WO2014056749A1 - Auslesegate - Google Patents

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WO2014056749A1
WO2014056749A1 PCT/EP2013/070356 EP2013070356W WO2014056749A1 WO 2014056749 A1 WO2014056749 A1 WO 2014056749A1 EP 2013070356 W EP2013070356 W EP 2013070356W WO 2014056749 A1 WO2014056749 A1 WO 2014056749A1
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gates
semiconductor component
gate
node
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Holger Kraft
Tobias MÖLLER
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Pmdtechnologies Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device having a photoconductive semiconductor substrate and at least two modulation gates, wherein the modulation gates have a length and are arranged longitudinally parallel side by side on the substrate and wherein the modulation gates are configured to generate and vary a potential difference within the substrate at least between substrate sections, on which the modulation gates are arranged, wherein the semiconductor component is designed such that incident electromagnetic radiation can at least partially reach a substrate section between and below the modulation gates and generate charge carriers therein, wherein the semiconductor device has at least two readout gates, the readout gates having a length greater than its width and spaced apart longitudinally parallel to the modulating gates disposed between the readout gates and the readout gates are arranged to accumulate charge carriers in the substrate below the readout gates and to guide the accumulated charge carriers in the longitudinal direction of the readout gates.
  • the present invention also relates to a detector for distance measurement and a sensor for three-dimensional image acquisition.
  • Such semiconductor components with a photoconductive semiconductor substrate and at least two modulation gates are used in particular for distance measurement by means of transit time measurement of electromagnetic signals.
  • the distance measurement such semiconductor devices are used in particular in corresponding detectors.
  • sensors for three-dimensional image acquisition are used which have such detectors for distance measurement.
  • a semiconductor component for distance measurement comprising a photoconductive layer, at least two modulation gates and at least two readout electrodes connected to the photoconductive layer, the readout electrodes each having at least two discrete electrode sections spaced apart next to one another.
  • the readout electrodes each having at least two discrete electrode sections spaced apart next to one another.
  • at least two gates are additionally provided which surround the readout electrodes.
  • the transit time detection of an electromagnetic signal and thus a distance measurement takes place by detecting the amplitude and phase of the electromagnetic signal.
  • a general method for detecting the amplitude and phase of the electromagnetic signal is known from the prior art, for example from DE 198 21 974 A1.
  • the environment is acted upon by means of an emitter at a known position with intensity-modulated electromagnetic radiation and the radiation reflected by an object in the irradiated environment is detected by a detector.
  • a photonic mixer device is used which, for example, has a semiconductor component according to DE 10 2004 016 624 A1. Within the photoconductive layer, charge carriers are generated by the incident photons of the intensity-modulated reflected electromagnetic radiation.
  • a current or voltage signal proportional to the number of charge carriers generated and thus to the number of incident photons is read out.
  • the intensity modulated reflected electromagnetic radiation is superimposed by uncorrelated ambient radiation.
  • the modulation gates are biased with a modulated voltage. This voltage applied to the modulation gates generates a corresponding potential difference within the photoconductive semiconductor substrate and drives the generated carriers down the potential gradient toward the substrate portion below the lower potential modulation gate. These shifted charge carriers are read out via the nearest readout electrode.
  • the modulated voltage signal applied to the modulation gates is correlated as a reference signal in a phase-locked manner with the intensity modulation which has previously been impressed on the electromagnetic radiation to be detected.
  • equal frequencies are selected for the voltage modulation signal and the intensity modulation signal to simplify the evaluation.
  • the modulation signal can generally have any periodic, in particular, for example, a sinusoidal or quasi-periodic structure.
  • the modulation signals which are applied to the modulation gates preferably have one Phase shift of 180 ° to each other.
  • a voltage or current signal which is a function of the product of the number of charge carriers generated and the modulation voltage is measured via the readout electrodes.
  • the uncorrelated background radiation averages out statistically and the resulting difference signal is substantially proportional both to the intensity of the incident intensity-modulated electromagnetic radiation and to its phase shift relative to the modulation voltage. If the phase difference between the voltage modulation signal and the intensity modulation signal is known, the phase shift based on the path traveled by the reflected signal and the associated transit time can be determined.
  • At least two such semiconductor components or photonic mixing elements are used for a fast and efficient evaluation of the amplitude and phase information of the incident electromagnetic signal, wherein the modulation voltages at the modulation gates of the second element have a phase shift of 90 ° to the modulation voltages of the first element ,
  • a high charge carrier conversion efficiency is desirable for the most accurate possible signal evaluation, wherein the charge carrier conversion efficiency denotes the voltage component per charge carrier produced in a photosensitive material. Accordingly, a high charge carrier conversion efficiency leads to a large voltage signal per generated charge carrier and thus to the fact that even a small number of generated charge carriers leads to a voltage signal which is large enough to be detected by the readout electronics and further processed.
  • the object of the present invention is to further develop known semiconductor components of the type mentioned above such that they have improved sensitivity and, in particular, increased charge carrier conversion efficiency, and to provide these for the purpose of increasing sensitivity, in particular for rangefinding detectors and three-dimensional image sensing sensors.
  • the semiconductor device for each read-out gate has at least one readout node, wherein the readout node is arranged adjacent to the readout gate and arranged for reading the accumulated below the readout gate in the substrate charge carrier and wherein the minimum distance between at least one Point on the read-out gate and the selection node nearest this point is greater than half the channel length.
  • the readout nodes may be electrodes or diodes, and in particular pn diodes, wherein the photoconductive substrate consists, for example, of p-doped or n-doped silicon.
  • metal-semiconductor junctions with diode-like, non-ohmic characteristics as readout nodes are also conceivable, for example. It goes without saying that, depending on the substrate doping, both electrons and holes can serve as charge carriers to be read out.
  • a gate in the sense of the present invention is a structure by means of which a voltage signal can be applied to a semiconductor substrate without a current flowing between the gate and the semiconductor substrate.
  • a strip-shaped gate means a gate structure having a length which is greater than its width.
  • the longitudinal side of a gate is to be understood as meaning a side of the gate which extends substantially in the longitudinal direction of the gate, i. extends along the length of the gate.
  • a lateral side of a gate is to be understood as meaning a side of the gate that extends substantially in the transverse direction of the gate, i. extends along the width of the gate.
  • striped gates i. Both modulation gates and read gates each have a length that is greater than their width. In the case of very small pixels, however, an embodiment of the modulation gates may also be advantageous for reasons of space in which the length of the modulation gates is not greater than their width.
  • photocarrier-carrier-producing electromagnetic radiation can be applied to both the substrate top, i. the substrate side on which the modulation and readout gates are arranged, as well as on the substrate bottom, i. the side opposite the substrate top, come in.
  • the modulation gates are photogates, so that the incident electromagnetic radiation passes through the modulation gates into the substrate section between and below the same, where it generates photo-charge carriers.
  • the modulation gates may also be phototransmissive gate structures. Rather, it is decisive that the underside of the substrate or the back of the substrate is at least not shielded in a photonuclear manner in the section opposite the modulation gates.
  • a photocarrier in the sense of the present invention is a charge carrier which has been generated in the semiconductor substrate by an interaction of the substrate with photons and a photogate is understood as a gate which is at least partially transparent or transparent to electromagnetic radiation.
  • the maximum distance between the readout gates of the semiconductor device ie the maximum distance perpendicular to the longitudinal direction of the readout gates between two mutually facing, preferably mutually parallel side edge of the readout gates, represents the maximum distance of the photo charge carrier due to the shift by the modulation voltage on the direct way to Reaching the substrate portion must be traced below a readout gate, and is therefore also referred to as the channel length.
  • the use of at least one readout node per readout gate, the minimum distance between at least one point on the readout gate and the readout node closest to that point, i. the minimum distance between the selected point and the side edge of the readout node being greater than half the channel length allows the total area of the readout nodes to be significantly reduced, compared with the use of a plurality of discrete, closely spaced readout nodes.
  • the reduction of the readout node at the same time reduces the risk of crosstalk between the readout nodes and the modulation gates in the form of dark currents.
  • the risk of disturbing the readout node and thus the detected signal due to strong modulation signals is reduced.
  • both the readout nodes and the readout gates are disposed on the surface of the semiconductor substrate and thus cover a portion of the photoconductive surface.
  • the substrate sections below the readout nodes and readout gates, where no modulation voltage is applied can not contribute to the useful signal, ie to the signal from which the distance information is obtained, with photo-charge carriers generated in them. Therefore, it proves to be advantageous to darken them with shielding elements, for example in the CMOS process through a metal layer, so that no electromagnetic radiation can be incident through the shielded substrate surface and so as to lower the radiation background.
  • the smaller the semiconductor substrate area covered by the readout nodes and readout gates the larger the area available for the detection of the useful signal.
  • the readout gates when supplied with a constant voltage, among other things, help to shield the readout nodes from crosstalk of the modulation gates.
  • the readout gate area can then also be reduced without adversely affecting the crosstalk protection function of the readout gates. This leads to an increase in the filling factor, ie the proportion of the semiconductor substrate, which can be used to detect the useful signal.
  • An arrangement of the modulation gates between the readout gates causes the modulation gates generate a potential barrier in the form of a potential gradient with a potential maximum due to the applied modulation voltage between the readout gates.
  • an effective displacement of the photocarrier carrier is made possible by the modulation voltages and at the same time prevented by the potential barrier readout of the photocarrier carrier generated on the wrong readout gate, ie at a given time reading through the readout gate on the side of the current maximum potential. Rather, it can be ensured that the generated photo-charge carriers are read out via the correct readout gate, ie at a given time via the readout gate on the side of the instantaneous potential minimum. In particular, this arrangement can also ensure that the semiconductor substrate areas below the readout gates are at a low potential than the areas below the modulation gates and that moreover the absolute potential minimum is located below the readout nodes, which simplifies the readout.
  • this arrangement it is possible in this arrangement to arrange a plurality of semiconductor components according to the invention in series next to each other in the form of an array on a common semiconductor substrate, with adjacent semiconductor components each sharing at least one readout gate and the readout nodes which read out the charge carriers accumulated under this readout gate during operation of the semiconductor components , By such an arrangement, the fill factor can be additionally increased.
  • the fill factor and the charge carrier conversion efficiency are increased in particular by no longer restricting the length of the readout gates by the modulation frequency if the photo charge carriers are considered to be separated below the readout gates when the substrate section is reached, ie effectively no longer by the modulation voltage to be influenced. Due to this independence, the photo-charge carriers no longer have reached a read-out node within half a period of the modulation signal in order to be able to be read out correctly. Consequently, this makes it possible to design the readout gates in such a way that they have points whose minimum distance to the nearest readout node is greater than half the channel length.
  • one readout node per readout gate is already sufficient in contrast to the arrangement known from the prior art with a plurality of readout nodes arranged closely to one another.
  • more than one readout node can also be provided, although the spacing between adjacent readout nodes in the case of narrow gates, ie gates whose width is substantially smaller than the channel length, is at least two half channel lengths, ie at least one channel length. It is here and below generally preferred to design the readout gates as narrow as possible so that their width is substantially smaller than the channel length.
  • the read-out gates are likewise subjected to a modulated voltage.
  • the photodetectors produced can still be separated according to the modulation signal, which possibly makes it possible to dispense with optical coverage of the readout gates.
  • the minimum distance between at least one point on the readout gate and the readout node closest to that point is greater than the channel length, and preferably greater than twice the channel length.
  • the minimum distance between at least one point on the readout gate and the readout node nearest this point is greater than 5 ⁇ m, preferably greater than 10 ⁇ m, and particularly preferably greater than 20 ⁇ m. It has been found that precisely such an embodiment according to the invention of the readout gates and arrangement of the readout nodes in conventional modulation gate arrangements has an increased fill factor as well as an increased charge carrier conversion efficiency.
  • the semiconductor device has for each readout gate exactly one readout node. If the exact longitudinal readout node is arranged at one end of the readout gate, whose accumulated charge carrier reads the readout node during operation of the semiconductor device, and the readout gate has a length which is at least equal to half, full or double channel length, then the minimum Distance between points on the read-out node opposite the read-out node and the read-out node at least one half, full or double channel length. With exactly one readout node per readout gate, in particular the total area of the readout nodes per readout gate can be minimized.
  • the width of the readout gates is less than one quarter of the channel length, preferably less than one fifth, and more preferably less than one sixth of the channel length.
  • a readout gate designed as narrow as possible, in which the width is smaller than the channel length is advantageous. It has been found that in this case has a width of the readout gates, which is smaller than a quarter of the channel length, preferably smaller than one-fifth and more preferably smaller than one-sixth of the channel length, has advantages.
  • the length of the readout node is smaller than the length of the readout gate whose accumulated charge carrier reads the readout node during operation of the semiconductor component. The use of a readout node having a length less than the length of the readout gate allows the readout node total area to be significantly reduced over the prior art.
  • the ratio between the length of the readout node and the length of the readout gate whose accumulated charge carrier reads the readout node during operation of the semiconductor device is at most 1:10, preferably at most 1:50, and more preferably at most 1: 100 ,
  • the ratio between the length of the readout node and the length of the readout gate whose accumulated charge carrier reads the readout node during operation of the semiconductor device is at most 1:10, preferably at most 1:50, and more preferably at most 1: 100 .
  • a further embodiment is characterized in that the area of the readout node is at least ten times smaller, preferably at least fifty times smaller, and particularly preferably at least one hundred times smaller than the total area of the adjacent readout gates whose accumulated charge carriers read the readout node during operation of the semiconductor component.
  • the term surface refers here and below to the surface in a vertical plan view of the semiconductor substrate top.
  • the size of the readout gates is thereby set a lower limit that the readout gate structure should have the same length as the modulation gates in order to ensure as short a distance as possible to a region in which they are located for all photocoupling media produced below and between the modulation gates in the semiconductor substrate located under a readout gate and thus can be considered as separate.
  • Readout gate structure here and below means both a single strip-shaped readout gate arranged parallel to the modulation gates, and two strip-like readout gates spaced apart from each other along a common longitudinal axis parallel to the modulation gates. In the case of two along a common longitudinal axis spaced-apart readout gates a readout node between the two readout gates is preferably arranged.
  • Readout gate structures of the same length as the modulation gates make it possible to increase the distance between the readout gates and consequently the substrate area covered by the modulation gates and decisive for the signal acquisition.
  • the modulation frequency can be increased, which allows a more accurate distance resolution.
  • An additional increase in the fill factor can be achieved via the smallest possible readout node in accordance with the size ratios given above be achieved. Furthermore, such a small readout node ensures a high carrier conversion efficiency.
  • exactly three longitudinally parallel juxtaposed modulation gates are provided between the readout gates.
  • Such a three-gate structure with a non-modulated central gate between two modulated modulation gates increases the contrast.
  • a time constant voltage is applied.
  • the temporally constant potential stage caused thereby is part of the potential gradient varied by means of the modulation voltages.
  • the number of potential stages below the modulation gates is increased from two to three with respect to an embodiment having exactly two modulation gates, whereby the potential gradient and thus also the modulation drift field become more uniform at the same potential level.
  • the readout node is arranged on the longitudinal axis of the readout gate, whose accumulated charge carrier reads the readout node during operation of the semiconductor component.
  • Arranged on the longitudinal axis here and in the following means that the read-out node is arranged such that at least a partial section of it covers the longitudinal axis of the read-out gate.
  • Such an arrangement makes it possible for photo-charge carriers displaced in the longitudinal direction of the read-out gates to reach the readout node directly, without having to be further displaced further in the transverse direction of the readout gate. The reading is thus more direct than in the case of an arrangement of the readout node next to the longitudinal axis of the readout gate.
  • the width of the readout node is smaller than the width of the readout gate whose accumulated charge carrier reads the readout node.
  • a smaller width of the readout node in comparison to the width of the readout gate also makes it possible to arrange the readout node within the readout gate next to the modulation gates, without the readout node being directly adjacent to a modulation gate, thereby preventing the modulation gates from crosstalking onto the readout node.
  • the readout node is at least partially disposed in a recess of the readout gate, whose accumulated charge carrier reads the readout node during operation of the semiconductor device, and laterally at least partially surrounded by the latter.
  • Such an arrangement is particularly advantageous if the readout node is arranged at the longitudinal end of the readout gate and should not protrude beyond it as far as possible.
  • a compact arrangement of the gate and node structures and at the same time an effective shield against crosstalk of the modulation voltage can be ensured on the readout node.
  • the recess for receiving the readout node in the transverse direction of the readout gate, whose accumulated charge carrier reads the readout node during operation of the semiconductor device is arranged in the middle.
  • the read-out node on both sides of the modulation gate is effectively shielded against crosstalk of the modulation voltage, which is particularly advantageous in the case of an arrangement of several semiconductor devices in series next to each other on a common semiconductor substrate in the form of an array, wherein adjacent semiconductor devices each have a readout gate and the readout nodes share, which read out the accumulated under this readout charge carriers during operation of the semiconductor device.
  • modulation gates are arranged on two sides of a readout gate.
  • the symmetry of the arrangement is increased, which is generally advantageous in structuring semiconductor devices according to the invention, since this prevents the read-out conditions for a read-out node from deviating from one another, which otherwise leads to direction-dependent falsifications and inaccuracies in the measurement results can.
  • the readout node is arranged completely in the recess for receiving the readout node, so that the readout node is laterally completely enclosed by the readout gate whose accumulated charge carrier reads the readout node during operation of the semiconductor component. This makes it possible to effectively shield the readout node in all directions against any possible crosstalk of the modulation voltages and, on the other hand, to arrange the readout node at any point along the longitudinal axis of the readout gate within the same.
  • Particularly advantageous is an arrangement in the longitudinal direction of the readout gate in the middle thereof, whereby the maximum path which the photocarrier carriers collected below the readout gate have to travel back to the readout node is halved compared to an arrangement of the readout node at a longitudinal end of the readout gate.
  • the readout gate has a first portion whose width is less than or equal to the width of the readout node, and a second portion adjoining the first portion, the width of which increases toward the readout node, wherein the recess at least partially receiving the readout node in FIG a region of the second portion is arranged, which has a maximum width.
  • this can be realized in that the read-out gate widens in a funnel shape towards the readout node and surrounds it laterally.
  • Such a funnel-shaped readout gate enables an effective lateral shielding against the modulation voltages and at the same time the smallest possible width of the readout gate in the remaining extent of the same, whereby the fill factor is increased.
  • a readout gate which extends to the read-out node, for example, circular.
  • the mutually facing longitudinal sides of the read-out gate and the nearest modulation gate extend parallel to one another, so that the modulation gate has a recess arranged on the readout side.
  • the recess of the readout gate is arranged in the longitudinal direction of the same in the middle.
  • the recess is arranged so that at least a portion of it covers the central transverse axis of the readout gate.
  • the read-out node is arranged at a longitudinal end of the readout gate whose accumulated photo-charge carrier reads out the readout node during operation of the semiconductor component.
  • the arrangement of the read-out node at the long-side end ensures the lowest possible proximity to the modulation gates.
  • the readout node is arranged in this case, for example, in the longitudinal direction of the readout gate below the modulation gates, when the readout gate has no recess and extends over the same length as the modulation gates.
  • Arranged longitudinal direction of the readout gate below the modulation gates means that the modulation gates in the longitudinal direction extend as far as the readout gate and an imaginary straight line through the outermost edge points of the modulation gates in the longitudinal direction of the readout gate does not overlap with the readout node or this does not intersect.
  • the readout node can be screened by the readout gate at the three sides closest to the modulation gates. Consequently, in these arrangements, a crosstalk of the modulation voltage is avoided, even if the readout node is not arranged in the longitudinal direction of the readout gate below the modulation gates, but rather at the same height therewith.
  • the readout node is arranged between two readout gates arranged along a common longitudinal axis, whose accumulated photo charge carriers read the readout node during operation of the semiconductor component.
  • the readout node adjoins the modulation gates on two sides. This entails the risk of a crosstalk of the modulation voltage on the read-out node, although this effect is smaller overall as a result of the small crosstalk surface compared with the embodiments known from the prior art.
  • the fill factor increases in comparison to embodiments in which the readout node is arranged within a recess of the readout segment and the readout gate therefore extends around the readout node, since such a further extending readout gate leads to an increase in the area not contributing to the useful signal ,
  • the two readout gates arranged along a common longitudinal axis each have the same length.
  • the maximum distance to be covered by the photo-charge carriers within one of the readout gates as far as one readout node is minimized by half compared to an arrangement at the longitudinal end of a readout gate, which causes an increase in the readout speed.
  • the ratio of the length to the width of the readout node is at most 3: 1, preferably at most 2: 1 and particularly preferably 1: 1. Consequently, such a read-out node according to the invention is very compact and thus contributes in particular to an increase in the charge carrier conversion efficiency.
  • the readout node has a rectangular, preferably square basic shape. Such basic shapes are particularly easy and thus inexpensive to produce, with a square embodiment having a minimum ratio between length and width of 1: 1 and thus provides a very compact readout node.
  • the read-out node has a circular basic shape. Even such a basic shape is easy and thus inexpensive to manufacture and has a minimum ratio between length and width of 1: 1. In doing so, it provides a very compact read-out node whose edge geometry is the same in every direction, thus achieving a uniform readout behavior in every direction.
  • One embodiment of the invention relates to a detector for distance measurement, which has a semiconductor component according to the invention and a modulation gate control device connected to the modulation gates for generating and controlling a variable potential difference between the modulation gates.
  • the modulation voltage can be applied with a preferred phase difference of 180 ° between the modulation gates on this and thus a use of the semiconductor device according to the invention for distance measurement and in particular for the amplitude and phase evaluation incident intensity-modulated electromagnetic radiation is possible.
  • a detector according to the invention has a readout gate control device connected to the readout gates for applying and controlling a constant voltage to the readout gates.
  • Constant voltage means time constant voltage in contrast to the time varying modulation voltage at the modulation gates.
  • the charge carriers collected there are shielded from renewed displacement under the influence of the modulation voltage in the case of a potential constant that is constant in time, and the charge carriers, once passed under a readout gate, move substantially only along the longitudinal direction of the readout gates.
  • the readout gate control device is configured to apply and control a constant voltage to the readout gates, wherein the voltage in each case has a potential gradient falling in the longitudinal direction of the readout gate to the readout node which reads out the accumulated photoelectric charge carriers of the readout gate during operation of the semiconductor device. Due to such a potential gradient, a drift field results in the direction of the readout node below the readout gate, as a result of which the charge carrier transport is additionally accelerated and thus the charge carrier separation can be further improved in combination with suitably modulated modulation voltages.
  • the read-out control device is connected to the readout gates respectively at the two opposite longitudinal ends of the readout gate.
  • the read-out control device is additionally connected to the readout gates between two adjacent readout nodes.
  • the potential between the two adjacent readout nodes can be raised and thus a potential gradient along the readout gate to the two readout nodes can be generated.
  • the distance-measuring detector according to the invention has a plurality of semiconductor components according to the invention, which are arranged next to one another so that they form a pixel matrix, and means for detecting the photo-charge carrier sums respectively read via the individual read-out nodes. It is particularly advantageous if several semiconductor components according to the invention are arranged next to one another in a row on a common semiconductor substrate and thus form a pixel array. In this case, it is particularly advantageous if adjacent in a row juxtaposed semiconductor components each share a readout gate and the readout nodes which read out the accumulated under this readout charge during operation of the semiconductor device.
  • An embodiment of the invention relates to a sensor for three-dimensional image acquisition, which is characterized in that it comprises a detector according to the invention, an imaging optics for the projection of incident electromagnetic radiation on the detector and means for evaluating the detected measurement signals.
  • the imaging optics By means of the imaging optics, the intensity-modulated electromagnetic radiation reflected from surrounding objects to the sensor can be effectively imaged onto the semiconductor substrate of the semiconductor components, wherein the sensor surface is formed by the semiconductor substrate of the semiconductor components.
  • the photo charge carrier sums read out at the individual readout nodes can be evaluated such that the amplitude and phase information of the incident intensity-modulated electromagnetic radiation is detected by subtraction and the distance information of the objects reflecting the intensity-modulated radiation is determined therefrom.
  • FIG. 2 shows a second schematic illustration of two semiconductor components arranged next to one another in plan view
  • FIG. 3 shows a third schematic representation of two semiconductor components arranged next to one another in plan view
  • FIG. 4 shows a fourth schematic illustration of two semiconductor components arranged next to one another in plan view
  • FIG. 5 shows a fifth schematic illustration of two semiconductor components arranged side by side in plan view
  • FIG. 6 shows a sixth schematic illustration of two semiconductor components arranged next to one another in plan view
  • FIG. 7 shows a seventh schematic representation of two semiconductor components arranged next to one another in plan view
  • FIG. 8 shows an eighth schematic illustration of two semiconductor components arranged next to one another in plan view
  • 9a is a schematic representation of a section perpendicular to the longitudinal axis of the gates through a semiconductor device
  • FIGS. 9a and 9b shows a schematic representation of the potential profile in the semiconductor substrate of the semiconductor component in FIGS. 9a and 9b
  • FIG. 9c shows a schematic plan view of a section of the semiconductor component in FIG. 9a.
  • the first semiconductor component 1 shows a schematic plan view of two juxtaposed semiconductor components 1, 1 ', the first semiconductor component 1 having three strip-shaped modulation gates 3, 4, 5 arranged parallel next to one another and two strip-like readout gates 6, 7 arranged parallel to one another in the longitudinal direction.
  • the modulation gates 3, 4, 5 are arranged between the readout gates 6, 7.
  • Both readout gates 6, 7 each have a read-out node 8, 9 at a longitudinal end.
  • the length LAG of the readout gates 6, 7 together with the length LAK of the readout nodes 8, 9 is equal to the length LMG of the modulation gates 3, 4, 5.
  • the length LAG of the readout gates 6, 7 is greater than the channel length AAG.
  • the points on the readout nodes 8, 9 opposite ends of the readout gates 6, 7 a minimum distance Amin to the respective readout node 8, 9, which is equal to the length LAG of the readout gates 6, 7 and thus greater than the channel length AAG and especially greater than half the channel length AAG.
  • all three modulation gates 3, 4, 5 have the same shape and dimensions.
  • the shapes of the two readout gates 6, 7 are equal to each other, as well as the shapes of the two readout nodes 8, 9 are equal to each other.
  • the two read-out nodes 8, 9 each have a rectangular Basic shape on with a width B ⁇ K, which is equal to the width BAG of the readout gates 6, 7 but smaller than the length LAK of the readout nodes 8, 9.
  • the width BMG of the modulation gates 3, 4, 5 is greater than the width BAG of the readout gates 6, 7.
  • the semiconductor component 1 is axially symmetrical with respect to the central longitudinal axis of the modulation gate 5.
  • a second semiconductor component 1 ' with three modulation gates 3', 4 ', 5', two readout gates 6 ', T and two readout nodes 8', 9 'is shown.
  • the second semiconductor component 1 'on the same technical features as the first semiconductor device 1, wherein each identical dashed and unmarked reference numerals designate like elements. Consequently, the two semiconductor components 1, 1 'are axisymmetric with respect to the central longitudinal axis of the readout gate 7/7'.
  • the two semiconductor components 1, 1 'arranged next to one another share the readout gate 7/7' arranged between them and the associated readout node 9/9 '.
  • both semiconductor components 1, 1 ' are arranged on a common photoconductive semiconductor substrate 2 (not shown).
  • the modulation gates 3, 3 ', 4, 4' are each subjected to a modulation voltage Umod, wherein the phase difference between modulation gate 3 and 4 or 3 'and 4' is 180 ° in each case.
  • the voltage of the center gate 5, 5 ' is kept constant in each case, but as an average potential level between the two potential stages of the modulation gates 3 and 4 or 3' and 4 ', by which the potential difference between the modulation gates 3 and 4 or 3' and 4 'varies, part of the potential gradient.
  • the two modulation gates 4 and 4' are subjected to in-phase modulation voltages Umod. Consequently, the central longitudinal axis of the readout gate 7/7 'also forms an axis of symmetry of the potential profile generated below the two semiconductor components 1, 1' in the common photoconductive semiconductor substrate 2 (not shown).
  • Photocarrier carriers produced in the photoconductive semiconductor substrate 2 are displaced by the applied modulation voltages U m0 d along the potential gradients to the readout gates 6, 6 ', 7, 7' located at the foot of the potential gradient at that time and accumulated below them , Then, these photo-charge carriers along the longitudinal direction of the readout gates 6, 6 ', 7, 7' to the readout nodes 8, 8 ', 9, 9' out further and read out via the readout nodes 8, 8 ', 9, 9', or in the illustrated embodiment by the potential differences due to the modulation voltages U m0 d partially also directly to the readout node 8, 8 ', 9, 9' shifted and read from them.
  • FIG. 2 shows a plan view of two semiconductor components 1, 1 'according to the invention, which differs from the arrangement shown in FIG. 1 only in that the read-out nodes 8, 8', 9, 9 'in the longitudinal direction of the readout gates 61, 61 ', 62, 62', 71, 71 ', 72, 72' are each arranged in the middle between these and the readout gates 61, 61 ', 62, 62', 71, 71 ', 72, 72' thus each in two separate along a common longitudinal axis arranged readout gates 61 and 62 or 71/71 'and 72/72' and 61 'and 62 'share.
  • the present embodiment is therefore also axially symmetrical with respect to an imaginary axis of symmetry which passes through the centers of the read-out nodes 8, 8 ', 9, 9'.
  • the maximum distance to be covered by the photo-charge carriers along the readout gates 61, 61 ', 62, 62', 71, 71 ', 72, 72' is only half compared to the embodiment shown in FIG. 1, which results in faster read-out accumulated charge carriers allowed.
  • the points on the readout nodes 8, 8 ', 9, 9' opposite ends of the readout gates 61, 61 ', 62, 62', 71, 71 ', 72, 72' thus have a minimum distance Amin to the respective readout node 8, 8 ', 9, 9' which is half the size of that in the case of the embodiment in FIG. 1.
  • the length LAG of the readout gates 61, 61 ', 62, 62', 71, 71 ', 72, 72' is greater than half the channel length AAG.
  • FIG. 3 shows a top view of two semiconductor components 1, 1 'according to the invention, which differs from the arrangement shown in FIG. 1 in that in the longitudinal direction at both ends of the readout gates 6, 6', 7, 7 'a read-out node 81, 81 ', 82, 82', 91, 91 ', 92, 92' is arranged.
  • the semiconductor devices 1, 1 'for each readout gate 6, 6', 7, T each have two readout nodes 81, 81 ', 82, 82', 91, 91 ', 92, 92'.
  • the readout nodes 81, 81 ', 82, 82', 91, 91 ', 92, 92' all each have the same basic square shape with a width BAK, which is equal to the length LAK of the readout nodes 81, 81 ', 82, 82nd ', 91, 91', 92, 92 '.
  • the embodiment is axisymmetric with respect to an imaginary axis of symmetry that passes through the centers between the readout nodes 81 and 82, 91/91 'and 92/92' and 81 'and 82' and thus identical to the central transverse axes of the readout gates 6, 6 ', 7 , 7 'and the modulation gates 3, 3', 4, 4 ', 5, 5'.
  • the length LAG of the readout gates 6, 6 ', 7, 7' is greater than the channel length AAG.
  • the points on the central transverse axes of the readout gates 6, 6 ', 7, 7', ie on the readout gates 6, 6 ', 7, 7' in the middle between the readout nodes 81 and 82, 91/91 'and 92/92 'or 81' and 82 ' has a minimum distance Amin to the respective readout node 81 and 82, 91/91' and 92/92 'or 81' and 82 ', which is half the length LAG of the readout gates 6, 6' , 7, 7 'and is therefore greater than half the channel length AAG.
  • the embodiment shown in FIG. 4 differs from the embodiment in FIG. 1 only in that the readout gates 6, 6 ', 7, 7' are wider and have the same length LAG as the modulation gates 3, 3 ', 4, 4', 5, 5 ', ie LAG is equal to LMG.
  • the width BAG of the readout gates 6, 6 ', 7, 7' is greater than the width B ⁇ K of the readout nodes 8, 8 ', 9, 9'.
  • the readout nodes 8, 8 ', 9, 9' are each arranged in a recess 10, 10 ', 11, 11' at the longitudinal end of the readout gates 6, 6 ', 7, 7'.
  • the readout nodes 8, 8 ', 9, 9' on three sides encompassed by the readout gates 6, 6 ', 7, T and in particular the modulation gate side by the readout gates 6, 6', 7, T against a spreading of the modulating voltages Umod applied to the modulation gates 3, 3 ', 4, 4', 5, 5 ' shielded.
  • FIG. 5 two semiconductor devices 1, 1 'according to the invention arranged side by side are shown in a plan view, wherein the semiconductor components 1, 1' and their arrangement differ from those shown in FIG.
  • the length LAG of the readout gates 6, 6 ', 7, 7' is again greater than half the channel length AAG and thus the minimum distance Amin of the points on the readout node 8, 8 ', 9, 9' opposite ends of the readout gates 6, 6 ', 7, 7' to the respective readout node 8, 8 ', 9, 9' is greater than half the channel length AAG.
  • FIG. 6 likewise shows two semiconductor components 1, 1 'according to the invention arranged side by side in a plan view.
  • the illustrated embodiment differs from that shown in Figure 5 in that in addition to the in the middle of the readout gates 6, 6 ', 7, 7' in a recess 10, 10 ', 1 1, 1 1' arranged read-out node 82, 82nd ', 92, 92' additionally in the longitudinal direction in each case at both longitudinal ends of the readout gates 6, 6 ', 7, 7' in each case a readout node 81, 81 ', 83, 83', 91, 91 ', 93, 93' in the same way how the read-out nodes 8, 8 ', 9, 9' in FIG.
  • the readout nodes 81, 81 ', 82, 82', 83, 83 ', 91, 91', 92, 92 ', 93, 93' all each have the same basic square shape with a width BAK, which is equal to the length LAK the read-out node 81, 81 ', 82, 82', 83, 83 ', 91, 91', 92, 92 ', 93, 93'.
  • the distances of adjacent read-out nodes 81, 81 ', 82, 82', 83, 83 ', 91, 91', 92, 92 ', 93, 93' are greater than the channel length AAG.
  • the points on the readout gates 6, 6 ', 7, 7' are centered between adjacent readout nodes 81, 81 ', 82, 82', 83, 83 ', 91, 91', 92, 92 ', 93, 93 'a minimum distance Amin to the respective adjacent readout nodes 81, 81', 82, 82 ', 83, 83', 91, 91 ', 92, 92', 93, 93 ', which is greater than half the channel length AAG.
  • two semiconductor devices 1, 1 'arranged next to one another can be seen in a plan view, with the illustrated semiconductor components 1, 1' differing from the semiconductor components 1, 1 'shown in FIG.
  • the second section 14, 14 ', 15, 15' reaches a maximum width at the level of the readout nodes 8, 8 ', 9, 9' and extends from there to the end of the readout gates 6, 6 ', 7, 7 'with constant maximum width.
  • the readout nodes 8, 8 ', 9, 9' in comparison to the embodiment in Figure 1 not only on one side, but rather on three sides of the readout gates 6, 6 ', 7, 7' in the recesses 10, 10th ', 1 1, 1 1' embraced.
  • the read-out nodes 8, 8 ', 9, 9' are shielded on the modulation gate side with respect to the adjacent modulation gates 3, 3 ', 4, 4' by the readout gates 6, 6 ', 7, 7' so that the modulation voltage Umod does not spread.
  • the modulation gates 3, 3 ', 4, 4' adjoining the read-out gates 6, 6 ', 7, 7' have read-out side at the height of the second sections 14, 14 ', 15, 15' of the readout gates 6, 6 ', 7, 7 'each have a recess 16, 16', 17, 17 'on.
  • the shapes of the recesses 16, 16 ', 17, 17' are identical to the additional sections of the readout gates 6, 6 ', 7, 7' compared to the embodiments in FIG.
  • the adjacent side edges of the readout gates 6, 6 ', 7, 7' and the modulation gates 3, 3 ', 4, 4' each extend parallel to one another.
  • FIG. 8 shows two adjacent semiconductor components 1, 1 ', the read-out gates 6, 6', 7, 7 'in turn being funnel-shaped and the read-out nodes 8, 8', 9, 9 'being arranged in the longitudinal direction of the readout gates 6, 6'. , 7, 7 'in the middle in recesses 10, 10', 1 1, 1 1 'are arranged in the same.
  • the readout gates 6, 6 ', 7, 7' in the longitudinal direction at both ends in each case a first portion 12, 12 ', 13, 13', whose width BAG equal to the width B ⁇ K of the readout nodes 8, 8 ', 9th , 9 ', to which in each case one in the longitudinal direction of the readout gate 6, 6', 7, 7 'arranged in the middle second section 14, 14', 15, 15 'is connected.
  • the two second sections 14, 14 ', 15, 15' are arranged directly merging into each other.
  • the modulation gates 3, 3 ', 4, 4' adjacent to the readout gates 6, 6 ', 7, 7' in turn have recesses 16, 16 ', 17, 17' arranged on the readout side for the funnel-shaped sections of the readout gates 6, 6 ', 7, 7 'with the read-out nodes 8, 8', 9, 9 '.
  • recesses 16, 16 ', 17, 17' identical to the compared to the readout gates 61, 61 ', 62, 62', 71, 71 ', 72, 72' in the embodiment in Figure 2 additional sections of the readout gates 6, 6th ', 7, 7'.
  • the adjacent side edges of the readout gates 6, 6 ', 7, 7' and the modulation gates 3, 3 ', 4, 4' each extend parallel to one another. Consequently, the embodiment in FIG. 8 combines the advantages of narrow readout gates 6, 6 ', 7, 7', as shown in FIG. 2, with the advantages of an all-round shielding in the recesses 10, 10 ', 11, 11'.
  • the readout gates 6, 6 ', 7, 7' arranged readout nodes 8, 8 ', 9, 9' with respect to the modulating voltages Umod applied to the modulation gates 3, 3 ', 4, 4', 5 ', 5' through the readout gates 6, 6 ', 7, 7'.
  • FIG. 9 a shows a schematic section through a semiconductor component 1 according to the invention perpendicular to the longitudinal axes of the gates 3, 4, 6, 7.
  • Two readout gates 6 and 7 with a rectangular cross section can be seen, which are arranged on a semiconductor substrate 2. Between the two readout gates 6 and 7, two modulation gates 3 and 4 are shown, which also have a rectangular cross-section, wherein the width BMG of the modulation gates 3, 4 is each significantly larger than the width BAG of the readout gates 6, 7.
  • About the readout gates 6, 7 is in each case a shielding element 18, 19 arranged with rectangular cross section, which is impermeable to the electromagnetic radiation to be detected and the readout gates 6, 7 thus shields against this radiation.
  • Incident electromagnetic radiation therefore passes only through the modulation gates 3, 4 designed as photogates in the photoconductive semiconductor substrate 2 and generated there in proportion to their intensity photocarrier.
  • the construction shown of the semiconductor device 1 is axisymmetric with respect to an imaginary axis of symmetry, which runs in the middle between the two modulation gates 3 and 4 perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 2.
  • FIG. 9b a snapshot of the potential U (s) generated within the photoconductive potential by the modulation voltage Umod applied to the modulation gates 3, 4 and the same time-constant read voltages UAG applied to the readout gates 6, 7 is shown for the gate arrangement shown in FIG Semiconductor substrate 2 shown.
  • the time-varying potential U (s) is a function of the location s in the transverse direction to the gates 3, 4, 6, 7.
  • the substrate areas are located below the readout gates 6, 7 in each case at a potential minimum, wherein the substrate portion below the modulation gate 3 at the time shown is at a potential maximum and the potential portion below the modulation gate 4 is at a lower potential level relative thereto.
  • the regions below the modulation gates 3, 4 alternately vary between the two illustrated potential levels of the modulation voltage U m0 d.
  • the photocarrier carriers generated in the semiconductor substrate are each shifted from the higher potential level side to the lower potential level side down the potential gradient.
  • FIG. 9c shows a section of the semiconductor component 1 shown in FIG. 9a in a plan view, wherein the two shielding elements 18, 19 are not shown. It can be seen that the two read-out nodes 8, 9 in the present case in each case at one end of the readout gates 6, 7 then in the longitudinal direction of the gates 3, 4, 6, 7 below the height of the modulation gates 3, 4 and the readout gates 6, 7 are arranged.
  • the readout gates 6, 7 extend in the longitudinal direction over the same length as the modulation gates 3, 4.
  • the readout nodes have a rectangular floor plan with a smaller width B ⁇ K than the width BAG of the readout gates 6, 7.
  • AAG channel length Amin Minimum distance between a point on a readout gate and the readout node closest to the point

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement (1, 1') mit einem photoleitfähigen Halbleitersubstrat (2) und mindestens zwei Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5'), wobei die Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') eine Länge (LMG) aufweisen und in Längsrichtung parallel nebeneinander auf dem Substrat (2) angeordnet sind und wobei die Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') ausgestaltet sind zum Erzeugen und Variieren einer Potentialdifferenz (Umod) innerhalb des Substrats (2) zumindest zwischen Substratabschnitten, auf denen die Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') angeordnet sind, wobei das Halbleiterbauelement (1, 1') so ausgestaltet ist, dass einfallende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise in einen Substratabschnitt zwischen und unterhalb der Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') gelangen und dort Ladungsträger erzeugen kann, wobei das Halbleiterbauelement (1, 1') mindestens zwei Auslesegates (6, 6', 7, 7') aufweist, wobei die Auslesegates (6, 6', 7, 7') eine Länge (LAG) aufweisen, die größer ist als ihre Breite (BAG), und in Längsrichtung parallel zu den Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5'), die zwischen den Auslesegates (6, 6', 7, 7') angeordnet sind, in einem Abstand (∆AG) voneinander auf dem Substrat (2) angeordnet sind, wobei der Abstand (∆AG) der Auslesegates voneinander die Kanallänge des Halbleiterbauelements bildet, und wobei die Auslesegates (6, 6', 7, 7') zum Ansammeln von Ladungsträgern in dem Substrat (2) unterhalb der Auslesegates (6, 6', 7, 7') und zum Leiten der angesammelten Ladungsträgern in Längsrichtung der Auslesegates (6, 6', 7, 7') eingerichtet sind. Um ein Halbleiterbauelement mit verbesserter Sensitivität und insbesondere einer erhöhten Ladungsträgerkonversionseffizienz bereitzustellen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Halbleiterbauelement (1, 1') für jedes Auslesegate (6, 6', 7, 7') mindestens einen Ausleseknoten (8, 8', 9, 9') aufweist, wobei der Ausleseknoten (8, 8', 9, 9') an das Auslesegate (6, 6', 7, 7') an¬ grenzend angeordnet und zum Auslesen der unterhalb des Auslesegates (6, 6', 7, 7') in dem Substrat (2) angesammelten Ladungsträger eingerichtet ist und wobei der minimale Abstand (Amin) zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate (6, 6', 7, 7') und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten (8, 8', 9, 9') größer als die halbe Kanallänge (∆AG) ist.

Description

Auslesegate
Die vorliegende Erfindung betriff ein Halbleiterbauelement mit einem photoleitfähigen Halbleitersubstrat und mindestens zwei Modulationsgates, wobei die Modulationsgates eine Länge aufweisen und in Längsrichtung parallel nebeneinander auf dem Substrat angeordnet sind und wobei die Modulationsgates ausgestaltet sind zum Erzeugen und Variieren einer Potentialdifferenz innerhalb des Substrats zumindest zwischen Substratabschnitten, auf denen die Modulationsgates angeordnet sind, wobei das Halbleiterbauelement so ausgestaltet ist, dass einfallende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise in einen Substratabschnitt zwischen und un- terhalb der Modulationsgates gelangen und dort Ladungsträger erzeugen kann, wobei das Halbleiterbauelement mindestens zwei Auslesegates aufweist, wobei die Auslesegates eine Länge aufweisen, die größer ist als ihre Breite, und in Längsrichtung parallel zu den Modulationsgates, die zwischen den Auslesegates angeordnet sind, in einem Abstand voneinander auf dem Substrat angeordnet sind, wobei der Abstand die Kanallänge des Halbleiterbauelements bildet, und wobei die Auslesegates zum Ansammeln von Ladungsträgern in dem Substrat unterhalb der Auslesegates und zum Leiten der angesammelten Ladungsträgern in Längsrichtung der Auslesegates eingerichtet sind.
Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Detektor zur Entfernungsmessung sowie einen Sensor zur dreidimensionalen Bilderfassung.
Derartige Halbleiterbauelemente mit einem photoleitfähigen Halbleitersubstrat sowie mindestens zwei Modulationsgates finden insbesondere Anwendung bei der Entfernungsmessung mittels Laufzeitmessung von elektromagnetischen Signalen. Hierbei wird aus der gemessenen Laufzeit eines elektromagnetischen Signals mit bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit, d.h. im Allgemeinen Lichtgeschwindigkeit, die von diesem Signal zurückgelegte Wegstrecke und mithin die Entfernung eines die Strahlung reflektierenden Objekts bestimmt. Zu diesem Zweck der Entfernungsmessung kommen derartige Halbleiterbauelemente insbesondere in entsprechenden Detektoren zum Einsatz. Für eine dreidimensionale Erfassung einzelner Objekte oder ganzer Um- gebungsbereiche werden Sensoren zur dreidimensionalen Bilderfassung verwendet, die solche Detektoren zur Entfernungsmessung aufweisen. Aus der DE 10 2004 016 624 A1 ist ein Halbleiterbauelement zur Entfernungsmessung bekannt mit einer photoleitfähigen Schicht, mindestens zwei Modulationsgates sowie mindestens zwei mit der photoleitfähigen Schicht verbundenen Ausleseelektroden, wobei die Ausleseelektroden jeweils mindestens zwei im Abstand nebeneinander angeordnete diskrete Elektrodenabschnitte aufweisen. Zur Verringerung des Übersprechens zwischen den Modulationsgates und den Ausleseelektroden sind zudem mindestens zwei Gates vorgesehen, welche die Ausleseelektroden umgeben.
Die Laufzeiterfassung eines elektromagnetischen Signals und damit eine Entfernungsmessung erfolgt mittels Erfassens von Amplitude und Phase des elektromagnetischen Signals. Ein solches allgemeines Verfahren zum Erfassens von Amplitude und Phase des elektromagnetischen Signals ist aus dem Stand der Technik, zum Beispiel aus der DE 198 21 974 A1 , bekannt. Hierbei wird die Umgebung mittels eines Emitters an einer bekannten Position mit intensitatsmodulierter elektromagnetischer Strahlung beaufschlagt und die von einem Objekt in der bestrahlten Umge- bung reflektierte Strahlung mit einem Detektor erfasst. Hierzu wird ein Photomischdetektor verwendet, der beispielweise ein Halbleiterbauelement entsprechend der DE 10 2004 016 624 A1 aufweist. Innerhalb der photoleitfähigen Schicht werden von den einfallenden Photonen der in- tensitätsmodulierten reflektierten elektromagnetischen Strahlung Ladungsträger erzeugt. Mittels Ausleseelektroden wird ein zu der Anzahl der erzeugten Ladungsträger und somit zur Anzahl der einfallenden Photonen proportionales Strom- oder Spannungssignal ausgelesen. Im Allgemeinen wird die intensitätsmodulierte reflektierte elektromagnetische Strahlung von unkorrelierter Umgebungsstrahlung überlagert. Um gezielt die Amplitude und Phase einer intensitätsmodulierten elektromagnetischen Welle auswerten zu können, werden die Modulationsgates mit einer modulierten Spannung vorgespannt. Diese an die Modulationsgates angelegte Spannung erzeugt eine korrespondierende Potentialdifferenz innerhalb des photoleitfähigen Halbleitersubstrats und treibt die erzeugten Ladungsträger das Potentialgefälle hinab in Richtung des Substratabschnitts unterhalb des Modulationsgates mit niedrigerem Potential. Diese verschobenen Ladungsträger werden über die nächstliegende Ausleseelektrode ausgelesen. Entscheidend für die Erfassung von Amplitude und Phase der intensitätsmodulierten Strahlung ist es, dass das an die Modulationsgates angelegte modulierte Spannungssignal als Referenzsignal phasenstarr mit der Intensitätsmodulation korreliert ist, die zuvor der zu detektierenden elektromagnetischen Strahlung aufgeprägt worden ist. Im Allgemeinen werden gleiche Frequenzen für das Spannungsmodulationssignal und das Intensitätsmodulationssignal gewählt, um die Auswer- tung zu vereinfachen. Dabei kann das Modulationssignal im Allgemeinen jede periodische, insbesondere beispielsweise eine sinus-förmige, oder quasi periodische Struktur aufweisen. Um ein maximales Potentialgefälle zwischen den beiden Modulationsgates hervorzurufen, weisen die Modulationssignale, mit denen die Modulationsgates beaufschlagt werden, vorzugsweise eine Phasenverschiebung von 180° zueinander auf. Somit wird über die Ausleseelektroden ein Span- nungs- oder Stromsignal gemessen, das eine Funktion aus dem Produkt von erzeugter Ladungsträgeranzahl und Modulationsspannung ist. Mittels Differenzbildung zwischen den an den unterschiedlichen Ausleseelektroden gemessenen Signalen mittelt sich die unkorrelierte Hintergrund- Strahlung statistisch heraus und das resultierende Differenzsignal ist im Wesentlichen sowohl zur Intensität der einfallenden intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlung proportional als auch zu deren Phasenverschiebung relativ zur Modulationsspannung. Bei bekannter Phasendifferenz zwischen Spannungsmodulationssignal und Intensitätsmodulationssignal kann die Phasenverschiebung ermittelt werden, die auf der von dem reflektierten Signal zurückgelegte Weg- strecke und der damit verbunden Laufzeit basiert. Bevorzugter Weise werden für eine schnelle und effiziente Auswertung der Amplituden- und Phaseninformation des einfallenden elektromagnetischen Signals mindestens zwei solcher Halbleiterbauelemente bzw. Photomischelemente verwendet, wobei die Modulationsspannungen an den Modulationsgates des zweiten Elements eine Phasenverschiebung von 90° zu den Modulationsspannungen des ersten Elements aufwei- sen.
Für eine möglichst präzise Signalauswertung ist insbesondere eine hohe Ladungsträgerkonversionseffizienz wünschenswert, wobei die Ladungsträgerkonversionseffizienz den Spannungsanteil pro in einem photoempfindlichen Material erzeugtem Ladungsträger bezeichnet. Eine hohe La- dungsträgerkonversionseffizienz führt demnach zu einem großen Spannungssignal pro erzeugtem Ladungsträger und somit dazu, dass bereits eine geringe Anzahl an erzeugten Ladungsträgern zu einem Spannungssignal führt, das groß genug ist, durch die Ausleseelektronik erfasst und weiter verarbeitet zu werden. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bekannte Halbleiterbauelemente der Eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, dass diese eine verbesserte Sensitivität und insbesondere eine erhöhte Ladungsträgerkonversionseffizienz aufweisen, und diese zum Zweck der Sensitivitätssteigerung insbesondere für Detektoren zur Entfernungsmessung und Sensoren zur dreidimensionalen Bilderfassung bereitzustellen.
Die vorliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Halbleiterbauelement für jedes Auslesegate mindestens einen Ausleseknoten aufweist, wobei der Ausleseknoten an das Auslesegate angrenzend angeordnet und zum Auslesen der unterhalb des Auslesegates in dem Substrat angesammelten Ladungsträger eingerichtet ist und wobei der minimale Abstand zwischen mindes- tens einem Punkt auf dem Auslesegate und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten größer als die halbe Kanallänge ist. Als Ausleseknoten können Elektroden oder Dioden und insbesondere pn-Dioden dienen, wobei das photoleitfahige Substrat beispielsweise aus p- oder n-dotiertem Silizium besteht. Es sind aber beispielsweise auch Metall-Halbleiterübergänge mit diodenartigen, nicht-ohmschen Kennlinien als Ausleseknoten denkbar. Es versteht sich, dass abhängig von der Substratdotierung sowohl Elektronen als auch Löcher als auszulesende Ladungsträger dienen können.
Ein Gate im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Struktur mittels derer ein Spannungssignal auf ein Halbleitersubstrat aufgebracht werden kann, ohne dass dabei ein Strom zwischen Gate und Halbleitersubstrat fließt.
Im Folgenden meint ein streifenförmiges Gate eine Gatestruktur, die eine Länge aufweist, die größer ist als ihre Breite. Unter der Längsseite eines Gates ist eine Seite des Gates zu verstehen, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Gates, d.h. entlang der Länge des Gates erstreckt. Unter einer Querseite eines Gates ist demgegenüber eine Seite des Gates zu verstehen, die sich im Wesentlichen in Querrichtung des Gates, d.h. entlang der Breite des Gates erstreckt. Bevorzugt werden, abhängig von der Pixelgröße, im Allgemeinen streifenförmige Gates, d.h. sowohl Modulationsgates als auch Auslesegates weisen jeweils eine Länge auf, welche größer ist als ihre Breite. Im Falle von sehr kleinen Pixeln kann aber auch aus Platzgründen eine Ausgestaltung der Modulationsgates vorteilhaft sein, bei der die Länge der Modulationsgates nicht grö- ßer als ihre Breite ist.
Im Allgemeinen kann Photoladungsträger erzeugende elektromagnetische Strahlung sowohl auf die Substratoberseite, d.h. die Substratseite auf der die Modulations- und Auslesegates angeordnet sind, als auch auf die Substratunterseite, d.h. die der Substratoberseite gegenüberliegende Seite, einfallen. Im ersten Fall ist es von Vorteil, wenn es sich bei den Modulationsgates um Photogates handelt, sodass die einfallende elektromagnetische Strahlung durch die Modulationsgates hindurch in den Substratabschnitt zwischen und unterhalb derselben gelangt und dort Photoladungsträger erzeugt. Im zweiten Fall, d.h. bei einer rückwärtigen Beleuchtung, kann es sich bei den Modulationsgates auch um photoundurchlässige Gatestrukturen handeln. Entscheidend ist vielmehr, dass die Substratunterseite bzw. Substratrückseite zumindest nicht in dem den Modulationsgates gegenüberliegenden Abschnitt photoundurchlässig abgeschirmt ist.
Ein Photoladungsträger im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Ladungsträger, der in dem Halbleitersubstrat durch eine Wechselwirkung des Substrats mit Photonen erzeugt wurde und unter einem Photogate wird ein Gate verstanden, das für elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig bzw. transparent ist. Der maximale Abstand zwischen den Auslesegates des Halbleiterbauelements, d.h. der maximale Abstand senkrecht zur Längsrichtung der Auslesegates zwischen zwei einander zugewandten, vorzugsweise zueinander parallelen Seitenkante der Auslesegates, stellt die maximale Wegstrecke dar, die von Photoladungsträger infolge der Verschiebung durch die Modulationsspannung auf direktem Weg bis zum Erreichen des Substratabschnitts unterhalb eines Auslesegates zurücklegt werden muss, und wird mithin auch als Kanallänge bezeichnet.
Die Verwendung mindestens eines Ausleseknotens je Auslesegate, wobei der minimale Abstand zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten, d.h. der minimale Abstand zwischen dem gewählten Punkt und der Seitenkante des Ausleseknotens, größer als die halbe Kanallänge ist, erlaubt es gegenüber der Verwendung einer Mehrzahl diskreter in engem Abstand angeordneter Ausleseknoten die Gesamtfläche der Ausleseknoten deutlich zu verringern. Durch die Verringerung der Gesamtfläche der Ausleseknoten je Auslesegate sinkt zugleich auch deren Kapazität, die wiederum proportional zum Kehrwert der Ladungsträgerkonversionseffizienz ist. Mit anderen Worten ergibt sich aus einer Verringerung der Gesamtfläche der Ausleseknoten eine Erhöhung der Ladungsträgerkonversionseffizienz. Des Weiteren wird durch die Verringerung der Ausleseknotenfläche zugleich die Gefahr eines Übersprechens zwischen den Ausleseknoten und den Modulationsgates in Form von Dunkelströmen verringert. Mithin verringert sich die Gefahr einer Störung des Ausleseknotens und somit des erfassten Signals aufgrund starker Modulationssignale.
Im Allgemeinen sind sowohl die Ausleseknoten als auch die Auslesegates auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet und überdecken somit einen Teil der photoleitfähigen Fläche. Im Gegensatz zu den von den Modulationsgates überdeckten Substratabschnitten können die Substratabschnitte unterhalb der Ausleseknoten und Auslesegates, an denen keine Modulationsspannung anliegt, mit in ihnen erzeugten Photoladungsträgern nicht zum Nutzsignal beitragen, d.h. zu dem Signal, aus dem die Entfernungsinformationen gewonnen werden. Daher erweist es sich als vorteilhaft diese mit Abschirmelementen, beispielsweise im CMOS-Prozess durch eine Metallschicht, abzudunkeln, sodass keine elektromagnetische Strahlung durch die abgeschirmte Substratfläche einfallen kann und um so den Strahlungshintergrund abzusenken. Je geringer dabei die von den Ausleseknoten und Auslesegates überdeckte Halbleitersubstratfläche ist, desto größer ist die für die Erfassung des Nutzsignals zur Verfügung stehende Fläche. Im Allgemeinen tragen die Auslesegates, wenn sie mit einer konstanten Spannung beaufschlagt werden, unter anderem auch dazu bei, die Ausleseknoten gegen ein Übersprechen der Modulationsgates abzuschirmen. Bei kleinen Ausleseknotenflächen kann dann auch die Auslesegatefläche verringert werden, ohne die Übersprechschutzfunktion der Auslesegates nachteilig zu beeinflussen. Dies führt zu einer Vergrößerung des Füllfaktors, d.h. des Anteils am Halbleitersubstrat, der zum Erfassen des Nutzsignals genutzt werden kann. Eine Anordnung der Modulationsgates zwischen den Auslesegates führt dazu, dass die Modulationsgates infolge der angelegten Modulationsspannung zwischen den Auslesegates eine Potentialsperre in Form eines Potentialgefälles mit einem Potentialmaximum erzeugen. Dabei wird ein effektives Verschieben der Photoladungsträger durch die Modulationsspannungen ermöglicht und zugleich durch die Potentialbarriere ein Auslesen der erzeugten Photoladungsträger über das falsche Auslesegate verhindert, d.h. zu einem gegeben Zeitpunkt ein Auslesen über das Auslesegate auf Seiten des momentanen Potentialmaximums. Vielmehr kann sicher gestellt werden, dass die erzeugten Photoladungsträger über das richtige Auslesegate ausgelesen werden, d.h. zu einem gegeben Zeitpunkt über das Auslesegate auf Seiten des momentanen Potentialminimums. Insbesondere kann durch diese Anordnung auch sichergestellt werden, dass die Halbleitersubstratbereiche unterhalb der Auslesegates auf einem niedrigen Potential liegen als die Bereiche unterhalb der Modulationsgates und dass darüber hinaus das absolute Potentialminimum unterhalb der Ausleseknoten lokalisiert ist, was das Auslesen vereinfacht. Des Weiteren ist es bei dieser Anordnung möglich, auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat mehrere erfindungsgemäße Halbleiterbauelemente in Reihe nebeneinander in Form eines Arrays anzuordnen, wobei sich benachbarte Halbleiterbauelemente jeweils mindestens ein Auslesegate sowie die Ausleseknoten teilen, welche die unter diesem Auslesegate angesammelten Ladungsträger im Betrieb der Halbleiterbauelemente auslesen. Durch eine derartige Anordnung kann der Füllfaktor zusätzlich erhöht werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden der Füllfaktor und die Ladungsträgerkonversionseffizienz insbesondere dadurch gesteigert, dass die Länge der Auslesegates nicht mehr durch die Modulationsfrequenz beschränkt wird, wenn die Photoladungsträger mit Erreichen des Substrat- abschnitts unterhalb der Auslesegates als getrennt gelten, d.h. effektiv nicht mehr von der Modulationsspannung beeinflusst werden. Aufgrund dieser Unabhängigkeit müssen die Photoladungsträger nicht mehr innerhalb einer halben Periodendauer des Modulationssignals einen Ausleseknoten erreicht haben, um korrekt ausgelesen werden zu können. Mithin erlaubt dies die Auslesegates so auszugestalten, dass sie Punkte aufweisen, deren minimaler Abstand zum nächstlie- genden Ausleseknoten größer als die halbe Kanallänge ist. Dabei ist im Allgemeinen bereits ein Ausleseknoten pro Auslesegate ausreichend im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung mit einer Mehrzahl von eng beieinander angeordneten Ausleseknoten. Bei langgestreckten Auslesegates können auch mehr als ein Ausleseknoten vorgesehen sein, wobei allerdings die Abstände zwischen benachbarten Ausleseknoten im Falle schmaler Gates, d.h. Gates deren Breite wesentlich kleiner ist als die Kanallänge, mindestens zwei halbe Kanallängen, d.h. mindestens eine Kanallänge beträgt. Es wird dabei hier und im Folgenden allgemein bevorzugt, die Auslesegates möglichst schmal auszugestalten, sodass ihre Breite wesentlich kleiner ist als die Kanallänge. Da wie bereits diskutiert die Fläche für einen Spannungsdurchgriff von den Modulationsgates auf die Ausleseknoten relativ klein ist, ist es auch vorstellbar, dass die Auslesegates ebenfalls mit einer modulierten Spannung beaufschlagt werden. In diesem Fall können die erzeugten Photola- dungsträger bei geeigneter Wahl der Modulationsfrequenz sowie des Abstands zwischen den einzelnen Ausleseknoten noch entsprechend dem Modulationssignal getrennt werden, was es gegebenenfalls erlaubt, auf eine optische Abdeckung der Auslesegates zu verzichten.
In einer Ausführungsform ist der minimale Abstand zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten größer als die Kanallänge und bevorzugt größer als die doppelte Kanallänge. Eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung der Auslesegates und Anordnung der Ausleseknoten führt zu einer Verteilung der Ausleseknoten, die einen gesteigerten Füllfaktor sowie eine gesteigerte Ladungsträgerkonversionseffizienz aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform ist der minimale Abstand zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten größer als 5 μιη, bevorzugt größer als 10 μιη und besonders bevorzugt größer als 20 μιη. Es hat sich gezeigt, dass gerade eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung der Auslesegates und Anordnung der Ausleseknoten bei üblichen Modulationsgateanordnungen einen gesteigerten Füllfaktor sowie eine gesteigerte Ladungsträgerkonversionseffizienz aufweist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Halbleiterbauelement für jedes Auslesegate genau einen Ausleseknoten auf. Ist der genau eine Ausleseknoten in Längsrichtung an einem Ende des Auslesegates, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, angeordnet und weist das Auslesegate eine Länge auf, die mindestens gleich der halben, ganzen bzw. doppelten Kanallänge ist, so beträgt der minimale Abstand zwischen Punkten auf dem dem Ausleseknoten gegenüberliegenden Ende des Auslesegates und dem Ausleseknoten mindestens eine halbe, ganze bzw. doppelte Kanallänge. Mit genau einem Ausleseknoten pro Auslesegate kann insbesondere die Gesamtfläche der Ausleseknoten pro Auslesegate minimiert werden.
Bei einer Ausführungsform ist die Breite der Auslesegates kleiner als ein Viertel der Kanallänge, vorzugsweise kleiner als ein Fünftel und besonders bevorzugt kleiner als ein Sechstel der Kanal- länge. Wie bereits oben ausgeführt ist ein möglichst schmal ausgestaltetes Auslesegate vorteilhaft, bei dem die Breite kleiner ist als die Kanallänge. Es hat sich gezeigt, dass hierbei eine Breite der Auslesegates, die kleiner als ein Viertel der Kanallänge, vorzugsweise kleiner als ein Fünftel und besonders bevorzugt kleiner als ein Sechstel der Kanallänge ist, Vorteile aufweist. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Länge des Ausleseknotens kleiner als die Länge des Auslesegates, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. Die Verwendung eines Ausleseknoten mit einer geringeren Länge als die Länge des Auslesegates erlaubt es gegenüber dem Stand der Technik die Ausleseknotengesamtfläche deutlich zu verringern.
Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt das Verhältnis zwischen der Länge des Ausleseknotens und der Länge des Auslesegates, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, höchstens 1 :10, bevorzugt höchstens 1 :50 und besonders bevorzugt höchstens 1 :100. Für Längenunterschiede im hier angeführten Bereich hat sich gezeigt, dass die beschriebenen, aus einer geringeren Länge des Ausleseknotens im Vergleich zur Länge des Auslesegates resultierenden Vorteile deutlich ausgeprägt sind.
Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Ausleseknotens mindestens zehn mal kleiner, bevorzugt mindestens fünfzig mal kleiner und besonders bevorzugt mindestens hundert mal kleiner ist als die Gesamtfläche der angrenzenden Auslesegates, deren angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. Der Begriff Fläche bezieht sich hier und im Folgenden auf die Fläche in einer senkrechten Draufsicht auf die Halbleitersubstratoberseite. Der Größe der Auslesegates wird dadurch eine untere Grenze gesetzt, dass die Auslesegatestruktur dieselbe Länge wie die Modulationsgates aufweisen sollte, um für alle unterhalb und zwischen den Modulationsgates im Halbleitersubstrat erzeugten Photoladungsträger eine möglichst kurze Distanz bis zu einem Bereich sicherzustellen, in dem in dem sich diese unter einem Auslesegate befinden und somit als getrennt betrachtet werden können.
Auslesegatestruktur meint hier und im Folgenden sowohl ein einzelnes streifenförmiges, parallel zu den Modulationsgates angeordnetes Auslesegate, als auch zwei streifenförmige, entlang einer gemeinsamen Längsachse parallel zu den Modulationsgates voneinander beabstandet angeordnete Auslesegates. Im Falle zweier entlang einer gemeinsamen Längsachse voneinander beabstandet angeordneter Auslesegates ist vorzugweise ein Ausleseknoten zwischen den beiden Auslesegates angeordnet. Auslesegatestrukturen mit gleicher Länge wie die Modulationsgates erlauben es, den Abstand zwischen den Auslesegates und mithin die von den Modulationsgates überdeckte und für die Signalerfassung maßgebliche Substratfläche zu erhöhen. Ebenso kann zusätzlich oder anstelle dessen die Modulationsfrequenz erhöht werden, was eine genauere Entfernungsauflösung erlaubt. Eine darüber hinausgehende Erhöhung des Füllfaktors kann über eine möglichst kleine Ausleseknotenfläche gemäß den oben angegebenen Größenverhältnissen erreicht werden. Des Weiteren stellt eine solche kleine Ausleseknotenfläche eine hohe Ladungsträgerkonversionseffizienz sicher.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind genau drei in Längsrichtung parallel nebeneinander angeordnete Modulationsgates zwischen den Auslesegates vorgesehen. Durch eine solche Drei-Gate-Struktur mit einem nicht modulierten Mittelgate zwischen zwei modulierten Modulationsgates wird der Kontrast erhöht. An das Mittelgate wird dabei eine zeitlich konstante Spannung angelegt. Dennoch wird es hier und im Folgenden als Modulationsgate bezeichnet, da die von diesem hervorgerufene zeitlich konstante Potentialstufe Teil des mittels der Modulations- Spannungen variierten Potentialgefälles ist. Durch dieses zusätzliche Gate wird also die Anzahl an Potentialstufen unterhalb der Modulationsgates gegenüber einer Ausführungsform mit genau zwei Modulationsgates von zwei auf drei erhöht, wodurch bei gleicher Potentialhöhe das Potentialgefälle und mithin auch das Modulationsdriftfeld gleichmäßiger wird. Dadurch wird die Gefahr verringert, dass Ladungsträger innerhalb einer Potentialstufe aufgrund einer zu großen Potential- stufenbreite nicht effektiv weiterverschoben werden. Denkbar sind auch Ausführungsformen mit mehr als drei in Längsrichtung parallel nebeneinander zwischen den Auslesegates angeordneten Modulationsgates, beispielsweise vier Modulationsgates. Bei vier Modulationsgates, werden vorzugsweise auch die beiden mittleren Gates moduliert, wobei sie phasengleich mit dem jeweils nächstliegenden äußeren Modulationsgate, allerdings nur mit halber Potentialdifferenz variiert werden. Somit ergibt sich ein vierstufiges Potentialgefälle mit gleichen Abständen zwischen den einzelnen Stufen.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Ausleseknoten auf der Längsachse des Auslesegates angeordnet, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. Auf der Längsachse angeordnet bedeutet hier und im Folgenden, dass der Ausleseknoten so angeordnet ist, dass zumindest ein Teilabschnitt von ihm die Längsachse des Auslesegates überdeckt. Eine solche Anordnung ermöglicht es, dass in Längsrichtung der Auslesegates verschobene Photoladungsträger direkt zu dem Ausleseknoten gelangen, ohne zusätzlich weiter in Querrichtung des Auslesegates verschoben werden zu müssen. Das Auslesen erfolgt somit direkter als im Falle einer Anordnung des Ausleseknotens neben der Längsachse des Auslesegates.
In einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist die Breite des Ausleseknotens kleiner als die Breite des Auslesegates, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten ausliest. Eine geringere Breite des Ausleseknotens im Vergleich zur Breite des Auslesegates erlaubt es, den Ausleseknoten auch innerhalb des Auslesegates neben den Modulationsgates anzuordnen, ohne dass der Ausleseknoten direkt an ein Modulationsgate angrenzt, wodurch ein Übersprechen der Modulationsgates auf den Ausleseknoten verhindert wird. In einer Ausführungsform ist der Ausleseknoten zumindest teilweise in einer Aussparung des Auslesegates angeordnet, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, und seitlich zumindest teilweise von diesem umgeben. Eine solche Anordnung ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Ausleseknoten am längsseitigen Ende des Auslesegates angeordnet ist und über dieses nach Möglichkeit nicht hinausragen soll. Mithin kann eine kompakte Anordnung der Gate- und Knotenstrukturen sowie zugleich eine effektive Abschirmung gegen ein Übersprechen der Modulationsspannung auf den Ausleseknoten sichergestellt werden.
In einer Ausführungsform ist die Aussparung zur Aufnahme des Ausleseknotens in Querrichtung des Auslesegates, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, in der Mitte angeordnet. Dadurch wird der Ausleseknoten zu beiden modulationsgateseitigen Seiten effektiv gegen ein Übersprechen der Modulationsspannung ab- geschirmt, was insbesondere vorteilhaft ist im Fall einer Anordnung mehrerer Halbleiterbauelemente in Reihe nebeneinander auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat in Form eines Arrays, wobei sich benachbarte Halbleiterbauelemente jeweils ein Auslesegate und die Ausleseknoten teilen, welche die unter diesem Auslesegate angesammelten Ladungsträger im Betrieb des Halbleiterbauelements auslesen. Mithin sind auf zwei Seiten eines Auslesegates Modulationsgates angeordnet. Zudem wird in diesem Fall die Symmetrie der Anordnung erhöht, was im Allgemeinen bei der Strukturierung erfindungsgemäßer Halbleiterbauelemente von Vorteil ist, da somit verhindert wird, dass die Auslesebedingungen für einen Ausleseknoten von denen eines anderen abweichen, was anderenfalls zu richtungsabhängigen Verfälschungen und Ungenauigkeiten der Messergebnisse führen kann.
In einer Ausführungsform ist der Ausleseknoten vollständig in der Aussparung zur Aufnahme des Ausleseknotens angeordnet, sodass der Ausleseknoten seitlich vollständig von dem Auslesegate umschlossen ist, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. Dies erlaubt es, den Ausleseknoten einerseits in alle Richtungen ef- fektiv gegen ein mögliches Übersprechen der Modulationsspannungen abzuschirmen und andererseits den Ausleseknoten an einer beliebigen Stelle entlang der Längsachse des Auslesegates innerhalb desselben anzuordnen. Insbesondere vorteilhaft ist eine Anordnung in Längsrichtung des Auslesegates in der Mitte desselben, wodurch der maximale Weg, den die unterhalb des Auslesegates gesammelten Photoladungsträger bis zu dem Ausleseknoten zurückzulegen ha- ben, gegenüber einer Anordnung des Ausleseknotens an einem längsseitigen Ende des Auslesegates halbiert wird. Ein solches Halbieren der zurückzulegenden Wegstrecke ermöglicht ein schnelleres Auslesen der erzeugten Photoladungsträgermenge und mithin eine zeitnahere Erfassung der Entfernung von Umgebungsobjekten. In einer Ausführungsform weist das Auslesegate einen ersten Abschnitt auf, dessen Breite kleiner oder gleich der Breite des Ausleseknotens ist, und einen zweiten, an den ersten Abschnitt anschließenden Abschnitt, dessen Breite zu dem Ausleseknoten hin zunimmt, wobei die den Ausleseknoten zumindest teilweise aufnehmende Aussparung in einem Bereich des zweiten Abschnitts angeordnet ist, der eine maximale Breite aufweist. Insbesondere kann dies dadurch realisiert werden, dass sich das Auslesegate zu dem Ausleseknoten hin trichterförmig erweitert und diesen seitlich umgreift. Ein solches trichterförmiges Auslesegate ermöglicht eine effektive seitliche Abschirmung gegenüber den Modulationsspannungen und zugleich eine möglichst geringe Breite des Auslesegates im restlichen Erstreckungsbereich desselben, wodurch der Füllfaktor erhöht wird. Denkbar ist aber ebenso ein Auslesegate, das sich zu dem Ausleseknoten hin beispielsweise kreisförmig erweitert.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements verlaufen die einander zugewandten Längsseiten des Auslesegates und des nächstliegenden Modulationsgates parallel zueinander, sodass das Modulationsgate eine auslesegateseitig angeordnete Aussparung aufweist. Durch eine solche Anordnung wird erreicht, dass trotz der abschnittsweisen Verbreiterung des Auslesegates der Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats zwischen den Auslesegates möglichst vollständig von den Modulationsgates überspannt wird, wodurch sicher- gestellt wird, dass in diesem gesamten Bereich ein deutlich ausgeprägtes Potentialgefälle erzeugt wird und somit nach Möglichkeit alle innerhalb des Halbleitersubstrats erzeugten Photoladungsträger ausgelesen werden können.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Aussparung des Auslesegates in Längsrichtung des- selben in der Mitte angeordnet. Hier und im Folgenden meint eine Anordnung in Längsrichtung des Auslesegates in der Mitte, dass die Aussparung so angeordnet ist, dass zumindest ein Teilabschnitt von ihr die Mittelquerachse des Auslesegates überdeckt. Eine solche Anordnung in der Mitte minimiert die von den Photoladungsträgern in Längsrichtung des Auslesegates zurückzulegende maximale Weglänge und ermöglicht so ein beschleunigtes Auslesen der erzeugten Photo- ladungsträger, die unter dem Auslesegate angesammelt werden.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist der Ausleseknoten an einem längsseitigen Ende des Auslesegates angeordnet, dessen angesammelte Photoladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. Durch die Anord- nung des Ausleseknotens am längsseitigen Ende wird eine möglichst geringe Nähe zu den Modulationsgates gewährleistet. Der Ausleseknoten ist in diesem Fall beispielsweise in Längsrichtung des Auslesegates unterhalb der Modulationsgates angeordnet, wenn das Auslesegate keine Aussparung aufweist und sich über die gleiche Länge wie die Modulationsgates erstreckt. In Längsrichtung des Auslesegates unterhalb der Modulationsgates angeordnet meint, dass sich die Modulationsgates in Längsrichtung maximal genauso weit erstrecken wie das Auslesegate und eine gedachte Gerade durch die äußersten Randpunkte der Modulationsgates in Längsrichtung des Auslesegates nicht mit dem Ausleseknoten überlappt bzw. diesen nicht schneidet. Der Aus- leseknoten kann aber auch bei einem trichterförmigen Auslesegate oder zumindest einem sich zu dem Ausleseknoten hin verbreiterten, insbesondere sich kreisförmig erweiternden, Auslesegate an den drei den Modulationsgates nächstliegenden Seiten von dem Auslesegate abgeschirmt werden. Mithin wird bei diesen Anordnungen ein Übersprechen der Modulationsspannung vermieden, auch wenn der Ausleseknoten nicht in Längsrichtung des Auslesegates unterhalb der Modulationsgates, sondern vielmehr auf gleicher Höhe mit diesen angeordnet ist.
In einer Ausführungsform ist der Ausleseknoten zwischen zwei entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordneten Auslesegates angeordnet, deren angesammelte Photoladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. In diesem Fall grenzt der Aus- leseknoten an zwei Seiten direkt an die Modulationsgates an. Dies bringt die Gefahr eines Übersprechens der Modulationsspannung auf den Ausleseknoten mit sich, wobei dieser Effekt allerdings in Folge der geringen Übersprechfläche gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen in der Summe kleiner ist. Zugleich erhöht sich der Füllfaktor gegenüber Ausführungsformen, bei denen der Ausleseknoten innerhalb einer Aussparung des Ausle- segates angeordnet ist und sich das Auslesegate mithin um den Ausleseknoten herum erstreckt, da ein solches sich weiter erstreckendes Auslesegate zu einer Erhöhung der nicht zu dem Nutzsignal beitragenden Fläche führt.
In einer Variante dieser Ausführungsform weisen die beiden entlang einer gemeinsamen Längs- achse angeordneten Auslesegates jeweils die gleiche Länge auf. Dadurch ist die von den Photoladungsträgern innerhalb eines der Auslesegates bis zu einem Ausleseknoten maximal zurückzulegende Wegstrecke auf die Hälfte gegenüber einer Anordnung am längsseitigen Ende eines Auslesegates minimiert, was eine Erhöhung der Auslesegeschwindigkeit bewirkt. In einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements beträgt das Verhältnis der Länge zur Breite des Ausleseknotens höchstens 3:1 , bevorzugt höchstens 2:1 und besonders bevorzugt 1 :1. Mithin ist ein derartiger erfindungsgemäßer Ausleseknoten sehr kompakt und trägt somit insbesondere zu einer Erhöhung der Ladungsträgerkonversionseffizienz bei. In einer Ausführungsform weist der Ausleseknoten eine rechteckige, vorzugsweise quadratische Grundform auf. Derartige Grundformen sind besonders leicht und damit kostengünstig herzustellen, wobei eine quadratische Ausführungsform ein minimales Verhältnis zwischen Länge und Breite von 1 : 1 aufweist und somit einen sehr kompakten Ausleseknoten zur Verfügung stellt. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Ausleseknoten eine kreisförmige Grundform auf. Auch eine solche Grundform ist leicht und damit kostengünstig herzustellen und weist ein minimales Verhältnis zwischen Länge und Breite von 1 : 1 auf. Dabei stellt sie einen sehr kompakten Ausleseknoten zur Verfügung, dessen Kantengeometrie noch dazu in jeder Richtung gleich ist, womit ein gleichmäßiges Ausleseverhalten in jede Richtung erzielt wird.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Detektor zur Entfernungsmessung, der ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement und eine mit den Modulationsgates verbundene Modu- lationsgatesteuereinrichtung zum Erzeugen und Steuern einer variablen Potentialdifferenz zwischen den Modulationsgates aufweist. Mittels dieser Modulationsgatesteuereinrichtung kann die Modulationsspannung mit einer bevorzugten Phasendifferenz von 180° zwischen den Modulationsgates an diese angelegt werden und es wird somit eine Verwendung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements zur Entfernungsmessung und insbesondere zur Amplituden- und Phasen- auswertung einfallender intensitätsmodulierter elektromagnetischer Strahlung ermöglicht.
Des Weiteren weist ein erfindungsgemäßer Detektor in einer Ausführungsform eine mit den Auslesegates verbundene Auslesegatesteuereinrichtung zum Anlegen und Steuern einer konstanten Spannung an die Auslesegates auf. Konstante Spannung meint zeitlich konstante Spannung im Gegensatz zu der zeitlich variierenden Modulationsspannung an den Modulationsgates. Mittels einer solchen konstanten Spannung an den Auslesegates können diese auf ein Potentialminimum gegenüber dem durch die Modulationsspannung erzeugten Potentialgefälle gesetzt werden. Dadurch wird erreicht, dass alle entlang des Potentialgefälles verschobenen Photoladungsträger in den Substratbereich unterhalb eines Auslesegates am Fuß des Potentialgefälles gelangen und dort angesammelt werden. Insbesondere werden die dort gesammelten Ladungsträger im Falle eines zeitlich konstanten Potentialminimums gegenüber einer erneuten Verschiebung unter dem Einfluss der Modulationsspannung abgeschirmt und die Ladungsträger bewegen sich, nachdem sie einmal unter ein Auslesegates gelangt sind, im Wesentlichen nur noch entlang der Längsrichtung der Auslesegates.
In einer Ausführungsform ist die Auslesegatesteuereinrichtung ausgestaltet zum Anlegen und Steuern einer konstanten Spannung an die Auslesegates, wobei die Spannung jeweils ein in Längsrichtung des Auslesegates zu dem Ausleseknoten, der die angesammelten Photoladungsträger des Auslesegates im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, hin abfallendes Potenti- algefälle aufweist. Aufgrund eines solchen Potentialgefälles ergibt sich unterhalb des Auslesegates ein Driftfeld in Richtung des Ausleseknotens, wodurch der Ladungsträgertransport zusätzlich beschleunigt wird und somit in Kombination mit geeignet modulierten Modulationsspannungen die Ladungsträgertrennung weiter verbessert werden kann. In einer Ausführungsform ist die Auslesesteuereinrichtung mit den Auslesegates jeweils an den beiden gegenüberliegenden längsseitigen Enden des Auslesegates verbunden. Mittels einer derartigen Verbindung wird bei Anlegen unterschiedlicher Potentiale an die beiden Kontakte ein Po- tentialgefälle entlang des Auslesegates erzeugt, was die bereits dargelegten Vorteile mit sich bringt. In einer weiteren Ausführungsform ist die Auslesesteuereinrichtung mit den Auslesegates zusätzlich zwischen zwei benachbarten Ausleseknoten verbunden. Mittels einer derartigen Verbindung kann das Potential zwischen den beiden benachbarten Ausleseknoten angehoben werden und somit ein Potentialgefälle entlang des Auslesegates zu den beiden Ausleseknoten hin erzeugt werden.
Bei einer Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Detektor zur Entfernungsmessung eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementen auf, die nebeneinander angeordnet sind, sodass sie eine Pixelmatrix bilden, und Mittel zum Erfassen der über die einzelnen Auslese- knoten jeweils ausgelesenen Photoladungsträgersummen. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn mehrere erfindungsgemäße Halbleiterbauelemente auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind und somit ein Pixelarray bilden. Insbesondere vorteilhaft ist es hierbei, wenn sich benachbart in einer Reihe nebeneinander angeordnete Halbleiterbauelemente jeweils ein Auslesegate und die Ausleseknoten teilen, welche die unter diesem Auslesegate angesammelten Ladungsträger im Betrieb des Halbleiterbauelements auslesen.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Sensor zur dreidimensionalen Bilderfassung, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen erfindungsgemäßen Detektor, eine Abbildungsoptik zur Projektion einfallender elektromagnetischer Strahlung auf den Detektor und Mittel zum Auswerten der erfassten Messsignale aufweist. Mittels der Abbildungsoptik kann die von Umgebungsobjekten zum Sensor hin reflektierte intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlung effektiv auf das Halbleitersubstrat der Halbleiterbauelemente abgebildet werden, wobei die Sensorfläche durch das Halbleitersubstrat der Halbleiterbauelemente gebildet wird. Durch die Mittel zum Auswerten der erfassten Messsignale können die an den einzelnen Ausleseknoten ausgele- senen Photoladungsträgersummen derart ausgewertet werden, dass durch Differenzbildung die Amplituden- und Phaseninformationen der einfallenden intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlung erfasst und daraus die Entfernungsinformationen der die intensitätsmodulierte Strahlung reflektierenden Objekte ermittelt werden. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und den dazugehörigen Figuren. Es zeigen: Figur 1 eine erste schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht,
Figur 2 eine zweite schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht,
Figur 3 eine dritte schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht,
Figur 4 eine vierte schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht,
Figur 5 eine fünfte schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbau- elemente in Draufsicht,
Figur 6 eine sechste schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht,
Figur 7 eine siebte schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht,
Figur 8 eine achte schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht,
Figur 9a eine schematische Darstellung eines Schnitts senkrecht zur Längsachse der Gates durch ein Halbleiterbauelement,
Figur 9b eine schematische Darstellung des Potentialverlaufs im Halbleitersubstrat des Halblei- terbauelements in Figur 9a und
Figur 9c eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt des Halbleiterbauelements in Figur 9a.
In Figur 1 ist eine schematische Draufsicht auf zwei nebeneinander angeordnete Halbleiterbau- elemente 1 , 1 ' dargestellt, wobei das erste Halbleiterbauelement 1 drei streifenförmige parallel nebeneinander angeordnete Modulationsgates 3, 4, 5 sowie zwei streifenförmige in Längsrichtung parallel zueinander angeordnete Auslesegates 6, 7 aufweist. Die Modulationsgates 3, 4, 5 sind zwischen den Auslesegates 6, 7 angeordnet. Beide Auslesegates 6, 7 weisen jeweils an einem längsseitigen Ende einen Ausleseknoten 8, 9 auf. Die Länge LAG der Auslesegates 6, 7 zusammen mit der Länge LAK der Ausleseknoten 8, 9 ist gleich der Länge LMG der Modulationsgates 3, 4, 5. Darüber hinaus ist die Länge LAG der Auslesegates 6, 7 größer als die Kanallänge AAG. Somit weisen die Punkte auf den den Ausleseknoten 8, 9 gegenüberliegenden Enden der Auslesegates 6, 7 einen minimalen Abstand Amin zu dem jeweiligen Ausleseknoten 8, 9 auf, der gleich der Länge LAG der Auslesegates 6, 7 ist und somit größer als die Kanallänge AAG und ins- besondere größer als die halbe Kanallänge AAG. In der dargestellten Ausführungsform weisen alle drei Modulationsgates 3, 4, 5 gleiche Form und Maße auf. Ebenso sind die Formen der beiden Auslesegates 6, 7 zueinander gleich, wie auch die Formen der beiden Ausleseknoten 8, 9 zueinander gleich sind. Dabei weisen die beiden Ausleseknoten 8, 9 jeweils eine rechteckige Grundform auf mit einer Breite BÄK, die gleich der Breite BAG der Auslesegates 6, 7 aber kleiner als die Länge LAK der Ausleseknoten 8, 9 ist. Die Breite BMG der Modulationsgates 3, 4, 5 ist größer als die Breite BAG der Auslesegates 6, 7. Das Halbleiterbauelement 1 ist bezüglich der Mittellängsachse des Modulationsgates 5 achsensymmetrisch. Neben dem ersten Halbleiterbauele- ment 1 ist ein zweites Halbleiterbauelement 1 ' mit drei Modulationsgates 3', 4', 5', zwei Auslesegates 6', T und zwei Ausleseknoten 8', 9' dargestellt. Dabei weist das zweite Halbleiterbauelement 1 ' gleiche technische Merkmale wie das erste Halbleiterbauelement 1 auf, wobei jeweils gleiche gestrichelte und ungestrichelte Bezugszahlen gleiche Elemente bezeichnen. Mithin sind die beiden Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' achsensymmetrisch bezüglich der Mittellängsachse des Auslesegates 7/7'. Die beiden nebeneinander angeordneten Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' teilen sich das zwischen ihnen angeordnete Auslesegate 7/7' und den dazugehörigen Ausleseknoten 9/9'. Hierfür sind beide Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' auf einem gemeinsamen photoleitfähigen Halbleitersubstrat 2 (nicht gezeigt) angeordnet. Die Modulationsgates 3, 3', 4, 4' werden jeweils mit einer Modulationsspannung Umod beaufschlagt, wobei die Phasendifferenz zwischen Modula- tionsgate 3 und 4 bzw. 3' und 4' jeweils 180° beträgt. Die Spannung des Mittelgates 5, 5' wird zwar jeweils konstant gehalten, ist aber als mittlere Potentialstufe zwischen den beiden Potentialstufen der Modulationsgates 3 und 4 bzw. 3' und 4', um die die Potentialdifferenz zwischen den Modulationsgates 3 und 4 bzw. 3' und 4' variiert, Teil des Potentialgefälles. Um das Auslesegate 7/7' und den Ausleseknoten 9/9' für beide Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' zu verwenden, werden die beiden Modulationsgates 4 und 4' mit phasengleichen Modulationsspannungen Umod beaufschlagt. Mithin bildet die Mittellängsachse des Auslesegates 7/7' auch eine Symmetrieachse des unterhalb der beiden Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' in dem gemeinsamen photoleitfähigen Halbleitersubstrat 2 (nicht gezeigt) erzeugten Potentialverlaufs. In dem photoleitfähigen Halbleitersubstrat 2 (nicht gezeigt) erzeugte Photoladungsträger werden durch die angelegte Modulations- Spannungen Um0d entlang der Potentialgefälle jeweils zu den zu diesem Zeitpunkt am Fuß des Potentialgefälles angeordneten Auslesegate 6, 6', 7, 7' verschoben und unter diesen angesammelt. Sodann werden diese Photoladungsträger entlang der Längsrichtung der Auslesegates 6, 6', 7, 7' zu den Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' hin weiter verschoben und über die Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' ausgelesen, bzw. in der dargestellten Ausführungsform durch die Potentialdifferenzen in Folge der Modulationsspannungen Um0d teilweise auch direkt zu dem Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' verschoben und von diesen ausgelesen.
In Figur 2 ist eine Draufsicht auf zwei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' gezeigt, die sich von der in Figur 1 gezeigten Anordnung lediglich dadurch unterscheidet, dass in Figur 2 die Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' in Längsrichtung der Auslesegates 61 , 61 ', 62, 62', 71 , 71 ', 72, 72' jeweils in der Mitte zwischen diesen angeordnet sind und die Auslesegates 61 , 61 ', 62, 62', 71 , 71 ', 72, 72' somit jeweils in zwei getrennte entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordnete Auslesegates 61 und 62 bzw. 71/71 ' und 72/72' bzw. 61 ' und 62' teilen. Die vorliegende Ausführungsform ist mithin auch achsensymmetrisch bezüglich einer gedachten Symmetrieachse, die durch die Mittelpunkte der Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' verläuft. Die maximale von den Photoladungsträgern zurückzulegende Wegstrecke entlang der Auslesegates 61 , 61 ', 62, 62', 71 , 71 ', 72, 72' beträgt lediglich die Hälfte im Vergleich zu der in Figur 1 darge- stellten Ausführungsform, was ein schnelleres Auslesen der angesammelten Ladungsträger erlaubt. Die Punkte auf den den Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' gegenüberliegenden Enden der Auslesegates 61 , 61 ', 62, 62', 71 , 71 ', 72, 72' weisen also einen minimalen Abstand Amin zu dem jeweiligen Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' auf, der halb so groß ist wie der im Falle der Ausführungsform in Figur 1. Jedoch ist die Länge LAG der Auslesegates 61 , 61 ', 62, 62', 71 , 71 ', 72, 72' größer als die halbe Kanallänge AAG. Somit weisen auch die Punkte auf den den Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' gegenüberliegenden Enden der Auslesegates 61 , 61 ', 62, 62', 71 , 71 ', 72, 72' einen minimalen Abstand Amin zu dem jeweiligen Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' auf, der größer ist als die halbe Kanallänge ÄAG. Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf zwei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Halbleiterbauelemente 1 , 1 ', die sich von der in Figur 1 gezeigten Anordnung dadurch unterscheidet, dass in Längsrichtung an beiden Enden der Auslesegates 6, 6', 7, 7' jeweils ein Ausleseknoten 81 , 81 ', 82, 82', 91 , 91 ', 92, 92' angeordnet ist. Somit weisen die Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' für jedes Auslesegates 6, 6', 7, T jeweils zwei Ausleseknoten 81 , 81 ', 82, 82', 91 , 91 ', 92, 92' auf. Dabei weisen die Ausleseknoten 81 , 81 ', 82, 82', 91 , 91 ', 92, 92' alle jeweils die gleiche quadratische Grundform auf mit einer Breite BÄK, die gleich der Länge LAK der Ausleseknoten 81 , 81 ', 82, 82', 91 , 91 ', 92, 92' ist. Die Ausführungsform ist achsensymmetrisch bezüglich einer gedachten Symmetrieachse, die durch die Mittelpunkte zwischen den Ausleseknoten 81 und 82, 91/91 ' und 92/92' sowie 81 ' und 82' verläuft und somit identisch mit den Mittelquerachsen der Auslesegates 6, 6', 7, 7' sowie der Modulationsgates 3, 3', 4, 4', 5, 5' ist. Darüber hinaus ist die Länge LAG der Auslesegates 6, 6', 7, 7' größer als die Kanallänge AAG. Somit weisen die Punkte auf den Mittelquerachsen der Auslesegates 6, 6', 7, 7', d.h. auf den Auslesegates 6, 6', 7, 7' in der Mitte zwischen den Ausleseknoten 81 und 82, 91/91 ' und 92/92' bzw. 81 ' und 82' einen minimalen Abstand Amin zu dem jeweiligen Ausleseknoten 81 und 82, 91/91 ' und 92/92' bzw. 81 ' und 82' auf, der die Hälfte der Länge LAG der Auslesegates 6, 6', 7, 7' beträgt und demnach größer ist als die halbe Kanallänge AAG.
Die in Figur 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich gegenüber der Ausführungsform in Figur 1 lediglich dadurch, dass die Auslesegates 6, 6', 7, 7' breiter sind und gleiche Länge LAG wie die Modulationsgates 3, 3', 4, 4', 5, 5' aufweisen, d.h. LAG ist gleich LMG. Dabei ist die Breite BAG der Auslesegates 6, 6', 7, 7' größer als die Breite BÄK der Ausleseknoten 8, 8', 9, 9'. Die Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' sind jeweils in einer Aussparung 10, 10', 1 1 , 1 1 ' am längsseitigen Ende der Auslesegates 6, 6', 7, 7' angeordnet. Somit werden die Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' an drei Seiten von den Auslesegates 6, 6', 7, T umgriffen und insbesondere modulationsgateseitig durch die Auslesegates 6, 6', 7, T gegenüber einem Übergreifen der an den Modulationsgates 3, 3', 4, 4', 5, 5' angelegten Modulationsspannungen Umod abgeschirmt. In Figur 5 werden zwei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' in einer Draufsicht dargestellt, wobei sich die Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' sowie deren Anordnung gegenüber den in Figur 4 gezeigten lediglich dadurch unterscheiden, dass die Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' in Längsrichtung der Auslesegates 6, 6', 7, T jeweils in der Mitte in einer Aussparung 10, 10', 1 1 , 1 1 ' in denselben angeordnet sind. Mithin ist diese Ausführungsform zusätzlich achsensymmetrisch bezüglich einer gedachten Symmetrieachse, die durch die Mittelpunkte der Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' verläuft. Die Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' werden in diesem Fall vollständig von den Auslesegates 6, 6', 7, 7' umschlossen. Durch die Anordnung in Längsrichtung der Auslesegates 6, 6', 7, 7' in der Mitte werden im vorliegenden Fall die maximalen von den gesammelten Photoladungsträgern zurückzulegenden Wegstrecken unter den Auslesegates 6, 6', 7, 7' gegenüber der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform halbiert. Die Punkte auf den den Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' gegenüberliegenden Enden der Auslesegates 6, 6', 7, 7' weisen einen minimalen Abstand Amin zu dem jeweiligen Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' auf, der halb so groß ist wie der im Falle der Ausführungsform in Figur 4. Dabei ist die Länge LAG der Auslesegates 6, 6', 7, 7' wiederum größer als die halbe Kanallänge AAG und somit der minimale Abstand Amin der Punkte auf den den Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' gegenüberliegenden Enden der Auslesegates 6, 6', 7, 7' zu dem jeweiligen Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' größer ist als die halbe Kanallänge AAG.
Die in Figur 6 dargestellte Ausführungsform zeigt ebenfalls zwei nebeneinander angeordnete erfindungsgemäße Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' in einer Draufsicht. Hierbei unterscheidet sich die dargestellte Ausführungsform von der in Figur 5 gezeigte dadurch, dass neben den in der Mitte der Auslesegates 6, 6', 7, 7' in einer Aussparung 10, 10', 1 1 , 1 1 ' angeordneten Ausleseknoten 82, 82', 92, 92' zusätzlich in Längsrichtung jeweils an beiden längsseitigen Enden der Auslesegates 6, 6', 7, 7' jeweils ein Ausleseknoten 81 , 81 ', 83, 83', 91 , 91 ', 93, 93' in gleicher Weise wie die Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' in Figur 4 angeordnet ist. Somit weisen die Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' für jedes Auslesegates 6, 6', 7, 7' jeweils drei Ausleseknoten 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93' auf. Dabei weisen die Ausleseknoten 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93' alle jeweils die gleiche quadratische Grundform auf mit einer Breite BÄK, die gleich der Länge LAK der Ausleseknoten 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93' ist. Darüber hinaus sind die Abstände benachbarter Ausleseknoten 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93' größer als die Kanallänge AAG. Somit weisen die Punkte auf den Auslesegates 6, 6', 7, 7' in der Mitte zwischen benachbarten Ausleseknoten 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93' einen minimalen Abstand Amin zu den jeweiligen benachbarten Ausleseknoten 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93' auf, der größer ist als die halbe Kanallänge AAG. In Figur 7 sind zwei nebeneinander angeordnete Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' in einer Draufsicht zu sehen, wobei sich die dargestellten Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' gegenüber den in Figur 1 dargestellten Halbleiterbauelementen 1 , 1 ' dadurch unterscheiden, dass sie am ausleseknotenseiti- gen Ende trichterförmig erweitert sind, d.h. sie jeweils einen ersten Abschnitt 12, 12', 13, 13' aufweisen, dessen Breite BAG gleich der Breite BÄK der Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' ist, und einen zweiten Abschnitt 14, 14', 15, 15', der sich zu den Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' hin symmetrisch und konstant verbreitert. Dabei erreicht der zweite Abschnitt 14, 14', 15, 15' eine maximale Breite jeweils auf Höhe der Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' und verläuft von dort bis zum Ende der Auslese- gates 6, 6', 7, 7' mit konstanter maximaler Breite. Mithin werden die Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' im Vergleich zu der Ausführungsform in Figur 1 nicht nur an einer Seite, sondern vielmehr an drei Seiten von den Auslesegates 6, 6', 7, 7' in den Aussparungen 10, 10', 1 1 , 1 1 ' umgriffen. Insbesondere werden die Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' modulationsgateseitig gegenüber den benachbarten Modulationsgates 3, 3', 4, 4' durch die Auslesegates 6, 6', 7, 7' gegen ein Übergreifen der Modulationsspannung Umod abgeschirmt. Für einen kompakten Aufbau der Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' mit einer möglichst maximalen von den Modulationsgates 3, 3', 4, 4', 5, 5' überdeckten Halbleitersubstratfläche 2 (nicht gezeigt) verbindet die Ausführungsform in Figur 7 die Vorteile schmaler Auslesegates 6, 6', 7, 7', wie sie in Figur 1 dargestellt sind, und einer dreiseitigen Abschirmung der Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' durch die Auslesegates 6, 6', 7, 7' einer Ausführungs- form, wie sie in Figur 4 dargestellt ist. Insbesondere weisen die zu den Auslesegates 6, 6', 7, 7' benachbarten Modulationsgates 3, 3', 4, 4' auslesegateseitig auf Höhe der zweiten Abschnitte 14, 14', 15, 15' der Auslesegates 6, 6', 7, 7' jeweils eine Aussparung 16, 16', 17, 17' auf. Dabei sind die Formen der Aussparungen 16, 16', 17, 17' identisch zu den im Vergleich zu den Ausführungsformen in Figur 1 zusätzlichen Abschnitten der Auslesegates 6, 6', 7, 7'. Somit verlaufen die benachbarten Seitenkanten der Auslesegates 6, 6', 7, 7' und der Modulationsgates 3, 3', 4, 4' jeweils parallel zueinander.
In Figur 8 werden zwei benachbarte Halbleiterbauelemente 1 , 1 ' dargestellt, wobei die Auslesegates 6, 6', 7, 7' wiederum trichterförmig ausgestaltet sind und wobei die Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' in Längsrichtung der Auslesegates 6, 6', 7, 7' in der Mitte in Aussparungen 10, 10', 1 1 , 1 1 ' in denselben angeordnet sind. Mithin weisen die Auslesegates 6, 6', 7, 7' in Längsrichtung an beiden Enden jeweils einen ersten Abschnitt 12, 12', 13, 13' auf, dessen Breite BAG gleich der Breite BÄK der Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' ist, an den sich jeweils ein in Längsrichtung des Auslesegates 6, 6', 7, 7' in der Mitte angeordneter zweiter Abschnitt 14, 14', 15, 15' anschließt. Hierbei sind die beiden zweiten Abschnitte 14, 14', 15, 15' direkt ineinander übergehend angeordnet. Die zu den Auslesegates 6, 6', 7, 7' benachbarten Modulationsgates 3, 3', 4, 4' weisen wiederum auslesegateseitig angeordnete Aussparungen 16, 16', 17, 17' für die trichterförmig ausgestalteten Abschnitte der Auslesegates 6, 6', 7, 7' mit den Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' auf. Dabei sind die Formen der Aussparungen 16, 16', 17, 17' identisch zu den im Vergleich zu den Auslesegates 61 , 61 ', 62, 62', 71 , 71 ', 72, 72' in der Ausführungsform in Figur 2 zusätzlichen Abschnitten der Auslesegates 6, 6', 7, 7'. Somit verlaufen auch in dieser Ausführungsform die benachbarten Seitenkanten der Auslesegates 6, 6', 7, 7' und der Modulationsgates 3, 3', 4, 4' jeweils parallel zueinander. Mithin verbindet die Ausführungsform in Figur 8 die Vorteile schmaler Auslesegates 6, 6', 7, 7', wie sie in Figur 2 gezeigt sind, mit den Vorteilen einer allseitigen Abschirmung der in den Aussparungen 10, 10', 1 1 , 1 1 ' der Auslesegates 6, 6', 7, 7' angeordneten Ausleseknoten 8, 8', 9, 9' gegenüber den an den Modulationsgates 3, 3', 4, 4', 5, 5' angelegten Modulationsspannungen Umod durch die Auslesegates 6, 6', 7, 7'.
In Figur 9a ist ein schematischer Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement 1 senkrecht zu den Längsachsen der Gates 3, 4, 6, 7 dargestellt. Es sind zwei Auslesegates 6 und 7 mit einem rechteckigen Querschnitt zu sehen, die auf einem Halbleitersubstrat 2 angeordnet sind. Zwischen den beiden Auslesegates 6 und 7 sind zwei Modulationsgates 3 und 4 gezeigt, die ebenfalls einen rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei die Breite BMG der Modulationsgates 3, 4 jeweils deutlich größer ist als die Breite BAG der Auslesegates 6, 7. Über den Auslesegates 6, 7 ist jeweils ein Abschirmelement 18, 19 mit recheckigem Querschnitt angeordnet, das undurchlässig ist für die zu erfassende elektromagnetische Strahlung und die Auslesegates 6, 7 somit gegenüber dieser Strahlung abschirmt. Einfallende elektromagnetische Strahlung gelangt daher nur durch die als Photogates ausgestalteten Modulationsgates 3, 4 in das photoleitfähige Halbleitersubstrat 2 und erzeugt dort proportional zu ihrer Intensität Photoladungsträger. Der gezeigte Aufbau des Halbleiterbauelements 1 ist achsensymmetrisch bezüglich einer gedachten Symmetrieachse, die in der Mitte zwischen den beiden Modulationsgates 3 und 4 senkrecht zur Oberfläche des Halbleitersubstrats 2 verläuft. In Figur 9b ist für die in Figur 9a gezeigte Gatean- Ordnung eine Momentaufnahme des durch die an die Modulationsgates 3, 4 angelegte Modulationsspannung Umod sowie die an die Auslesegates 6, 7 angelegten gleichen zeitlich konstanten Auslesespannungen UAG erzeugten Potentials U(s) innerhalb des photoleitfähigen Halbleitersubstrats 2 dargestellt. Das zeitlich variierende Potential U(s) ist eine Funktion des Ortes s in Querrichtung zu den Gates 3, 4, 6, 7. Aufgrund der an die Auslesegates 6 und 7 angelegten Auslese- Spannung UAG befinden sich die Substratbereiche unterhalb der Auslesegates 6, 7 jeweils auf einem Potentialminimum, wobei der Substratabschnitt unterhalb des Modulationsgates 3 zum dargestellten Zeitpunkt auf einem Potentialmaximum und der Potentialabschnitt unter dem Modulationsgate 4 auf einer im Verhältnis dazu tieferen Potentialstufe liegt. In Folge der zeitlichen Variation der Modulationsspannung Um0d variieren die Bereiche unterhalb der Modulationsgates 3, 4 wechselweise zwischen den beiden dargestellten Potentialstufen der Modulationsspannung Um0d. Die im Halbleitersubstrat erzeugten Photoladungsträger werden jeweils von der Seite mit der höheren Potentialstufe zu der Seite mit der niedrigeren Potentialstufe hin das Potentialgefälle hinab verschoben. Dabei werden sie unter dem Auslesegate 6, 7 gesammelt, das zu dem Modu- lationsgate 3, 4 mit der momentan niedrigeren Potentialstufe benachbart angeordnet ist. In Figur 9c ist ein Ausschnitt des in Figur 9a dargestellten Halbleiterbauelements 1 in einer Draufsicht gezeigt, wobei die beiden Abschirmelemente 18, 19 nicht gezeigt sind. Zu sehen ist, dass die beiden Ausleseknoten 8, 9 im vorliegenden Fall jeweils an ein Ende der Auslesegates 6, 7 an- schließend in Längsrichtung der Gates 3, 4, 6, 7 unterhalb der Höhe der Modulationsgates 3, 4 und der Auslesegates 6, 7 angeordnet sind. Die Auslesegates 6, 7 erstrecken sich dabei in Längsrichtung über die gleiche Länge wie die Modulationsgates 3, 4. Die Ausleseknoten weisen einen rechteckigen Grundriss mit einer geringeren Breite BÄK als die Breite BAG der Auslesegates 6, 7 auf. Eine solche kompakte und im Verhältnis zu den Auslesegates 3, 4 kleine Fläche der hier gezeigten Ausleseknoten 8, 9 führt zu einer hohen Ladungsträgerkonversionseffizienz. Zugleich werden die Ausleseknoten 8, 9 dadurch, dass sie nicht auf gleicher Höhe wie die Modulationsgates 3, 4 angeordnet sind, und dadurch, dass die Breite BAG der Auslesegates 6, 7 größer ist als die Breite BÄK der Ausleseknoten 8, 9, effektiv gegen einem Übersprechen der Modulationsspannung Umod abgeschirmt.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird daraufhingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den abhängigen Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebiger Zu- sammenstellung mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die zusammenfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen und die Betonung der Unabhängigkeit der einzelnen Merkmale voneinander wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschrei- bung wegen verzichtet.
Bezugszeichenliste
1 ,1 ' Halbleiterbauelement
2 Photoleitfähiges Halbleitersubstrat
3, 3' Erstes Modulationsgate
4, 4' Zweites Modulationsgate
5, 5' Drittes Modulationsgate
6, 6' Auslesegate
61 , 61 ' Auslesegate
62, 62' Auslesegate (entlang gemeinsamer Längsachse mit 61 , 61 ')
7, 7' Auslesegate
71 , 71 ' Auslesegate
72, 72' Auslesegate (entlang gemeinsamer Längsachse mit 71 , 71 ')
8, 8' Ausleseknoten
81 , 81 ' Ausleseknoten
82, 82' Ausleseknoten
83, 83' Ausleseknoten
9, 9' Ausleseknoten
91 , 91 ' Ausleseknoten
92, 92' Ausleseknoten
93, 93' Ausleseknoten
10, 10' Aussparung eines Auslesegates
1 1 , 1 1 ' Aussparung eines Auslesegates
12, 12' Erster Abschnitt eines Auslesegates
13, 13' Erster Abschnitt eines Auslesegates
14, 14' Zweiter Abschnitt eines Auslesegates
15, 15' Zweiter Abschnitt eines Auslesegates
16, 16' Aussparung des ersten Modulationsgates
17, 17' Aussparung des zweiten Modulationsgates
18 Abschirmelement für ein Auslesegate
19 Abschirmelement für ein Auslesegate
BÄK Ausleseknotenbreite
LAK Ausleseknotenlänge
BAG Auslesegatebreite
LAG Auslesegatelänge
BMG Modulationsgatebreite
LMG Modulationsgatelänge
AAG Kanallänge Amin Minimaler Abstand zwischen einem Punkt auf einem Auslesegate und dem zu dem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten
Umod Modulationsspannung an den Modulationsgates
UAG Auslesespannung an den Auslesegates
U(s) Potential im Halbleitersubstrat als Funktion von s
s Ort in Querrichtung zu den Gates

Claims

Patentansprüche
Halbleiterbauelement (1,1') mit einem photoleitfahigen Halbleitersubstrat (2) und mindestens zwei Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5'),
wobei die Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') eine Länge (LMG) aufweisen und in Längsrichtung parallel nebeneinander auf dem Substrat (2) angeordnet sind und
wobei die Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') ausgestaltet sind zum Erzeugen und Variieren einer Potentialdifferenz (Umod) innerhalb des Substrats
(2) zumindest zwischen Substratabschnitten, auf denen die Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') angeordnet sind,
wobei das Halbleiterbauelement (1,1') so ausgestaltet ist, dass einfallende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise in einen Substratabschnitt zwischen und unterhalb der Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') gelangen und dort Ladungsträger erzeugen kann, wobei das Halbleiterbauelement (1,1') mindestens zwei Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') aufweist,
wobei die Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') eine Länge (LAG) aufweisen, die größer ist als ihre Breite (BAG), und in Längsrichtung parallel zu den Modulationsgates (3,
3', 4,
4', 5,
5'), die zwischen den Auslesegates (6, 6', 61 , 61 ', 62, 62', 7, 7', 71 , 71 ', 72, 72') angeordnet sind, in einem Abstand (AAG) voneinander auf dem Substrat (2) angeordnet sind, wobei der Abstand (AAG) der Auslesegates voneinander die Kanallänge des Halbleiterbauelements bildet, und
wobei die Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') zum Ansammeln von Ladungsträgern in dem Substrat (2) unterhalb der Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') und zum Leiten der angesammelten Ladungsträgern in Längsrichtung der Auslesegates (6, 6', 61 , 61 ', 62, 62', 7, 7', 71 , 71 ', 72, 72') eingerichtet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement (1,1') für jedes Auslesegate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71 , 71 ', 72, 72') mindestens einen Ausleseknoten (8, 8', 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') aufweist,
wobei der Ausleseknoten (8, 8', 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93') an das Auslesegate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') angrenzend angeordnet und zum Auslesen der unterhalb des Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') in dem Substrat (2) angesammelten Ladungsträger eingerichtet ist und
wobei der minimale Abstand (Amin) zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') größer als die halbe Kanallänge (AAG) ist.
Halbleiterbauelement (1,1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Abstand (Amin) zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten (8, 8', 81, 81 ', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93') größer als die Kanallänge (AAG) und bevorzugt größer als die doppelte Kanallänge (AAG) ist.
Halbleiterbauelement (1,1') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Abstand (Amin) zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate (6, 6', 61, 61 ', 62, 62', 7, 7', 71 , 71 ', 72, 72') und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') größer als 5 μιτι, bevorzugt größer als 10 μιη und besonders bevorzugt größer als 20 μιη ist.
Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterbauelement (1,1') für jedes Auslesegate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71 , 71 ', 72, 72') genau einen Ausleseknoten (8, 8', 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93') aufweist.
Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (BAG) der Auslesegates (6, 6', 61 , 61 ', 62, 62', 7, 7', 71 , 71 ', 72, 72') kleiner als ein Viertel der Kanallänge (AAG), vorzugsweise kleiner als ein Fünftel und besonders bevorzugt kleiner als ein Sechstel der Kanallänge (AAG) ist.
Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (LAK) des Ausleseknotens (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91 ', 92, 92', 93, 93') kleiner ist als die Länge (LAG) des Auslesegates (6, 6', 61,61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72'), dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest.
Halbleiterbauelement (1,1') nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Länge (LAK) des Ausleseknotens (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') und der Länge (LAG) des Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72'), dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, höchstens 1:10, bevorzugt höchstens 1:50 und besonders bevorzugt höchstens 1:100 beträgt.
Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Ausleseknotens (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') mindestens zehn mal kleiner, bevorzugt mindestens fünfzig mal kleiner und besonders bevorzugt mindestens hundert mal kleiner ist als die Gesamtfläche der angrenzenden Auslesegates (6,
6', 61, 61', 62, 62', 7,
7', 71, 71', 72, 72'), deren angesammelte La- dungsträger der Ausleseknoten (8,
8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest.
9. Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass genau drei in Längsrichtung parallel nebeneinander angeordnete Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') zwischen den Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') vorgesehen sind.
10. Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93,
93') auf der Längsachse des Auslesegates (6, 6', 61 , 61 ', 62, 62', 7, 7', 71 , 71 ', 72, 72') angeordnet ist, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest.
11. Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (BÄK) des Ausleseknotens (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91 ', 92, 92', 93, 93') kleiner ist als die Breite (BAG) des Auslesegates (6, 6', 61,61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72'), dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81',
82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest.
12. Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') zumindest teilweise in einer Aussparung (10, 10', 11, 11') des Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') angeordnet ist, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') im Betrieb des
Halbleiterbauelements ausliest, und seitlich zumindest teilweise von diesem umgeben ist.
13. Halbleiterbauelement (1,1') nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (10, 10', 11 , 11 ') zur Aufnahme des Ausleseknotens (8, 8', 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') in Querrichtung des Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71,
71', 72, 72'), dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82',
83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, in der Mitte angeordnet ist.
14. Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') vollständig in der Aussparung (10, 10', 11, 11 ') zur Aufnahme des Ausleseknotens (8, 8', 81 , 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') angeordnet ist, sodass der Ausleseknoten (8, 8", 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91,91', 92, 92', 93, 93') seitlich vollständig von dem Auslesegate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') umschlossen ist, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest.
15. Halbleiterbauelement (1 ,1') nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslesegate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') einen ersten Abschnitt (12, 12', 13, 13') aufweist, dessen Breite (BAG) kleiner oder gleich der Breite (BÄK) des Ausleseknotens (8, 8', 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93') ist, und einen zweiten, an den ersten Abschnitt (12, 12', 13, 13') anschließenden Abschnitt (14, 16), dessen Breite
(BAG) zum Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') hin zunimmt, wobei die den Ausleseknoten (8, 8', 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93') zumindest teilweise aufnehmende Aussparung (11, 12) in einem Bereich des zweiten Abschnitts (14, 16) angeordnet ist, der eine maximale Breite aufweist.
16. Halbleiterbauelement (1,1') nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten Längsseiten eines Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') und des nächstliegenden Modulationsgates (3, 3', 4, 4') parallel zueinander verlaufen, sodass das Modulationsgate (3, 3', 4, 4') eine auslesegateseitig angeordnete Aussparung (16, 16', 17, 17') aufweist.
17. Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (10, 10', 11, 11 ') des Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') in Längsrichtung desselben in der Mitte angeordnet ist.
18. Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') an einem längsseitigen Ende des Auslesegates (6, 6', 61 , 61 ', 62, 62', 7, 7', 71 , 71 ', 72, 72') angeordnet ist, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest.
19. Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') zwischen zwei entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordneten Auslesegates (61, 61', 62, 62', 71 , 71', 72, 72') angeordnet ist, deren angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest.
20. Halbleiterbauelement (1,1') nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordneten Auslesegates (61, 61', 62, 62', 71, 71 ', 72, 72') jeweils die gleiche Länge (LAG) aufweisen.
21. Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge (LAK) zur Breite (BÄK) des Ausleseknotens (8, 8', 81 , 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') höchstens 3:1, bevorzugt höchstens 2:1 und besonders bevorzugt 1:1 beträgt.
22. Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') eine rechteckige, vorzugsweise quadratische Grundform aufweist.
23. Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') eine kreisförmige Grundform aufweist.
24. Detektor zur Entfernungsmessung, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Halbleiterbauelement (1,1') nach einem der vorangehenden Ansprüche und eine mit den Modulationsgates verbundene Modulationsgatesteuereinrichtung zum Erzeugen und Steuern einer variablen
Potentialdifferenz (Umod) zwischen den Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') aufweist.
25. Detektor zur Entfernungsmessung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass er eine mit den Auslesegates verbundene Auslesegatesteuereinrichtung zum Anlegen und Steuern einer konstanten Spannung (UAG) an die Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7',
71, 71', 72, 72') aufweist.
26. Detektor zur Entfernungsmessung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslesegatesteuereinrichtung eingerichtet ist zum Anlegen und Steuern einer konstanten Spannung (UAG) an die Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71 , 71 ', 72, 72'), wobei die
Spannung (UAG) jeweils ein in Längsrichtung des Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') zu einem Ausleseknoten (8, 8', 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93'), der die angesammelten Ladungsträger des Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, hin abfallendes Potential- gefalle aufweist.
27. Detektor zur Entfernungsmessung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslesesteuereinrichtung mit den Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') jeweils an den beiden gegenüberliegenden längsseitigen Enden der Auslesegates (6, 6', 61 , 61 ', 62, 62', 7, 7', 71 , 71 ', 72, 72') verbunden ist.
28. Detektor zur Entfernungsmessung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslesesteuereinrichtung mit den Auslesegates (6, 6', 61 , 61 ', 62, 62', 7, 7', 71 , 71 ', 72, 72') zwischen zwei benachbarten Ausleseknoten (8, 8', 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93') verbunden ist.
29. Detektor zur Entfernungsmessung nach einem der Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekenn- zeichnet, dass er eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen (1 , 1 '), die nebeneinander angeordnet sind, sodass sie eine Pixelmatrix bilden, und Mittel zum Erfassen der über die einzelnen Ausleseknoten (8, 8', 81 , 81 ', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91 , 91 ', 92, 92', 93, 93') jeweils ausgelesenen Ladungsträgersummen aufweist.
30. Sensor zur dreidimensionalen Bilderfassung, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Detektor nach Anspruch 28, eine Abbildungsoptik zur Projektion einfallender elektromagnetischer Strahlung auf den Detektor und Mittel zum Auswerten der erfassten Messsignale aufweist.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014183982A1 (de) * 2013-05-16 2014-11-20 Pmdtechnologies Gmbh Lichtlaufzeitsensor
WO2014183983A1 (de) * 2013-05-16 2014-11-20 Pmdtechnologies Gmbh Lichtlaufzeitsensor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19821974A1 (de) 1998-05-18 1999-11-25 Rudolf Schwarte Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Phase und Amplitude elektromagnetischer Wellen
US20030223053A1 (en) * 2000-12-11 2003-12-04 Xingiao Liu Methods and devices for charge management for three-dimensional and color sensing
DE102004016624A1 (de) 2004-04-05 2005-10-13 Pmdtechnologies Gmbh Photomischdetektor
US20110019049A1 (en) * 2009-07-27 2011-01-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Photo detecting apparatus and unit pixel thereof

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE456158T1 (de) * 2003-09-02 2010-02-15 Univ Bruxelles Ein durch einen strom aus majoritätsträgern unterstützter detektor für elektromagnetische strahlung

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19821974A1 (de) 1998-05-18 1999-11-25 Rudolf Schwarte Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung von Phase und Amplitude elektromagnetischer Wellen
US20030223053A1 (en) * 2000-12-11 2003-12-04 Xingiao Liu Methods and devices for charge management for three-dimensional and color sensing
DE102004016624A1 (de) 2004-04-05 2005-10-13 Pmdtechnologies Gmbh Photomischdetektor
US20110019049A1 (en) * 2009-07-27 2011-01-27 Samsung Electronics Co., Ltd. Photo detecting apparatus and unit pixel thereof

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014183982A1 (de) * 2013-05-16 2014-11-20 Pmdtechnologies Gmbh Lichtlaufzeitsensor
WO2014183983A1 (de) * 2013-05-16 2014-11-20 Pmdtechnologies Gmbh Lichtlaufzeitsensor

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