JPH10223874A - 電磁波検出器 - Google Patents

電磁波検出器

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JPH10223874A
JPH10223874A JP9366560A JP36656097A JPH10223874A JP H10223874 A JPH10223874 A JP H10223874A JP 9366560 A JP9366560 A JP 9366560A JP 36656097 A JP36656097 A JP 36656097A JP H10223874 A JPH10223874 A JP H10223874A
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JP9366560A
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Eric Costard
エリツク・コスタール
Philippe Bois
フイリツプ・ホワ
Herniou Eric
エリツク・エルニウ
Marcel Audier
マルセル・オデイエ
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Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
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Publication date
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    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
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    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14649—Infrared imagers
    • H01L27/1465—Infrared imagers of the hybrid type
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 読取り回路の上流の暗電流および背景光電流
の排除を可能とする検出器を提供する。 【解決手段】 電磁波検出器に関し、共通層によって分
離された少なくとも二つの被覆平面アクティブ光伝導検
出器エレメントと、前記検出器エレメントに共通に接続
された第一の接続手段、第一の検出器エレメントに接続
された第二の接続手段、および第二の検出器エレメント
に接続された第三の接続手段と、第一の接続手段に印加
される電圧が、第二と第三の接続手段に印加される電圧
の間の値をとる制御電圧を前記接続手段のそれぞれに印
加する手段と、および前記第一の接続手段に接続され
た、前記検出器エレメントの光伝導電流の差を検出する
手段を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁波検出器、具
体的には光伝導を利用する検出器に関する。
【０００２】より具体的には本発明は、読取り回路の上
流の暗電流および背景光電流の排除を可能とする検出器
のアーキテクチャに関する。
【０００３】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】暗電流
および背景光電流は、シリコン回路を基礎とするマトリ
クス型およびハイブリッド型の赤外線光電検出システム
の動的応答および動作温度範囲を制限する。アクティブ
検出マトリクスの各画素に対して、一つの読取り集積回
路がシリコンチップ上にある。マトリクスのフォーマッ
トが増加するにつれて、読取り回路の一画素あたりの有
効面積、具体的には蓄積容量が減少する（マトリクスの
フォーマットが２５６2を超える読取り回路の一画素の
有効面積は３０×３０μｍ2未満である）。背景電流お
よび暗電流は、入射信号の蓄積容量を制限するオフセッ
トを生じる。暗電流は、検出マトリクスの動作温度の変
化に伴って指数関数的に変化する。読取りシリコン回路
の動作により雑音が生じ、これが蓄積容量に悪影響を及
ぼす。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、光伝導体ベー
スの電磁波検出器に関し、該検出器は、 −共通層によって分離された少なくとも二つの被覆平面
アクティブ光伝導検出器エレメントと、 −前記検出器エレメントに共通に接続された第一の接続
手段、第一の検出器エレメントに接続された第二の接続
手段、および第二の検出器エレメントに接続された第三
の接続手段と、 −第一の接続手段に印加される電圧が、第二及び第三の
接続手段に印加される電圧の間の値をとる制御電圧を前
記接続手段のそれぞれに印加する手段と、 −前記第一の接続手段に接続された、前記検出器エレメ
ントの光伝導電流の差を検出する手段とを含む。
【０００５】本発明のその他の特徴および利点は、添付
図面を参照して以下の好ましい実施形態の説明を読むこ
とによって明白となろう。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１ａの簡略図に示すとおり、本
発明に基づく検出器は基板上に載置された、 −コンタクト層Ｃ２ −アクティブ光伝導層Ｄ２ −共通コンタクト層Ｃｃ −アクティブ光伝導層Ｄ１ −コンタクト層Ｃ１ を有する。
【０００７】アクティブ光伝導層Ｄ１、Ｄ２は、シリコ
ンなどの光伝導性の半導体層でよい。これらは、量子井
戸検出器からなる層の積層の形態で実施することもでき
る。二つのアクティブ層Ｄ１、Ｄ２は同じ波長λで光伝
導性である。アクティブ層のうち一層は、波長λで高い
吸収性を示すが、他方は、吸収性が全くないか、または
非常に低い。この条件は、異なる厚さのアクティブ層を
使用するか、または吸収性をより高くするアクティブ層
の量子井戸層に大量のドーピングを実施することによっ
て達成できる。
【０００８】放射ＲＺによって検出器が、図１ａおよび
２に示すように照射されると、アクティブ層Ｄ２が最初
に放射を受ける。
【０００９】層Ｄ１の吸収性が層Ｄ２より高い場合に
は、層Ｄ１の、コンタクト層Ｃ１と接触している側の表
面に回折網を設けることができる。この網は、層Ｄ１を
通過する際に吸収されなかった光を受け取り、これを層
Ｄ１の方向へ回折させ、層Ｄ１で回折光は完全に、また
はほぼ完全に吸収される。
【００１０】層Ｄ２の応答が層Ｄ１よりかなり大きい場
合には、層Ｄ２が、問題の波長の放射のほとんど全てを
吸収する。さらに層Ｃｃを、波長λを阻止するものにす
ることができる。例えばこの層を、波長λを阻止する金
属または半導体としてもよい。
【００１１】コンタクト層Ｃ１およびＣ２は制御電圧の
印加を可能とする。コンタクト層Ｃｃは、アクティブ光
伝導層からなる二つの検出器エレメントに共通である。
層Ｃｃは、基準電圧に保たれ、検出器Ｄ１、Ｄ２によっ
て生み出された光電流の検出を可能とする。
【００１２】図２ａは、本発明に基づく検出器のより詳
細な実施形態を示したものである。この実施形態では検
出器が絶縁材料ＩＳ中に封入されている。接続端子Ｐ
１、Ｐ２、Ｐｃがこの絶縁体を貫通し、それぞれ、コン
タクト層Ｃ１、Ｃ２、Ｃｃ上にコンタクトを実施するの
を可能にする。
【００１３】基板は、測定すべき波長に対して透明であ
るので、検出器は、検出すべき放射ＲＺを基板を通して
受け取ることができる。
【００１４】波長（または波長帯）λを検出するため、
検出器が放射ＲＺを受け取る際に、 −コンタクト層Ｃ１に電圧Ｖ１ −コンタクト層Ｃ２に電圧Ｖ２ −共通コンタクト層Ｃｃに、Ｖ１とＶ２との間の浮動電
圧Ｖｃ（または接地）を印加する。
【００１５】構造Ｄ１およびＤ２を流れる電流はそれぞ
れ、 Ｉ１＝Ｉ１ｄ＋Ｉ１ｏｐｔ Ｉ２＝Ｉ２ｄ＋Ｉ２ｏｐｔ である。
【００１６】ここで、電流Ｉ１ｄおよびＩ２ｄは、Ｄ１
およびＤ２の暗電流である。電流Ｉ１ｄおよびＩ２ｄは
また、暗電流および背景光電流の合計を表すこともあ
る。電流Ｉ１ｏｐｔおよびＩ２ｏｐｔは、検出すべき波
長λによってＤ１およびＤ２中に生じた光電流である。
【００１７】図１ｂより、読取り回路によって集められ
る電流Ｉは、 Ｉ＝Ｉ１−Ｉ２ となる。
【００１８】電圧Ｖｌおよび／またはＶ２を調整するこ
とによって、Ｉ１ｄ＝Ｉ２ｄとすることができ、この場
合に検出される電流の値は、 Ｉ＝Ｉ１ｏｐｔ−Ｉ２ｏｐｔ である。
【００１９】二層のアクティブ層のうちの一層が波長λ
のエネルギーを非常にわずかしか吸収しないことを保証
することによって、電流Ｉが、より高い応答を有するア
クティブ層によって生み出された電流となる。
【００２０】図３ａおよび３ｂは、本発明に基づく検出
器マトリクスの実施形態を示す平面図および断面図であ
る。
【００２１】マトリクスの検出器は、全検出器に共通の
制御コンタクト層Ｃ２の上に作られる。したがって、接
続端子Ｐ２はマトリクス全体に対して共通である。各検
出器は、検出器エレメントＤ１、検出器エレメントＤ
２、コンタクト層Ｃ１およびＣｃ、接続端子Ｐ１および
Ｐｃを有する。接続端子Ｐ１は全て相互に接続されてお
り、マトリクスの検出器エレメントＤ１全てに電圧Ｖ１
（前述）を印加する。コンタクト層Ｃ２および接続端子
Ｐ２はマトリクス全体に共通なので、端子Ｐ２に与えら
れた電位は、マトリクスの検出器エレメントＤ２全てに
与えられる。
【００２２】マトリクスの検出器の読出しを可能にする
ため、各検出器は、行及び列の導体の網の交点に置かれ
る。図３ｃには、各検出器の接続端子Ｐｃのみを示し
た。各交点には、例えばベースを行導線に接続したトラ
ンジスタＴｒを取り付ける。エミッタおよびコレクタは
それぞれ、端子Ｐｃおよび列導線に接続する。一本の行
導線に適当な電位を与えることによって、その行の全て
のトランジスタを制御し、その行の端子Ｐｃ全てを列導
線に接続することができる。したがって各列導線上で、
その列導線に接続した検出器によって生み出された光電
流を読み取ることができる。
【００２３】この実施形態では、層Ｃ１は全て相互接続
され、同じ電位に保たれる。これは、端子Ｐ２に接続さ
れたコンタクトＣ２についても同じである。
【００２４】この実施形態の一変形では、各ストリップ
が一本の行の検出器群に共通となるように、制御コンタ
クト層Ｃ２を切断してストリップとする。こうすると、
コンタクトストリップＣ２一本につき、すなわち検出器
一行につき端子Ｐ２が一つあることになる。
【００２５】全ての端子Ｐ１を相互接続する代わりに、
同様の方法で、検出器の行の端子Ｐ１を相互接続するこ
とができ、この場合は、検出器一行につき一つの端子Ｐ
１があることになる。
【００２６】検出器の端子Ｐｃは、マトリクスの列導線
によって相互接続されている。したがって検出器マトリ
クスの動作は、行による逐次動作となる。
【００２７】次に、図４ａから図４ｃを参照して、本発
明に基づいた検出器の製造方法を説明する。
【００２８】検出すべき波長に対して透明な材料ででき
た基板上に、コンタクト層Ｃ２、光検出器エレメントＤ
２を構成する一つまたは複数の光伝導層Ｄ２、共通コン
タクト層Ｃｃ、光検出器エレメントＤ１を構成する一つ
または複数の光伝導層Ｄ１、コンタクト層Ｃ１をこの順
序で形成する（図４ａ）。
【００２９】上部検出器エレメントＤ１を、層Ｃ１およ
びＤ１を彫刻することによって形成する。彫刻は、コン
タクト層Ｃｃのところで止める（図４ｂ）。
【００３０】次いで、下部検出器エレメントＤ２を、層
ＣｃおよびＤ２を彫刻することによって形成する。彫刻
は、コンタクト層Ｃ２のところで止める（図４ｃ）。
【００３１】次いで、構造全体を、絶縁体層ＩＳでおお
う（図２）。
【００３２】次に、三つのコンタクト層にアクセスでき
るように絶縁体層に三つの穴を作る。これらの穴の中に
金属を付着させ、コンタクト端子Ｐ１、Ｐ２およびＰｃ
を形成する。
【００３３】検出器マトリクスを製造するために、前述
のように各種検出器を集合的に形成する。こうして図３
ｂに示すような構造を得る。既に説明したように、端子
Ｐ２はマトリクス全体に共通である。残った作業は、マ
トリクスの表面に端子Ｐ１の相互接続を形成し、次いで
端子Ｐｃのマトリクスを形成することである。
【００３４】ここまで、多重量子井戸検出器などの垂直
トランスポート検出器を利用した発明を説明してきた。
次に、水平トランスポート検出器を利用した発明を説明
する。
【００３５】この検出器は、絶縁層Ｃｃによって分離さ
れた二つのアクティブ層から構成される（図５参照）。
【００３６】各アクティブ層Ｄ１、Ｄ２の二つの端部に
オーミックコンタクトが作られる。検出器の一方の端部
のオーミックコンタクトを共通とし、読取りコンタクト
Ｐｃを規定する。このコンタクトＰｃ（一画素につき一
コンタクト）により、読取り回路の入力段との接続が確
実となる。下部コンタクトＰ２はアクティブ層Ｄ２に接
続され、上部コンタクトＰ１はアクティブ層Ｄ１に接続
される。アクティブ層を適当に分極させると、この検出
器は、前に述べた検出器と同様に動作するが、電流が、
アクティブ層面に垂直にではなく、アクティブ層面内を
流れる点が異なることが分かる。
【００３７】図５では、絶縁層ＩＳ１が、アクティブ層
Ｄ２と基板の間に挿入されている。
【００３８】図６に、図５の検出器などの検出器のマト
リクス編成を示す。
【００３９】この編成では、全てのコンタクトＰ１が列
導線によって相互に接続されている。これは、コンタク
トＰ２およびＰｃでも同様である。各検出器に一つずつ
ある中央試験端子Ｐｔを使って電流試験を実行すること
ができる。
【００４０】図７に、図５の実施形態の一変形を示す。
これは、基板上に置かれた伝導層Ｃ３を有し、その上に
図５の構造が形成される。
【００４１】図８に、図７の検出器のマトリクス編成を
示す。このマトリクス編成では、層Ｃ３によって、検出
器の全ての画素に共通の単一端子接続Ｐ２の使用が可能
となる。
【００４２】当業者には明白のことだが、本発明の構成
の範囲を逸脱しない以下のさらなる改良の可能性があ
る。
【００４３】−検出器上に彫った回折網を含めることに
より、アクティブ層の厚さをできるだけ薄くし、デバイ
スの検出感度を増大させる。これにより、二つの段の応
答を非対称化することもできる。
【００４４】−「曲がりくねった」幾何形状（図９参
照）の使用により、画素の抵抗を増大させる（光学的面
積を実質的に変化させることなく、展開長さを増大し、
等電位面の面積を減少させることによる）。また、この
幾何形状によって冶金上の欠陥による短絡は局所的なも
のにとどまるため、この幾何形状は、冶金上の欠陥に関
する柔軟性を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１ａ】本発明に基づく検出器の簡略例を示す図であ
る。
【図１ｂ】図１の検出器に使用する電気回路図である。
【図２】本発明に基づく検出器の一実施例の詳細図であ
る。
【図３ａ】本発明に基づく検出器マトリクスの平面図で
ある。
【図３ｂ】本発明に基づく検出器マトリクスの断面図で
ある。
【図４ａ】本発明に基づく検出器の製造方法の一例を示
す第１の図である。
【図４ｂ】本発明に基づく検出器の製造方法の一例を示
す第２の図である。
【図４ｃ】本発明に基づく検出器の製造方法の一例を示
す第３の図である。
【図５】本発明の変形例を示す第１の図である。
【図６】本発明の変形例を示す第２の図である。
【図７】本発明の変形例を示す第３の図である。
【図８】本発明の変形例を示す第４の図である。
【図９】本発明の変形例を示す第５の図である。
【符号の説明】
Ｄ１、Ｄ２ アクティブ層 ＲＺ 放射 Ｃ１、Ｃ２、Ｃｃ コンタクト層 Ｐ１、Ｐ２、Ｐｃ 接続端子 ＩＳ 絶縁体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリツク・エルニウ フランス国、78690・レ・ゼサール・ル・ ロワ、リユ・ドユ・フール・ア・ブリツ ク、74 (72)発明者 マルセル・オデイエ フランス国、リユ・ドユ・ムーラン・デ・ プレ、49

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共通層によって分離された少なくとも二
    つの被覆平面アクティブ光伝導検出器エレメントと、 前記検出器エレメントに共通に接続された第一の接続手
    段、第一の検出器エレメントに接続された第二の接続手
    段、および第二の検出器エレメントに接続された第三の
    接続手段と、 第一の接続手段に印加される電圧が、第二及び第三の接
    続手段に印加される電圧の間の値をとる制御電圧を前記
    接続手段のそれぞれに印加する手段と、 前記第一の接続手段に接続された、前記検出器エレメン
    トの光伝導電流の差を検出する手段とを含む、光伝導体
    を基礎とする電磁波検出器。
  2. 【請求項２】 前記共通層が、前記第一の接続手段が接
    続される電気的コンタクト層であり、前記第一および第
    二の検出器エレメントが、二つの電気制御コンタクト層
    の間に封入されており、前記第二および第三の接続手段
    がそれぞれ、前記制御コンタクト層の一層に接続されて
    いる請求項１に記載の検出器。
  3. 【請求項３】 前記共通層が絶縁層であり、前記第一の
    接続手段が、各検出器エレメントの第一の端部に接続さ
    れており、前記第二および第三の接続手段がそれぞれ、
    検出器エレメントの第二の端部に接続されており、各検
    出器の前記第一及び第二の端部が検出器エレメントの反
    対側の端部である請求項１に記載の検出器。
  4. 【請求項４】 前記検出器エレメントのうちの一つの検
    出器エレメントの応答がもう一方の検出器エレメントの
    応答よりも大幅に大きく、該検出器エレメントが光伝導
    性である波長の入射光エネルギーのほとんど全てを吸収
    する請求項１に記載の検出器。
  5. 【請求項５】 前記共通層が、検出すべき波長に対して
    透明でなく、前記検出器エレメントのうちの一つの検出
    器エレメントのアクティブ層がこの波長を受け取らない
    請求項１に記載の検出器。
  6. 【請求項６】 前記第二または第三の接続手段に印加さ
    れた前記電圧の一方が、二つの検出器エレメントの暗電
    流、または暗電流と背景光電流の合計が等しくなるよう
    に調節される請求項１に記載の検出器。
  7. 【請求項７】 基板上に形成された請求項２に記載の検
    出器のマトリクスを含み、第一の制御コンタクト層が基
    板表面上に形成され、検出器のセットに共通であり、各
    検出器が、この第一の制御コンタクト層の上に、光伝導
    材料の第一の検出器エレメントと、読取り用のコンタク
    ト層と、光伝導材料の第二の検出器エレメントと、マト
    リクスのその他全ての検出器のそれぞれの同じ第二の制
    御コンタクト層に接続された第二の制御コンタクト層と
    を含む検出器。
  8. 【請求項８】 前記検出器マトリクス上に置かれた行導
    線および列導線のマトリクスを含み、各検出器が、実質
    的に、行導線および列導線のマトリクスの交点のところ
    に位置し、交点のところで行導線に印加される電圧によ
    って制御され得るスイッチング装置を介して交点のとこ
    ろで列導線に接続可能である請求項７に記載の検出器。
  9. 【請求項９】 前記第一の制御コンタクト層がストリッ
    プの形態に形成され、一行の検出器が各ストリップ上に
    形成されており、 各一行の検出器中の検出器の前記第二のコンタクト層も
    相互接続されており、各一行の検出器中の検出器の前記
    読取りコンタクト層が相互接続され、検出器の列を形成
    する請求項７に記載の検出器。
  10. 【請求項１０】 第一のコンタクト層と、 少くとも一層の第一の光伝導材料層と、 第二のコンタクト層と、 少くとも一層の第二の光伝導材料層と、 第三のコンタクト層とを基板上に製造する段階と、 第一の検出器エレメントを画定するために、第三のコン
    タクト層および第二の光伝導材料層を彫刻する段階と、 第二の検出器エレメントを画定するために、第二のコン
    タクト層および第一の光伝導材料層を彫刻する段階と、 前記複数の層を、絶縁材料中に封入する段階と、 コンタクト層にアクセスするために絶縁層中に穴を彫刻
    し、これらの穴を金属被覆する段階とを含む、請求項２
    に記載の検出器の製造方法。
  11. 【請求項１１】 いくつかの検出器が同じ基板上に集合
    的に形成され、第一のコンタクト層が全ての検出器に共
    通であり、プロセスが、絶縁体で封入する前に第一の光
    伝導材料層を彫刻すること、および異なる検出器の第三
    のコンタクト層に接続した穴を相互接続することをさら
    に含む請求項１０に記載の検出器マトリクスの製造方
    法。
  12. 【請求項１２】 基板上に形成された請求項３に記載の
    検出器のマトリクスを含み、全ての検出器に共通な導電
    層が基板表面上に形成され、この層が絶縁層におおわ
    れ、各検出器が、この絶縁層の上に、光伝導材料の第一
    の検出器エレメントと、共通絶縁層と、光伝導材料の第
    二の検出器エレメントを含み、前記第二の接続手段が全
    て相互接続され、前記第三の接続手段が全て相互接続さ
    れている検出器。
JP9366560A 1996-12-04 1997-12-04 電磁波検出器 Pending JPH10223874A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9614851 1996-12-04
FR9614851A FR2756666B1 (fr) 1996-12-04 1996-12-04 Detecteur d'ondes electromagnetiques

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH10223874A true JPH10223874A (ja) 1998-08-21

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ID=9498308

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP9366560A Pending JPH10223874A (ja) 1996-12-04 1997-12-04 電磁波検出器

Country Status (8)

Country Link
US (1) US6091126A (ja)
EP (1) EP0849798B1 (ja)
JP (1) JPH10223874A (ja)
CA (1) CA2223539A1 (ja)
DE (1) DE69735990T2 (ja)
FR (1) FR2756666B1 (ja)
IL (1) IL122429A (ja)
SG (1) SG67447A1 (ja)

Cited By (2)

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