WO1999012206A1 - Mehrfarbensensor - Google Patents

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WO1999012206A1
WO1999012206A1 PCT/DE1998/002598 DE9802598W WO9912206A1 WO 1999012206 A1 WO1999012206 A1 WO 1999012206A1 DE 9802598 W DE9802598 W DE 9802598W WO 9912206 A1 WO9912206 A1 WO 9912206A1
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Helmut Stiebig
Dietmar Knipp
Joachim FÖLSCH
Heribert Wagner
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Forschungszentrum Jülich GmbH
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Definitions

  • the TCO layers between the individual diodes can be partially or completely dispensed with, as they have a significantly higher conductivity and, on the other hand have a significantly longer etching rate (eg regarding reactive ion etching) than a-Si: H layers.
  • the middle diode of a four-terminal component can then be read out under a positive or negative voltage depending on the application.
  • the parallel reading process is not affected by this.
  • the adjustable green sensitivity offers a further possibility for optimization.
  • the additionally inserted layers result in degrees of freedom in the design of the structure, so that the spectral sensitivity can be more adapted to a standard RGB signal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrfarbensensor mit eine Mehrzahl von Diodenfunktionen enthaltender Schichtenfolge mit p- und n-dotierten Schichten. Dabei sind leitfähige transparente Kontaktschichten eingebaut. Dabei können pin-, nip-, npin- und/oder pnip-Strukturen zur Bildung der Diodenfunktionen vorgesehen sein.

Description

B e s c h r e i b u n g
Mehrf arbensensor
Die Erfindung betrifft einen Mehrfarbensensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Desweiteren betrifft die Erfindung ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Als Stand der Technik sind Zwei-Terminalbauelemente bekannt. Diese optoelektronischen Bauelemente enthalten dazu zwei Kontakte (Terminals) mit einer zwischenliegenden p-n-Halbleiterstruktur zur Ausbildung eines Pho- tostroms bei Lichteinfall. Nachteilig muß die Spannung geschaltet werden, so daß das Rot-Grün-Blau (RGB) -Signal zeitlich nur sequentiell ermittelt werden kann.
Einerseits ist in diesem Zusammenhang eine nipin- Schichtstruktur als photoempfindliches elektrisches
Bauelement mit zwei aussenliegenden Kontakten auf der Basis von amorphem Silizium bereits aus US-Patent 53 11 047 bekannt. Andererseits wurde in DE 196 13 820.5-33 eine piiin-Struktur als photoempfindliches elektrisches Bauelement mit zwei aussenliegenden Kontakten auf der Basis von amorphem Silizium vorgeschlagen.
Zudem sind als Stand der Technik Drei-Terminalbauelemente bekannt. Erste Vorschläge zur Bildung einer pin/TCO/nipin-Struktur als Drei-Terminalbauelement wurden in M. Topic, F. Smole, J. Furlan, . Kusian, J. of Non-Cryst. Solids 198-299 (1996) 1180-1184 bereits pu- bliziert. Auch hier muß jedoch nachteilig die Spannung sequenziell geschaltet werden.
Schließlich sind sogenannte Charge Coupled Devices (CCD) bekannt, bei denen jedoch nachteilig der Farb- Moiree-Effekt die digitale Signalaufnahme erschwert.
Bei den genannten Strukturen zur Bildung solcher Zweioder Drei-Terminalbauelemente kann die Absorberschicht der einzelnen Diode in Abhängigkeit der zu beabsichtigten Farbseparation entsprechend eingestellt werden.
Die bisher bekannten vertikal integrierten Farbdetektoren basieren darauf, daß sequentiell die am Detektor anliegende Spannung gewechselt werden muß um die komplette Farbinformation zu erhalten. Hierzu sind wenigstens drei oder sogar mehr Schaltspannungen erforderlich .
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung einen Mehrfarbensensor in Dünnschichttechnologie zu schaffen, wobei ein sequentieller Wechsel der am Detektor anliegenden Spannung zur Erhaltung der vollständigen Farbinformation nicht erforderlich ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Mehrfarbensensor gemäß der Gesamtheit der Merkmale nach Anspruch 1. Weitere zweckmäßige oder vorteilhafte Ausführungsformen finden sich in den auf diesen Anspruch rückbezogenen Unteransprüchen. Die Aufgabe wird erfindungsmäßig so gelöst, daß ein Bauelement aus einer Mehrzahl, vorzugsweise drei Stück, von schichtförmig gebildeten Diodenfunktionen, beispielsweise pin-, nip-, npin- und / oder pnip-Dioden- funktionen gebildet sein, die senkrecht zur Lichteinfallsrichtung angeordnet und miteinander verbunden sind.
Im einzelnen handelt es sich beim erfindungsgemäßen Bauelement vor allem um ein solches auf der Basis von amorphem Silizium und dessen Legierungen, microkristallinem Silizium und dessen Legierungen sowie u.u. transparenten leitfähigen Kontaktschichten. Die erfindungsgemäße Schichtenfolge sowie das erfindungsgemäße Bauelement ermöglichen ein gleichzeitiges (paralleles) Auslesen der Photoströme der vertikal integrierten Dioden, sodaß an ein und dem selben Ort (in einer Array- Anordnung als Pixel bezeichnet) mehrere Farbsignale gleichzeitig, beispielsweise als vollständiges Rot- Blau-Grün (RGB) -Signal detektiert werden können. Die spektrale Empfindlichkeit dieses Bauelements kann durch ein geeignetes Design der einzelnen Diodenfunktionen durch einstellen bestimmter Parameter wie zum Beispiel die jeweilige Schichtdicke, vom nahen Ultravioletten bis zum nahen Infraroten Bereich eingestellt werden.
Die Erfindung basiert darauf, ein Bauelement zu entwik- keln, daß durch eine dreidimensionale Integration eine vertikale Farbdetektion erlaubt, wobei die komplette Farbinformation je Pixel parallel auslesbar ist. Da die in Lichteinfallsrichtung vorgeschalteten Diodenfunktionen den darunter liegenden Diodenfunktionen als Absor- ber dienen, erübrigt sich in vorteilhafter Weise den Einsatz weiterer optischer Filter.
Zur Realisierung von beispielsweise einem erfindungsge- mäßen 4-Terminal-Bauelement muß die optische Absorption der einzelnen Dioden mit zunehmender Eindringtiefe und Wellenlänge der Photonen des eingestrahlten Lichtes zunehmen. Das Detektionskonzept basiert darauf, daß in der ersten Diode das kurzwellige Licht (z.B. blaues Licht) und in der hinteren Diode langwelliges Licht absorbiert wird, dies gilt unabhängig von der gewählten Schichtstruktur der Einzeldioden (z.B. nip, nipin, npin, pinip, pnip, oder pin) .
Durch die Berücksichtigung von npin- oder pnip-
Diodenstrukturen kann auf beiden Seiten einer transparenten Kontaktschicht jeweils eine dotierte Halbleiterschicht, insbesondere als p-dotierte oder n-dotierte Schicht angeordnet sein. Somit wird über die leitfähige Kontaktschicht, die vorzugsweise als TCO-Schicht gebildet ist oder aus mikrokristallinem p- oder n-leitendem Material besteht, nur eine Ladungsträgersorte injiziert oder eingesammelt werden, da am folgenden p/n- oder n/p-Heteroübergang der Ladungsträgerwechsel stattfin- det.
Durch den Übergang von einem Zwei-Terminal zu einem Vier-Terminal-Bauelement können alle drei RGB-Signale gleichzeitig - und damit nicht sequenziell - ausgelesen werden. Der erfindungsgemäße Mehrfachsensor und das erfindungsgemäße Bauelement weisen den Vorteil auf, durch die vertikale Integration des Bauelements bei gleichzeitiger Detektion des aufzunehmenden Signals (zur Detektion von z.B. der Farben Blau, Grün und Rot) der Farb-
Moiree-Effekt vermieden wird (wie bei Verwendung von CCD-Kameras durch die Verwendung von räumlich angeordneten Farbfilter üblich) . Zudem kann dabei in vorteilhafter Weise mit Hilfe einer sogenannten One-shot-Auf- nähme ein hinsichtlich der Farberfassung vollständiges Signal zur digitalen Bildverarbeitung zur Verfügung gestellt werden.
Die Erfindung ist im weiteren an Hand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1: Schematische Darstellung eines vertikal integrierten erfindungsgemäßen Farbdetektors aus amorphem oder mikrokristallinem Silizium mit 3
Diodenfunktionen, bei dem die Grundfarben Blau, Grün und Rot parallel auslesbar sind;
Fig. 2: Relative spektrale Empfindlichkeit eines erfindungsgemäßen 4-Terminal-Bauelernents;
Fig. 3: Defektdichte Np als Funktion des optischen Bandabstandes für a-Si]__xGex : H; In der Einfügung ist der optische Bandabstand als Funktion des Ge-Gehaltes im Material dargestellt; Fig. 4: Photo- (AM 1.5) und Dunkelleitfähigkeit als Funktion des optischen Bandabstandes für a-
Figure imgf000008_0001
Fig. 5: Ambipolare Diffusionslänge Lamj3_ als Funktion des optischen Bandabstandes für a-Si _xGex : H, zum Vergleich mit Werten aus der Literatur [3, 4, 5];
Fig. 6: Photoleitfähigkeit als Funktion des optischen Bandgaps für a-SiC:H, hergestellt aus einem
Silan/Methan-Gemisch, mit und ohne WasserstoffVerdünnung (Kreise aus [6] und Quadrate aus [2] ;
Fig. 7: Schematischer Aufbau eines erfindungsgemäßen
4-Terminal-Bauelements auf der Basis einer pi- nipin-Struktur mit mikrokristallinen Kontaktschichten;
Fig. 8a: Draufsicht eines schematischen Aufbaus einer invertiert ausgebildeten erfindungsgemäßen Detektorstruktur eines 4-Terminal-Bauelements; Fig. 8b: Schnitt durch einen schematischen Aufbau einer invertiert ausgebildeten erfmdungsgemaßen Detektorstruktur eines 4-Termmal-Bauelements;
Fig. 9: Schematische Darstellung eines erfmdungsgemaßen 2D-Arrays mit Hilfe von aus den Figuren 8a, 8b entnehmbaren, jeweiligen 4-Termmalbau- elementen zur gleichzeitigen Generation eines RGB-Signals;
Ausfuhrungsbeispiel
In der Figur 1 ist die schematische Darstellung eines vertikal integrierten Farbdetektors aus amorphem oder mikrokristallinem Silizium mit drei Dioden gezeigt, bei dem die Grundfarben (Blau, Grün, Rot) parallel ausgelesen werden können.
Der m der Figur 1 gezeigte schematische Aufbau der er- fmdungsgemaßen Detektorstruktur besteht dabei aus drei Dioden zur Erzeugung eines RGB-Signals, die auf einem Glassubstrat hergestellt wurden. Auf dem transparenten Frontkontakt, der z.B. mittels einer ZnO-, Sn02- oder ITO-Schicht gebildet werden kann, wird eine erste Detektorstruktur (Top-Diode) abgeschieden, welche blaues Licht absorbiert. Anschließend erfolgt das Aufbringen eines weiteren transparenten Kontaktes (z.B. ZnO-, Sn02- oder ITO-Schicht) , auf dem ebenfalls eine farbse- lektive Diode (Middle-Diode) abgeschieden wird. Die Diode detektiert grünes Licht. Diese Anordnung wiederholt sich für die dritte Diode (Bottom-Diode), die das langwellige Licht des Spektrums (Rot) absorbiert.
In der Figur 2 ist die spektrale Empfindlichkeit eines 4-Terminal-Bauelements in einer pin/nip/pin-Anordnung mit der maximalen spektralen Empfindlichkeit der Topdiode bei 450 nm, der Middlediode bei 565 nm und der Bottomdiode bei 640 nm dargestellt.
Für den Fall, daß mehr als drei Dioden realisiert werden, kann sich dieser Vorgang entsprechend wiederholen. Abgeschlossen wird das Detektorsystem durch einen Rück- kontakt. Die Strukturierung der Multischicht-Struktur kann beispielsweise mittels Standardphotolithographie und reaktivem Ionenätzen erfolgen.
Dabei können die einzelnen Dioden von der Lichtsein- fallsrichtung zum Rückkontakt in einer beliebigen Kombination der Einzeldioden angeordnet werden. Beispielsweise läßt sich für ein 4-Terminalbauelement zum Beispiel die Schichtaufbauten nip/nip/nip, pin/pin/pin, pin/nip/pin, nip/pin/nip oder eine andere Kombination aus pin/npin/npin/ oder pin/npin/nip usw. realisieren.
Die spektrale Empfindlichkeit der einzelnen Dioden kann durch die Verwendung von Material mit unterschiedlichem Bandgap, Verwendung eines entsprechenden Bandlückende- signs der Absorberschichten (beispielsweise u-form, v- form Gradierung der Bandlücke innerhalb der Absorberschicht wie zum Beispiel a-SixGex:H, Wasserstoffkonzen- tration oder der Einsatz von einem Buffer, Variation der einzelnen Schichtlängen der aktiven Absorberschichten als auch der nicht aktiven Kontaktschichten (n- und p-Schichten) entsprechend den Anforderungen angepaßt werden.
Basierend auf den vorangenannten Optimierungskriterien können die Absorberschichten der einzelnen Dioden so gewählt sein, daß das Produkt aus Schichtdicke und Wel- lenlänge mit ansteigender Wellenlänge von der Lichteinfallsrichtung bis zum Rückkontakt in der jeweiligen aufeinanderfolgenden Schicht zunehmend ausgebildet ist.
Die optoelektronischen Eigenschaften der erfin- dungsgemäßen Schichtenfolge, des Sensors bzw. des Bauelements lassen sich durch folgende Maßnahmen verändern :
a) Einbau von Germanium oder Kohlenstoff in das amor- phe Siliziumnetzwerk (a-SiGe:H, a-Si(C):H ; b) Zugabe von Wasserstoff bzw. Variation der Wasserstoffkonzentration bei den Prozeßgasen sowohl für a-Si:H als auch für dessen Legierungen (Punkt a) ; c) Einbau von mikrokristallinen Schichten auf der Ba- sis von Silizium und Germanium;
d) Einbau von Schichten mit hoher WasserstoffVerdünnung und niedriger Abscheidetemperatur (Ts = 120- 160°C) . Zum Einfluß der Herstellungsbedingungen auf die Transporteigenschaften von a-Si:H basierenden Legierungen im Rahmen der Erfindung wird folgendes ausgeführt:
Bei amorphem Silizium (a-Si:H) lassen sich die optoelektronischen Eigenschaften durch Variation der Herstellungsbedingungen beeinflussen. Beispielsweise kann die Materialqualität durch Variation des Depositions- drucks, der Temperatur, der zugeführten elektrischen Leistung oder durch geeignete Beigabe von zusätzlichen Prozeßgasen (wie zum Beispiel Wasserstoff, Helium, Argon oder Fluor) bei der Schicht-Deposition verändert werden. Dies bedeutet, daß die Ladungsträger- Transporteigenschaften (d.h. das Produkt aus Ladungs- träger-Lebensdauer und Ladungsträger-Beweglichkeit sowie die ambipolare Diffusionslänge) über einen gewissen Bereich gezielt eingestellt werden können.
Bei den Legierungen des amorphen Siliziums, wie z. B. den Silizium-Germanium- (a-Si]__xGex : H) und den Silizium- Kohlenstoff-Legierungen (a-Si]__xCx : H) , ändern sich die
Transporteigenschaften zum Teil sehr stark, schon mit der Zusammensetzung der jeweiligen Legierung. Dieses Verhalten ist am Beispiel der Silizium-Germanium-Legie- rung in den Figuren 3 bis 5 dargestellt. Mit zunehmendem Germaniumgehalt läßt sich der optische Bandabstand kontinuierlich zwischen Eg « 1,8 eV (a-Si:H) und EQ «
1,0 eV (a-Ge:H) einstellen (siehe Einfügung Figur 3) . Mit zunehmender Ge-Konzentration steigt die Defekt- dichte, ermittelt mit dem Meßverfahren "Constant Photo- current Method", um bis zu zwei Größenordnungen an (Fi- gur 3, großes Bild) . Gleichzeitig verandern sich die Photo- und die Dunkelleitfahigkeit (siehe Figur 4) sowie die ambipolare Diffusionslange (siehe Figur 5) in Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung.
Die Photoleitfahigkeit ist proportional zum Produkt aus Ladungsträger-Lebensdauer τ und Beweglichkeit μ und spiegelt die Transporteigenschaften der Maj oπtatsla- dungstrager (hier: Elektronen) wieder. Die ambipolare Diffusionslange beschreibt für das hier vorliegende Material im wesentlichen Transporteigenschaften der Mino- ritatsladungstrager (hier: Locher).
Darüber hinaus können (wie beim a-Si:H) bei den Silizi- umlegierungen durch praparative Maßnahmen, insbesondere durch die Zugabe zusatzlicher Prozeßgase wahrend der Deposition, die Transporteigenschaften beeinflußt werden. Als Beispiel ist m Figur 6 für das Legierungssystem a-Siχ_xCx:H der Einfluß von Wasserstoffzugäbe ( "WasserstoffVerdünnung" ) zu den Prozeßgasen Silan
(S1H4; und Methan (CH4) dargestellt. Mit starker Was- serstoffverdunnung hergestelltes Material zeigt eine wesentlich größere Photoleitfahigkeit und damit höhere Werte für das μτ-Produkt als ohne H2-Zugabe deponiertes Material. Dieser Effekt nimmt mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt im Material stark zu. Das Verhältnis [H ] / ( [SiH4]+[CH4] ) kann dabei Werte von 10 bis 50 annehmen .
Eine weitere Möglichkeit im Rahmen der Erfindung Material mit größerem Bandgap und guten optoelektronischen Eigenschaften herzustellen, liegt in der Verwendung von hoher Wasserstoffverdünnung (vorzugsweise 4 - 30fach) und einer niedrigen Abscheidetemperatur (vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 120°C bis 160°C) . Unter diesen Depositionsbedingungen läßt sich im Rahmen der Erfindung eine Bandlücke im Bereich zwischen 1.8 eV und 1.95 eV einstellen.
Durch Verwendung von mikrokristallinen Kontaktschichten (n- und p-Schichten) kann gegebenfalls teilweise oder vollständig auf die TCO-Schichtem zwischen den einzelnen Dioden (z.B. pin/TCO/pin/TCO/pin) verzichtet werden, da sie eine deutlich höhere Leitfähigkeit und andererseits eine deutlich längere Ätzrate (z.B. bzg. re- aktivem Ionenätzen) als a-Si : H-Schichten besitzen.
Eine solche erfindungsgemäße Anordnung, wie in Figur 7 als pinipin-Struktur mit mikrokristallinen Kontaktschichten dargestellt ist, führt ebenfalls zu einer möglichen Kontaktierung der einzelnen Dioden. Wie aus der Figur 7 entnehmbar wurde die innenliegende p- Schicht zur Ausbildung als innenliegenden Kontakt (Terminal) durch geeignete Strukturierung teils freiliegend ausgebildet um die Kontaktierung zu ermöglichen. Auf- grund der unterschiedlichen Selektivität von mikrokristallinem und amorphem Silizium während des Atzprozesses läßt sich das Dünnfilmbauelement strukturieren und somit realisieren. Diese Struktur bietet neben der in Figur 1 vorgeschlagenen Anordnung den Vorteil, daß auf die TCO-Schichten verzichtet und somit die Anzahl an dotierten Schichten reduziert werden kann. Dadurch dann eine Vereinfachung des Aufbaus erreicht werden. Aufwendigere Mehr-Terminal-Strukturen, bei denen komplexere Schichtfolgen wie z.B. nipin- oder pinip-Dioden zwischen den transparenten Kontakten eingebettet wer- den, erlauben zwar die Detektion unabhängiger linearer spektraler Verläufe, die für eine Weiterverarbeitung erforderlich sind, aber das Bauelement kann nicht parallel ausgelesen werden, es sei denn, man realisiert n > 3 Dioden und nutzt die einstellbare spektrale Em- pfindlichkeit einer Diode applikationsspeziefisch . Je nach Anwendung läßt sich die spektrale Empfindlichkeit entsprechend einstellen. Während eines Auslesezyklusses muß jedoch gewährleistet sein, daß man ein RGB-Signal ohne Wechsel der an den Detektor angelegten Spannung ausgelesen werden kann.
Als Beispiel ist es vorstellbar, die Middle-Diode eines Vier-Terminal-Bauelements als pinip-Struktur realisieren. Diese Stuktur kann dann jeweils anwendungsbezogen unter einer positiven oder negativen Spannung ausgelesen werden. Der Vorgang des parallelen Auslesens ist hiervon nicht betroffen. Eine solche Struktur bietet neben der einstellbaren grün Empfindlichkeit eine weitere Optimierungsmöglichkeit. Durch die zusätzlich ein- gefügten Schichten ergeben sich Freiheitsgrade im Design der Struktur, so daß die spektrale Empfindlichkeit mehr an ein Standard RGB-Signal angepaßt werden kann. Diese Möglichkeiten liegen im Bereich der optischen Anpassung und der Auskopplung von bestimmten Spektralbe- reichen des einfallenden Lichts. Alternativ zu einer erfindungsgemäßen Detektorstruktur, welche auf einem Glassubstrat mit einem leitfähigen transparenten Frontkontakt deponiert werden kann, läßt sich das Multischichtsystem auch auf unterschiedlichen Substraten (z.B. Ag, AI, oder einem Siliziumwafer, der z.B. die Ausleseelektronik enthalten kann) invertiert abgescheiden .
Die Figur 8 zeigt einen möglichen schematische Aufbau einer invertiert hergestellten Detektorstruktur in
Draufsicht (Abb. 8a) und einem Schnitt durch die Mul- tischichtstruktur (Abb. 8b) . Beispielsweise kann auf einen elektronischen Schaltkreis auf der Basis kristallinem Siliziums, der durch einen strukturierten Isolator von dem Dünnfilmdetektorsystem getrennt wird, das Detektorsystem deponiert werden. Nach der Strukturierung des amorphen oder mikrokristallinen Schichtsystems wird eine weitere Isolationsschicht (Si02, SiNx oder Polymid) in einem PECVD-Prozeß aufgebracht und ebenfalls strukturiert. Die Realisierung der Kontakte zwischen den einzelnen Detektor und der Ausleseelektronik erfolgt mittels einer Metallisierung (z.B. Ag) , die in einem Lift-off Prozeß strukturiert wird. Neben der Realisierung eines einzelnen Detektors kann auch ein Zeilensensor oder ein 2-dimensionales Array mit diesen Bauelementen realisiert werden. Die mögliche Realisierung eines 2D-Arrays ist schematisch in Figur 9 dargestellt. Literaturliste
[3] W. Luft, Y.S. Tsuo in: Hydrogenated Amorphous Sili con Alloy deposition processes, Marcel Dekker Inc., New York, Basel, Hong Kong, (1993) .
[4] G.H. Bauer, C.E. Nebel and H.-D. Mohring, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 118, 679 (1988).
[5] L. Yang, L. Chen, A. Catalano, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 219, 259 (1991) . [6] J. Fölsch, Dissertation, Universität Stuttgart
1995, in: Berichte des Forschungszen trums Jul ich, Jül- 3147 (1995)

Claims

Patentansprüche
1. Mehrfarbensensor mit eine Mehrzahl von Diodenfunktionen enthaltender Schichtenfolge, wobei diese Diodenfunktionen voneinander getrennt sind durch jeweils eine leitfähige Kontaktschicht, wobei durch Berücksichtigung eines zusätzlichen n/p- oder p/n-Heteroüberganges nur eine Ladungsträgersorte über den innenliegenden Kontakt eingesammelt oder iniziiert wird.
2. Mehrfarbensensor mit eine Mehrzahl von Diodenfunktionen enthaltender Schichtenfolge, wobei diese Diodenfunktionen voneinander getrennt sind durch jeweils eine leitfähige Kontaktschicht, wobei eine weitere Schicht zwischen dieser Kontaktschicht und der ihr benachbarten Diodenfunktion zur Bildung eines zusätzlichen n/p- oder p/n-Heteroübergangs vorgesehen ist, die bewirkt, daß nur eine einzige Ladungsträgersorte über den innenliegenden Kontakt eingesammelt oder iniziiert wird.
3. Mehrfarbensensor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch pin-, nip-, npin- und / oder pnip-Strukturen zur Bildung der Diodenfunktionen.
Mehrfarbensensor nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch vier Kontaktschichten zur Bildung einer RGB-Empfindlichkeit .
5. Mehrfarbensensor nach einem der vorangegangenen Patentansprüche 1 bis 4 mit eine Mehrzahl von Diodenfunktionen enthaltender Schichtenfolge mit p- und n-dotierten Schichten, dadurch gekennzeichnet daß die innenliegenden p- und n-dotierten Halbleiterschichten zur Kontaktschichtbildung mikrokristallin ausgebildet sind.
6. Mehrfarbensensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß für den Falle, daß innenliegend p- und n-Schichten banachbart ausgebildet sind ohne zwischen diesen beiden liegender i-Schicht oder i-Schichten ledig- lig jeweils eine der beiden p- und n-Schichten mikrokristallin ausgebildet ist.
7. Bauelement mit einem eine Mehrzahl von Mehrfarbensensoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche enthaltenden 2D-Array.
8. CCD enthaltende Videokamera mit einem Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
PCT/DE1998/002598 1997-08-28 1998-08-28 Mehrfarbensensor WO1999012206A1 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1050907A2 (de) * 1999-05-03 2000-11-08 Agilent Technologies Inc. Photosensorstruktur

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6731397B1 (en) * 1999-05-21 2004-05-04 Foveon, Inc. Method for storing and retrieving digital image data from an imaging array
WO2001018585A1 (fr) * 1999-09-08 2001-03-15 Olympus Optical Co., Ltd. Systeme optique de saisie d'images pour endoscope
DE10131608B4 (de) * 2001-06-29 2004-02-05 Forschungszentrum Jülich GmbH Photosensor für ein Durchlichtverfahren zur Detektion der Bewegungsrichtung von Intensitätsmaxima und Intensitätsminima einer optischen stehenden Welle
US6646318B1 (en) 2002-08-15 2003-11-11 National Semiconductor Corporation Bandgap tuned vertical color imager cell
US6727530B1 (en) 2003-03-04 2004-04-27 Xindium Technologies, Inc. Integrated photodetector and heterojunction bipolar transistors
JP4075678B2 (ja) * 2003-05-06 2008-04-16 ソニー株式会社 固体撮像素子
US6958194B1 (en) 2003-10-21 2005-10-25 Foveon, Inc. Imager with improved sensitivity
DE10352741B4 (de) 2003-11-12 2012-08-16 Austriamicrosystems Ag Strahlungsdetektierendes optoelektronisches Bauelement, Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung
JP2007027462A (ja) * 2005-07-19 2007-02-01 Sharp Corp 積層型カラーセンサ
JP5017989B2 (ja) * 2006-09-27 2012-09-05 ソニー株式会社 撮像装置、撮像方法
US7947941B2 (en) * 2006-11-01 2011-05-24 Finisar Corporation Photodiode having rounded edges for high electrostatic discharge threshold
US8203071B2 (en) 2007-01-18 2012-06-19 Applied Materials, Inc. Multi-junction solar cells and methods and apparatuses for forming the same
JP5101925B2 (ja) * 2007-05-18 2012-12-19 オリンパス株式会社 光電変換膜積層型固体撮像素子
JP5498670B2 (ja) * 2007-07-13 2014-05-21 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体基板の作製方法
US20090104733A1 (en) * 2007-10-22 2009-04-23 Yong Kee Chae Microcrystalline silicon deposition for thin film solar applications
JP2011503848A (ja) 2007-11-02 2011-01-27 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド 堆積プロセス間のプラズマ処置
US8471939B2 (en) * 2008-08-01 2013-06-25 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor having multiple sensing layers
US20110088760A1 (en) * 2009-10-20 2011-04-21 Applied Materials, Inc. Methods of forming an amorphous silicon layer for thin film solar cell application
JP2011135058A (ja) * 2009-11-30 2011-07-07 Honda Motor Co Ltd 太陽電池素子、カラーセンサ、ならびに発光素子及び受光素子の製造方法
US20110317048A1 (en) * 2010-06-29 2011-12-29 Aptina Imaging Corporation Image sensor with dual layer photodiode structure
US8872298B2 (en) 2010-07-01 2014-10-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Unit pixel array of an image sensor
US8816461B2 (en) * 2011-09-13 2014-08-26 The Boeing Company Dichromatic photodiodes
DE102013112882B4 (de) * 2013-11-21 2019-05-09 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungsempfängervorrichtung
FR3047002B1 (fr) * 2016-01-21 2020-01-31 Degremont Procede et dispositif de traitement d'eaux residuaires par oxydation

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4875944A (en) * 1987-09-17 1989-10-24 Fuji Electric Corporate Research And Development, Ltd. Amorphous photoelectric converting device
US5311047A (en) * 1988-11-16 1994-05-10 National Science Council Amorphous SI/SIC heterojunction color-sensitive phototransistor
WO1996013865A1 (de) * 1994-10-30 1996-05-09 Boehm Markus Drei-farbensensor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6394125A (ja) * 1986-10-08 1988-04-25 Yamatake Honeywell Co Ltd カラ−センサ
JPH0671097B2 (ja) * 1987-03-31 1994-09-07 鐘淵化学工業株式会社 カラ−センサ−
US5352920A (en) * 1988-06-06 1994-10-04 Canon Kabushiki Kaisha Photoelectric converter with light shielding sections
JP2765635B2 (ja) * 1991-01-11 1998-06-18 キヤノン株式会社 光電変換装置
US5298771A (en) * 1992-11-09 1994-03-29 Xerox Corporation Color imaging charge-coupled array with photosensitive layers in potential wells
US5738731A (en) * 1993-11-19 1998-04-14 Mega Chips Corporation Photovoltaic device
US6191465B1 (en) * 1994-01-10 2001-02-20 John Lawrence Freeouf Solid state radiation detector
DE19512493A1 (de) * 1995-04-04 1996-10-10 Siemens Ag Farbsensoranordnung
US5923049A (en) * 1995-08-31 1999-07-13 Cohausz & Florack Trichromatic sensor
US6043549A (en) * 1998-03-20 2000-03-28 Trw Inc. Responsivity photodetector

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4875944A (en) * 1987-09-17 1989-10-24 Fuji Electric Corporate Research And Development, Ltd. Amorphous photoelectric converting device
US5311047A (en) * 1988-11-16 1994-05-10 National Science Council Amorphous SI/SIC heterojunction color-sensitive phototransistor
WO1996013865A1 (de) * 1994-10-30 1996-05-09 Boehm Markus Drei-farbensensor

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CESARE DE G ET AL: "VARIABLE SPECTRAL RESPONSE PHOTODETECTOR BASED ON CRYSTALLINE/ AMORPHOUS SILICON HETEROSTRUCTURE", JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS, vol. 198/200, no. PART 02, 1 May 1996 (1996-05-01), pages 1189 - 1192, XP000621439 *
TOPIC M ET AL: "Stacked a-SiC:H/a-Si:H heterostructures for bias-controlled three -colour detectors", JOURNAL OF NON-CRYSTALLINE SOLIDS, vol. 198-200, May 1996 (1996-05-01), pages 1180-1184, XP004079646 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1050907A2 (de) * 1999-05-03 2000-11-08 Agilent Technologies Inc. Photosensorstruktur
JP2001007310A (ja) * 1999-05-03 2001-01-12 Agilent Technol Inc 複数光センサ構造

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Publication number Publication date
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