EP2438750A1 - Halbleiterstruktur, insbesondere bib-detektor mit einem depfet als ausleseelement, sowie entsprechendes betriebsverfahren - Google Patents

Halbleiterstruktur, insbesondere bib-detektor mit einem depfet als ausleseelement, sowie entsprechendes betriebsverfahren

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EP2438750A1
EP2438750A1 EP10721987A EP10721987A EP2438750A1 EP 2438750 A1 EP2438750 A1 EP 2438750A1 EP 10721987 A EP10721987 A EP 10721987A EP 10721987 A EP10721987 A EP 10721987A EP 2438750 A1 EP2438750 A1 EP 2438750A1
Authority
EP
European Patent Office
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signal charge
charge carriers
transistor
semiconductor
semiconductor structure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10721987A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Lutz
Lothar Strüder
Valentin Fedl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Original Assignee
Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV filed Critical Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Publication of EP2438750A1 publication Critical patent/EP2438750A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F30/00—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors
    • H10F30/20—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors
    • H10F30/21—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H10F30/28—Individual radiation-sensitive semiconductor devices in which radiation controls the flow of current through the devices, e.g. photodetectors the devices having potential barriers, e.g. phototransistors the devices being sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation the devices being characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistors
    • H10F30/282—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET], e.g. MISFET [metal-insulator-semiconductor field-effect transistor] phototransistors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
    • H10F77/10—Semiconductor bodies
    • H10F77/14—Shape of semiconductor bodies; Shapes, relative sizes or dispositions of semiconductor regions within semiconductor bodies

Definitions

  • the invention relates to an operating method for a semiconductor structure, in particular for a readout element (for example a DEPFET: depleted field effect transistor), in a semiconductor detector, in particular in a BIB detector (BIB: Bored Impurity Band). Furthermore, the invention relates to a correspondingly formed semiconductor structure.
  • a readout element for example a DEPFET: depleted field effect transistor
  • BIB detector Bored Impurity Band
  • BIB detectors are known from numerous publications, for example EP 0 271 522 A1, EP 0 110 977 B1, EP 0 110 977 A1, US Pat. No. 4,956,687 A, US Pat. No. 4,568,960 A, US Pat. No. 4,507,674 A, WO 1988 / 00397 Al and WO 1983/04456 Al.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a clearing mechanism which makes it possible for a DEPFET to effectively extinguish the signal charge carriers accumulated in the internal gate of the DEPFET even at extremely low temperatures and to remove them from the internal gate.
  • the invention is based on the technical-physical realization that the signal charge carriers accumulated in the internal gate of the DEPFET are usually trapped at very low temperatures in a potential well at a storage site, so that the signal charge carriers are not freely movable, which is a distance the signal charge carrier from the internal gate prevents or at least impedes.
  • the invention therefore encompasses the general technical teaching of freeing the signal charge carriers from their potential wells in the internal gate of the DEPFET by means of the tunnel effect known per se.
  • the invention therefore provides in that an electrical tunnel field is generated in the region of the internal gate, so that the signal charge carriers located in the potential well of the internal gate can tunnel out of the potential well of the internal gate into a conduction band in which the Ci are movable v / as a distance of the signal charge carriers from the internal gate allows.
  • the tunnel field can be generated in the case of a transistor structure, for example by a suitable electrical control of the source, drain and / or gate of the transistor structure.
  • the invention is not limited to those semiconductor structures in which the tunneling field is generated by the non-existent contacts (e.g., gate, source, drain) of the semiconductor structure. Rather, it is also conceivable that the semiconductor structure according to the invention has one or more additional contacts in order to generate the tunnel field.
  • the inventive idea of mobilizing signal charge carriers by means of the tunnel effect can be realized not only with DEPFETs which serve as a readout element in a BIB detector. Rather, the inventive principle of exploiting the tunnel effect for mobilizing stored signal charge carriers is also generally feasible in semiconductor structures which serve as a readout element in a semiconductor detector. In addition, the inventive principle of exploiting the tunnel effect can also be used generally in semiconductor structures which have a memory area in which radiation-generated signal charge carriers are accumulated. As an example of such an application of the principle according to the invention are CCD detectors (CCD: Charge Coupled Devices) to call, which are known per se from the prior art and therefore need not be described in detail.
  • CCD detectors CCD: Charge Coupled Devices
  • the invention can also be implemented in a floating-gate amplifier, as described, for example, in RP KRAFT et al .: "Soft X-ray spectroscopy with sub-electron read-only charge coupled devices", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A , v. 361, p. 372-383.
  • the semiconductor detector prefferably be an RNDR detector (RNDR: Repetitive non-destructive edge-out), as is known per se from the prior art (see S. W ⁇ LFEL et al.: "A novel way of single optical photon detection: Beating the 1 / f noise Ii with ultra high resolution DEPFET-RNDR devices", IEEE-TNS VoI 54, No 4, Part 3 (2007) 1311-1318) ,
  • the inventive concept for erasing the signal charge carriers from the memory area preferably provides that the signal charge carriers tunneled out of the potential well into the conduction band by means of the tunnel effect drift out of the memory area.
  • the possibility that the tuned into the conduction band signal charge carriers solely by diffusion processes from the Out of memory area is specifically supported by an electrical drift field, which in the context of the invention is designated as an erase field and is generated by means of an erase contact. The generation of such erase fields is known per se from conventional DEPFETs and therefore need not be described in detail.
  • the invention for erasing the signal charge carriers accumulated in the memory area, it is possible for the signal charge carriers tunneled into the conduction band to be trapped again by an impurity in the semiconductor structure after a short distance, as a result of which the deletion process is hindered.
  • the invention therefore preferably provides that the deletion of the signal charge carriers is repeated several times in order to remove as far as possible all signal charge carriers from the storage area.
  • the tunnel field generates a potential well at the location of an impurity, so that the potential well of the tunnel field should be spatially displaced between the successive quenching processes in order to avoid that the signal electrons are again captured by the impurities.
  • This spatial displacement of the potential well of the tunnel field between the successive deletions can take place in different directions.
  • the potential well of the tunnel field in the semiconductor structure can be displaced in the lateral direction essentially parallel to the current direction or to the conduction channel of the transistor structure.
  • the potential well of the tunnel field in the lateral direction substantially transversely and preferably at right angles to the current direction or to the conduction channel of the transistor current is shifted.
  • the potential well of the tunnel field is displaced in the vertical direction between the successive deleting processes.
  • the memory area is preferably an internal gate of a transistor structure, wherein the signal charge carriers accumulated in the internal gate control the transistor current.
  • the above-mentioned erasure or drift field can hereby optionally be oriented transversely to the current direction of the transistor current or transversely to the line channel of the transistor structure, so that the
  • an erase contact is provided for generating the erase field, as is the case with conventional DEPFETs.
  • the erase contact can optionally be arranged with respect to the current direction of the transistor current laterally next to the line channel or in channel direction in front of or behind the transistor structure.
  • the mechanism according to the invention for erasing the signal charge carriers accumulated in the storage area also works at extremely low temperatures, as already mentioned above.
  • the semiconductor detector eg a BIB detector
  • the semiconductor structure eg a readout element, in particular in the form of a DEPFET
  • the invention also encompasses a correspondingly designed semiconductor structure with a cancellation device which generates the aforementioned tunnel field.
  • the LoW direction preferably also has a clear contact to the above Driftg. Loschfeld in the semiconductor structure to produce.
  • Figure 1 is a cutaway perspective view of a
  • DEPFETs which is used as a readout element of a BIB detector
  • FIG. 2 shows a micro-potential well at a storage location as a function of the field strength prevailing in the vicinity of the storage site
  • FIG. 3 shows various states of the macro potential well in the internal gate of the DEPFET according to FIG. 1
  • FIG. 4 shows the time profile of the voltages applied to the external electrodes (source, clear gate and clear) in the case of the DEPFET according to FIG.
  • FIG. 5 shows, as an alternative, possible curves of the voltages applied to the external electrode 1 " 1 (gate, clear-gate and clear),
  • FIG. 6A is a plan view of an annular DEPFET
  • FIG. 6B shows a cross-sectional view through the DEPFET according to FIG. 6A along the line A-A, FIG.
  • FIG. 7A shows the profile of the electrical potential in the DEPFET according to FIGS. 6A and 6B along the line
  • FIG. 7B shows the course of the electrical potential in the FIG.
  • Figure 9 is a perspective and partially cutaway view of an annular DEPFET.
  • FIG. 1 shows a DEPFET 1 (DEPFET: Depleted Field Effect Transistor) which is used as a readout element for a BIB detector (BIB: Blocked Impuncty Band), the BIB detector not being shown for the sake of simplicity.
  • DEPFET Depleted Field Effect Transistor
  • BIB detector Blocked Impuncty Band
  • the DEPFET 1 has a depleted in operation and heavily n-doped semiconductor substrate HS, which is bounded on its underside by a heavily n-doped back contact RK, wherein the back contact RK an intrinsic carrier substrate TS connects, which achieves the required mechanical stability.
  • the DEPFET 1 has a heavily p-doped source S and a heavily p-doped drain D, wherein a conduction channel K extends between the source S and the drain D, through which a controllable transistor current flows during operation.
  • the transistor current flowing through the conduction channel K can be controlled by an external gate G, which is located at the top of the DEPFET 1 above the conduction channel K.
  • the transistor current flowing through the conduction channel K can be controlled by an internal gate IG, which is buried in the semiconductor substrate HS below the conduction channel K.
  • an internal gate IG which is buried in the semiconductor substrate HS below the conduction channel K.
  • radiation-generated signal charge carriers 2 accumulate in the internal gate IG, so that the signal charge carriers 2 accumulated in the internal gate IG accumulate. also control the transistor current through the conduit K, which thus forms a measure of the detected radiation.
  • drain D is connected to an amplifier 3, which is shown here only schematically.
  • the DEPFET 1 has an erase means for erasing the signal charge carriers 2 accumulated in the internal gate IG, i. to be removed from the internal gate IG.
  • the L ⁇ sch shark consists essentially of a clear gate CLG and a heavily n-doped quenching CL.
  • the erasing direction makes it possible to generate a erasure field in the DEPFET 1, the erase field being aligned transversely to the line channel K, so that the signal carrier 2 is erased transversely to the line Route duct K out of internal gate IG.
  • FIG. 2 now shows the profile of a potential well which arises in the internal gate IG at an impurity.
  • different field strengths which are generated by means of a tunneling field in the DEPFET 1, are shown in different versions of the Mikr_o-pptent_ialjtppf_s for_ve_r_.
  • the dot-dash line here shows the course of the potential well without a tunnel field. In this state, the signal charge carriers 2 are trapped in the micro-potential well and can not be removed from the internal gate IG in the event of an erase process or only with a very low probability.
  • the dashed curve shows the course of the micro-well with a relatively weak tunnel field with a field strength of 5 kV / cm. It can be seen that the Potential well is distorted, whereby the statistical probability is increased that the signal carriers 2 tunnel out of the potential well into the conduction band.
  • the solid line shows the course of the potential tap with a tunnel field of 10 kV / cm.
  • the signal charge carriers 2 can tunnel out of the potential well into the conduction band, where the signal charge carriers 2 are then freely movable, which is utilized in the context of the invention for deleting the internal gate IG.
  • the tunnel field shown in FIG. 2 with a solid line thus makes it possible to extinguish the signal charge carriers 2 accumulated in the internal gate IG even at the very low temperatures of up to 5 K which are required during operation of the BIB detector.
  • FIG. 3 shows the displacement of the macroscopic potential well in the internal gate IG of the DEPFET 1, wherein the displacement can be caused by an applied voltage at the source S and / or at the external gate G_ and / or another external electrode.
  • the roughly dashed lines are intended here to indicate flat storages in which the signal charge carriers 2 freeze at the low temperatures which are required during operation of the BIB detector. By means of a sufficiently high electric field, these signal charge carriers 2 can be emitted into the conduction band.
  • a voltage applied from the outside shifts the macroscopic potential well (indicated by the fine dashed line). This means that, at the point where the potential minimum was previously, a high field results, which causes the signal charge carriers 2 to tunnel into the conduction band.
  • the signal charge carriers 2 are now freely movable in the conduction band, they drift to the new potential minimum. mum and freeze there again. This ensures that the signal charge carriers 2 in the vertical direction (not shown here) can diffuse or drift to an erase contact. By repeated repetition increases the residence time of the signal charge carriers 2 in the conduction band, whereby the internal gate IG is deleted.
  • FIG. 4 shows the course of the electrical potentials at the erase area CL, the clear gate CLG and the source S of the DEPFET 1 according to FIG. 1 when the internal gate IG is extinguished.
  • the application of the clear gate CLG and the erase area CL serves to generate in the DEPFET 1 a drift field which is aligned transversely to the line channel K, so that the signal electrons 2 transversely to the line channel K from the internal Drift gate IG.
  • FIG. 5 shows an alternative to the application of the erase area CL, the clear gate CLG and the gate G in the DEPFET 1 to erase the internal gate IG.
  • the tunnel field is therefore not affected by an application of the source
  • FIGS. 6A and 6B show an alternative embodiment of a DEPFET 1, which is described in detail in DE 10 2004 003 283 Al, so that the content of this document is fully within the scope of the present specification in terms of the operation and construction of DEPFET 1.
  • a tunnel field can be generated by the above-described electrical activation of the gate G, the source S and / or the dram clear gate DCG, so that the signal charge carriers stored in the internal gate IG are cleared for erasing Tunneling line can be tunneled where they are freely movable.
  • FIG. 7A shows, without a tunnel field according to the invention, the profile of the electrical potential in the DEPFET 1 below the gate G along the line BB in FIG. 6A, the X axis being the distance from the boundary between the drain-clear gate DCG and the gate G. reproduces. It can be seen from this illustration that in the DEPFET 1, within the internal gate IG, a potential well forms between the drain-clear gate DCG and the source S, in which signal electrons are trapped.
  • FIG. 7B shows the variation of the potential P along the line B-B in FIG. 6A with a tunnel field which is generated by a suitable electrical activation of the source S, the gate G and / or the dram clear gate DCG.
  • the signal charge carriers 2 accumulated in the internal gate IG can then tunnel into the conduction band and are freely movable there to drift to the clear region CL.
  • step S2 the source S with a tunnel r ⁇ otenti3l is then e mentallyt to g so that can tunnel in de TM "* ⁇ n gate IG accumulated signal charge carriers 2 from the potential well out into the conduction band, where The signal charge carriers 2 can then move freely, the step S2 thus corresponds to the variant according to FIG 3, after which the
  • Source S is driven to generate the tunnel field.
  • step S3 the clear gate CLG and the clear area CL are then activated in accordance with FIG. 4 in order to generate a cancellation or drift field.
  • the tunneling field is then shifted accordingly to allow tunneling of signal charge carriers into the conduction band which have again been trapped by a storage site.
  • step S6 it is then checked whether the payer n has exceeded a predetermined maximum value n MAX .
  • FIG. 9 shows a modification of the DEPFET 1 according to FIG. 1, so that reference is made to the above description to avoid repetition, the same reference numerals being used for corresponding details.
  • a tunnel field can be generated by the above-described electrical activation of the gate G and / or the source S, so that the signal charge carriers stored in the internal gate IG can tunnel into the conduction band for erasing, where they are are freely movable.

Landscapes

  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Halbleiterstruktur (1), insbesondere für ein Ausleseelement, in einem Halbleiterdetektor, insbesondere in einem Blocked-Impurity-Band-Detektor, mit den folgenden Schritten: a) Erzeugen von freien Signalladungsträgern (2) in dem Halbleiterdetektor durch einfallende Strahlung, b) Sammeln der strahlungsgenerierten Signalladungsträger (2) in einem Speicherbereich (IG) in der Halbleiterstruktur (1), wobei der Speicherbereich (IG) einen Potentialtopf bildet, in dem die Signalladungsträger (2) gefangen sind, c) Löschen der Signalladungsträger (2), die in dem Speicherbereich (IG) angesammelt sind, indem die Signalladungsträger (2) aus dem Speicherbereich (IG) entfernt werden, d) Erzeugen eines elektrischen Tunnelfeldes im Bereich des Speicherbereichs (IG), so dass die in dem Potentialtopf des Speicherbereichs (IG) befindlichen Signalladungsträger (2) unter Ausnutzung des Tunneleffekts aus dem Potentialtopf des Speicherbereichs (IG) heraus in ein Leitungsband tunneln können, in dem die Signalladungsträger (2) frei beweglich sind. Weiterhin umfasst die Erfindung eine entsprechende HaIbleiterstruktur.

Description

BESCHREIBUNG
Halbleiterstruktur, insbesondere BIB-Detektor mit einem
DEPFET als Ausleseelement, sowie entsprechendes Betriebsverfahren
Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine HaIb- leiterstruktur, insbesondere für ein Ausleseelement (z.B. einen DEPFET: Depleted Field Effect Transistor), in einem Halbleiterdetektor, insbesondere in einem BIB-Detektor (BIB: BIo- cked Impurity Band) . Weiterhin betrifft die Erfindung eine entsprechend ausgebildete Halbleiterstruktur.
BIB-Detektoren sind aus zahlreichen Veröffentlichungen bekannt, wie beispielsweise EP 0 271 522 Al, EP 0 110 977 Bl, EP 0 110 977 Al, US 4 956 687 A, US 4 568 960 A, US 4 507 674 A, WO 1988/00397 Al und WO 1983/04456 Al.
Weiterhin ist aus FEDL, V. et al.: "Investigation of Single Pixel DePMOSFETs under Cryogenic Conditions" m "Froceeαings of the 2008 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Ima- ging Conference" als Ausleseelement für derartige BIB- Detektoren einen DEPFET zu verwenden, der an sich aus dem
Stand der Technik bekannt ist und beispielsweise in Gerhard Lutz: "Semiconductor Radiation Detectors", Springer-Verlag, Seite 243 - 258 beschrieben ist.
Problematisch bei der Verwendung eines DEPFETs als Ausleseelement in einem BIB-Detektor ist die Tatsache, dass der BIB- Detektor bei sehr geringen Temperaturen von bis zu 5 K betrieben wird, was das Löschen der in dem internen Gate des DEPFETs angesammelten Signalladungsträger erschwert, da die Signalladungstrager bei derart niedrigen Temperaturen nicht mehr frei beweglich sind, so dass die bei DEPFETs herkomm- licherweise verwendeten Loschmechanismen nicht oder nur unzureichend funktionieren. In der vorstehend erwähnten Verof- fentlichung von FEDL et al. wird dieses Problem erkannt und vorgeschlagen, eine Vielzahl von bis zu 1000 Loschimpulsen zu verwenden, um die geringe Effektivität der einzelnen Loschvorgange durch eine große Anzahl von wiederholten Loschvor- gangen zu kompensieren. Diese bekannte Losung des Problems der unzureichenden Loschung bei äußerst niedrigen Temperaturen ist jedoch unbefriedigend.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Loschmechanismus anzugeben, der es bei einem DEPFET ermog- licht, die in dem internen Gate des DEPFETs angesammelten Signalladungstrager auch bei äußerst geringen Temperaturen effektiv zu loschen und aus dem internen Gate zu entfernen.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemaßes Betπebsver- fahren und durch eine entsprechend gestaltete Halbleiter- struktur gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelost.
Die Erfindung beruht auf der technisch-physikalischen Erkenntnis, dass die in dem internen Gate des DEPFETs angesam- melten Signalladungstrager bei sehr geringen Temperaturen in der Regel in einem Potentialtopf an einer Storstelle gefangen sind, so dass die Signalladungstrager nicht frei beweglich sind, was eine Entfernung der Signalladungstrager aus dem internen Gate verhindert oder zumindest erschwert.
Die Erfindung umfasst deshalb die allgemeine technische Lehre, die Signalladungstrager mittels des an sich bekannten Tunneleffekts aus ihren Potentialtopfen in dem internen Gate des DEPFETs zu befreien. Die Erfindung sieht deshalb vor, dass in dem Bereich des internen Gates ein elektrisches Tunnelfeld erzeugt wird, so dass die in dem Potentialtopf des internen Gates befindlichen Signalladungstrager unter Ausnutzung des Tunneleffekts aus dem Potentialtopf des internen Ga- tes heraus in ein Leitungsband tunneln können, in dem die Ci beweglich sind v/as eine Ent— fernung der Signalladungstrager aus dem internen Gate ermöglicht.
Das Tunnelfeld kann im Falle einer Transistorstruktur beispielsweise durch eine geeignete elektrische Ansteuerung von Source, Drain und/oder Gate der Transistorstruktur erzeugt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Halbleiterstrukturen beschrankt, bei denen das Tunnelfeld durch die oh- nehm vorhandenen Kontakte (z.B. Gate, Source, Drain) der Halbleiterstruktur erzeugt wird. Es vielmehr auch denkbar, dass die erfmdungsgemaße Halbleiterstruktur einen oder mehrere zusätzliche Kontakte aufweist, um das Tunnelfeld zu erzeugen .
Der erfmdungsgemaße Gedanke der Mobilisierung von Signalla- dungstragern mittels des Tunneleffekts ist nicht nur bei DEPFETs realisierbar, die als Ausleseelement in einem BIB- Detektor dienen. Vielmehr ist das erfmdungsgemaße Prinzip der Ausnutzung des Tunneleffekts zur Mobilisierung von gespeicherten Signalladungstragern auch allgemein bei Halblei- terstrukturen realisierbar, die als Ausleseelement in einem Halbleiterdetektor dienen. Darüber hinaus kann das erfin- dungsgemaße Prinzip der Ausnutzung des Tunneleffekts auch allgemein in Halbleiterstrukturen eingesetzt werden, die einen Speicherbereich aufweisen, in dem strahlungsgeneπerte Signalladungstrager angesammelt werden. Als Beispiel für eine derartige Anwendung des erfindungsgemäßen Prinzips sind CCD-Detektoren (CCD: Charge Coupled Devices) zu nennen, die an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind und deshalb nicht näher beschrieben werden müssen.
Weiterhin kann die Erfindung auch bei einem Floating-Gate- Amplifier realisiert werden, wie er beispielsweise in R. P. KRAFT et al.: "Soft X-ray spectroscopy with sub-electron readnoise Charge coupled devices", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A, v. 361, p. 372-383 beschrieben ist.
Ferner besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass der Halbleiterdetektor ein RNDR-Detektor ist (RNDR: Repetiti- ve non-destructive £ead-out) , wie er an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist (vgl. S. WÖLFEL et al.: "A novel way of Single optical photon detection: Beating the 1/f noise Ii- mit with Ultra high resolution DEPFET-RNDR devices", IEEE-TNS VoI 54, No 4, Part 3 (2007) 1311-1318).
Besonde-r-s -vo-r-te-i-lhaf-t—is-t- die—Reali.s.i_er_ung _d_es_ ejrfjLndungsgemäßen Prinzips jedoch bei Halbleiterstrukturen, die bei sehr niedrigen Temperaturen von bis zu 5 K betrieben werden, da die Signalladungsträger ansonsten auch in herkömmlicher Weise gelöscht werden können.
Darüber hinaus sieht das erfindungsgemäße Konzept zum Löschen der Signalladungsträger aus dem Speicherbereich (z.B. dem internen Gate eines DEPFET) vorzugsweise vor, dass die mittels des Tunneleffekts aus dem Potentialtopf in das Leitungsband getunnelten Signalladungsträger aus dem Speicherbereich herausdriften. Theoretisch besteht zwar im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass die in das Leitungsband getunnelten Signalladungsträger allein durch Diffusionsprozesse aus dem Speicherbereich herausgelangen. Vorzugsweise wird die Bewegung der Signalladungsträger aus dem Speicherbereich jedoch gezielt durch ein elektrisches Driftfeld unterstützt, das im Rahmen der Erfindung als Löschfeld bezeichnet wird und mit- tels eines Löschkontakts erzeugt wird. Die Erzeugung derartiger Löschfelder ist an sich von herkömmlichen DEPFETs bekannt und muss deshalb nicht näher beschrieben werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Konzept zum Löschen der in dem Speicherbereich angesammelten Signalladungsträger besteht die Möglichkeit, dass die in das Leitungsband getunnelten Signalladungsträger nach einer kurzen Wegstrecke wieder von einer Störstelle in der Halbleiterstruktur eingefangen werden, wodurch der Löschvorgang behindert wird. Die Erfindung sieht deshalb vorzugsweise vor, dass das Löschen der Signalladungsträger mehrfach wiederholt wird, um möglichst alle Signalladungsträger aus dem Speicherbereich zu entfernen.
Hierbei ist zu berücksichtigen, dass das Tunnelfeld jeweils am Ort einer Störstelle einen Potentialtopf erzeugt, so dass di_e__räumli_che_La_ge_de_s_ Potentialtopfs dess Tunnelfeldes zwischen den aufeinander folgenden Löschvorgängen räumlich verlagert werden sollte, um zu vermeiden, dass die Signalelektronen wieder von den Störstellen eingefangen werden.
Diese räumliche Verlagerung des Potentialtopfs des Tunnelfeldes zwischen den aufeinander folgenden Löschvorgängen kann in verschiedener Richtung erfolgen. Beispielsweise kann der Potentialtopf des Tunnelfeldes in der Halbleiterstruktur in seitlicher Richtung im Wesentlichen parallel zur Stromrichtung bzw. zum Leitungskanal der Transistorstruktur verschoben werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Potentialtopf des Tunnelfeldes in seitlicher Richtung im Wesentlichen quer und vorzugsweise rechtwinklig zur Stromrichtung bzw. zum Leitungskanal des Transistorstroms verschoben wird. Ferner besteht die Möglichkeit, dass der Potentialtopf des Tunnelfeldes zwischen den aufeinander folgenden Löschvorgängen in vertikaler Richtung verlagert wird. Darüber hinaus be- steht die Möglichkeit einer Kombination der vorstehend aufgezählten Varianten zur Verlagerung des Potentialtopfs des Tunnelfeldes zwischen den aufeinander folgenden Löschvorgängen.
Es wurde bereits vorstehend erwähnt, dass der Speicherbereich vorzugsweise ein internes Gate einer Transistorstruktur ist, wobei die in dem internen Gate angesammelten Signalladungsträger den Transistorstrom steuern. Das vorstehend erwähnte Lösch- bzw. Driftfeld kann hierbei wahlweise quer zu der Stromrichtung des Transistorstroms bzw. quer zu dem Leitungs- kanal der Transistorstruktur ausgerichtet sein, so dass die
Signalladungsträger im Rahmen eines Löschvorgangs quer zu dem Leitungskanal driften. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass das Löschfeld im Wesentlichen parallel zu der Stromrichtung des Transistorstroms bzw. des Leitungskanals der Tran- sistorstruktur ausgerichtet ist, so dass die Signalladungs- t_rä.g.er_ beim_L_ö_sche_n_im _WesenLtlich_e_n_p_arallel zu der Stromrichtung des Transistorstroms driften.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist zur Erzeugung des Löschfeldes ein Löschkontakt vorgesehen, wie es auch bei herkömmlichen DEPFETs der Fall ist. In Abhängigkeit von der gewünschten Driftrichtung beim Löschen kann der Löschkontakt wahlweise bezüglich der Stromrichtung des Transistorstroms seitlich neben dem Leitungskanal oder in Kanal- richtung vor oder hinter der Transistorstruktur angeordnet sein .
Der erfindungsgemäße Mechanismus zum Löschen der in dem Speicherbereich angesammelten Signalladungsträger arbeitet auch bei äußerst niedrigen Temperaturen, wie bereits vorstehend erwähnt wurde. Im Rahmen der Erfindung ist deshalb vorzugsweise vorgesehen, dass der Halbleiterdetektor (z.B. ein BIB- Detektor) und/oder die Halbleiterstruktur (z.B. ein Auslese- element, insbesondere in Form eines DEPFETs) auf eine Temperatur "on weniger als 100 K, 50 K, 30 κr 20 K oder sogar WP- niger als 10 K gekühlt wird.
Neben dem vorstehend beschriebenen erfmdungsgemaßen Be- triebsverfahren umfasst die Erfindung auch eine entsprechend gestaltete Halbleiterstruktur mit einer Loscheinrichtung, die das vorstehend erwähnte Tunnelfeld erzeugt.
Darüber hinaus weist die Loscheinrichtung vorzugsweise auch einen Loschkontakt auf, um das vorstehend erwähnte Driftbzw. Loschfeld in der Halbleiterstruktur zu erzeugen.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusam- men mit der Beschreibung der bevorzugten Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren naher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine aufgeschnittene Perspektivansicht eines
DEPFETs, der als Ausleseelement eines BIB-Detektors eingesetzt wird,
Figur 2 einen Mikro-Potentialtopf an einer Storstelle in Abhängigkeit von der in der Nahe der Storstelle herrschenden Feldstarke,
Figur 3 verschiedene Zustande des Makro-Potentialtopfs in dem internen Gate des DEPFET gemäß Figur 1, Figur 4 den zeitlichen Verlauf der an die externen Elektroden (Source, Clear-Gate und Clear) angelegten Spannungen bei dem DEPFET gemäß Figur 1 beim Loschen,
Figur 5 alternativ mögliche Verlaufe der an die externen E- lektrode1"1 (Gate, Clear-Gate und Clear) angelegten Spannungen,
Figur 6A eine Aufsicht auf einen ringförmigen DEPFET,
Figur 6B eine Querschnittsansicht durch den DEPFET gemäß Figur 6A entlang der Linie A-A,
Figur 7A der Verlauf des elektrischen Potentials in dem DEPFET gemäß den Figuren 6A und 6B entlang der Linie
B-B in Figur 6B ohne ein Tunnelfeld,
Figur 7B den Verlauf des elektrischen Potentials in dem
DEPFET gemäß den Figuren 6A und 6B entlang der Linie B-B in Figur 6B mit einem Tunnelfeld,
Figur 8 das erfindungsgemaße Loschverfahren in Form eines Flussdiagramms, sowie
Figur 9 eine perspektivische und teilweise aufgeschnittene Ansicht eines ringförmigen DEPFETs.
Figur 1 zeigt einen DEPFET 1 (DEPFET: Depleted Field Effekt Transistor) , der als Ausleseelement für einen BIB-Detektor (BIB: Blocked Impunty Band) eingesetzt wird, wobei der BIB- Detektor zur Vereinfachung nicht dargestellt ist. Derartige BIB-Detektoren sind jedoch an sich aus dem Stand der Technik bekannt, so dass hinsichtlich des Aufbaus und der Funktions- weise von BIB-Detektoren auf die eingangs zitierten Druckschriften verwiesen wird.
Auch der Aufbau und die Funktionsweise des dargestellten DEPFETs 1 sind weitgehend herkömmlich, so dass hinsichtlich r.u j-jjuuij gangs zitierten Druckschriften verwiesen wird.
Es ist an dieser Stelle lediglich kurz zu erwähnen, dass der DEPFET 1 ein in Betrieb verarmtes und stark n-dotiertes Halbleitersubstrat HS aufweist, das an seiner Unterseite von einem stark n-dotierten Rückkontakt RK begrenzt ist, wobei an den Rückkontakt RK ein intrinsisches Trägersubstrat TS anschließt, das die erforderliche mechanische Stabilität er- zielt.
An seiner Oberseite weist der DEPFET 1 eine stark p-dotierte Source S und eine stark p-dotierte Drain D auf, wobei sich zwischen der Source S und der Drain D ein Leitungskanal K er- streckt, durch den im Betrieb ein steuerbarer Transistorstrom fließt .
Zum einen kann der durch den Leitungskanal K fließende Transistorstrom durch ein externes Gate G gesteuert werden, das sich an der Oberseite des DEPFET 1 oberhalb des Leitungskanals K befindet.
Zum anderen kann der durch den Leitungskanal K fließende Transistorstrom durch ein internes Gate IG gesteuert werden, das in dem Halbleitersubstrat HS unter dem Leitungskanal K vergraben ist. Im Betrieb des DEPFETs 1 als Ausleseelement eines BIB-Detektors sammeln sich in dem internen Gate IG strahlungsgenerierte Signalladungsträger 2, so dass die in dem internen Gate IG angesammelten Signalladungsträger 2 e- benfalls den Transistorstrom durch den Leitungskanal K steuern, der somit ein Maß für die detektierte Strahlung bildet.
Weiterhin ist die Drain D an einen Verstärker 3 angeschlos- sen, der hier nur schematisch dargestellt ist.
Darüber hinaus weist der DEPFET 1 eine Löscheinrichtung auf, um die in dem internen Gate IG angesammelten Signalladungsträger 2 zu löschen, d.h. aus dem internen Gate IG zu entfer- nen. Die Lόscheinrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Clear-Gate CLG und einem stark n-dotierten Löschbereich CL. Die Lόscheinrichtung ermöglicht durch eine geeignete Potentialbeaufschlagung des Clear-Gates CLG und des Löschbereichs CL die Erzeugung eines Lösch- bzw. Driftfeldes in dem DEPFET 1, wobei das Löschfeld quer zu dem Leitungskanal K ausgerichtet ist, so dass die Signalladungsträger 2 beim Löschen quer zu dem Leitungskanal K aus dem internen Gate IG heraus driften.
Figur 2 zeigt nun den Verlauf eines Potentialtopfs, der in dem internen Gate IG an einer Störstelle entsteht. Hierbei si«d--ve-r-schiedene- Verlä_ufe_des_Mikr_o-Pptent_ialjtppf_s _für_ve_r_- schiedene Feldstärken dargestellt, die mittels eines Tunnelfeldes in dem DEPFET 1 erzeugt werden.
Die strichpunktierte Linie zeigt hierbei den Verlauf des Potentialtopfs ohne ein Tunnelfeld. In diesem Zustand sind die Signalladungsträger 2 in dem Mikro-Potentialtopf gefangen und können bei einem Löschvorgang nicht oder nur mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit aus dem internen Gate IG entfernt werden.
Der gestrichelte Verlauf zeigt dagegen den Verlauf des Mikro- Potentialtopfs mit einem relativ schwachen Tunnelfeld mit einer Feldstärke von 5 kV/cm. Daraus ist ersichtlich, dass der Potentialtopf verzerrt ist, wodurch die statistische Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass die Signalladungsträger 2 aus dem Potentialtopf heraus in das Leitungsband tunneln.
Schließlich zeigt die durchgezogene Linie den Verlauf des Po- tentialtcpfs mit einem Tunnelfeld von 10 kV/cm. Bei einem derartigen Tunnelfeld können die Signalladungsträger 2 aus dem Potentialtopf in das Leitungsband tunneln, wo die Signalladungsträger 2 dann frei beweglich sind, was im Rahmen der Er- findung zum Loschen des internen Gates IG ausgenutzt wird.
Das in Figur 2 mit einer durchgezogenen Linie dargestellte Tunnelfeld ermöglicht also ein Löschen der in dem internen Gate IG angesammelten Signalladungsträger 2 auch bei den sehr niedrigen Temperaturen von bis zu 5 K, die im Betrieb des BIB-Detektors erforderlich sind.
Figur 3 zeigt die Verschiebung des makroskopischen Potentialtopfs in dem internen Gate IG des DEPFETs 1, wobei die Ver- Schiebung durch eine angelegte Spannung an der Source S und/oder an dem externen Gate G_ und/oder einer anderen externen Elektrode verursacht werden kann. Die grob gestrichelten Linien sollen hierbei flache Storstellen andeuten, in denen die Signalladungsträger 2 bei den tiefen Temperaturen aus- frieren, die im Betrieb des BIB-Detektors erforderlich sind. Durch ein genügend hohes elektrisches Feld können diese Sig- nalladungstrager 2 in das Leitungsband emittiert werden. Durch eine von außen angelegte Spannung verschiebt sich der makroskopische Potentialtopf (angedeutet durch die fein ge- strichelte Linie) . Dies bedeutet, dass an der Stelle, wo vorher das Potentialminimum war, sich ein hohes Feld ergibt, das die Signalladungsträger 2 dazu bringt, in das Leitungsband zu tunneln. Da die Signalladungsträger 2 nun in dem Leitungsband frei beweglich sind, driften sie zu dem neuen Potentialmini- mum und frieren dort erneut aus. Dabei wird gewährleistet, dass die Signalladungsträger 2 in senkrechter Richtung (hier nicht dargestellt) zu einem Löschkontakt diffundieren bzw. driften können. Durch mehrfaches Wiederholen erhöht sich die Verweildauer der Signalladungsträger 2 in dem Leitungsband, womit das interne Gate IG gelöscht wird.
Figur 4 zeigt den Verlauf der elektrischen Potentiale an dem Löschbereich CL, dem Clear-Gate CLG bzw. der Source S des DEPFETs 1 gemäß Figur 1 beim Löschen des internen Gates IG.
Die Beaufschlagung der Source S mit zahlreichen Löschimpulsen
4 erzeugt jeweils ein Tunnelfeld in dem DEPFET 1, so dass die in dem internen Gate IG angesammelten und ausgefrorenen Sig- nalladungsträger 2 in das Leitungsband tunneln können, wobei dieser Vorgang entsprechend der Anzahl der Löschimpulse 4 mehrfach wiederholt wird.
Die Beaufschlagung des Clear-Gates CLG und des Löschbereichs CL dient dagegen dazu, in dem DEPFET 1 ein Lösch- bzw. Driftfeld zu erzeugen, das quer zu dem Leitungskanal K ausgerichtet ist, so dass die Signalelektronen 2 quer zu dem Leitungskanal K aus dem internen Gate IG driften.
Figur 5 zeigt eine Alternative der Beaufschlagung des Löschbereichs CL, des Clear-Gates CLG und des Gates G bei dem DEPFET 1 zum Löschen des internen Gates IG.
Im Gegensatz zu der Variante gemäß Figur 4 wird das Tunnel- feld also hierbei nicht durch eine Beaufschlagung der Source
5 erzeugt, sondern durch eine Beaufschlagung des Gates G.
Die Figuren 6A und 6B zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel eines DEPFETs 1, das detailliert in DE 10 2004 003 283 Al beschrieben ist, so dass der Inhalt dieser Druckschrift der vorliegenden Beschreibung hinsichtlich der Funktionsweise und des Aufbaus des DEPFETs 1 in vollem Umfang zuzurechnen ist.
Auch bei fiipςpm Ansfnhrungsbeispiel des DEPFETs 1 kann durch die vorstehend beschriebene elektrische Ansteuerung des Gates G, der Source S und/oder des Dram-Clear-Gates DCG ein Tunnelfeld erzeugt werden, so dass die in dem internen Gate IG gespeicherten Signalladungstrager zum Loschen in das Leitungsband tunneln können, wo sie frei beweglich sind.
Figur 7A zeigt ohne ein erfmdungsgemaßes Tunnelfeld den Verlauf des elektrischen Potentials in dem DEPFET 1 unterhalb des Gates G entlang der Linie B-B in Figur 6A, wobei die X- Achse den Abstand von der Grenze zwischen dem Drain-Clear- Gate DCG und dem Gate G wiedergibt. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, dass sich in dem DEPFET 1 innerhalb des internen Gates IG ein Potentialtopf zwischen dem Drain-Clear- Gate DCG und der Source S bildet, in dem Signalelektronen gefangen sind.
Figur 7B zeigt dagegen den Verlauf des Potentials P entlang der Linie B-B in Figur 6A mit einem Tunnelfeld, das durch ei- ne geeignete elektrische Ansteuerung der Source S, des Gates G und/oder des Dram-Clear-Gates DCG erzeugt wird. Die in dem internen Gate IG angesammelten Signalladungstrager 2 können dann in das Leitungsband tunneln und sind dort frei beweglich, um zu dem Clear-Bereich CL zu driften.
Figur 8 zeigt das erfindungsgemaße Loschverfahren in Form eines Flussdiagramms. In einem ersten Schritt Sl wird zunächst ein interner Zahler n=l zurückgesetzt, um die Anzahl der Loschvorgange zahlen zu können .
In einem folgenden Schritt S2 wird dann die Source S mit einem Tunnelr^otenti3l angesteuert so dass die in de™ "* ^^^^^^n Gate IG angesammelten Signalladungstrager 2 aus dem Potentialtopf heraus in das Leitungsband tunneln können, wo sich die Signalladungstrager 2 dann frei bewegen können. Der Schritt S2 entspricht also der Variante gemäß Figur 3, wonach die
Source S angesteuert wird, um das Tunnelfeld zu erzeugen. Alternativ ist es jedoch auch möglich, in dem Schritt S2 das Gate G gemäß Figur 5 anzusteuern, um das Tunnelfeld zu erzeugen .
In einem folgenden Schritt S3 werden dann das Clear-Gate CLG und der Loschbereich CL entsprechend Figur 4 angesteuert, um ein Losch- bzw. Driftfeld zu erzeugen.
In dem nächsten Schritt S4 wird das Tunnelfeld dann entsprechend verschoben, um Signalladungstrager in das Leitungsband tunneln zu lassen, die wieder von einer Storstelle eingefangen wurden.
Im nächsten Schritt S5 wird dann der Zahler n inkrementiert .
In dem folgenden Schritt S6 wird dann überprüft, ob der Zahler n einen vorgegebenen Maximalwert nMAX überschritten hat.
Die vorstehend skizzierten Loschvorgange werden dann entsprechend oft wiederholt, um samtliche Signalladungstrager 2 aus dem internen Gate IG zu loschen. Figur 9 zeigt eine Abwandlung des DEPFETs 1 gemäß Figur 1, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Beschreibung verwiesen wird, wobei für entsprechende Einzelheiten dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
PT no ßocQnHor-hoη-h HT ÖQOC; QnςfnhrnnπQhpϊ Qnϊ PI Q H*=» c; "h <=>h "h HΛΓΪ n dass der DEPFET 1 ringförmig ist, wohingegen der DEPFET 1 gemäß Figur 1 linear aufgebaut ist.
Auch bei diesem Ausfuhrungsbeispiel des DEPFETs 1 kann durch die vorstehend beschriebene elektrische Ansteuerung des Gates G und/oder der Source S ein Tunnelfeld erzeugt werden, so dass die in dem internen Gate IG gespeicherten Signalladungs- trager zum Loschen in das Leitungsband tunneln können, wo sie frei beweglich sind.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausfuhrungsbeispiele beschrankt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die eben- falls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.
Bezugszeichenliste :
1 DEPFET
2 Signalladungsträger J Verstärker
4 Loschimpulse CL Lόschbereich CLG Clear-Gate
D Drain
DCG Drain-Clear-Gate
G Externes Gate
HS Halbleitersubstrat
IG Internes Gate
K Leitungskanal
RK Rückkontakt
5 Source
TS Tragersubstrat
* * * * *

Claims

ANSPRUCHE
1. Betriebsverfahren für eine Halbleiterstruktur (1), insbesondere für ein Ausleseclcmcnt , in einem Halbleiterdetektor, insbesondere in einem Blocked-Impurity-Band-Detektor, mit den folgenden Schritten: a) Erzeugen von freien Signalladungsträgern (2) in dem Halbleiterdetektor durch einfallende Strahlung, b) Sammeln der strahlungsgenerierten Signalladungsträger (2) in einem Speicherbereich (IG) in der Halbleiterstruktur (1), wobei der Speicherbereich (IG) einen Potentialtopf bildet, in dem die Signalladungsträger (2) gefangen sind, c) Löschen der Signalladungsträger (2), die in dem Speicherbereich (IG) angesammelt sind, indem die Signalladungsträger (2) aus dem Speicherbereich (IG) entfernt werden, gekennzeichnet durch foJLgenden _S_chri.tt__ zum Löschen d_e_r_ SignaJ^Iadungsträger _{2 )_: d) Erzeugen eines elektrischen Tunnelfeldes im Bereich des Speicherbereichs (IG), so dass die in dem Potentialtopf des Speicherbereichs (IG) befindlichen Signalladungs- träger (2) unter Ausnutzung des Tunneleffekts aus dem Potentialtopf des Speicherbereichs (IG) heraus in ein Leitungsband tunneln können, in dem die Signalladungsträger (2) frei beweglich sind.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgenden Schritt zum Löschen der Signalladungsträger (2): Driften der in das Leitungsband getunnelten Signalladungsträger (2) aus dem Speicherbereich (IG) heraus.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgenden Schritt zum Löschen der Signalladungsträger (2): Erzeugen eines elektrischen Löschfeldes in der Halbleiterstruktur (1) mittels eines Löschkontakts (CLG, CL), wobei das Löschfeld die aus dem Speicherbereich (IG) heraus in das Lei- tunysbcind getunnelten Signalladungsträger (2) aus dem Speicherbereich (IG) heraus driften lässt.
4. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das Löschen der Signalladungsträger (2) mehrfach wiederholt wird, um möglichst alle Signalladungsträger (2) aus dem Speicherbereich (IG) zu entfernen .
5. Betriebsverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Tunnelfeld einen Potentialtopf an einer Störstelle erzeugt, b) dass die räumliche Lage des Potentialtopfs des Tunnel- feldes zwischen den aufeinander folgenden Löschvorgän-
_g.ea_räumlich__ve_rla_gert wird,L um zu_ vermeiden, dass die Signalladungsträger (2) wieder von den Störstellen eingefangen werden.
6. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Speicherbereich (IG) als internes Gate (IG) Bestandteil einer Transistorstruktur mit einem steuerbaren Transistorstrom mit einer bestimmten Stromrich- tung ist, und b) dass die in dem internen Gate (IG) angesammelten Signalladungsträger (2) den Transistorstrom steuern.
7. Betriebsverfahren nach 6, dadurch gekennzeichnet , a) dass das Loschfeld im Wesentlichen quer zu der Strom- richtung des Transistorstroms ausgerichtet ist, so dass die Signalladungstrager (2) beim Loschen quer zu der
St rom1" 1 r-h i- πn π H o c T T S Π C T c f n r 5t" rnitl Q H r i f t pn nrlp r b) dass das Loschfeld im Wesentlichen parallel zu der Stromrichtung des Transistorstroms ausgerichtet ist, so dass die Signalladungstrager (2) beim Loschen im We- sentlichen parallel zu der Stromrichtung des Transistorstroms driften.
8. Betriebsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, a) dass zur Erzeugung des Loschfeldes ein Loschkontakt (CL, CLG) vorgesehen ist, und b) dass der Loschkontakt (CL, CLG) bezuglich der Stromrichtung des Transistorstroms seitlich neben der Transistorstruktur angeordnet ist, oder c) dass der Loschkontakt bezüglich der Stromrichtung des
Transistorstroms vor oder__hinter der Transistorstruktur angeordnet ist.
9. Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, da- durch gekennzeichnet, dass die räumliche Verlagerung des Po- tentialtopfs des Tunnelfeldes zwischen den aufeinander folgenden Loschvorgangen in folgender Richtung erfolgt: a) In seitlicher Richtung im Wesentlichen parallel zur
Stromrichtung des Transistorstroms, oder b) in seitlicher Richtung im Wesentlichen quer zur Stromrichtung des Transistorstroms, oder c) in vertikaler Richtung.
10. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das interne Gate (IG) Bestandteil einer Transistorstruktur ist, insbesondere eines DEPFETs, wobei das interne Gate (IG) in der Halbleiterstruktur (1) vergraben ist ,- und b) dass die Transistorstruktur zusätzlich zu dem internen Gate (IG) eine Source (S), eine Drain (D), einen steuerbaren Leitungskanal (K) zwischen der Source (S) und der Drain (D) und ein externes Gate (G) aufweist, und c) dass die in dem internen Gate (IG) angesammelten Signalladungsträger (2) den Transistorstrom durch den Leitungskanal (K) steuern, und d) dass das Potential des externen Gates (G) den Transis- torstrom durch den Leitungskanal (K) steuert, und e) dass das Tunnelfeld erzeugt wird, indem eine entsprechende Tunnelspannung an die Source (S) der Transistorstruktur angelegt wird.
11. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Halbleiterdetektor ein Blocked-Impurity-Band- Detektor ist, der im tiefgekühlten Zustand betrieben wird, oder b) dass der Halbleiterdetektor ein CCD-Detektor ist.
12. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Halbleiterstruktur (1) ein Ausleseelement des Halbleiterdetektors ist, insbesondere ein DEPFET, und b) dass das Ausleselement in Abhängigkeit von den in dem internen Gate (IG) angesammelten Signalladungsträgern (2) ein elektrisches Ausgangssignal ausgibt, und c) dass das Ausgangssignal ein Maß für die detektierte Strahlung ist.
13. Betriebsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, gekennzeichnet durch folgenden Schritt:
Tiefkühlen des Halblei Lerdetektors und/oder der Halbleiterstruktur (1), insbesondere auf eine Temperatur von weniger als 100K, 5OK, 3OK, 2OK oder sogar weniger als 1OK.
14. Halbleiterstruktur (1) für einen Halbleiterdetektor zur Strahlungsdetektion, insbesondere DEPFET als Ausleseelement des Halbleiterdetektors, insbesondere zur Durchführung des Betriebsverfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit a) einem Halbleitersubstrat, b) einem in dem Halbleitersubstrat vergrabenen Speicherbereich (IG) zum Sammeln von strahlungsgenerierten Signalladungsträgern (2), wobei der Speicherbereich (IG) einen Potentialtopf bildet, in dem die Signalladungs- träger (2) gefangen sind, c)- einer -Löscheinrlchtung zum _E_nt_fer_nen__d_e_r_ i_n_ dem Speicherbereich (IG) angesammelten Signalladungsträger (2) aus dem Speicherbereich (IG), dadurch gekennzeichnet, d) dass die Löscheinrichtung ein elektrisches Tunnelfeld im Bereich des Speicherbereichs (IG) erzeugt, so dass die in dem Potentialtopf des Speicherbereichs (IG) befindlichen Signalladungsträger (2) unter Ausnutzung des Tunneleffekts aus dem Potentialtopf heraus in ein Lei- tungsband tunneln, in dem die Signalladungsträger (2) frei beweglich sind.
15. Halbleiterstruktur (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Löscheinrichtung mittels eines Löschkontakts ein elektrisches Löschfeld in der Halbleiterstruktur (1) erzeugt, b) dass das Löschfeld die aus dem Speicherbereich (IG) heraus in das Leitungsband getunnelten Signalladungsträger (2) aus dem Speicherbereich (IG) heraus driften lässt .
16. Halbleiterstruktur (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Tunnelfeld einen Potentialtopf an einer Störstelle aufweist, b) dass die Löscheinrichtung die räumliche Lage des Potentialtopfs des Tunnelfeldes zwischen den aufeinander folgenden Löschvorgängen räumlich verlagert, um zu vermeiden, dass die Signalladungsträger (2) wieder an den Störstellen eingefangen werden.
17. Halbleiterstruktur (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet , a) dass der Speicherbereich (IG) als internes Gate Bestandteil einer Transistorstruktur mit einem steuerbaren Transistorstrom mit einer bestimmten Stromrichtung ist, und b) dass die in dem internen Gate (IG) angesammelten Signalladungsträger (2) den Transistorstrom steuern.
18. Halbleiterstruktur (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Löschfeld im Wesentlichen quer zu der Stromrichtung des Transistorstroms ausgerichtet ist, so dass die Signalladungsträger (2) beim Löschen quer zu der Stromrichtung des Transistorstroms diffundieren, oder b) dass das Löschfeld im Wesentlichen parallel zu der
Stromrichtung des Transistorstroms ausgerichtet ist, so dass die Signalladungsträger (2) beim Löschen im Wesentlichen parallel zu der Stromrichtung des Transis- torstroms diffundieren.
19. Halbleiterstruktur (1) nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Löscheinrichtung die räumliche Lage des Potentialtopfs des Tunnelfeldes zwischen den aufein- ander folgenden Lόschvorgängen in einer der folgenden Richtungen ändert: a) In seitlicher Richtung im Wesentlichen parallel zur Stromrichtung des Transistorstroms, oder b) in seitlicher Richtung im Wesentlichen quer zur Strom- richtung des Transistorstroms, oder c) in vertikaler Richtung.
20. Halbleiterstruktur (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, a) dass zur Erzeugung des Löschfeldes ein Löschkontakt vor_ge_sehen ist ,_ und b) dass der Löschkontakt bezüglich der Stromrichtung des
Transistorstroms seitlich neben der Transistorstruktur angeordnet ist, oder c) dass der Löschkontakt bezüglich der Stromrichtung des
Transistorstroms vor oder hinter der Transistorstruktur angeordnet ist.
21. Halbleiterstruktur (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch gekennzeichnet, a) dass das interne Gate (IG) Bestandteil einer Transistorstruktur ist, insbesondere eines DEPFET, wobei das interne Gate (IG) in der Halbleiterstruktur (1) vergraben ist, b) dass die Transistorstruktur zusätzlich zu dem internen Gate (IG) eine Source (S), eine Drain (D), einen steuerbaren Leitungskanal (K) zwischen der Source (S) und der Drain (D) und ein externes Gate (G) aufweist, c) dass die in dem internen Gate (IG) angesammelten Signalladungsträger (2) den Transistorstrom durch den Leitungskanal (K) steuern, und d) dass das Potential des externen Gates (G) den Transistorstrom durch den Leitungskanal (K) steuert, und e) dass das Tunnelfeld erzeugt wird, indem eine entsprechende Tunnelspannung an die Source (S) der Transistorstruktur angelegt wird.
22. Halbleiterstruktur (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterstruktur (1) a) linear oder b) ringförmig ist.
23. Halbleiterstruktur (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterstruktur (1) tiefge_küh_lt_j-s.t_, insbesαndere_ auf^ Temperaturen von weniger als 100K, 5OK, 3OK, 2OK oder sogar weniger als 1OK.
24. Halbleiterstruktur nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterstruktur ein Floating-Gate-Verstärker ist.
25. Halbleiterdetektor mit einer Halbleiterstruktur (1) nach einem der Ansprüche 14 bis 24.
26. Halbleiterdetektor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Halbleiterstruktur (1) ein Ausleseelement des Halbleiterdetektors ist, und b) dass das Ausleseelement in Abhängigkeit von den in dem internen Gate (IG) angesammelten Signalladungsträgern (2) ein elektrisches Ausgangssignal ausgibt, und c) dass das Ausgangssignal ein Maß für die detektierte Strahlung ist.
27. Halbleiterdetektor nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Halbleiterdetektor ein Blocked-Impurity-Band- Detektor ist, der im tiefgekühlten Zustand betrieben wird, oder b) dass der Halbleiterdetektor ein CCD-Detektor ist, oder c) dass der Halbleiterdetektor ein RNDR-Detektor ist.
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