NL195040C - Stralingsdetector. - Google Patents

Stralingsdetector. Download PDF

Info

Publication number
NL195040C
NL195040C NL9100637A NL9100637A NL195040C NL 195040 C NL195040 C NL 195040C NL 9100637 A NL9100637 A NL 9100637A NL 9100637 A NL9100637 A NL 9100637A NL 195040 C NL195040 C NL 195040C
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
radiation
junction
transition
detector
region
Prior art date
Application number
NL9100637A
Other languages
English (en)
Other versions
NL9100637A (nl
Original Assignee
Raytheon Co
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to US07/452,891 priority Critical patent/US5113076A/en
Application filed by Raytheon Co filed Critical Raytheon Co
Priority to NL9100637A priority patent/NL195040C/nl
Priority to JP10102503A priority patent/JP3005674B2/ja
Publication of NL9100637A publication Critical patent/NL9100637A/nl
Application granted granted Critical
Publication of NL195040C publication Critical patent/NL195040C/nl

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/11Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by two potential barriers, e.g. bipolar phototransistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14Devices 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
    • H01L27/144Devices controlled by radiation
    • H01L27/1446Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/0296Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe
    • H01L31/02966Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe including ternary compounds, e.g. HgCdTe
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10Semiconductor devices 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; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/111Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by at least three potential barriers, e.g. photothyristors

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)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

1 195040
Stralingsdetector
De uitvinding heeft betrekking op een stralingsdetector voor het detecteren van straling, omvattend een eerste pn-overgang tussen een eerste gebied van halfgeleidermateriaal van een eerste geleidingstype en 5 een gemeenschappelijk tweede gebied van halfgeleidermateriaal van het aan het eerste geleidingstype tegengestelde tweede geleidingstype en een tweede pn-overgang tussen een derde gebied van halfgeleidermateriaal van het eerste geleidingstype en het gemeenschappelijk tweede gebied, waarbij de eerste en tweede pn-overgang elk een hetero-overgang vormen en de pn-overgangen elektrisch in onderling tegengestelde richting in serie geschakeld zijn tussen een eerste elektrisch contact voor het eerste gebied 10 en een tweede contact.
De uitvinding heeft tevens betrekking op een werkwijze voor het detecteren van straling met gebruikmaking van de stralingsdetector.
Een dergelijke stralingsdetector en werkwijze voor het detecteren van straling zijn bekend uit de Amerikaanse octrooipublicatie US-4.278.986. Bij de bekende stralingsdetector vormen de eerste en de 15 tweede pn-overgang elk een hetero-overgang doordat de samenstelling van het halfgeleidermateriaal van het gemeenschappelijk gebied afwijkt van samenstelling van het halfgeleidermateriaal van de met de contacten verbonden gebieden. De afmetingen en de doteringsstofconcentratie van het gemeenschappelijke gebied zijn zodanig gekozen dat bij afwezigheid van een uitwendige spanning geen vrije ladingsdragers aanwezig zijn in het gemeenschappelijke gebied.
20 Stralingsdetectoren, bijvoorbeeld detectoren van halfgeleidende ll-VI verbindingen voor het detecteren van IR-straling, zijn in het algemeen vervaardigd met een zodanige samenstelling van ll-VI verbindingen dat de energiebandafstand geschikt is voor het absorberen van straling binnen een enkelvoudig spectraal gebied. Een mogelijkheid tot het met een enkele detector detecteren van straling binnen meer dan een spectraal gebied is dus een wenselijk doel. De tegenwoordig beschikbare technologie voor het realiseren 25 van deze functie is echter minder dan optimaal. Bijvoorbeeld kunnen twee afzonderlijke brandvlakken verschaft worden in samenwerking met een optische inrichting voor het spectraal splitsen van een invallende stralingsbundel, waardoor een gedeelte van de bundel naar elk van de brandvlakken gericht wordt. Deze benadering vereist echter relatief gecompliceerde optische inrichtingen en optische uitlijning en vereist verder de met twee brandvlakken van stralingsdetectoren geassocieerde kosten.
30 De uitvinding beoogt te voorzien in een enkelvoudige stralingsdetector met twee elektrische contacten, die in een enkelvoudige stralingsbundel wordt geplaatst voor het afzonderlijk detecteren van straling binnen meer dan één spectraal gebied van te onderscheiden spectrale gebieden en in een werkwijze voor het met gebruikmaking van de enkelvoudige stralingsdetector detecteren van straling voor meer dan één spectraal gebied van de te onderscheiden spectrale gebieden.
35 Daartoe heeft een stralingsdetector van de in de aanhef beschreven soort volgens de uitvinding het kenmerk dat de hetero-overgang van de eerste pn-overgang bij het aanleggen van een spanning in de keerrichting van de eerste pn-overgang gevoelig is voor straling binnen een eerste spectraal gebied en de hetero-overgang van de tweede pn-overgang bij het aanleggen van een spanning in de keerrichting van de tweede pn-overgang is voor straling binnen een afzonderlijk tweede spectraal gebied, het halfgeleider- 40 materiaal van het eerste gebied een zodanige energiebandafstand heeft dat straling binnen het tweede spectrale gebied waarvoor de tweede pn-overgang gevoelig is daardoorheen kan dringen en het eerste en het tweede spectrale gebied zijn gekozen uit een groep bestaande uit IR-straling van korte golflengte (SWIR), IR-straling van middengolflengte (MWIR), IR-straling van lange golflengte (LWIR) en IR-straling van zeer lange golflengte (VLWIR).
45 Een werkwijze voor het detecteren van straling met gebruikmaking van de stralingsdetector heeft volgens de uitvinding het kenmerk dat een eerste instelspanning van een eerste polariteit wordt gekoppeld tussen het eerste elektrische contact en het tweede elektrische contact zodanig, dat de eerste pn-overgang in doorlaatrichting is en de tweede pn-overgang in keerrichting voor het verschaffen van een stroomsignaal, dat gemoduleerd is als een functie van de stralingsflux binnen een eerste spectraal gebied; 50 en de eerste instelspanning wordt ontkoppeld en een tweede instelspanning van een tweede, tegengestelde polariteit wordt gekoppeld tussen het eerste elektrische contact en het tweede elektrische contact, zodanig dat de tweede pn-overgang in doorlaatrichting is en de eerste pn-overgang in keerrichting; voor het verschaffen van een stroomsignaal, dat gemoduleerd is als een functie van de stralingsflux binnen een tweede spectraal gebied.
55 Tijdens gebruik is de detector gekoppeld aan een schakelbare instelspanningsbron, die een bron van positieve instelspanning (+Vb) en een bron van negatieve instelspanning (-Vb) bevat. Wanneer +Vb geleverd wordt over de detector, bevindt de eerste hetero-overgang zich ver in doorlaatrichting en werkt als 195040 2 een lage-weerstandsgeleider, waardoor deze overgang geen significante hoeveelheid fotostroom aan de schakeling levert. De tweede hetero-overgang bevindt zich echter in een keertoestand en moduleert de schakelingsstroom in evenredigheid met de fotonflux van een betreffend spectraal gebied of kleur. Wanneer omgekeerd -Vb geleverd wordt over de detector bevindt de tweede hetero-overgang zich in doorlaatrichting 5 en levert geen significante fotostroom aan de schakeling, terwijl de eerste hetero-overgang in keerrichting ingesteld wordt en een stroommodulatie produceert evenredig aan de daarop invallende flux, waarbij de flux betrekking heeft op een verschillend spectraal gebied.
In een illustratieve uitvoering bestaat de detector uit HgCdTe en bevat een n-type basislaag met een energiebandafstand, die reageert op midden-golflengte IR (MWIR) straling. Boven de basislaag bevindt zich 10 een sterk gedoteerd p-type korte-golf IR (SWIR) gevoelige laag. De p-type laag vormt een hetero-overgang met de basislaag, maar levert geen significante aantallen van SWIR-foton-gegeneerde ladingsdragers, aangezien de meeste SWIR fotonen niet door de basislaag heen penetreren. Boven de SWIR-laag is een n-type lange golf IR (LWIR) gevoelige laag voorzien. De LWIR-laag heeft een dikte, die groot genoeg is voor het absorberen van door de twee onderliggende lagen heen gepenetreerde LWIR-straling. Een andere 15 hetero-overgang wordt daarbij gevormd tussen de LWIR en SWIR-lagen, waarbij de hetero-overgang nagenoeg alleen op LWIR-straling reageert. Een een- of twee-dimensionele reeks van de detectoren kan vervaardigd worden als mesa-type of als planair-type inrichtingen. Extra gebieden van halfgeleidermateriaal kunnen voorzien worden voor het produceren van extra hetero-overgangen, resulterend in een stralings-detector, die gevoelig is voor drie of meer spectrale gebeiden.
20
De uitvinding wordt toegelicht aan de hand van de tekening.
Hierin toont figuur 1 een dwarsdoorsnede-aanzicht van een uitvoering van een stralingsdetector voor twee verschillende spectrale gebieden; 25 figuur 2 een dwarsdoorsnede-aanzicht van een andere uitvoering van stralingsdetector voor twee verschillende spectrale gebieden; figuur 3 een dwarsdoorsnede-aanzicht van een verdere uitvoering van een stralingsdetector voor twee verschillende spectrale gebieden; figuren 3A en 3B zijn schematische weergaven van de detector van figuur 3 bij het aanleggen van een 30 spanning van onderling verschillende polariteit; figuren 3C en 3D grafische voorstellingen van verscheidene operationele karakteristieken van de stralingsdetector van figuur 3; figuren 4A, 4B en 4C stroom-spanningskarakteristieken van een stralingsdetector met twee aansluitingen; figuur 5 een uitvoering van een stralingsdetector met vier opeenvolgende gebieden van afwisselend 35 verschillend geleidingstype; figuur 6 een stroomspanningskarakteristiek met de optimale instelpunten voor de stralingsdetector van figuur 5; en figuur 7 een dwarsdoorsnede-aanzicht van een inrichting.
40 De stralingsdetector wordt hieronder beschreven in de context van een huidige voorkeursuitvoeringsvorm van een vanaf de achterzijde belichte stralingsdetector bestaande uit Hg(10.x)CdxTe. Het zal echter duidelijk zijn dat de stralingsdetector kan zijn gevormd uit andere ll-VI materialen, lll-V materialen, zoals bijvoorbeeld GaAs, GaAIAs en InP en uit silicium, zoals silicium gedoteerd platina. In het algemeen is de stralingsdetector gevormd uit een halfgeleidermateriaal, waarin verschillende energiebandafstanden voorzien zijn, 45 bijvoorbeeld door het selectief doteren of aangroeien van het materiaal.
In figuur 1 wordt een drielaags hetero-overgang (TLHJ) halfgeleider stralingsdetector 10 met twee aansluitingen getoond. Detector 10 is opgebouwd uit Hg(1 .o-*)CdxTe en bevat een n-type basislaag 12 met een energiebandafstand gevoelig voor IR-straling van midden-golflengte (MWIR). Boven laag 12 bevindt zich een sterk gedoteerde p-type laag 14 met een energiebandafstand gevoelig voor IR-straling van korte 50 golflengte (SWIR) 14. Laag 14 vormt een hetero-overgang 14a met de basislaag 12, maar levert geen significante aantallen van SWIR-fotongenereerde ladingsdragers, aangezien de meeste SWIR-straling niet door de basislaag 12 heen penetreert. In verband hiermee kan een filter (niet weergegeven) gebruikt worden aan het stralingsopneem-achterzijde-oppervlak van de detector 10 voor het elimeren van elke SWIR-gerelateerde respons in de basislaag 12. Overgang 14a is dus nagenoeg alleen gevoelig voor 55 MWIR-straling. Boven de SWIR-laag 14 is een n-type laag 16 met een energiebandafstand gevoelig voor IR-straling van een lange golflengte (LWIR) voorzien. LWIR-laag heeft een diepte, die groot genoeg is voor het absorberen van de door de twee onderliggende lagen 12 en 14 heen gepenetreerde LWIR-straling. Een 3 195040 hetero-overgang 16a wordt gevormd tussen lagen 14 en 16, waarbij de hetero-overgang 16a nagenoeg alleen op LWIR-straling reageert. Zoals hierin gebruikt, wordt van de SWIR-straling verondersteld, dat het een spectraal gebied, dat zich uitstrekt van ongeveer 1000 nm tot ongeveer 4000 nm, bevat. Van MWIR-straling wordt verondersteld dat het een spectraal gebied, dat zich uitstrekt van ongeveer 3000 nm tot 5 ongeveer 8000 nm bevat en van LWIR-straling wordt verondersteld dat het een spectraal gebied, dat zich uitstrekt van ongeveer 7000 nm tot ongeveer 14000 nm, bevat. Van VLWIR-straling wordt verondersteld dat het een van ongeveer 12000 nm tot ongeveer 20000 nm uitstrekkend spectraal gebeid bevat.
N-type MWIR gevoelige basislaag 12 bestaat bijvoorbeeld uit Hg0 7Cd0 3Te met een dikte van ongeveer 80000 nm. Basislaag 12 is gedoteerd met een indium in een concentratie van ongeveer 2X1015 indium-10 atomen per cm3.
P-type SWIR gevoelige laag 14 bestaat uit Hg0 6Cd0 4Te met een dikte van ongeveer 3000 nm. P-type SWIR gevoelige laag 16 is gedoteerd met arsenicum in een concentratie van ongeveer 1X1017 arseen-atomen per cm3. De n-type LWIR gevoelige laag 16 bestaat uit Hg0eCd02Te met een dikte van ongeveer 6000 nm. N-type LWIR gevoelige laag 16 is eveneens gedoteerd met indium in een concentratie van 15 ongeveer 2X1015 indiumatomen per cm3. De lagen 12,14 en 16 kunnen aangegroeid worden door middel van LPE, VPE, MOCVD of door middel van elk ander geschikt proces.
De tot dusver beschreven multi-laag detector 10 is voorzien van een electrisch contact in de vorm van een nikkelbekleding met daarop een indiumknobbel 18 en een basiscontact 20 bestaande uit nikkel of elke geschikte elektrische geleider. Contacten 18 en 20 kunnen gevormd worden door middel van conventionele 20 fotolithografische processen. Typerend worden een groot aantal van de detectoren 10 verschaft als een één of twee-dimensionele reeks van detectoren, zoals bijvoorbeeld een brandvlakreeks (FPA) en zijn tijdens gebruik gekoppeld aan instel- en uitleesschakelingen via de contacten 18 en 20.
In de drie-laag detector 10 zijn de twee hetero-overgangen 14a en 16a in serie gekoppeld en functioneren electrisch als twee in onderling tegengestelde richting in serie geschakelde dioden. Tijdens gebruik is de 25 detector 10 gekoppeld aan een schakelbare instelingspanningsbron 22, die een bron 22A van positieve instelspanning (+Vb) en een bron 22B van negatieve instelspanning (-Vb) bevat. Bronnen 22A en 22B worden voor het gemak schematisch als batterijen weergegeven. Bronnen 22A en 22B zijn elk gekoppeld aan een schakelinrichting 22C zoals bijvoorbeeld een transistorschakelaar, voor het leveren van ofwel +Vb of -Vb over de detector 10.
30 Wanneer de positieve instelspanning +Vb geleverd wordt over de detector 10, dan bevindt de n-p overgang 16A zich ver in doorlaatrichting en functioneert als een lage weerstandsgeleider, waardoor het geen significante hoeveelheid fotostroom aan de schakeling levert. Overgang 14A bevindt zich in een keer-of spertoestand en moduleert de schakelingsstroom in evenredigheid met de MWIR-fotonflux.
Wanneer omgekeerd de negatieve instelspanning -Vb geleverd wordt over de detector 10, dan is de 35 overgang 14A in doorlaatrichting ingesteld en levert geen significante fotostroom aan de schakeling.
Overgang 16A bevindt zich in de keer- of sperrichting en produceert een stroommodulatie evenredig aan de op detector 10 invallende LWIR flux. De gemoduleerde stroom wordt afgegeven op een conventionele wijze via de contacten 18 en 20 aan een uitleesschakeling (niet weergegeven).
Figuur 4 toont de stroom-spanning (l-V) karakteristiek van overgang 16A, figuur 4B toont de l-V 40 karakteristiek van overgang 14A, terwijl figuur 4C de l-V karakteristiek van de gecombineerde overgang 14A en 16A toont. De aanduiding A geeft één instelpunt aan, dat geschikt is voor het uitlezen van de foto-respons van overgang 16A, terwijl de overgang 14A ver in doorlaatrichting gehouden wordt. De aanduiding B geeft één instelpunt aan, dat geschikt is voor het uitlezen van de fotorespons van de overgang 14A, terwijl de overgang 16A ver in doorlaatrichting gehouden wordt.
45 De hierboven beschreven uitvoering toont de werking van een MWIR-LWIR ”twee-kleuren” stralings-detectorinrichting. Andere keuzen van halfgeleidermateriaal met andere energiebandafstanden verschaffen echter een andere respons. Bijvoorbeeld wordt in figuur 2 een MWIR/LWIR/MWIR detector getoond en deze verschaft MWIR en LWIR-gemoduleerde stroom afkomstig van overgang 34A en LWIR-gemoduleerde stroom alleen afkomstig van overgang 36A. Een LWIR/MWIR/VLWIR detector (niet weergegeven) verschaft 50 een twee-kleuren respons gelijk aan de uitvoeringsnorm van figuur 1, maar in andere stralingsbanden.
De stralingsdetector voor onderling verschillende stralingsbanden kan zijn uitgevoerd met een n-p-n of een p-n-p polariteit. De keuze van een n-p-n structuur is tegenwoordig een voorkeursuitvoeringsvorm en heeft het voordeel, dat nagenoeg alle blootliggende oppervlakken van de detector bij voorkeur gepassiveerd zijn met een brede bandafstand groep ll-VI passiveringslaag, zoals bijvoorbeeld de gedeeltelijk weergege-55 ven lagen 24 (figuur 1) en 42 (figuur 2) bestaande uit CdTe. Een CdTe passiveringslaag neigt ook tot het bezitten van een positieve vaste lading. De kritieke n-type detectoroppervlakken worden dus in accumulatie gehouden, hetgeen een wenselijke toestand is voor deze minder sterk gedoteerde lagen. De tussenliggende

Claims (5)

195040 4 p-type laag (14 of 34) is bij voorkeur gedoteerd tot een relatief hoog niveau, waarbij de positieve lading van de daarop liggende passiveringslaag 24 of 42 niet significant de werking beïnvloed. Als een negatief geladen passiveringslaag gebruikt wordt, dan kan een p-n-p structuur meer gewenst zijn. Een dergelijke p*n-p structuur wordt weergegeven in figuren 3, 3A en 3B en wordt hieronder in detail beschreven. 5 Figuur 3 toont een andere uitvoering van een drie-lagen hetero-overgang detector 50, die een eerste kleur LWIR-SWIR p-n overgang 56A en een tweede kleur MWIR-SWIR p-n overgang 54A bevat. Door omkering van de polariteit of door verandering van de grootte van de geleverde instelspanning wordt één overgang in sperrichting (actief) en de andere overgang in doorlaatrichting (inactief) ingesteld. De signaal-uitgang van de detector 50 wordt dus afgewisseld tussen de twee kleuren, wanneer de polariteit van de 10 instelspanning omgekeerd wordt. Dit aspect van de werking van detector 50 wordt weergegeven in de vereenvoudigde diagrammen van figuren 3A en 3B. De gevoeligheid voor twee spectrale banden of kleuren wordt verkregen met een enkele straiingsdetector en met slechts één indiumknobbel per detectorelement of pixel. Dat wil zeggen, een multi-kleur detector wordt verschaft, waarin elk detectorelement electrisch functioneert als een relatief eenvoudige inrichting met 15 twee-aansluitingen. Voor een reeks van stralingsdetectoren voor twee spectrale band of kleuren wordt aldus de productiviteit verhoogd, wat resulteert in een grotere opbrengst en gereduceerde kosten van de inrichtingen. Figuur 3C is een diagram van de ruimtelijke energieband van een uitvoering van de detector 50, terwijl figuur 3D een gewenste gecombineerde spectrale respons toont. 20 Aanvullende halfgeleidergebieden of lager kunnen worden toegevoegd aan de hierboven beschreven straiingsdetector. Figuur 5 toont een p-n-p-n straiingsdetector 70 met n-p overgang en twee p-n overgangen gekoppeld in serie. Discriminatie tussen de twee p-n overgangen wordt verkregen door het voorzien van een van de p-n overgangen van een relatief lage doorslagspanning voor de keer- of sperrichting, terwijl de andere p-n overgang voorzien is van een relatief hogere doorslagspanning voor de keer- of sperrichting. 25 Door instelling op een spanning kleiner dan de laatste doorslagspanning wordt de fotostroom van de hoogste impedantie-overgang uitgelezen. Wanneer ingesteld boven de laatste doorslag spanning, moduleert alleen de overgang met de hogere spanning de fotostroom. Dit wordt geïllustreerd in figuur 6, waarin de instelpunten A en B van figuur 4C in aanvulling op een instelpunt C weergegeven worden. De instelpunten A en C zijn elk gerelateerd aan één van de twee p-n 30 overgangen en maken de differentiatie daartussen mogelijk. De straiingsdetector is tot dusverre beschreven in de context van een mesa-type inrichting. De straiingsdetector kan ook zijn uitgevoerd als een planair-type structuur. Een planair-type n-p-n inrichting 80 wordt getoond in dwarsdoorsnede in figuur 7 en kan bijvoorbeeld vervaardigd worden door middel van een diffusie- of een implantering/uitgloei proces voor het vormen van een groot aantal in serie gekoppelde 35 hetero-overgangen tussen een eerste electrische aansluiting 82 en een tweede electrische aansluiting 84. Desgewenst kan de detector 80 als een p-n-p inrichting vervaardigd worden. 40
1. Straiingsdetector voor het detecteren van straling, omvattend een eerste pn-overgang tussen een eerste gebied van halfgeleidermateriaal van een eerste geleidingstype en een gemeenschappelijk tweede gebied van halfgeleidermateriaal van het aan het eerste geleidingstype tegengestelde tweede geleidingstype en een tweede pn-overgang tussen een derde gebied van halfgeleidermateriaal van het eerste geleidingstype 45 en het gemeenschappelijk tweede gebied, waarbij de eerste en tweede pn-overgang elk een hetero-overgang vormen en de pn-overgangen elektrisch in onderling tegengestelde richting in serie geschakeld zijn tussen een eerste elektrisch contact voor het eerste gebied en een tweede contact, met het kenmerk, dat de hetero-overgang van de eerste pn-overgang bij het aanleggen van een spanning in de keerrichting van de eerste pn-overgang gevoelig is voor straling binnen een eerste spectraal gebied en de hetero-50 overgang van de tweede pn-overgang bij het aanleggen van een spanning in de keerrichting van de tweede pn-overgang is voor straling binnen een afzonderlijk tweede spectraal gebied, het halfgeleidermateriaal van het eerste gebied een zodanige energiebandafstand heeft dat straling binnen het tweede spectrale gebied waarvoor de tweede pn-overgang gevoelig is daardoorheen kan dringen en het eerste en het tweede spectrale gebied zijn gekozen uit een groep bestaande uit IR-straling van korte golflengte (SWIR),
55 IR-straling van middengolflengte (MWIR), IR-straling van lange golflengte (LWIR) en IR-straling van zeer lange golflengte (VLWIR).
2. Straiingsdetector volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het halfgeleidermateriaal van het tweede 5 195040 gebied een zodanige energiebandafstand heeft dat straling uit het tweede gebied waarvoor de tweede p-n overgang gevoelig is daardoorheen kan penetreren.
3. Stralingsdetector volgens conclusie 1 of 2, gekenmerkt door een vierde gebied van halfgeleidermateriaal in serie in contact met het derde gebied van halfgeleidermateriaal, waarbij het vierde gebied van 5 halfgeleidermateriaal van het tweede geleidingstype, waarbij een derde p-n overgang is verschaft met een doorslagspanning in de keerrichting die verschilt van de doorslagspanning in de keerrichting van de eerste p-n overgang.
4. Werkwijze voor het detecteren van straling met gebruikmaking van een stralingsdetector volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een eerste instelspanning van een eerste polariteit wordt gekoppeld 10 tussen het eerste elektrische contact en het tweede elektrische contact, zodanig dat de eerste p-n overgang in doorlaatrichting is en de tweede p-n overgang in keerrichting voor het verschaffen van een stroomsignaal, dat gemoduleerd is als een functie van de stralingsflux binnen een eerste spectraal gebied; en de eerste instelspanning wordt ontkoppeld en een tweede instelspanning van een tweede, tegengestelde polariteit wordt gekoppeld tussen het eerste elektrische contact en het tweede elektrische contact, zodanig 15 dat de tweede p-n overgang in doorlaatrichting is en de eerste p-n overgang in keerrichting; voor het verschaffen van een stroomsignaal, dat gemoduleerd is als een functie van de stralingsflux binnen een tweede spectraal gebied.
5. Werkwijze voor het detecteren van straling met gebruikmaking van een stralingsdetector volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat een eerste instelspanning van een eerste polariteit wordt gekoppeld 20 tussen het eerste elektrische contact en het tweede elektrische contact, zodanig dat de eerste en derde p-n overgang in doorlaatrichting zijn en de tweede p-n overgang in keerrichting is voor het verschaffen van een stroomsignaal, dat gemoduleerd is als een functie van de stralingsflux binnen een eerste spectraal gebied; de eerste instelspaning wordt ontkoppeld en een tweede instelspanning van een tweede, tegengestelde polariteit, welke instelspanning kleiner is dan de hoogste van de omkeerdoorslagspanningen van de eerste 25 en derde p-n overgangen, wordt gekoppeld tussen het eerste elektrische contact en het tweede elektrische contact voor het verschaffen van een stroomsignaal, dat gemoduleerd is als een functie van de stralingsflux binnen een tweede spectraal gebied en een derde instelspanning van de tweede, tegengestelde polariteit wordt gekoppeld tussen het eerste elektrische contact en het tweede elektrische contact, zodanig dat de derde p-n overgang in keerrichting ingesteld wordt voorbij een doorslagspanning van de eerste p-n 30 overgang en voor het verschaffen van een stroomsignaal, dat gemoduleerd is als een functie van de stralingsflux binnen een derde spectraal gebied. Hierbij 4 bladen tekening
NL9100637A 1989-12-19 1991-04-12 Stralingsdetector. NL195040C (nl)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/452,891 US5113076A (en) 1989-12-19 1989-12-19 Two terminal multi-band infrared radiation detector
NL9100637A NL195040C (nl) 1989-12-19 1991-04-12 Stralingsdetector.
JP10102503A JP3005674B2 (ja) 1989-12-19 1998-04-14 可視光応答性電極

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/452,891 US5113076A (en) 1989-12-19 1989-12-19 Two terminal multi-band infrared radiation detector
US45289189 1989-12-19
NL9100637A NL195040C (nl) 1989-12-19 1991-04-12 Stralingsdetector.
NL9100637 1991-04-12
JP10250398 1998-04-14
JP10102503A JP3005674B2 (ja) 1989-12-19 1998-04-14 可視光応答性電極

Publications (2)

Publication Number Publication Date
NL9100637A NL9100637A (nl) 2001-06-01
NL195040C true NL195040C (nl) 2003-06-25

Family

ID=27309723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL9100637A NL195040C (nl) 1989-12-19 1991-04-12 Stralingsdetector.

Country Status (3)

Country Link
US (1) US5113076A (nl)
JP (1) JP3005674B2 (nl)
NL (1) NL195040C (nl)

Families Citing this family (72)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5300777A (en) * 1992-03-26 1994-04-05 Texas Instruments Incorporated Two color infrared detector and method
US5380669A (en) * 1993-02-08 1995-01-10 Santa Barbara Research Center Method of fabricating a two-color detector using LPE crystal growth
US5457331A (en) * 1993-04-08 1995-10-10 Santa Barbara Research Center Dual-band infrared radiation detector optimized for fabrication in compositionally graded HgCdTe
US5384267A (en) * 1993-10-19 1995-01-24 Texas Instruments Incorporated Method of forming infrared detector by hydrogen plasma etching to form refractory metal interconnects
US5485010A (en) * 1994-01-13 1996-01-16 Texas Instruments Incorporated Thermal isolation structure for hybrid thermal imaging system
US5426304A (en) * 1994-01-13 1995-06-20 Texas Instruments Incorporated Infrared detector thermal isolation structure and method
US5436450A (en) * 1994-01-13 1995-07-25 Texas Instruments Incorporated Infrared detector local biasing structure and method
US5444236A (en) * 1994-03-09 1995-08-22 Loral Infrared & Imaging Systems, Inc. Multicolor radiation detector method and apparatus
US5567975A (en) * 1994-06-30 1996-10-22 Santa Barbara Research Center Group II-VI radiation detector for simultaneous visible and IR detection
US5559336A (en) * 1994-07-05 1996-09-24 Santa Barbara Research Center Integrated LPE-grown structure for simultaneous detection of infrared radiation in two bands
FR2742581B1 (fr) * 1994-08-30 1998-10-30 Commissariat Energie Atomique Detecteur infrarouge bicolore a coherence spatio-temporelle planaire
US5559332A (en) * 1994-11-04 1996-09-24 Texas Instruments Incorporated Thermal detector and method
DE19502521A1 (de) * 1995-01-27 1996-08-01 Abb Patent Gmbh Passiv-Infrarot-Melder mit einer Optik, die von einem Strahlungsobjekt emittierte Wärmestrahlung auf einen Infrarotsensor fokussiert
US5581084A (en) * 1995-06-07 1996-12-03 Santa Barbara Research Center Simultaneous two color IR detector having common middle layer metallic contact
US5708269A (en) * 1995-08-15 1998-01-13 Raytheon Ti Systems, Inc. Thermal detector and method
US7495220B2 (en) * 1995-10-24 2009-02-24 Bae Systems Information And Electronics Systems Integration Inc. Uncooled infrared sensor
EP0861504A1 (en) * 1995-11-15 1998-09-02 Lockheed-Martin IR Imaging Systems A dual-band multi-level microbridge detector
EP0865672B1 (en) * 1995-12-04 2000-08-30 Lockheed-Martin IR Imaging Systems Infrared radiation detector having a reduced active area
US5701010A (en) * 1995-12-18 1997-12-23 Martin Marietta Corporation Dual band polarity reversing multiplexer
US5852516A (en) * 1996-03-04 1998-12-22 Raytheon Ti Systems, Inc. Dual purpose infrared lens assembly using diffractive optics
US5796514A (en) * 1996-03-04 1998-08-18 Raytheon Ti Systems, Inc. Infrared zoom lens assembly having a variable F/number
US6018414A (en) * 1996-03-04 2000-01-25 Raytheon Company Dual band infrared lens assembly using diffractive optics
US6249374B1 (en) 1996-03-04 2001-06-19 Raytheon Company Wide field of view infrared zoom lens assembly having a constant F/number
US5959339A (en) * 1996-03-19 1999-09-28 Raytheon Company Simultaneous two-wavelength p-n-p-n Infrared detector
US5731621A (en) * 1996-03-19 1998-03-24 Santa Barbara Research Center Three band and four band multispectral structures having two simultaneous signal outputs
US5717208A (en) * 1996-05-30 1998-02-10 He Holdings, Inc. Staring IR-FPA with dither-locked frame circuit
US5721429A (en) * 1996-07-23 1998-02-24 Hughes Electronics Self-focusing detector pixel structure having improved sensitivity
FR2756105B1 (fr) * 1996-11-19 1999-03-26 Commissariat Energie Atomique Detecteur multispectral a cavite resonante
FR2756667B1 (fr) * 1996-12-04 1999-02-19 Thomson Csf Detecteur d'ondes electromagnetiques bispectral
US5751005A (en) * 1996-12-20 1998-05-12 Raytheon Company Low-crosstalk column differencing circuit architecture for integrated two-color focal plane arrays
FR2759494B1 (fr) * 1997-02-07 1999-03-05 Commissariat Energie Atomique Detecteur de rayonnement photonique multicolore
US6180967B1 (en) 1997-04-29 2001-01-30 Commissariat A L'energie Atomique Bicolor infrared detector with spatial/temporal coherence
US5998235A (en) 1997-06-26 1999-12-07 Lockheed Martin Corporation Method of fabrication for mercury-based quaternary alloys of infrared sensitive materials
US6147349A (en) * 1998-07-31 2000-11-14 Raytheon Company Method for fabricating a self-focusing detector pixel and an array fabricated in accordance with the method
US6465860B2 (en) 1998-09-01 2002-10-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Multi-wavelength semiconductor image sensor and method of manufacturing the same
US6452187B1 (en) * 2000-08-24 2002-09-17 Lockheed Martin Corporation Two-color grating coupled infrared photodetector
US6455908B1 (en) 2001-03-09 2002-09-24 Applied Optoelectronics, Inc. Multispectral radiation detectors using strain-compensating superlattices
US6885002B1 (en) 2001-08-31 2005-04-26 Raytheon Company IRFPA ROIC with dual TDM reset integrators and sub-frame averaging functions per unit cell
US6803557B1 (en) * 2002-09-27 2004-10-12 Raytheon Company Photodiode having voltage tunable spectral response
FR2857507B1 (fr) * 2003-07-08 2005-10-21 St Microelectronics Sa Photodiode a trois zones dopees, photodetecteur incorporant une telle photodiode et procede de commande d'un tel photodetecteur
US8093633B2 (en) * 2004-02-17 2012-01-10 Nanyang Technological University Method and device for wavelength-sensitive photo-sensing
FR2868602B1 (fr) * 2004-04-05 2006-05-26 Commissariat Energie Atomique Circuit de detection photonique a structure mesa
US20070075224A1 (en) * 2004-06-10 2007-04-05 Jones Christopher L Two coluor photon detector
US7129489B2 (en) * 2004-12-03 2006-10-31 Raytheon Company Method and apparatus providing single bump, multi-color pixel architecture
FR2879818B1 (fr) 2004-12-17 2007-04-20 Commissariat Energie Atomique Photodetecteur a semi-conducteur, dispositif de detection multi-spectrale d'un rayonnement electromagnetique mettant en oeuvre un tel photodetecteur, et procede de mise en oeuvre d'un tel dispositif
US7297951B2 (en) * 2005-07-27 2007-11-20 Raytheon Company Two F-number, two-color sensor system
WO2007068970A2 (en) * 2005-12-14 2007-06-21 Selex Sensors And Airborne Systems Limited Multi colour photon detectors
GB2452992A (en) * 2007-09-24 2009-03-25 Selex Sensors & Airborne Sys Dual band infrared photodetector
US8093559B1 (en) * 2008-12-02 2012-01-10 Hrl Laboratories, Llc Methods and apparatus for three-color infrared sensors
US8669588B2 (en) * 2009-07-06 2014-03-11 Raytheon Company Epitaxially-grown position sensitive detector
US8440972B2 (en) * 2009-08-25 2013-05-14 Raytheon Company Radiation detector with microstructured silicon
US8559113B2 (en) * 2009-12-10 2013-10-15 Raytheon Company Multi-spectral super-pixel filters and methods of formation
US8143687B2 (en) * 2009-12-17 2012-03-27 Raytheon Company Multi-band, reduced-volume radiation detectors and methods of formation
US8350208B1 (en) 2010-01-21 2013-01-08 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona, Acting For And On Behalf Of Arizona State University Two-terminal multi-color photodetectors and focal plane arrays
US8659037B2 (en) * 2010-06-08 2014-02-25 Sundiode Inc. Nanostructure optoelectronic device with independently controllable junctions
US8471204B2 (en) * 2010-12-23 2013-06-25 Flir Systems, Inc. Monolithic electro-optical polymer infrared focal plane array
US8441087B2 (en) 2011-07-22 2013-05-14 Raytheon Company Direct readout focal plane array
US10115764B2 (en) 2011-08-15 2018-10-30 Raytheon Company Multi-band position sensitive imaging arrays
US9184194B2 (en) 2011-12-21 2015-11-10 Arizona Board Of Regents, A Body Corporate Of The State Of Arizona, Acting For And On Behalf Of Arizona State University Multiband photodetector utilizing serially connected unipolar and bipolar devices
US9212992B2 (en) * 2012-07-18 2015-12-15 Microsemi Corporation Apparatus and method for sensing incident light having dual photodiode to absorb light in respective depletion regions controlled by different bias voltages
US11251209B1 (en) 2013-03-15 2022-02-15 Hrl Laboratories, Llc Reduced volume dual-band MWIR detector
US10903261B1 (en) 2013-03-15 2021-01-26 Hrl Laboratories, Llc Triple output, dual-band detector
US9380244B2 (en) 2013-11-08 2016-06-28 Raytheon Company Multi-color superpixel operational constructs for focal plane arrays
US9621864B2 (en) * 2014-01-14 2017-04-11 Microsoft Technology Licensing, Llc Spectral imaging system
US20150243825A1 (en) 2014-02-27 2015-08-27 Raytheon Company Simultaneous dual-band detector
US9755091B2 (en) * 2015-04-06 2017-09-05 The Boeing Company Dual-band infrared detector and method of detecting multiple bands of infrared radiation
US9881966B2 (en) * 2015-07-17 2018-01-30 International Business Machines Corporation Three-dimensional integrated multispectral imaging sensor
US10361333B1 (en) 2015-08-12 2019-07-23 Hrl Laboratories, Llc High performance or wavelength configurable detector
US11302739B1 (en) 2015-08-31 2022-04-12 Hrl Laboratories, Llc High quantum efficiency superlattice infrared detector
DE102017004149A1 (de) * 2017-05-02 2018-11-08 Azur Space Solar Power Gmbh Lichtempfangseinheit
CN107195650B (zh) * 2017-06-13 2024-05-03 江苏城讯成联网络科技有限公司 多光谱摄像装置
IT202000018760A1 (it) * 2020-07-31 2022-01-31 Milano Politecnico Dispositivo sensore di radiazione elettromagnetica a doppio fotodiodo

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3532945A (en) * 1967-08-30 1970-10-06 Fairchild Camera Instr Co Semiconductor devices having a low capacitance junction
DE2800820A1 (de) * 1978-01-10 1979-09-27 Hermann Dr Ing Mader Halbleiter-diode
DE2853292A1 (de) * 1978-11-24 1980-06-12 Bbc Brown Boveri & Cie Optisch aktivierbares halbleiterbauelement
JPS55101832A (en) * 1979-01-30 1980-08-04 Fujitsu Ltd Infrared detector
US4753684A (en) * 1986-10-31 1988-06-28 The Standard Oil Company Photovoltaic heterojunction structures
DE3710986A1 (de) * 1987-04-01 1988-10-20 Messerschmitt Boelkow Blohm Lichtempfindliche detektorvorrichtung
US4885619A (en) * 1987-08-24 1989-12-05 Santa Barbara Research Center HgCdTe MIS device having a CdTe heterojunction

Also Published As

Publication number Publication date
JPH11295145A (ja) 1999-10-29
US5113076A (en) 1992-05-12
NL9100637A (nl) 2001-06-01
JP3005674B2 (ja) 2000-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL195040C (nl) Stralingsdetector.
JP3124732B2 (ja) 2つの同時信号出力を有する3つの帯域および4つの帯域のマルチスペクトル構造
CA2225930C (en) Method and apparatus for monolithic optoelectronic integrated circuit using selective epitaxy
US5149956A (en) Two-color radiation detector array and methods of fabricating same
US5559336A (en) Integrated LPE-grown structure for simultaneous detection of infrared radiation in two bands
JP3124731B2 (ja) p+/n長波長赤外線およびp+/n中波長赤外線の二色同時検出器
US8357960B1 (en) Multispectral imaging device and manufacturing thereof
US5023685A (en) Quantum-well radiation-interactive device, and methods of radiation detection and modulation
CA1132693A (en) Demultiplexing photodetector
US8101971B2 (en) Multicolor photodiode array and method of manufacturing
JP2011501415A (ja) フォトディテクタアレイおよび半導体イメージインテンシファイア
US20150243825A1 (en) Simultaneous dual-band detector
US20110101483A1 (en) Two colour photon detector
US4323911A (en) Demultiplexing photodetectors
US20070063219A1 (en) Voltage tunable integrated infrared imager
CA1314614C (en) Quantum-well radiation detector
EP1172865A2 (en) Semiconductor photosensitive device
Rogalski Dual-band infrared detectors
US8963274B2 (en) Epitaxial structure for vertically integrated charge transfer gate technology in optoelectronic materials
US7592576B1 (en) Optical sensor array, sensing method and circuit therefore, and device and apparatus thereby
US7619240B2 (en) Semiconductor photodetector, device for multispectrum detection of electromagnetic radiation using such a photodetector and method for using such a device
JPH11295146A (ja) マルチバンド放射検知器
JP5083982B2 (ja) 光センサーアレイ、光センサーアレイデバイス、撮像装置、及び光センサーアレイの検出方法
JP2023543652A (ja) ダブル・フォトダイオード電磁放射センサ・デバイス
JPS6237553B2 (nl)

Legal Events

Date Code Title Description
A1C A request for examination has been filed
NP1 Patent granted (not automatically)
V1 Lapsed because of non-payment of the annual fee

Effective date: 20041101