DE102008030750A1 - Radiation detector, has passive area formed along side surfaces for controlling addition of radiations irradiated laterally in direction of active area for producing signal of radiation detector in active area of semiconductor body - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Strahlungsdetektor.The The present application relates to a radiation detector.
Typische Silizium-Photodioden weisen eine vergleichsweise breitbandige spektrale Empfindlichkeit von etwa 200 nm bis 1150 nm auf, wobei das spektrale Empfindlichkeitsmaximum im nahen Infrarot bei Wellenlängen zwischen 750 nm und 900 nm liegt. Insbesondere aufgrund dieser hohen Empfindlichkeit im nahen Infrarot zeigt die spektrale Empfindlichkeitsverteilung dieser Dioden starke Abweichungen von der Empfindlichkeit des menschlichen Auges, das ein Maximum bei etwa 550 nm aufweist.typical Silicon photodiodes exhibit a comparatively broadband spectral Sensitivity of about 200 nm to 1150 nm, the spectral Sensitivity maximum in the near infrared at wavelengths between 750 nm and 900 nm. Especially because of this high sensitivity in the near infrared shows the spectral sensitivity distribution These diodes vary greatly from the sensitivity of the human Eye, which has a maximum at about 550 nm.
Es ist eine Aufgabe, einen Strahlungsdetektor anzugeben, dessen spektrale Empfindlichkeitsverteilung an eine vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung, insbesondere an die Empfindlichkeitsverteilung des menschlichen Auges, angepasst ist.It It is an object to provide a radiation detector whose spectral Sensitivity distribution to a given sensitivity distribution, in particular to the sensitivity distribution of the human Eye, adjusted.
Diese Aufgabe wird durch einen Strahlungsdetektor gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.These Task is solved by a radiation detector according to claim 1. Further embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Strahlungsdetektor einen Halbleiterkörper, der einen zur Detektion von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich, eine Strahlungseintrittsfläche und eine den Halbleiterkörper in lateraler Richtung begrenzende Seitenfläche aufweist. Entlang der Seitenfläche ist zumindest bereichsweise ein passiver Bereich ausgebildet, der zumindest teilweise verhindert, dass Strahlung, die lateral in Richtung des aktiven Bereichs einstrahlt, zur Erzeugung eines Signals des Strahlungsdetektors im aktiven Bereich beiträgt.According to one embodiment For example, a radiation detector comprises a semiconductor body, one for detection radiation provided active area, a radiation entrance surface and one the semiconductor body has laterally limiting side surface. Along the side surface is at least partially formed a passive area, at least partially prevents radiation that is lateral in the direction of the active Area irradiates, to generate a signal of the radiation detector contributes in the active area.
Mittels des passiven Bereichs kann der Anteil der Strahlung, der aus seitlicher Richtung in den aktiven Bereich gelangen und dort, etwa durch Erzeugung und räumliche Trennung von Elektron-Loch-Paaren, zu einem Signalbeitrag führen kann, unterdrückt oder zumindest stark verringert werden. Diese seitlich in Richtung des aktiven Bereichs eingestrahlte Strahlung könnte im aktiven Bereich verstärkt einen Signalanteil verursachen, der eine von einer vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung abweichende Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors bewirken könnte. Mit anderen Worten wird der Anteil am Signal des Strahlungsdetektors für diejenige Strahlung maximiert, die durch die Strahlungseintrittsfläche in den aktiven Bereich eingekoppelt wird.through the passive area can be the proportion of radiation that comes from the side Direction in the active area and there, such as by generation and spatial Separation of electron-hole pairs, can lead to a signal contribution, repressed or at least greatly reduced. This side towards The radiation irradiated in the active region could amplify in the active region Cause signal component, one of a given sensitivity distribution cause a different sensitivity distribution of the radiation detector could. In other words, the proportion of the signal of the radiation detector for the one Radiation maximized by the radiation entrance surface in the active area is coupled.
Die spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors ist so vereinfacht an eine vorgegebene Empfindlichkeitsverteilung, vorzugsweise die Empfindlichkeitsverteilung des menschlichen Auges, anpassbar.The Spectral sensitivity distribution of the radiation detector is so simplified to a given sensitivity distribution, preferably the sensitivity distribution of the human eye, adaptable.
Unter einem aktiven Bereich wird insbesondere ein Bereich verstanden, bei dem Absorption von Strahlung zu einem am Strahlungsdetektor extern abgreifbaren Signal führt. Die Signalerzeugung kann beispielsweise durch die Erzeugung von Elektron-Loch-Paaren infolge von Absorption von Strahlung erfolgen, wobei die Elektronen und Löcher, etwa in einer Raumladungszone, voneinander getrennt werden und so zu einem extern nachweisbaren Signal führen.Under an active area is understood to mean, in particular, an area in the absorption of radiation to one at the radiation detector externally tapped signal leads. The signal generation can, for example, by the generation of Electron-hole pairs are due to absorption of radiation, where the electrons and holes, in a space-charge zone, for example, and so on lead to an externally detectable signal.
Im Unterschied hierzu wird unter einem passiven Bereich ein Bereich verstanden, bei dem die auf diesen auftreffende Strahlung keinen oder zumindest keinen signifikanten Anteil am Signal des Strahlungsdetektors liefert. Beispielsweise kann der passive Bereich derart ausgeführt sein, dass die Strahlung in dem passiven Bereich absorbiert und/oder an dem passiven Bereich reflektiert wird. Im Unterschied zum aktiven Bereich ist der passive Bereich zweckmäßigerweise derart ausgeführt, dass Absorption von Strahlung im passiven Bereich zu keinem oder zumindest keinem signifikanten extern abgreifbaren Signal führt.in the Difference is under a passive area an area understood, in which the incident on this radiation no or at least no significant contribution to the signal of the radiation detector supplies. For example, the passive area can be designed in such a way the radiation is absorbed and / or absorbed in the passive region the passive area is reflected. Unlike the active one Range is the passive range expediently carried out such that Absorption of radiation in the passive range to none or at least no significant externally tapped signal leads.
In einer bevorzugten Ausgestaltung verläuft der passive Bereich zwischen dem aktiven Bereich und der Seitenfläche des Halbleiterkörpers. So kann der Strahlungsanteil verringert werden, der seitlich in den Halbleiterkörper einstrahlt und im aktiven Bereich zur Signalerzeugung beiträgt. Die Einkopplung der Strahlung, die im aktiven Bereich eine Signalerzeugung bewirkt, erfolgt also im Wesentlichen über die Strahlungseintrittsfläche des Halbleiterkörpers.In In a preferred embodiment, the passive region extends between the active region and the side surface of the semiconductor body. So can be reduced, the radiation component, the side in the Semiconductor body radiates in and contributes to the signal generation in the active area. The Coupling of the radiation, which generates a signal in the active area causes, thus takes place substantially over the radiation entrance surface of the The semiconductor body.
Insbesondere kann die Strahlung mittels des passiven Bereichs geblockt werden, das heißt, es kann zumindest teilweise verhindert werden, dass seitlich einstrahlende Strahlung in den aktiven Bereich gelangt. Diese Strahlung kann also geblockt werden, bevor diese im aktiven Bereich zu einem Signalanteil führen kann, der eine von der vorgegebenen Empfindlichkeitsverteilung abweichende Empfindlichkeitsverteilung verursachen könnte.Especially the radiation can be blocked by means of the passive region, this means, it can be at least partially prevented that einstrahlende side Radiation enters the active area. So this radiation can be blocked before this in the active area to a signal component to lead can, which deviates from the given sensitivity distribution Could cause sensitivity distribution.
In einer bevorzugten Weiterbildung umläuft der passive Bereich den aktiven Bereich in einer Aufsicht auf den Halbleiterkörper lateral. Insbesondere kann der passive Bereich den aktiven Bereich vollständig lateral umlaufen. Der Signalanteil des Strahlungsdetektors aufgrund von seitlich auf den Strahlungsdetektor auftreffender Strahlung kann so weitestgehend reduziert werden.In In a preferred embodiment, the passive area circulates around the active region in a plan view of the semiconductor body laterally. In particular, the passive region can completely lateralize the active region circulate. The signal component of the radiation detector due to radiation incident on the radiation detector laterally can be reduced as much as possible.
Im Zweifel wird unter einer lateralen Richtung wird im Rahmen der Anmeldung insbesondere eine Richtung verstanden, die in einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers verläuft.in the Doubt will be under a lateral direction in the context of the application especially understood a direction that in a main extension plane of the semiconductor body runs.
Die Strahlungseintrittsfläche erstreckt sich vorzugsweise parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers.The Radiation entrance area preferably extends parallel to the main extension plane of the The semiconductor body.
In einer Ausgestaltungsvariante ist der passive Bereich mittels einer Ausnehmung in dem Halbleiterkörper gebildet. Die Ausnehmung kann mit einem Füllmaterial befüllt sein, das die auftreffende Strahlung absorbiert oder reflektiert. Als absorbierendes Füllmaterial eignet sich insbesondere ein Material, das bei Wellenlängen im nahen Infrarot, insbesondere zwischen 700 nm und 1050 nm, einen großen Absorptionskoeffizienten aufweist. Beispielsweise kann das Füllmaterial polykristallines Silizium, insbesondere stark dotiertes polykristallines Silizium, etwa mit einer Dotierkonzentration von mindestens 1·1018 cm–3, enthalten oder daraus bestehen. Als reflektierendes Material eignet sich insbesondere ein Metall, beispielsweise Au, Al, Cu oder W.In one embodiment variant, the passive region is formed by means of a recess in the semiconductor body. The recess may be filled with a filling material which absorbs or reflects the incident radiation. In particular, a material which has a large absorption coefficient at wavelengths in the near infrared, in particular between 700 nm and 1050 nm, is suitable as absorbent filling material. For example, the filler material polycrystalline silicon, in particular strongly doped polycrystalline silicon, for instance with a doping concentration of at least 1 x 10 18 cm -3, or consist thereof. As a reflective material is particularly suitable a metal, such as Au, Al, Cu or W.
In vertikaler Richtung, also in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers, erstreckt sich die Ausnehmung vorzugsweise ausgehend von der Strahlungseintrittsfläche zumindest bis zum aktiven Bereich. Die seitliche Einkopplung von Strahlung in den aktiven Bereich kann so auf effiziente Weise vermindert werden.In vertical direction, ie in a direction perpendicular to the main extension plane the semiconductor body, The recess preferably extends at least starting from the radiation entrance surface to the active area. The lateral coupling of radiation in the active area can be thus reduced in an efficient way.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist der passive Bereich mittels eines Halbleitermaterials gebildet, das stärker dotiert ist als das Halbleitermaterial des aktiven Bereichs. Insbesondere kann das Halbleitermaterial mindestens 100-fach so stark dotiert sein wie das Halbleitermaterial des aktiven Bereichs. Je höher die Dotierung des Halbleitermaterials ist, desto höher sind die Rekombinationsraten für Elektron-Loch-Paare, die durch Absorption von Strahlung generiert werden. Das heißt, die Rekombinationswahrscheinlichkeit für Elektron-Loch-Paare ist so hoch, dass diese rekombinieren, bevor die Ladungsträger räumlich voneinander getrennt werden und zu einem externen Kontakt des Strahlungsdetektors gelangen können.In A further embodiment variant is the passive area by means of a semiconductor material is formed which is more heavily doped than the semiconductor material of the active area. In particular, the semiconductor material can be at least Be doped 100 times as strong as the semiconductor material of the active Range. The higher the doping of the semiconductor material is the higher the recombination rates for electron-hole pairs, which are generated by absorption of radiation. That is, the Recombination probability for electron-hole pairs is like this high, that these recombine before the charge carriers are spatially separated from each other be disconnected and to an external contact of the radiation detector can reach.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist der passive Bereich mittels einer Diodenstruktur gebildet. Die Diodenstruktur ist hierbei derart ausgeführt, dass in der Diodenstruktur durch Absorption von Strahlung erzeugten Ladungsträger keinen oder keinen signifikanten Beitrag zum Signal des Strahlungsdetektors liefern.In A further embodiment variant is the passive area by means of a diode structure formed. The diode structure is in this case executed that produced in the diode structure by absorption of radiation charge carrier no or no significant contribution to the radiation detector signal deliver.
Insbesondere kann die Diodenstruktur kurzgeschlossen sein. Beispielsweise kann ein Übergang zwischen einem p-leitenden und einem n-leitenden Bereich der Diodenstruktur mittels einer auf dem Halbleiterkörper angeordneten Verbindungsschicht kurzgeschlossen sein.Especially the diode structure can be short-circuited. For example, can a transition between a p-type and an n-type region of the diode structure short-circuited by means of a connection layer arranged on the semiconductor body be.
Bei einem Übergang, der sich bis zur Seitenfläche des Halbleiterkörpers erstreckt, können Leckströme an der Seitenfläche bereits eine hinreichend niederohmige elektrische Verbindung zwischen dem p-leitenden und dem n-leitenden Bereich bewirken. Diese Leckströme können beispielsweise durch eine Schädigung der Kristallstruktur beim Ausbilden der Seitenfläche verursacht sein. Auf eine zusätzliche Verbindungsschicht außerhalb des Halbleiterkörpers kann daher, insbesondere bei einem an der Seitenfläche freiliegenden Übergang, auch verzichtet werden.at a transition, extending to the side surface of the semiconductor body extends, can leakage currents on the side surface already a sufficiently low-resistance electrical connection between the p-type and the n-type Effect area. These leakage currents can for example due to damage the crystal structure may be caused in forming the side surface. On a additional connection layer outside of the semiconductor body can therefore, especially with a transition exposed on the side surface, also be waived.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist auf der Strahlungseintrittsfläche des Halbleiterkörpers eine Filterstruktur ausgebildet. Insbesondere kann die Filterstruktur unmittelbar an den Halbleiterkörper angrenzen. Ein separates, vom Halbleiterkörper beabstandetes Filter zur Anpassung der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors ist somit nicht erforderlich, kann gegebenenfalls aber zusätzlich vorgesehen sein.In a preferred embodiment is on the radiation entrance surface of the Semiconductor body one Filter structure formed. In particular, the filter structure directly adjacent to the semiconductor body. A separate, from the semiconductor body spaced filter to adjust the spectral sensitivity distribution the radiation detector is thus not required, if necessary but in addition be provided.
Die Filterstruktur kann beispielsweise mittels einer oder mehrerer dielektrischer Schichten gebildet sein. Beispielsweise kann die Filterstruktur als ein Bandpassfilter ausgeführt sein, der Strahlung um ein dem Strahlungsdetektor vorgegebenes Maximum der Empfindlichkeitsverteilung durchlässt und zumindest teilweise verhindert, dass Strahlung außerhalb des zu detektierenden Bereichs auf den aktiven Bereich trifft. Insbesondere in Kombination mit dem passiven Bereich, der seitlich auftreffende Strahlung blockt, kann also erzielt werden, dass nahezu die gesamte Strahlung, die zur Signalerzeugung beiträgt, durch die auf der Strahlungseintrittsfläche angeordnete Filterstruktur hindurch tritt.The Filter structure, for example, by means of one or more dielectric Be formed layers. For example, the filter structure as a bandpass filter be, the radiation by a radiation detector predetermined maximum of Sensitivity distribution lets through and at least partially prevents radiation outside of the area to be detected hits the active area. Especially in combination with the passive area, the side impacting Radiation blocks, so can be achieved that almost the entire Radiation, which contributes to the signal generation, by arranged on the radiation entrance surface Filter structure passes through.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist der aktive Bereich in vertikaler Richtung derart begrenzt, dass eine langwellige Flanke der spektralen Empfindlichkeitsverteilung des aktiven Bereichs an die dem Strahlungsdetektor vorgegebene spektrale Empfindlichkeitsverteilung angepasst ist. In Silizium weist beispielsweise infrarote Strahlung eine größere Eindringtiefe auf als Strahlung im sichtbaren Spektralbereich. Daher kann der durch Infrarotstrahlung verursachte Signalanteil mit verringerter Dicke des aktiven Bereichs abnehmen.In Another preferred embodiment is the active area limited in the vertical direction such that a long-wave edge the spectral sensitivity distribution of the active region to the the radiation detector predetermined spectral sensitivity distribution is adjusted. In silicon, for example, has infrared radiation a greater penetration depth on as radiation in the visible spectral range. Therefore, the by infrared radiation caused signal component with reduced Decrease the thickness of the active area.
Mit anderen Worten wird aufgrund der Begrenzung des aktiven Bereichs in vertikaler Richtung im aktiven Bereich überwiegend Strahlung absorbiert, die nur eine vergleichsweise geringe Eindringtiefe aufweist, die also bereits bei einer vergleichsweise geringen Dicke des aktiven Bereichs mit hoher Wahrscheinlichkeit absorbiert wird. Langwellige Strahlung, insbesondere Strahlung im nahen Infrarot, etwa zwischen 700 nm und 1100 nm, wird aufgrund der höheren Eindringtiefe dagegen überwiegend in weiter von der Strahlungseintrittsfläche entfernten Bereichen des Halbleiterkörpers absorbiert. Durch die vertikale Begrenzung des aktiven Bereichs kann also der Anteil der zum Signal beitragenden nahen Infrarotstrahlung reduziert werden.In other words, due to the limitation of the active region in the vertical direction in the active region, predominantly radiation is absorbed which has only a comparatively small penetration depth, which is thus already absorbed with a high probability even with a comparatively small thickness of the active region. By contrast, long-wave radiation, in particular near-infrared radiation, for example between 700 nm and 1100 nm, is predominantly absorbed in regions of the semiconductor body which are further away from the radiation entrance surface due to the higher penetration depth. By the vertical boundary of the active area can thus be reduced, the proportion of contributing to the signal near infrared radiation.
Weiterhin bevorzugt ist der Halbleiterkörper derart ausgeführt, dass der aktive Bereich in vertikaler Richtung auf eine Dicke von höchstens 10 μm begrenzt ist. Gegenüber einem aktiven Bereich größerer Dicke kann so die Empfindlichkeit des aktiven Bereichs für Wellenlängen von größer als 700 nm auf einfache Weise verringert sein.Farther Preferably, the semiconductor body is such executed that the active area in the vertical direction to a thickness of at the most 10 μm limited is. Across from an active area of greater thickness So can the sensitivity of the active wavelength range of greater than 700 nm can be reduced in a simple manner.
In einer Ausgestaltungsvariante ist der aktive Bereich auf der der Strahlungseintrittsfläche des Halbleiterkörpers abgewandten Seite in vertikaler Richtung mittels einer isolierenden Schicht begrenzt. Beispielsweise kann der Halbleiterkörper mittels eines Verbundsubstrats gebildet sein, bei dem eine dünne Nutzschicht mittels einer isolierenden Schicht von einem Substratkörper beabstandet ist. Ein solches Substrat kann beispielsweise als ein SOI (Silicon an Insulator)-Substrat oder als ein SOS (Silicon an Sapphire)-Substrat ausgeführt sein. Die Raumladungszone des aktiven Bereichs kann in der Nutzschicht ausgebildet sein.In a design variant is the active area on the Radiation entrance area of the semiconductor body opposite side in the vertical direction by means of an insulating Layer limited. For example, the semiconductor body by means of a composite substrate, wherein a thin wear layer spaced apart from a substrate body by means of an insulating layer is. Such a substrate may be exemplified as an SOI (Silicon on insulator) substrate or as an SOS (Silicon on Sapphire) substrate accomplished be. The space charge zone of the active region may be in the wear layer be educated.
Durch die isolierende Schicht kann der Substratkörper vom aktiven Bereich elektrisch getrennt sein, so dass im Substratkörper durch Absorption der Strahlung erzeugte Ladungsträger nicht in den aktiven Bereich gelangen können und somit keinen wesentlichen Beitrag zum Signal leisten können. Der aktive Bereich kann somit auf die Nutzschicht begrenzt sein.By the insulating layer, the substrate body electrically from the active region be separated, so that in the substrate body by absorption of the radiation generated charge carriers can not get into the active area and thus no significant Contribute to the signal. The active area can thus be limited to the wear layer.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante weist der Halbleiterkörper eine Kavität auf, die den aktiven Bereich auf der der Strahlungseintrittsfläche abgewandten Seite begrenzt. Die Kavität kann beispielsweise mit einem Gas, etwa Luft, befüllt sein oder evakuiert ausgeführt sein.In In a further embodiment variant, the semiconductor body has a cavity on, which faces away from the active area on the radiation entrance surface Limited page. The cavity may for example be filled with a gas, such as air, or evacuated executed be.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist der aktive Bereich mittels einer Halbleiterschicht gebildet, die eine Dicke zwischen einschließlich 1 μm und einschließlich 8 μm, bevorzugt zwischen einschließlich 2 μm und einschließlich 5 μm, aufweist. Weiterhin kann die Halbleiterschicht des aktiven Bereichs auf der der Strahlungseintrittsseite abgewandten Seite an eine stark dotierte Halbleiterschicht angrenzen.In Another embodiment variant is the active area by means of a semiconductor layer is formed which has a thickness of between 1 μm and 8 μm inclusive, preferably between inclusive 2 μm and including 5 microns, has. Farther For example, the semiconductor layer of the active region on the radiation entrance side side facing away from a heavily doped semiconductor layer.
Unter einer stark dotierten Halbleiterschicht wird insbesondere eine Halbleiterschicht mit einer Dotierkonzentration von mindestens 1·1018 cm–3 verstanden.Under a heavily doped semiconductor layer is a semiconductor layer with a doping concentration of at least 1 · 10 18 cm -3 is meant in particular.
Aufgrund der hohen Dotierung der stark dotierten Halbleiterschicht ist die Rekombinationswahrscheinlichkeit für in dieser Schicht erzeugte Elektron-Loch-Paare derart erhöht, dass diese mit einer hohen Wahrscheinlichkeit rekombinieren, bevor die Ladungsträger den aktiven Bereich erreichen. In der stark dotierten Halbleiterschicht erzeugte Ladungsträger liefern somit keinen oder zumindest keinen signifikanten Beitrag zum Signal des aktiven Bereichs.by virtue of the high doping of the heavily doped semiconductor layer is the Recombination probability for generated in this layer Electron-hole pairs increased in such a way that they recombine with a high probability before the charge carriers reach the active area. In the heavily doped semiconductor layer generated charge carriers thus provide no or at least no significant contribution to the signal of the active area.
In einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist auf der der Strahlungseintrittsseite abgewandten Seite des aktiven Bereichs eine weitere Diodenstruktur ausgebildet. Wie im Zusammenhang mit der Diodenstruktur beschrieben, bewirkt in der weiteren Diodenstruktur absorbierte Strahlung kein Signal oder zumindest keinen wesentlichen Beitrag zum Signal des Strahlungsdetektors. Die weitere Diodenstruktur kann weiterhin wie im Zusammenhang mit der Diodenstruktur beschrieben elektrisch kurzgeschlossen sein.In a further embodiment variant is on the radiation entrance side opposite side of the active region formed a further diode structure. As described in connection with the diode structure causes In the other diode structure absorbed radiation no signal or at least no significant contribution to the signal of the radiation detector. The further diode structure can continue as in connection with the diode structure described be electrically shorted.
Der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich, enthält vorzugsweise Silizium. Silizium zeichnet sich durch eine gute Mikrostrukturierbarkeit, etwa mittels photolithographischer Techniken in Verbindung mit Ätzverfahren, aus und ist weiterhin großflächig und kostengünstig verfügbar.Of the Semiconductor body, in particular the active region, preferably contains silicon. Silicon draws by a good Mikrostrukturierbarkeit, such as by means of photolithographic Techniques in connection with etching processes, off and is still large area and economical available.
Der aktive Bereich des Strahlungsdetektors kann beispielsweise gemäß einer Photodiode, einem Phototransistor oder einer Photo-Darlington-Schaltung gebildet sein. Bei einer Photo-Darlington-Schaltung sind zwei Transistoren elektrisch in Serie geschaltet, wobei der erste Transistor als ein Phototransistor ausgeführt ist und das Signal des ersten Transistors vom zweiten Transistor verstärkt wird.Of the active region of the radiation detector can, for example, according to a Photodiode, a phototransistor or a photo Darlington circuit be formed. In a Photo Darlington circuit are two transistors electrically connected in series, wherein the first transistor as a Phototransistor executed is and the signal of the first transistor from the second transistor reinforced becomes.
Weiterhin kann der Strahlungsdetektor Teil einer integrierten Schaltung sein.Farther For example, the radiation detector may be part of an integrated circuit.
Weiterhin bevorzugt ist der Strahlungsdetektor derart ausgeführt, dass eine spektrale Empfindlichkeitsverteilung des Strahlungsdetektors an diejenige des menschlichen Auges angepasst ist. Das Empfindlichkeitsmaximum des Strahlungsdetektors liegt vorzugsweise zwischen einschließlich 500 nm und einschließlich 600 nm, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 530 nm und 570 nm, etwa 550 nm. Die relative Empfindlichkeit bezogen auf das Signal beim Empfindlichkeitsmaximum, etwa bei 550 nm, beträgt weiterhin bevorzugt unterhalb einer Wellenlänge von 400 nm und oberhalb einer Wellenlänge von 700 nm vorzugsweise jeweils höchstens 10%, besonders bevorzugt höchstens 5 Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.Farther Preferably, the radiation detector is designed such that a spectral sensitivity distribution of the radiation detector adapted to that of the human eye. The sensitivity maximum of the radiation detector is preferably between 500 inclusive nm and inclusive 600 nm, more preferably between 530 nm and 570 nm inclusive, approximately 550 nm. The relative sensitivity to the signal at Sensitivity maximum, at about 550 nm, is still preferably below a wavelength of 400 nm and above a wavelength of 700 nm, preferably at most 10%, more preferably at most 5 Further features, configurations and expediencies arise the following description of the embodiments in conjunction with the figures.
Es zeigen:It demonstrate:
die
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.Same, similar or equivalent elements are in the figures with provided the same reference numerals.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elementen und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt. sein.The Figures are schematic representations and therefore not absolutely true to scale. Rather, you can comparatively small elements and in particular layer thicknesses exaggerated for clarity shown big. be.
Ein
erstes Ausführungsbeispiel
für einen Strahlungsdetektor
Der
Strahlungsdetektor
Der
erste Halbleiterbereich
Weiterhin
weist der Strahlungsdetektor
Der
passive Bereich
Der
im Zusammenhang mit den
In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
ist der erste Halbleiterbereich
Auf
der Strahlungseintrittsfläche
Die
Filterstruktur
Die dielektrischen Schichten können beispielsweise ein Oxid, etwa Siliziumoxid oder Titanoxid, ein Nitrid, etwa Siliziumnitrid, oder ein Oxinitrid etwa Siliziumoxinitrid, enthalten oder aus einem solchen Material bestehen.The dielectric layers can For example, an oxide, such as silica or titanium oxide, a nitride, such as silicon nitride, or an oxynitride such as silicon oxynitride, contain or consist of such a material.
Davon
abweichend kann die Filterstruktur
Der Bandpassfilter kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 700 nm transmittiert wird.Of the Bandpass filter, for example, be designed so that radiation in a wavelength range between 400 nm and 700 nm is transmitted.
Weiterhin
ist der Strahlungsdetektor
Unter einer schwach dotierten Halbleiterschicht wird insbesondere eine Halbleiterschicht verstanden, die eine Dotierkonzentration von höchstens 1016 cm–3 aufweist.A weakly doped semiconductor layer is understood in particular to mean a semiconductor layer which has a doping concentration of at most 10 16 cm -3 .
Nach
der Abscheidung können
in der schwach dotierten Halbleiterschicht der zweite Halbleiterbereich
und der passive Bereich
Der
erste Halbleiterbereich
Die
Dicke des aktiven Bereichs beträgt
vorzugsweise höchstens
10 μm, beispielsweise
zwischen einschließlich
2 μm und
einschließlich
5 μm. Langwellige
Strahlung weist in Silizium eine größere Eindringtiefe auf als
kurzwellige Strahlung im sichtbaren Spektralbereich. Je dünner der
aktive Bereich
Im
ersten Halbleiterbereich
Im
Unterschied zu Strahlung, die durch die Strahlungseintrittsfläche
Der
Strahlungsdetektor
Für eine hinreichend
hohe Absorption der durch die Seitenfläche
Vorzugsweise
ist bereits der Halbleiterkörper
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Strahlungsdetektor lediglich beispielhaft gemäß einer Photodiode ausgeführt. Davon abweichend kann der aktive Bereich auch gemäß einem Phototransistor oder einem Photo-Darlington ausgebildet sein. Weiterhin kann der Strahlungsdetektor mit dem aktiven Bereich auch in einen integrierten Schaltkreis eingebettet sein.In the embodiment shown the radiation detector is merely exemplary according to a photodiode executed. Deviating from the active range can also according to a Phototransistor or a photo darlington be educated. Furthermore, the radiation detector with the active area also embedded in an integrated circuit be.
Das
Ergebnis einer Simulation der spektralen Empfindlichkeit eines Strahlungsdetektors,
der gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ausgeführt ist,
ist in
Zum
Vergleich zeigt die Kurve
In
Ein
zweites Ausführungsbeispiel
für einen Strahlungsdetektor
ist in
Der
aktive Bereich
Ein
Diodenstrukturbereich
In
vertikaler Richtung können
der Diodenstrukturbereich
Die
Diodenstruktur
Für einen
elektrischen Kurzschluss kann beispielsweise eine niederohmige Verbindung
zwischen dem Diodenstrukturbereich
Weiterhin
ist auf der Strahlungseintrittsfläche
Im
Betrieb des Strahlungsdetektors
Ein
drittes Ausführungsbeispiel
für einen Strahlungsdetektor
Im
Unterschied hierzu ist der passive Bereich
In
einer Aufsicht auf den Strahlungsdetektor
Die
Ausnehmung
Alternativ
kann die Ausnehmung
Von
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
abweichend kann sich die Ausnehmung
Ein
viertes Ausführungsbeispiel
für einen Strahlungsdetektor
ist in
Dieses
vierte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in Zusammenhang mit den
Der
aktive Bereich
Die
Dicke der Nutzschicht
Weiterhin
sind im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel der erste Kontakt
Ein
fünftes
Ausführungsbeispiel
für einen Strahlungsdetektor
ist in
Der
Abstand der Kavität
Die
laterale Ausdehnung der Kavität
Ein
sechstes Ausführungsbeispiel
für einen Strahlungsdetektor
Die
weitere Diodenstruktur
Mittels
der weiteren Diodenstruktur
Von
dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
abweichend kann der weitere Diodenstrukturbereich
Weiterhin
kann der passive Bereich von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
abweichend auch wie im Zusammenhang mit den
Die
beschriebenen Ausführungsbeispiele zeichnen
sich weiterhin durch eine gute Kompatibilität mit Prozessen der konventionellen
Si-Technologie aus. Die Strahlungsdetektoren
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede neue Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.The The invention is not by the description based on the embodiments limited. Much more For example, the invention includes every novel feature as well as every new combination of features, in particular any combination of features in the claims includes, even if this feature or this combination itself not explicitly in the claims or the embodiments is specified.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810030750 DE102008030750A1 (en) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | Radiation detector, has passive area formed along side surfaces for controlling addition of radiations irradiated laterally in direction of active area for producing signal of radiation detector in active area of semiconductor body |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200810030750 DE102008030750A1 (en) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | Radiation detector, has passive area formed along side surfaces for controlling addition of radiations irradiated laterally in direction of active area for producing signal of radiation detector in active area of semiconductor body |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102008030750A1 true DE102008030750A1 (en) | 2009-12-31 |
Family
ID=41360692
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200810030750 Pending DE102008030750A1 (en) | 2008-06-27 | 2008-06-27 | Radiation detector, has passive area formed along side surfaces for controlling addition of radiations irradiated laterally in direction of active area for producing signal of radiation detector in active area of semiconductor body |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102008030750A1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4329625A (en) * | 1978-07-24 | 1982-05-11 | Zaidan Hojin Handotai Kenkyu Shinkokai | Light-responsive light-emitting diode display |
DE3617229A1 (en) * | 1986-05-22 | 1987-11-26 | Licentia Gmbh | Radiation detector |
US5412229A (en) * | 1990-08-31 | 1995-05-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor light detecting device making use of a photodiode chip |
EP1069626A2 (en) * | 1999-07-15 | 2001-01-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor photodiode for an optical module |
DE10019089C1 (en) * | 2000-04-12 | 2001-11-22 | Epigap Optoelektronik Gmbh | Wavelength selective pn junction photodiode |
DE102006028672B3 (en) * | 2006-06-22 | 2007-10-18 | Infineon Technologies Ag | Single chip semiconductor-opto component e.g. optothyristor, for e.g. controlling infrared lighting system, has optodiode exhibiting relative spectral sensitivity, which is adapted to relative spectral sensitivity of eye |
-
2008
- 2008-06-27 DE DE200810030750 patent/DE102008030750A1/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4329625A (en) * | 1978-07-24 | 1982-05-11 | Zaidan Hojin Handotai Kenkyu Shinkokai | Light-responsive light-emitting diode display |
DE3617229A1 (en) * | 1986-05-22 | 1987-11-26 | Licentia Gmbh | Radiation detector |
US5412229A (en) * | 1990-08-31 | 1995-05-02 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor light detecting device making use of a photodiode chip |
EP1069626A2 (en) * | 1999-07-15 | 2001-01-17 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Semiconductor photodiode for an optical module |
DE10019089C1 (en) * | 2000-04-12 | 2001-11-22 | Epigap Optoelektronik Gmbh | Wavelength selective pn junction photodiode |
DE102006028672B3 (en) * | 2006-06-22 | 2007-10-18 | Infineon Technologies Ag | Single chip semiconductor-opto component e.g. optothyristor, for e.g. controlling infrared lighting system, has optodiode exhibiting relative spectral sensitivity, which is adapted to relative spectral sensitivity of eye |
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