DE69802856T2 - Vorrichtung und Methode zur Detektion von elektromagnetischer Strahlung oder ionisierender Teilchen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter-Vorrichtung bzw. Gerät zum Detektieren einer Energie und eines Eintrittspunktes elektromagnetischer Strahlungen, insbesondere aber nicht ausschließlich Röntgenstrahlen oder ionisierende Teilchen.
• Unter den gegenwärtig bekannten Halbleiter-Vorrichtungen zum Detektieren einer Energie und eines Eintrittspunktes elektromagnetischer Strahlungen gibt es die folgenden Typen: Die so genannten "Chrage-Coupled Devices" (CCD), die so genannten "Drift-Kammern" oder Silizium Drift-Detektoren" (SDD), die so genannten "Microstrip-Detektoren" und die so genannten "Pixel-Detektoren".
• CCDs beinhalten im Wesentlichen einen aus einem Halbleiter hergestellten Chip, typischerweise Silizium, in welchen eine Vielzahl Potential-Energie-Senken für Elektronen, die sich in einer oder mehreren Folgen in vorbestimmten Abständen befinden, erzeugt werden durch eine entsprechende Vielzahl von Elektroden. Die Eintrittsstrahlung erzeugt Elektron-Loch-Paare in dem Halbleiter. Löcher werden unmittelbar gesammelt durch ein geeignetes statisches elektrisches Vorspannungsfeld, das in dem Halbleiter erzeugt wird, während Elektronen beschränkt sind auf die Potential-Energie-Senke, welche näher am Eintrittspunkt der ionisierenden Strahlung liegt. Die Potential-Energie-Senken werden durch Takt-Signale entlang des Halbleiters verschoben zu einer oder mehreren Kollektor-Elektroden, wo die Elektronen, welche von der Eintrittsstrahlung erzeugt wurden, gesammelt werden und zu einer Verstärkungskette geleitet werden.
• Die Detektion des Eintrittspunkts der ionisierenden Strahlung wird in solchen Vorrichtung erreicht durch Zählen der Anzahl von getakteten Impulssignalen, welche benötigt werden, um eine bestimmte Potential-Senke zu der Kollektor- Elektrode zu schieben. Eine zweidimensionale Messung des Eintrittspunkts der ionisierenden Strahlung kann gemacht werden durch Bereitstellung einer zweidimensionalen Anordnung von Potential-Senken und einer Vielzahl von Kollektor- Elektroden.
• In der Radio-Astronomie wurden CCD-Vorrichtungen zur Detektion von Röntgenstrahlen mit hoher energetischer Auflösung entwickelt auf Grund der niedrigen Ausgabe-Kapazitanz der Kollektor-Elektrode. Die Auflösung in der Detektion des Eintrittspunktes hängt von der gegenseitigen Entfernung zwischen den Elektroden ab, welche die Potential-Energie-Senken erzeugen (Dimension der Pixel).
• Der Nachteil solcher Vorrichtungen ist jedoch gegeben durch das Bedürfnis, solche zeitlich Takt-Signale zu erzeugen. Die Frequenz solcher Signale kann beschränkt sein durch das Bedürfnis, eine ausreichende Verschiebungs-Effizienz zu erreichen während der Bewegung der Potential-Energie-Senken, durch die Zeit, welche notwendig ist für die Bearbeitung des Signals, welches den Elektronen zugeordnet ist in jeder Potential-Senke, die an der Kollektor-Elektrode ankommen, oder durch zugelassenen Leistungsverbrauch. Z. B. ist in den spektroskopischen Messungen, die in der Astronomie gemacht werden, die Frequenz des Taktsignals auf ungefähr 100 kHz durch die Signal-Verarbeitungszeit beschränkt.
• SDD-Detektoren beinhalten ebenso einen aus einem Halbleiter hergestellten Chip, typischerweise Silizium, in welchem eine Folge von Feld-Elektroden vorgesehen sind (so genannten "Feld-Streifen") auf beiden Oberfläche des Halbleiter-Chips und eine oder mehrere Elektroden zum Sammeln der Signal-Ladungen auf lediglich einer Oberfläche. Die Feld-Streifen, welche vorgespannt sind durch Anwendung von Spannungen, welche die Größenordnung mit der Entfernung von den Kollektor-Elektroden erhöhen, erzeugen ein statisches elektrisches Feld (so genanntes elektrisches Drift-Feld). Die Eintrittsstrahlung erzeugt Elektron-Loch- Paare, wobei die Löcher unmittelbar gesammelt werden wie für CCDs durch die Feld-Streifen, welche näher an der Quelle davon (Eintrittspunkt) sind und die Elektronen driften parallel zu den Oberflächen des Chips auf die Kollektor- Elektroden zu, mit denen die Signal-Verstärkungskette verbunden ist auf Grund des elektrischen Drift-Feldes.
• In solchen Detektoren kann die Geschwindigkeit der Verschiebung der Elektronen, die im Halbleiter in Richtung der Kollektor-Elektrode erzeugt wird, größer sein als in CCDs. Tatsächlich ist eine solche Geschwindigkeit im Allgemeinen proportional zum angewandten elektrischen Drift-Feld, weil die oben erwähnten typischen Beschränkungen von CCDs fehlen, welche die Effizienz der Ladungsverschiebung und den erlaubten Leistungsverbrauch betreffen. Versuche haben z. B. gezeigt, dass elektrische Drift-Felder angewandt werden können in der Größenordnung von 200 bis 1000 V/cm, welche Drift-Geschwindigkeiten zwischen 3 und 14 um/ns induzieren.
• Der Nachteil eines solchen Typs von Detektoren besteht darin, dass ein Referenz- Signal, das synchron ist mit der Ankunftszeit der Strahlung, erzeugt werden sollte, um den Eintrittspunkt der ionisierenden Strahlung zu detektieren. Das kompliziert den Entwurf eines Detektors und der Akquisitions-Elektronik weiter.
• Eine repräsentative Beschreibung der SDD wurde von Kemmer offenbart (US-A- 4 885 620), in welcher ein Potential-Minimum-Mehrheitsträger innerhalb des ' vollständig entleerten Halbleiter-Körpers permanent erzeugt wird. Wenn die Strahlung die Detektor-Oberfläche trifft, beginnen die im Halbleiter erzeugten Ladungen (sowohl die Mehrheitsträger als auch die Minderheitsträger) zu driften. Mehrheitsträger werden gesammelt und in das Potential-Minimum bis zu einer sammelnden Elektrode bewegt, die Minderheitsträger werden gesammelt in der Nähe des Interaktions-Punktes von anderen sammelnden Elektroden. Die Signale, welche von beiden Trägern erzeugt werden, ergeben den "Start" und "Stop" der Bewegung der Mehrheitsträger (d. h. die Übergangszeit) und deshalb die Position des Interaktionspunktes an.
• Kemmer offenbart auch einen Modifikation des SDD-Konzepts, in welchem der Detektor als ein CCD benutzt wird für die Mehrheitsträger. Während der ersten Betriebsbedingung, welche Integrationsphase genannt wird, werden die Mehrheitsträger in einem Feld von Potential-Senken gesammelt, deren Minima im Wesentlichen dasselbe Potential aufweisen. Während der zweiten Betriebsbedingung, welche Auslesephase genannt wird, werden die Ladungen sequentiell getaktet in einem "Eimer-Ketten"-Modus zur Ausgabe-Elektrode. Die Anzahl der Taktzyklen, die eingetreten sind, bevor die Ladungen ankommen an dem Ausgabe- Knoten, gibt die Koordinate des Interaktionspunktes.
• Eine Modifikation des SDD-Konzepts ist offenbart worden in der Publikation von A. Castoldi, et al. (Nuclear Instr. and Meth., A377 (1996) 375-380), in welcher Regionen von tiefen p-Implantaten zu der ursprünglichen SDD-Struktur hinzugefügt werden, um die Verbreiterung der Signal-Ladung zu verringern, welche von der Eintrittsstrahlung in Richtungen senkrecht zur Drift erzeugt werden.
• Im Hinblick auf den beschriebenen Stand der Technik zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Vorrichtung zu schaffen zum Detektieren einer Energie und eines Eintrittspunktes einer elektromagnetischen Strahlung oder eines ionisierenden Teilchens (worauf im Folgenden allgemein als; "Ionisierungsereignis" Bezug genommen wird), welche nicht die Nachteile der vorher beschriebenen bekannten Detektoren aufweist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein solches Ziel durch eine Vorrichtung erreicht zum Detektieren einer Energie und eines Eintrittpunktes eines Ionisierungsereignisses, welche mindestens eine Halbleiter-Schicht aufweist mit einem ersten Typ von einer Leitfähigkeit, in welcher mindestens eine erste dotierte Region mit dem ersten Typ von einer Leitfähigkeit und einer entsprechenden Vielzahl von zweiten dotierten Regionen mit einem zweiten Typ von einer Leitfähigkeit, assoziiert mit zumindest einer ersten dotierten Region auf einer ersten Oberfläche der Schicht gebildet sind, wobei zumindest die erste dotierte Region und die entsprechende Vielzahl von zweiten dotierten Regionen einen jeweiligen Drift-Pfad für Ladungsträger mit dem ersten Typ von einer Leitfähigkeit bestimmen und zumindest eine dritte dotierte Region und dem zweiten Typ von einer Leitfähigkeit auf einer zweiten Oberfläche der Schicht gebildet ist und ein Mittel zum unter Vorspannung Setzen der zweiten dotierten Regionen und der dritten dotierten Region, das in der Lage ist, die Übergangszonen zwischen den zweiten dotierten Regionen und der Halbleiter-Schicht und zwischen der dritten dotierten Region und der Halbleiter-Schicht umgekehrt unter Vorspannung zu setzen, um die Halbleiter-Schicht zu entleeren, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannungsmittel geeignet ist, zwei verschiedene Betriebsbedingungen der Detektionsvorrichtung bereitzustellen, wobei die erste Betriebsbedingung die Bildung einer Vielzahl von Potential-Energie-Senken schafft für die Ladungsträger in der Halbleiter-Schicht in vorbestimmten Abständen entlang des Drift-Pfades von der ersten dotierten Region, wobei die Senken geeignet sind, alle Ladungsträger, die durch ein Ionisierungs-Ereignis erzeugt worden sind, im Wesentlichen an den Eintrittspunkten des Ionisierungs-Ereignisses selbst zu begrenzen, wobei die zweite Betriebsbedingung das Entfernen der Potential-Energie-Senken vorsieht mittels einer angelegten Vorspannung, um die Ladungsträger dazu zu veranlassen, in Richtung der zumindest einen ersten dotierten Region längs des Drift-Pfades zu driften und wobei die Ladungsträger auf Richtungen beschränkt gehalten werden, die senkrecht zum Drift-Pfad sind.
• Die Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung benötigt keinerlei Referenz-Signal zum Detektieren des Eintrittspunktes des Ionisierungs- Ereignisses. Tatsächlich kann, nach dem der Detektor von der ersten Betriebsbedingung zur zweiten Betriebsbedingung umgeschaltet wurde, der Eintrittspunkt des Ionisierungs-Ereignisses bestimmt werden durch Messen des Zeitintervalls vom Umschalten bis zum Eintreffen der Ladungsträger. Außerdem wird, anders als in CCD-Detektoren, kein Hochfrequenz-Taktsignal benötigt. Die Detektionsvorrichtung gemäß der Erfindung ist ein Gerät mit im Wesentlichen statischen elektrischen Feldern, wie die bekannten SDD-Detektoren, mit dem Unterschied, dass die elektrischen Felder der Detektionsvorrichtung gemäß der Erfindung in jeder Betriebsbedingung verschieden sind. Im Betrieb bleibt die Detektionsvorrichtung in ihrer ersten Betriebsbedingung (sonst "Akquisition" oder "Integration" genannt) für eine beliebige Zeitspanne (welche im Allgemeinen umgekehrt proportional zur Rate der zu messenden ankommenden Ionisierungs-Ereignisse ist, aber lange genug ist im Hinblick zur Lesezeit); Ladungsträger, welche von einem Ionisierungs-Ereignis erzeugt werden, werden in der Potential-Energie-Senke gesammelt, welche dem Eintrittspunkt der Strahlung am nächsten liegt. Die Detektionsvorrichtung wird dann zur zweiten Betriebsbedingung umgeschaltet (sonst "Drift"- oder "Auslese"-Bedingung), in welcher die Potential-Energie-Barneren, welche die Ladungsträger davon abgehalten haben, sich entlang des Drift-Pfades zu bewegen, entfernt werden und die Ladungsträger der Kollektor-Elektrode entgegendriften können, obwohl sie beschränkt sind auf Richtungen, welche senkrecht zum Drift-Pfad sind. Der Eintrittspunkt der Strahlung, die die Detektionsvorrichtung trifft, kann bestimmt werden ohne irgendein Referenzsignal durch Messen des Zeitintervalls zwischen dem Umschalten der Detektionsvorrichtung von der ersten zur zweiten Betriebsbedingung und der Ankunft der Ladungsträger.
• Deshalb hat die Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung im Gegensatz zu bekannten SDD-Detektoren zwei verschiedene Betriebs-Modi: Den Integrations-Modus und den Auslese-Modus; nur im letzten Modus arbeitet die Detektionsvorrichtung im Allgemeinen als ein herkömmlicher SDD-Detektor, in welchem jedoch Ladungsträger auch in die andere Richtung beschränkt, gehalten werden, welche senkrecht zum Drift-Pfad ist, zusätzlich zur Richtung senkrecht zur Oberfläche der Vorrichtung. Die Detektionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann als eine Vorrichtung mit gesteuerter Drift bezeichnet werden, da die Bedingung, in welcher die Ladungsträger, welche von den Ionisierungs- Ereignissen erzeugt werden, der Kollektor-Elektrode entgegendriften, nicht dauerhaft ist. Tatsächlich wird sie nur während bestimmter Zeit-Intervalle hergestellt. Auf ähnliche Weise wie in CCD-Detektoren werden Ladungsträger, welche von dem Ionisierungs-Ereignis erzeugt werden, gesammelt und beschränkt auf Potential-Energie-Senken während der Integratioris-Zeit. Die elektrischen Felder der Detektionsvorrichtung gemäß der Erfindung sind jedoch im Gegensatz zu CCD- Detektoren, in welchen die elektrischen Felder während der Auslese-Zeit dynamisch sind, verschieden aber trotzdem statisch in jeder Betriebsbedingung.
• Eine Anzahl von Geometrien sind möglich. Eine Detektionsvorrichtung mit linearer Geometrie hat eine Vielzahl von Kollektor-Elektroden, die im Allgemeinen in einer ersten Richtung ausgerichtet sind auf der ersten Oberfläche des Halbleiters, wobei eine solche Vielzahl von Elektroden einer Vielzahl von zweiten dotierten Regionen zugeordnet ist und die Drift-Pfade von Ladungsträgern gegen die entsprechenden Kollektor-Elektroden sind im Allgemeinen parallel zueinander und senkrecht zu der ersten Richtung. Die Kollektor-Elektroden einer Detektionsvorrichtung mit zylindrischer Geometrie sind entlang eines Umfangs angeordnet und die Drift-Pfade der Ladungsträger zu den entsprechenden Kollektor-Elektroden sind die Radien des Umfangs. Eine andere mögliche Geometrie ist eine Spirale, in welcher die Kollektor-Elektroden vorgesehen sind und die dazu zugeordneten zweiten dotieren Regionen sind entlang einer Spirale angeordnet. In diesem Fall fällt der Drift-Pfad mit der Spirale zusammen.
• Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden noch unmittelbarer deutlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsformen davon, welche durch nicht beschränkende Beispiele in den beigefügten Zeichnungen gezeigt werden, und zwar:
• Fig. 1 zeigt eine axonometrische Ansicht einer Detektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht der Detektionsvorrichtung gemäß einer vertikalen Ebene entlang der Linie II-II von Fig. 1;
• Fig. 3 zeigt schematisch einen Vorspannungs-Schaltkreis für die Detektionsvorrichtung von Fig. 2;
• Fig. 4 ist ein Diagramm der potentiellen Energie in der Detektionsvorrichtung gemäß zwei verschiedenen Betriebsbedingungen, welche zwei verschiedene Vorspannungs-Bedingungen entsprechen, der Detektionsvorrichtung von Fig. 1, welche mit dem Vorspannungs- Schaltkreis von Fig. 3 erhalten werden können;
• Fig. 5 ist ein Diagramm, das die potentielle Energie in einem so genannten "Drift-Pfad" zeigt, welcher von der Geraden II-II in der Vorrichtung von Fig. 1 gebildet wird, auf der Oberfläche der Detektionsvorrichtung (Z = 0) und in zwei verschiedenen Abständen von der Oberfläche (Z = Z1 und Z = Z 2) entsprechend dem Potential- Energie-Minimum jeweils in den ersten und zweiten Betriebsbedingungen;
• Fig. 6 und 7 sind dreidimensionale Diagramme der potentiellen Energie in der Detektionsvorrichtung von Fig. 1 jeweils in den ersten und zweiten Betriebsbedingungen; ·
• Fig. 8 zeigt eine Draufsicht einer Detektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem möglichen Vorspannungs-Schaltkreis für die Detektionsvorrichtung;
• Fig. 9 ist ein Diagramm der potentiellen Energie in beiden verschiedenen Betriebsbedingungen der Detektionsvorrichtung von Fig. 8, welches erhalten werden kann mit dem Vorspannungs-Schaltkreis von
• Fig. 8 selbst auf der Oberfläche der Detektionsvorrichtung (Z = 0) und in einer Entfernung von der Oberfläche (Z = Z4), welche dem Potential-Energie-Minimum in den beiden Betriebsbedingungen entspricht.
• Fig. 10 zeigt schematisch einen Grundriss einer Detektionsvorrichtung nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 11 und 12 sind Diagramme, welche die Äquipotential-Kurven im Potential- Energie-Minimum (Z-Achse) zeigen für die Detektionsvorrichtung von Fig. 10 jeweils in den beiden Betriebsbedingungen, wobei die Pfade der Ladungsträger beispielhaft erläutert sind; und
• Fig. 13 ist eine Schnittansicht gemäß der Ebene XIII-XIII von Fig. 10.
• Mit Bezug auf Fig. 1 umfasst eine Vorrichtung zum Detektieren einer Energie und eines Eintrittspunktes einer elektromagnetischen Strahlung oder eines ionisierenden Teilchens gemäß einer ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung ein Substrat 1 mit hohem Leitungswiderstand von einem ersten Typ von einer Leitfähigkeit, über welchem eine epitaktische Schicht 2 von niedrigerem Leitungswiderstand weiterhin vom ersten Typ von Leitfähigkeit ausgebildet ist. In diesem Beispiel ist angenommen, dass Substrat 1 und epitaktische Schicht 2 vom N-Typ sind; sie können jedoch auch vom P-Typ sein. Substrat 1 hat z. B. eine Dicke von etwa 300 um und einen Leitungswiderstand von wenigen kOhm.cm, während die epitaktische Schicht 2 eine Dicke von etwa 20 um und einen Leitungswiderstand von wenigen Vielfachen von 10 kOhm.cm aufweist.
• Eine zusammenhängende Schicht 3 mit einem zweiten Typ von einer Leitfähigkeit (deshalb vom P-Typ, soweit es das vorliegende Beispiel betrifft), welche zu dem ersten Typ von einer Leitfähigkeit entgegengesetzt ist, gebildet auf der unteren Oberfläche von Substrat 1 (sonst Rückseite des Detektors genannt). Die zusammenhängende Schicht 3 kann ebenso ersetzt werden durch eine Vielzahl von Regionen vom P-Typ.
• Eine Vielzahl von N+ dotierten Regionen AN1-AN4, welche mit der X-Achse von Fig. 1 ausgerichtet sind, und in regelmäßigen Intervallen platziert sind, werden gebildet auf der oberen Oberfläche der epitaktischen Schicht 2 (sonst Front des Detektors genannt). Eine Folge von P-dotierten Streifen P 1 bis Pn, welche sich in Richtung der X-Achse erstrecken, wird entlang der Y-Achse gebildet. Eine Folge von vergrabenen dotierten Regionen 5 vom P-Typ (gestrichelte Regionen in Fig. I) wird gebildet unter jedem P+-dotierten Streifen P1-Pn.
• Fig. 2 zeigt eine allgemeine Schnittansicht der Detektionsvorrichtung von Fig. 1 entlang einer vertikalen Ebene YZ, die sich erstreckt zwischen zwei vergrabenen dotierten Regionen 5 vom P-Typ von Fig. 1, die versehen sind mit Mitteln 6 zum Versetzen mit Vorspannung der P+-Region P1 - Pn auf der Vorderseite der Vorrichtung und der P+-Schicht 3 auf der Rückseite desselben und Signal- Verstärkungsmittel 7, die verbunden sind zur N+-Region AN2. Die P+-Schicht 3 auf der Rückseite der Vorrichtung, P+-Schichten P1-Pn auf der Vorderseite der Vorrichtung und N+-Regionen AN1 - AN4 sind mit Vorspannung versehen, so dass sie das Substrat 1 und die epitaktische Schicht 2 vollständig entleeren und unter einer ersten Betriebsbedingung eine Vielzahl von Potential-Energie-Senken 9 für die Elektronen erzeugen und unter einer zweiten Betriebsbedingung einen Pfad 8 (Ort der Punkte mit dem Potential-Energie-Minimum für die Elektronen entlang der Z-Achse während der Verschiebung entlang der Richtung der Y- Achse), der im allgemeinen aber nicht ausschließlich, in der epitaktischen Schicht 2 enthalten ist und wobei entlang eines solchen Pfades 8 die Elektronen beschränkt sind auf solche Senken 9 in der ersten Betriebsbedingung, den Kollektor- Elektroden entgegendriften, welche von N+-Regionen AN1-AN4 gebildet werden.
• Mittel 6 zum unter Vorspannung Setzen, welches schematisch in Fig. 3 gezeigt ist, umfasst einen Vorspannungs-Schaltkreis für P+-Regionen P1 - Pn, welcher gebildet wird durch einen Spannungsteiler, der eine Vielzahl intermediärer Spannungen zulässt, welcher im Allgemeinen auf lineare Weise variieren, um aus zwei Spannungen V I und V2 erhalten zu werden; z. B. können die Spannungen V 1, V2 und die Widerstände der Spannungsteiler so ausgewählt werden, dass Region P1 unter Vorspannung gesetzt wird mit -20 V, Region P2 mit -21 V, Region P3 mit -2 V usw. bis Region Pn unter Vorspannung gesetzt wird mit -100 V. Ein Mittel zum unter Vorspannung Setzen 6 umfasst weiter einen Schalter SW, der geeignet ist, die Vorspannung der P+-Schicht 3 auf der Rückseite der Vorrichtung von einer ersten Spannung V3, welche z. B. von -200 V bis -300 V reicht, in eine zweite Spannung V2 zu schalten, welche z. B. von -500 V bis -600 V reicht und umgekehrt. In der ersten Betriebsbedingung der Detektionsvorrichtung, welche als Integrations-Modus bekannt ist, wird die P+-Schicht 3 unter die Vorspannung V4 gesetzt, während beim Umschalten der Detektionsvorrichtung in eine zweite Betriebsbedingung, welche als Auslese-Modus bekannt ist, die Vorspannung von P+-Schicht 3 auf V3 gesetzt wird. Die Vorspannung von P+-Region P1 bis Pn bleibt unverändert in beiden Betriebsbedingungen.
• Fig. 4 zeigt das Diagramm von potentieller Energie der Elektronen als Funktion des Abstands von der vorderen Oberfläche von epitaktischer Schicht 2 und in einer allgemeinen Entfernung von N+-Kollektor-Anode AN2 entlang der Y-Achse; in der Abbildung entspricht der Level 23 der Grenzfläche zwischen epitaktischer Schicht 2 und Substrat 1. Kurve Al zeigt die potentielle Energie der Elektronen im Auslese-Modus, wenn P+-Schicht 3 unter die Vorspannung V3 gesetzt ist. An ihrer Stelle zeigt Kurve B1 das Diagramm von potentieller Energie im Integrations-Modus, wenn P+-Schicht 3 unter Vorspannung V4 gesetzt ist. Es ist möglich zu bemerken, dass sich das Potential-Energie-Minimum im ersten Fall auf dem Level 22 und im zweiten Fall auf dem Level 21 befindet; in beiden Fällen befindet sich daher das Potential-Energie-Minimum innerhalb der epitaktischen Schicht 2, im Integrationsmodus ist jedoch ein solches Minimum näher an der vorderen Oberfläche der epitaktischen Schicht 2. Der Level, an dem sich das Potential- Energie-Minimum befindet, entspricht dem Level, in dem die Elektronen in der ersten Betriebsbedingung oder im Integrations-Modus beschränkt sind und dem Level, bei dem die Elektronen in der zweiten Betriebsbedingung oder im Auslese- Modus driften. Deshalb kann durch Variieren der Vorspannung der P+-Schicht 3, obwohl die Vorspannung der P+-Regionen P1 bis Pn unverändert gelassen wird, der Level des Potential-Energie-Minimums der Elektronen entlang der Z-Achse verschoben werden, um damit zwischen den beiden Betriebsbedingungen umzuschalten.
• Fig. 5 ist ein Diagramm von potentieller Energie der Elektronen entlang der Richtung der Y-Achse auf drei verschiedenen Levels entlang der Z-Achse bezüglich der Schnittansicht von Fig. 2, welche das Betriebsprinzip der Detektionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Man kann sehen, dass im Level Z = 0 (vordere Oberfläche der epitaktischen Schicht 2) die Vorspannung der P+-Regionen, welche zu den Äquipotential- Zügen der Kurve korrespondieren, eine potentielle Energie ergeben mit einem Mittelwert, welcher entlang der Y-Achse ansteigt. Die Züge der Potential- Energie-Kurve, wo sich keine P+-Regionen befinden, verbinden die angrenzenden Züge, ohne Stetigkeitslösung und bilden auf diese Weise Potential-Energie- Senken 9'. Auf dem Level Z = 21 (Kurve B), d. h. auf dem Level der dem Potential-Energie-Minimum entlang der Z-Achse entspricht, wenn die P+-Schicht unter die Vorspannung V4 gesetzt ist (Integrations-Modus), sind die Potential-Energie- Senken 9 verringert gegenüber den Senken 9' auf der Oberfläche aber in jedem Fall ausreichend, um Barrieren zu schaffen für die Drift der Elektronen gegen die Kollektor-Anode AN2, wo die Elektronen, welche von dem Ionisierungs-Ereignis erzeugt werden, beschränkt werden; auf Level Z = 22 (Kurve A), d. h. auf dem Level, der dem Potential-Energie-Minimum entlang der Z-Achse entspricht, wenn die P+-Schicht 3 unter die Vorspannung V3 gesetzt ist (Auslese-Modus), sind die Potential-Energie-Senken im Wesentlichen verschwunden und die potentielle Energie nähert sich einer Geraden an, welche ein Drift-Feld hervorruft (folglich eine Drift-Geschwindigkeit), welches im Allgemeinen konstant ist, sodaß die Elektronen, welche von dem Ionisierungs-Ereignis erzeugt werden, gegen die N+- Kollektor-Anode AN2 gezogen werden wo das Verstärkungsmittel 7 das elektronische Signal verstärkt. Deshalb kann unter derselben Vorspannung der P+- Regionen P 1 bis Pn auf der Vorderseite der Detektionsvorrichtung der Level des Potential-Energie-Minimums der Elektronen modifiziert werden durch Variieren der Vorspannung der P+-Schicht 3 auf der Rückseite der Vorrichtung, so dass die Potential-Energie-Senken der Elektronen entlang des Drift-Pfades ausgebildet oder entfernt werden können. Wie man erkennen kann ist gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Abstand der Potential-Energie- Senken 9 gleich dem Abstand der P+-Regionen P 1 bis Pn.
• Fig. 6 und 7 zeigen jeweils die Potential-Energie-Flächen der Elektronen in der Vorrichtung von Fig. 1 auf der Ebene des Potential-Energie-Minimums Z = 21 im Integrations-Modus (P+-Schicht 3 auf Vorspannung V4 gesetzt) und in der Ebene des Potential-Energie-Minimums Z = 22 im Auslese-Modus (P+-Schicht 3 auf Vorspannung V3 gesetzt). In beiden Betriebs-Modi kann man sehen, dass die vergrabenen Regionen 5 des P-Typs Potential-Barneren bilden, welche die Elektronen auf die Richtung der X-Achse beschränken, um es möglich zu machen, eine vollständige Beschränkung der Elektronen im Integrations-Modus zu erreichen und um eine Streuung der Ladung zwischen mehreren Kollektor-Anoden im Auslese-Modus zu vermeiden. Fig. 7 zeigt "Drift-Kanäle" 10 entlang derer sich die Elektronen bewegen, um die jeweiligen Kollektor-Anoden zu erreichen. Fig. 6 zeigt Potential-Energie-Senken entlang der X-Achse und Y-Achse, welche die Elektronen beschränken, die von dem Ionisierungs-Ereignis erzeugt wurden.
• Fig. 8 zeigt eine Draufsicht der Vorderseite der Detektionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Rückseite einer solchen Vorrichtung, welche nicht in der Figur gezeigt ist, wird gebildet durch eine zusammenhängende P+-Schicht, wie in der Detektionsvorrichtung von Fig. 1, kann aber ebenso durch eine Vielzahl von Regionen des P+-Typs gebildet werden. In einer solchen zweiten Ausführungsform werden die Potential-Energie-Senken für die Elektronen im Integrations-Modus erhalten durch Variieren der Vorspannung der P+-Regionen 51-57 auf der Vorderseite der Vorrichtung bezüglich der linearen Vorspannung im Auslese-Modus, während die Vorspannung der zusammenhängenden P+-Schicht auf der Rückseite der Vorrichtung in beiden Betriebsbedingungen konstant gehalten wird. Eine solche Variation der Vorspannung der P+-Regionen 51-57 kann z. B. aus einer Sinus-förmigen Modulation, welche der linearen Vorspannung überlagert ist, bestehen.
• In Fig. 9 zeigt die unterbrochene Linie von Längen C1 die potentielle Energie von den Elektronen auf dem Level Z = 0 (Vorderseite der Detektionsvorrichtung) im Auslese-Modus, d. h. wenn die P+-Regionen 51-57 von Fig. 8 auf Vorspannungen von allmählich ansteigenden negativen Potentialen gesetzt werden, welche von einem Spannungsteiler, wie der in Fig. 8 gezeigte, geliefert werden. Die potentielle Energie steigt im Mittel entlang der Y-Achse an und hat Senken in den Regionen zwischen zwei aneinander grenzenden P+-Regionen. Auf dem Level Z = 24, welcher dem Potential-Energie-Minimum entlang der Z-Achse entspricht, erhält man eine Kurve D1, d. h. eine potentielle Energie, welche in einer allgemein linearen Weise ansteigt (mit Ausnahme kleiner Schwankungen), während sie sich entlang der Y-Achse verschiebt. Die ausgezogene Kurve C2 zeigt Veränderungen potentieller Energie auf dem Level Z = 0 (Vorderseite der Detektionsvorrichtung) im Integrations-Modus, d. h. wenn eine Sinus-förmige Modulation der linear ansteigenden Vorspannung von P+Regionen 51-57 im Auslese-Modus überlagert wird. In einem solchen besonderen Beispiel ist die Sinus-förmige Modulations- Periode sechs mal so lang wie der Abstand der P+-Regionen 51-57. Die Periode Sinus-förmiger Modulation kann jedoch auch verschieden sein entsprechend der gewünschten räumlichen Auflösung. Die Überlagerung der Sinus-förmigen Modulation auf die lineare Vorspannung ergibt die Kurve D2 in dem Potential- Energie-Minimum im Level Z = 24. In einer solchen zweiten Ausfdhrungsform der vorliegenden Erfindung bleibt der Level des Potential-Energie-Minimums im Wesentlichen unverändert in beiden Betriebsbedingungen. Wie man jedoch sieht, ergibt die Überlagerung einer Sinus-förmigen Modulation auf die lineare Vorspannung im Auslese-Modus Potential-Energie-Senken auf dem Level Z = 24 des Potential-Energie-Minimums, welches in diesem Beispiel einen Abstand aufweist, welcher sechs mal so lang ist wie der Abstand der P+-Regionen 51-57, auf welche die Elektronen, welche durch das Ionisierungs-Ereignis erzeugt werden, beschränkt sind. Wenn die Sinus-förmige Modulation weggenommen wird, nimmt die potentielle Energie wieder die Form der Kurve D1 an, d. h. im Allgemeinen rechtwinkelig mit kleinen Schwankungen auf Grund der Potential-Energie-Senken an der Grenzfläche zwischen aneinander grenzenden P+-Regionen und die Elektronen können zu den jeweiligen Kollektor-Anoden driften.
• Fig. 8 zeigt auch eine mögliche Ausführungsform eines Vorspannungsmittels, welches die beiden Vorspannungs-Diagramme schaffen kann von P+- Oberflächen-Regionen in den Auslese- und Integrations-Modi, die oben beschrieben sind. Die Figur zeigt sieben aneinander grenzende P+-Oberflächen-Regionen 51-57. Darin ist ein Spannungsteiler R vorgesehen. Die P+-Regionen 51, 54 und 57, deren Vorspannungen sich nicht ändern, wenn von Auslese- in Integrations- Modi umgeschaltet wird sind jeweils direkt in einer festen Art mit den Knoten N1, N4 und N7 des Teilers R verbunden. Die P+-Regionen 52, 53, 55, 56, welche im Auslese-Modus und im Integrations-Modus verschiedene Vorspannungen aufweisen müssen, können zu verschiedenen Knoten des Teilers durch Schalter verbunden sein, welche z. B. von MOS-Transistoren gebildet werden. Z. B. ist die P+- Region 52 mit dem Knoten N2 des Teilers R durch MOSFET M1 im Auslese- Modus verbunden, während sie im Integrations-Modus mit dem Knoten N5 des Teilers R verbunden ist, welcher auf einem mehr negativen Potential liegt als der Knoten N2 durch MOSFET M2. Ebenso ist die Region 53 mit dem Knoten N3 des Teilers R durch MOSFET M3 im Auslese-Modus verbunden, während sie im Integrations-Modus mit dem Knoten N6 des Teilers R verbunden ist, welcher auf einem mehr negativen Potential als der Knoten N3 durch MOSFET M4 liegt. Die P+-Region 55 ist im Auslese-Modus verbunden mit dem Knoten N5 des Teilers R durch MOSFET M5, während sie im Integrations-Modus mit dem Knoten N2 verbunden ist, welcher auf einem mehr positiven Potential als der Knoten N5 durch MOSFET M6 liegt. Ebenso ist die P+-Region 56 im Auslese-Modus mit dem Knoten N6 des Teilers R durch MOSFET M7 verbunden, während sie im Integrations-Modus mit dem Knoten N3 verbunden ist, welcher auf einem mehr positiven Potential als der Knoten N6 durch MOSFET M8 liegt. Deshalb ist im Auslese-Modus jede P+-Region mit einem entsprechenden Knoten des Teilers verbunden, dessen Potential noch mehr negativ ausgebildet ist beim Wegbewegen von der Kollektor-Anode AR; auf diese Weise wird im Auslese-Modus die lineare Vorspannung der P+-Regionen sichergestellt. Im Integrations-Modus wird jedoch die Vorspannung der P+-Regionen modifiziert wie in Fig. 9 (Kurve C2) gezeigt. MOSFETs, welche als Schalter arbeiten, können ebenso wie der Teiler R im selben Silizium-Chip der Detektionsvorrichtung integriert werden. Es ist weiterhin notwendig, einen geeigneten Kontroll-Schaltkreis für die MOSFETs bereitzustellen (nicht gezeigt).
• Ein anderer Weg, um die Vorspannung der P+-Regionen 51-57 auf der Vorderseite der Vorrichtung beim Umschalten vom Auslese- in Integrations-Modi zu verändern, liegt z. B. darin, Spannungsteiler bereitzustellen, welche einander gleichen, anstatt nur einen Teiler. P+-Regionen werden selektiv mit verschiedenen Teilern verbunden entsprechend der Spannung, die sie im Integrations-Modus erreichen sollen.
• Im Auslese-Modus sind alle der verschiedenen Teiler unter dieselbe Vorspannung gesetzt, während im Integrations-Modus die gewünschte Potential-Modulation erreicht werden kann durch Variieren der Spannungen, welche an die Enden der einzelnen Teiler angelegt werden. In dem Beispiel, das in Fig. 8 gezeigt ist, würden P+-Regionen S 1, 54 und 57 mit einem ersten Teiler verbunden werden, welcher derselbe ist, wie der gezeigte Teiler R und Regionen 52, 53 zu einem zweiten Teiler, Regionen 55, 56 zu einem dritten.
• Ein Vorteil einer solchen Ausführungsform besteht darin, dass das Potential- Energie-Minimum der Elektronen (folglich der Drift-Kanal und die Akquisitions- Senken) weit genug von der Oberfläche angeordnet werden können, um die Oberflächen-Effekte vernachlässigbar zu machen, weil Potential-Energie-Senken auch weit von der Oberfläche der Vorderseite der Detektionsvorrichtung bereitgestellt werden können durch Variieren der Vorspannung der P+-Regionen auf der Vorderseite der Detektionsvorrichtung.
• Fig. 10 zeigt eine obere Draufsicht der Vorderseite der Detektionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Rückseite der Detektionsvorrichtung, welche in der Figur nicht gezeigt ist, ist ausgebildet wie in der Detektionsvorrichtung von Fig. 1 durch eine zusammenhängende P+- Schicht, aber sie kann auch durch eine Vielzahl von Regionen des P+-Typs gebildet werden. Ein Schnitt der Detektionsvorrichtung entlang einer vertikalen Ebene XZ gemäß der Linie XIII-XIII, gezeigt in Fig. 10, ist in Fig. 13 gezeigt. Anders als in den ersten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, in welchen die Potential-Energie-Senken für die Beschränkung von Elektronen nur im Integrations-Modus vorkommen, und die "Drift-Kanäle" zum Elektronen- Transport nur im Auslese-Modus vorkommen (z. B. entsprechend dem was mit Bezug auf Fig. 1 bis 7 oder 8 und 9 beschrieben ist), sind in dieser dritten Ausführungsform die Regionen der Vorrichtung, auf welche die Elektronen beschränkt sind (Potential-Energie-Senken) und die Regionen der Vorrichtung, entlang welcher die Elektronen gegen die jeweiligen Kollektor-Anoden driften ("Drift- Kanäle"), im Integrations-Modus gleichzeitig in verschiedenen Zonen der Detektionsvorrichtung vorgesehen, welche voneinander getrennt sind durch eine Potential-Energie-Barriere. Während des Auslese-Schritts wird eine solche Potential- Energie-Barriere beseitigt und die Elektronen werden schnell transferiert von Potential-Energie-Senken zu den entsprechenden Drift-Kanälen entlang derer die Elektronen den jeweiligen Kollektor-Anoden entgegendriften. Eine solche Potential-Energie-Barriere kann wieder hergestellt werden am Ende des Auslese- Schrittes (zusammenfallend mit dem Beginn einer neuen Integrationszeit) oder ani Ende des Elektronen-Transfers.
• Spezifischer wird unter Bezug auf Fig. 10 und 13 eine mögliche Implementierung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In Fig. 10 sind drei Felder oder Vektoren 51 bis 53 von P+-dotierten Regionen 50, 50' gezeigt, wobei jedes Feld sich Seite an Seite mit einem angrenzenden Feld befindet und davon getrennt ist durch eine jeweilige Region, welche als Drift-Kanal DC für die Elektronen dient. In jedem Feld der P+-Regionen 50, 50' sind P+-Regionen 50 in Gruppen geteilt, wobei jede davon zusammen mit einer P+-Region 50 ein Pixel PX der Detektionsvorrichtung bildet. Damit wird eine zweidimensionale Matrix von Pixels gebildet. Ein geeignetes Vorspannungsmittel 6', welches schematisch gezeigt ist, erlaubt, dass P+-Regionen 50, 50', 51 unter Vorspannung gesetzt werden. Die gestrichelten Regionen innerhalb der P+-Regionen 50, 50' und 51 geben schematisch Regionen der Vorrichtung an, in welchen tiefe Implantate des P-Typs 70 und 71 gebildet werden. Die Regionen, welche von gestrichelten Linien innerhalb der P+-Regionen 50, 51 umgeben sind, geben schematisch Regionen der Vorrichtung an, in welchen tiefe Implantate des N-Typs 80, 81 gebildet werden. Das tiefe Implantat vom P-Typ, welches in P+-Regionen 50' angelegt ist mit einer Länge, welche größer ist als die der P+-Regionen 50, bildet eine Potential- Energie-Barnere für die Elektronen. Der Aufbau der tiefen Implantate des P-Typs 70 und des N-Typs 80, welche in P+-Regionen 50 angelegt sind, ist derart, dass einen potentielle Energie geschaffen wird, welche in der Lage ist, die Elektronen um das Pixel zu beschränken wo sie von dem Ionisierungs-Ereignis erzeugt wurden, so nahe wie möglich zu dem entsprechenden Drift-Kanal DC, um den nächsten Transfer voran zu bringen.
• Auf Grund einer solchen Struktur kann eine Potential-Energie-Senke für Elektronen gebildet werden an Punkten der Vorrichtung, welche jedem Pixel entsprechen.
• Die Regionen, in welchen Drift-Kanäle DC für die Elektronen gebildet werden, bestehen aus Vektoren von P+-Regionen 51, von denen jede Seite an Seite zu einer jeweiligen P+-Regionen 50 oder 50' liegt, welche die Pixel bilden. Eine Anzahl von P+-Regionen, welche die Drift-Kanäle bilden, werden involviert von jeweiligen tiefen Implantaten 71 des P-Typs, welche eine Potential-Energie- Barriere bilden, welche die Elektronen in den Potential-Energie-Senken an den Pixels PX davon abhält, sich zum angrenzenden Drift-Kanal zu bewegen. Die übrigen P+-Regionen 51 sind involviert von tiefen Implantaten 81 des N-Typs.
• Im Integrations-Modus werden P+-Regionen 50, 50', welche Pixel PX bilden und angrenzende P+-Regionen 51, welche Drift-Kanäle bilden, unter Vorspannung desselben Potentials gesetzt, welches noch mehr negativ wird (wie in den vorangegangenen Ausführungsformen), während der Bewegung von den Kollektor- Anoden 52 weg. Unter diesen Bedingungen erzeugen tiefe Implantate P und N Potential-Energie-Senken für die Elektronen, welche so ausgebildet werden, dass sie die Elektronen in Pixel PX beschränken und davon abhalten, zum angrenzenden Drift-Kanal zu fließen. Wenn entschieden wird, dass die Integrationszeit vorüber ist und die Auslesezeit begonnen wird, werden P+-Regionen 51, welche die Drift-Kanäle bilden, unter Vorspannung auf Potentiale gesetzt, welche mehr positiv sind als diejenigen, welche angrenzende P+-Pixel-Regionen 50 unter Vorspannung setzen. Auf diese Weise werden Potential-Barneren, welche Pixels PX von den Drift-Kanälen trennen, beseitigt und die Elektronen in den Potential-Energie- Senken an Pixels PX können zu den jeweiligen Drift-Kanälen fließen und sich gegen die jeweiligen Kollektor-Anoden bewegen (in der Zeichnung liegt der Drift-Kanal, welcher jedem Vektor von Pixels 51 bis 53 zugeordnet ist, nahe zur Rechten des letzteren, wie die tiefen Implantate des P-Typs zur Linken von P+- Regionen 50 immer noch eine im Allgemeinen unveränderte Potential-Energie- Barriere bilden, welche die Elektronen davon abhält, zu dem Drift-Kanal zur Linken jedes Vektors von Pixels PX zu wandern).
• Fig. 11 zeigt die Äquipotential-Linien in einer Ebene XY, welche in einer Tiefe liegen, die dem Potential-Energie-Minimum entspricht, entlang der Achse, welche senkrecht zu der Ebene der Zeichnung in Fig. 10 im Integrations-Modus ist. Potential-Energie-Senken 55, welche jedem Pixel PX entsprechen, Drift-Kanäle DC entlang der Richtung der Y-Achse und Potential-Barrieren 56 auf der Seite der Drift-Kanäle, welche die Potential-Energie-Senken 55 von den Drift-Kanälen DC trennen, sind gezeigt. Die Figur zeigt auch beispielhaft die Pfade der Elektronen relativ zu fünf verschiedenen Interaktionspunkten des Ionisierungs-Ereignisses, womit gezeigt wird, dass die Elektronen auf die Potential-Energie-Senken 55 innerhalb jedes Pixels beschränkt sind.
• Fig. 12 zeigt die Äquipotential-Linien auf derselben XY-Fläche von Fig. 11, jedoch im Auslese-Modus.
• Potential-Energie-Senken 55 sind verschwunden und an ihrer Stelle ist ein Potential-Gradient in der Lage, die Elektronen, welche auf die Potential-Energie- Senken 55 während des vorangegangenen Integrations-Modus' beschränkt waren zum angrenzenden Drift-Kanal DC zu transferieren. Die Figur zeigt auch den Pfad, welchem die Elektronen folgen während ihres Transfers von der Potential- Energie-Senke zum angrenzenden Drift-Kanal DC.
• Die drei Ausführungsformen sind nur einige Implementations-Beispiele der Erfindung und sollten nicht als begrenzend betrachtet werden. Weitere Ausführungsformen sind dann möglich, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den beigefügten Ansprüchen dargelegt wird. Z. B., obwohl alle der drei beschriebenen Ausführungsformen sich auf eine Detektionsvorrichtung mit linearer Geometrie beziehen, in welcher alle der Ladungsträger in Richtungen driften gegen die jeweiligen Kollektor-Anoden, die zueinander parallel sind, kann auch eine Detektionsvorrichtung mit verschiedenen Geometrien geschaffen werden. Eine mögliche alternative Geometrie ist eine zylindrische, so dass die Kollektor-Anoden in Folge entlang eines Umfangs angeordnet sind und die Richtungen, in denen die Ladungsträger gegen die jeweiligen Kollektor- Anoden driften, die Radien des Umfangs sind. Eine andere mögliche Geometrie ist Spiralförmig.

Claims (20)

1. Gerät zum Detektieren einer Energie und eines Eintrittspunktes eines Ionisierungsereignisses, aufweisend eine Halbleiterschicht (1, 2) mit einem ersten Typ einer Leitfähigkeit, wobei zumindest eine erste dotierte Region (AN1-AN4; AR; 52) mit dem ersten Typ einer Leitfähigkeit und einer entsprechenden Mehrzahl von zweiten dotierten Regionen (P1-Pn; S1- 57; 50, SO') mit einem zweiten Typ einer Leitfähigkeit, assoziiert mit zumindest der ersten dotierten Region, auf einer ersten Oberfläche der Schicht gebildet sind, wobei zumindest die erste dotierte Region und die entsprechende Mehrzahl von zweiten dotierten Regionen einen jeweiligen Driftpfad für Ladungsträger mit dem ersten Typ einer Leitfähigkeit definieren, und zumindest eine dritte dotierte Region (3) mit dem zweiten Typ einer Leitfähigkeit auf einer zweiten Oberfläche der Schicht gebildet ist, und ein Mittel (6; R, M1-M8; 6') zum unter Vorspannung setzen der zweiten dotierten Regionen und der dritten dotierten Region, das in der Lage ist, die Übergangszonen zwischen den zweiten dotierten Regionen und der Halbleiterschicht und zwischen der dritten dotierten Region und der Halbleiterschicht umgekehrt unter Vorspannung zu setzen, um die Halbleiterschicht zu entleeren, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannungsmittel geeignet ist, zwei verschiedene Betriebsbedingungen des Detektionsgerätes bereitzustellen, wobei die erste Betriebsbedingung die Bildung einer Mehrzahl von Potential-Energie-Senken schafft für die Ladungsträger in der Halbleiterschicht (1, 2) bei vorbestimmten Abständen entlang des Driftpfades von der ersten dotierten Region (AN1-AN4; AR; 52), wobei die Senken geeignet sind, alle Ladungsträger, die durch ein Ionisierungs-Ereignis erzeugt worden sind, im Wesentlichen an den Eintrittspunkten des Ionisierungs-Ereignisses selbst zu begrenzen, wobei die zweite Betriebsbedingung das Entfernen der potentiellen Energie-Senken vorsieht mittels einer angelegten Vorspannung, um die Ladungsträger dazu zu veranlassen, in Richtung der zumindest einen ersten dotierten Region längs des Driftpfades zu driften und wobei die Ladungsträger auf Richtungen beschränkt gehalten werden, die senkrecht zu dem Driftpfad sind.

2. Detektionsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten dotierten Regionen (P1-Pn; 51-57; 50, 50') bei gleichen Abständen voneinander längs des Drifipfades angeordnet sind.

3. Das Detektionsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannungsmittel (6) erste Mittel zum unter Vorspannung setzen der zweiten dotierten Regionen (P1-Pn) in beide Vorspannungsbedingungen zu entsprechenden elektrischen Potentialen beinhaltet, die in einer monotonen Weise variieren, wenn sie sich von der ersten dotierten Region (AN1 -AN4) längs des Driftpfades wegbewegen und zweite Mittel (SW) zum unter Spannung setzen der dritten dotierten Region (3) auf ein erstes Potential (V4) in der ersten Betriebsbedingung und auf ein zweites Potential (V3) in der zweiten Betriebsbedingung, wobei das erste Potential (V4) geeignet ist, um eine Stelle von Punkten eines Potential-Energie-Minimums bei einem ersten Abstand (Z 1) von der ersten Oberfläche der Halbleiterschicht zu lokalisieren und das zweite Potential (V3) geeignet ist, um die Stelle von Punkten eines Potential-Energie-Minimums bei einem zweiten Abstand (22) von der ersten Oberfläche zu lokalisieren, der größer ist als der erste Abstand.

4. Detektionsgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Potentiale sich auf eine im Allgemeinen lineare Weise ändern.

5. Detektionsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel einen Spannungsteiler beinhaltet.

6. Detektionsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannungsmittel ein erstes Vorspannungsmittel zum unter Vorspannung setzen der dritten dotierten Region auf ein konstantes Potential in den zwei Betriebsbedienungen und ein zweites Mittel (R, M1-M8) zum unter Vorspannung setzen der zweiten dotierten Regionen (S1-S7) auf jeweilige elektrische Potentiale, die in der zweiten Betriebsbedingung auf eine monotone Weise variieren, wenn sie sich von der ersten dotierten Region (AR) längs des Drifipfades wegbewegen, beinhaltet, während in der ersten Betriebsbedienung die elektrischen Potentiale in einer nicht-monotonen Weise variieren, wenn sie sich von der ersten dotierten Region längs des Drifipfades wegbewegen.

7. Detektionsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Potentiale auf eine im Allgemeinen lineare Weise variieren in der zweiten Betriebsbedienung.

8. Detektionsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass unter der ersten Betriebsbedingung die zweiten Mittel (R, M1-M8) des Vorspannungsmittels in der Lage sind, die zweiten dotierten Regionen (S l - 57) auf entsprechende elektrische Potentiale unter Vorspannung zu setzen, die den elektrischen Potentialen der zweiten Betriebsbedingung mit einer überlagerten harmonischen Modulation entsprechen.

9. Detektionsgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die harmonische Modulation eine Periode entsprechend einer vorbestimmten Anzahl der zweiten dotierten Regionen (S1-S7) aufweist.

10. Detektionsgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel des Vorspannungsmittels einen Spannungsteiler (R) beinhaltet und Schaltungsmittel (M1-M8), um jede zweite dotierte Region mit verschiedenen Knoten des Teilers in den zwei Betriebsbedingungen selektiv zu verbinden.

11. Detektionsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel des Vorspannungsmittels eine Mehrzahl von Spannungsteilern beinhaltet, wobei jede zweite dotierte Region mit einem jeweiligen Zwischenknoten des jeweiligen Teilers verbunden ist.

12. Detektionsgerät nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Driftpfad geradlinig ist.

13. Detektionsgerät nach irgendeinem der Ansprüche 1 - 1 l, dadurch gekennzeichnet, dass der Pfad spiralförmig ist.

14. Detektionsgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dort eine Mehrzahl von ersten dotierten Regionen (AN1-AN4; AR) mit dem ersten Typ einer Leitfähigkeit vorgesehen sind, die im Allgemeinen in einer ersten Richtung auf der ersten Oberfläche des Halbleiters ausgerichtet sind, mit welchen eine Mehrzahl von zweiten dotierten Regionen (P1-Pn; S1- 57) mit dem zweiten Typ einer Leitfähigkeit assoziiert sind, die sich zu der ersten Richtung erstrecken.

15. Detektionsgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht (1, 2) mit dotierten Regionen (5) versehen ist, mit dem zweiten Typ einer Leitfähigkeit, die unter den zweiten dotierten Regionen (Pl-Pn; S1-S7) liegen, um Potential-Energie-Barneren zu erzeugen, die geeignet sind, die Ladungsträger auf die Richtung zu beschränken, die senkrecht zu dem Driftpfad ist.

16. Detektionsgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass dort ein erstes Mittel zum Bilden eines Drifikanals (DC), der sich längs des Driftpfades erstreckt Seite an Seite mit der Mehrzahl von zweiten dotierten Regionen (50) in der Halbleiterschicht (1, 2) in beiden Betriebsbedingungen, ein zweites Mittel zum Bilden einer Folge von Potential-Energie- Barrieren, die quer zum Driftpfad in der Halbleiterschicht (1, 2) sind in beiden Betriebsbedingungen, ein drittes Mittel vorgesehen ist zum Bilden einer im Allgemeinen kontinuierlichen Potential-Energie-Barriere für die Ladungsträger längs des Drifipfades zwischen der Mehrzahl von zweiten dotierten Regionen und dem Drifikanal (DC) in der Halbleiterschicht in der ersten Betriebsbedingung, wobei das Vorspannungsmittel geeignet ist, um die Potential-Energie-Barriere in der zweiten Betriebsbedingung zu beseitigen, um zu bewirken, dass die Ladungsträger in den Driftkanal fließen in Richtung der zumindest einen ersten dotierten Region (52).

17. Detektionsgerät nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschicht (1, 2) ein Substrat (1) beinhaltet mit einem ersten Leitungswiderstand und eine Schicht (2) mit einem zweiten Leitungswiderstand, der geringer ist als der erste Leitungswiderstand.

18. Verfahren, um eine Energie und Punkt eines Eintritts eines Ionisierungs- Ereignisses durch ein Halbleitergerät nach Anspruch 1 zu detektieren, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass dort ein erster Schritt, in welchem eine Mehrzahl von dreidimensionalen Potential-Energie- Senken für Ladungsträger mit dem ersten Typ einer Leitfähigkeit gebildet ist in der Halbleiterschicht bei vorbestimmten Abständen längs eines Drifipfades von zumindest einer Kollektor-Elektrode für die Ladungsträger, so dass die Ladungsträger, die durch ein Ionisierungsereignis erzeugt worden sind, auf die dreidimensionalen Potential-Energie-Senken beschränkt sind, die im Allgemeinen den Punkten entsprechen, an welchen sie durch den Eintritt des Ionisierungsereignisses erzeugt worden sind, und ein zweiter Schritt vorgesehen ist, in welchem eine angelegte Vorspannung in dem Entfernen der Potential-Energie-Senken resultiert, um die Ladungsträger zu veranlassen in Richtung der zumindest einen Kollektor- Elektrode längs des Drifipfades zu driften, während die Ladungsträger, die auf die Richtungen senkrecht zu dem Driftpfad beschränkt sind, gehalten werden.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Potential- Energie-Senken in dem zweiten Schritt durch Unterdrücken der Potential- Energie-Barrieren beseitigt werden, die die Ladungsträger auf den Driftpfad in dem ersten Schritt beschränkt haben.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Potential- Energie-Senken in dem zweiten Schritt durch Unterdrücken der Potential- Energie-Barrieren beseitigt werden, die die Ladungsträger auf die Richtungen quer zu dem Driftpfad im genannten ersten Schritt beschränkt haben.