ITTO20090322A1 - Fotodiodo operante in modalita' geiger con resistore di soppressione integrato e controllabile ad effetto jfet, schiera di fotodiodi e relativo procedimento di fabbricazione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“FOTODIODO OPERANTE IN MODALITA' GEIGER CON RESISTORE DI SOPPRESSIONE INTEGRATO E CONTROLLABILE AD EFFETTO JFET, SCHIERA DI FOTODIODI E RELATIVO PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONEâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un fotodiodo operante in modalità Geiger con resistore di soppressione integrato e controllabile ad effetto JFET, a una schiera di fotodiodi e al relativo procedimento di fabbricazione.

Come à ̈ noto, nel campo tecnico della rivelazione di fotoni, à ̈ sentita l’esigenza di avere dispositivi che consentano di rilevare radiazione elettromagnetica con elevata sensibilità, dunque capaci di rilevare un numero anche limitato di fotoni associati alla radiazione elettromagnetica stessa.

A tal fine, sono noti i cosiddetti fotodiodi a valanga operanti in modalità Geiger (“Geiger-mode avalanche photodiode†, GM-APD), teoricamente in grado di consentire la rivelazione di singoli fotoni.

Un fotodiodo a valanga operante in modalità Geiger, anche noto come diodo a valanga a singolo fotone (“Single Photon Avalanche Diode†, SPAD), à ̈ formato da un fotodiodo a valanga APD, dunque comprende una giunzione, tipicamente di tipo P-I-N, ed una regione addizionale di materiale semiconduttore leggermente drogato, alternativamente P o N; la regione addizionale à ̈ interposta tra la regione intrinseca I e la regione della giunzione P-I-N avente conducibilità di tipo opposto rispetto alla conducibilità della regione addizionale stessa, in modo da realizzare una struttura formata da regioni di materiale semiconduttore che si succedono secondo uno schema P-N-I-N, oppure N-P-I-P.

Sulla base dei fenomeni fisici che vi avvengono, la regione addizionale à ̈ anche nota come zona di moltiplicazione, in quanto sede dei fenomeni di ionizzazione da impatto, mentre la regione intrinseca à ̈ anche nota come zona di assorbimento, dal momento che in essa viene assorbita la maggior parte dei fotoni.

In maggior dettaglio, la giunzione presenta una tensione di breakdown VBed à ̈ polarizzata, in uso, con una tensione di polarizzazione inversa VAsuperiore in modulo alla tensione di breakdown VBdella giunzione, tipicamente superiore del 10-20%. In tal modo, à ̈ sufficiente la generazione di una singola coppia elettrone-lacuna, in seguito all’assorbimento di un fotone incidente sul fotodiodo SPAD, per innescare un processo di ionizzazione che causa una moltiplicazione a valanga dei portatori, con guadagni nell’intorno di 10<6>e conseguente generazione in tempi rapidi (centinaia di picosecondi) della corrente di valanga. Tale corrente di valanga può essere opportunamente raccolta, tipicamente mediante una circuiteria esterna collegata alla giunzione, ad esempio mediante contatti di anodo e di catodo, e rappresenta un segnale di uscita del fotodiodo SPAD.

Si noti che, a rigore, ai capi della giunzione à ̈ presente una tensione effettiva Ve, la quale coincide con la tensione di polarizzazione inversa VAsolo in assenza di fotoni. Infatti, in presenza di fotoni, e dunque di corrente generata all’interno del fotodiodo SPAD, la tensione effettiva Veai capi della giunzione risulta inferiore, in modulo, rispetto alla tensione di polarizzazione inversa VA. Tuttavia, nel presente documento si assume, salvo laddove detto esplicitamente, che la tensione effettiva Veai capi delle giunzione coincida con la tensione di polarizzazione inversa VA.

Il guadagno e la probabilità di rilevare un fotone, cioà ̈ la sensibilità del fotodiodo SPAD, sono direttamente proporzionali al valore di tensione di polarizzazione inversa VAapplicata al fotodiodo SPAD. Infatti, tanto più la tensione di polarizzazione inversa VAeccede, in modulo, la tensione di breakdown VB, tanto più à ̈ probabile che si verifichi una generazione a valanga di portatori di carica.

Tuttavia, tensioni di polarizzazione inversa VAelevate fanno sì che, anche in assenza di fotoni incidenti (condizioni di buio), un singolo portatore di carica, generato ad esempio per trasferimento di energia termica, sia sufficiente ad innescare il processo di ionizzazione a valanga, generando la cosiddetta corrente di buio (“dark current†), che interferisce negativamente con il normale utilizzo del fotodiodo SPAD.

Inoltre, il fatto che la tensione di polarizzazione inversa VAsia apprezzabilmente superiore alla tensione di breakdown VBfa sì che il processo di ionizzazione a valanga, una volta innescato, si autosostenga. Pertanto, una volta innescato, il fotodiodo SPAD non à ̈ più in grado di rilevare fotoni, con la conseguenza che, in assenza di opportuni rimedi, i fotodiodi SPAD descritti riescono a rilevare l’arrivo di un primo fotone, ma non l’arrivo di fotoni successivi.

Per poter rilevare anche tali fotoni, à ̈ necessario spegnere la corrente di valanga generata all’interno del fotodiodo SPAD, arrestando il processo di ionizzazione a valanga. In dettaglio, occorre abbassare, per un periodo di tempo noto come tempo di hold-off, la tensione effettiva Veai capi della giunzione, in modo da inibire il processo di ionizzazione e spegnere la corrente di valanga, come descritto in seguito. Successivamente, si ripristinano le condizioni iniziali di polarizzazione della giunzione, in modo che il fotodiodo SPAD sia nuovamente in grado di rilevare fotoni. Dal momento che durante il tempo di holdoff il fotodiodo SPAD non à ̈ in grado di rilevare fotoni, à ̈ desiderabile che il tempo di hold-off sia quanto più possibile ridotto.

Per abbassare la tensione effettiva Veai capi della giunzione successivamente all’assorbimento di un fotone, i fotodiodi SPAD adottano i cosiddetti circuiti di soppressione (“quenching circuits†).

Tra gli altri, sono noti circuiti di spegnimento di tipo passivo, comprendenti un resistore di soppressione (“quenching resistor†) posto in serie alla giunzione ed avente resistenza dell’ordine di centinaia di KΩ.

In assenza di fotoni, la presenza del resistore di soppressione non altera la tensione effettiva Veai capi della giunzione, che risulta pari alla tensione di polarizzazione inversa VA. Tuttavia, in seguito all’assorbimento di un fotone ed al conseguente innesco del processo di ionizzazione, la corrente di valanga che ne scaturisce causa, scorrendo nel resistore di soppressione, una riduzione di tipo esponenziale della tensione effettiva Veai capi della giunzione, che si riduce fino a raggiungere un valore di poco superiore alla tensione di breakdown VB. Per quanto concerne, invece, la corrente di valanga, immediatamente dopo l’innesco del processo di ionizzazione a valanga (accensione del fotodiodo SPAD) essa passa da un valore nullo ad un valore di picco, quindi decresce esponenzialmente verso un valore asintotico, inversamente proporzionale alla resistenza del resistore di soppressione e direttamente proporzionale alla differenza tra la tensione di polarizzazione inversa VAe la tensione di breakdown VB, tale differenza essendo generalmente nota come sovratensione (“overvoltage†, OV).

In dettaglio, à ̈ possibile dimostrare che il processo di ionizzazione a valanga viene arrestato qualora il valore della corrente di valanga scenda al di sotto di un valore di soglia noto come corrente di latching IL. Pertanto, dato un resistore di soppressione avente resistenza pari a Rq, esso à ̈ in grado di spegnere la corrente di valanga in caso di sovratensione pari al più al prodotto Rq*IL, cioà ̈ in caso di tensioni di polarizzazione inverse VAnon superiori a VB+Rq*IL. Se tali condizioni sono rispettate, la corrente di valanga viene spenta; successivamente, il fotodiodo SPAD, il cui comportamento à ̈ in una certa misura equiparabile a quello di un condensatore, si ricarica esponenzialmente attraverso il resistore di soppressione, in modo tale per cui la tensione effettiva Veai capi della giunzione torna ad essere pari alla tensione di polarizzazione inversa VA, il fotodiodo SPAD essendo così pronto a rilevare l’arrivo di un nuovo fotone. Durante il tempo di ricarica, cioà ̈ nell’intervallo di tempo in cui la tensione effettiva Vecresce esponenzialmente fino a tornare ad essere pari alla tensione di polarizzazione inversa VA, il fotodiodo SPAD presenta una sensibilità ridotta, che cresce al crescere della tensione effettiva Ve.

Sulla base di quanto detto, si deduce che applicazioni particolarmente esigenti in termini di sensibilità richiedono tipicamente elevate sovratensioni OV, quindi elevate tensioni di polarizzazione inversa VA, con la conseguenza che il resistore di soppressione deve assumere valori elevati, pena l’impossibilità di spegnere la corrente di valanga e, quindi, di rilevare più fotoni.

Resistori di soppressione con resistenze elevate comportano un tempo di ricarica più lungo rispetto a quanto ottenibile in presenza di resistenze inferiori, tuttavia comportano un vantaggio addizionale. Infatti, durante il tempo di ricarica il fotodiodo SPAD à ̈ sì meno sensibile all’arrivo dei fotoni, ma à ̈ anche meno sensibile al fenomeno degli impulsi spuri (“afterpulsing†), che solitamente degrada le prestazioni dei fotodiodi SPAD. In dettaglio, il fenomeno dell’afterpulsing consiste nell’emissione secondaria di portatori per la presenza di difetti reticolari nella regione di svuotamento, i quali creano livelli energetici intermedi (compresi tra banda di conduzione e banda di valenza) che possono catturare uno o più portatori della corrente di valanga, rilasciandoli poi con ritardi impredicibili, provocando un incremento della corrente di buio e distorcendo il segnale di uscita del fotodiodo SPAD.

Tipicamente, il valore di resistenza del resistore di soppressione viene dimensionato in funzione dei tempi di ricarica e della sensibilità al fenomeno dell’afterpulsing richiesti, oltre che del tipo di applicazione prevista per il fotodiodo SPAD.

Analoghe considerazioni possono essere fatte per le cosiddette schiere di fotodiodi SPAD, ed inoltre per i cosiddetti fotomoltiplicatori di silicio (“Silicon PhotoMultiplier†, SiPM), impiegati al fine di migliorare le prestazioni ottenibili con singoli fotodiodi SPAD.

In particolare, una schiera di fotodiodi SPAD, di cui due esempi sono mostrati nelle domande di brevetto italiano TO2008A000046 e TO2008A000045 depositate il 18 Gennaio 2008 a nome della Richiedente, Ã ̈ formata da una matrice planare di fotodiodi SPAD cresciuti su un medesimo substrato.

Un fotomoltiplicatore SiPM à ̈ una particolare schiera di fotodiodi SPAD. In dettaglio, il fotomoltiplicatore SiPM à ̈ formato da una matrice di fotodiodi SPAD cresciuti su un medesimo substrato e provvisti di rispettivi resistori di soppressione (ad esempio, di tipo verticale) integrati nei fotodiodi SPAD, tali resistori di soppressione essendo tra loro disaccoppiati ed indipendenti. Inoltre, i contatti di anodo e di catodo di ciascun fotodiodo SPAD sono configurati in modo da poter essere connessi ad un unico generatore di tensione. Pertanto, i fotodiodi SPAD del fotomoltiplicatore SiPM possono essere polarizzati ad una medesima tensione di polarizzazione inversa VA; inoltre, le correnti a valanga generate al loro interno sono multiplate insieme in modo da generare un segnale di uscita del fotomoltiplicatore SiPM pari alla sommatoria dei segnali di uscita dei fotodiodi SPAD. Per quanto concerne la terminologia, nel campo tecnico dei fotomoltiplicatori SiPM à ̈ comune riferirsi all’insieme fotodiodo – resistore di soppressione come “pixel†, il fotomoltiplicatore SiPM essendo dunque formato da una matrice di pixel.

Il fotomoltiplicatore SiPM à ̈ dunque un dispositivo a larga area e alto guadagno, capace di fornire, in media, un segnale elettrico di uscita (corrente) proporzionale al numero di fotoni che incidono sul SiPM. Infatti, dal momento che i resistori di soppressione sono tra loro disaccoppiati, ciascun fotodiodo del fotomoltiplicatore SiPM si comporta come un contatore binario indipendente, mentre il segnale di uscita del fotomoltiplicatore SiPM risulta proporzionale al numero di pixel attivati, cioà ̈ al numero di fotodiodi SPAD in cui si à ̈ innescato il processo di ionizzazione a valanga (rilevamento di un fotone), tale numero essendo a sua volta proporzionale al numero di fotoni incidenti.

Al fine di fornire un fotodiodo SPAD e un fotomoltiplicatore SiPM dotati di flessibilità di impiego, la domanda di brevetto italiano TO2008A000945, depositata il 17 Dicembre 2008 a nome della Richiedente, descrive un fotodiodo SPAD avente un corpo di materiale semiconduttore di un primo tipo di conducibilità, e formante una prima ed una seconda superficie. Inoltre, il fotodiodo SPAD presenta una trincea che si estende attraverso il corpo a partire dalla prima superficie, e circonda una regione attiva. All’interno della trincea à ̈ presente una regione di isolamento laterale, comprendente una regione conduttiva di materiale metallico ed una regione isolante, quest’ultima essendo formata di materiale dielettrico e circondando la regione conduttiva. All’interno della regione attiva si estende, a partire dalla prima superficie, una regione di anodo di un secondo tipo di conducibilità; inoltre, la regione attiva forma una regione di catodo, che si estende fra la regione di anodo e la seconda superficie, e definisce un resistore di soppressione verticale. Il fotodiodo SPAD comprende inoltre una regione di contatto formata di materiale conduttore, sovrastante la prima superficie ed in contatto diretto con la regione conduttiva presente all’interno della trincea.

Collegando elettricamente la regione di contatto ad un circuito esterno di polarizzazione, à ̈ possibile polarizzare la regione contatto stessa ad una tensione di porta VG; in tal modo si crea una regione di svuotamento intorno alla regione isolante ed internamente alla regione attiva. Pertanto, variando la tensione di porta VG, à ̈ possibile modulare l’estensione della regione di svuotamento, variando di conseguenza la resistenza del resistore di soppressione. In tal modo, à ̈ possibile adattare di volta in volta il fotodiodo SPAD, ed in particolare la resistenza del resistore di soppressione, alle esigenze dell’applicazione prevista per il fotodiodo SPAD.

Sebbene il fotodiodo SPAD descritto rappresenti un notevole miglioramento in termini di adattabilità del fotodiodo al tipo di applicazione, esso prevede l’impiego di almeno uno strato epitassiale con basso livello di drogaggio (al limite, intrinseco) e elevato spessore (dell’ordine dei 50-60Î1⁄4m), al fine di garantire valori di resistenza del resistore di soppressione sufficientemente elevati. Pertanto, la trincea deve avere un’elevata profondità, e quindi un elevato fattore di forma (“aspect ratio†), cioà ̈ un elevato rapporto profondità/larghezza; infatti, la larghezza della trincea si aggira nell’ordine del micron e non può essere incrementata, pena l’aumento delle dimensioni geometriche complessive. Tuttavia, la realizzazione di trincee con elevati fattori di forma richiede processi tecnologici non standard, quali ad esempio ripetizioni di cicli di passivazione e di attacco eseguiti in ambiente ricco di fluoro, oltre che l’impiego di macchinari non convenzionali, con conseguente maggiore complessità realizzativa. Inoltre, il riempimento con materiale metallico di tali trincee, al fine di realizzare la regione conduttiva di materiale metallico, risulta tecnologicamente complesso.

Scopo della presente invenzione à ̈ fornire un fotodiodo a valanga operante in modalità Geiger ed un processo di fabbricazione che consentano di risolvere almeno in parte gli inconvenienti dell’arte nota.

Secondo l'invenzione, vengono realizzati un fotodiodo a valanga operante in modalità Geiger, una schiera di fotodiodi, un sistema che utilizza la schiera di fotodiodi, ed il relativo procedimento di fabbricazione, come definiti, rispettivamente, nelle rivendicazioni 1, 10, 11 e Per una migliore comprensione dell’invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra una sezione trasversale di una forma di realizzazione del presente fotodiodo del tipo a valanga;

- la figura 2 mostra in forma schematica una schiera di fotodiodi durante l’uso;

- la figura 3 mostra una vista dall’alto di una sezione trasversale del fotodiodo mostrato in figura 1;

- la figura 4 mostra una sezione trasversale di una ulteriore forma di realizzazione del presente fotodiodo del tipo a valanga;

- le figure 5-14 mostrano sezioni trasversali di un fotodiodo del tipo a valanga durante successive fasi di fabbricazione;

- la figura 15 mostra un sistema che utilizza la schiera di fotodiodi.

La figura 1 mostra un esempio di realizzazione di un fotodiodo 1 del tipo a valanga ed operante in modalità Geiger. Il fotodiodo 1 può appartenere, ad esempio, ad una schiera 220 di fotodiodi 1, come illustrato in figura 2, che mostra anche una sorgente luminosa esterna 200. La schiera 220 può comprendere un qualsiasi numero di fotodiodi 1, a seconda delle necessità.

Ritornando alla figura 1, il fotodiodo 1 à ̈ integrato in una piastrina (″chip″) 100 che include un substrato 2 di materiale semiconduttore, di tipo N++ ed avente una superficie inferiore 2a. Inoltre, il fotodiodo 1 include un primo strato epitassiale 4, di tipo N-, avente uno spessore h1pari ad esempio a 10Î1⁄4m, e sovrastante, in contatto diretto, il substrato 2; e un secondo strato epitassiale 6, di tipo N, avente una superficie superiore 6a e uno spessore h2pari ad esempio a 5Î1⁄4m, e sovrastante il primo strato epitassiale 4.

Tra il primo ed il secondo strato epitassiale 4, 6 si estende una regione sepolta 8, di tipo P e con forma, in vista dall’alto, di corona circolare. La regione sepolta 8 definisce una regione interna 9 formata dal materiale semiconduttore disposto internamente rispetto alla regione sepolta 8. Tale regione interna 9 ha forma, in vista dall’alto, circolare, con diametro D ed area At, cui nel seguito ci si riferisce come area trasversa At.

Il substrato 2, il primo ed il secondo strato epitassiale 4, 6 formano in pratica un corpo 10, di materiale semiconduttore ed avente un asse H perpendicolare alla prima ed alla seconda superficie 2a, 6a; all’interno del corpo 10 si estende la regione sepolta 8. Inoltre, il livello di drogaggio del substrato 2 à ̈ maggiore di almeno tre ordini di grandezza, ad esempio di cinque, rispetto al livello di drogaggio del primo strato epitassiale 4; la differenza tra i livelli di drogaggio del primo e del secondo strato epitassiale 4, 6 à ̈ invece pari, ad esempio, a due ordini di grandezza.

Una regione di anodo 12, di tipo P+ e di forma circolare o poligonale (ad esempio, quadrangolare), si affaccia alla superficie superiore 6a e si estende all'interno del secondo strato epitassiale 6, in modo da sovrastare la regione interna 9 definita dalla regione sepolta 8. In dettaglio, la regione di anodo 12, la regione sepolta 8 e, dunque, la regione interna 9 risultano sostanzialmente allineate rispetto all’asse H.

Una regione arricchita 14, di tipo N+, si estende nel secondo strato epitassiale 6, al di sotto della ed in contatto diretto con la regione di anodo 12, e sovrasta a sua volta la regione interna 9. In vista dall’alto, la regione arricchita 14 presenta una forma circolare o poligonale (ad esempio, quadrangolare) con un’area Aa, cui nel seguito ci si riferisce come area attiva Aa.

Ai fini pratici, la regione di anodo 12 e la regione arricchita 14 formano una prima giunzione PN, destinata a ricevere fotoni e a generare la corrente di valanga, come descritto in dettaglio in seguito. La regione arricchita 14 ed il secondo strato epitassiale 6 hanno invece lo scopo di confinare un elevato campo elettrico in prossimità di tale prima giunzione PN, riducendo la tensione di breakdown VBdella giunzione stessa.

Un anello di guardia 16 di forma circolare, di tipo P, si estende nel secondo strato epitassiale 6, affacciato alla superficie superiore 6a, esternamente e contiguo alla regione di anodo 12. Tale anello di guardia 16 forma un diodo PN con il secondo strato epitassiale 6, in modo da prevenire il breakdown di bordo (“edge breakdown†) della regione di anodo 12. Inoltre, l’anello di guardia 16 à ̈ in contatto elettrico diretto con una metallizzazione di anodo 18, mediante la quale à ̈ possibile polarizzare la prima giunzione PN; in particolare, à ̈ possibile applicare alla metallizzazione di anodo 18 una tensione di polarizzazione inversa VAsuperiore, in modulo, alla tensione di breakdown VBdella prima giunzione PN.

Si noti che i tipi della regione di anodo 12 e dell’anello di guardia 16, e dunque i corrispondenti livelli di drogaggio, sono tali per cui la regione di svuotamento che à ̈ presente a cavallo dell’interfaccia tra regioni di tipo P (regione di anodo 12 ed anello di guardia 16) e regioni di tipo N (regione arricchita 14 e secondo strato epitassiale 6) si estende principalmente nell’anello di guardia 16, piuttosto che nella regione di anodo 12, evitando che all’interfaccia tra la regione di anodo 12 (semiconduttore) e gli strati di ossido presenti sopra la regione di anodo 12 (descritti in seguito) possa localizzarsi un elevato campo elettrico, riducendo la corrente di buio del fotodiodo 1. Infatti, tale interfaccia à ̈ ricca di centri di Shockley-Read-Hall (SRH), dunque à ̈ opportuno limitare i campi elettrici in sua prossimità, pena un incremento indesiderato della corrente di buio del fotodiodo 1.

Esternamente all’anello di guardia 16, una regione profonda (“sinker†) 20, di tipo P e di forma, in vista dall’alto, circolare o poligonale, si estende verticalmente a partire dalla superficie superiore 6a, fino a contattare direttamente con la regione sepolta 8. Inoltre, la regione di sinker 20 à ̈ in contatto elettrico diretto con una metallizzazione di sinker 22, la quale può essere posta a contatto con un circuito esterno di polarizzazione di giunzione (non mostrato), configurato per erogare una tensione di polarizzazione di giunzione VJ, come descritto in dettaglio in seguito.

Il fotodiodo 1 comprende inoltre una regione di isolamento laterale 24, disposta esternamente alla regione di sinker 20. In dettaglio, la regione di isolamento laterale 24 ha forma, in vista dall’alto, circolare o poligonale, e si estende verticalmente con una profondità h3, ad esempio maggiore o uguale a h1+h2.

La regione di isolamento laterale 24 comprende una regione di channel stopper 27 disposta più esternamente, di materiale dielettrico, ad esempio ossido, ed in contatto diretto con il substrato 2, il primo ed il secondo strato epitassiale 4, 6. Inoltre, la regione di isolamento laterale comprende una regione metallica 28, ad esempio di tungsteno, riempiente la e circondata dalla regione di channel stopper 27, ed inoltre in contatto diretto con uno strato dielettrico descritto in dettaglio in seguito e menzionato come quarto strato dielettrico 40.

La regione di channel stopper 27 à ̈ formata da un doppio strato: uno strato di rivestimento sottile 27a, ad esempio di ossido termico, disposto più esternamente, ed uno strato di rivestimento spesso 27b, ad esempio di ossido TEOS, disposto più internamente. Lo spessore dello strato di rivestimento sottile 27a si aggira nell’ordine dei 15-25nm, mentre lo spessore dello strato di rivestimento spesso 27b à ̈ dell’ordine di poche centinaia di nanometri (ad esempio, 100-200nm).

Su una regione periferica della superficie superiore 6a, lateralmente sfalsata rispetto alla regione di anodo 14, à ̈ presente un primo strato dielettrico 30. Il primo strato dielettrico 30 si estende parzialmente anche sopra l’anello di guardia 16 e la regione di sinker 20, a meno, rispettivamente, della metallizzazione di anodo 18 e della metallizzazione di sinker 22.

Un secondo strato dielettrico 32, ad esempio di ossido TEOS, si estende sopra la superficie superiore 6a, al di sopra del primo strato dielettrico 30, della regione di anodo 12 e dell’anello di guardia 16, a meno del contatto con la metallizzazione di anodo 18. Uno strato di rivestimento 34, ad esempio di nitruro, si estende sopra il secondo strato dielettrico 32 e realizza, insieme a questo, un doppio rivestimento anti-riflessione 36 (“Double Anti Reflection Coating†, DLARC).

Modulando opportunamente, in modo di per sé noto, lo spessore del secondo strato dielettrico 32 e dello strato di rivestimento 34, à ̈ possibile ottimizzare il rivestimento anti-riflessione 36, in modo che esso sia trasparente solo per uno specifico intervallo di lunghezza d’onda, e riflettente per le lunghezze d’onda al di fuori di tale intervallo. È così possibile realizzare fotodiodi 1 che siano sensibili solo ad alcune frequenze dello spettro luminoso.

Un terzo strato dielettrico 38 (ad esempio di ossido TEOS), il quale forma uno strato unico con lo strato di rivestimento spesso 27b, ed il già citato quarto strato dielettrico 40 (ad esempio di ossido TEOS) si estendono sopra lo strato di rivestimento 34, lateralmente sfalsati rispetto alla regione di anodo 12. Tuttavia, come detto in precedenza, al di sopra della regione di sinker 20 à ̈ presente la metallizzazione di sinker 22, che attraversa gli strati dielettrici 32, 38, 40 e lo strato di rivestimento 34, ed à ̈ in contatto diretto con la regione di sinker 20. Similmente, al di sopra della regione metallica 28 della regione di isolamento laterale 24 à ̈ presente il quarto strato dielettrico 40, il quale à ̈ a contatto diretto con la regione metallica 28 stessa.

Una metallizzazione di catodo 42 di materiale metallico si estende sotto la superficie inferiore 2a del substrato 2. In tal modo, data la disposizione della metallizzazione di anodo 18, la corrente di valanga scorre lungo la direzione dell’asse H.

Ai fini pratici, la regione arricchita 14, il secondo strato epitassiale 6, il primo strato epitassiale 4 ed il substrato 2 formano una regione di catodo. Inoltre, all’interno del substrato 2, la caduta di potenziale dovuta al passaggio della corrente di valanga à ̈ trascurabile, a causa della bassa resistività del substrato 2. Pertanto, all'interno della regione di catodo, il primo ed il secondo strato epitassiale 4, 6 formano un resistore di soppressione 44 integrato, verticale, elettricamente connesso fra la regione di anodo 12 ed il substrato 2, ed in grado di spegnere la corrente di valanga generata in seguito all’assorbimento di un fotone.

La resistenza del resistore di soppressione 44 à ̈ determinata, oltre che dagli spessori h1e h2e dai livelli di drogaggio del primo e del secondo strato epitassiale, dalla forma della regione sepolta 8, ed in particolare dall’area trasversa Atdella regione interna 9. Infatti, la regione sepolta 8 ed il primo strato epitassiale 4 formano una seconda giunzione PN; pertanto, anche senza applicare alla metallizzazione di sinker 22 alcuna tensione di polarizzazione di giunzione VJ, à ̈ presente una regione di svuotamento 45 che si estende, oltre che all’interno della regione sepolta 8, all’interno del primo strato epitassiale 4. In particolare, oltre ad estendersi nella regione sepolta 8 con spessore trascurabile, la regione di svuotamento 45 si estende nel primo strato epitassiale 4 con uno spessore w, misurato a partire dalla regione sepolta 8 e al quale ci si riferisce in seguito come spessore di svuotamento w.

Data l’assenza di cariche libere, la corrente di valanga non può scorrere all’interno della regione di svuotamento 45. Pertanto, definendo una sezione 46 della regione interna 9 perpendicolare all’asse H, con area pari all’area trasversa At, e disposta all’interfaccia tra detto primo e secondo strato epitassiale 4, 6, la corrente di valanga à ̈ costretta a scorrere attraverso una porzione di scorrimento 47 (figura 3) di tale sezione 46. In dettaglio, la porzione di scorrimento 47 presenta un’area, cui nel seguito di si riferisce come area effettiva Ae, pari alla differenza tra l’area trasversa Atdella sezione 46 e l’area di una porzione della sezione 46 occupata dalla regione di svuotamento 45. La resistenza del resistore di soppressione 44 dipende da tale area effettiva Ae.

Si noti che la regione sepolta 8 forma con il secondo strato epitassiale 6 una terza giunzione PN, con conseguente creazione di un’ulteriore regione di svuotamento (non mostrata), tuttavia, a causa del maggiore livello di drogaggio del secondo strato epitassiale 6 rispetto al primo strato epitassiale 4, tale ulteriore regione di svuotamento si estende all’interno del secondo strato epitassiale 6 con uno spessore trascurabile rispetto allo spessore di svuotamento w, dunque à ̈ in prima approssimazione ininfluente sulla resistenza del resistore di soppressione 44.

Nel caso in cui il valore di resistenza del resistore di soppressione 44 non sia sufficiente in relazione al tipo di impiego e di polarizzazione previsto per il fotodiodo 1, à ̈ possibile aumentare tale resistenza diminuendo il valore dell’area effettiva Ae.

A tal scopo, la metallizzazione di sinker 22 può essere posta a contatto con il circuito esterno di polarizzazione di giunzione, in modo da polarizzare inversamente la seconda giunzione PN, formata dalla regione sepolta 8 e dal primo strato epitassiale 4. In particolare, tanto più si polarizza inversamente la seconda giunzione PN, tanto più aumenta lo spessore di svuotamento w. Pertanto, applicando alla metallizzazione di sinker 22 una tensione di polarizzazione di giunzione Vjnegativa, si aumenta lo spessore di svuotamento w in maniera proporzionale al modulo della tensione di polarizzazione di giunzione Vj, con conseguente riduzione dell’area efficace Aee aumento della resistenza del resistore di soppressione 44. In tal modo, diventa possibile applicare al fotodiodo 1 sovratensioni OV maggiori, dunque tensioni di polarizzazione inversa VAmaggiori, migliorando la sensibilità e l’efficienza quantica del fotodiodo 1.

Da un punto di vista pratico, la regione sepolta 8 consente di variare la resistenza del resistore di soppressione 44 sulla base di un effetto analogo a quello impiegato nei cosiddetti transistori JFET.

Per quanto concerne, invece, la regione di isolamento laterale 24, essa consente, mediante la regione metallica 28, di isolare otticamente i fotodiodi 1 della schiera 220. Inoltre, l’ossido presente nel channel stopper 27 garantisce l’isolamento elettrico tra i fotodiodi 1 della schiera 220, rendendo indipendenti tra loro i resistori di soppressione 44. In altre parole, la regione di isolamento laterale 24 consente di limitare gli effetti negativi sul fotodiodo 1 indotti da portatori di carica (ad esempio elettroni) generati da fotodiodi adiacenti, e da fotoni generati per elettroluminescenza durante il processo di moltiplicazione a valanga in fotodiodi adiacenti, tali effetti essendo noti rispettivamente come “crosstalk elettrico†e “crosstalk ottico†.

Si noti inoltre che, dal momento che la regione di isolamento laterale 24 si estende fino al substrato 2, e data la bassa resistività del substrato 2, ciascun pixel della schiera 220 risulta disaccoppiato dagli altri pixel. Infatti, dal momento che la corrente di valanga produce una caduta di potenziale nel substrato 2 di entità trascurabile, l’accensione di un fotodiodo 1 non altera la polarizzazione dei fotodiodi 1 adiacenti. Pertanto, la schiera 220 di fotodiodi 1 realizza un fotomoltiplicatore a semiconduttore SiPM, in cui tutti fotodiodi 1 lavorano in medesime condizioni operative.

A titolo esemplificativo, la figura 4 mostra un’ulteriore forma di realizzazione, in cui la regione di isolamento laterale 24 à ̈ disposta lateralmente sfalsata rispetto alla regione di metallizzazione di sinker 22, ed internamente alla regione di sinker 20, con conseguente riduzione delle dimensioni complessive del fotodiodo 1. In dettaglio, in questa forma di realizzazione sono presenti una regione di sinker interna 20a ed una regione di sinker esterna 20b, tra le quali si estende la regione di isolamento laterale 24. Regioni, metallizzazioni e strati già descritti e mostrati in figura 1 sono indicati con i medesimi numeri impiegati in precedenza.

Con riferimento alle forme di realizzazione mostrate in figura 1 e 4, si noti come, nel caso in cui sia presente un singolo fotodiodo 1, la presenza della regione di isolamento laterale 24 sia facoltativa.

I fotodiodi 1 descritti possono essere realizzati usando il procedimento di fabbricazione descritto nel seguito e rappresentato nelle figure 5-14, in cui si fa riferimento, a titolo esemplificativo, alla forma di realizzazione mostrata in figura 4. Il procedimento descritto può comunque essere impiegato anche per la fabbricazione della forma realizzativa mostrata in figura 1.

Inizialmente il primo strato epitassiale 4, di tipo N-(drogato con fosforo) e con livello di drogaggio ad esempio pari a circa 5,5*10<13>cm<-3>(resistività equivalente circa pari a 80Ω*cm), viene cresciuto sul substrato 2, di tipo N++ (drogato con fosforo) e con livello di drogaggio ad esempio pari a circa 10<19>cm<-3>.

Successivamente, un processo di ossidazione termica, seguito da un nuovo processo di rimozione mediante fotolitografia ed attacco chimico, consente di realizzare, in modo di per sé noto e mediante impiego di uno strato di ossido pre-impianto (non mostrato), i cosiddetti segni di allineamento (“alignment mark†), non mostrati. L'attacco chimico viene realizzato ad esempio a umido, in quanto previene possibili danni al reticolo cristallino del primo strato epitassiale 4 e permette di ridurre l’introduzione di particelle contaminanti non desiderate nel primo strato epitassiale 4.

Successivamente (figura 5), sul primo strato epitassiale 4 viene cresciuto un primo strato di ossido protettivo 50, ad esempio di ossido termico, al fine di evitare che, durante i successivi processi di drogaggio per impiantazione, impurità metalliche contaminino il primo strato epitassiale 4. Durante la formazione del primo strato di ossido protettivo 50, al di sotto della superficie inferiore 2a si forma un primo strato dielettrico inferiore 51.

Successivamente, per ridurre la contaminazione di siti esterni alla regione in cui si vuole effettuare l’impiantazione della regione arricchita 14, viene usata una prima maschera di resist 52. Quindi, si esegue nel primo strato epitassiale 4 un impianto a basso dosaggio (1*10<12>-3*10<13>cm<-2>) e ad alta energia (100KeV-1MeV) di specie droganti di tipo P (ad esempio di atomi di boro), rappresentato dalle frecce 54, in modo da localizzare le specie droganti in un primo straterello 8’ disposto al di sotto dello strato di protettivo 50 e destinato a formare la regione sepolta 8 una volta terminati appositi trattamenti termici, come spiegato in seguito.

Successivamente (figura 6), la prima maschera di resist 52 viene rimossa; vengono inoltre rimossi il primo strato di ossido protettivo 50 ed il primo strato dielettrico inferiore 51, ad esempio mediante un attacco umido. Inoltre, sopra al primo strato epitassiale 4 viene cresciuto il secondo strato epitassiale 6, di tipo N (drogato con fosforo) e con livello di drogaggio ad esempio pari a circa 5,5*10<15>cm<-3>(resistività equivalente circa pari a 1Ω*cm). Sopra il secondo strato epitassiale 6 viene quindi cresciuto un secondo strato di ossido protettivo 56; durante questa fase si crea, al di sotto della superficie inferiore 2a, un secondo strato dielettrico inferiore 57. Successivamente, si impiega un seconda maschera di resist 58, e si esegue nel secondo strato epitassiale 6 un impianto ad alto dosaggio (3*10<15>-5*10<15>cm<-2>) e ad alta energia (100-200KeV) di specie droganti di tipo P (ad esempio di atomi di boro), rappresentato dalle frecce 60, in modo da localizzare le specie droganti in un secondo straterello 20’ disposto al di sotto del secondo strato di ossido protettivo 56 e destinato a formare la regione di sinker 20 una volta terminati appositi trattamenti termici.

Successivamente (figura 7), la seconda maschera di resist 58 viene rimossa, come pure il secondo strato di ossido protettivo 56 ed il secondo strato dielettrico inferiore 57; in particolare, il secondo strato di ossido protettivo 56 ed il secondo strato dielettrico inferiore 57 vengono rimossi mediante attacco umido. Viene quindi eseguito un primo trattamento termico (″thermal annealing″), al fine di crescere il primo strato dielettrico 30, formato da ossido termico. Il primo trattamento termico viene eseguito a temperature superiori a 1000°C, e per una durata di qualche ora, in modo da ridurre i siti del primo e del secondo strato epitassiale 4, 6 danneggiati in seguito ai precedenti processi di impiantazione ionica, e attivare le specie droganti; inoltre, il primo trattamento termico comporta una aumento degli spessori del primo e del secondo straterello 8’ e 20’. Si noti inoltre che, nell’ambito del primo trattamento termico, cresce un terzo strato dielettrico inferiore 61, formato di ossido di termico e disposto sotto la superficie inferiore 2a del substrato 2.

Successivamente (figura 8), si effettua un processo di fotolitografia in modo da definire una prima finestra 62 nel primo strato dielettrico 30, ottenuta mediante attacco umido, in modo da evitare di danneggiare il fotodiodo 1 in corrispondenza della prima finestra 62 stessa. Durante l’attacco umido viene inoltre rimosso il terzo strato dielettrico 61.

Successivamente, sul secondo strato epitassiale 6 viene cresciuto, in corrispondenza della prima finestra 62, un terzo strato di ossido protettivo 64; contemporaneamente al terzo strato di ossido protettivo 64, al di sotto della superficie inferiore 2a si forma un quarto strato dielettrico inferiore 65.

Successivamente (figura 9), si predispone una terza maschera di resist 66, e si esegue nel secondo strato epitassiale 6 un impianto a basso dosaggio (5*10<12>-6*10<12>cm-

<2>) e a bassa energia (20KeV-40KeV) di specie droganti di tipo N (ad esempio di atomi di fosforo), rappresentato dalle frecce 68, in modo da localizzare le specie droganti in un terzo straterello 14’ disposto al di sotto del terzo strato di ossido protettivo 64 e destinato a formare la regione arricchita 14 una volta terminati appositi trattamenti termici.

Successivamente (figura 10), la terza maschera di resist 66 viene rimossa, e si predispone una quarta maschera di resist 70, con cui si esegue, nel secondo strato epitassiale 6, un impianto a basso dosaggio (5*10<12>-6*10<12>cm<-2>) e a bassa energia (20KeV-40KeV) di specie droganti di tipo P (ad esempio di atomi di boro), rappresentato dalle frecce 72, in modo da localizzare le specie droganti in un quarto straterello 16’ estendentesi al di sotto del terzo strato di ossido protettivo 64, a distanza dal terzo straterello 14', e destinato a formare l’anello di guardia 16.

Successivamente (figura 11), la quarta maschera di resist 70 viene rimossa, e viene eseguito un secondo trattamento termico, al fine di ridurre i siti del primo e del secondo strato epitassiale 4, 6 danneggiati in seguito ai precedenti processi di impiantazione ionica, e attivare le specie droganti. Il secondo trattamento termico viene eseguito a temperature superiori a 1000°C, e per una durata di qualche ora. Inoltre, esso comporta la formazione della regione sepolta 8, della regione di sinker 20, della regione arricchita 14 e dell’anello di guardia 16, a partire, rispettivamente, dal primo, dal secondo, dal terzo e dal quarto straterello 8’, 20’, 14’ e 16’. Successivamente, viene predisposta una quinta maschera di resist 74, con cui si esegue un impianto a alto dosaggio (1*10<14>-2*10<14>cm<-2>) e a bassa energia (5KeV-10KeV) di specie droganti di tipo P (ad esempio di atomi di boro) nel secondo strato epitassiale 6, rappresentato dalle frecce 76, in modo da localizzare le specie droganti in un quinto straterello 12’. Tale quinto straterello 12’ si estende al di sotto del terzo strato di ossido protettivo 64, ed à ̈ destinato a formare la regione di anodo 12.

Successivamente (figura 12), il terzo strato di ossido protettivo 64 ed il quarto strato dielettrico inferiore 65 vengono rimossi mediante attacco umido. Inoltre, vengono depositati, ad esempio mediante tecnica CVD (“Chemical Vapor Deposition†), il secondo strato dielettrico 32, ad esempio di ossido TEOS, e lo strato di rivestimento 34, ad esempio di nitruro, realizzando così il rivestimento antiriflessione 36. Al fine di realizzare la regione di isolamento laterale 24, viene successivamente realizzata una trincea 78 di forma ad esempio circolare, quadrangolare o, in generale, poligonale, e di larghezza ad esempio pari a circa 1mm. In particolare, la trincea 78 à ̈ realizzata mediante un processo di fotolitografia con attacco a secco. Come mostrato in figura 12, nel caso in cui si voglia fabbricare la forma realizzativa mostrata in figura 4, la trincea 78 viene realizzata internamente alla regione di sinker 20; alternativamente, nel caso in cui si voglia fabbricare la forma realizzativa mostrata in figura 1, la trincea 78 viene realizzata esternamente alla regione di sinker 20 (caso non mostrato).

Successivamente (figura 13), viene cresciuto all’interno della trincea 78 lo strato di rivestimento sottile 27a, di ossido termico ed avente uno spessore compreso nell’intervallo 15-25nm; durante questa fase, al di sotto della superficie inferiore 2a si forma un quinto strato dielettrico inferiore 79. Viene quindi depositato, ad esempio mediante tecnica CVD, uno strato dielettrico che va a formare sia lo strato di rivestimento spesso 27b sia il terzo strato dielettrico 38. Tale strato può essere formato ad esempio da ossido TEOS, ed avere uno spessore dell’ordine di qualche centinaio di nanometri (ad esempio, 100-200nm)

Si noti che lo strato di rivestimento sottile 27a ricopre solamente i bordi interni ed il fondo della trincea 78, in quanto l’ossido termico non può crescere sopra lo strato di rivestimento 34, formato da nitruro. Pertanto, al di sopra della superficie superiore 6a, oltre ai già citati primo e secondo strato dielettrico 30, 32, ed allo strato di rivestimento 34, si aggiunge solamente il terzo strato dielettrico 38.

La fase di crescita termica dello strato di rivestimento sottile 27a richiede una quantità di calore, il quale viene utilmente impiegato per attivare le specie droganti impiantate nel quinto straterello 12’, ed ottenere la regione di anodo 12, di tipo P+ e con densità di picco di drogaggio ad esempio pari a circa 10<19>cm<-3>.

Al termine delle operazioni precedentemente descritte, la regione sepolta 8 presenta livello di picco di drogaggio compreso ad esempio tra 1*10<15>cm<-3>e 1*10<16>cm<-3>; la regione di sinker 20 presenta livello di picco di drogaggio compreso ad esempio tra 1*10<19>cm<-3>e 2*10<19>cm<-3>; la regione arricchita 14 presenta livello di picco di drogaggio compreso ad esempio tra 4*10<16>cm<-3>e 5*10<16>cm<-3>; e l’anello di guardia 16 presenta livello di picco di drogaggio ad esempio pari a circa 10<16>cm<-3>.

In seguito, come mostrato ancora in figura 13, la trincea 78 viene completamente riempita tramite deposizione mediante tecnica CVD di metallo, ad esempio tungsteno, formando la regione metallica 28. Dopo la deposizione di metallo, viene eseguito un attacco, ad esempio un attacco a secco, per la rimozione della porzione di metallo depositata al di sopra della superficie superiore 6a. Successivamente, viene depositato il quarto strato dielettrico 40, ad esempio di ossido TEOS, in modo da isolare elettricamente la regione metallica 28.

Successivamente (figura 14), si rimuove mediante attacco a secco il quinto strato dielettrico inferiore 79, e quindi si effettua un processo di fotolitografia e di attacco umido, al fine di rimuovere selettivamente porzioni del terzo e del quarto strato dielettrico 38, 40, in modo da formare una seconda finestra 80, disposta al di sopra della regione arricchita 14 e della regione di anodo 12, così da lasciare scoperta la regione del doppio rivestimento anti-riflessione 36 che, in uso, permette il passaggio di fotoni incidenti sul fotodiodo 1 verso la regione di anodo 12 e la regione arricchita 14.

Successivamente, in vista della realizzazione delle metallizzazioni di anodo 18 e di sinker 22, viene effettuato un ulteriore processo di fotolitografia, seguito da un attacco a secco e da un attacco umido altamente selettivo, al fine di realizzare una terza ed una quarta finestra 82, 84, disposte rispettivamente al di sopra dell’anello di guardia 16 e della regione di sinker 20. In particolare, l’attacco a secco consente di rimuovere in sequenza porzioni del quarto strato dielettrico 40, del terzo strato dielettrico 38, dello strato di rivestimento 34 e del secondo strato dielettrico 32, tali porzioni essendo disposte al di sopra dell’anello di guardia 16 e della regione di sinker 20. L’attacco umido altamente selettivo consente, invece, di rimuovere porzioni del primo strato dielettrico 30 in corrispondenza della regione di sinker 20.

Successivamente, viene effettuata una fase di deposizione mediante tecnica sputtering di materiale metallico, ed un successivo processo di fotolitografia, in modo da realizzare le metallizzazioni di anodo 18 e di sinker 22. Quindi, viene depositato sulla superficie inferiore 2a del substrato 2, mediante tecnica sputtering, ulteriore materiale metallico, al fine di realizzare la metallizzazione di catodo 42, ottenendo la struttura di figura 4.

Infine, viene effettuato un processo di sinterizzazione a bassa temperatura ed in ambiente a base di idrogeno, allo scopo di passivare eventuali legami liberi (“dangling bonds†) all’interfaccia tra regioni di ossido e regioni di silicio, in modo da ridurre il tasso di ricombinazione Schockley-Read-Hall.

La schiera 220 di fotodiodi 1 può essere utilizzata in un generico sistema 500 mostrato in figura 15, in cui un alimentatore 510 alimenta almeno una schiera 220 di fotodiodi 1 e almeno un microcontrollore 520 collegato alla schiera 220. Il microcontrollore 520 elabora il segnale di uscita della schiera 220 di fotodiodi 1, e fornisce un segnale elaborato ad un elaboratore 320, che consente di analizzare tale segnale elaborato e di visualizzare le informazioni associate a tale segnale elaborato su uno schermo 330.

I vantaggi che il presente fotodiodo operante in modalità Geiger consente di ottenere emergono chiaramente dalla discussione precedente. In particolare, il presente fotodiodo consente di controllare la resistenza del resistore di soppressione a seconda delle esigenze, consentendo ad esempio di incrementare la sovratensione OV; al limite, à ̈ possibile svuotare completamente la regione interna 9, annullando l’area effettiva Aeed ottenendo una resistenza virtualmente infinita. Inoltre, il presente fotodiodo consente di controllare la resistenza del resistore di soppressione senza necessità di ricorrere a regioni di isolamento laterale con elevato fattore di forma.

Risulta infine evidente che al fotodiodo e al processo descritti possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall’ambito della presente invenzione.

Ad esempio, il corpo 10, la regione di anodo 12, l’anello di guardia 16 e la regione sepolta 8 possono essere di tipo inverso; in tal caso, la tensione di polarizzazione di giunzione Vjsarà positiva. Inoltre, la posizione della metallizzazione di catodo 42 e della regione di anodo 12 possono essere invertite.

Sono inoltre possibili forme di realizzazione prive del secondo strato epitassiale 6 e/o dell’anello di guardia 16. Inoltre, sono possibili forme di realizzazione prive della regione arricchita 14 e/o della regione di isolamento laterale 24.

Per quanto concerne il channel stopper 27, esso può essere formato da un solo strato di materiale isolante.

Per quanto concerne invece il procedimento di fabbricazione, la regione di isolamento laterale 24 può essere realizzata in un differente momento del procedimento di fabbricazione descritto. Inoltre, la regione di sinker 20 può essere formata dopo l’anello di guardia 16 e la regione arricchita 14, ma prima della regione di anodo 12.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Fotodiodo a valanga operante in modalità Geiger, comprendente: - un corpo (10) di materiale semiconduttore di un primo tipo di conducibilità, avente una prima (6a) ed una seconda superficie (2a) e formante una regione di catodo; - una regione di anodo (12) di un secondo tipo di conducibilità, estendentesi all’interno di detto corpo al di sopra della regione di catodo e affacciata a detta prima superficie; caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre: - una regione sepolta (8) del secondo tipo di conducibilità, estendentesi all’interno di detto corpo e circondante una regione interna (9) di detto corpo, detta regione interna estendendosi al di sotto di detta regione di anodo, detta regione di catodo comprendendo detta regione interna e definendo un resistore di soppressione (44) verticale; - una regione di sinker (20) estendentesi attraverso detto corpo a partire da detta prima superficie, lateralmente alla regione di anodo e in contatto diretto con detta regione sepolta; - una regione di contatto (22) di materiale conduttore, sovrastante detta prima superficie ed in contatto diretto con detta regione di sinker, e atta ad essere elettricamente collegata a un circuito esterno di polarizzazione della regione sepolta ad una tensione di polarizzazione (VJ) tale da creare una regione di svuotamento (45) circondante detta regione sepolta ed estendentesi all’interno di detta regione interna, variando in tal modo la resistenza di detto resistore di soppressione.
2. 2. Fotodiodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta regione di sinker (20) ha forma chiusa e circonda detta regione di anodo (12), ed in cui detta regione sepolta (8) ha, in vista dall’alto, forma chiusa, detta regione interna (9) essendo verticalmente allineata a detta regione di anodo.
3. 3. Fotodiodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il corpo (10) comprende un substrato (2) affacciato alla seconda superficie (2a) ed avente un primo livello di drogaggio, ed un primo strato epitassiale (4) sovrastante il substrato, in contatto diretto con e sottostante alla regione sepolta (8), ed avente un secondo livello di drogaggio minore del primo livello di drogaggio.
4. 4. Fotodiodo secondo la rivendicazione 3, cui il corpo (10) comprende inoltre un secondo strato epitassiale (6) affacciato alla prima superficie (6a), sovrastante il primo strato epitassiale (4) e la regione sepolta (8), ed avente un terzo livello di drogaggio superiore al secondo livello di drogaggio.
5. 5. Fotodiodo secondo la rivendicazione 4, comprendente inoltre: - una trincea (78) estendentesi attraverso detto corpo (10) a partire da detta prima superficie (6a) e circondante detta regione di anodo (12); - una regione di isolamento laterale (24) all'interno della trincea, detta regione di isolamento comprendendo una regione conduttiva (28) ed una regione isolante (27) di materiale dielettrico, circondante detta regione conduttiva.
6. 6. Fotodiodo secondo la rivendicazione 5, in cui detta regione conduttiva à ̈ formata da una regione metallica (28).
7. 7. Fotodiodo secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui detta regione di isolamento laterale (24) si estende attraverso detto primo (4) e secondo strato epitassiale (6), almeno fino a detto substrato (2).
8. 8. Fotodiodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 5-7, in cui la regione di isolamento laterale (24) circonda lateralmente detta regione di sinker (20).
9. 9. Fotodiodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 5-7, in cui la regione di isolamento laterale (24) si estende attraverso detta regione di sinker (20).
10. 10. Schiera (220) di fotodiodi (1), comprendente almeno un fotodiodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
11. 11. Sistema (500) di rivelazione di fotoni comprendente: - un’unità di elaborazione (520); - una schiera (220) di fotodiodi (1) secondo la rivendicazione 10, accoppiata a detta unità di elaborazione (520); - un alimentatore (510) accoppiato a detta unità di elaborazione (520) e a detta schiera di fotodiodi.
12. 12. Procedimento per la fabbricazione di un fotodiodo a valanga operante in modalità Geiger, comprendente le fasi di: - formare un corpo (10) di materiale semiconduttore di un primo tipo di conducibilità, avente una prima (6a) ed una seconda superficie (2a) e formante una regione di catodo; - formare una regione di anodo (12) di un secondo tipo di conducibilità all'interno di detto corpo, al di sopra della regione di catodo e affacciata a detta prima superficie; caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre le fasi di: - formare, al di sotto di detta regione di anodo, una regione sepolta (8) del secondo tipo di conducibilità in modo da circondare una regione interna (9) di detto corpo; - formare una regione di sinker (20) estendentesi attraverso detto corpo a partire da detta prima superficie, e in contatto diretto con detta regione sepolta; - formare una regione di contatto (22) di materiale conduttore, al di sopra di detta prima superficie ed in contatto diretto con detta regione di sinker.
13. 13. Procedimento secondo la rivendicazione 12, in cui detta fase di formare un corpo (10) comprende formare un substrato (2) avente un primo livello di drogaggio, e crescere un primo strato epitassiale (4) al di sopra del substrato, il primo strato epitassiale avendo un secondo livello di drogaggio minore del primo livello di drogaggio.
14. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 13, in cui detta fase di formare una regione sepolta (8) comprende impiantare selettivamente specie ioniche droganti del secondo tipo di conducibilità all’interno di detto primo strato epitassiale (4), formando un strato sottile (8’).
15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 14, in cui detta fase di formare un corpo (10) comprende inoltre crescere un secondo strato epitassiale (6) al di sopra di detto primo strato epitassiale (4) e di detto strato sottile (8’), detto secondo strato epitassiale avendo un terzo livello di drogaggio superiore al secondo livello di drogaggio, detto strato sottile (8') diffondendo all'interno di detti primo e secondo strato epitassiale (4, 6) e formando detta regione sepolta (8).
16. 16. Procedimento secondo una rivendicazione qualsiasi da 12 a 15, comprendente inoltre le fasi di: - scavare, all’interno di detto corpo (10), una trincea (78) a partire da detta prima superficie (6a); - formare una regione isolante (27), di materiale dielettrico, all'interno della trincea; - riempire detta trincea con una regione conduttiva (28) circondata dalla regione isolante.