IT202100009443A1 - Un sensore di radiazioni - Google Patents

Description

Domanda di Brevetto per Invenzione Industriale a titolo:

?UN SENSORE DI RADIAZIONI?

DESCRIZIONE

Definizioni

Nel presente brevetto, per strato di passivazione in un dispositivo si intende uno strato di materiale semiconduttore, comunque esso sia ottenuto, che non viene svuotato perch? contiene una concentrazione sufficientemente elevata di portatori maggioritari, durante la normale operativit? del dispositivo, dello stesso tipo di quelli presenti nel substrato su cui lo strato di passivazione ? realizzato.

Campo di applicazione

La presente invenzione ? applicabile al settore dei sensori di radiazioni e, in particolare, al settore dei sensori di radiazioni a diodi.

Pi? in dettaglio, la presente invenzione si riferisce ad un sensore avente uno o pi? diodi a moltiplicazione di carica.

Stato della tecnica

Tra i sensori di radiazioni sono noti i single photon avalanche diode (SPAD), ovvero i fotodiodi a valanga sensibili al singolo fotone. Un singolo SPAD e' costituito da un diodo a moltiplicazione di carica che viene polarizzato per lavorare in regime geiger. Un sensore pu? essere composto da un singolo SPAD oppure da un insieme di SPAD, chiamati anche microcelle o pixel. Tra i sensori composti da pi? SPAD sono noti i sensori fotomoltiplicatori al silicio, detti anche SiPM, che sono tipicamente composti da SPAD collegati in parallelo.

Tipicamente, come si osserva in fig. 1, una microcella M ? realizzata in un substrato S di materiale semiconduttore, tipicamente epitassiale. In tale substrato S si identifica un primo strato P1 di materiale semiconduttore drogato per essere un conduttore di un primo tipo (che pu? essere di tipo n o di tipo p indifferentemente, comunque di segno opposto al drogaggio del substrato S). Tale primo strato P1 ? realizzato sulla superficie frontale del substrato S.

Vi ? poi un secondo strato P2 di materiale semiconduttore drogato di segno opposto al primo strato P1 e realizzato in profondit? nel substrato S. Quest?ultimo ? generalmente drogato dello stesso segno di P2, ma in quantit? inferiore. Vi ? poi tipicamente uno strato di fondo PF drogato dello stesso segno di P2. L?alimentazione del diodo tipicamente, ma non necessariamente, ? tra il primo strato P1 e lo strato di fondo PF e, in accordo con l?alimentazione, tra il primo P1 e il secondo strato P2 o tra il primo P1 e lo strato di fondo PF si crea una regione di svuotamento. In ogni caso, tra il primo strato P1 ed il secondo strato P2 si crea una regione a campo elettrico elevato E per la generazione dell?effetto moltiplicatore di carica del diodo.

Per ogni SPAD almeno uno dei due poli o dei due contatti elettrici deve essere isolato funzionalmente dai suoi vicini per funzionare correttamente come previsto. Per tale motivo tra essi viene solitamente realizzata una regione di isolamento R tipicamente elettrico e possibilmente anche ottico. Infatti, l'isolamento ottico tra celle adiacenti ? auspicabile, anche se non obbligatorio, per ridurre il rumore correlato in termini di crosstalk ottico.

Tuttavia, ci? significa che parte del volume del dispositivo ? dedicata alla regione di isolamento R.

Inoltre, il secondo strato P2 deve essere distanziato da tale regione R in modo da realizzare sostanzialmente un anello di guardia che pu? essere di tipo virtuale (virtual guard ring - VGR), ossia in modo da prevenire campi elettrici troppo elevati ai bordi dell'area attiva.

Di conseguenza, in un SiPM, l'area sensibile di ogni SPAD ? significativamente pi? piccola della sua area totale a causa della regione di isolamento R e dell?anello di guardia VGR, che costituiscono il cosiddetto bordo morto della cella. Definendo il fattore di riempimento della cella (anche detto fill factor) come rapporto tra l'area sensibile e l'area totale di una microcella, ? evidente che tanto pi? alto sar? tale numero tanto pi? prestazionale sar? la singola cella. Peraltro, ? evidente che tanto pi? piccola sar? la microcella, tanto pi? dannoso ? un bordo morto elevato.

Per quanto fin qui detto, quindi, il fattore di riempimento di una microcella risente innanzitutto dello spazio perso per la realizzazione della regione di isolamento ed in seconda battuta della necessaria spaziatura che costituisce l?anello di guardia virtuale.

Presentazione dell?invenzione

Scopo della presente invenzione ? superare almeno parzialmente gli inconvenienti sopra riscontrati, mettendo a disposizione un sensore di radiazioni avente prestazioni migliorate in termini di fill factor rispetto ai sensori equivalenti noti per quanto concerne la capacit? delle radiazioni incidenti di innescare una valanga nel diodo a moltiplicazione di carica senza incrementare significativamente (o in maniera eccessiva) il rate di conteggi di buio.

In altri termini, uno scopo della presente invenzione ? mettere a disposizione un sensore di radiazioni in cui il fattore di riempimento delle microcelle sia migliorato rispetto ai sensori equivalenti della tecnica nota senza per questo incrementare significativamente o incrementando il meno possibile la corrente di buio del dispositivo.

Pi? in dettaglio, uno scopo della presente invenzione ? mettere a disposizione un sensore di radiazioni in cui le regioni di isolamento abbiano una incidenza inferiore sul substrato diminuendo, se non sostanzialmente annullando, il loro contributo alla generazione del cosiddetto bordo morto.

Un altro scopo ? mettere a disposizione un sensore di radiazioni in cui le cariche elettriche generate nel substrato vengano convogliate verso la regione a campo elettrico elevato in modo da innescare efficacemente l?effetto di moltiplicazione di carica.

Non ultimo scopo ? mettere a disposizione un sensore di radiazioni in cui le regioni di isolamento abbiano un effetto limitato, se non nullo, sulla superficie di incidenza dei fotoni rispetto a quanto accade nei sensori equivalenti noti.

Tali scopi, nonch? altri che appariranno pi? chiaramente nel seguito, sono raggiunti da un sensore di radiazioni a diodi in accordo con le rivendicazioni che seguono le quali sono da considerarsi parte integrante della presente descrizione.

In particolare, esso ? composto da uno o pi? diodi a moltiplicazione di carica che tipicamente, ma non necessariamente, verranno polarizzati per lavorare in geiger mode. In tal senso, il sensore comprende un substrato realizzato in materiale semiconduttore ed avente due superfici, una superficie frontale ed una superficie posteriore opposta alla superficie frontale.

Almeno in prossimit? della superficie frontale trova posto almeno un primo strato di materiale semiconduttore drogato con un drogaggio di un primo tipo, sia esso di tipo n o di tipo p. Tale primo strato ? realizzato in modo da ricoprire almeno una prima area centrale della superficie frontale del substrato.

Vi ? poi almeno un secondo strato di materiale semiconduttore drogato con un drogaggio di un secondo tipo elettricamente di segno opposto al primo tipo. Tale secondo strato ? realizzato ad una prima profondit? nel substrato ed ? a sviluppo sostanzialmente parallelo al primo strato in modo da interessare una seconda area che individua tra i due strati, in presenza di un?opportuna polarizzazione del sensore, una regione a campo elettrico elevato. In altri termini, i due strati realizzano la regione di moltiplicazione di carica di un diodo di tale tipologia la cui zona di lavoro, e quindi il cui livello di moltiplicazione di cariche, sar? determinata dall?alimentazione dello stesso diodo.

Secondo un aspetto dell?invenzione, il sensore di radiazioni comprende anche almeno un terzo strato di materiale semiconduttore drogato con un drogaggio del secondo tipo e realizzato ad una seconda profondit? nel substrato maggiore della prima profondit?. In particolare, il terzo strato interessa una terza area che, in proiezione in pianta, ? almeno parzialmente laterale alla seconda area.

Da quando detto si pu? semplificare sostenendo che il terzo strato costituisce sostanzialmente una cornice, per quanto parzialmente sovrapponibile al secondo strato, per la regione a campo elettrico elevato e si posiziona tra essa e l?area del substrato dove avviene la raccolta di cariche a causa dell?incidenza delle radiazioni. In questo senso, vantaggiosamente, esso impedisce alle cariche generate nel substrato di dirigersi verso l?anello di guardia virtuale focalizzandole verso la regione a campo elettrico elevato. In altri termini, esso svolge una funzione sostanzialmente ad imbuto per le cariche generate nel substrato che vengono cos? dirette verso la regione a campo elettrico elevato. Si osserva, vantaggiosamente, che ci? avviene qualsiasi sia l?estensione di tale regione.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il sensore di radiazioni comprende anche almeno una prima regione di isolamento realizzata perimetralmente al substrato e che si sviluppa in profondit? nello stesso substrato a partire dalla superficie posteriore in modo da essere disposta lateralmente almeno ad una porzione di detto substrato da detta superficie posteriore ad almeno detto terzo strato.

Ne consegue che vi ? un isolamento funzionale tra diodi a moltiplicazione di carica contigui che compongono il sensore. Tuttavia, vantaggiosamente, si osserva che la regione di isolamento potrebbe limitarsi ad isolare tra loro esclusivamente le aree dove avviene la raccolta delle cariche di diodi a moltiplicazione di carica contigui. In questi casi, potrebbero essere utilizzate altre strutture per ottenere l?isolamento funzionale tra le regioni corrispondenti al primo, secondo ed eventualmente terzo strato di diodi adiacenti, come, ad esempio, l?uso di uno strato superficiale aggiuntivo avente drogaggio di segno opposto a quello del primo strato e disposto almeno parzialmente lateralmente ad esso e, tipicamente, denominato ?p-stop? o ?p-spray? (o ?n-stop? o ?n-spray? nel caso di drogaggio opposto).

Peraltro, ancora vantaggiosamente, tale regione di isolamento, che costituisce nei fatti una trincea, pu? non incidere su entrambe le superfici, ma solo sulla superficie posteriore. Ci? risulta particolarmente vantaggioso nel caso di sensori che sono destinati ad essere illuminati sulla superficie frontale poich? quest?ultima risulta continua e non intaccata e quindi non vi sono elementi che possano influenzare la corretta incidenza delle radiazioni, o comunque diminuirne la superficie sensibile.

Ancora vantaggiosamente, a pari volume dell?area di raccolta dei fotoni, il sensore dell?invenzione ha una regione a campo elettrico elevato molto pi? piccola e quindi il rumore generato in questa regione, che tipicamente costituisce una parte significativa del rumore di buio del sensore, ? ridotto.

Con l?esecuzione appena descritta, una parte rilevante della caduta di tensione del sensore tipicamente si individua tra primo e secondo strato perch? ? la regione con il campo elettrico pi? alto. Approssimativamente, la stessa caduta di tensione si individua anche tra primo e terzo strato poich? quest?ultimo ? tipicamente allo stesso potenziale del secondo strato. Per evitare la moltiplicazione delle valanghe al di sopra del terzo strato, ? importante che il calo di tensione tra quest?ultimo ed il primo strato sia generato su un percorso significativamente pi? lungo di quello tra primo e secondo strato. L?esecuzione del terzo strato pi? in profondit? rispetto al secondo strato consente, vantaggiosamente, di aumentare il suddetto percorso limitando, se non annullando moltiplicazioni aggiuntive di cariche.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il sensore di radiazioni comprende anche almeno un quarto strato di materiale semiconduttore drogato con un drogaggio del primo tipo e realizzato almeno in prossimit? della superficie frontale del substrato superiormente al primo strato. Inoltre, il drogaggio del quarto strato ? superiore a quello del primo strato in modo da ottenere una conduttivit? del quarto strato maggiore della conduttivit? del primo strato.

Vantaggiosamente, lo strato composto da primo e quarto strato risulta patternizzato, ossia ha una gradualit? di drogaggio che consente, vantaggiosamente, di modellare i campi elettrici che lo coinvolgono soprattutto ai bordi con ci?, peraltro, incrementando l?effetto isolante dell?anello di guardia virtuale. Potenzialmente, quindi, tale anello di guardia virtuale potrebbe essere ridotto in estensione.

Peraltro, ancora vantaggiosamente, l?utilizzo di specie droganti diverse possono essere utilizzate nei due strati allo scopo di modellare ancora meglio il gradiente del drogaggio nell'insieme di primo e quarto strato.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, di un sensore di radiazioni secondo l?invenzione, illustrate a titolo di esempio non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

- la FIG. 1 rappresenta un sensore di radiazioni secondo la tecnica nota in vista schematizzata;

- la FIG. 2 rappresenta un sensore di radiazioni secondo l?invenzione in vista schematizzata;

- la FIG. 3 rappresenta il sensore di radiazioni secondo di FIG. 1 in un istante operativo.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferita Con riferimento alle figure citate, ed in particolare alla fig. 2, si descrive un sensore di radiazioni 1 avente uno o pi? diodi a moltiplicazione di carica 2 che tipicamente, ma non necessariamente, verranno polarizzati in modo da lavorare in geiger mode. Per semplicit? descrittiva, il sensore 1 rappresentato nelle figure comprende un solo diodo 2, ma ? evidente che tale aspetto non deve essere considerato limitativo per la presente invenzione.

Pi? in dettaglio, i diodi a moltiplicazione di carica 2 sono tipicamente del tipo a valanga per effetto del meccanismo della ionizzazione da impatto.

Il sensore 1 comprende quindi un substrato 3 realizzato in materiale semiconduttore ed avente due superfici, una superficie frontale 4 ed una superficie posteriore 5 opposta alla superficie frontale 4.

Sulla superficie frontale 4 trova posto un primo strato 8 di materiale semiconduttore drogato con un drogaggio di un primo tipo. Nelle figure tale drogaggio figura essere di tipo n, ma anche questo aspetto non deve essere considerato limitativo per la presente invenzione. Infatti, l?inversione dei tipi di drogaggio citati nella presente descrizione non comportando alcuna differenza ai fini del presente brevetto.

Anche lo spessore del primo strato 8 pu? essere qualsivoglia in accordo con i parametri di progettazione del sensore 1. In generale si specifica che, indipendentemente da quanto di possa dedurre dalle figure, gli spessori di tutti gli strati indicati nel presente brevetto saranno in accordo con i parametri di progettazione del sensore di radiazioni senza alcun limite per l?invenzione.

Anche la posizione del primo strato 8 sulla superficie frontale del substrato 3 ? una caratteristica da considerarsi non limitativa per l?invenzione, essendovi varianti esecutive non rappresentate in questa sede dove lo stesso primo strato ? realizzato in profondit? nel substrato (per quanto in prossimit? della superficie frontale) e collegato con la superficie frontale mediante un contatto elettrico.

Il primo strato 8 ? realizzato in modo da ricoprire una prima area centrale della superficie frontale 4 del substrato.

Vi ? poi un secondo strato 9 di materiale semiconduttore drogato con un drogaggio di un secondo tipo elettricamente di segno opposto al primo tipo. Tipicamente anche il substrato 3 ? drogato con un drogaggio del secondo tipo, ma con un livello di drogaggio inferiore rispetto a quello del secondo strato. Altrettanto tipicamente, sulla superficie posteriore 5 del substrato vi ? un ulteriore strato drogato 30 con drogaggio del secondo tipo, generalmente a drogaggio pi? alto rispetto a quello del substrato. Per quanto in figura si osserva che tale ulteriore strato drogato 30 copre tutta la superficie posteriore 5, tale aspetto non deve essere considerato limitativo per differenti forme di esecuzione dell?invenzione dove l?ulteriore strato drogato copre solo una porzione della superficie posteriore del substrato.

Il secondo strato 9 ? realizzato ad una prima profondit? nel substrato 3 ed ? a sviluppo sostanzialmente parallelo al primo strato 8 in modo da interessare una seconda area. Inoltre, tra il secondo strato 9 e il primo strato 8 ? individuabile una regione a campo elettrico elevato 10 per la generazione della moltiplicazione di carica.

Perimetralmente al primo 8 e al secondo strato 9 vi ? uno spazio di separazione dal bordo della cella che svolge una funzione analoga, sostanzialmente, un anello di guardia virtuale 11 ossia ha la funzione di prevenire campi elettrici elevati ai bordi dell'area attiva.

Secondo un aspetto dell?invenzione, il sensore di radiazioni 1 comprende anche un terzo strato 12 di materiale semiconduttore drogato con un drogaggio del secondo tipo (quindi tipicamente, ma non necessariamente, coincidente al drogaggio del secondo strato 9) e realizzato ad una seconda profondit? nel substrato 3 maggiore della prima profondit?, ossia ? ad una profondit? superiore nel substrato 3 rispetto alla profondit? del secondo strato 9. In figura si osserva che il secondo strato 9 ed il terzo strato 12 sono disgiunti, ma tale aspetto non deve essere considerato limitativo per l?invenzione. Inoltre, il terzo strato 12 interessa una terza area che, in proiezione in pianta, ? almeno parzialmente laterale alla seconda area.

In altri termini, come detto anche in precedenza, il terzo strato 12 costituisce sostanzialmente una cornice per il diodo a moltiplicazione di carica 2. In questo senso, vantaggiosamente, esso impedisce alle cariche generate nel substrato 3 di dirigersi verso l?anello di guardia virtuale 11 focalizzandole verso la regione a campo elettrico elevato 10.

In precedenza si ? citato un sostanziale effetto imbuto poich? esemplifica in modo grossolano, ma efficace, la funzione di convogliamento delle cariche generate nel substrato 3 dall?incidenza delle radiazioni verso la regione a campo elettrico elevato 10 dove si realizza l?effetto di moltiplicazione di carica.

Vantaggiosamente, a causa di tale convogliamento, che ? simile ad un meccanismo di messa a fuoco efficiente delle cariche, la dimensione almeno del secondo strato 9 e dello strato a campo elettrico elevato 10, se non anche del primo strato 8, pu? essere ridotta, ottenendo i seguenti vantaggi:

- vi ? potenzialmente un maggiore spazio per l?anello di guardia virtuale 11. Questo ? importante in generale, ma ? fondamentale per le piccole dimensioni delle celle, in cui la dimensione minima necessaria per l?anello di guardia virtuale 11 per essere efficace altrimenti userebbe tutta la larghezza della cella, senza lasciare spazio per il primo strato 8 ed il secondo strato 9;

- ridotta capacit? del diodo 2, che consente di costruire microcelle con tempi di ricarica pi? veloci, in particolare nel caso del meccanismo di spegnimento della moltiplicazione di carica passivo, ottenuto attraverso la cosiddetta ?resistenza di quanching?, che viene normalmente utilizzato nei SiPM analogici;

- ad una capacit? inferiore del catodo corrisponde anche un guadagno inferiore derivante dall?effetto di moltiplicazione di carica, definito come il numero medio di cariche che passano attraverso lo strato a campo elettrico elevato 10 per ogni fotone rilevato. Un guadagno in generale inferiore consente un minore rumore correlato.

Nelle figure si osserva che il terzo strato 12 si sviluppa parallelamente alla superficie del sensore 1, ma anche tale aspetto non deve essere considerato limitativo per la presente invenzione, il terzo strato potendo avere uno sviluppo sostanzialmente obliquo o comunque qualsivoglia.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il sensore di radiazioni 1 comprende una prima regione di isolamento 15 realizzata perimetralmente al substrato 3 e che si sviluppa in profondit? nello stesso substrato 3 a partire dalla superficie posteriore 5. In particolare, in figura si osserva che tale prima regione di isolamento 15 risulta essere disposta lateralmente a tutto il diodo 2. Infatti, nella fig. 2 si osserva che la regione di isolamento 15 giunge fino alla superficie frontale 4 del substrato 3, ma tale aspetto non deve essere considerato limitativo per differenti forme di esecuzione dell?invenzione secondo le quali la regione di isolamento sale dalla superficie posteriore in profondit? nel substrato fino al terzo strato. In questi casi, peraltro, in talune varianti esecutive sono utilizzate altre strutture per ottenere l?isolamento funzionale tra le regioni corrispondenti al primo, secondo ed eventualmente terzo strato di diodi adiacenti, come, ad esempio, l?uso di uno strato superficiale aggiuntivo avente drogaggio di segno opposto a quello del primo strato e disposto almeno parzialmente lateralmente ad esso e, tipicamente, denominato ?p-stop? o ?pspray? (o ?n-stop? o ?n-spray? nel caso di drogaggio opposto).

In ogni caso, tipicamente la regione di isolamento 15 ? realizzata incidendo il substrato 3 e inserendo nel solco cos? ottenuto uno o pi? materiali di cui tipicamente, ma non necessariamente, uno isolante (tipicamente ossido del materiale semiconduttore di cui lo stesso substrato 3 ? composto), ma anche tale aspetto non deve essere considerato limitativo per la presente invenzione, il materiale potendo essere qualsivoglia e la regione di isolamento potendo essere ottenuta con modalit? differenti rispetto a quella descritta. Rimanendo al caso appena descritto, tipicamente, ma non necessariamente, il materiale semiconduttore ? silicio e l?ossido ? quindi di silicio.

La funzione della regione di isolamento 15 ? di isolamento funzionale almeno tra le regioni di raccolta delle cariche dei diodi a moltiplicazione di carica 2 che compongono il sensore 1.

Con le caratteristiche dell?invenzione fin qui descritte, una parte rilevante della caduta di tensione del sensore 1 si individua tipicamente tra primo 8 e secondo strato 9 perch? ? la regione con il campo elettrico pi? alto, come si pu? apprezzare in fig. 3. Approssimativamente, la stessa caduta di tensione si individua anche tra primo 8 e terzo strato 12 poich? quest?ultimo ? tipicamente allo stesso potenziale del secondo strato 8. Per evitare il proliferare di moltiplicazioni di cariche al di sopra del terzo strato 12 ? importante che il calo di tensione tra quest?ultimo ed il primo strato 8 sia generato su un percorso significativamente pi? lungo di quello tra primo 8 e secondo strato 9.

L?esecuzione del terzo strato 12 pi? in profondit? rispetto al secondo strato 9 consente, vantaggiosamente, di aumentare il suddetto percorso limitando il coefficiente di moltiplicazione della carica.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, tra la prima regione di isolamento 15 e primo 8 e secondo strato 9 di materiale semiconduttore sono interposte solo rispettive porzioni di substrato 3. Vantaggiosamente, quindi, l?area dedicata all?anello di guardia virtuale 11 rimane invariata e quindi non ? necessario restringere primo e secondo strato 8 e 9.

In figura si osserva che il primo strato 8 di materiale semiconduttore non ? unico. Infatti, ? presente un quarto strato 20 di materiale semiconduttore drogato con un drogaggio sempre del primo tipo e realizzato sulla superficie frontale 4 del substrato 3 superiormente al primo strato 8. In particolare, il drogaggio del quarto strato 20 ? superiore al drogaggio del primo strato 8. In questo modo, sostanzialmente, il primo strato 8 risulta patternizzato, ossia ha una gradualit? di drogaggio che consente, vantaggiosamente, di modellare i campi elettrici che lo coinvolgono soprattutto ai bordi. Peraltro, possono essere utilizzate specie droganti diverse nel quarto strato 20 e nel primo strato 8 allo scopo di modellare ancora meglio il gradiente del drogaggio. In ogni caso, ci? incrementa l?effetto isolante dell?anello di guardia virtuale 11. Potenzialmente, quindi, tale anello di guardia virtuale 11 potrebbe essere ridotto in estensione.

Anche in questo caso la posizione del quarto strato 20 sulla superficie frontale del substrato 3 ? una caratteristica da considerarsi non limitativa per l?invenzione, essendovi varianti esecutive non rappresentate in questa sede dove lo stesso quarto strato ? realizzato in profondit? nel substrato (per quanto in prossimit? della superficie frontale e comunque almeno parzialmente interposto tra la superficie frontale ed il primo strato) e collegato con la superficie frontale mediante un contatto elettrico. In altre varianti esecutive, peraltro, lo stesso quarto strato ? sagomato e comprende il suddetto contatto elettrico.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, il sensore di radiazioni 1 comprende anche uno strato di passivazione 25 disposto in profondit? nel substrato a partire dal terzo strato 12 e interposto tra il substrato 3 e la prima regione di isolamento 15.

Secondo alcune forme di esecuzione dell?invenzione lo strato di passivazione ? costituito da uno strato di materiale semiconduttore drogato con un drogaggio del secondo tipo. Secondo altre forme di esecuzione dell?invenzione, lo strato di passivazione ? costituito inducendo una carica opportuna nella porzione di substrato confinante con la prima regione di isolamento polarizzando opportunamente la porzione di interesse di quest?ultima. Se ne deduce che la modalit? con la quale si realizza il suddetto strato di passivazione non ? una caratteristica limitativa per la presente invenzione.

In ogni caso, vantaggiosamente, la regione di isolamento 15 ? passivata ai bordi evitando che essa possa disturbare la raccolta delle cariche dal substrato 3 ed il loro direzionamento verso la regione a campo elettrico elevato 10. Risulta quindi aumentato nel sensore di radiazioni 1 dell?invenzione il valore del fill factor

Ancora vantaggiosamente, poich? terzo strato 12 e strato di passivazione 25 presentano polarit? dello stesso tipo, il loro contatto elettrico consente, qualora lo si ritenga opportuno e qualora lo strato di passivazione 25 abbia un contatto elettrico esterno, di alimentarli congiuntamente. Tale singola alimentazione, quindi, consentir? di accrescere la capacit? di focalizzare le cariche generate dai fotoni incidenti il substrato 3 verso la regione a campo elettrico elevato 10.

Tuttavia, tali caratteristiche non devono essere considerate limitative per l?invenzione. Infatti, non ? necessario che il terzo strato e lo strato di passivazione siano entrambi alimentati o siano alimentati congiuntamente, cos? come non ? necessario che siano tra loro a contatto. Anche il fatto che il terzo strato dal lato opposto si sviluppi per una lunghezza sostanzialmente coincidente con la distanza tra secondo strato e quarto strato non ? una caratteristica da giudicarsi limitativa per l?invenzione, l?estensione del terzo strato potendo essere superiore in modo che, in proiezione in pianta, terzo strato e secondo strato si sovrappongano parzialmente.

Alla luce di quanto precede, si comprende che il sensore di radiazioni dell?invenzione raggiunge tutti gli scopi prefissati.

In particolare, esso presenta prestazioni migliorate rispetto ai sensori ottici equivalenti poich? il fattore di riempimento delle microcelle ? migliorato.

Pi? in dettaglio, le regioni di isolamento hanno una incidenza inferiore sul substrato diminuendo, se non sostanzialmente annullando, il loro contributo alla generazione del cosiddetto bordo morto grazie alla presenza di appositi strati di passivazione che li rivestono.

Il terzo ed il quarto strato consentono di migliorare il convogliamento delle cariche elettriche generate nel substrato verso la regione a campo elettrico elevato e innescando efficacemente l?effetto di moltiplicazione di carica.

L?invenzione ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dall'ambito di tutela del trovato definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (5)

Domanda di Brevetto per Invenzione Industriale a titolo: ?UN SENSORE DI RADIAZIONI? RIVENDICAZIONI

1. Un sensore di radiazioni a diodi avente uno o pi? diodi a moltiplicazione di carica (2), detto sensore di radiazioni (1) comprendendo:

- almeno un substrato (3) realizzato in materiale semiconduttore ed avente una superficie frontale (4) ed una superficie posteriore (5) opposta a detta superficie frontale (4);

- almeno un primo strato di materiale semiconduttore (8) drogato con un drogaggio di un primo tipo e realizzato almeno in prossimit? di detta superficie frontale (4) di detto substrato (3) in modo da ricoprire almeno una prima area centrale di detta superficie frontale (4) di detto substrato (3);

- almeno un secondo strato di materiale semiconduttore (9) drogato con un drogaggio di un secondo tipo elettricamente di segno opposto a detto primo tipo e realizzato ad una prima profondit? in detto substrato (3), detto secondo strato (9) essendo a sviluppo sostanzialmente parallelo a detto primo strato (8) in modo da interessare una seconda area e in modo da realizzare tra detto primo strato (8) e detto secondo strato (9), in presenza di polarizzazione di detto sensore (1), una regione a campo elettrico elevato (10);

- almeno un terzo strato di materiale semiconduttore (12) drogato con un drogaggio di detto secondo tipo e realizzato ad una seconda profondit? in detto substrato (3) maggiore di detta prima profondit?, detto terzo strato (12) interessando una terza area che, in proiezione in pianta, ? almeno parzialmente laterale a detta seconda area;

- almeno una prima regione di isolamento (15) realizzata perimetralmente a detto substrato (3) e che si sviluppa in profondit? in detto substrato (3) a partire da detta superficie posteriore (5) in modo da essere disposta lateralmente almeno ad una porzione di detto substrato (3) da detta superficie posteriore (5) ad almeno detto terzo strato (12).

2. Sensore di radiazioni secondo la rivendicazione 1, comprendente almeno un quarto strato di materiale semiconduttore (20) drogato con un drogaggio di detto primo tipo e realizzato almeno in prossimit? di detta superficie frontale (4) di detto substrato (3) superiormente a detto primo strato (8), detto drogaggio di detto quarto strato (20) essendo superiore a detto drogaggio di detto primo strato (8) in modo da ottenere una conduttivit? di detto quarto strato (20) maggiore della conduttivit? di detto primo strato (8).

3. Sensore di radiazioni secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detta regione di isolamento (15) raggiunge detta superficie frontale (4) di detto substrato (3).

4. Sensore di radiazioni secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, comprendente uno strato di passivazione (25) disposto in profondit? in detto substrato (3) a partire almeno da detto terzo strato (12) e interposto tra detto substrato (3) e detta prima regione di isolamento (15).

5. Sensore di radiazioni secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, comprendente un ulteriore strato drogato (30) con drogaggio del secondo tipo su detta superficie posteriore (5) di detto substrato (3).