NO333550B1 - Halvlederstruktur - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsen gjelder en halvlederstruktur spesielt for bruk i en halvlederdetektor. Nevnte halvlederstruktur innbefatter et svakt dopet halvledersubstrat (HK) av en første eller andre dopingstype, en høyt dopet utløpsregion (D) av en andre dopingstype, lokalisert på en første overflate av halvledersubstratet (HK), en høyt dopet kilderegion (S) av den andre dopingstype, lokalisert på den første overflate av halvledersubstratet (HK), en kanal (K) som strekker seg mellom kilderegionen (S) og utløpsregionen (D), en dopet indre portregion (IG) av den første dopingstype, som er i det minste delvis lokalisert under kanalen (K), og en utblåsningskontakt (CL) for å fjerne ladningsbærere fra den indre portregion (IG). I henhold til oppfinnelsen, strekker den indre portregion seg i halvledersubstratet (HK) i det minste delvis opp til utblåsningskontakten (CL) og utblåsningskontakten (CL) er lokalisert på utløpet og relativt til kilderegionen (S).

Description

Oppfinnelsen gjelder en halvlederstruktur, spesielt for bruk i en halvlederdetektor, i henhold til premisset i krav 1.

Bruken av såkalte driftdetektorer for strålingsdetektering er kjent hvor detektorer er beskrevet, for eksempel, i L. STRUDER: '"High-resolution imaging x-ray spectrometers", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, s. 73-113, Vol. 454, 2000, DE 34 27 476 Al så vel som i DE 102 13 812 Al. I dette tilfelle produserer strålingen som skal detekteres signalelektroner i et svakt dopet og uttømt halvledersubstrat, flere ringformede og konsentriske oppstilte elektroder som er lokalisert på en overflate av halvledersubstratet, hvor elektrodene produserer et driftfelt i et halvledersubstrat, som signalelektronene som er produsert av strålingen driver igjennom til et sentralt oppstilt utlesningselement som detekterer signalelektronene og, deretter, den strålingen som er tatt opp.

Utlesningselementet kan her bestå av en DEPFET-transistor (DEPFET - Depleted Field Effect Transistor, Redusert felteffekt-transistor) som ble oppfunnet i 1984 av J. Kemmer og G. Lutz. En slik DEPFET-transistor kan ha et svakt n-dopet, uttømt halvledersubstrat, en høyt p-dopet bak-elektrode som er oppstilt på en overflate av halvledersubstratet, hvor bak-elektroden utgjør en diode stengt i tilstoppingsretningen med det svakt n-dopede halvledersubstratet og tjener i hensikt som uttømming av havledersubstratet, hvor huller som har sin opprinnelse i halvledersubstratet som et resultat av strålingseffekt blir sugd vekk ved hjelp av bak-elektroden fra halvledersubstratet.

På den motsatte overflaten av halvledersubstratet hvor en DEPFET-transistor er interessert, er det en høyt p-dopet kilderegion og også en høyt p-dopet utløpsrørregion, en kanal som er lokalisert mellom kilderegionen og utløpsrørregionen, og ledningsevnen til denne kanalen kan bli satt av en sluseelektrode som kan bli aktivert eksternt fra.

I halvledersubstratet er en svakt n-dopet indre sluseregion lokalisert under kanalen, hvor det er en samling i av signalelektroner som har sin opprinnelse i halvledersubstratet som et resultat av strålingseffekten. Den elektriske ladning som er akkumulert i den indre sluseregion styrer ledningsevnen til kanalen mellom kilderegionen og utløpsrørregionen på en lignende måte som for den eksterne sluseelektroden, slik at utløpsrør-kilde-strømmen er et mål for den detekterte stråling.

Likevel, signalelektronene som er samlet i den indre sluseregion må bli fjernet nå og da fra den indre sluseregion for å opprettholde følsomheten til driftdetektoren. Til dette formål er en separat fjerningskontakt imøtesett med de kjente DEPFET-transistorer som er lokalisert på kildesiden ved siden av DEPFET-transistoren selv og som suger ut signalelektronene samlet i den indre sluseregion ved å bruke en positiv spenning.

En ulempe med denne strukturelle konfigurasjon til en DEPFET-transistor er kjennsgjerningen at høye elektriske spenninger er påkrevd for fjerning, hvorved en fullstendig fjerning av signalelektroner samlet i den indre sluseregion ofte ikke er mulig i det hele tatt.

Oppfinnelsen er derfor basert på oppgaven med å lage en halvlederstruktur i henhold til en DEPFET-transistor hvor en fullstendig og gjennomgående fjerning til den ytterst mulige grad er muliggjort med mindre nivåer av elektriske spenninger.

Denne oppgave, forutsatt på grunnlag av den kjente DEPFET-struktur som beskrevet over i henhold til premisset i krav 1, er løst med de betegnende kjennetegnene i krav 1.

Oppfinnelsen er basert på kunnskapen om at kilderegionen til DEPFET-strukturen produserer en potensialbarriere i halvledersubstratet som vanskeliggjør sugingen av signalelektroner samlet i den indre sluseregion forårsaket av fjerningskontakten slik at, med de kjente DEPFET-transistorer, en høy fjerningsspenning er påkrevd slik at signalelektronene kan overvinne potensialbarrieren.

Av denne grunn innbefatter oppfinnelsen det tekniske direktiv at halvlederstrukturens indre sluseregion i halvledersubstratet strekker seg i det minste delvis opp til fjerningskontakten for å forenkle sugingen av ladningsbærerne fra den indre sluseregion.

Dessuten, oppfinnelsen innbefatter det tekniske direktiv av å ikke lenger lokalisere fjerningskontakten på kildesiden ved siden DEPFET-strukturen, men heller på utløpsrørsiden slik at signalelektronene samlet i den indre sluseregion , og som i løpet av sugingen gjennom fjerningskontakten, ikke lenger må overvinne potensialbarrieren produsert av kilderegionen.

I en variant av oppfinnelsen er fjerningskontakten i halvledersubstratet lokalisert i det minste delvis mellom kilderegionen og utløpsrørregionen, og dette er spesielt fordelaktig med en ringformet og lukket DEPFET-struktur.

Likevel, det er også mulig som et alternativ at fjerningskontakten er lokalisert på en side av sluseregionen som vender vekk fra kilderegionen, og dette kan være spesielt fordelaktig med en lineær DEPFET-struktur.

I tillegg, halvlederstrukturen i henhold til oppfinnelsen innbefatter fortrinnsvis en såkalt utløpsrør-/fjerningsregion som kan bli aktivert selektivt som en hjelpefjerningskontakt eller som et utløpsrør, utløpsrør-/fjerningsregionen grenser fortrinnsvis til fjerningskontakten og utløpsrørregionen. I løpet av fjerningsprosessen produserer utløpsrør-/fjerningsregionen som er aktivert som hjelpefjerningskontakt ingen potensialbarriere brakt rundt av utløpsrørinnpodingen eller begrensningen av den skjulte dopingen av den indre sluseregion, som tilhørende barriere ikke må bli overvunnet i løpet av fjerning av ladningsbærerne samlet i den indre sluseregion, slik at relativt lavnivå elektriske spenninger ved fjerningskontakten er tilstrekkelig for fjerning. I tilfelle halvledersubstratet er svakt n-dopet og kilderegionen og utløpsrørregionen er høyt p-dopet, så opptrer utløpsrør-/fjerningsregionen som et utløpsrør med tilstrekkelig negativ elektrisk spenning ved utløpsrør-/fjerningsregionen mens derimot utløpsrør-/fjerningsregionen med en tilstrekkelig positiv spenning muliggjør en fjerning av ladningsbærerne lagret i den indre sluseregion av fjerningskontakten.

Ved å utveksle kilderegionen og utløpsrørregionen kan en kilde-/fjerningsregion på tilsvarende måte bli imøtesett istedenfor utløpsrør-/fjerningsregionen, og denne kilde-/fjerningsregion kan bli aktivert selektivt som en hjelpefjerningskontakt eller som en kilde, kilde-/fjerningsregionen grenser fortrinnsvis til fjerningskontakten og til kilderegionen. Likevel, funksjonen til kilde-/fjerningsregionen er vesentlig den samme som funksjonen til utløpsrør-/fjerningsregionen som beskrevet her.

I denne sammenheng må det nevnes at halvlederstrukturen i henhold til oppfinnelsen også kan bli dopet motsatt. Av denne grunn og innenfor rammeverket av denne beskrivelse, er generell referanse brukt her til en første dopings type og til en andre dopings type. Med den første dopings type for halvledersubstratet, den indre sluseregion og fjerningskontakten, er fortrinnsvis en n-doping involvert mens derimot den andre dopings type for bak-elektroden, kilderegionen, utløpsrørregionen, skjermingsregionen under fjerningskontakten så vel som den foretrukne store-overflate skjermingsregionen under kilderegionen er fortrinnsvis en p-doping.

Likevel, på motsatt måte er det også mulig at den første dopings type for halvledersubstratet, den indre sluseregion og fjerningskontakten er en p-doping, mens derimot den andre dopings type for kilderegionen, utløpsrørregionen, bak-elektroden og skjermingsregionene er dannet ved hjelp av en n-doping.

I en variant av oppfinnelsen er en dopet skjermingsregion av den andre dopings type lokalisert i halvledersubstratet under den indre sluseregion under fjerningskontakten for å elektrisk avskjerme fjerningskontakten. For en n-dopet indre sluseregion og et svakt n-dopet halvledersubstrat, er denne skjermingen tilsvarende p-dopet. Skjermingsregionen under fjerningskontakten og den indre sluseregion forhindrer signalelektronene som har sin opprinnelse i halvledersubstratet som et resultat av strålingseffekten fra å flyte direkte til fjerningskontakten istedenfor å samles i den indre sluseregion.

I en variant av oppfinnelsen strekker den indre sluseregion i halvledersubstratet seg fra kilderegionen til utløpsrørregionen og strekker seg fortrinnsvis enda videre hele veien fullstendig. Likevel, et aspekt som bør tas i betraktning her er at signalelektronene i den indre sluse bør samles under kanalen til DEPFET-transistoren og ikke under dens kilderegion for å være i stand til å styre ledningsevnen til kanalen. Av denne grunn er dopingen av kilderegionen fortrinnsvis satt på en slik måte at denne når delvis vertikalt inn i den indre sluseregion hvor den kompenserer dopingen til den indre sluseregion, som fører til en potensialbarriere for signalelektroner samlet i den indre sluseregion. Ved hjelp av denne potesialbarriere, blir signalelektronene samlet i den indre sluseregion flyttet fra kilderegionen og konsentrert under DEPFET-strukturkanalen, som de samlede signalelektroners styringseffekt er forbedret gjennom.

Likevel, det er også alternativt mulig at den indre sluseregion i halvledersubstratet er plassert atskilt fra kilderegionen slik at signalelektronene samlet i den indre sluseregion ikke kan komme seg til under kilderegionen, men er heller konsentrert under kanalen til DEPFET-strukturen og er forskjøvet i retningen til utløpsrøret hvor de effektivt styrer ledningsevnen til kanalen.

Hvis den indre sluseregion i halvledersubstratet ikke strekker seg til under kilderegionen, må det imidlertid observeres at huller kan bli emittert fra kilderegionen inn i halvledersubstratet og så flyte til en bak-elektrode lokalisert på den motsatte siden av halvledersubstratet. Likevel, innenfor rammeverket av oppfinnelsen, kan dette bli forhindret ved hjelp av en tilleggs skjermingsregion som er lokalisert i halvledersubstratet under den indre sluseregion og kan, for eksempel, strekke seg over hele overflaten til halvledersubstratet. Denne tilleggs skjermingsregion er dopet i henhold til den første dopings type. Dette betyr at tilleggs skjermingsregionen også er n-dopet i hensikten av å avskjerme kilderegionen og for å hindre en hullemisjon som involverer et svakt n-dopet halvledersubstrat.

Med en variant av oppfinnelsen grenser DEPFET-strukturkanalen seg umiddelbart til fjerningskontakten.

Likevel, det er også alternativt mulig at kanalen bare er forberedt for en forhåndsspesifisert avstand til fjerningskontakten. En slik avstand mellom kanalen og fjerningskontakten reduserer fordelaktig den elektriske feltstyrken i periferien til fjerningskontakten. Av den samme grunn kan utløpsrør-/fjerningsregionen også bli trukket litt tilbake fra fjerningskontakten.

Frasen kanal som brukt innenfor rammeverket av oppfinnelsen kan bli definert funksjonelt eller strukturelt, som kort beskrevet under.

Kanalen, for eksempel, med såkalte forsterknings transistorer er ikke spesielt dopet og er derfor ikke forskjellig fra det omliggende halvledersubstratet, slik at kanalen originalt er etablert ved den eksterne aktivering med den såkalte sluse. I dette tilfelle er kanalen strøm-transporteringsregionen til halvledersubstratet mellom utløpsrør og kilde.

Med andre transistortyper, som i tilfellet med en JFET for eksempel, er kanalen i motsetning spesielt dopet og tillater derfor seg selv å være romlig lokalisert uavhengig av funksjonen til strømledningen.

Det bør videre nevnes at utløpsrørregionen med DEPFET-strukturen i henhold til oppfinnelsen kan bli delt opp inn i flere begrensede regioner plassert fra hverandre. En begrenset region av utløpsrørregionen kan så bli forbundet direkte, for eksempel, mens den andre begrensede region til utløpsrørregionen kan bli forbundet med et inversjonslag under utløpsrør-/fjerningsregionen.

I dette tilfelle kan en linjeovergang bli anvendt for å forbinde utløpsrørregionen eller av dens begrensede regioner som er beskrevet, for eksempel, i DE 102 13 812 Al, slik at innholdet av denne trykksak skal bli tilskrevet i den fulle sammenheng til beskrivelsen presentert her med hensyn til den strukturelle konfigurasjon av en linjeovergang.

Det er allerede i korthet nevnt over at DEPFET-strukturen i henhold til oppfinnelsen kan bli utformet på en ringformet måte og har, følgelig, en ringformet sluseregion.

Med en slik ringformet konfigurasjon av DEPFET-strukturen, kan fjerningskontakten og/eller utløpsrørregionen og/eller utløpsrør-/fjerningsregionen bli lokalisert innenfor den ringformede sluseregion mens kilderegionen er lokalisert utenfor den ringformede sluseregion.

Likevel, det er også alternativt mulig at fjerningskontakten og/eller utløpsrørregionen og/eller utløpsrør-/fjerningsregionen kan være utenfor den ringformede sluseregion mens kilderegionen er lokalisert innenfor den ringformede sluseregion.

Dessuten, utløpsrør-/fjerningsregionen kan grense til hele periferien til den ringformede sluseregion. Likevel, det er også alternativt mulig at den ringformede sluseregion grenser til utløpsrør-/fjerningsregionen med bare en del av periferien og med resten av periferien til en dopet region av den andre dopings type (normalt p-dopet) som er forbundet til utløpsrørregionen og/eller grenser til utløpsrørregionen.

Dessuten, fjerningskontakten kan bli delt opp inn i flere deler plassert atskilt fra hverandre, eller flere fjerningskontakter kan bli imøtesett som er atskilt fra hverandre. Dette gir fordelen til effekten at gjennomsnittsavstanden mellom signalelektronene som skal bli sugd vekk og den nærest-lokaliserte fjerningskontakten er redusert, og dette fører til en forkortelse av fjerningsprosessen med en forhåndsspesifisert diffusjonshastighet av signalelektronene. 1 resultatet muliggjør dette en raskere fjerning.

Dessuten må det nevnes at fjerningskontakten med halvlederstrukturen i henhold til oppfinnelsen kan ha et dopet lag på undersiden av den andre dopings type (normalt p-dopet).

Dessuten må det nevnes at silisium fortrinnsvis er brukt som et halvledermateriale. Likevel, oppfinnelsen er ikke begrenset til silisium med hensyn til halvledermaterialet anvendt, men kan også bli realisert med andre halvledermaterialer. Dessuten, andre isolator- og ledermaterialer kan også bli brukt med halvlederstrukturen i henhold til oppfinnelsen.

Det er her forstått som en selvfølge at den ovennevnte utløpsrør-/fjerningsregionen fortrinnsvis er en MOS-region.

I tillegg er det klart for personer med kunnskaper innen faget at halvlederstrukturen i henhold til oppfinnelsen kan tilhøre uttømmingstypen, hvor en tilleggskanal-innpoding er imøtesett.

Likevel, det er også alternativt mulig at halvlederstrukturen i henhold til oppfinnelsen tilhører anrikningstypen, hvor ingen tilleggskanal-innpoding må bli påvirket.

Dessuten, utløpsrør-/fjerningsregionen nevnt her eller kilde-/fjerningsregionen kan bli gitt med en overflate-nær innpoding av den andre dopings typen på undersiden. Denne tilleggs overflate-nær doping medfører en forandring av spenningene i kilde-/fjerningsregionen og/eller utløpsrør-/fjerningsregionen som påkrevd for operasjonen av strukturen. Disse kan derpå bli brakt inn i en mer gunstig region. Dette er spesielt nødvendig for anrikningstyper fordi ellers krever de positive ladninger som oppstår med silisium i de strømbærende betingelser en høy negativ spenning i SCGen og/eller DCGen. Det er, selvsagt, også mulig å ta en analog handling for sluseregionen.

Til slutt, oppfinnelsen innbefatter ikke bare DEPFET-strukturen som beskrevet over, men relateres også til en komplett detektor hvor DEPFET-strukturen i henhold til oppfinnelsen er anvendt som et utlesningselement av detektoren. For å unngå gjentagelser, og med hensyn til konfigurasjonen av en slik halvlederdetektor, er referanse til trykksaken DE 102 13 812 Al gitt som allerede anført over hvis innhold er tilskrevet i fullt omfang til beskrivelsen presentert her med hensyn til konfigurasjonen av en halvlederdetektor.

Andre videre fordelaktige utvidelser av oppfinnelsen er utpekt i de avhengige krav eller er forklart som følger i større detalj sammen med beskrivelsen av de foretrukne eksemplutførelser av oppfinnelsen på basis av figurene som er presentert.

Figurene viser det følgende:

Fig. la: et tverrsnitt av en lineær DEPFET-struktur, i henhold til oppfinnelsen, langs tverrsnitts linjen A-A i Fig. lb,

Fig. lb: en grunnrissillustrasjon av DEPFET-strukturen fra Fig. la,

Fig. lc: et tverrsnitt av DEPFET-strukturen fra Figurene la og lb langs tverrsnittslinjen B-B i Fig. lb, Fig. 2: et ytterligere eksempel på utførelse av en DEPFET-staiktur, i henhold til oppfinnelsen, i en grunnrissillustrasjon, Fig. 3a: en grunnrissillustrasjon av en ringformet DEPFET-struktur i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3b: et tverrsnitt av DEPFET-strukturen fra Fig. 3a langs tverrsnittslinjen A-A i Fig. 3a, Fig. 4a: et ytterligere eksempel på en ringformet DEPFET-struktur, i henhold til oppfinnelsen, i en grunnrissillustrasjon, Fig. 4b: et tverrsnitt av DEPFET-strukturen fra Fig. 4a langs tverrsnittslinjen A-A i Fig. 4a, Fig. 5a: et annet eksempel på utførelse av en ringformet DEPFET-struktur, i henhold til oppfinnelsen, i en grunnrissillustrasjon, Fig. 5b: et tverrsnitt av DEPFET-strukturen fra Fig. 5a langs tverrsnittslinjen A-A i Fig. 5a, Fig. 6a: en driftdetektor med en DEPFET-struktur som utlesningselement i en grunnrissillustrasjon, Fig. 6b: et tverrsnitt gjennom driftdetektoren i henhold til Fig. 6a langs tverrsnittslinjen A-A i Fig. 6a, Fig. 7a: et annet eksempel på utførelse av en driftdetektor med en DEPFET-struktur, i henhold til oppfinnelsen, som utlesningselement i en grunnrissillustrasjon, Fig. 7b: et tverrsnitt av driftdetektoren fra Fig. 7a langs tverrsnittslinjen A-A i Fig. 7a, Fig. 8a: et ytterligere eksempel på utførelse av en driftdetektor med en DEPFET-struktur, i henhold til oppfinnelsen, som utlesningselement i en grunnrissillustrasjon, en kilde-/fjerningsregion som har en overflate-nær doping på undersiden, Fig. 8b: et tverrsnitt av driftdetektoren fra Fig. 8a langs tverrsnittslinjen A-A i Fig. 8a, Fig. 9a: et ytterligere eksempel på utførelse av en driftdetektor med en DEPFET-struktur, i henhold til oppfinnelsen, som utlesningselement i en grunnrissillustrasjon, en utløpsrør-/fjerningsregion som har en overflate-nær doping på undersiden, og

Fig. 9b:

Et tverrsnitt av en driftdetektor fra Fig. 9a langs tverrsnittslinjen A-A i Fig. 9a.

DEPFET-strukturen som vist i Figurene la-lc kan bli anvendt som et utlesningselement i en driftdetektor, som beskrevet i L. STRUDER: "Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A", Vol. 454, 2000 så vel som i DE 34 27 476 Al, slik at innholdet av disse publikasjoner er blitt tilskrevet i sitt hele omfang til den følgende beskrivelsen.

DEPFET-strukturen i henhold til oppfinnelsen har et svakt n-dopet plateformet halvlederlegeme HK som kan ha, for eksempel, en tykkelse på 300 um.

På baksiden av halvlederlegemet HK, som ligger under i tegningen, er en flat-type elektrode RK lokalisert, som består av en høyt p-dopet region, elektroden RK sammen med halvlederlegemet HK utgjør en diode stengt i tilstoppingsretningen og tjener i hensikt til å uttømme havlederlegemet HK. I operasjonen av DEPFET-strukturen, er derfor et positivt elektrisk potensial anvendt på elektroden RK for å suge vekk signalelektronene fra halvlederlegemet HK og, på denne måten, uttømme halvlederlegemet HK.

På den motsatt lokaliserte overflate til halvlederlegemet HK er det en transistorstruktur med en høyt p-dopet kilderegion S og en lignende høyt p-dopet utløpsrørregion D, en kanal K som er lokalisert mellom kilderegionen S og utløpsrørregionen D, ledningsevnen til nevnte kanal kan bli styrt ved hjelp av en sluseregion G ved å anvende et korresponderende elektrisk potensial på sluseregionen

G.

Dessuten, i halvlederlegemet HK under kanalen K er det en skjult n-dopet indre sluseregion IG hvor signalelektroner samles i som oppstår som et resultat av strålingseffekten som skal detekteres i halvlederlegemet HK. Signalelektronene samlet i den indre sluseregion IG styrer ledningsevnen til kanalen K på en lignende måte som et elektrisk kontrollsignal anvendt på sluseregionen G, slik at ledningsevnen til kanalen K er et mål for ladningsbærerne samlet i den indre sluseregion IG og, derpå, for den innkommende stråling.

Likevel, den indre sluseregion IG har bare en begrenset oppsamlingsevne for signalelektronene som oppstår som et resultat av strålingseffekten, og må derfor tømmes igjen nå og da for å opprettholde følsomheten til hele DEPFET-strukturen. Til dette formål er en fjerningskontakt CL imøtesett som består av en høyt n-dopet region på overflaten av halvlederen KH, fjerningskontakten CL som er lokalisert på siden av sluseregionen motsatt av kilderegionen S nær utløpsrørregionen.

I dette tilfelle strekker den indre sluseregion IG seg i sideretningen opp til et punkt under fjerningskontakten CL. Dette gir fordelen til effekten at sugingen av signalelektronene fra den indre sluseregion IG ikke er hemmet av potensialbarrieren som er produsert av den høye p-dopingen av kilderegionen S som strekker seg inn i den indre sluseregion IG. Signalelektronene samlet i den indre sluseregion IG kan derfor bli sugd ut med en relativt liten og positiv fjerningsspenning som er anvendt på fjerningskontakten CL.

Den høye p-doping av kilderegionen som allerede nevnt over er effektiv hele veien inn i den indre sluseregion IG med resultatet at signalelektronene samlet i den indre sluseregion IG er konsentrert under kanalen K og ikke under kilderegionen. Dette er hensiktsmessig fordi signalelektronene under kilderegionen S i den indre sluseregion IG ikke bidrar overfor styringen av ledningsevnen til kanalen K.

En korresponderende utløpsrør-side påvirkning av den indre sluseregion IG ved en høy doping av utløpsrørregionen D er ikke påkrevd fordi den negative spenning anvendt på utløpsrørregionen D konsentrerer signalelektronene, lokalisert i den indre sluseregion IG, i en hvilken som helst hendelse under kanalen K.

Av denne grunn er det også mulig å forme utløpsrørregionen D separat ved hjelp av et inversjonslag IS under en utløpsrør-/fjerningsregion DCG, utløpsrør-/fjerningsregionen DCG forbindes direkte til den p-dopede utløpsrørregion D og den n-dopede fjerningskontakt CL.

Utløpsrør-/fjerningsregionen DCG, i avhengighet til sin elektriske aktivering, kan selektivt støtte fjerningen av den indre sluseregion IG eller tjene som en tilleggs utløpsrørregion. Med tilstrekkelig negativ spenning i utløpsrør-/fjerningsregionen DCG, tar utløpsrør-/fjerningsregionen over funksjonen til utløpsrøret mens derimot, med tilstrekkelig positive spenninger i utløpsrør-/fjerningsregionen DCG og i fjerningskontakten CL, muliggjør den fjerningen av signalelektroner lagret i den indre sluseregion IG. Ettersom den dype n-doping i dette tilfelle forblir upåvirket opp til fjerningskontakten CL, er det ingen potensialbarriere å overvinne, slik at den fullstendige fjerning kan tre i kraft med relativt lave nivåspenninger i fjerningskontakten CL. Dessuten, utløpsrør-/fjerningsregionen DCG har en videre funksjon i mot slutten av fjerningsprosessen. Overgangen til utlesnings- eller lagringsmodusen, hvor utløpsrør-/fjerningsregionen DCG igjen tar over funksjonen til utløpsrøret, kan finne sted før tilbakestiIlingen av fjerningskontakten CL. Med denne sekvens er elektroner fordelaktig forhindret fra å flyte ut av fjerningskontakten CL og inn i den indre sluseregion IG.

Figur 2 viser en grunnrissillustrasjon av en alternativ eksempelutførelse av en lineær DEPFET-struktur, denne eksempelutførelse korresponderer i stor utstrekning med eksempelutførelsen beskrevet over og som vist i Figurene la - lc. Av denne grunn og for å unngå gjentagelser, er referanse til beskrivelsen over gitt, de samme referansenumrene er gjenbrukt for korresponderende komponenter.

Et spesielt kjennetegn av eksempelutførelsen ligger i kjennsgjerningen at utløpsregionen D hovedsaklig strekker seg over den hele utvidelse av DEPFET-strukturen, utløpsrørregionen D som har, i hvert tilfelle, sluse-side avbrudd AS for flere fjerningskontakter CL. Den romlige fordelte oppstilling av flere fjerningskontakter gir fordelen til effekten at gjennomsnittsspaltningen mellom signalelektronene som skal suges velde i den indre sluseregion IG og den næreste fjerningskontakt er redusert, slik at en kortere fjerningsvarighet er tilstrekkelig.

De individuelle fjerningskontakter CL er koblet med hverandre elektrisk i dette tilfelle og er aktivert i felleskap, koblingen til fjerningskontaktene CL er ikke vist for enkelhetsskyld.

Figurene 3a og 3b visere en eksempelutførelse av en ringformet DEPFET-struktur i henhold til oppfinnelsen som, for eksempel, kan bli anvendt i driftdetektoren som et utlesningselement som beskrevet i L. STRUDER: "Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A", Vol. 454, 2000, DE 102 13 812 Al eller DE 34 27 476 Al.

Denne eksempelutførelsen korresponderer også delvis med eksempelutførelsene av en lineær DEPFET-struktur som beskrevet over og som illustrert i Figurene la-lc slik at, for å unngå gjentakelser, er referanse i stor utstrekning gitt til beskrivelsen til Figurene la - lc som presentert over og, i det følgende, er de samme referansenumre brukt for korresponderende komponenter.

Et spesielt kjennetegn på denne eksempelutførelse ligger i kjennsgjerningen at den indre sluseregion IG strekker seg over hele overflaten. Den høye p-doping av kilderegionen S i dette tilfelle fungerer under kilderegionen S opp og inn i den indre sluseregion IG, gjennom hvilken signalelektronene samlet i den indre sluseregion IG er forskjøvet i retningen av utløpsrørregionen D. Dette er hensiktsmessig fordi bare signalelektronene i den indre sluseregion IG under kanalen K påvirker ledningsevnen til K kanalen og går inn i målingen på denne måte, mens signalelektronene under kilderegionen S derimot ikke har noen påvirkning på ledningsevnen til kanalen K.

Et ytterligere kjennetegn på denne eksempelutførelse ligger i kjennsgjerningen at en p-dopet skjermingsregion CSH er lokalisert i halvlederlegemet FIK under den indre sluseregion IG i regionen til fjerningskontakten CL. Hensikten med denne skjermingsregion CSH er å forhindre signalelektroner fra å flyte ut av halvlederlegemet HK direkte til fjerningskontakten CL.

Fjerningskontakten CL i dette tilfelle er lokalisert innenfor den ringformede sluseregion nær utløpsrørregionen D.

Dessuten, DEPFET-strukturen i denne eksempelutførelse har en utløpsrør-/fjerningsregion DCG fra en MOS-struktur, utløpsrør-/fjerningsregionen DCG grenser umiddelbart til fjerningskontakten CL og til utløpsrørregionen D.

Og også med denne eksempelutførelse, muliggjør utløpsrør-side oppstillingen av fjerningskontakten CL en fjerning av signalelektronene samlet i den indre sluseregion IG med en relativt lav nivåfjerningsspenning fordi signalelektronene i løpet av sugingen ikke må overvinne potensialbarrieren produsert av kilderegionen S og/eller utløpsrørregionen D.

Figurene 4a og 4b viser en ytterligere eksempelutførelse av en ringformet DEPFET-struktur i henhold til oppfinnelsen som korresponderer i stor utstrekning med eksempelutførelsen som beskrevet over og som beskrevet i Figurene 3a og 3b. For å unngå gjentakelser, er referanse gitt i stor utstrekning til beskrivelsen som presentert over og, i det følgende, er de samme referansenumre brukt for korresponderende komponenter.

Et spesielt kjennetegn på denne eksempelutførelse ligger i den strukturelle konfigurasjonen av sluseregionen G som er formet som en flat n-dopet region.

Et ytterligere kjennetegn på denne eksempelutførelse ligger i kjennsgjerningen at kanalen K ikke er ført direkte opp til fjerningskontakten CL, men at den opprettholder en forhåndsspesifisert spalte fra denne. På denne måte er den elektriske feltstyrke i periferien av fjerningskontakten CL redusert. Av den samme grunn er også utløpsrør-/fjerningsregionen DCG her trukket litt tilbake fra fjerningskontakten CL.

Figurene 5a og 5b viser en eksempelutførelse av en ringformet DEPFET-struktur i henhold til oppfinnelsen som også korresponderer i stor utstrekning med eksempelutførelsen som beskrevet over og som beskrevet i Figurene 3a og 3b. For å unngå gjentakelser er referanser i stor utstrekning gitt til beskrivelsen som presentert over og, i det følgende, er de samme referansenumre brukt for korresponderende komponenter.

Et spesielt kjennetegn på denne eksempelutførelse ligger i kjennsgjerningen at en ytterligere utløpsrørregion Dl er imøtesett i tillegg til utløpsrørregionen D, de to utløpsrørregioner D, Dl grenser umiddelbart til den ringformede sluseregion G. Den direkte føring av utløpsrørregionene D, Dl opp til sluseregionen G har fordelen at en overgang av disse regioner med trykte ledere av tilfeldige spenninger er mulig uten å ha en hvilken som helst vesentlig påvirkning på egenskapene til DEPFET-strukturen. På denne måte er den sentralt lokaliserte fjerningskontakt CL forbundet med en linjeoverføring LI mens utløpsrørregionen D er forbundet med en linjeoverføring L2. Figurene 6a og 6b viser en komplett driftdetektor med flere ringelektroder RI, R2, R3 for produksjonen av et driftfelt i halvlederlegemet HK, en DEPFET-struktur som er sentralt lokalisert i driftdetektoren, som ble beskrevet over med referanse til Figurene 3a og 3b. Med hensyn til videre strukturell konfigurasjon og funksjonsmodusen til driftdetektoren, og for hensikten av å unngå gjentakelser, er referanse gitt til trykksaken anført over L. STRUDER: "Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A", Vol. 454, 2000, DE 34 27 476 Al så vel som i DE 102 13 812 Al, hvor innholdet av denne trykksak skal bli tilskrevet i sitt hele omfang til beskrivelsen presentert over. Figurene 7a og 7b viser til slutt en alternativ eksempelutførelse av en slik driftdetektor som vesentlig korresponderer med driftdetektoren som beskrevet over og som vist i Figurene 6a og 6b. For å unngå gjentakelser, er referanse gitt til den relevante beskrivelse og, i det følgende, er de samme referansenumre brukt for korresponderende komponenter.

Et spesielt kjennetegn på denne eksempelutførelse ligger i kjennsgjerningen at fire separate fjerningskontakter plassert fra hverandre er imøtesett. Dette gir fordelen til effekten at gjennomsnittsspalten mellom signalelektronene som skal suges vekk fra den indre sluseregion IG og de respektive nærest-lokaliserte fjerningskontakter er redusert. Dette muliggjør kortere fjerningstider.

I tillegg til dette muliggjør oppstillingen av kilderegionen S i sentrum av den ringformede struktur en reduksjon av den indre sluseregion IG. som forsterkningen og støy reaksjonen er forbedret gjennom.

Figurene 8a og 8b viser en ytterligere eksempelutførelse av en ringformet DEPFET-struktur i henhold til oppfinnelsen som også i stor utstrekning korresponderer med eksempelutførelsen som beskrevet over og som beskrevet i Figurene 3a og 3b. For å unngå gjentakelser, er referanse gitt i stor utstrekning til beskrivelsen som presentert over og, i det følgende, er de samme referansenumre brukt for korresponderende komponenter.

Sammenlignet med eksempelutførelsen i henhold til Figurene 3a og 3b, har denne eksempelutførelse, likevel, hovedsakelig tre forskjeller som er kort beskrevet som følger.

En forskjell er at utløpsrørregionen D er utvekslet med kilderegionen S. Denne utveksling kan være fordelaktig for å tilpasses til et eksternt elektronisk system.

En annen forskjell er at, istedenfor utløpsrør-/fjerningsregionen DCG, er en kilde-/fjerningsregion SCG imøtesett som, likevel, hovedsakelig har den samme funksjonen som utløpsrørVfjerningsregionen DCG med eksempelutførelsen i henhold til Figurene 3a g 3b.

Dessuten, kilde-/fjerningsregionen SCG kan med denne eksempelutførelse bli gitt med en i tillegg overflate-nær innpoding SD, innpodingen SD er p-dopet. Den i tillegg overflate-nære doping SD medfører en endring av SCG-spenninger som påkrevd for operasjonen av strukturen. Disse kan derpå bli brakt inn i en mer gunstig region. Dette er spesielt nødvendig for anrikningstyper fordi ellers krever de positive ladninger som oppstår med silisium i den strømbærende betingelse en høy negativ spenning i SCGen. Det er, selvsagt, også mulig å utføre en analog handling for sluseregionen.

Figurene 9a og 9b viser en ytterligere eksempelutførelse av en ringformet DEPFET-struktur i henhold til oppfinnelsen som også korresponderer i stor utstrekning med eksempelutførelsen som beskrevet over og som beskrevet i Figurene 8a og 8b. For å unngå gjentakelser, er referanse gitt i stor utstrekning til beskrivelsen som presentert over og, i det følgende, er de samme referansenumre brukt for korresponderende komponenter.

En forskjell motsatt av eksempelutførelsen i henhold til Figurene 8a og 8b ligger i kjennsgjerningen at kilderegionen S og utløpsrørregionen D ikke er utvekslet. Derfor, kilderegionen S og utløpsrørregionen D er her oppstilt på samme måte som i eksempelutførelsen i henhold til Figurene 3a og 3b.

Følgelig er også ingen kilde-/fjemingsregion imøtesett, men isteden en utløpsrør-/fjerningsregion DCG som i eksempelutførelsen i henhold til Figurene 3a og 3b.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de foretrukne eksempelutførelser som beskrevet over. Faktisk er et mangfold av varianter og utvidelser mulige som også kan bruke den oppfinnsomme tankelinje og er derfor innenfor det beskyttende anvendelsesområde.

Claims (28)

1. Halvlederstruktur, spesielt i en halvlederdetektor, med - et svakt dopet halvledersubstrat (HK) av en første eller andre dopings type, - en høyt dopet utløpsrørregion (D, Dl) av en andre dopings type, lokalisert i en første overflate av halvledersubstratet (HK), - en høyt dopet kilderegion (S) av den andre dopings type, lokalisert i den første overflate av halvledersubstratet (HK), - en kanal (K) som strekker seg mellom kilderegionen (S) og utløpsrørregionen (D, Dl), - en dopet indre sluseregion (IG) av den første dopings type, lokalisert i halvledersubstratet (HK), i det minste delvis under kanalen (K), og - en fjerningskontakt (CL) for fjerning av ladningsbærere fra den indre sluseregion (IG), karakterisert vedat den indre sluseregion (IG) i halvledersubstratet (HK) strekker seg i det minste delvis opp til fjerningskontakten (CL) og at en dopet skjermingsregion (CSH) av den andre dopings type er lokalisert i halvledersubstratet (HK), under fjerningskontakten (CL), som elektrisk avskjermer fjerningskontakten (CL).

2. Halvlederstruktur i henhold til krav 1,karakterisert vedat fjerningskontakten (CL) er lokalisert på utløpsrørsiden relativt til kilderegionen (S).

3. Halvlederstruktur i henhold til krav 1 eller 2,karakterisert vedat fjerningskontakten (CL) er lokalisert i det minste delvis mellom kilderegionen (S) og utløpsrørregionen (D, Dl).

4. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert vedat en utløpsrør-/fjerningsregion (DCG), som kan bli selektivt aktivert som en hjelpefjerningskontakt eller som et utløpsrør, grenser til fjerningskontakten (CL) og til utløpsrørregionen (D, Dl) eller er ført nært til utløpsrørregionen (D, Dl).

5. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av kravene 1 til 3,karakterisert vedat en kilde-/fjerningsregion (SCG), som kan bli selektivt aktivert som en hjelpefjerningskontakt eller som en kilde, grenser til fjerningskontakten (CL) og til kilderegionen (S) eller er ført nært til kilderegionen (S).

6. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert vedat den indre sluseregion (IG) i halvledersubstratet (HK) strekker seg fra kilderegionen (S) opp til utløpsrørregionen (D, Dl).

7. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 5,karakterisert vedat den indre sluseregion (IG) i halvledersubstratet er lokalisert i det minste delvis under utløpsrørregionen (D, Dl) og fjerningskontakten (CL) og er plassert atskilt fra kilderegionen (S).

8. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert vedat kanalen (K) umiddelbart grenser til fjerningskontakten (CL).

9. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av kravene 1 til 7 ,karakterisert vedat kanalen (K) strekker seg til fjerningskontakten (CL) opp til en forhåndsspesifisert avstand.

10. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foreaående krav,karakterisert vedat utløpsrørregionen (D, Dl) er delt opp inn i flere delvise regioner som er plassert atskilt fra hverandre.

11. Halvlederstruktur i henhold til krav 10,karakterisert vedat en første delvis region av utløpsrørregionen (D, Dl) er direkte forbundet, mens en andre delvis region av utløpsrørregionen (D, Dl) er forbundet som et inversjonslag under utløpsrør-/fjerningsregionen (DCG).

12. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert veden første linjeoverføring (L2) for å forbinde utløpsrørregionen (D,D1).

13. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert veden andre linjeoverføring (LI) for å forbinde fjerningskontakten.

14. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert vedat en lukket og/eller ringformet sluseregion (G) er imøtesett for styringen av kanalen (K).

15. Halvlederstruktur i henhold til krav 14,karakterisert vedat fjerningskontakten (CL) og/eller utløpsrørregionen (D, Dl) og/eller utløpsrør-/fjerningsregionen (DCG) er lokalisert innenfor sluseregionen (G), mens kilderegionen (S) er lokalisert på utsiden av sluseregionen (G).

16. Halvlederstruktur i henhold til krav 14,karakterisert vedat fjerningskontakten (CL) og/eller utløpsrørregionen (D, Dl) og/eller utløpsrør-/fjerningsregionen (DCG) er lokalisert på utsiden av sluseregionen (G), mens kilderegionen (S) er lokalisert innenfor sluseregionen (G).

17. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst av kravene 14 til 16,karakterisert vedat utløpsrør-/fjerningsregionen (DCG) grenser til hele periferien til sluseregionen (G).

18. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst av kravene 14 til 17,karakterisert vedat sluseregionen (G) kun grenser til en del av periferien på utløpsrør-/fjerningsregionen (DCG) og med resten av periferien på en dopet region av andre dopings type som er forbundet til utløpsrørregionen (D, Dl) og/eller grenser mot utløpsrørregionen (D, Dl).

19. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert vedat fjerningskontakten (CL) er delt opp inn i flere deler.

20. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert vedat en region (RK) av den andre dopings type er lokalisert i en andre overflate av halvledersubstratet (HK) med henblikk på å uttømme halvledersubstratet (HK).

21. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert vedat den første dopings type er n-dopet, mens derimot den andre dopings type er p-dopet.

22. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av kravene 1 til 20,karakterisert vedat den første dopings type er p-dopet, mens derimot den andre dopings type er n-dopet.

23. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert vedat halvledersubstratet (HK) er silisium.

24. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert vedat utløpsrør-/fjerningsregionen (DCG) er en MOS-region.

25. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert veddannelsen som uttømmingstype med tilleggskanal innpoding.

26. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav,karakterisert veddannelsen som anrikningstype uten tilleggskanal innpoding.

27. Halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av kravene 4 til 26,karakterisert vedat utløpsrør-/fjerningsregionen (DCG) eller kilde-/fjerningsregionen (SCG) på undersiden har en overflate-nær innpoding (SD) av den andre dopings type.

28. Detektor, spesielt en driftdetektor, med en halvlederstruktur i henhold til et hvilket som helst et av de foregående krav.