Microcrystalline Silicon
and Application in Thin Film Transistor Technology, " Mat. Res. Soc. Symp.
Proc., Vol. 149, 1989, pp. 239–246
offenbaren die Verwendung einer stark P-dotierten (n+)
mikrokistallinen Siliciumschicht (μc-Si:H) in einem Dünnfilmtransistor
(TFT) basierend auf hydrogeniertem amorphen Silicium als eine Kontaktzwischenschicht
zwischen einem Source-Drain-Metall
und einer a-Si:H-Schicht. Kanicki et al. offenbaren die Anwendung
in Erfassungselementen für
integrierte Sensoren.
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US-A-5,473,168
offenbart einen Dünnfilmtransistor
mit Kontaktschichten aus mikrokristallinen Silicium vom n-Typ.
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US-A-5,262,649
offenbart eine Detektoranordnung mit Spalten und Zeilen von Fotodioden
aus amorphen Silicium, wobei jede mit einem Dünnfilmtransistor verbunden
ist. Der Dünnfilmtransistor
kann mit einer a-Si:H-Schicht oder mit polykristallinem Silicium
ausgebildet sein.
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PARK
B ET AL: "Microcrystalline
silicon in image sensor" MICROCRYSTALLINE
SEMICONDUCTORS: MATERIALS SCIENCE AND DEVICES SYMPOSIUM, BOSTON,
USA, 30 NOV.–4
DEC. 1992, pages 609–614,
Mater. Res. Soc, USA. Ein linearer Bildsensor, der mit einem Dünnfilmtransistor als
ein Schaltelement betrieben wird, wobei jede Fotodiode mit einem
entsprechenden Dünnfilmtransistor
verbunden ist, ist untersucht worden. Die Licht-/Dunkelleitfähigkeit
der Fotodiode werden im Fall von amorphen Silicium und mikrokristallinem
Material verglichen. Der Einfluss in dem Kontaktwiderstand zwischen
der mikrokristallinen n+-Schicht und der
Source-/Drain-Metallelektrode, die Elekt ronenmobilität, die Schwellspannung,
und das Aus-/Ein-Stromverhältnis
des Dünnfilmtransistors
mit intrinsischer mikrokristalliner Siliciumschicht wurden ebenso
untersucht.
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US 4,571, 348 beschreibt
die Verringerung von Wasserstoffgehalt von vakuumabgelagerten Filmen.
Ein Verfahren zur Behandlung von dünnen Filmen, die einen erheblichen
Atomanteil von Wasserstoff enthalten, um zu ermöglichen, dass derartige Filme
höheren
Temperaturen ausgesetzt werden, ohne Blasen zu bilden. Die Filme
werden einer erheblichen, d.h. zerstörenden, hohen Implantierung vor
der Wärmebehandlung
ausgesetzt.
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US 4,842,892 beschreibt
ein Verfahren zur Ablagerung einer amorphen n
+-Siliciumschicht
auf kontaminierte Substrate. Ein Verfahren zur Ablagerung einer
ablösungsfreien,
blasenfreien PECVD-Dünnfilmschicht
aus n
+-amorphen Silicium aus der Zerlegung
einer gasförmigen
Mischung von Silan und Phosphin, auf ein Substrat, das eine oder mehrere
dünne Filmschichten
auf demselben aufweist, wobei Kontamination auf der freiliegenden Oberfläche der äußere Dünnfilmschicht
besteht.
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KANICKI
J ET AL: "PROPERTIES
OF HIGH CONDUCTIVITY PHOSPHOROUS DOPED HYDROGENATED MICROCRYSTALLINE
SILICON AND APPLICATION IN THIN FILM TRANSISTOR TECHNOLOGY" MATERIALS REASEARCH
SOCIETEY SYMPOSIUM PROCEEDINGS, vol. 149, 25 April 1989, pages 239–246. Es
wurden Dünnfilmtransistoren
hergestellt, die eine stark P-dotierte amorphe und mikrokristalline
Schicht zwischen einem Source-/Drain-Metall und einem a-Si:H-Kanal
einschließen.
Es wird gezeigt, dass ein n+μc-Si:H Source-/Drain-Kontakt
in dem Dünnfilmtransistor
sehr gute Eigenschaften bereitstellt, die eine mittlere effektive
Feldeffektmobilität,
Schwellspannung, und Ein-/Ausstromverhältnis von ungefähr 0,9 cm2V–1Sek–1,
unter 4 V, und über
107 jeweils erbringen.
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Es
ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Herstellung einer Sensoreinrichtung
zu verbessern, die ein Erfassungselement und einen Dünnfilmtransistor
einschließt,
insbesondere in Bezug auf die Vermeidung von Blasenbildung mit dotierten
Halbleiterkanalanschlüssen.
Dieses Ziel wird durch Bereitstellen eines Verfahrens zur Erzeugung
einer Sensoreinrichtung gemäß Anspruch
1 erreicht. Ausführungen der
Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen niedergelegt.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit einem Problem, das bei der Herstellung von Strukturen,
wie vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben,
entsteht. Der thermische Zyklus der PECVD-Ablagerung einer siliciumbasierten
Sensorschicht 40 schließt Temperaturen ein, die vergleichbar
zu denen sind, bei denen bisherige siliciumbasierende Schichten abgelagert
wurden, wodurch verursacht wird, dass Gas aus den bisherigen Schichten
entweicht. Das Gas kann Blasen zwischen den Schichten ausbilden. Beispielsweise
können
sich Blasen an den Seiten der dotierten Halbleiterschicht 30 bilden,
weil die Wärme verursacht,
dass Wasserstoff von der Schicht 30 zu den Grenzflächen mit
anderen Schichten transportiert wird, wo der Wasserstoff eingeschlossen
wird. Derartige Blasen verursachen Defekte in der resultierenden
Struktur, wie etwa Filmabblättern
oder Ablösung
und Partikelerzeugung, was zu einer Verschlechterung in der Ausbeute
und Zuverlässigkeit führt.
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Die
Erfindung verringert das Blasenbildungsproblem bei dotierten Halbleiter-Kanalanschlüssen, die
in einer Schicht aus mikrokistallinem Silicium (μc-Si) ausgebildet werden. Dies
entschäft
das Problem, weil die Halbleiterkanalschlüsse in der μc-Si-Schicht eine Struktur aufweisen können, die die
Blasenbildung während
der nachfolgenden Herstellung eines Erfassungselements in einer
anderen siliciumbasierenden Schicht verhindert.
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Die
Erfindung wird nachstehend durch ein Beispiel mit Bezug auf die
beiliegenden Zeichnungen beschrieben:
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1 ist
ein Querschnitt, der eine Sensoreinrichtung nach dem Stand der Technik
zeigt;
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2 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Hauptschritte in einem Verfahren zeigt,
das eine Halbleiterschicht mit μc-Si
herstellt;
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3 ist
ein schematisches Diagramm, das Beziehungen zwischen dem Wasserstoffdruck
und dem Druck zeigt, bei dem sich Blasen über einer siliciumbasierenden
Schicht ausbilden;
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4 ist
ein Diagramm, das Bereiche von Wasserstoff in Atomprozent in verschiedenen
siliciumbasierenden Materialien zeigt;
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5 ist
ein Diagramm, das Bereiche und Druckgradienten in verschiedenen
siliciumbasierenden Materialien zeigt;
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6 ist
ein Diagramm, das die Grenzschichtstabilität für verschiedene Grenzschichten zwischen μc-Si und
anderen Materialien zeigt;
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7 ist
eine schematische Darstellung, die eine Sensoranordnung und eine
Auslegung einer Zellbeschaltung in der Anordnung zeigt;
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8 ist
ein Querschnitt eines TFT in der Zellschaltung der 7 entlang
der Linie 8-8 in 7;
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9 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsschritte bei der Herstellung
der Anordnung der 7 zeigt;
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10 ist
ein Querschnitt eines alternativen TFT, der in der Zellschaltung
der Figur verwendet werden kann; und
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11 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Arbeitsschritte bei der Herstellung
einer Anordnung mit TFTs wie in 10 zeigt.
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Ein "Substrat" oder "Baustein" ist eine Einheit
aus Material, das eine Oberfläche
aufweist, auf der ein Schaltkreis ausgebildet oder angebracht werden
kann.
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Eine "Schicht" ist eine Dicke aus
Material, die über
einer Oberfläche
ausgebildet ist und sich im Allgemeinen parallel zu der Oberfläche erstreckt,
wobei eine Seite sich zu der Oberfläche hin und die andere Seite
sich von der Oberfläche
weg erstreckt. Eine Schicht kann zwei oder mehrere Schichten in
der Schicht enthalten, die als "Unterschichten" bezeichnet werden.
Eine Schicht kann homogen sein oder ihre Zusammensetzung kann variieren.
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Die
Durchführung
einer "physikalischen Dampfabscheidung" besteht darin, zu
veranlassen, dass ein Material auf einer physikalischen Struktur ohne
eine chemische Reaktion abgeschieden wird. Beispiele schließen Aufspritzen,
Vakuumverdampfen, Elektronenstrahlablagerung ein.
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Die
Durchführung
einer "chemischen
Dampfabscheidung" besteht
darin, zu veranlassen, dass ein Material auf einer physikalischen
Struktur durch Verwendung eines reagierenden Gases und einer Energiequelle
abgeschieden wird, um eine chemische Reaktion in der Gasphase zu
erzeugen.
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Die
Energiequelle kann thermisch, optisch oder von Natur aus ein Plasma
sein; "plasmagestützte chemische
Dampfablagerung" oder "PECVD" (plasma enhanced
chemical vapor deposition: PECVD) verwendet ein Plasma als Energiequelle. Eine "PECVD-Schicht" ist eine Schicht,
die mittels PECVD erzeugt wird.
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Eine "gemusterte Schicht" ist eine Schicht, die
ein Muster ausbildet. Beispielsweise kann eine gemusterte Schicht
durch Entfernen eines Teils einer Schicht ausgebildet werden, um
ein Muster auszubilden, oder durch Abscheiden einer Schicht in einem Muster.
Die Durchführung
von "Lithografie" oder "lithografisches Mustern" besteht darin, eine
Strahlungsquelle zu verwenden, um ein Maskenmuster auf eine Schicht
von strahlungsempfindlichem Material zu übertragen und daraufhin das
strahlungsempfindliche Material zu entwickeln, um eine positive
oder negative Kopie des Maskenmusters zu erhalten. Das strahlungsempfindliche
Material wird als "Abdecklack" oder "Fotolack" bezeichnet. Wenn
dieses für Ätzen verwendet
wird, kann ein Muster aus Fotolack, das aus der Entwicklung resultiert,
als "Muster aus Maskenmaterial" oder einfach eine "Maske" bezeichnet werden.
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Eine "lithografisch gemusterte
Schicht" ist eine
Schicht, in der ein Muster durch Durchführung von Lithografie ausgebildet
wurde, um ein Muster des Maskenmaterials zu erzeugen und durch darauffolgendes
Wegätzen
entweder des Teiles der Schicht, der durch das Muster nicht bedeckt
ist oder des Teiles, der abgedeckt ist.
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Ein
Prozess "implantiert" eine Dotierung in einen
Teil einer Schicht, wenn der Prozess veranlasst, dass Partikel der
Dotierung in den Teil der Schicht gelangen. Implantieren schließt daher
sowohl herkömmliche
Ionenimplantierung als auch "Ionenschauer"-Dotierung ein.
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Bei
einer Struktur an einer Oberfläche, "bedeckt" ein Teil einer ersten
Schicht oder "ist über" einem Teil einer
zweiten Schicht, wenn sich der Teil der zweiten Schicht zwischen
dem Teil der ersten Schicht und der Oberfläche befindet. Ein Teil einer
ersten Schicht wird "über" einem Teil einer
zweiten Schicht "ausgebildet", wenn der Teil der
ersten Schicht eine untere Seite aufweist, die mit der oberen Seite
des Teiles der zweiten Schicht an einer Grenzfläche zwischen der ersten und
der zweiten Schicht zusammenkommt.
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Eine
Schicht oder ein Teil einer Schicht ist "dotiert", wenn diese/dieser Dotierung enthält und ist "undotiert" oder "intrinsisch", wenn sie/er diese
nicht enthält.
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Ein
Arbeitsschritt "lagert
eine dotierte Schicht ab",
wenn der Arbeitsschritt die Schicht derart abscheidet, dass diese
Dotierung erhält,
wenn diese abgeschieden ist. Eine derartige Schicht kann als eine "abgeschiedene dotierte
Schicht" bezeichnet werden,
um dieselbe von einer Schicht zu unterscheiden, die nach der Abscheidung
dotiert wird.
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Ein "Anschluss" ist ein Teil einer
Komponente, an dem die Komponente elektrisch mit anderen Komponenten
verbunden ist. Eine "Leitung" ist eine einfache
Komponente, die sich zwischen zwei oder mehr Anschlüssen erstreckt
und diese elektrisch verbindet. Eine Leitung ist "verbunden zwischen" den Komponenten
oder Anschlüssen,
die sie elektrisch verbindet. Ein Anschluss einer Komponente ist
mit einem Anschluss einer anderen Komponente "verbunden", wenn die zwei Anschlüsse durch
eine Kombination von Anschlüssen
und Leitungen verbunden sind. Bei einer integrierten Schaltung können die
Anschlüsse
von zwei Komponenten ebenso "verbunden" sein durch Ausbildung
als ein einziger Anschluss, der Teil von zwei Komponenten ist.
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Bei
einer Dünnfilmstruktur
weisen die Bezeichnungen "Gate-Gebiet", "gated Gebiet" und "Kanal" miteinander in Beziehung
stehende Bedeutungen auf. Ein "Gate-Gebiet", das manchmal als
ein "Gate" bezeichnet wird,
ist ein Teil einer Schicht, der die Leitfähigkeit eines "gated Gebiets" steuert, das Teil
einer weiteren Schicht ist, typischerweise festgelegt durch die
Projektion des Gate-Gebiets auf die andere Schicht; umgekehrt ist
ein "gated Gebiet" ein Teil einer Schicht
mit Leitfähigkeit,
die sich in Abhängigkeit
von dem Gate-Gebiet ändert;
ein "Kanal" wird ausgebildet,
wenn ein Strom durch ein gated Gebiet fließt. Ein Kanal ist "hoch leitfähig" oder "ON", wenn sich der Kanal
in einem Zustand befindet, in dem ein Strom frei durch diesen fließen kann.
Ein Kanal ist "OFF", wenn der Kanal
sich in einem Zustand befindet, in dem ein sehr kleiner Strom durch
diesen fließen
kann.
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Ein "Transistor" ist eine Komponente,
die einen Kanal oder eine Folge von Kanälen aufweist, die sich zwischen
zwei Kanalanschlüssen
ausdehnen, und die ebenso einen dritten Anschluss, bezeichnet als
ein "Gate-Anschluss" oder einfach "Gate" derart aufweist,
dass der Kanal oder die Folge von Kanälen durch Signale, die den
Potenzialunterschied zwischen dem Gate und einem der Kanalanschlüsse, der
als die "Source" bezeichnet wird, ändern, zwischen
ON und OFF geschaltet werden. Der Kanalanschluss, der nicht die
Source ist, wird als die "Drain" bezeichnet. Andere
Komponenten können
Anschlüsse
haben, die als Gates, Sources und Drains in Analogie zu Transistoren
bezeichnet werden.
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Eine "kristalline Kornstruktur" oder einfach "Kornstruktur" in einem Material
ist ein kristalliner Teil des Materials. Eine "Korngröße" ist eine Größe einer kristallinen Kornstruktur
oder eine Größe, die
repräsentativ
ist für
eine Ansammlung von kristallinen Kornstrukturen.
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Wie
hier verwendet, bedeutet "mikrokristallines
Silicium" oder "μc-Si" ein Silicium, das mit kristallinen
Kornstrukturen ausgebildet ist, die Korngrößen größer als 20 Å (2 nm) aufweisen. μc-Si kann
von amorphem Silicium(a-Si) basierend auf dem Vorhandensein von
kristallinen Kornstrukturen unterschieden werden – wirklich
amorphes Silicium weist keine kristallinen Kornstrukturen auf. Kristalline
Kornstrukturen können
beobachtet weiden, beispielsweise, durch Raman-Streuung, Transmissionselektronenmikroskopie
(Transmission Electron Microscopy: TEM), durch abtastende Elektronenmikroskopie (Scanning
Electron Microscopy: SEM) oder durch Röntgenbeugung. Dotiertes μc-Si kann
ebenso von dotiertem a-Si durch elektrische Messungen wie etwa den
Blattwiderstand unterschieden werden – dotiertes a-Si weist einen
höheren
Widerstand auf. Im Gegensatz zu herkömmlichen polykristallinem Silicium
(poly-Si) werden sowohl μc-Si
als auch a-Si typischerweise durch Niedertemperaturprozesse hergestellt,
bei denen Substrattemperaturen 350 °C nicht überschreiten, wie etwa PECVD,
einschließlich PECVD
mit remotem Plasma, Aufspritzen, und Verdampfung mit einem nicht
erwärmten
oder leicht erwärmten
Substrat. Es können
verschiedene Parameter angepasst werden, um festzulegen, ob a-Si
oder μc-Si
hergestellt wird, eingeschlossen dem Verhältnis von H2,
Gasdruck, RF-Leistung, und so fort. Im Gegensatz zu μc-Si und
a-Si weist poly-Si scharfe Korngrenzen auf und ist im Wesentlichen
wasserstofffrei. Poly-Si wird typischerweise durch CVD mit niedrigem
Druck (LPCVD), durch PECVD bei hoher Temperatur oder durch nachträgliches
Wärmebehandeln
von a-Si hergestellt. Daher schließt μc-Si mehr Wasserstoff ein als
poly-Si und weist eine größere Verteilung
von Korngrößen auf.
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Ein "siliciumbasierendes
Material" ist ein
Material, in welchem Silicium eine Hauptkomponente ist. Beispiele
schließen
kristallines Silicium, a-Si, μc-Si, poly-Si,
Siliciumnitrid, Siliciumcarbid, Silicium-Gennanium-Legierungen usw.
ein.
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Ein "Kanalanschluss" ist ein Anschluss,
der mit einem Kanal verbindet. Ein Kanal kann sich beispielsweise
zwischen zwei "Verbindungsgebieten" erstrecken, die
elektrisch mit zwei Kanalanschlüssen verbunden
sind.
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Ein
Teil einer Schicht ist "in
elektrischem Kontakt mit" einem
Teil einer anderen Schicht, wenn die beiden Teile in der Weise zusammenkommen, dass
sie elektrisch verbunden sind. Beispielsweise kann ein Halbleiterkanalanschluss
sich in elektrischem Kontakt mit einem Kontaktgebiet an einem Ende
eines Halbleiterkanals befinden, wenn der Halbleiterkanalanschluss
sich unmittelbar über
oder unter dem Anschlussgebiet in einer anderen Schicht befindet
oder sich unmittelbar benachbart zu dem Anschlussgebiet in derselben
Schicht befindet. In ähnlicher
Weise kann ein metallischer Kanalanschluss in elektrischem Kontakt
mit einem Halbleiterkanalanschluss sein, wenn der metallische Kanalanschluss
sich entweder unmittelbar über
oder unter dem Halbleiterkanalanschluss in einer anderen Schicht
befindet.
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Ein
Teil einer Schicht weist "eine
Struktur auf, die die Bildung von Blasen verhindert" an einer Seite der
Schicht während
eines Arbeitsschritts, wenn die Struktur des Teils eine strukturelle
Eigenschaft aufweist, die die Bildung von Blasen verhindert. Wenn der
Arbeitsschritt ein Arbeitsschritt von hoher Temperatur ist wie etwa
die Herstellung eines Erfassungselements in einer siliciumbasierenden
Schicht, kann die Struktur beispielsweise die Bildung von Blasen verhindern
durch Verringerung der Produktion von Gas, durch Ermöglichen
von Dissipation von Gas, oder durch Verstärken der Struktur, sodass das
Gas keine Blasen verursachen kann. Wenn der Teil der Schicht ein
Halbleiterkanalanschluss ist, der in einer siliciumbasierenden Schicht
ausgebildet ist, kann die Struktur beispielsweise eine ausreichend
kleine Menge von Wasserstoff einschließen, um die Bildung von Blasen
zu verhindern; kann Kornstrukturen einschließen, die es ermöglichen,
dass der Wasserstoff mit einer ausreichenden Rate dissipiert, um
die Bildung von Blasen zu verhindern; oder kann Grenzflächen aufweisen,
die ausreichend stabil sind, um die Bildung von Blasen zu verhindern.
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Ein "Erfassungselement" ist eine Komponente,
die einen Stimulus empfangen kann und die ein elektrisches Signal
bereitstellen kann, das ein Maß für den empfangenen
Stimulus anzeigt. Der empfangende Stimulus kann elektromagnetische
Strahlung, Druck, Temperatur, Chemikalien oder jeglicher andere
Stimulus sein, der erfasst und gemessen werden kann.
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In ähnlicher
Weise ist eine "Sensoreinrichtung" eine Einrichtung,
die Information empfangen kann in einer Form anders als elektrische
Signale und die ein elektrisches Signal bereitstellen kann, das
die empfangene Information anzeigt.
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Die
Bezeichnungen "Anordnung" und "Zelle" stehen in Beziehung
zueinander: Eine "Anordnung" ist ein hergestellter
Artikel, der eine Anordnung von "Zellen" einschließt. Beispielsweise,
schließt
eine "zweidimensionale
Anordnung" oder "2D-Anordnung" eine Anordnung von
Zellen in zwei Dimensionen ein. Eine 2D-Anordnung von Schaltungen
kann Zeilen und Spalten einschließen, mit einer Leitung für jede Zeile
und einer Leitung für
jede Spalte. Leitungen in einer Richtung können "Datenleitungen" sein, durch die eine Zelle Signale
erhält
oder bereitstellt, bezeichnet als "Datensignale", die deren Status festlegen oder anzeigen.
Leitungen in der anderen Richtung können als "Taktleitungen" bezeichnet werden, durch die eine Zelle
ein Signal empfängt,
bezeichnet als "Taktsignal", das diese in die
Lage versetzt Signale von ihrer Datenleitung zu empfangen oder Signale zu
dieser bereitzustellen.
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Eine "Sensoranordnung" ist eine Sensoreinrichtung,
die Information in der Form eines Bildes oder eines Musters empfängt, das
durch eine Anordnung von Erfassungselementen detektiert werden.
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In
einer Legierung oder einer anderen Mischung von zwei oder mehr Elementen
kann die Beziehung zwischen den Mengen der Atome der Elemente als "Atomprozent", "Atomproportion" oder "Atomverhältnis" ausgedrückt werden.
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Der
Arbeitsschritt in Kasten 100 in 2 erzeugt
eine Halbleiterschicht. Hierbei scheidet der Arbeitsschritt in Kasten 100 eine μc-Si-Schicht
ab und die μc-Si-Schicht
wird strukturiert, um die Bildung von Blasen an den unteren und
oberen Seiten der Halbleiterschicht während der nachfolgenden Herstellung eines
Erfassungselements in einer siliciumbasierenden Schicht zu verhindern.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 102 erzeugt daraufhin ein Erfassungselement
in einer siliciumbasierenden Schicht über der Halbleiterschicht.
Wegen der Struktur der μc-Si-Schicht, resultiert
der Arbeitsschritt in Kasten 102 nicht in der Bildung von
Blasen an den unteren und oberen Seiten der Halbleiterschicht.
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Der
untere Teile von 3 zeigt einen teilweisen Querschnitt
der Struktur 110, die ein Substrat 112 mit einer
Oberfläche 114 einschließt, auf
der Schichten ausgebildet wurden und wobei ein Abstand in der z-Dimension
nach oben von der Fläche 114 gemessen
wird. Die siliciumbasierende Schicht 120 ist über der
Schicht 122, wobei die Schichten 120 und 122 an
einer Grenzfläche 124 zusammentreffen. In ähnlicher
Weise ist die Schicht 126 über der siliciumbasierenden
Schicht 120, wobei sich die Schichten 120 und 126 an
der Grenzfläche 128 treffen.
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Der
obere Teil der 3 zeigt eine grafische Beziehung
zwischen drei Messungen von Gasdruck, die in der z-Dimension variieren.
Die gestrichelte Kurve an der Oberseite zeigt den Schwellwert des
Gasdrucks, über
dem Blasen ausgebildet werden. Da jede der Schichten 120, 122 und 126 ein
hohes Ausmaß von
struktureller Stabilität
aufweisen, ist der Schwellwert für
die Blasenausbildung in jeder Schicht sehr hoch. Die Struktur an
den Grenzflächen 124 und 128 ist
jedoch nicht so stabil, so dass der Grenzwert für Blasenbildung abfällt – ein relativ
niedriger Gasdruck kann verursachen, dass sich eine Blase an einer
der Grenzflächen
ausbildet.
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Die
zwei durchgezogenen Kurven zeigen den Druck des Wasserstoffgases
(H2) bei zwei Temperaturen an, einer niedrigeren
Temperatur (TL) und einer höheren Temperatur
(TH). Es ist ersichtlich, dass der H2-Druck bei TL unter
der Schwelle für
Blasenbildung verbleibt, so dass Blasen nur sehr unwahrscheinlich
ausgebildet werden, wenn die nachfolgende Bearbeitung der Struktur 110 Temperaturen von
größer als
TL nicht betrifft. Wenn aber nachfolgende
Bearbeitung Temperaturen bis zu TH erfordert, wobei
diese Temperatur bei der Herstellung eines Erfassungselements in
einer weiteren siliciumbasierenden Schicht auftreten könnte, steigt
der H2-Druck an, und es wird wahrscheinlich,
dass sich Blasen an einer oder beiden Grenzflächen ausbilden werden.
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Die
Pfeile in dem oberen Teil der 3 schlagen
drei bestimmte Vorgehensweisen zur Vermeidung von Blasenbildung
vor. Die erste Vorgehensweise, die durch den Pfeil mit der Zahl "1" in einem Kreis veranschaulicht ist,
modifiziert die Struktur der Schicht 126 so, dass Wasserstoff
aus der Schicht 120 in die Schicht 126 gelangen
kann, wodurch der Druck an der Grenzfläche 128 verringert
wird. Ein Beispiel für
die erste Vorgehensweise kann mit Bezug auf 1 verstanden
werden, in der die Schicht 32 aus einem Material ausgebildet
werden kann, das es ermöglichen
würde,
dass Wasserstoff in einer Rate dissipiert, die die Blasenbildung
vermeiden würde.
Im Gegensatz zu der ersten Vorgehensweise betreffen die anderen
drei Vorgehensweisen alle Änderungen
in der Struktur der Schicht 120.
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Die
zweite Vorgehensweise, die durch den Pfeil mit der Zahl "2" in einem Kreis veranschaulicht ist,
stellt die Schicht 120 mit einem niedrigeren Atomprozentsatz
für H bereit,
so dass weniger H2 bei TH erzeugt
wird. Wenn der Atomprozentsatz von H ausreichend klein ist erreicht
die TH-Kurve des Wasserstoffdrucks den Schwellwert
für Blasenformati on
nicht, und es ist unwahrscheinlich, dass sich Blasen an einer der
Grenzflächen
ausbilden.
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Die
dritte Vorgehensweise, die durch den Pfeil mit der Zahl "3" in einem Kreis veranschaulicht wird,
stellt die Schicht 120 mit einer Struktur bereit, die es
ermöglicht,
dass Wasserstoff dissipiert, so dass die Steigung der TH-Kurve
des H2-Drucks weniger steil ist über den
Grenzflächen 124 und 128. Wenn
die Steigung ausreichend klein ist, erreicht die TH-Kurve
wieder nicht den Schwellwert für
die Blasenbildung, und es ist unwahrscheinlich, dass sich Blasen
an einer der Grenzflächen
ausbilden.
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Die
vierte Vorgehensweise, die durch den Pfeil mit der Zahl "4" in einen Kreis veranschaulicht wird,
stellt die Schicht 120 mit einer Struktur bereit, die eine
höhere
Stabilität
an den Grenzflächen 124 und 128 bereitstellt.
Im Ergebnis wird der Schwellwert für die Blasenbildung an jeder
der Grenzflächen 124 und 128 angehoben.
Wenn die Grenzflächen ausreichend
stabil sind, so dass die TH-Kurve den Schwellwert
für die
Blasenbildung nicht erreicht, ist es unwahrscheinlich, dass sich
Blasen an einer der Grenzflächen
ausbilden.
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Die 4, 5 und 6 veranschaulichen
jeweils wie die zweite, dritte und vierte Vorgehensweise verfolgt
werden kann, wenn die siliciumbasierende Schicht 120 eine
Schicht aus μc-Si
ist.
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In
der Balkendarstellung der 4 zeigt
die vertikale Achse die Atomprozente von H an. Wie gezeigt schließen typische
a-Si-Materialien zwischen 5 und 20 Atomprozent von H ein, während brauchbare μc-Si-Materialien
weniger als 5 Atomprozent von H und typischerweise 1–3 Atomprozent
von H oder weniger aufweisen können.
Daher kann der Wechsel von einer Schicht aus a-Si zu einer Schicht
von μc-Si mit
niedrigem H die Atomprozent von H erheblich reduzieren. Weil die
Blasenbildung direkt mit den Atomprozenten von H in einem siliciumbasierenden
Material korreliert, kann die Verringerung der Atomprozente von
H die Blasenbildung verhindern.
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In
der Balkendarstellung der 5 zeigt
die vertikale Achse die Rate der H2-Dissipation
an, die als Δp/Δt gemessen
werden kann, wobei Δp
eine inkrementale Differenz im Druck und Δt eine inkrementale Zeit ist.
Wie gezeigt wird angenommen, dass die maximale Rate der H2-Dissipation, die in typischen a-Si-Materialien
auftreten kann, niedriger ist als das Minimum, das in μc-Si-Materialien
auftreten kann, als ein Ergebnis der kristallinen Kornstrukturen
in dem μc-Si.
Die kristallinen Kernstrukturen sind relativ dicht und sind von
weniger dichtem Material umgeben. Obwohl die H2-Bewegung
innerhalb des dichten Materials der Kernstrukturen verhindert wird,
wird angenommen, dass die Kerngrenzen und das weniger dichte Material
eine höhere
Mobilität
für Wasserstoff aufweisen,
wodurch ermöglicht
wird, dass Wasserstoff dissipiert.
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Über das
Spektrum der kristallinen Kornstrukturgröße, die von sehr klein in einigen μc-Si zu sehr
groß in
einem Einkristallsilicium variieren, wird angenommen, dass die H2-Dissipation zunimmt, wenn die kristallinen
Kernstrukturen in der Größe von a-Si
zu μc-Si
zunehmen, wobei diese ein Maximum erreicht bei Mikrostrukturgrößen, die
charakteristisch sind für
einige μc-Si
oder poly-Si, und daraufhin wieder abfällt, bevor die Größe sich
derjenigen eines Einkristall-Siliciums nähert. Es wird ebenso angenommen,
dass die Rate der H2-Dissipation mit der Form
der kristallinen Kernstruktur variiert, wobei säulenförmige Strukturen eine schnellere
Dissipation als kugelförmige
Formen erlauben. Wenn die kristallinen Kernstrukturen in μc-Si geeignete
Größe und Formen aufweisen,
dissipiert daher H2 schnell, wodurch es unwahrscheinlicher
wird, dass der Schwellwert für Blasenbildung
erreicht wird.
-
In
der Balkendarstellung der 6 zeigt
die vertikale Achse die Grenzflächenstabilität an, die
in Blasen pro Flächeneinheit
gemessen werden kann. Wie gezeigt resultiert eine schwache Grenzfläche zwischen μc-Si und
einem Source-Drain-Metall in erheblich mehr Blasen pro Flächeneinheit
als eine starke Grenzfläche
zwischen denselben Materialien. Eine schwache Grenzfläche kann
beispielsweise durch das Vorhandensein von Oxid oder anderen Substanzen
auf einer μc-Si-Oberfläche bevor
das Source-Drain-Metall über
dieser abgeschieden wird, erzeugt werden, oder durch Abwarten einer
längeren Zeit,
wie etwa einige Tage, um das Source-Drain-Metall auf einer μc-Si-Oberfläche abzuscheiden,
wodurch ermöglicht
wird, dass sich Oxid ausbildet. Wenn die Grenzfläche μc-Si/Source-Drain-Metall mit ausreichender
Stabilität
strukturiert ist wird daher der Schwellwert für Blasenbildung an der Grenzfläche vergrößert, wodurch
es unwahrscheinlicher wird, dass der Schwellwert der Blasenbildung
erreicht wird.
-
Die
nachfolgend beschriebenen Implementierungen stellen eine Sensoranordnung
mit aktiver Matrix mit TFTs als Schaltelemente bereit.
-
7 zeigt
eine Sensoranordnung, bei der Kanalanschlüsse in mikrokristallinem Silicium
ausgebildet sind, um Blasenbildung zu vermeiden.
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Die
Anordnung 200 in der 7 schließt ein Glassubstrat 202 ein,
auf dessen Oberfläche
eine Schaltungsanordnung 204 ausgebildet ist. Die Schaltungsanordnung 204 schließt Zellen
ein, wobei eine repräsentative
Zelle 206 genauer gezeigt ist.
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Die
Zelle 206 schließt
Zellbeschaltung ein, die Signale für eine Datenleitung 210 bereitstellt,
in Reaktion auf Taktsignale auf der Taktleitung 212. Die Komponenten,
die die Zellbeschaltung ausbilden sind ebenso durch die Datenleitung 214 und
die Taktleitung 216 abgegrenzt.
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Das
Gate 220, das in derselben Schicht wie die Taktleitungen 212 und 216 ausgebildet
ist und elektrisch mit der Kontaktleitung 212 verbunden
ist, erstreckt sich unter einem Kanal eines a-Si TFT, wie nachfolgend
mit Bezug auf 8 erläutert wird. Über dem
Gate 220 werden Kanalanschlüsse 222 und 224 ausgebildet,
jeder mit einem n+ μc-Si-Halbleiteranschluss und einem Anschluss
aus leitfähigem
Metall. Wie gezeigt weist der Kanalanschluss 222 eine elektrische
Verbindung 226 zu der Datenleitung 210 auf, die
durch eine Öffnung
in der isolierenden Schicht zwischen dem Kanalanschluss 222 und
der Datenleitung 210 ausgebildet werden kann.
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Die
Schichten, die den Kanalanschluss 224 ausbilden, können nahezu
die gesamte Fläche
bedecken, die durch die Datenleitungen 210 und 214 und die
Taktleitungen 212 und 216 begrenzt wird. Über dem
Kanalanschluss 224 befindet sich das Erfassungselement 230,
wobei eine Diode in einer Halbleiterschicht und eine Elektrode in
einer leitenden Metallschicht ausgebildet ist. Die Vorspannungsleitung 232,
die in derselben Schicht wie die Datenleitungen 210 und 214 ausgebildet
ist, weist eine elektrische Verbindung 234 zu der Elektrode
des Erfassungselements 230 auf.
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Der
Querschnitt in der 8 zeigt das Glassubstrat 202 mit
der Oberfläche 250,
auf der der TFT 252 ausgebildet wird. Das Gate 220 wird
auf der Fläche 250 ausgebildet
und ist elektrisch mit der Taktleitung 212 verbunden, wie
in 7 gezeigt.
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Die
isolierende Schicht 254, eine Schicht aus SiN, trennt das
Gate von der intrinsischen Halbleiterschicht 256, der Schicht
aus a-Si, in der der Kanal des TFT 252 ausgebildet ist.
Die Halbleiterschicht 256 ist in dem Kanalgebiet durch
die isolierende Insel 258 abgedeckt, einer weiteren Schicht
aus SiN.
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Die
Halbleiteranschlüsse 260 und 262 sind
in einer n+ μc-Si-Schicht ausgebildet und
stehen in elektrischem Kontakt mit den Verbindungsgebieten des Kanals
an beiden Sei ten der Insel 258. Die Metallanschlüsse 264 und 266 sind
in einer Schicht aus Chrom oder einem anderen leitfähigen Metall
ausgebildet. Der Halbleiteranschluss 260 und der Metallanschluss 264 bilden
zusammen einen Kanalanschluss des TFT 252 aus, während der
Halbleiteranschluss 262 und der Metallanschluss 266 den
anderen Kanalanschluss ausbilden.
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8 zeigt
ebenso die untere Passivierungsschicht 270 und die obere
Passivierungsschicht 272, wobei jede Schicht aus Siliciumoxynitrid
ist.
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Die
Bearbeitungsschritte in 9 stellen eine Anordnung mit
einer Schicht aus dotiertem μc-Si wie
in 8 her und sind ähnlich zu denjenigen, die in
Bezug auf 6 von US-A-5,648,674 beschrieben werden.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 300 in der 9 kann durch
Vorbereiten der Oberfläche 250 des
Substrats 202 beginnen, das ein Glassubstrat wie etwa Corning
7059 Glas sein kann. Der Arbeitsschritt im Kasten 300 kann
irgendeine notwendige Reinigung einschließen. Der Arbeitsschritt im
Kasten 300 stellt daraufhin die erste gemusterte, leitende
Schicht mit den Taktleitungen 212 und 216 und
dem Gate 220 her. Beispielsweise kann der Arbeitsschritt
im Kasten 300, wie in US-A-5,648,674 beschrieben, Nebenanschlüsse aus
Aluminium, 8 μm
breit und 800 Å (80 nm)
dick herstellen; daraufhin kann der Arbeitsschritt im Kasten 300 durch
Spritzablagerung eine Legierung aus Titan und Wolfram mit einer
Dicke von ungefähr
1200 Å (120
nm) herstellen, daraufhin fotolithografische Techniken verwenden,
um eine Maske herzustellen und Ätzen,
um Taktleitungen ungefähr 14 μm breit und
andere Merkmale wie in 7 zu erhalten.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 300 kann alternativ andere Techniken
verwenden. Beispielsweise könnte
die leitfähige
Schicht durch Aufspritzen abgelagertes MoCr einschließen oder
eine viellagige Struktur von alternierenden Schichten aus Aluminium und
TiW, oder Aluminium mit einer zweifachen, dielektrischen Abdeckschicht,
die unter niedriger Temperatur abgeschiedenes SiON und SiN einschließen, das
bei hoher Temperatur aus chemischem Dampf unter Plasmaunterstützung (PECVD)
abgeschieden wird. Diese Techniken werden eingehender in EP-A 1-0
680 088, in US-A-5,518,805 und in EP-A2-0 681 327 erörtert.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 302 stellt daraufhin die isolierende
Schicht 254, die intrinsische Halbleiterschicht 256 und
die isolierende Schicht her, die die Insel 258 einschließt durch
eine Aufeinanderfolge von PECVD-Schritten. Die isolierende Schicht 254 kann Siliciumnitrid
sein, das bei ungefähr 300–380 °C zu einer
Dicke von ungefähr
3000 Å (300 nm)
abgeschieden wird. Die intrinsische Halbleiterschicht 256 kann
eine Schicht aus intrinsischem a-Si sein, die 5–12 % Wasserstoff einschließt und die
bei ungefähr
230–300 °C zu einer
Dicke von ungefähr 300–500 Å (30–50 nm)
abgeschieden wird; die intrinsische Halbleiterschicht 256 kann
alternativ aus intrinsischem μc-Si
sein, das wie nachstehend in Bezug auf Kasten 310, aber
ohne PH3 abgeschieden wird; oder die intrinsische
Halbleiterschicht 256 könnte
eine geeignet ausgebildete Schicht aus intrinsischem Polysilicium
sein. Die obere isolierende Schicht, die die Insel 258 einschließt, kann
Siliciumnitrid sein, das hauptsächlich
als ein Ätzstopp
bei 200–250 °C zu einer
Dicke von ungefähr
1000–1500 Å (100–150 nm)
abgeschieden wird.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 304 mustert die obere isolierende
Schicht, um die Insel 258 herzustellen. Der Arbeitsschritt
in Kasten 304 kann fotolithografische Techniken verwenden,
um die Inseln durch Belichtung einer Schicht aus Fotolack unter Verwendung
einer fotolithografischen Maske und durch nachfolgendes Ätzen herzustellen,
um die belichteten Gebiete des Fotolacks und daraufhin die freigelegten
Abschnitte der oberen isolierenden Schicht zu entfernen. Der Arbeitsschritt
im Kasten 304 kann ebenso eine Reinigung einschließen, wie etwa
herkömmliches
Reinigen mit einem nassen Ätzmittel,
um entstandenes Oxid zu entfernen, so dass eine stabile Grenzschicht
mit einer Schicht aus μc-Si ausgebildet
wird. Es muss Sorgfalt darauf verwendet werden, die Erzeugung von
Defekten zu vermeiden, die die Grenzschicht schwächen könnten.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 310 lagert eine Schicht aus n+ μc-Si
mit wenig H über
der gereinigten Oberfläche
der Schicht 256 und der Insel 258 ab. Der Arbeitsschritt
im Kasten 310 kann μc-Si
abscheiden durch als erstes Durchführen von plasmaverbessertem
CVD bei 0,1–2,0
Torr (13,3–266
Pa) mit 2 % einer Mischung von SiH4 und
PH3 und weiteren 98 % H2 bei einer
hohen Abscheidungsleistung und 13,56 Megahertz RF, um eine stark
n+ dotierte μc-Si-Schicht bei 200–300 °C mit 1–3 Atomprozent
Wasserstoff zu einer Dicke von 500–1000 Å (50–100 nm) abzuscheiden. Die
PH3-SiH4-Mischung
kann 0,5–5,0
% PH3 aufweisen. Die μc-Si-Schicht sollte dick genug
sein, um ausreichend leitfähig
zu sein, um als ein Kanalanschluss zu arbeiten. Die Verhältnisse
der Gase sollten so ausgewählt
werden, dass eine geeignete Korngröße und ein geeignetes Ausmaß von Dotierung
erhalten werden. Die μc-Si-Schicht
kann beispielsweise mit 0,5–5,0
% Phosphor dotiert werden. Das μc-Si
sollte derart entwickelt werden, dass mikrokristalline Kern strukturen,
wie etwa säulenförmige Kernstrukturen
die Dissipation von Wasserstoff erlauben und die Bildung von Blasen
verhindern.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 312 taucht die Schicht aus μc-Si von
dem Kasten 310 in ein geeignetes Lösungsmittel wie etwa verdünnte HF,
um Oxid zu entfernen. Dieser Arbeitsschritt hilft dabei, sicherzustellen,
dass eine stabile Grenzschicht mit der folgenden Schicht ausgebildet
werden kann. Alternativ dazu könnte
RF angewendet werden (backsputter), um Oxid zu entfernen. Der Arbeitsschritt
im Kasten 312 kann ebenso das Schneiden von Öffnungen
in periphere Teile einschließen.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 314 lagert eine Folge von Schichten
ab, in denen die Erfassungselemente ausgebildet werden können. Die
erste Schicht ist ein Source-Drain-Metall, in dem Kanalanschlüsse 264 und 266 aus
Metall ausgebildet werden; diese kann eine aufgespritzte Schicht
aus Chrom sein, die eine stabile Grenzfläche mit der μc-Si-Schicht ausbildet.
Die nächsten
Schichten sind Schichten einer Diode und können eine herkömmliche
p-i-n-Schicht oder eine Schottky-Diodenschicht sein, die in beiden Fällen durch
plasmaverbesserte chemische Dampfabscheidung (PECVD) bei Temperaturen
von 200–250 °C abgeschieden
werden. Die letzte Schicht ist eine Schicht aus hoch leitfähigem, transparentem Material,
in der die obere Elektrode des Erfassungselements ausgebildet wird;
dies kann eine Schicht aus Indium-Zinn-Oxid (indium-tin-oxide: ITO)
sein, die unter Verwendung von reaktiven Aufspritztechniken in 0,5–1,5 % O2 zu einer Dicke von ungefähr 500–1000 Å (50–100 nm)
abgeschieden wird.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 320 mustert die ITO und die Diodenschichten,
um das Erfassungselement herzustellen. Der Arbeitsschritt im Kasten 320 kann
fotolithografische Techniken verwenden, die eine Schicht aus Fotolack
unter Verwendung einer fotolithografischen Maske belichten und nachfolgendes Ätzen, um
die belichteten Gebiete des Fotolacks und daraufhin die freigelegten
Abschnitte der ITO und der Diodenschichten zu entfernen. Der Arbeitsschritt
im Kasten 320 kann ebenso die ITO-Schicht bei einer Temperatur
von 200–230 °C für ungefähr eine
Stunde wärmebehandeln.
Der Arbeitsschritt im Kasten 320 kann ebenso Öffnungen über peripheren
Teilen in die Chromschicht schneiden.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 322 mustert die Source-Drain-Metallschicht,
die μc-Si-Schicht und die intrinsische
a-Si-Schicht, um den Transistor 252 fertigzustellen. Der
Arbeitsschritt im Kasten 322 kann in ähnlicher Weise fotolithografische
Techniken verwen den, die eine Schicht aus Fotolack unter Verwendung
einer fotolithografischen Maske belichten und nachfolgendes Ätzen, um
die belichteten Gebiete des Fotolacks und daraufhin die freigelegten
Abschnitte der Source-Drain-Metallschicht, der μc-Si-Schicht und der intrinsischen
a-Si-Schicht zu entfernen. Die Insel 258 wirkt als ein Ätzstopp,
um das Ätzen
des Kanals des TFT 252 zu verhindern.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 324 stellt die untere Passivierungsschicht 270 mit Öffnungen
für die elektrische
Verbindungen 226 und 234 her. Der Arbeitsschritt
im Kasten 324 kann ein Passivierungsmaterial wie etwa Siliciumoxynitrid
zu einer Dicke von 6000 Å (600
nm) oder dicker abscheiden, wenn dies notwendig ist, um Kopplung
zu verringern. Der Arbeitsschritt im Kasten 324 kann darauf
fotolithografische Techniken verwenden, um die resultierende Schicht
zu maskieren und daraufhin zu ätzen,
um eine Öffnung
herzustellen, die einen Teil des Metallanschlusses 364 und
einen Teil der Elektrode des Erfassungselements 230 in
jeder Einheit der Zellbeschaltung freilegen.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 326 stellt daraufhin die gemusterte
oberste Metallschicht mit den Datenleitungen 210 und 214 und
der Vorspannungsleitung 232 her. Der Arbeitsschritt im
Kasten 326 kann durch Aufspritzen eine dünne Schicht
von Titanwolfram zu einer Dicke von ungefähr 500 Å (50 nm) ablagern, gefolgt
durch eine dickere Schicht aus Aluminium zu einer Dicke von 4000–5000 Å(400–500 nm),
und abgedeckt durch eine letzte Schicht aus Titanwolfam zu einer
Dicke von ungefähr
500–1000 Å (50–1000 nm).
Diese drei Metallschichten können
in Abfolge in einer Kammer ohne Unterbrechung des Vakuums zwischen
den Ablagerungen durch Aufspritzen abgelagert werden. Der Arbeitsschritt
im Kasten 326 kann daraufhin fotografische Techniken verwenden,
um die resultierende Schicht zu maskieren und daraufhin zu ätzen, um
zuerst die Titanwolframschicht mit H2O2 zu ätzen,
gefolgt durch eine Standardaluminiumätzung und schließlich wiederum Ätzen von
Titanwolfram mit H2O2.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 328 erzeugt die obere Passivierungsschicht 272.
Der Arbeitsschritt im Kasten 328 kann ein Passivierungsmaterial
wie etwa Siliciumoxynitrid zu einer Dicke von 6000 Å (600 nm)
oder, wenn notwendig, dicker ablagern, um Kopplung zu reduzieren.
Der Arbeitsschritt im Kasten 328 kann ebenso Öffnungen
in Randbereiche schneiden, so dass Verbindungen hergestellt werden
können.
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Die
Technik der 9 kann weiterhin herkömmliche
Arbeitsschritte (nicht gezeigt) einschließen, um durch die Schicht 272 zu
den Kontaktstellen zu schneiden, die Anordnung mit röntgenstrahlempfindlichem
Material wie etwa Selen und Arsen zu beschichten und anderweitig
den Herstellprozess zu vervollständig.
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Die
vorstehend in Bezug auf die 7–9 beschriebene
Implementierung wurde teilweise experimentell implementiert durch
die Herstellung von Sensorstrukturen mit dotierten μc-Si-Schichten, die
2–3 Atomprozent
Wasserstoff aufweisen und durch ebensolches Herstellen von TFTs,
die derartige Schichten einschließen. Die Analyse der μc-Si-Schichten
zeigt das Vorhandensein von kristallinen Kernstrukturen, die unter
Verwendung von bilderzeugendem SEM oder TEM beobachtet werden können, und
die Vermeidung von Blasenformation über einen größeren Bereich
von Prozesstemperaturen, als dies mit a-Si-Schichten möglich ist. TFTs gemäß der vorstehenden
Implementierung sind funktionsfähig
und Sensorstrukturen arbeiten, um sichtbares Licht zu erfassen.
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10 zeigt
einen Querschnitt der Anordnung der 7 entlang
der Linie 8-8, die eine alternative Implementierung mit einer Schicht
aus μc-Si veranschaulicht,
die einen Kanal, ebenso wie dotierte Halbleiteranschlüsse einschließt.
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Der
Querschnitt in 10 zeigt ein Glassubstrat 202 mit
einer Oberfläche 250,
auf der ein TFT 350 ausgebildet ist. Wie in der 8 ist
das Gate 220 auf dem Substrat 250 ausgebildet
und ist elektrisch mit der Taktleitung 212 verbunden, wie
in 7 gezeigt.
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Die
isolierende Schicht 352, eine Schicht aus SiN trennt das
Gate 220 von einer μc-Si-Schicht, die n+-Halbleiterkanalanschlüsse 354 und 356 und
den intrinsischen Kanal 358 einschließt. Die Anschlüsse 358 und 356 sind
in elektrischem Kontakt mit Verbindungsgebieten des Kanals 358 innerhalb
der μc-Si-Schicht.
Die μc-Si-Schicht
ist im Kanalgebiet durch eine isolierende Insel 360 abgedeckt,
die in einer weiteren Schicht aus SiN ausgebildet ist, wobei deren
Kanten mit den Kanten des Gates 220 ausgerichtet sind.
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Wie
in der 8 sind die Metallanschlüsse 362 und 364 in
einer Schicht aus Chrom oder einem anderen leitenden Material ausgebildet.
Der Halbleiteranschluss 354 und der Metallanschluss 362 bilden zusammen
einen Kanalanschluss des TFT 350 aus, während der Halbleiteranschluss 356 und
der Metallanschluss 364 den anderen Kanalanschluss ausbilden.
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Die 10 zeigt
ebenso die untere Passivierungsschicht 366 und die obere
Passivierungsschicht 368, wobei jede eine Schicht aus Siliciumoxynitrid
ist.
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Die
Arbeitsschritte in der 11 sind ähnlich zu denjenigen, die vorstehend
in Bezug auf 9 beschrieben wurden. Die Arbeitsschritte
in den Kästen 400, 412, 414, 420, 424, 426,
und 428 können
wie vorstehend in Bezug auf die Kästen 300, 312, 314, 320, 324, 326,
und 328 in 9 implementiert werden.
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Der
Arbeitsschritt in dem Kasten 402 erzeugt die isolierende
Schicht 352, die μc-Si-Schicht, die die Halbleiteranschlüsse 354 und 356 und
den Kanal 358 einschließt, und die isolierende Schicht,
die die Insel 360 einschließt durch eine Abfolge von PECVD-Schritten. Die isolierende
Schicht 352 kann Siliciumnitrid sein, das, wie in Bezug
auf die Schicht 254 beschrieben, abgeschieden wird. Die μc-Si-Schicht
kann wie in Bezug auf die μc-Si-Schicht in 8 abgeschieden
werden, aber ohne PH3, so dass das abgeschiedene μc-Si undotiert
ist. Die obere isolierende Schicht, die die Insel 360 einschließt kann
Siliciumnitrid sein, das, wie in Bezug auf die obere isolierende
Schicht beschrieben, die die Insel 258 in 8 einschließt, abgeschieden
wird.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 404 mustert die obere isolierende
Schicht, um die Insel 360 herzustellen. Der Arbeitsschritt
im Kasten 404 kann selbstausrichtende Lithografietechniken
verwenden, um selbst ausgerichtete Inseln durch die Durchführung von
selbstausrichtender Rückseitenbelichtung einer
Schicht aus Fotolack unter Verwendung des Gates 220 als
eine Maske und durch nachfolgendes Ätzen herzustellen, um die belichteten
Gebiete des Fotolacks und daraufhin die freigelegten Abschnitte der
oberen isolierenden Schicht zu entfernen.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 410 dotiert daraufhin die Halbleiteranschlüsse 354 und 356 wie etwa
durch Durchführen
von Ionenimplantierung oder Ionenschauerdotierung mit einer geeigneten Dotierung.
Als Ergebnis werden die Halbleiteranschlüsse 354 und 356 leitend.
Die Insel 360 wirkt als eine Maske, um zu verhindern, dass
Dotierungspartikel den Kanal 358 erreichen, so dass der
Kanal 358 intrinsisch verbleibt.
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Der
Arbeitsschritt im Kasten 422 mustert die Source-Drain-Metallschicht,
wie etwa mit nasser Ätzung
und mustert daraufhin die μc-Si-Schicht
wie etwa mit einer Plasmaätzung,
um den Transistor 350 zu vervollständigen. Der Arbeitsschritt
im Kasten 422 kann wie in Bezug auf Kasten 322 in 9 implementiert
werden, aber ohne das Ätzen
der Schichten unterhalb der Source-Drain-Metallschicht.
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Die
vorstehend beschriebenen Implementierungen können auf viele Weise im Umfang
der Erfindung geändert
werden.
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Die
vorstehende beschriebenen Implementierungen führen bestimmte Arbeitsschritte
in bestimmten Abfolgen durch, die Erfindung kann aber mit anderen
Arbeitsschritten implementiert werden und die Arbeitsschritte könnten in
anderer Abfolge durchgeführt
werden.
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Die
vorstehend beschriebenen Implementierungen stellen eine Dünnfilmschaltung
auf einem isolierenden Substrat wie etwa Quarz oder Glas bereit. Die
Erfindung kann mit anderen Typen von Beschaltung auf anderen Typen
von Substraten implementiert werden.
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Die
vorstehend beschriebenen Implementierungen stellen Schaltungen mit
bestimmter Geometrie und elektrischen Eigenschaften bereit, die
Erfindung kann aber mit anderen Geometrien und mit anderen Schaltungen
implementiert werden.
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Die
vorstehend beschriebenen Implementierungen erzeugen Schichten von
bestimmten Dicken, die von bestimmten Materialien durch bestimmte Prozesse
hergestellt werden, wobei aber andere Dicken hergestellt werden
können
und andere Materialien und Prozesse verwendet werden können.
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Insbesondere
erzeugen die vorstehend beschriebenen Implementierungen Schichten
aus μc-Si mit
bestimmten PECVD-Prozessen. Andere Prozesse von niedriger Temperatur
können
verwendet werden, einschließlich
Aufspritzen oder Verdampfen von Silicium in einer Umgebung mit hohem
Wasserstoffgehalt, andere Gase können
in dem PECVD-Prozess verwendet
werden, wie etwa Mischungen aus SiH4 mit
F2 oder von SiF4 mit
H2, und andere Prozesse können verwendet
werden, wie remote Plasmaprozesse. In ähnlicher Weise können andere
Prozesse verwendet werden, um die amorphoren Siliciumschichten in
dem Sensor herzustellen einschließlich Aufspritzen und Verdampfen.
Alle siliciumbasierenden Schichten können mit PECVD hergestellt
werden oder alle könnten
mit Aufspitzen hergestellt werden, alle könnten mit Verdampfen hergestellt
werden oder es könnte
jede Kombination von PECVD-Schichten, aufgespritzten Schichten und aufgedampften
Schichten hergestellt werden.
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Es
können
verschiedene leitfähige
Materialien in der Schicht verwendet werden, die die Source-Drain-Metallanschlüsse und
die unteren Elektroden des erfassenden Elements einschließen, einschließlich, aber
nicht begrenzt auf irgendein geeignetes Metall oder Legierung wie
etwa Aluminium mit oder ohne Schichten oder Barrieremetallen, Legierungen
aus Aluminium einschließlich
Al-Si und Legierungen aus Al mit anderen Metal len, ITO, MoTA, Cr, MoCr,
Ta, Cu, Ti, TiN, W, hybride Mehrfachschichtstapel wie etwa TiW/AlCu
und irgendwelche geeigneten organischen leitfähigen Materialien.
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Es
können
verschiedene leitfähige
Materialien in den oberen Elektroden des Erfassungselements verwendet
werden, wobei ITO bei einer Röntgensensoranordnung
mit einer Seleniumbeschichtung geeignet ist, weil dieses einen blockierenden Kontakt
bereitstellt, der die Injektion von Ladungsträgern in die Seleniumbeschichtung
bei hohen Spannungen blockiert; weiterhin ist ITO transparent, was bei
bestimmten Anwendungen nützlich
ist. Unter geeigneten Umständen
können
die Elektroden des Erfassungselements in Aluminium und dessen Legierungen
oder in einem hitzebeständigen
Metall ausgebildet sein, wie etwa Chrom, Titan, Wolfram, oder Molybdän oder deren
Legierungen oder sogar eine stark dotierte leitfähige Halbleiterschicht.
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Ebenso
können
verschiedene leitfähige
Materialien in den Taktleitungen und Datenleitungen verwendet werden,
einschließlich,
aber nicht begrenzt auf irgendein geeignetes Metall oder Legierung
wie etwa Aluminium mit oder ohne Schichten oder Barrieremetallen,
Legierungen aus Aluminium einschließlich Al-Si und Legierungen
aus Al mit anderen Metallen, ITO, MoTA, Cr, MoCr, Ta, Cu, Ti, TiN,
W, hybride Mehrfachschichtstapel wie etwa TiW/AlCu und irgendwelche
geeigneten organischen leitfähigen
Materialien.
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In ähnlicher
Weise können
verschiedene dielektrische Materialien in den isolierenden Schichten verwendet
werden, einschließlich,
aber nicht beschränkt
auf, irgendein geeignetes, siliciumbasierendes, dielektrisches Material
wie etwa SiN, SiOxNy, oder
SixOy oder irgendein
anderes dielektrisches Material, wie etwa TaxOy oder AlxOy, oder irgendeine geeignete vielschichtige
dielektrische Struktur.
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Die
vorstehend beschriebenen Implementierungen stellen Schichten in
bestimmten Abfolgen her, die Abfolgen der Schichten können aber
modifiziert werden. In ähnlicher
Weise kann irgendeine geeignete Anordnung der Komponenten in jeder
Einheit der Zellbeschaltung verwendet werden.
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Die
vorstehend beschriebenen Implementierungen sind für eine Sensoranordnung
für Röntgenstrahlen
unter Verwendung irgendeines geeigneten Szintillatormaterials geeignet.
Der Szintillator könnte Thalliumbromid,
Cäsiumiodid,
Bleiiodid, oder ein anderes geeignetes Material sein. Weiterhin
kann die Erfindung bei Sensoranordnungen für Strahlung in anderen Frequenzbändern verwendet
werden, die durch einen a-Si basierenden Sensor detektierbar sind.
Beispielsweise könnte
die Erfindung mit einer a-Si lichtempfindlichen Schicht in einer
Sensoranordnung für
sichtbares Licht verwendet werden, wie in US-A-5,619,033 beschrieben.
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Die
Erfindung kann auf vielfache Weise angewendet werden, einschließlich bei
der Herstellung von Anordnungen von Sensoren für verschiedene Bänder von
Strahlung, einschließlich
Röntgenstrahlung
und Licht im sichtbaren oder nahezu sichtbarem Bereich.
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Eine
kleine, hoch auflösende
Sensoranordnung für
Röntgenstrahlen
kann für
mammografische Bilderzeugung hergestellt werden, während eine
größere, niedrig
auflösende
Sensoranordnung für
Röntgenstrahlen
als ein Filmersatz in anderen diagnostischen Radiologieapplikationen
hergestellt werden kann. Sensoranordnungen für Röntgenstrahlen können ebenso
für Gepäckkontrolle
und andere nicht zerstörende,
bilderzeugende Anwendungen hergestellt werden.
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Die
Erfindung wurde mit Bezug auf Dünnfilmimplementierungen
beschrieben, sie könnte
aber in Einkristalltechnologie implementiert werden.