WO2016180825A1 - Detektor zum erfassen von ultraviolettstrahlung - Google Patents

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Tim Boescke
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a detector for detecting ultraviolet radiation.
  • the detector has a silicon layer with a photodiode structure.
  • UV radiation ultraviolet radiation
  • Possible applications include UV index sensors, gas detection and flame monitoring in oil burners.
  • Photodiode detectors with a photodiode structure are used here.
  • diode detectors which are based on wide-bandgap semiconductor materials, such as GaN, TiO 2 or SiC. Since such materials are expensive to manufacture, the use of silicon based detectors is instead sought.
  • Silicon has a direct band gap of 3.4 eV, so that an efficient absorption of UV radiation for the photoelectric generation of charge carriers or electron-hole pairs is possible.
  • visible light radiation is also absorbed to generate charge carriers.
  • optical filters can be used.
  • this approach is associated with additional costs, and not only leads to a reduced transmission of visible light but also to UV radiation.
  • An anti-reflective layer of silicon oxide is unstable to UV radiation. In a photodiode detector having such an antireflection layer, therefore, degradation at the Si / SiO 2 interface may occur.
  • An antireflection layer of silicon nitride causes high absorption in the UV range.
  • Common and silicon-based photodiode detectors are also formed with a high doping in a near-surface region in order to promote the transport of photoelectrically generated charge carriers. This results in a low lifetime of charge carriers. Since charge carriers are generated mainly near the surface in the case of UV radiation, this embodiment results in reduced sensitivity in the UV range.
  • the object of the present invention is to provide an improved detector for detecting ultraviolet radiation.
  • a detector for detecting ultraviolet radiation has a first layer and a second layer on the first to ⁇ ordered layer.
  • the first layer is a Si ⁇ lizium Anlagen with a photodiode structure.
  • the Layer is an aluminum oxide layer (A1203 layer).
  • the First layer has, due to the arrangement of the second
  • the design of the detector with the first layer of silicon, which has the photodiode structure, allows cost-effective production. Also, the detector is thereby suitable for detecting UV radiation.
  • the second layer of aluminum oxide arranged directly on the first layer can serve as a passivation layer and as an antireflection layer in the case of the detector. Also, the second layer may form a front side of the detector, which faces the radiation to be detected during operation of the detector.
  • the use of aluminum oxide also results in the first layer of silicon having an induced charge carrier layer.
  • the arrangement of the second layer of aluminum oxide on the first layer of silicon causes stationary negative charges to be present at the interface between the two layers.
  • the reason for this is the use of the materials silicon and aluminum oxide for the first and second layer.
  • the electric field caused by the negative charges stabilizes the silicon surface of the first layer.
  • the fixed negative charges induce a layer of positive charge carriers (holes or holes) in the first layer. This takes place in an area adjacent to the second layer.
  • the fixed negative charges may aid in the collection of positive charge carriers or holes which may be generated in the operation of the detector by radiation absorption in the first layer.
  • photo electrically generated ⁇ positive charge carriers can be pulled in the direction of the induced charge carrier layer.
  • the indu ed charge carrier layer provides further for a ⁇ op-optimized and efficient lateral transport of positive charge carriers.
  • An occurrence of a low lifetime of charge carriers, as is the case with a doped layer, can be avoided in this embodiment.
  • a high carrier efficiency can be achieved, and therefore efficient detection of UV radiation by means of the detector is possible.
  • the second layer of aluminum oxide is also distinguished by a high long-term stability under UV irradiation and by a low absorption capacity in the UV range.
  • charge carriers which can be generated in the operation of the detector by radiation absorption in the first layer can be separated. Based thereon, electrical detector signals may be provided.
  • the detector may include metallic contacts through which the detector may be contacted to pick up the detector signals.
  • the metallic contacts may be suitably connected to the photodiode structure.
  • the photodiode structure of the first layer may be a PIN photodiode structure (Positive Intrinsic Negative).
  • the first layer may have a p-type layer region, an n-type layer region and an intrinsic layer region.
  • the generation of detector signals can be based on the fact that charge carriers are generated by radiation absorption in the intrinsic layer region and subsequently drift into the p-conducting and the n-conducting layer region.
  • the induced charge carrier layer can be formed in the intrinsic ⁇ layer region, and an efficient Allow transport of photoelectrically generated positive charge carriers or holes to the p-type layer region.
  • the p- and n-type layer portions can be formed harnessdo ⁇ advantage.
  • the intrinsic layer region may be undoped or substantially undoped, so that a high lifetime of charge carriers may be present in this region.
  • the first layer has a p-type layer region, an n-type layer region and an intrinsic layer region between the p-type and the n-type layer region, and the p-type layer region of the intrinsic Schichtbe ⁇ are rich and the n conductive layer region laterally arranged side by side.
  • the aforementioned different layer regions of the first layer can adjoin the second layer of aluminum oxide.
  • this embodiment makes it possible for charge carriers in the first layer or in the intrinsic layer region of the first layer to be produced essentially by absorption of UV radiation, whereas for a longer-wave radiation fraction such as visible radiation Spectral region is a much lower interaction with the first layer. In this way, the influence of radiation of the visible spectral range can be suppressed.
  • the charge carrier layer induced in the self-conducting layer region photoelectrically generated positive charge carriers can be transported in an efficient manner to the p-conducting layer region.
  • the aforementioned structure may be formed repeatedly along the first layer along a lateral or horizontal direction. In this way, the detective tor be realized for detecting UV radiation in a large area.
  • the first layer has a plurality of p-type layer regions, a plurality of n-type ones
  • Layer regions and a plurality of intrinsic layer regions wherein in each case an intrinsic layer region is present between adjacent p-type and n-type layer regions. Furthermore, the different p-type, n-type and intrinsic layer regions are arranged laterally next to each other. In this case, a p-conducting and an n-conducting layer region can alternately be present along the lateral direction.
  • the p-type and n-type layer portions can be provided with a finger-shaped elongated geometry, and to each other formed in parallel running from ⁇ .
  • charge carriers can be generated by radiation absorption in the intrinsic layer regions and drift into the adjoining p-conductive and n-conductive layer regions.
  • the induced carrier layer may each be formed in the intrinsic layer regions and cause photoelectrically generated positive carriers to be efficiently transported to the p-type layer regions.
  • the detector has a carrier substrate and an insulating layer arranged on the carrier substrate.
  • the first layer of silicon with the photodiode structure is disposed on the insulating layer.
  • a langwelligerer proportion of radiation such as radiation of the visible spectral egg ne significantly less interaction with the first layer shows.
  • the long-wave radiation portion can be substantially absorbed in the carrier substrate, thereby Ladungsträ ⁇ ger can be generated in the carrier substrate.
  • Arranged between the first layer and the carrier substrate isolie ⁇ Rende layer prevents here is that in the carrier substrate generated charge carriers can diffuse into the first layer.
  • the detector signals generated by the detector may be substantially due to UV radiation.
  • the insulating is
  • a silicon oxide layer (SiO 2 layer).
  • SiO 2 layer a silicon oxide layer
  • the stationary positive charges induce another charge carrier layer in the first layer, in a region adjacent to the silicon oxide layer. This is a layer with negative La ⁇ makers (electrons).
  • the fixed positive charges may aid in the collection of negative carriers or electrons, which may be generated by radiation absorption in the first layer during operation of the detector.
  • photo ⁇ electrically generated negative charge carriers can be pulled in the direction of the further induced charge carrier layer.
  • the further induced charge carrier layer furthermore ensures efficient lateral transport of negative charge carriers.
  • the further charge carrier layer may be present in the intrinsic layer
  • the carrier substrate may be a silicon substrate.
  • the insulating layer as indicated above, as Silizi ⁇ umoxid für is formed is given in this way the Mög ⁇ friendliness, the detector provided on a SOI substrate (Silicon On Insulator) to manufacture.
  • the aluminum oxide layer can be formed, for example, by means of atomic layer deposition (ALD, Atomic Layer Deposition) on the silicon layer.
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • the photodiode structure may be formed in the silicon layer using appropriate doping processes.
  • the first layer of silicon has a thickness in a range of 50 nm to 200 nm. Also possible is a thickness in a range of 50 nm to 100 nm.
  • a thickness in a range of 50 nm to 100 nm As a result, it can be achieved with a high level of reliability that substantially UV radiation is absorbed in the first layer, whereas for a long-wave radiation fraction or for radiation of the visible spectral range substantially no interaction takes place. Therefore, the influence of radiation of the visible spectral range can be largely suppressed. This is based on egg ⁇ ner shorter wavelength becoming smaller absorption length, which for silicon below a wavelength of 400 nm has a value in the range or below lOnm.
  • the second layer of alumina has a thickness in a range of from 1 to 100 nm. In this way, the presence of a low absorption effect for UV radiation is further promoted.
  • the second layer of aluminum oxide has a thickness of 46 nm. In this way, a high antireflective effect with respect to UV radiation can be achieved with the aid of the second layer.
  • the detector can be realized in the form of a discrete detector. Also possible is an embodiment in which the detector is realized in combination with an integrated circuit.
  • Figure 1 is a schematic sectional side view of a section of a detector for detecting ultraviolet radiation with a silicon layer and one on the silicon layer is ⁇ arranged alumina layer, the silicon layer has a lateral PIN photodiode structure;
  • Figure 2 is another sectional view of the detector in ei ⁇ nem larger section.
  • FIG. 3 shows a diagram, in which are shown by a simulation tivity gewon- nene wavelength-dependent gradients of an internal Quantenef ⁇ ficiency, an external quantum efficiency and a Reflekti- of the detector.
  • Figure 1 shows in cross section a detail of a Photodio ⁇ dendetektors 100, which is designed for efficient detection of UV radiation.
  • the detector 100 is shown in cross-section in a larger section. It should be noted that Figures 1, 2 are merely schematic in nature and are not to scale. Therefore, components and structures shown herein may be exaggerated or oversized for clarity. In the same way, it is possible that the detector 100 in addition to shown and described components and
  • Structures can be formed with other components and structures.
  • the detector 100 has a carrier substrate 140 made of silicon and an insulating silicon oxide layer 130 (SiO 2 layer) arranged on the carrier substrate 140. This is a buried silicon oxide layer 130. On the silicon oxide layer 130 is a silicon layer 110 with a photodiode structure. On the silicon layer 110, an aluminum oxide layer 120 (A1203 layer) is arranged ⁇ . The aluminum oxide layer 120 forms a front side of the detector 100, which faces the radiation to be detected during operation of the detector 100. The carrier substrate 140 forms a reverse side of the front side.
  • the silicon layer 110 may have, for example, a layer thickness in the range of 50 nm to 200 nm. Also possible is a thickness in the range of 50nm to 100nm.
  • the thereon angeord ⁇ designated alumina layer 120 may be formed, for example, with a di ⁇ blocks in the range from lnm to lOOnm. In such a configuration, a reliable and efficient operation of the photodiode detector 100 is possible.
  • the silicon oxide layer 130 may, for example, have a nanometer or micrometer thickness.
  • the silicon substrate 140 may have, for example, a thickness of several hundred microns, for example 200 microns, or even a greater thickness.
  • the photodiode structure of the silicon layer 110 located between the oxide layers 120, 130 is a lateral PIN photodiode structure (positive intrinsic negative). Due to this structure, the detector 100 may also be referred to as a lateral PIN photodiode detector. This embodiment also contributes to an efficient operation of the detector 100.
  • the silicon layer 110 has a p-type layer region 111, an n-type
  • the p-type layer region 111 and the n-type layer region 112 are highly doped, and may also be referred to as p ++ contact and n ++ contact.
  • the intrinsic layer region 113 may be substantially undoped, ie, weakly n-doped or weakly p-doped.
  • the layer regions 111, 112, 113 are laterally arranged side by side, and therefore limits so ⁇ probably due to the aluminum oxide layer 120 and the Silizi ⁇ umoxid für 130th
  • the p-type layer region 111 and the n-type layer region 112 may have a finger-shaped elongated geometry (not shown) when viewed from above.
  • the structure of the Silizi ⁇ um ist 110 fragmentary shown in Figure 1 is formed at the photo diode detector 100 along egg ner lateral or horizontal direction multiple times repeatedly, as will become apparent from the dargestell ⁇ th in figure 2 wider section of the detector 100th De ⁇ menschend, the silicon layer 110 more fingerför ⁇ -shaped p-type layer regions 111 and a plurality of finger-shaped n-type layer portions 112, whereby in the horizontal
  • the layer areas 111, 112 can, viewed from above, themselves extend parallel to each other (not shown).
  • a corresponding intrinsic layer region 113 is located between adjacent layer regions 111, 112.
  • the aluminum oxide layer 120 serves as a passivation layer of the silicon layer 110 and as an anti-reflection layer in the detector 100, so that an improved radiation coupling into the detector 100 is made possible.
  • a high antireflective effect can be achieved if the alumina layer 120.
  • ⁇ game has a layer thickness of 46nm to. It is advantageous that the aluminum oxide layer 120, a high Langzeitstabili ⁇ ty for UV irradiation having a small and causes Strahlungsab ⁇ absorption in the UV range.
  • an induced charge carrier layer 115 has ⁇ .
  • the charge carrier layer 115 includes positive charge carriers or holes ⁇ and can therefore be referred to as a hole transporting layer.
  • the charge carrier layer 115 may have a thickness of a few nanometers.
  • the cause of the presence of the charge carrier layer 115 is that stationary negative charges are present at the interface between the two layers 110, 120 due to the materials silicon and aluminum oxide used (not shown). Possible, for example, a charge density of negative charges of about 7 * 10 A 12 l / cm A 2. Due to the negative charges or the caused by this electric field, the surface of the silicon layer is stabilized 110 and creates the induced charge carrier layer 115th As further shown in FIG. 1, the silicon layer 110 has a further induced charge carrier layer 116 in the intrinsic layer regions 113 and adjacent to the silicon oxide layer 130.
  • the further charge carrier layer 116 comprises negative charge carriers or electrons, and can therefore be referred to as an electron layer.
  • the more charge carrier layer 116 may also have a thickness of Weni ⁇ gen nanometers. Depending is of the doping of the egg gen hassle layer regions 113 in the white ⁇ direct induced charge carrier layer 116 to a Akkumula ⁇ tion layer (for an n-doping) or an inversion ⁇ layer (at a p-doping).
  • the reason for the presence of the further charge carrier layer 116 is that stationary positive charges are present at the interface between the two layers 110, 130 due to the materials silicon and silicon oxide used (not shown). For example, a charge density of the positive charges in the range of about 7 * 10 A 10 to 5 * 10 A 11 l / cm A 2 is possible.
  • the further induced charge carrier layer 116 is produced by the positive charges or the electric field produced thereby
  • an electric field 150 is additionally indicated by arrows.
  • This field 150 comprises the above-erläu ⁇ screened and electrical through the fixed charges at the interface between the layers 110, 120 and at the interface between the layers 110, 130 caused electric fields.
  • the structure of the detector 100 with the silicon substrate 140, the silicon oxide film 130 and the silicon layer 110 bie ⁇ tet the possibility of the detector 100 on an SOI substrate (Silicon On Insulator) to manufacture.
  • the aluminum oxide layer 120 may be formed on the silicon layer 110 by, for example, atomic layer deposition (ALD). Before the deposition of the alumina Layer 120, respective doping processes for from ⁇ form of the PIN photodiode structure are carried out in the silicon layer 110th In operation, the detector 100 may electromagnetic Strah ⁇ lung, including the to be detected UV radiation, passing through the front-side alumina layer 120 and reach the silicon layer 110 of the PIN photodiode structure.
  • the lateral design of the PIN photodiode structure and the small layer thickness of the silicon layer 110 mean that substantially UV radiation can be absorbed in the silicon layer 110.
  • the charge carriers (electron-hole pairs) photoelectrically generated in the silicon layer 110 or in the intrinsic conducting layer regions 113 can drift to the p-conducting and n-conducting layer regions 111, 112, thus providing electrical detector signals can be.
  • a longer wavelength radiation component having wavelengths longer than 400 nm such as radiation in the visible spectral range substantially less interaction with the silicon layer 110. This radiation component can therefore arrive at the carrier substrate 140 and are absorbed in this under Erzeu ⁇ supply of charge carriers.
  • the insulating silicon oxide layer 130 arranged between the silicon layer 110 and the carrier substrate 140 prevents charge carriers of the carrier substrate 140 from entering the silicon layer 110.
  • the construction of the detector 100 shown in FIGS. 1, 2 thus has the consequence that the influence of visible light on the detection behavior is suppressed.
  • the detector signals generated by the detector 100 in Wesentli ⁇ surfaces can result from the absorption of UV radiation in the silicon layer 110th
  • a further advantage results from the stationary charges and the resulting in the silicon layer 110 and in the intrinsic layer regions 113 of the silicon layer 110 induced charge carrier layers 115, 116.
  • the stationary charges contribute to efficient collection of photoelectrically generated charge carriers.
  • the induced charge carrier layers 115, 116 allow efficient lateral transport of charge carriers to the p-type and n-type layer regions 111, 112. This can be respectively achieved that holes migrate to the charge carrier layer 115 and speaking in a ent ⁇ on the charge carrier layer 115 p-type layer region 111 are transported, and that electrons migrate to the further charge carrier layer 116 and are transported via the charge carrier layer 116 in a corresponding n-type layer region 112.
  • the intrinsic layer regions 113 are substantially undoped, there is a high lifetime of charge carriers in the layer regions 113. This allows an operation of the detector 100 with a high charge carrier ⁇ yield. As a result, the detector 100 can exhibit a high detection sensitivity for UV radiation to be detected .
  • FIG. 3 shows a diagram with a simulated spectral response of the detector 100 with the structure of FIGS. 1, 2. Shown here are a curve 171 of an internal quantum efficiency IQE, a curve 172 of an external quantum efficiency EQE and a Course 173 of a reflectivity R, in each case depending on the wavelength W.
  • the curves 171, 172, 173 were obtained by an approximate simulation of the detector 100. Parameters such as a thickness of the silicon layer 110 of 50 nm for the simulation, a thickness of the Alumi ⁇ niumoxid für 120 of 46nm, a charge density on the
  • the detector 100 may have further components and structures (not shown). These include, for example, metallic contacts or contact surfaces, with the aid of which the detector 100 can be contacted, for example by means of bonding wires. Such contacts may be electrically connected to the p-type and n-type layer regions 111, 112 of the silicon layer 110 in geeig ⁇ neter manner.
  • the detector 100 is realized in the form of a discrete detector.
  • the detector 100 is in combination with an integrated circuit realized (not ones shown, asserted).
  • corresponding circuit structures can be formed in the silicon layer 110, with the aid of which, for example, amplification and / or preprocessing of electrical detector signals can be achieved.
  • a detector with a silicon layer and an aluminum oxide layer disposed thereon can be realized, in which the silicon layer is no lateral, son ⁇ countries instead, has a vertical PIN photodiode structure up.
  • the silicon layer may have an intrinsic layer region, which extends on one side to the aluminum oxide layer.
  • the silicon layer may further, If appropriate have one or more strip-shaped p-type layer regions with respect to the intrinsic layer region of smaller film thickness.
  • the intrinsic layer region may be present.
  • the silicon layer may have an n-type layer region.
  • the arrangement of the aluminum oxide layer on the silicon layer results in the silicon layer having an induced charge carrier layer of positive charge carriers in the intrinsic layer region adjacent to the aluminum oxide layer. In this way, an efficient lateral transport of photoelectrically generated positive charge carriers in the intrinsic layer region to the p-conducting layer region or to the several p-conductive layer regions is possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Detektor zum Erfassen von Ultraviolettstrahlung. Der Detektor weist eine erste Schicht und eine auf der ersten Schicht angeordnete zweite Schicht auf. Die erste Schicht ist eine Siliziumschicht mit einer Photodiodenstruktur. Die zweite Schicht ist eine Aluminiumoxidschicht. Die erste Schicht weist, infolge der Anordnung der zweiten Schicht auf der ersten Schicht, in einem an die zweite Schicht angrenzenden Bereich eine induzierte Ladungsträgerschicht mit positiven Ladungsträgern auf.

Description

DETEKTOR ZUM ERFASSEN VON ULTRAVIOLETTSTRAHLUNG
BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft einen Detektor zum Erfassen von Ultraviolettstrahlung. Der Detektor weist eine Siliziumschicht mit einer Photodiodenstruktur auf.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 107 522.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Detektion von Ultraviolettstrahlung (UV-Strahlung) ist ein Thema, welches zunehmend an Bedeutung gewinnt und auch bei kostenkritischen Applikationen Einzug hält. Mögliche Anwendungsgebiete sind zum Beispiel UV-Index-Sensoren, die Gas- detektion und die Flammenüberwachung in Ölbrennern. Hierbei kommen Photodiodendetektoren mit einer Photodiodenstruktur zum Einsatz .
Für die verwendeten Detektoren wird eine hohe Empfindlichkeit im UV-Bereich gefordert. Der Einfluss von Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs soll hingegen unterdrückt werden. Derartigen Anforderungen kann prinzipiell mit Hilfe von Pho- todiodendetektoren entsprochen werden, welche auf Halbleitermaterialien mit großer Bandlücke (sogenannte Wide-Bandgap- Halbleiter) wie GaN, Ti02 oder SiC basieren. Da solche Materialien in der Herstellung teuer sind, wird stattdessen der Einsatz von auf Silizium basierenden Detektoren angestrebt.
Silizium besitzt eine direkte Bandlücke von 3,4eV, so dass eine effiziente Absorption von UV-Strahlung zur photoelektrischen Erzeugung von Ladungsträgern bzw. Elektron-Loch-Paaren möglich ist. Allerdings wird auch sichtbare Lichtstrahlung unter Erzeugung von Ladungsträgern absorbiert. Um dies zu unterdrücken, können optische Filter zum Einsatz kommen. Dieser Ansatz ist jedoch mit zusätzlichen Kosten verbunden, und führt nicht nur zu einer reduzierten Transmission von sichtbarem Licht, sondern auch von UV-Strahlung.
Weitere Nachteile betreffen übliche, in der Siliziumtechnolo- gie eingesetzte Antireflexionsschichten . Eine Antireflexions- schicht aus Siliziumoxid ist für UV-Strahlung instabil. Bei einem Photodiodendetektor mit einer solchen Antireflexions- schicht kann es folglich zu einer Degradation an der Si/Si02- Grenzfläche kommen. Eine Antireflexionsschicht aus Silizium- nitrid bewirkt eine hohe Absorption im UV-Bereich.
Gängige und auf Silizium basierende Photodiodendetektoren werden ferner mit einer hohen Dotierung in einem oberflächennahen Bereich ausgebildet, um den Transport von photo- elektrisch erzeugten Ladungsträgern zu begünstigen. Dies hat eine geringe Lebensdauer von Ladungsträgern zur Folge. Da bei UV-Strahlung Ladungsträger hauptsächlich oberflächennah erzeugt werden, bewirkt diese Ausgestaltung eine reduzierte Empfindlichkeit im UV-Bereich.
Durch Maßnahmen wie eine verringerte Dotierung und den Einsatz von dünnen Antireflexionsschichten aus Siliziumoxid können die vorgenannten Probleme nur graduell gelöst werden. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Detektor zum Erfassen von Ultraviolettstrahlung bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Detektor gemäß Anspruch 1 ge- löst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Detektor zum Erfassen von Ultraviolettstrahlung vorgeschlagen. Der Detektor weist eine erste Schicht und eine auf der ersten Schicht an¬ geordnete zweite Schicht auf. Die erste Schicht ist eine Si¬ liziumschicht mit einer Photodiodenstruktur. Die zweite
Schicht ist eine Aluminiumoxidschicht (A1203-Schicht ) . Die erste Schicht weist, infolge der Anordnung der zweiten
Schicht auf der ersten Schicht, in einem an die zweite
Schicht angrenzenden Bereich eine induzierte Ladungsträgerschicht mit positiven Ladungsträgern auf.
Die Ausgestaltung des Detektors mit der ersten Schicht aus Silizium, welche die Photodiodenstruktur aufweist, ermöglicht eine kostengünstige Herstellung. Auch eignet sich der Detektor hierdurch zum Erfassen von UV-Strahlung.
Die unmittelbar auf der ersten Schicht angeordnete zweite Schicht aus Aluminiumoxid kann bei dem Detektor als Passivie- rungsschicht und als Antireflexionsschicht dienen. Auch kann die zweite Schicht eine Vorderseite des Detektors bilden, welche im Betrieb des Detektors der zu erfassenden Strahlung zugewandt ist. Der Einsatz von Aluminiumoxid hat ferner zur Folge, dass die erste Schicht aus Silizium eine induzierte Ladungsträgerschicht aufweist. Hierbei wird folgender Effekt ausgenutzt .
Die Anordnung der zweiten Schicht aus Aluminiumoxid auf der ersten Schicht aus Silizium bewirkt, dass an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten ortsfeste negative Ladungen vorliegen. Ursache hierfür ist die Verwendung der Materialien Silizium und Aluminiumoxid für die erste und zweite Schicht. Das durch die negativen Ladungen hervorgerufene elektrische Feld stabilisiert die Siliziumoberfläche der ersten Schicht. Des Weiteren induzieren die ortsfesten negativen Ladungen eine Schicht von positiven Ladungsträgern (Löcher bzw. Defekte- lektronen) in der ersten Schicht. Dies erfolgt in einem an die zweite Schicht angrenzenden Bereich.
Die ortsfesten negativen Ladungen können bei einem Einsammeln von positiven Ladungsträgern bzw. Löchern helfen, welche im Betrieb des Detektors durch Strahlungsabsorption in der ersten Schicht erzeugt werden können. Hierbei können photo¬ elektrisch generierte positive Ladungsträger in Richtung der induzierten Ladungsträgerschicht gezogen werden. Die indu- zierte Ladungsträgerschicht sorgt des Weiteren für einen op¬ timierten bzw. effizienten lateralen Transport von positiven Ladungsträgern. Ein Auftreten einer geringen Lebensdauer von Ladungsträgern, wie es bei einer dotierten Schicht der Fall ist, kann bei dieser Ausgestaltung vermieden werden. Infolgedessen kann eine hohe Ladungsträgerausbeute erzielt werden, und ist daher eine effiziente Erfassung von UV-Strahlung mit Hilfe des Detektors möglich. Die zweite Schicht aus Aluminiumoxid zeichnet sich darüber hinaus durch eine hohe Langzeitstabilität bei UV-Bestrahlung und durch ein geringes Absorptionsvermögen im UV-Bereich aus.
Im Folgenden werden weitere mögliche Details und Ausführungs- formen des Detektors näher beschrieben.
Mit Hilfe der Photodiodenstruktur der ersten Schicht können Ladungsträger (Elektron-Loch-Paare) , welche im Betrieb des Detektors durch Strahlungsabsorption in der ersten Schicht erzeugt werden können, getrennt werden. Hierauf basierend können elektrische Detektorsignale bereitgestellt werden.
Der Detektor kann metallische Kontakte aufweisen, über welche der Detektor kontaktiert werden kann, um die Detektorsignale abzugreifen. Die metallischen Kontakte können in geeigneter Weise mit der Photodiodenstruktur verbunden sein.
Bei der Photodiodenstruktur der ersten Schicht kann es sich um eine PIN-Photodiodenstruktur (Positive Intrinsic Negative) handeln. Hierbei kann die erste Schicht einen p-leitenden Schichtbereich, einen n-leitenden Schichtbereich und einen eigenleitenden Schichtbereich aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann das Erzeugen von Detektorsignalen darauf beruhen, dass Ladungsträger durch Strahlungsabsorption in dem eigen- leitenden Schichtbereich generiert werden und anschließend in den p-leitenden und den n-leitenden Schichtbereich driften. Die induzierte Ladungsträgerschicht kann in dem eigenleiten¬ den Schichtbereich gebildet sein, und einen effizienten Transport von photoelektrisch erzeugten positiven Ladungsträgern bzw. Löchern zu dem p-leitenden Schichtbereich ermöglichen. Die p- und n-leitenden Schichtbereiche können hochdo¬ tiert ausgebildet sein. Der eigenleitende Schichtbereich kann undotiert oder im Wesentlichen undotiert sein, so dass in diesem Bereich eine hohe Lebensdauer von Ladungsträgern vorliegen kann.
In Bezug auf eine Ausgestaltung der ersten Schicht mit einer PIN-Photodiodenstruktur ist des Weiteren folgende Ausführungsform möglich. Hierbei weist die erste Schicht einen p- leitenden Schichtbereich, einen n-leitenden Schichtbereich und einen eigenleitenden Schichtbereich zwischen dem p- leitenden und dem n-leitenden Schichtbereich auf, und sind der p-leitende Schichtbereich, der eigenleitende Schichtbe¬ reich und der n-leitende Schichtbereich lateral nebeneinander angeordnet. Bei einer solchen lateralen bzw. horizontalen Auslegung der PIN-Photodiodenstruktur können die vorgenannten unterschiedlichen Schichtbereiche der ersten Schicht an die zweite Schicht aus Aluminiumoxid angrenzen. Im Zusammenspiel mit einer geringen Dicke der ersten Schicht ermöglicht diese Ausgestaltung, dass Ladungsträger in der ersten Schicht bzw. in dem eigenleitenden Schichtbereich der ersten Schicht im Wesentlichen durch Absorption von UV-Strahlung erzeugt wer- den, wohingegen für einen langwelligeren Strahlungsanteil wie Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs eine wesentlich geringere Wechselwirkung mit der ersten Schicht besteht. Auf diese Weise kann der Einfluss von Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs unterdrückt sein. Mit Hilfe der in dem ei- genleitenden Schichtbereich induzierten Ladungsträgerschicht können photoelektrisch erzeugte positive Ladungsträger auf effiziente Weise zu dem p-leitenden Schichtbereich transportiert werden. Die vorgenannte Struktur kann, entlang einer lateralen bzw. horizontalen Richtung, sich mehrfach wiederholend in der ersten Schicht ausgebildet sein. Auf diese Weise kann der Detek- tor zum Erfassen von UV-Strahlung in einem großen Flächenbereich verwirklicht sein.
Bei einer solchen Ausführungsform weist die erste Schicht mehrere p-leitende Schichtbereiche, mehrere n-leitende
Schichtbereiche und mehrere eigenleitende Schichtbereiche auf, wobei zwischen benachbarten p-leitenden und n-leitenden Schichtbereichen jeweils ein eigenleitender Schichtbereich vorhanden ist. Des Weiteren sind die unterschiedlichen p- leitenden, n-leitenden und eigenleitenden Schichtbereiche lateral nebeneinander angeordnet. Hierbei kann entlang der lateralen Richtung abwechselnd ein p-leitender und ein n- leitender Schichtbereich vorhanden sein. Die p-leitenden und n-leitenden Schichtbereiche können mit einer fingerförmigen länglichen Geometrie, und zueinander parallel verlaufend aus¬ gebildet sein.
Im Betrieb des Detektors mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau können Ladungsträger durch Strahlungsabsorption in den eigenleitenden Schichtbereichen generiert werden und in die hieran angrenzenden p-leitenden und n-leitenden Schichtbereiche driften. Die induzierte Ladungsträgerschicht kann jeweils in den eigenleitenden Schichtbereichen gebildet sein und bewirken, dass photoelektrisch erzeugte positive Ladungsträger auf effiziente Weise zu den p-leitenden Schichtbereichen transportiert werden.
Für die Unterdrückung des Einflusses von sichtbarem Licht kann ferner folgende Ausführungsform in Betracht kommen.
Hierbei weist der Detektor ein Trägersubstrat und eine auf dem Trägersubstrat angeordnete isolierende Schicht auf. Die erste Schicht aus Silizium mit der Photodiodenstruktur ist auf der isolierenden Schicht angeordnet. Bei dieser Ausge¬ staltung kann im Zusammenspiel mit einer kleinen Schichtdicke der ersten Schicht erzielt werden, dass in der ersten Schicht im Wesentlichen UV-Strahlung unter Erzeugung von Ladungsträgern absorbiert wird, wohingegen ein langwelligerer Strahlungsanteil wie Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs ei- ne wesentlich geringere Wechselwirkung mit der ersten Schicht zeigt. Der langwellige Strahlungsanteil kann im Wesentlichen in dem Trägersubstrat absorbiert werden, wodurch Ladungsträ¬ ger in dem Trägersubstrat erzeugt werden können. Die zwischen der ersten Schicht und dem Trägersubstrat angeordnete isolie¬ rende Schicht verhindert hierbei, dass in dem Trägersubstrat erzeugte Ladungsträger in die erste Schicht diffundieren können. Infolgedessen können die von dem Detektor erzeugten Detektorsignale im Wesentlichen von UV-Strahlung herrühren.
In einer weiteren Ausführungsform ist die isolierende
Schicht, auf welcher die erste Schicht aus Silizium mit der Photodiodenstruktur unmittelbar angeordnet ist, eine Siliziumoxidschicht (Si02-Schicht) . In dieser Ausführungsform lie- gen an der Grenzfläche zwischen der ersten Schicht aus Sili¬ zium und der Siliziumoxidschicht ortsfeste positive Ladungen vor. Dies ergibt sich aufgrund der Materialien Silizium und Siliziumoxid. Die ortsfesten positiven Ladungen induzieren eine weitere Ladungsträgerschicht in der ersten Schicht, und zwar in einem Bereich angrenzend an die Siliziumoxidschicht. Hierbei handelt es sich um eine Schicht mit negativen La¬ dungsträgern (Elektronen) .
Die ortsfesten positiven Ladungen können bei einem Einsammeln von negativen Ladungsträgern bzw. Elektronen helfen, welche im Betrieb des Detektors durch Strahlungsabsorption in der ersten Schicht erzeugt werden können. Hierbei können photo¬ elektrisch generierte negative Ladungsträger in Richtung der weiteren induzierten Ladungsträgerschicht gezogen werden. Die weitere induzierte Ladungsträgerschicht sorgt des Weiteren für einen effizienten lateralen Transport von negativen Ladungsträgern .
In Bezug auf die oben beschriebenen Ausgestaltungen der ers- ten Schicht mit einer lateralen PIN-Photodiodenstruktur kann die weitere Ladungsträgerschicht in dem eigenleitenden
Schichtbereich bzw. in den mehreren eigenleitenden Schichtbereichen gebildet sein, und einen effizienten lateralen Trans- port von negativen Ladungsträgern zu dem n-leitenden Schichtbereich bzw. zu den n-leitenden Schichtbereichen ermöglichen. Hierdurch wird eine Betriebsweise des Detektors mit hoher La¬ dungsträgerausbeute und Effizienz weiter begünstigt.
Das Trägersubstrat kann ein Siliziumsubstrat sein. Sofern die isolierende Schicht, wie vorstehend angegeben, als Silizi¬ umoxidschicht ausgebildet ist, ist auf diese Weise die Mög¬ lichkeit gegeben, den Detektor auf einem bereitgestellten SOI-Substrat (Silicon On Insulator) zu fertigen.
Im Rahmen der Herstellung kann die Aluminiumoxidschicht zum Beispiel mit Hilfe einer Atomlagenabscheidung (ALD, Atomic Layer Deposition) auf der Siliziumschicht ausgebildet werden. Zuvor kann die Photodiodenstruktur in der Siliziumschicht unter Anwendung entsprechender Dotierungsprozesse ausgebildet werden .
In einer weiteren Ausführungsform weist die erste Schicht aus Silizium eine Dicke in einem Bereich von 50nm bis 200nm auf. Möglich ist auch eine Dicke in einem Bereich von 50nm bis lOOnm. Hierdurch lässt sich mit einer hohen Zuverlässigkeit erreichen, dass in der ersten Schicht im Wesentlichen UV- Strahlung absorbiert wird, wohingegen für einen langwellige- ren Strahlungsanteil bzw. für Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs im Wesentlichen keine Wechselwirkung stattfindet. Daher kann der Einfluss von Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs weitgehend unterdrückt sein. Dies beruht auf ei¬ ner mit kürzerer Wellenlänge kleiner werdenden Absorptions- länge, welche für Silizium unterhalb von einer Wellenlänge von 400nm einen Wert im Bereich bzw. unterhalb von lOnm aufweist.
In einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Schicht aus Aluminiumoxid eine Dicke in einem Bereich von lnm bis lOOnm auf. Auf diese Weise wird das Vorliegen einer geringen Absorptionswirkung für UV-Strahlung weiter begünstigt. In einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Schicht aus Aluminiumoxid eine Dicke von 46nm auf. Auf diese Weise kann mit Hilfe der zweiten Schicht eine hohe antireflektive Wirkung in Bezug auf UV-Strahlung erzielt werden.
Der Detektor kann in Form eines diskreten Detektors verwirklich sein. Möglich ist auch eine Ausgestaltung, in welcher der Detektor in Kombination mit einer integrierten Schaltung verwirklicht ist.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich in Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen: Figur 1 eine schematische seitliche Schnittdarstellung eines Ausschnitts eines Detektors zum Erfassen von UV-Strahlung mit einer Siliziumschicht und einer auf der Siliziumschicht ange¬ ordneten Aluminiumoxidschicht, wobei die Siliziumschicht eine laterale PIN-Photodiodenstruktur aufweist;
Figur 2 eine weitere Schnittdarstellung des Detektors in ei¬ nem größeren Ausschnitt; und
Figur 3 ein Diagramm, in welchem durch eine Simulation gewon- nene wellenlängenabhängige Verläufe einer internen Quantenef¬ fizienz, einer externen Quanteneffizienz und einer Reflekti- vität des Detektors gezeigt sind. Figur 1 zeigt im Querschnitt einen Ausschnitt eines Photodio¬ dendetektors 100, welcher zum effizienten Erfassen von UV- Strahlung ausgebildet ist. In Figur 2 ist der Detektor 100 im Querschnitt in einem größeren Ausschnitt dargestellt. Es wird darauf hingewiesen, dass die Figuren 1, 2 lediglich schemati- scher Natur sind und nicht maßstabsgetreu sind. Daher können hier gezeigte Komponenten und Strukturen zum besseren Verständnis übertrieben groß oder verkleinert dargestellt sein. In gleicher Weise ist es möglich, dass der Detektor 100 zu- sätzlich zu gezeigten und beschriebenen Komponenten und
Strukturen mit weiteren Komponenten und Strukturen ausgebildet sein kann.
Der Detektor 100 weist ein Trägersubstrat 140 aus Silizium und eine auf dem Trägersubstrat 140 angeordnete isolierende Siliziumoxidschicht 130 (Si02-Schicht) auf. Hierbei handelt es sich um eine vergrabene Siliziumoxidschicht 130. Auf der Siliziumoxidschicht 130 befindet sich eine Siliziumschicht 110 mit einer Photodiodenstruktur. Auf der Siliziumschicht 110 ist eine Aluminiumoxidschicht 120 (A1203-Schicht ) ange¬ ordnet. Die Aluminiumoxidschicht 120 bildet eine Vorderseite des Detektors 100, welche im Betrieb des Detektors 100 der zu erfassenden Strahlung zugewandt ist. Das Trägersubstrat 140 bildet eine der Vorderseite entgegen gesetzte Rückseite.
Die Siliziumschicht 110 kann zum Beispiel eine Schichtdicke im Bereich von 50nm bis 200nm aufweisen. Möglich ist auch eine Dicke im Bereich von 50nm bis lOOnm. Die hierauf angeord¬ nete Aluminiumoxidschicht 120 kann zum Beispiel mit einer Di¬ cke im Bereich von lnm bis lOOnm ausgebildet sein. Bei einer solchen Ausgestaltung ist eine zuverlässige und effiziente Betriebsweise des Photodiodendetektors 100 möglich.
Die Siliziumoxidschicht 130 kann zum Beispiel eine Schichtdi- cke im Nanometer- oder Mikrometerbereich aufweisen. Das Siliziumsubstrat 140 kann zum Beispiel eine Dicke von mehreren lOOym, beispielsweise 200ym, oder auch eine größere Dicke aufweisen . Bei der Photodiodenstruktur der sich zwischen den Oxidschichten 120, 130 befindenden Siliziumschicht 110 handelt es sich um eine laterale PIN-Photodiodenstruktur (Positive Intrinsic Negative) . Aufgrund dieses Aufbaus kann der Detektor 100 auch als lateraler PIN-Photodiodendetektor bezeichnet werden. Diese Ausgestaltung trägt ebenfalls zu einer effizienten Betriebsweise des Detektors 100 bei.
In Bezug auf die PIN-Photodiodenstruktur weist die Siliziumschicht 110, wie in dem Ausschnitt von Figur 1 gezeigt ist, einen p-leitenden Schichtbereich 111, einen n-leitenden
Schichtbereich 112 und einen eigenleitenden Schichtbereich 113 zwischen dem p-leitenden und dem n-leitenden Schichtbereich 111, 112 auf. Der p-leitende Schichtbereich 111 und der n-leitende Schichtbereich 112 sind hochdotiert ausgebildet, und können auch als p++ Kontakt sowie n++ Kontakt bezeichnet werden. Der eigenleitende Schichtbereich 113 kann im Wesentlichen undotiert, d.h. schwach n-dotiert oder schwach p- dotiert ausgebildet sein. Die Schichtbereiche 111, 112, 113 sind lateral nebeneinander angeordnet, und grenzen daher so¬ wohl an die Aluminiumoxidschicht 120 als auch an die Silizi¬ umoxidschicht 130 an. Der p-leitende Schichtbereich 111 und der n-leitende Schichtbereich 112 können, von oben betrachtet, eine fingerförmige längliche Geometrie besitzen (nicht dargestellt) .
Die in Figur 1 ausschnittsweise gezeigte Struktur der Silizi¬ umschicht 110 ist bei dem Photodiodendetektor 100 entlang ei- ner lateralen bzw. horizontalen Richtung sich mehrfach wiederholend ausgebildet, wie anhand des in Figur 2 dargestell¬ ten größeren Ausschnitts des Detektors 100 deutlich wird. De¬ mensprechend weist die Siliziumschicht 110 mehrere fingerför¬ mige p-leitende Schichtbereiche 111 und mehrere fingerförmige n-leitende Schichtbereiche 112 auf, wobei in horizontaler
Richtung jeweils abwechselnd ein p-leitender Schichtbereich 111 und ein n-leitender Schichtbereich 112 vorhanden ist. Die Schichtbereiche 111, 112 können, von oben betrachtet, sich zueinander parallel erstrecken (nicht dargestellt) . Zwischen benachbarten Schichtbereichen 111, 112 befindet sich jeweils ein entsprechender eigenleitender Schichtbereich 113. Die Aluminiumoxidschicht 120 dient bei dem Detektor 100 als Passivierungsschicht der Siliziumschicht 110 und als Antire- flexionsschicht , so dass eine verbesserte Strahlungseinkopp¬ lung in den Detektor 100 ermöglicht wird. In Bezug auf die zu erfassende UV-Strahlung lässt sich eine hohe antireflektive Wirkung erzielen, wenn die Aluminiumoxidschicht 120 zum Bei¬ spiel eine Schichtdicke von 46nm aufweist. Von Vorteil ist, dass die Aluminiumoxidschicht 120 eine hohe Langzeitstabili¬ tät für UV-Bestrahlung besitzt und eine geringe Strahlungsab¬ sorption im UV-Bereich bewirkt.
Des Weiteren führt die Verwendung der Aluminiumoxidschicht 120 auf der Siliziumschicht 110 dazu, dass die Silizium¬ schicht 110 in den eigenleitenden Schichtbereichen 113 und angrenzend an die Aluminiumoxidschicht 120, wie in Figur 1 gezeigt ist, eine induzierte Ladungsträgerschicht 115 auf¬ weist. Die Ladungsträgerschicht 115 umfasst positive Ladungs¬ träger bzw. Löcher und kann daher als Löcherschicht bezeichnet werden. Die Ladungsträgerschicht 115 kann eine Dicke von wenigen Nanometern aufweisen. Abhängig von der Dotierung der eigenleitenden Schichtbereiche 113 handelt es sich bei der induzierten Ladungsträgerschicht 115 um eine Inversions¬ schicht (bei einer n-Dotierung) oder um eine Akkumulations¬ schicht (bei einer p-Dotierung) . Ursache für das Vorliegen der Ladungsträgerschicht 115 ist, dass an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten 110, 120 aufgrund der verwendeten Materialien Silizium und Aluminiumoxid ortsfeste negative Ladungen vorhanden sind (nicht dargestellt) . Möglich ist zum Beispiel eine Ladungsdichte der negativen Ladungen von ca. 7*10A12 l/cmA2. Durch die negativen Ladungen bzw. das hierdurch hervorgerufene elektrische Feld wird die Oberfläche der Siliziumschicht 110 stabilisiert und entsteht die induzierte Ladungsträgerschicht 115. Wie in Figur 1 ferner gezeigt ist, weist die Siliziumschicht 110 in den eigenleitenden Schichtbereichen 113 und angrenzend an die Siliziumoxidschicht 130 eine weitere induzierte La- dungsträgerschicht 116 auf. Die weitere Ladungsträgerschicht 116 umfasst negative Ladungsträger bzw. Elektronen, und kann daher als Elektronenschicht bezeichnet werden. Die weitere Ladungsträgerschicht 116 kann ebenfalls eine Dicke von weni¬ gen Nanometern aufweisen. Abhängig von der Dotierung der ei- genleitenden Schichtbereiche 113 handelt es sich bei der wei¬ teren induzierten Ladungsträgerschicht 116 um eine Akkumula¬ tionsschicht (bei einer n-Dotierung) oder um eine Inversions¬ schicht (bei einer p-Dotierung) . Ursache für das Vorhandensein der weiteren Ladungsträgerschicht 116 ist, dass an der Grenzfläche zwischen den beiden Schichten 110, 130 aufgrund der verwendeten Materialien Silizium und Siliziumoxid ortsfeste positive Ladungen vorliegen (nicht dargestellt) . Möglich ist zum Beispiel eine Ladungs- dichte der positiven Ladungen im Bereich von ca. 7*10A10 bis 5*10A11 l/cmA2. Durch die positiven Ladungen bzw. das hierdurch hervorgerufene elektrische Feld entsteht die weitere induzierte Ladungsträgerschicht 116. In Figur 1 ist ergänzend anhand von Pfeilen ein elektrisches Feld 150 angedeutet. Dieses Feld 150 umfasst die oben erläu¬ terten und durch die ortsfesten elektrischen Ladungen an der Grenzfläche zwischen den Schichten 110, 120 und an der Grenzfläche zwischen den Schichten 110, 130 hervorgerufenen elektrischen Felder.
Der Aufbau des Detektors 100 mit dem Siliziumsubstrat 140, der Siliziumoxidschicht 130 und der Siliziumschicht 110 bie¬ tet die Möglichkeit, den Detektor 100 auf einem SOI-Substrat (Silicon On Insulator) zu fertigen. Die Aluminiumoxidschicht 120 kann zum Beispiel mit Hilfe einer Atomlagenabscheidung (ALD, Atomic Layer Deposition) auf der Siliziumschicht 110 ausgebildet werden. Vor der Abscheidung der Aluminiumoxid- Schicht 120 können entsprechende Dotierungsprozesse zum Aus¬ bilden der PIN-Photodiodenstruktur in der Siliziumschicht 110 durchgeführt werden. Im Betrieb des Detektors 100 kann elektromagnetische Strah¬ lung, einschließlich der zu erfassenden UV-Strahlung, die vorderseitige Aluminiumoxidschicht 120 passieren und zu der Siliziumschicht 110 mit der PIN-Photodiodenstruktur gelangen. Die laterale Auslegung der PIN-Photodiodenstruktur und die geringe Schichtdicke der Siliziumschicht 110 (50nm bis 200nm oder 50nm bis lOOnm) führen dazu, dass in der Siliziumschicht 110 im Wesentlichen UV-Strahlung absorbiert werden kann. Die auf diese Weise in der Siliziumschicht 110 bzw. in den eigen¬ leitenden Schichtbereichen 113 photoelektrisch erzeugten La- dungsträger (Elektron-Loch-Paare) können zu den p-leitenden und n-leitenden Schichtbereichen 111, 112 driften, so dass elektrische Detektorsignale bereitgestellt werden können. Für einen langwelligeren Strahlungsanteil mit Wellenlängen von mehr als 400nm wie Strahlung des sichtbaren Spektralbereichs besteht hingegen eine wesentlich geringere Wechselwirkung mit der Siliziumschicht 110. Dieser Strahlungsanteil kann daher zu dem Trägersubstrat 140 gelangen und in diesem unter Erzeu¬ gung von Ladungsträgern absorbiert werden. Durch die zwischen der Siliziumschicht 110 und dem Trägersubstrat 140 angeordne- te isolierende Siliziumoxidschicht 130 wird verhindert, dass Ladungsträger des Trägersubstrats 140 in die Siliziumschicht 110 gelangen können.
Der in den Figuren 1, 2 gezeigte Aufbau des Detektors 100 hat somit zur Folge, dass der Einfluss von sichtbarem Licht auf das Detektionsverhalten unterdrückt wird. Hierbei können die von dem Detektor 100 erzeugten Detektorsignale im Wesentli¬ chen von der Absorption von UV-Strahlung in der Siliziumschicht 110 herrühren.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich aufgrund der ortsfesten Ladungen und der hierdurch in der Siliziumschicht 110 bzw. in den eigenleitenden Schichtbereichen 113 der Siliziumschicht 110 induzierten Ladungsträgerschichten 115, 116. Die ortsfesten Ladungen tragen zu einem effizienten Einsammeln von photoelektrisch erzeugten Ladungsträgern bei. Die induzierten Ladungsträgerschichten 115, 116 ermöglichen einen effizienten lateralen Transport von Ladungsträgern zu den p-leitenden und n-leitenden Schichtbereichen 111, 112. Hierbei kann jeweils erzielt werden, dass Löcher zu der Ladungsträgerschicht 115 wandern und über die Ladungsträgerschicht 115 in einen ent¬ sprechenden p-leitenden Schichtbereich 111 transportiert wer- den, und dass Elektronen zu der weiteren Ladungsträgerschicht 116 wandern und über die Ladungsträgerschicht 116 in einen entsprechenden n-leitenden Schichtbereich 112 transportiert werden . Da die eigenleitenden Schichtbereiche 113 im Wesentlichen undotiert sind, liegt in den Schichtbereichen 113 eine hohe Lebensdauer von Ladungsträgern vor. Dies ermöglicht eine Betriebsweise des Detektors 100 mit einer hohen Ladungsträger¬ ausbeute. Infolgedessen kann der Detektor 100 eine hohe De- tektionsempfindlichkeit für zu erfassende UV-Strahlung auf¬ weisen .
Zur Veranschaulichung der effizienten Betriebsweise im UV- Bereich zeigt Figur 3 ein Diagramm mit einer simulierten Spektralantwort des Detektors 100 mit dem Aufbau der Figuren 1, 2. Hier dargestellt sind ein Verlauf 171 einer internen Quanteneffizienz IQE, ein Verlauf 172 einer externen Quanteneffizienz EQE und ein Verlauf 173 einer Reflektivität R, jeweils in Abhängigkeit der Wellenlänge W. Die Verläufe 171, 172, 173 wurden durch eine genäherte Simulation des Detektors 100 gewonnen. Für die Simulation wurden Parameter wie eine Dicke der Siliziumschicht 110 von 50nm, eine Dicke der Alumi¬ niumoxidschicht 120 von 46nm, eine Ladungsdichte an der
Grenzfläche zwischen den Schichten 110, 120 von 5*10A12 l/cmA2 und eine Ladungsdichte an der Grenzfläche zwischen den Schichten 110, 130 von 2*10A12 l/cmA2 zugrunde gelegt. Anhand des Verlaufs 171 wird deutlich, dass sich bei dem De¬ tektor 100 eine hohe interne Quanteneffizienz von 100% bei Wellenlängen W im UV-Bereich zwischen 200nm und 400nm erzielen lässt. In diesem Bereich beträgt die externe Quanteneffi- zienz (Verlauf 172), bedingt durch Reflexionsverluste, etwa 80%. Ab einer Wellenlänge W von mehr als 400nm sinkt die Emp¬ findlichkeit des Detektors 100 schnell ab. Anhand dieser Dar¬ stellung wird die selektive Empfindlichkeit des Detektors 100 für Strahlung des UV-Bereichs deutlich.
Der Detektor 100 kann neben den in den Figuren 1, 2 gezeigten und vorstehend erläuterten Komponenten weitere nicht gezeigte Komponenten und Strukturen aufweisen. Hierunter fallen zum Beispiel metallische Kontakte bzw. Kontaktflächen, mit deren Hilfe der Detektor 100 beispielsweise mittels Bonddrähten kontaktiert werden kann. Derartige Kontakte können in geeig¬ neter Weise elektrisch mit den p-leitenden und n-leitenden Schichtbereichen 111, 112 der Siliziumschicht 110 verbunden sein .
Des Weiteren ist es möglich, dass der Detektor 100 in Form eines diskreten Detektors verwirklicht ist. In einer alterna¬ tiven Ausgestaltung ist der Detektor 100 in Kombination mit einer integrierten Schaltung verwirklicht (nicht darge- stellt) . Hierbei können zum Beispiel in der Siliziumschicht 110 entsprechende Schaltungsstrukturen ausgebildet sein, mit deren Hilfe zum Beispiel eine Verstärkung und/oder Vorverarbeitung von elektrischen Detektorsignalen erzielt werden kann .
Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weite- re Abwandlungen und/oder Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Es ist zum Beispiel möglich, obige Zahlenangaben durch andere Angaben zu ersetzen. Des Weiteren kann ein Detektor mit einer Siliziumschicht und einer hierauf angeordneten Aluminiumoxidschicht verwirklicht werden, bei welchem die Siliziumschicht keine laterale, son¬ dern stattdessen eine vertikale PIN-Photodiodenstruktur auf- weist. Hierbei kann die Siliziumschicht einen eigenleitenden Schichtbereich aufweisen, welcher an einer Seite an die Aluminiumoxidschicht heranreicht. Im Bereich der Aluminiumoxid¬ schicht bzw. ebenfalls an die Aluminiumoxidschicht heranrei¬ chend kann die Siliziumschicht ferner einen oder mehrere, ge- gebenenfalls streifenförmige p-leitende Schichtbereiche mit einer gegenüber dem eigenleitenden Schichtbereich kleineren Schichtdicke aufweisen. Hierbei kann neben dem p-leitenden Schichtbereich bzw. neben und zwischen den mehreren p- leitenden Schichtbereichen der eigenleitende Schichtbereich vorhanden sein. An einer hierzu entgegengesetzten Seite kann die Siliziumschicht einen n-leitenden Schichtbereich aufweisen .
Auch in der vorgenannten Ausgestaltung führt die Anordnung der Aluminiumoxidschicht auf der Siliziumschicht dazu, dass die Siliziumschicht eine induzierte Ladungsträgerschicht aus positiven Ladungsträgern in dem eigenleitenden Schichtbereich angrenzend an die Aluminiumoxidschicht aufweist. Hierdurch ist ein effizienter lateraler Transport von in dem eigenlei- tenden Schichtbereich photoelektrisch erzeugten positiven Ladungsträgern zu dem p-leitenden Schichtbereich bzw. zu den mehreren p-leitenden Schichtbereichen möglich.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs- beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. BEZUGSZEICHENLISTE
100 Detektor
110 Siliziumschicht
111 p-leitender Schichtbereich
112 n-leitender Schichtbereich
113 eigenleitender Schichtbereich
115 Ladungsträgerschicht
116 Ladungsträgerschicht
120 Aluminiumoxidschicht
130 Siliziumoxidschicht
140 Trägersubstrat
150 elektrisches Feld
171 Verlauf (interne Quanteneffizienz
172 Verlauf (externe Quanteneffizienz
173 Verlauf (Reflektivität )

Claims

PATENTA S PRUCHE
Detektor (100) zum Erfassen von Ultraviolettstrahlung, aufweisend eine erste Schicht (110) und eine auf der ersten Schicht (110) angeordnete zweite Schicht (120), wobei die erste Schicht (110) eine Siliziumschicht mit einer Photodiodenstruktur ist, wobei die zweite Schicht (120) eine Aluminiumoxidschicht ist, und wobei die erste Schicht (110) infolge der Anordnung der zweiten Schicht (120) auf der ersten Schicht (110) in einem an die zweite Schicht (120) angrenzenden Be¬ reich eine induzierte Ladungsträgerschicht (115) mit po¬ sitiven Ladungsträgern aufweist.
Detektor nach Anspruch 1,
wobei die erste Schicht (110) einen p-leitenden Schicht¬ bereich (111), einen n-leitenden Schichtbereich (112) und einen eigenleitenden Schichtbereich (113) zwischen dem p-leitenden und dem n-leitenden Schichtbereich (111, 112) aufweist, und wobei der p-leitende Schichtbereich (111), der eigenleitende Schichtbereich (113) und der n- leitende Schichtbereich (112) lateral nebeneinander angeordnet sind.
Detektor nach Anspruch 2,
wobei die induzierte Ladungsträgerschicht (115) in dem eigenleitenden Schichtbereich (113) gebildet ist.
Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht mehrere p-leitende Schichtberei¬ che (111), mehrere n-leitende Schichtbereiche (112) und mehrere eigenleitende Schichtbereiche (113) aufweist, wobei zwischen benachbarten p-leitenden und n-leitenden Schichtbereichen (111, 112) jeweils ein eigenleitender Schichtbereich (113) vorhanden ist, und wobei die p- leitenden Schichtbereiche (111), die n-leitenden
Schichtbereiche (112) und die eigenleitenden Schichtbe¬ reiche (113) lateral nebeneinander angeordnet sind.
Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter aufweisend ein Trägersubstrat (140) und eine auf dem Trägersubstrat (140) angeordnete isolierende Schicht (130), wobei die erste Schicht (110) auf der isolieren¬ den Schicht (130) angeordnet ist.
Detektor nach Anspruch 5,
wobei die isolierende Schicht (130) eine Siliziumoxid¬ schicht ist.
Detektor nach Anspruch 6,
wobei die erste Schicht (110) aufgrund der isolierenden Schicht (130) in einem an die isolierende Schicht (130) angrenzenden Bereich eine weitere induzierte Ladungsträ¬ gerschicht (116) mit negativen Ladungsträgern aufweist.
Detektor nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
wobei das Trägersubstrat (140) ein Siliziumsubstrat ist.
Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht (110) eine Dicke in einem Be¬ reich von 50nm bis 200nm aufweist.
Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht (120) eine Dicke in einem Be¬ reich von lnm bis lOOnm aufweist.
11. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die zweite Schicht (120) eine Dicke von 46nm auf¬ weist. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Schicht (120) eine Vorderseite des tektors bildet.
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