JPH01500536A - semiconductor radiation detector - Google Patents
semiconductor radiation detectorInfo
- Publication number
- JPH01500536A JPH01500536A JP50311087A JP50311087A JPH01500536A JP H01500536 A JPH01500536 A JP H01500536A JP 50311087 A JP50311087 A JP 50311087A JP 50311087 A JP50311087 A JP 50311087A JP H01500536 A JPH01500536 A JP H01500536A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- radiation
- contact
- detector
- radiation detector
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims description 74
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 15
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 29
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 28
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 27
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 25
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 8
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims description 7
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims 1
- 239000000615 nonconductor Substances 0.000 claims 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 4
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 210000002784 stomach Anatomy 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000009261 transgenic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
- H01L27/14669—Infrared imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/148—Charge coupled imagers
- H01L27/14875—Infrared CCD or CID imagers
- H01L27/14881—Infrared CCD or CID imagers of the hybrid type
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 背面接触型制止不純物バンド検出器 [発明の背景] 本発明は放射検出器、特に、制止不純物バンド検出器で、長波赤外放射(LWl 、R)の検出に専ら用いられるものに関する。[Detailed description of the invention] Rear contact type restraint impurity band detector [Background of the invention] The present invention is a radiation detector, particularly a suppressed impurity band detector, which uses long wave infrared radiation (LWl). , R).
高品質の放射検出器の設計に於いては、ある希望′りる周波数内で入射放射を最 も良く感知する検出器を作ることが当然の目的となる。高品質の放射検出器の設 計者が当面する最も一般的な問題の1つは、暗電流として総称的に知られている 現象である。この現象は検出器内の動作に於ける色々な機構現象であって、この 結果、入射放射が無いとき検出器の中に電流が流れる。The design of high-quality radiation detectors involves maximizing the incident radiation within some desired frequency. The natural goal is to create a detector that can detect the Setting up a high quality radiation detector One of the most common problems meterers encounter is what is collectively known as dark current. It is a phenomenon. This phenomenon is due to various mechanical phenomena in the operation inside the detector. As a result, a current flows through the detector in the absence of incident radiation.
検出器を流れる暗電流は一般的に電気的ノイズとして考えられ、そのノイズの大 きさが暗電流の強さに正比例している。The dark current flowing through the detector is generally considered as electrical noise, and the magnitude of the noise The intensity is directly proportional to the strength of the dark current.
この暗電流ノイズは検出器の信号−ノイズ比に逆比例し、入射放射の変化に対す る検出器の感度を悪くする。This dark current noise is inversely proportional to the detector's signal-to-noise ratio and is sensitive to changes in the incident radiation. This reduces the sensitivity of the detector.
この暗電流の機構の1つで良く知られたものに、熱電荷担体即ち熱キャリヤの発 生がある。この機構はその原子からのドナー不純物電子を自由にすることにより 、半導体による熱エネルギーを吸収する作用がある。これらの電子が導体の帯域 に入り、又電界により、正の検出器の電気的接触に掃引される。正常な操作の場 合、電界が電位差により検出器の中に作り出されるが、この電位差は主に、例え ばハイブリッドされた薄膜又は電荷結合素子の如き、外部の集積回路読取り装置 により与えられる。付加的な電子がこの読取り装置の負の電位接触により検出器 の中に注入される。この結果、2つの機構が協同し、入射放射の無い状態で検出 器に電流が発生、即ち、暗電流が発生する。One of the well-known mechanisms of this dark current is the generation of thermal charge carriers. There is life. This mechanism works by freeing donor impurity electrons from the atom. , which has the effect of absorbing thermal energy from semiconductors. The band in which these electrons are conductors and is swept into positive detector electrical contact by the electric field. Normal operation In this case, an electric field is created in the detector due to the potential difference, which is mainly due to the External integrated circuit reading devices, such as hybridized thin film or charge-coupled devices. is given by Additional electrons are transferred to the detector by the negative potential contact of this reader. injected into the. As a result, the two mechanisms work together to detect in the absence of incident radiation. A current is generated in the device, that is, a dark current is generated.
暗電流により熱的にもたらされたコンポーネントを消す方法として良く知られた ものの1つに、放射検出器を絶対温度の敷部の所で冷却する方法がある。しかし 、このように極低温で冷却された検出器をコンパクトに且つ低費用で集合体の中 に納めるのは困難である。A well-known method of extinguishing thermally induced components by dark current One method is to cool the radiation detector at its absolute temperature. but In this way, a detector cooled at an extremely low temperature can be housed in an assembly compactly and at low cost. It is difficult to fit into the
他に暗電流を減らす為に用いられる一般的方法は、強度にドープされた、従って 低抵抗の検出層と検出器の1つの電気接触子との間に比較的高抵抗の層を中間配 置する方法”Cある。Other common methods used to reduce dark current are strongly doped, A relatively high resistance layer is interposed between the low resistance sensing layer and one electrical contact of the detector. There is a method "C" to place it.
この高抵抗の層は不純物バンドの伝導機構の導電路を遮断し、その結果暗電流が 減る。従って、一般的に、制止層として比較的高い抵抗層が用いられ、従って、 このような層を用いた検8器が制止不純物バンド検出器として知られている。This high-resistance layer blocks the conductive path of the impurity band conduction mechanism, resulting in a dark current. decrease. Therefore, generally a relatively high resistance layer is used as a stop layer, and thus A detector using such a layer is known as a suppressed impurity band detector.
この制止不純物バンド検出器にまつわる特殊な問題の1つは、この電気接触子及 びこれに組合わされる読取り装置の物理的取付は方法の問題である。この検8器 の代表的なアレーは非常に小さな寸法のものなので、各検出器の間の空間が10 0ミクロン以下で、一般的な結線が困難なことがしばしばある。この問題に更に 、1つのアレー内に含まれる独立した検出器素子が多数、子細若しくはそれ以上 、あることが重なってくる。One of the special problems with this suppressed impurity band detector is that the electrical contacts and The physical mounting of this and the associated reader is a matter of method. This detector 8 A typical array of is of very small dimensions, so that the space between each detector is 10 At 0 micron or less, general wiring is often difficult. Further to this problem , many independent detector elements contained within one array, small or larger , certain things overlap.
この結線問題を解決する1つの方法として、次の集積回路読取り装置が用いられ ている、即ち、この装置は放射検出器のこれらの部分に匹敵する寸法に作られて おり、代表的には、この読取り装置の各接触子が、各検出器の素子とレジストレ ージコンされる如くに配置される。従って、この検出器及び読取り装置が互いに 物理的に結合される如くにバックされ、このことにより、読取り装置が各検出器 の素子と電気的に接続される。即ち、集積回路読取り技術に適合する放射検出器 は適合しない検出器に比し数々の利点を持つことが出来るのである。One way to solve this wiring problem is to use the following integrated circuit reader. i.e. the device is made with dimensions comparable to these parts of the radiation detector. Typically, each contact in this reader is connected to each detector element and register. It is arranged so that it is controlled. Therefore, this detector and reader back such that they are physically coupled, which allows the reader to connect to each detector. The device is electrically connected to the device. i.e. a radiation detector compatible with integrated circuit reading technology. can have a number of advantages over unmatched detectors.
しかし、この型の読取り技術の問題の1つは、この検出器のフィルファクター (fill f’actor )が減少することである。However, one of the problems with this type of readout technique is the fill factor of this detector. (fill f'actor) decreases.
フィルファクターは入射放射を受けることの出来るアレーの表面の尺度の1つで ある。電気的接触子及びそれと組合わされる読取り装置を設置すると、普通、放 射受は面の部分的閉塞により、与えられたアレーのフィルファクターが減少する 。Fill factor is a measure of the surface of the array that can receive the incident radiation. be. The installation of electrical contacts and their associated reading devices usually results in The fill factor of a given array is reduced due to partial occlusion of the surface. .
制止不純物トランスジューサ(BIT)として知られる従来の検出器の多くは、 その電気的接触子の全てが放射受は面にさらされる。この配置は読取り回路の物 理的特性に厳格な制限があり、その結果、このような検出器は集積回路の読取り 技術にしばしば適合しないことがある。Many conventional detectors, known as stop impurity transducers (BITs), All of its electrical contacts are exposed to the surface of the radiation receiver. This arrangement is for the reading circuit. There are strict limitations on the physical properties of such detectors, which make them difficult to read integrated circuits. Technology is often not compatible.
この型の検出器により発生する明らかな欠点に答えて、これに変わる1つの形態 が考案された。即ち、この場合、全ての電気的接続点が放射を受ける面の反対面 に移されている。一般的に逆イルミネーション制止不純物トランスジーサ(RI B I T)として知られているこの装置は、集積回路読取り技術に適合して いる。本特許の誼受入に譲り受けられた米国特許第4.507.674号にこの 逆型の検出器が記述されている。BIT検出器の低いフィルファクターがこのR IBITの研究によって克服されている。RIBITアレーのフィルファクター は単一体としてアプローチすることが出来、1焦点面当り非常に多数のハイブリ ッド適合の検出器の設置が可能である。しかし、このRIBITの構造は材質及 びプロセッシングに関連したある種の問題部分を持っており、この部分がその製 造を試験的なものにしている。tBIT構造に於いては、背面接触域を作る為に は、第1のエピタキシャル層が重度に植え付けられる表面区域を持っバルク・シ リコン基板の上に作られねばならない。この区域の上に作られたエピタキシャル のフィルムの結晶的及び電気的性質は制御困難で、又検出器の性能が劣る結果と なる。又、RIBIT法は、重度に植え付けられる区域を基板に接触させる手段 を与える為に、両方のエピタキシャル層にV溝エッチを必要とする。In response to the obvious drawbacks caused by this type of detector, an alternative form was devised. That is, in this case, all electrical connection points are on the opposite side of the side receiving the radiation. has been moved to. Reverse illumination inhibiting impurity transgenics (RI) is commonly used. This device, known as BIT, is compatible with integrated circuit reading technology. There is. No. 4,507,674, which is assigned as an infringement of this patent. An inverted detector is described. This R is due to the low fill factor of the BIT detector. This problem has been overcome through IBIT research. RIBIT array fill factor can be approached as a single body, with a very large number of hybrids per focal plane. It is possible to install a detector compatible with the standard. However, the structure of this RIBIT is It has certain problematic parts related to processing and processing, and this part The construction is experimental. In the tBIT structure, to create a back contact area is a bulk silicone with a surface area heavily seeded with the first epitaxial layer. Must be built on a recon board. epitaxial fabricated above this area The crystalline and electrical properties of the film are difficult to control and can result in poor detector performance. Become. The RIBIT method also provides a means of bringing the heavily planted area into contact with the substrate. A V-groove etch is required in both epitaxial layers to provide a.
この■溝接触の作業も又制御困難である。This (1) groove contact work is also difficult to control.
[発明の概要コ 上述の問題点が、放射用制止不純物バンド検出器によって克服され、且つその他 の利点を作り出す。本発明の好ましい実施例の1つによれば、この検出器か検出 器素子のアレーとして形成され、その前面及び背面に設けられた、電気接触子を 持つ層状の半導体構造を含んでいる。この接触子の形状はその前面で放射を受け ることが出来、又その背面に集積回路読取り装置を装着することが出来、この読 取り装置が前及び背面の接触子と接続している。[Summary of the invention] The above-mentioned problems are overcome by radiation-suppressed impurity band detectors, and other create benefits. According to one of the preferred embodiments of the invention, this detector It is formed as an array of device elements, and has electrical contacts on the front and back sides of the device. It contains a layered semiconductor structure. The shape of this contact receives radiation on its front surface. It is also possible to attach an integrated circuit reader to the back of the device. A contact device is connected to the front and back contacts.
この検出器は2つの絶縁半導体層を含み、その各々が1つの基板として又他の1 つが制止層としての働きをする。その間に1つの放射検出層が設けられている。The detector includes two insulating semiconductor layers, each serving as one substrate and the other as a substrate. acts as a restraining layer. A radiation detection layer is provided between them.
本発明のこの実施例に於いては、この2つの層がシリコンで形成されているが、 本発明の理論からすれば、他の半導体材料を用いることも可能である。この検出 層がドープされ、この伝導バンドとそれに続く荷電子バンドとの間のバンド・ギ ャップを減らす為の荷電子バンド構造に変更され、入射放射の光子が価電子バン ドから伝導バンドへの電子にニレベートされる。この制止層は非常に薄く、前進 する電子が価電子バンドに逆行することなく上記制止層を通過することが出来る 。In this embodiment of the invention, the two layers are made of silicon; Other semiconductor materials may be used in accordance with the theory of the invention. This detection The layer is doped and the band gap between this conduction band and the following valence band is The valence band structure has been changed to reduce the gap, and the photons of the incident radiation are transferred to the valence band. electrons from the conduction band to the conduction band. This restraining layer is very thin and electrons can pass through the above-mentioned blocking layer without going back to the valence band. .
この検出層と制止層との電気的接続は2つの接触層の助けを借りて行われる、即 ち、その1つは検出層と基板との間に置かれ、もう1つが検出層の反対側の制止 層の表面に配置される。この2つの接触子はシリコンで作られ、ドープされて導 電性が与えられている。第1の接触層に於いて、ドープされた材料の各区域がド ープされていない電気絶縁区域の区域間に散布配置され、検出器素子のアレーの 各検出器素子を形成している。第2の層に於いては、ドーピングが一様に行われ 、全ての検出器素子を電気的に共通接続する。この第2の層は非常に薄く、入射 放射とは顕著な干渉をしないようになっている。上述の各層は、エピタキシャル 成長法により互に積重ねられた状態に沈積される。This electrical connection between the detection layer and the stop layer is made with the help of two contact layers, immediately One of them is placed between the detection layer and the substrate, and the other is placed on the opposite side of the detection layer. placed on the surface of the layer. The two contacts are made of silicon and doped to make them conductive. Electricity is given. In the first contact layer, each area of doped material is of an array of detector elements distributed between areas of uncirculated electrically insulated area. forming each detector element. In the second layer, doping is done uniformly. , all detector elements are electrically connected in common. This second layer is very thin and the incident It is designed so that there is no significant interference with radiation. Each layer mentioned above is epitaxial They are deposited one on top of the other by a growth method.
各層の積重ねを行なう前に、背面の接触子が基板の中に形成される。これは、基 板が各検出器素子と繋がる位置に複数の金属導体を通すことによって行われ、各 導体の一方の端が基板の背面、これは又検出器の背面でもあるが、に導き出され 、読取り装置に接続される。各導体の他方の端が基板の反対側の表面に導き出さ れ、次の第1の接触層に接続される。Prior to stacking each layer, backside contacts are formed in the substrate. This is the base This is done by passing multiple metal conductors through the positions where the plate connects with each detector element. One end of the conductor is led to the back of the board, which is also the back of the detector. , connected to the reading device. The other end of each conductor leads to the opposite surface of the board. and is connected to the next first contact layer.
検出器の前面の電気的接触子が格子の形をした1つの金属化物として形成され、 検出器素子への共通接触子としての働きをする。この格子ラインの厚さは非常に 薄く、入射放射を顕著に制止することが無い。the electrical contacts on the front side of the detector are formed as a single metallization in the form of a grid; Serves as a common contact to the detector elements. The thickness of this grid line is very It is thin and does not significantly inhibit incident radiation.
この検出器を使用すると、上記制止層の絶縁性により、暗電流の流れることが防 がれる。この電気接触子の形状及び配置により高いフィルファクターが達成され 、上述した逆型の制止検出器の複雑な物理的構造に特有な欠点が無い。When using this detector, the insulating properties of the above-mentioned blocking layer prevent dark current from flowing. I can escape. A high fill factor is achieved due to the shape and arrangement of this electrical contact. , it does not suffer from the drawbacks inherent in the complex physical structure of the inverted arrest detectors described above.
[図面の簡単な説明コ 本発明に就き以下図面を用いて説明するが、各図面に於いて共通の部分に就いて は同じ参照符号が用いられている。[Brief explanation of the drawing] The present invention will be explained below using drawings, but common parts in each drawing will be explained below. The same reference numerals are used.
第1図は本発明の1つの実施例による、電極が反対面に配置された制止不純物バ ンド赤外線検出器の斜視図、第2図は第1図の線2−2に沿う本検出器の断面の 側面図である。FIG. 1 shows a restraining impurity bar with electrodes disposed on opposite sides according to one embodiment of the present invention. Figure 2 is a perspective view of the infrared detector, and Figure 2 is a cross-section of the detector taken along line 2-2 in Figure 1. FIG.
[実施例コ 第1及び2図に制止不純物バンド検出器10の1つの実施例が示されている。こ の検出器は特に長波赤外(LWIR)放射に対し鋭敏に作用するように作られて いる。一般的に、LWIR放射は約14から30ミクロンの波長範囲に対応する 周波数のものと考えられている。従って、検出器に用いられる不純物は、LWI R放射の波長エネルギーに対応する、価電子バンドと伝導バンドの間の禁制バン ドの幅を減らす元素である。[Example code] One embodiment of a suppressed impurity band detector 10 is shown in FIGS. 1 and 2. FIG. child The detectors are made to be particularly sensitive to longwave infrared (LWIR) radiation. There is. Generally, LWIR radiation corresponds to a wavelength range of approximately 14 to 30 microns. It is considered to be a matter of frequency. Therefore, the impurities used in the detector are Forbidden band between valence band and conduction band corresponding to wavelength energy of R radiation This is an element that reduces the width of the dot.
検出器10のオペレーションは、暗電流の流を制止する比較的薄いドープされて いない絶縁層を伴ったドープされた検出層の使用を基礎としている。検出器10 の使用に適した波長の入射放射の存在に於いて、電子は検出層の伝導バンドにニ レベートし、又後述する如く、検出器1oに接続された外部の読取り装置により 与えられる電界により制止層を走り抜ける。The operation of the detector 10 is such that the detector 10 uses a relatively lightly doped device that inhibits the flow of dark current. It is based on the use of a doped detection layer with a free insulating layer. Detector 10 In the presence of incident radiation of a wavelength suitable for use in and by an external reading device connected to the detector 1o, as described below. It runs through the restraining layer due to the applied electric field.
注意すべきは、検出層に於いて、ドーピングが既に帯域のギャップを充分に減ら しており、このことにより電子が上昇して伝導バンドに進むことが出来、一方制 止層に於いては、ドープされていない層が本来の比較的大きな帯域ギャップを保 っていることである。この制止層は充分に薄く、電子が容易にここを通過するこ とが出来、制止層の価電子バンドにドロップバックする可能性は無い。制止層の 厚さは非常に厚く、暗電流の前進を阻むのに十分である。読取り装置により掛け られた電界の存在に於いて、検出器10は可変抵抗器としての特徴を有し、この 場合、掛けられた電圧によりもたらされた電流が入射放射の強さによって変化す る。本発明の新しい特徴を持つ検出器10の構造に就いて更に詳しく以下に説明 する。It should be noted that in the detection layer, the doping has already sufficiently reduced the band gap. This allows the electrons to rise and proceed to the conduction band, causing one-sided control. In the stop layer, the undoped layer preserves the original relatively large bandgap. That is what is happening. This blocking layer is thin enough that electrons can easily pass through it. , and there is no possibility of dropback to the valence band of the stopping layer. restraining layer The thickness is very thick and is sufficient to block the advance of dark current. hung by the reader In the presence of an electric field, the detector 10 has the characteristics of a variable resistor; If the current produced by the applied voltage varies with the intensity of the incident radiation, Ru. The structure of the detector 10 with the novel features of the present invention will be described in more detail below. do.
検出器10は放射検出層20と、制止層22と、及び、前即ち上及び後ろ即ち底 に各々前面及び底面検出器接触層24及び16を含み、これらが基板12の上に 形成されている。検出器1oから集積回路読取り装置36への電気接触が、複数 の金属導体14と、背面金属化物32及び34により、又一方では前面格子金属 化物によって、行われる。矢印28により概念的に示したLWIR放射が検出器 10の前面に入射すると、実質的に透過性の接触層24と、その下に横わる制止 層22とを通過することが許され、放射検出層20に到達する。ここで検出器の 不純物による放射の吸収が、検出器lOの電気抵抗の変化として、読取り装置3 6の中の電気回路(図示無し)により感知される。Detector 10 includes a radiation detection layer 20, a stop layer 22, and a front or top and rear or bottom layer. include front and bottom detector contact layers 24 and 16, respectively, which are placed on top of the substrate 12. It is formed. A plurality of electrical contacts from the detector 1o to the integrated circuit reader 36 metal conductor 14 and back metallization 32 and 34, while the front grid metal It is done by a monster. LWIR radiation, shown conceptually by arrow 28, is detected by the detector. 10, a substantially transparent contact layer 24 and an underlying restraining layer 24. layer 22 to reach radiation detection layer 20. Here the detector The absorption of radiation by impurities causes a change in the electrical resistance of the detector lO to the reader 3. 6 is sensed by an electrical circuit (not shown).
全体的構成を考えると、放射検出器1.0は基板12の上に組立てられている。Considering the overall configuration, the radiation detector 1.0 is assembled on a substrate 12.
基板12は、代表的には真性シリコンで作られ、その厚さが約29ミルである。Substrate 12 is typically made of intrinsic silicon and is approximately 29 mils thick.
バイアスの名で知られる金属導体14が基板12を貫通しており、これの基板1 2の上面に金属、代表的にはアルミニウム、が規定区域に沈着される。次に基板 12に十分に強い熱勾配が与えられ、上述の金属が溶融される。この溶融金属が 基板の材料の中に移動し、完全に下まで下がる。この溶融金属が基板12の中を 下降するとき、金属の1部が基板に沈着し、このことにより基板を選択的にドー ピングし、基板12の前面から後面に至る連続したアルミニウム導体14が形成 される。基板12の前面に露出した導体14の端が一般的な方法により研磨され 、基板12の上面での均一なエピタキシャル層の成長を妨げるような表面欠陥を 無くす。複数の導体14が基板12の後面から出る所に、代表的にはアルミニウ ムで作られた背面金属化バッド32が導体14と接触するように形成される。こ のバッド32の各々の表面上に金属化点34があり、これが代表的にはインジウ ムから成り、その下のパッド32及び導体14を集積回路読取り装置36に導電 接続する。A metal conductor 14, known as a via, passes through the substrate 12 and is connected to the substrate 1. On the upper surface of 2 a metal, typically aluminum, is deposited in defined areas. Next the board A sufficiently strong thermal gradient is applied to 12 to melt the metals mentioned above. This molten metal Move into the substrate material and go all the way down. This molten metal flows inside the substrate 12. As it descends, some of the metal is deposited onto the substrate, thereby selectively doping the substrate. A continuous aluminum conductor 14 is formed from the front surface to the rear surface of the substrate 12. be done. The ends of the conductors 14 exposed on the front surface of the substrate 12 are polished by a conventional method. , to eliminate surface defects that would prevent uniform epitaxial layer growth on the top surface of the substrate 12. lose. Where the plurality of conductors 14 exit from the rear surface of the board 12, typically aluminum A backside metallized pad 32 made of aluminum is formed in contact with the conductor 14. child There are metallization points 34 on the surface of each of the pads 32, which typically conductive pad 32 and conductor 14 to an integrated circuit reader 36. Connecting.
導体14を内部の放射検出層20に好ましい状態で電気接触させる為に、接触層 16が実質的に純粋な結晶シリコンで作られ、これが基板12の上面の上に、代 表的に、3ミクロンの厚さに、エピタキシャルに成長させられる。層16はボロ ン等のアクセプタ不純物によって次の如くにドープされる。先ず、ボロンが層】 6に、代表的には0. 1から0.2ミルの深さにチェッカー盤状に植え付けら れる。この植え付けられた部分は、基板12の前面に配置された金属導体14の 端部とレジストレーション関係にある。植え付けの後、この装置がつくられたま まの姿で、層16の結晶構造に起っているかも知れぬ傷を修復する為に焼鈍され る。この焼鈍の間に、植え付けられたボロン原子が層16を通って下に移動し、 その下の導体14の露出した端部と接触する。図面に示す如く、層18は各導体 14に隣接して重度にドープされており、このことにより、層16が重度にドー プされた第1の区域leaと実質的に純粋なシリコンの第2の区域16bとに区 分される。区域16aはアクセプタ不純物を含み、その濃度は代表的には立方セ ンナメートル当り1×1019アクセプタ原子である。かくして、各区域lea が導電性となり、対応する導体14の端部と電気的に接触する。A contact layer is provided to bring the conductor 14 into favorable electrical contact with the internal radiation detection layer 20. 16 is made of substantially pure crystalline silicon and is placed on top of the top surface of substrate 12. It is grown epitaxially, typically to a thickness of 3 microns. Layer 16 is rag It is doped with acceptor impurities such as ions as follows. First, the boron layer] 6, typically 0. Plant in a checkerboard pattern at a depth of 1 to 0.2 mils. It will be done. This planted portion corresponds to the metal conductor 14 placed on the front surface of the substrate 12. It has a registration relationship with the edge. After planting, this device is In its original form, it is annealed to repair possible scratches in the crystal structure of layer 16. Ru. During this annealing, the implanted boron atoms migrate down through the layer 16, It makes contact with the exposed end of the conductor 14 below. As shown in the drawing, layer 18 includes each conductor. 14, which causes layer 16 to be heavily doped. a first area lea of silicon and a second area 16b of substantially pure silicon. divided. Zone 16a contains acceptor impurities, the concentration of which is typically cubic cell. 1×10 19 acceptor atoms per nanometer. Thus, each area lea becomes conductive and makes electrical contact with the end of the corresponding conductor 14.
このように植え付けられた層]6の表面区域の範囲は設計仕様によって決められ る。この植え付ける区域の%は1%から代表的には75%まで大幅に変更可能で ある。The extent of the surface area of the layer thus planted]6 is determined by the design specifications. Ru. This percentage of planting area can vary widely from 1% to typically 75%. be.
接触層16の上に、検出層20が工しタキシャルに成長させられ、その厚さは代 表的には4から25ミクロンである。層20が、層20にp型の半導体特性を与 えるのに適した例えばガリウムの如き、アクセプタ形の不純物によってドープさ れる。A detection layer 20 is engineered and taxially grown on the contact layer 16, the thickness of which varies. Typically from 4 to 25 microns. The layer 20 imparts p-type semiconductor properties to the layer 20. Doped with an acceptor-type impurity, such as gallium, suitable for It will be done.
層20の中のアクセプタ型不純物原子の濃度は、代表的には、立方セン千メート ル当りlXl018アクセプタ原子である。The concentration of acceptor type impurity atoms in layer 20 is typically on the order of 1,000 cubic centimeters. 1X1018 acceptor atoms per molecule.
ガリウムは、そのイオン化エネルギーがLWIR放射のエネルギーに対応する元 素の1つである。従って、層20に入るLWIR放射28がガリウム原子に結合 している電子をイオン化し、この電子が次に伝導バンドに自由に入って行く。Gallium is a material whose ionization energy corresponds to the energy of LWIR radiation. It is one of the basics. Therefore, LWIR radiation 28 entering layer 20 is bound to gallium atoms. ionizes the electrons that are present, and these electrons then freely enter the conduction band.
検出層20の上に、制止層22がエピタキシャルに成長させられる。制止層22 は実質的に純粋な真性シリコンから成っている。かくして出来た制止層20の結 晶構造は、それか実質的に不純原子を含んでいないならば、ドープされた検出層 20より遥かに高い電気抵抗を持っている。A stop layer 22 is epitaxially grown on top of the detection layer 20 . Control layer 22 consists of substantially pure intrinsic silicon. The resultant restraining layer 20 The doped detection layer if the crystal structure does not contain substantially any impurity atoms. It has a much higher electrical resistance than 20.
前に説明した如く、この比較的高い抵抗を有する制止層22は暗電流の不純物バ ンド伝導コンポーネントを遮断する働きをする。この機能を完全に行なわせる為 には、制止層22が放 ゛射検出層20と、放射検出器IOの各検出素子の電気 接触子の1つとの間に挾まれることが必要である。上述した如く、複数の重度に ドープされた区域]、8aが、導体14と共に、1セツトの接触子を形成し、複 数の検出区域が読取り装置36によって走査される如くにする必要がある。読取 り装置36と検出器1゜との間に回路の連続性を作り上げる為には、検出器JO にアース電気接続を設ける必要があり、この接続が接触層24によって提供され る。As previously explained, this relatively high resistance blocking layer 22 serves as a dark current impurity barrier. acts as a barrier to conductive components. To fully perform this function In this case, the blocking layer 22 connects the radiation detection layer 20 and the electric current of each detection element of the radiation detector IO. It is necessary to be sandwiched between one of the contacts. As mentioned above, multiple severities doped area], 8a together with the conductor 14 form a set of contacts; It is necessary to ensure that several detection areas are scanned by the reading device 36. read To create circuit continuity between the detector 36 and the detector 1°, the detector JO A ground electrical connection must be provided to the Ru.
本発明のこの実施例に於いては、アース接続がイオン注入によって形成され、そ の深さが代表的には0.2ミクロンで、検出層20の反対側の制止層22の表面 に注入された、p型のアクセプタ不純物、代表的にはボロン、によって行われる 。注入の後、層22の表面が、注入の間に出来たかも知れぬ結晶構造の物理的傷 を修復する為に、焼鈍される。この焼鈍の間に、注入されたボロン原子が下向き に移動し層22に入る。この焼鈍時間の決定は次の如くに行われる、即ち、ボロ ン原子の下向きの移動により制止層22が未だ完全には包まれておらず、従って 層22は検出層20に隣接する実質的に純粋な結晶シリコンの区域と、p型のア クセプタ不純物のボロン原子を含む上部区域とに分れる如くにする。この上部区 域が接触層24を形成する。層24の中のアクセプタ不純物原子の濃度は、代表 的には、立方センチメートル当り1.X1019アクセプタ原子で、これにより 導電性の層24が作られる。In this embodiment of the invention, the ground connection is formed by ion implantation; is typically 0.2 microns deep at the surface of the stop layer 22 opposite the detection layer 20. This is done by a p-type acceptor impurity, typically boron, implanted into the . After implantation, the surface of layer 22 is exposed to physical defects in the crystal structure that may have been created during implantation. is annealed to repair it. During this annealing, the implanted boron atoms are directed downwards. and enters layer 22. The annealing time is determined as follows: Due to the downward movement of the atoms, the stop layer 22 is not yet completely wrapped, so Layer 22 includes an area of substantially pure crystalline silicon adjacent to sensing layer 20 and a region of p-type amorphous silicon. The receptor impurities are separated into an upper region containing boron atoms. This upper ward The area forms the contact layer 24. The concentration of acceptor impurity atoms in layer 24 is typically Specifically, 1.0 cm per cubic centimeter. X1019 acceptor atom, thereby A conductive layer 24 is created.
接触層24の上に、金属化物の薄い層が沈積され、これが代表的にはアルミニウ ムで、格子30の形をしており、間隔を持って離れた平行な部材を2セしトもち 、1方のセットの部材が他方のセットの部材に対し直角に配置されている。A thin layer of metallization is deposited over the contact layer 24, which is typically made of aluminum. It has the shape of a grid 30 and has two sets of parallel members spaced apart. , the members of one set are arranged at right angles to the members of the other set.
図面に示す如く、LWIR放射が透過性の前面接触層24を経て検出器10の中 に入る。又、格子30が薄い層として形成されているので、LWIR放射に対し 実質的に透過性である。As shown in the figures, LWIR radiation enters the detector 10 via a transparent front contact layer 24. to go into. Also, since the grating 30 is formed as a thin layer, it is less sensitive to LWIR radiation. Substantially transparent.
かくして、本発明はRIBIT装置と同等の高度のフィルファクターを達成し、 しかもRIBIT装置の複雑な製造工程に付纏う上述した問題点を持っていない 。Thus, the present invention achieves a high fill factor comparable to that of RIBIT devices; Moreover, it does not have the above-mentioned problems associated with the complicated manufacturing process of RIBIT equipment. .
LWIR放射28は、実質的に透過性の前面接触層24を通過した後、次に、透 過性の制止層22を通過し、検出層20に入る。After passing through the substantially transparent front contact layer 24, the LWIR radiation 28 then passes through the transparent front contact layer 24. It passes through the transient stop layer 22 and enters the detection layer 20 .
上述した如く、層20のドーピング・レベルが非常に高いので、LWIR放射の 全てが層20に吸収される。これの結果は好ましいものである。層20の中に放 射が吸収される結果、不純物原子の電子が価電子バンドから伝導バンドに上げら れ、従って、電荷担体が発生する。As mentioned above, the doping level of layer 20 is so high that LWIR radiation is Everything is absorbed into layer 20. The results of this are favorable. released into layer 20. As a result of the absorption of radiation, the electrons of the impurity atoms are raised from the valence band to the conduction band. Therefore, charge carriers are generated.
検出層20はある程度の抵抗を持っており、集積回路のマルチプレクサ−の如き 読取り装置により供給されるバイアス電圧に対応して流れる電流を通ずことが出 来る。入射放射28が吸収されると、検出層20の抵抗が変化する。この結果、 検出器10を流れる電流が変化し、この変化が次に読取り装置36によって感知 される。The detection layer 20 has a certain resistance, such as a multiplexer in an integrated circuit. It is possible to conduct a current flowing in response to the bias voltage supplied by the reader. come. When the incident radiation 28 is absorbed, the resistance of the detection layer 20 changes. As a result, The current flowing through the detector 10 changes and this change is then sensed by the reader 36. be done.
上述した如く、実質的に全ての入射放射28が層20に吸収される。前面及び後 面の接触層24及び16に吸収される少量の放射は無視出来る程度の影響しか持 たず、この区域の導電率は層20のそれより遥かに高く無害である。従って、接 触層24及び16の中に発生する付加的に放射導入される電荷担体は検出されな い。As mentioned above, substantially all of the incident radiation 28 is absorbed by layer 20. front and back The small amount of radiation absorbed by the surface contact layers 24 and 16 has a negligible effect. However, the conductivity of this area is much higher than that of layer 20 and is harmless. Therefore, the contact Additional radioactive charge carriers generated in the contact layers 24 and 16 are not detected. stomach.
本質的に純粋な結晶シリコンの制止層22の構造の面から見ると、層22が比較 的高い電気抵抗を持っており、従って、この区域内の荷電担体の移動度が層20 の中に於けるより遥かに小さく、層22に吸収される少量の放射は検出器10の 作動に無視し得る程度の影響しか与えない。In terms of the structure of the essentially pure crystalline silicon stop layer 22, layer 22 is comparable to layer 20 has a high electrical resistance and therefore the mobility of charge carriers in this area is The small amount of radiation absorbed by layer 22 is much smaller than that in detector 10. Has a negligible effect on operation.
以上記述した本発明の実施例は単に説明の為であって、その変形は当該技術者に とって容易と考えられる。例えば1つの変形として、ドープする必要のある本装 置のこれらの層内のp型不純物をn型不純物に交換することが挙げられる。従っ て、本発明はここに開示した実施例によって制限を受けるものでなく、添附した 請求の範囲によってのみ制限されるものである。The embodiments of the present invention described above are merely for illustrative purposes, and variations thereof are within the skill of the art. It is considered easy to do so. For example, as a variant, the main unit that needs to be doped Examples include replacing p-type impurities in these layers with n-type impurities. follow Therefore, the present invention is not limited by the embodiments disclosed herein, and is not limited to the embodiments disclosed herein. It is intended to be limited only by the scope of the claims.
国際調査報告 ANNEX τOTKE INTERNATIONAL 5EARC)I RE PORT ONυ5−A−445184229105/84 Noneinternational search report ANNEX τOTKE INTERNATIONAL 5EARC) I RE PORT ONυ5-A-445184229105/84 None
Claims (8)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US87894686A | 1986-06-26 | 1986-06-26 | |
US878,946 | 1986-06-26 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01500536A true JPH01500536A (en) | 1989-02-23 |
JPH0534610B2 JPH0534610B2 (en) | 1993-05-24 |
Family
ID=25373136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP50311087A Granted JPH01500536A (en) | 1986-06-26 | 1987-05-15 | semiconductor radiation detector |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0271522A1 (en) |
JP (1) | JPH01500536A (en) |
IL (1) | IL82600A (en) |
WO (1) | WO1988000397A1 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5001532A (en) * | 1989-09-06 | 1991-03-19 | Rockwell International Corporation | Impurity band conduction detector having photoluminescent layer |
US5028971A (en) * | 1990-06-04 | 1991-07-02 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | High power photoconductor bulk GaAs switch |
JPH0485961A (en) * | 1990-07-30 | 1992-03-18 | Mitsubishi Electric Corp | Optical sensor |
DE102009023807A1 (en) | 2009-06-03 | 2010-12-09 | MAX-PLANCK-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. | Semiconductor structure, in particular BIB detector with a DEPFET as readout element, and corresponding operating method |
CN102280456B (en) * | 2011-05-11 | 2013-06-26 | 北京大学 | Infrared focal plane array seeker integrated structure and manufacturing method |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5925164A (en) * | 1982-07-30 | 1984-02-09 | Kanai Hiroyuki | Separator for alkaline battery |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4451842A (en) * | 1980-12-29 | 1984-05-29 | Rockwell International Corporation | Large scale integrated focal plane |
US4507674A (en) * | 1982-06-07 | 1985-03-26 | Hughes Aircraft Company | Backside illuminated blocked impurity band infrared detector |
-
1987
- 1987-05-15 JP JP50311087A patent/JPH01500536A/en active Granted
- 1987-05-15 WO PCT/US1987/001110 patent/WO1988000397A1/en not_active Application Discontinuation
- 1987-05-15 EP EP19870903616 patent/EP0271522A1/en not_active Withdrawn
- 1987-05-20 IL IL8260087A patent/IL82600A/en unknown
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5925164A (en) * | 1982-07-30 | 1984-02-09 | Kanai Hiroyuki | Separator for alkaline battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IL82600A (en) | 1991-06-30 |
WO1988000397A1 (en) | 1988-01-14 |
EP0271522A1 (en) | 1988-06-22 |
JPH0534610B2 (en) | 1993-05-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4639756A (en) | Graded gap inversion layer photodiode array | |
US4731640A (en) | High resistance photoconductor structure for multi-element infrared detector arrays | |
US4029962A (en) | Arrays for infrared image detection | |
US20070012965A1 (en) | Photodetection system and module | |
US4028719A (en) | Array type charge extraction device for infra-red detection | |
US4956687A (en) | Backside contact blocked impurity band detector | |
US9165967B2 (en) | Semiconductor structure able to receive electromagnetic radiation, semiconductor component and process for fabricating such a semiconductor structure | |
JPS5862982A (en) | Infrared ray image pickup device | |
JPH01500536A (en) | semiconductor radiation detector | |
KR20070073755A (en) | Detector for ionizing radiation | |
JP3049015B2 (en) | Active pixel cell with bandgap design | |
US3745360A (en) | Radiation circuit radiation detector | |
US5536948A (en) | Infrared detector element substrate with superlattice layers | |
JPS6194382A (en) | 2-terminal thin film photodetector | |
US3436613A (en) | High gain silicon photodetector | |
JPS5928072B2 (en) | radiation sensing device | |
SE443245B (en) | VETSKEKRISTALL light valve | |
EP0090669A3 (en) | Electromagnetic radiation detector | |
AU596782B1 (en) | Imaging devices, elements and systems | |
US4751560A (en) | Infrared photodiode array | |
RU2244365C1 (en) | Photodetector unit | |
WO2001093340A1 (en) | Position sensitive photo detector | |
US5079610A (en) | Structure and method of fabricating a trapping-mode | |
EP0249624A1 (en) | Photodetectors and methods for making such detectors | |
WO1990012423A1 (en) | Image sensor |