BRPI0620959B1

BRPI0620959B1 - Detector de radiação de semicondutor otimizado para detecção de luz visível

Info

Publication number: BRPI0620959B1
Application number: BRPI0620959-9A
Authority: BR
Inventors: Aurola Artto
Original assignee: Aurola Artto
Priority date: 2006-01-05
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2018-01-16
Also published as: WO2007077287A1; US8288837B2; EP1979953A1; AU2006334350A1; JP5165588B2; CN101356646B; WO2007077286A1; CN101356646A; CN101356654B; EP1979953B1; AU2006334350B2; EP1979953A4; JP2009522821A; RU2008125794A; IL192209A0; ES2551480T3; US20080315265A1; BRPI0620959A2; KR20080085155A; ZA200805115B

Abstract

detector de radiação de semicondutor otimizado para detecção de luz visível. um detector de radiação de semicondutor compreende uma camada de massa de material semicondutor, e, em uma primeira superfície da camada de massa na seguinte ordem: uma camada de porta interna modificada de semicondutor de segundo tipo de condutividade, uma camada de barreira de semicondutor de primeiro tipo de condutividade, e dopagens de pixel de semicondutor do segundo tipo de condutividade. as voltagens de pixel são adaptadas para serem acopladas a pelo menos uma voltagem de pixel de modo a criar pixéis correspondentes às dopagens de pixel. o dispositivo compreende um primeiro tipo de condutividade de primeiro contato. referida voltagem de pixel é definida como uma diferença de potencial entre a dopagem de pixel e o primeiro contato. a camada de massa é do tipo de primeira condutividade. em uma segunda superfície da camada de massa oposta à primeira superfície, existe uma camada lateral traseira não-condutiva gue transportaria cargas secundárias externas à área ativa do dispositivo, ou funcionaria como uma janela de entrada de radiação.

Description

(54) Título: DETECTOR DE RADIAÇÃO DE SEMICONDUTOR OTIMIZADO PARA DETECÇÃO DE LUZ VISÍVEL (51) lnt.CI.: H01L 31/109; H01L 27/148 (30) Prioridade Unionista: 05/01/2006 Fl PCT/F12006/000009 (73) Titular(es): AUROLA, ARTTO (72) Inventor(es): AUROLA, ARTTO

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DETECTOR DE RADIAÇÃO DE SEMICONDUTOR OTIMIZADO PARA

DETECÇÃO DE LUZ VISÍVEL

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção está relacionada a detectores de radiação de semicondutor e, particularmente, a um detector de radiação de semicondutor tendo uma porta interna modificada.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A radiação é convertida em pares elétron - buraco em material semicondutor. Em detectores de radiação de semicondutor, os pares elétron - buraco são separados por um campo elétrico. O tipo de carga do par elétron - buraco que é medido é referido como carga de sinal, e o tipo de carga oposta são referidos como carga secundária.

Os pedidos de patente PCT/FI2004/000492 e PCT/FI2005/000359, que são incorporados aqui por referência, revelam um detector de radiação de semicondutor tendo uma porta interna modificada (MIG). Este detector é aqui em seguida referido como o detector de MIG. O detector de MIG é iluminado na traseira, e tem um substrato exaurido totalmente espesso e uma camada condutiva delgada no lado traseiro do dispositivo. Esta camada de lado traseiro condutiva tem três funções: quando ela é corretamente inclinada ela capacita à depleção total do substrato espesso, ela transporta as cargas secundárias para fora da área ativa do dispositivo, e ela funciona como uma janela

2/50 de entrada de radiação homogênea delgada. O detector de MIG tem muitos benefícios. As cargas geradas na superfície podem ser separadas das cargas de sinal, que proporcionam um ruído de corrente escura pequeno. A carga de sinal pode ser não - destrutivamente lida fazendo com que a carga de sinal seja lida múltiplas vezes, o que reduz o ruído de leitura. A iluminação traseira e a janela de entrada de radiação homogênea delgada capacitam à detecção de radiação penetrante rasa similar a raios-X de baixa energia e partículas com uma boa resolução de energia. O substrato exaurido totalmente espesso capacita à detecção de radiação profundamente penetrante.

O material de substrato do detector de MIG é preferivelmente resistivo alto, isto é, silício quase intrínseco, e a espessura do substrato é umas poucas centenas de micrômetros. Tal detector de LIG pode ser usado para detectar partículas, raios-X de baixa a média energias (~100eV—lOkeV), e fótons de luz ultravioleta e azul a radiação quase infravermelha. A radiação perto de

infravermelha é	aqui	referida	como	radiação que não pode
ser vista pelo	olho	humano, e	que	tem um comprimento	de
onda abaixo de	1,1	pm que é	o	limite de detecção	de

silício. A radiação perto da infravermelha cujo comprimento de onda é próximo, mas abaixo deste limite, tem uma profundidade de atenuação muito grande em silício, até centenas de micrômetros.

Devido à iluminação traseira, devido ao substrato exaurido totalmente espesso, e devido à janela de entrada de radiação delgada, o detector de MIG

3/50 tem eficiência de quantum da radiação perto da infravermelha para luz azul. Devido ao substrato espesso, também um fenômeno denominado franjamento é eliminado. O fenômeno de franjamento é um problema nos detectores tendo um substrato delgado. Em tais detectores a radiação perto de infravermelha é refletida muitas vezes entre as superfícies frontal e traseira do detector antes dela ser absorvida, causando modelos de interferência não-desejados. Desde de que o céu noturno sem lua contém pelo menos uma ordem de grandeza mais perto dos fótons infravermelhos do que fótons visíveis, e desde que o coeficiente de reflexão de muitos materiais seja muito mais alto para radiação perto de infravermelha do que para luz visível (por exemplo, a refletividade de folhagem é três a seis vezes mais alta) , o detector de MIG é muito bem aplicável à detecção de luz baixa em dispositivos de visão noturnos.

O detector de MIG não se adequa, contudo, muito bem a detecção de luz visível em aplicações de consumidor portátil baseadas em silício pelas razões que se seguem. A depleção do substrato espesso requer pelo menos umas poucas dezenas de volts. Para um dispositivo de consumidor portátil, tal voltagem é claramente muito alta, e resulta em consumo de energia muito grande. O substrato de silício resistivo alto é expansivo e é difícil de processar, com aumento do custo de faturamento. É também difícil contactar a camada lateral traseira condutiva seguramente a partir do lado frontal através do substrato resistivo alto espesso, que seria importante para produção em massa. Muita da

4/50 corrente de geração espessa é gerada no substrato exaurido totalmente espesso, que é provavelmente para necessitar do uso de arrefecimento. Em aplicações de consumidor portáteis, o arrefecimento do detector é, contudo, não usualmente possível. A nitidez das imagens é também um tanto degradada desde que a luz visível seja absorvida na lateral traseira do detector, e as cargas de sinal têm que percorrer um longo caminho antes delas alcançarem à superfície frontal. Por esta razão também o uso de filtros de cores na lateral traseira do dispositivo é problemático.

A profundidade de atenuação de luz vermelha em silício é não mais do que dez micrômetros. Para luz verde e azul, a profundidade de atenuação é ainda menor. Não é, desse modo, necessário ter um substrato espesso para detecção de luz visível. Ao invés do substrato espesso pode-se usar um substrato delgado (tipicamente ao redor de 10 pm e menos do que 50 pm) em um detector de MIG mais delgado traseiro. Um dispositivo delgado trava, contudo, muito facilmente e é, desse modo, necessário realizar o processamento do lado traseiro no final do processo de manufaturamento. Existem dois métodos possíveis para fazer isto. No primeiro método o lado frontal do substrato é fixado a um substrato de suporte após o qual o lado traseiro do detector é adelgaçado. No segundo método, o lado traseiro do detector é gravado somente abaixo da área ativa contendo os pixéis, e uma área de suporte mais espessa é deixada nos lados do detector. Em ambos os métodos é requerido que o processamento do lado frontal seja acabado antes do lado

5/50 traseiro ser adelgaçado. Este fato complica o manufaturamento da camada lateral traseira de condução. De modo a processar a camada lateral traseira condutiva muito delgada capacitando boa eficiência de quantum para luz azul, existem dois processos possíveis que são adequados para produção em massa. No primeiro método, a camada lateral traseira condutiva é feita por implantação, que requer uma etapa de recozimento de alta temperatura. Todos os materiais que são usados no lado frontal do dispositivo, similares a metal, conexões, devem ter um ponto de fusão mais alto do que a temperatura de recozimento. Este fato proíbe o uso de muitos materiais que são comuns em circuitos integrados similares a alumínio. No segundo método uma camada delgada é depositada no lado traseiro do dispositivo. Muita da corrente escura é, contudo, criada na interface entre a camada condutiva e o substrato, e de modo a suprimir esta corrente, arrefecimento é requerido.

Existe também um problema relacionado à camada lateral traseira condutiva no caso do detector de MIG ser usado para detecção de luz visível. De modo a detectar áreas mal iluminadas de uma imagem corretamente, o tamanho do chip tem que ser grande, e uma abertura ótica grande tem que ser usada. De modo a ter também boa eficiência de quantum para a luz azul, a camada lateral traseira condutiva tem que ser muito delgada. Se a imagem contém também áreas muito brilhantes, muita da corrente de carga secundária estará se deslocando na camada lateral traseira condutiva. A corrente grande se deslocando na camada lateral traseira condutiva,

6/50 e a espessura pequena e a área grande da camada lateral traseira condutiva resultam em, contudo, uma grande queda de voltagem resistiva na camada lateral traseira condutiva. Esta queda de voltagem resistiva degrada a qualidade da imagem, e pode conduzir a mau funcionamento do condutor, especialmente se o detector é muito delgado.

Outro problema no detector de MIG é que uma voltagem relativamente alta é requerida para limpar a carga de sinal no MIG especialmente se uma faixa dinâmica alta é desejada, isto é, se uma capacidade de carga de sinal grande do MIG é desejada. Ainda outro problema é que, em alguns casos, o isolamento da superfície gerado e cargas de sinal podem ser aperfeiçoados em detectores de MIG.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Um objetivo da presente invenção é proporcionar um detector de radiação de semicondutor compreendendo a porta interna modificada, em que os problemas criados pela camada lateral traseira de condução são removidos. Outro objetivo da invenção é proporcionar uma estrutura para um detector de radiação de semicondutor compreendendo a porta interna modificada, pela qual a carga de sinal pode ser limpa usando-se uma voltagem pequena. Ainda outro objetivo da presente invenção é proporcionar meios para intensificar a separação da superfície gerada por cargas e cargas de sinal.

Os objetivos da invenção são alcançados com um detector de radiação de semicondutor que compreende uma

7/50 camada de corpo ou espessa de material semicondutor, e adicionalmente compreende na primeira superfície da camada de corpo ou espessa na seguinte ordem: uma camada de porta interna modificada de semicondutor de segundo tipo de condutividade, uma camada de barreira de semicondutor de primeiro tipo de condutividade, e dopagens de pixel de semicondutor do segundo tipo de condutividade, adaptadas para serem acopladas a pelo menos uma voltagem de pixel de modo a criar pixéis correspondentes às dopagens de pixel. O dispositivo é caracterizado em que compreende um primeiro tipo de condutividade de primeiro contato, de modo que referida voltagem de pixel é uma diferença de potencial entre a dopagem de pixel e o primeiro contato, e a camada de corpo ou espessa é de primeiro tipo, e o dispositivo não compreende, em uma segunda superfície da camada de corpo ou espessa oposta à primeira superfície, uma camada lateral traseira condutiva que transportaria cargas secundárias externas à área ativa do dispositivo, e que funcionaria como uma janela de entrada de radiação.

A invenção é baseada na idéia de remover a camada lateral traseira de condução do detector de MIG. É compreendido que as cargas secundárias geradas na camada de corpo ou espessa podem ser coletadas no interior da área ativa por channel stops, ao invés de usar uma camada lateral traseira condutiva para transportá-las para fora da área ativa. A coleta das cargas secundárias a partir da camada de corpo ou espessa no interior da área ativa pode ser adicionalmente aperfeiçoada por folgas na camada de

8/50

MIG, e por estruturas de talhes que são corretamente preenchidas. É também compreendido que um novo detector de MIG pode ser frontal iluminado. O novo detector de MIG frontal iluminado sofre, contudo, de pobre resposta a azul devido aos seguintes fatos. A camada de barreira forma uma barreira para as cargas de sinal entre a camada de MIG e a superfície do dispositivo. A luz azul é absorvida principalmente entre esta barreira e a superfície frontal do detector e, desse modo, uma grande porção das cargas de sinal geradas pela luz azul é coletada pela dopagem de pixel e não pela MIG. Pela compreensão que tal barreira não existe abaixo dos channel stops, e que a área de channel stop pode ser usada como uma janela de entrada de radiação, e pela compreensão adicional que os channel stops podem ser muito delgados, e que a área de channel stop pode ser muito grande em tamanho, a resposta azul de um dispositivo frontal iluminado pode ser aperfeiçoada significantemente. A área grande dos channel stops reduz, contudo, o gradiente potencial de transporte de carga de sinal na camada de MIG sob os channel stops. É adicionalmente compreendido que este gradiente potencial que transporta as cargas de sinal pode ser aperfeiçoado por uma camada de MIG estruturada, isto é, descontínua. Outra possibilidade é alterar a concentração de dopagem na camada de barreira, na camada de MIG, ou na camada de corpo ou espessa próxima à camada de MIG de modo a aperfeiçoar o gradiente potencial que transporta as cargas de sinal. No detector frontal iluminado, as cargas secundárias que são geradas em massa

9/50 podem ser coletadas pelos channel stops no interior da área

ativa,

e/ou por um contato de substrato situado fora da

área ativa no lado frontal do detector, e/ou por um contato de substrato situado na borda do chip de detector, ou na lateral traseira do chip de detector.

As cargas de sinal podem ser limpas usando-se somente uma pequena voltagem por uma estrutura onde existe na

camada	de barreira do primeiro tipo de condutividade uma
região	dopada do segundo tipo de condutividade, ou uma
redução	local da dopagem de rede de camada de barreira
entre a	camada de porta interna modificada de segundo tipo

de condutividade e uma dopagem de pixel de segundo tipo de condutividade, ou por uma estrutura onde existe um talhe

entre a

dopagem de camada de MIG e a superfície frontal do

detector, e onde uma porta controla o fluxo de cargas de

sinal a	partir da camada de porta interna modificada para a
dopagem	de pixel, ou para a superfície frontal do detector
através	da região dopada de segundo tipo de condutividade,
através	da estrutura de talhe, ou através da redução local

da dopagem de camada de barreira.

A separação das cargas de sinal e cargas geradas por superfície podem ser aperfeiçoadas, por exemplo, por uma

região

dopada do segundo tipo de condutividade situada

entre a camada de barreira e a superfície frontal do detector, ou por uma estrutura com porta.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 ilustra uma concretização da invenção,

10/50

A Figura 2 ilustra um esquema de inclinação alternativo do detector de radiação de semicondutor apresentado na Figura 1,

A Figura 3 ilustra outra concretização da invenção,

A Figura	4 ilustra	potenciais de elétron	do detector
apresentado na	Figura 1,	que usam buracos	como	as cargas	de
sinal,
A Figura	5 ilustra	potenciais de elétron	do detector
apresentado na	Figura 2,	que usam buracos	como	as cargas	de
sinal,
A Figura	6 ilustra	potenciais de elétron	do detector
apresentado na	Figura 3,	que usam buracos	como	as cargas	de
sinal,
A Figura	7 ilustra ainda outra	concretização	da
invenção,
A Figura	8 ilustra o detector	de	radiação	de
semicondutor da Figura 7	usando estruturas	de proteção,
A Figura	9 ilustra	potenciais de elétron	do detector
apresentado na	Figura 7,	que usam buracos	como	as cargas	de
sinal,
A Figura	10 ilustra	potenciais de elétron	do detector
apresentado na	Figura 8,	que usam buracos	como	as cargas	de
sinal,
A Figura '	11 ilustra	quatro pixéis de	uma concretização

da invenção,

A Figura 12 ilustra quatro pixéis de outra concretização da invenção,

11/50

A Figura 13 ilustra uma seção transversal do detector apresentado na Figura 11,

A Figura 14 ilustra uma seção transversal do detector apresentado na Figura 12,

A Figura 15 ilustra quatro pixéis de ainda outra concretização da invenção,

A Figura 16A ilustra uma apresentado na Figura 15,

A Figura 16B ilustra uma apresentado na Figura 15,

A Figura 16C ilustra uma apresentado na Figura 15,

A Figura 16D ilustra uma apresentado na Figura 15,

A Figura 17A ilustra uma

A Figura 17B ilustra uma

A Figura 17C ilustra uma

A Figura 17D ilustra uma

A Figura 17E ilustra uma

A Figura 17F ilustra uma

A Figura 17G ilustra uma

A Figura 17H ilustra uma apresentado na Figura 17G,

A Figura 171 ilustra uma apresentado na Figura 17G,

A Figura 18A ilustra uma

A Figura 18B ilustra uma

A Figura 18C ilustra uma

seção	transversal	do	detector
seção	transversal	do	detector
seção	transversal	do	detector

seção transversal do detector

concretização	da	invenção,
concretização	da	invenção,
concretização	da	invenção,
concretização	da	invenção,
concretização	da	invenção,
concretização	da	invenção,
concretização	da	invenção,

seção transversal do detector seção transversal do detector concretização da invenção, concretização da invenção, concretização da invenção,

12/50

A	Figura	19	ilustra	uma	concretização	da	invenção,
A	Figura	20	ilustra	uma	concretização	da	invenção,
A	Figura	21	ilustra	uma	concretização	da	invenção,
A	Figura	22	ilustra	uma	concretização	da	invenção,
A	Figura	23	ilustra	uma	concretização	da	invenção,
A	Figura	24	ilustra	uma	concretização	da	invenção,

A

Figura 25 ilustra um detector de porta interno modificado de sinal de porta,

A Figura ilustra outra concretização do detector de porta interno modificado de sinal de porta,

A Figura 27A ilustra uma seção transversal dos detectores apresentados nas Figuras

A Figura 27B ilustra uma seção e 26, transversal do detector apresentado na Figura 26,

A Figura 28 ilustra um detector de porta interno modificado de sinal de porta,

A Figura 29 ilustra outra concretização do detector de porta interno modificado de sinal de porta,

A Figura 30 ilustra um detector de porta interno modificado de sinal de porta,

A Figura 31 ilustra outra concretização do detector de porta interno modificado de sinal de porta,

A Figura 32A ilustra processo de manufaturamento

A Figura 32B ilustra processo de manufaturamento

A Figura 32C ilustra processo de manufaturamento

uma etapa	de processo	de	um
de detector	possível,
uma etapa	de processo	de	um
de detector	possível,
uma etapa	de processo	de	um
de detector	possível,

13/50

A Figura 32D ilustra processo de manufaturamento

A Figura 33A ilustra processo de manufaturamento

A Figura 33B ilustra processo de manufaturamento

A Figura 33C ilustra processo de manufaturamento

A Figura 34A ilustra processo de manufaturamento

A Figura 34B ilustra processo de manufaturamento

A Figura 34C ilustra processo de manufaturamento

A Figura 34D ilustra processo de manufaturamento

A Figura 35A ilustra anterior,

A Figura 35B ilustra anterior,

uma etapa	de processo	de	um
de	detector	possível,
uma etapa	de processo	de	um
de	detector	possível,
uma etapa	de processo	de	um
de	detector	possível,
uma etapa	de processo	de	um
de	detector	possível,
uma etapa	de processo	de	um
de	detector	possível,
uma etapa	de processo	de	um
de	detector	possível,
uma etapa	de processo	de	um
de	detector	possível,
uma etapa	de processo	de	um
de	detector	possível,
um	detector	de tira da	técnica
um	detector	de tira da	técnica

A Figura

A Figura ilustra ilustra ilustra ilustra ilustra ilustra ilustra ilustra resultados resultados resultados resultados resultados resultados resultados resultados simulados, simulados, simulados, simulados, simulados, simulados, simulados, simulados,

14/50

A	Figura	44A	ilustra	uma	concretização	da	invenção,
A	Figura	44B	ilustra	uma	concretização	da	invenção, e
A	Figura	44C	ilustra	uma	concretização	da	invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A Figura é uma seção transversal esquemática de um detector de radiação, que é preferivelmente delgado iluminado na traseira. O detector tem uma superfície frontal 101 que é ascendente no desenho.

superfície traseira 102 do detector, através da qual a radiação entra no detector, descendente no desenho.

Na superfície traseira pode estar um revestimento anti-reflexão ou cintilador opcional. A camada de corpo ou espessa 103 do detector é produzida de material semicondutor de um primeiro tipo de condutividade. Os primeiro e segundo tipos de condutividade, ou vive versa, se referem aqui a semicondutores positivamente e negativamente dopados, com um excesso de cargas positivas negativas, respectivamente. No lado frontal do detector, a partir da superfície traseira em direção à superfície frontal, existe primeiro uma camada

104 do segundo tipo de condutividade, que é, em seguida, referida como a modificada (MIG). No dispositivo camada de porta interna da Figura 1, existem folgas na camada de MIG. Na parte frontal da camada de MIG 104 existe novamente uma camada 105 do primeiro tipo de condutividade, designada aqui como a camada de barreira. No topo da camada 105 podem estar camadas de isolamento de

15/50 proteção e camadas condutoras que formam conexões, portas, capacitores, e etc.

Implantações similares a pixéis preferivelmente padronizadas 111,

112, 113, 114,

115 tendo segundo tipo de condutividade, são produzidas na camada de barreira 105 na superfície frontal do detector, e são, em seguida, referidas como dopagens de pixel. Dopagens de channel stop inclinado 121, 122, 123, 124, 125 de primeiro tipo de condutividade são colocadas entre ou próximas aos pixéis. A linha tracejada 150 representa o limite da região de depleção quando uma voltagem inclinada V_P é conectada entre as dopagens de pixel e as dopagens de channel stop. Na concretização da Figura 1, as regiões de depleção de pixéis individuais são não unidas, e a camada de corpo ou espessa está, desse modo, no mesmo potencial do que as dopagens de channel stop. As dopagens de channel stop inclinadas coletam todas as cargas secundárias geradas no interior do detector de semicondutor incluindo as cargas secundárias geradas no interior da camada de corpo ou espessa, isto é, cargas secundárias são coletadas no interior da área ativa que contém os pixéis, e não é necessário transportar as cargas secundárias para fora da área ativa. Por esta razão uma camada lateral traseira condutiva não é requerida.

A linha cortada 160 é perpendicular à superfície frontal e traseira, e ela penetra a dopagem de pixel. A linha cortada 170 é também perpendicular à superfície frontal e traseira, e ela penetra a dopagem de channel stop. As curvas de potencial de elétron nas linhas cortadas

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160 e 170 correspondem ao caso onde o primeiro tipo de condutividade é tipo n, segundo tipo de condutividade é tipo p são apresentados na

Figura 4. A curva de potencial de elétron 403 na linha cortada 170 é uma linha horizontal reta correspondente ao eixo de distância.

As partes horizontais retas das curvas de energia potencial correspondem às áreas neutras, e as áreas de inclinação correspondem às áreas exauridas.

A curva de potencial de elétron 402 corresponde à linha cortada 160, e representa o caso onde à diferença de potencial entre a dopagem de channel stop e a dopagem de pixel é V_P. No interior da camada de MIG é formado um mínimo de energia potencial tridimensional (3D)

412 para buracos que são, neste caso, cargas de sinal. A quantidade de buracos neste mínimo de energia potencial 3D pode ser detectada como uma diminuição na largura de canal efetiva de um transistor de efeito de campo (FET), ou uma diminuição na largura de base efetiva em um transistor de junção bipolar (BJT).

Na Figura 4, isto corresponde à diminuição da largura 415.

A localização

416 no interior da camada de barreira é um ponto de sela

3D para ambos os elétrons e buracos. A curva de potencial de elétron 401 na linha cortada 160 corresponde ao caso quando uma voltagem limpa V_c é conectada entre as dopagens de channel stop e as dopagens de pixel. Neste caso, o mínimo de energia potencial 3D 412 para buracos desaparece, e os buracos de carga de sinal são coletados pelas dopagens de pixel.

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A Figura 2 é uma seção transversal esquemática de um detector de radiação de semicondutor iluminado na traseira preferivelmente delgado, tendo folgas na camada de MIG similares no dispositivo da Figura 1. Neste caso, contudo, a voltagem inclinada entre as dopagens de channel stop e as dopagens de pixel é tão alta que existe somente uma região de depleção unida simples 250. A dopagem de pixel 215 é um anel de proteção que circunda a área ativa. As curvas de potencial de elétron nas linhas cortadas 260 e 270 são mostradas na Figura 5. Quando a diferença de potencial entre a dopagem de channel stop e a dopagem de pixel é V_P, a curva de potencial de elétron 502 corresponde à linha cortada 260, e a curva de potencial de elétron 503 corresponde à linha cortada 270.

Quando a diferença de potencial entre a dopagem de channel stop e a dopagem de pixel é V_c, a curva de potencial de elétron 501 corresponde à linha cortada 260, e a curva de potencial de elétron 504 corresponde à linha cortada 270. A área neutra 513 nas curvas 503 e 504 corresponde aos channel stops. A área neutra no lado reto próximo ao lado traseiro do dispositivo nas curvas de energia de potencial de elétron 501-504 corresponde à camada de corpo ou espessa neutra que é flutuante. Quando a diferença de potencial entre as dopagens de channel stop e as dopagens de pixel é V_P, isto é, durante o período de integração da carga de sinal, existe na curva 503 uma barreira de energia potencial 514 para os elétrons de carga secundária que são coletados pela camada de corpo ou espessa. Quando a diferença de potencial

18/50 entre as dopagens de channel stop e as dopagens de pixel é

V_c, não existe barreira de energia potencial na curva 504, e as cargas secundárias são coletadas na camada de corpo ou espessa durante o período de integração de carga de sinal podem fluir livremente para as dopagens de channel stop.

A Figura 3 é uma seção transversal esquemática de um detector de radiação de semicondutor iluminado na traseira tendo uma camada de MIG contínua 304. A linha tracejada 350 é o limite da região de depleção. A camada de corpo ou espessa é flutuante neste arranjo de detector quase similar no detector da Figura 2. 0 princípio de operação do detector da Figura 3 é apresentado na Figura 6, e ele corresponde ao princípio de operação do detector da Figura 2 .

Os dispositivos nas Figuras 1-3 são preferivelmente detectores iluminados na traseira delgados. Nos detectores delgados, a luz quase infravermelha deve ser filtrada de modo a remover o fenômeno de franjamento. Os detectores das Figuras 1-3 podem também serem iluminados na parte frontal. Neste caso, a camada de corpo ou espessa é preferivelmente de várias centenas de micrometros de espessura, mas a região de depleção no lado frontal do detector é de somente de poucos micrometros de espessura. Devido à espessura da camada de corpo ou espessa, não é necessário filtrar a radiação quase infravermelha. Os detectores nas Figuras 1-3 podem também ter camadas adicionais e estruturas similares a revestimentos anti-reflexão, filtros de cores, micro lentes, camadas de cintilador, etc. Deve-se notar que no

19/50 caso iluminado frontal, camadas de material possíveis no lado traseiro da camada de corpo ou espessa não são essenciais para a aplicação, e que no caso iluminado na traseira, camadas de material possíveis no lado frontal não são essenciais para a aplicação. Nos detectores das Figuras 1-3, as cargas secundárias são coletadas no interior da área ativa pelas dopagens de channel stop, isto é, nenhuma camada lateral traseira de condução é necessária. As dificuldades associadas ao manufaturamento da camada lateral traseira condutiva delgada no lado traseiro de um detector delgado e para a operação de tal detector são, desse modo, evitadas.

A Figura 7 ilustra uma concretização iluminada frontal da invenção onde parte das cargas secundárias é coletada pelas dopagens de channel stop, e parte é coletada por uma dopagem de primeiro tipo de condutividade 725 que funciona como o contato com a camada de corpo ou espessa. Este contato 725 está no lado frontal do detector, mas ele podia também estar na superfície traseira do detector, ou na borda do chip do detector 700. Se a dopagem 715 forma um pixel, as dopagens de channel stop estão preferivelmente no mesmo potencial do que o contato 725. O princípio de operação de tal detector é apresentado na Figura 9. O limite de região de depleção 750 é também representado na Figura 7.

A Figura 9 ilustra a situação quando o primeiro tipo de condutividade é tipo n, e o segundo tipo de condutividade é tipo p. As curvas 901 e 902 representam as

20/50 energias potenciais de elétron na linha cortada 760 que penetra a dopagem de pixel. A curva 901 corresponde à situação quando a dopagem de pixel 111 está conectada ao potencial V_P, e a curva 902 corresponde à situação quando a dopagem de pixel 111 está conectada à voltagem limpa V_c. A curva 903 representa a energia potencial de elétron na linha cortada 770 . O ponto de sela 3D 914 para ambos os elétrons e buracos forma uma barreira para os elétrons de carga secundária. Parte das cargas secundárias é, desse modo, coletada pelo contato 725. Se a dopagem 715 forma um anel de proteção que circunda a área ativa, as dopagens de channel stop e o contato da camada de corpo ou espessa 725 podem estar em um potencial diferente. Esta situação é apresentada pela Figura 10. A curva 1003 na Figura 10 representa a energia potencial de elétron na linha cortada 770. A camada de corpo ou espessa neutra e os channel stops estão, neste caso, em potenciais diferentes, isto é, a camada de corpo ou espessa neutra está em potencial zero, e os channel stops estão no potencial V_CsA Figura 8 representa outra concretização frontal iluminada da invenção. Neste detector, anéis de proteção adicionais 816, 817 e 818 circundam o anel de proteção mais interno 215. Estruturas de talhe não são necessárias nestes anéis de proteção devido à camada de MIG estruturada. A camada 808 é uma camada de semicondutor opcional de primeiro tipo de condutividade. A camada 808 tem, preferivelmente, uma resistividade muito mais alta do que a camada de corpo ou espessa e é, preferivelmente,

21/50 manufaturada por crescimento epitaxial. A camada 808 pode também ser uma cavidade profunda em cujo caso ela pode ser estruturada. O limite da região de depleção 850 é representado na Figura 8. Se a camada opcional 808 não é usada, o princípio de operação do detector da Figura 8 corresponde exatamente a Figura 10, isto é, as curvas de energia potencial de elétron 901 e 902 correspondem à linha cortada 860, e a curva de energia potencial de elétron 1003 corresponde à linha cortada 870. Se a camada opcional 808 é usada, a única diferença para a Figura 10 é que as curvas potenciais 901, 902 e 1003 terminam essencialmente na interface da camada 808 e no substrato resistivo baixo. A camada opcional 808 é preferivelmente produzida de material semicondutor de primeiro tipo de condutividade, mas pode também ser produzida de material semicondutor de segundo tipo de condutividade. Isto, contudo, necessitaria de um processo onde talhes profundos são gravados através de tal camada opcional de modo a evitar alto vazamento de corrente que ocorre a partir da borda do chip do detector.

Deve-se notar que os channel stops nos detectores das Figuras 7 e 8 podem ser flutuantes, significando que a corrente secundária se deslocaria a partir dos channel stops sobre uma barreira potencial formada na camada de MIG para a camada de corpo ou espessa, onde seria coletada pelo contato de camada de corpo ou espessa 725. No caso, os channel stops são flutuantes, o material semicondutor é silício, dióxido de silício é usado como material isolador, e o primeiro tipo de condutividade é tipo n, nenhuma

22/50 dopagem de channel stop é requerida (daqui por diante dióxido de silício é referido como óxido). Neste caso, a carga de óxido positiva resulta em uma camada de acúmulo de elétrons na interface de silicio-óxido. Esta camada de gás de elétron bidimensional (2D) funciona como um channel stop. Uma camada de gás de elétron 2D ou de buraco pode ser formado também artificialmente na interface de isolador de semicondutor pelo uso de uma estrutura de MOS adequadamente inclinada. Neste caso, a camada de gás de carga 2D e a estrutura de MOS formam o channel stop. A área de channel stop pode, desse modo, ser formada da camada de gás de carga 2D ou da dopagem de channel stop, ou de ambas delas. Os detectores apresentados nas Figuras 7 e 8 podem também ter folgas na camada de MIG similar aos detectores nas Figuras 1 e 2. Se os channel stops e a camada de corpo ou espessa são inclinados em potenciais diferentes, as folgas na camada de MIG devem ser tais que nenhuma corrente está se deslocando entre a camada de corpo ou espessa e os channel stops. Se os channel stops não são inclinados em potenciais diferentes, as folgas na camada de MIG podem ser arbitrariamente amplas. Neste caso, os channel stops são ou flutuantes, ou no mesmo potencial do que a camada de corpo ou espessa.

É importante notar que as Figuras 7-10 não estão em escala, visto que a camada de corpo ou espessa é, na realidade, muito mais espessa do que apresentada na figura, isto é, a camada de corpo ou espessa é preferivelmente muitas centenas de micrômetros mais espessa. A camada de

23/50 corpo ou espessa tem preferivelmente uma baixa resistividade, isto é, uma resistência muito mais alta do que o substrato quase intrínseco apresentado nos documentos PCT/FI2004/000492 e PCT/FI2005/000359. Nos detectores das Figuras 7-8, parte das cargas secundárias é coletada no interior da área ativa pelas dopagens de channel stop, e parte das cargas secundárias é transportada através da camada de corpo ou espessa para um contato de substrato 725. Devido à iluminação frontal e devido ao substrato de baixa resistividade, nenhuma camada lateral traseira de condução é necessária. As dificuldades associadas ao manufaturamento da camada lateral traseira de condução na lateral traseira de um detector delgado e para a operação de cada tal detector são, desse modo, evitadas.

Uma diferença maior entre as concretizações de detector iluminado nas partes traseira e frontal antes descritas é que os detectores iluminados na parte frontal são muito menos custosos para manufaturar do que os detectores iluminados na parte traseira, mas os detectores iluminados na parte frontal têm um fator de enchimento menor e, desse modo, uma eficiência de quantum menor no espectro visível do que os detectores iluminados na parte traseira.

A Figura 11 ilustra uma concretização da invenção onde a carga de sinal pode ser limpa usando-se somente uma voltagem pequena, isto é, as dopagens de pixel não têm que ser conectadas a uma voltagem limpa de modo a remover a carga de sinal. A área 1191 carece da camada de MIG,

24/50 significando que a área 1191 corresponde a uma máscara de camada de MIG. A folga 1191 na camada de MIG auxilia a coleta das cargas de sinal pelo aperfeiçoamento do gradiente potencial de transporte de carga de sinal na camada de MIG. A dopagem de channel stop 121 coleta as cargas secundárias. Existem quatro pixéis na Figura 11 dos quais a linha cortada 1180 corta dois pixéis. A linha cortada 1180 corresponde à seção transversal apresentada pela Figura 13. As dopagens de pixel 1131, 1132 e 1133 do segundo tipo de condutividade e dopagens de dreno de um transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido de metal duplo (MOSFET) pertencente a um pixel e os condutores 1341 e 1342 são as portas do MOSFET duplo. As dopagens de pixel 1335, 1336 e 1337 são fonte e dopagens de dreno, e os condutores 1344 e 1345 são portas de um MOSFET duplo pertencente a outro pixel. As cargas de sinal são coletadas nos intensificadores locais opcionais 1392 das dosagens de camada de MIG que estão abaixo das portas. A intensificação local da dopagem de camada de MIG sob a porta de um FET, ou sob o emissor de um BJT, aperfeiçoa a faixa dinâmica do detector. As cargas de sinal podem ser movidas no interior do pixel entre os intensificadores locais 1392 de dopagens de camada de MIG pela inclinação da fonte e dopagens de dreno, e as portas corretamente. Isto capacita à leitura múltipla da carga de sinal, que reduz o ruído de leitura.

Existe na lateral frontal do dispositivo uma dopagem de pixel 1334 do segundo tipo de condutividade que funciona como um contato limpo. Entre a camada de MIG e o contato

25/50 limpo 1334, existe uma região dopada 1393 do segundo tipo de condutividade que pode ser produzida por um implante de energia médio. Alternativamente, as áreas 1334 e 1393 representam um talhe que é preenchido com material semicondutor do segundo tipo de condutividade. O fluxo das cargas de sinal a partir da camada de MIG através da área 1393 é controlado por uma porta 1343. Este arranjo capacita a limpeza da carga de sinal com uma voltagem baixa, e pode também ser usado como uma estrutura anti-irradiação. A camada 1307 é uma camada isoladora protetora que é preferivelmente dióxido de silício, mas pode também ser qualquer outro material isolador. É importante notar que as aberturas de contato através da camada isoladora 1307 e os contatos não são apresentadas na Figura 13 para a proposta de clareza.

A Figura 12 ilustra outra concretização da invenção onde a carga de sinal pode ser limpa usando-se somente uma voltagem pequena. A dopagem de channel stop 1221 coleta as cargas secundárias. A linha cortada 1280 corresponde a uma seção transversal apresentada pela Figura 14. A porta de MOS 1343 da Figura 11 é substituída por uma dopagem 1443 do primeiro tipo de condutividade que age como uma porta de junção que controla o fluxo de cargas de sinal a partir da camada de MIG para a superfície frontal do detector. A dopagem 1443 é circundada por uma dopagem de pixel circular 1433 do segundo tipo de condutividade que age como a fonte/dopagem de dreno de quatro MOSFETs duplos. A dopagem de segundo tipo de condutividade 1434 que age como o

26/50 contato limpo de carga de sinal é conectada à camada de MIG usando material isolador 1494 que é depositado nas paredes de um talhe. 0 material isolador 1494 é preferivelmente dióxido de silício que é positivamente carregado. Devido às cargas de óxido positivas, uma camada de gás de elétron 2D é formada na interface do dióxido de silício e silício. Se o primeiro tipo de condutividade é tipo p e o segundo tipo de condutividade é tipo n, as cargas de sinal são elétrons. Desse modo, os elétrons de carga de sinal fluem na camada de gás de elétrons 2D a partir da camada de MIG para a dopagem 1434, se a porta 1443 é inclinada corretamente.

A dopagem de channel stop tem que ser muito grande, similar à dopagem de channel stop 1221 na Figura 12, se a camada isoladora 1307 é positivamente carregada, e se o primeiro tipo de condutividade é tipo p e o segundo tipo de condutividade é tipo n. Neste caso, a dopagem de channel stop age como a janela de entrada de radiação. A camada de MIG é também preferivelmente estruturada abaixo da dopagem de channel stop de área grande 1221. Se a camada isoladora 1307 é positivamente carregada, e se o primeiro tipo de condutividade é tipo p, a dopagem de channel stop pode ser muito pequena, similar à dopagem de channel stop 1121 na Figura 11. Neste caso existe uma camada de gás de elétron 2D na interface entre a camada isoladora 1307 e o material semicondutor todo onde, além disso, exceto na proximidade das dopagens de pixel 1331-1337 e as portas 1341-1345. A camada de gás de elétron 2D e a camada isoladora 1307 funcionam, neste caso, como o channel stop, e como uma

27/50 janela de entrada de radiação que pode ser muito delgada. Em adição a isto, a camada de gás de elétron 2D transporta as cargas secundárias para a dopagem de channel stop 1121. Também a dopagem de channel stop de grande área 1221 pode ser produzida muito delgada devido ao fato que as distâncias de transporte de carga secundária nesta camada são muito curtas. A janela de entrada de radiação delgada capacita boa eficiência de quantum para luz azul.

A Figura 15 ilustra quatro pixéis de ainda outra concretização da invenção onde a carga de sinal pode ser limpa usando-se somente uma pequena voltagem. A dopagem de channel stop similar a anel 1521 coleta as cargas secundárias. Fora desta dopagem similar a anel 1521, o material isolador carregado positivamente forma uma camada de gás de elétron 2D na interface de semicondutor de isolador que age como uma janela de entrada de radiação, e como channel stop. A área 15 91 carece da camada de MIG. As linhas cortadas 1580, 1581, 1582 e 1583 correspondem à seção transversal apresentada pelas Figuras 16A, 16B, 16C e 16D. A dopagem de pixel 1632 que forma uma fonte/dreno e a porta 1646 pertencem a um pixel. As dopagens de pixel 1635, 1636 e 1637 que formam fontes e drenos, e as portas 1644, 1645 e 1647 pertencem a outro pixel. A dopagem limpa de carga de sinal 1634 é conectada à camada de MIG através de uma camada isoladora 14 94 que é coberta por uma camada condutora 1695. A camada condutora 1695 pode ser inclinada de modo que uma camada de gás de carga 2D se forma na interface do isolador e materiais semicondutores. A camada

28/50 de condutor 1695 e as portas 1643, 1646 e 1647 podem, desse modo, controlar o fluxo de cargas de sinal a partir da camada de MIG para a dopagem 1634. Pode-se também dividir a porta em quatro partes diferentes pertencentes a cada pixel (isto se aplica também à porta 1343) . É também possível usar somente a camada de condutor 1695 sem o material isolador 1494 se o material de condutor é escolhido corretamente. Neste caso as cargas de sinal podem ser coletadas pela camada de condutor 1695.

Deve-se notar que os pixéis das Figuras 11, 12 e 15 não estão em escala. A área de channel stop incluindo a área da dopagem de channel stop e a área de uma possível camada de gás de carga 2D deve cobrir uma grande porção da área total do pixel de modo a capacitar uma boa eficiência de quantum para luz azul. A razão da área de channel stop pertencente a um pixel para a área de pixel total deve ser pelo menos 0,3. Beneficamente esta razão deve ser mais do que as razões 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, onde o 0,9 corresponde à razão mais benéfica, e 0,4 corresponde à razão menos benéfica.

É também merecedor notar que a folga na camada de MIG não é o único modo de aperfeiçoar o gradiente potencial de transporte de carga de sinal na camada de MIG. Pode-se também alterar a concentração de dopagem na camada de barreira, na camada de MIG, ou na camada de corpo ou espessa próxima à camada de MIG. É possível reduzir ou intensificar a dopagem de camada de MIG, por exemplo, por implantes adequados e estruturas de máscara. Aumentando-se

29/50 localmente a dopagem de camada de barreira, reduz-se localmente a dopagem de camada de MIG, e aumentando-se localmente a dopagem de camada de corpo ou espessa próxima à dopagem de camada de MIG, cria-se mínimo potencial local para as cargas de sinal no interior da camada de MIG. Por outro lado, pela redução localmente da dopagem de camada de barreira, pelo aumento localmente da dopagem de camada de MIG, e pela redução localmente a dopagem de camada de corpo ou espessa próxima à camada de MIG, pode-se criar máxima potencial local para cargas de sinal na camada de MIG. Pela estruturação das intensificações ou reduções na camada de MIG corretamente, pode-se aperfeiçoar o gradiente potencial de transporte de carga de sinal na camada de MIG em uma maneira similar do que a folga na dopagem de camada de MIG. O gradiente potencial de transporte de carga de sinal deve ser tal que um gradiente correto existe em toda parte na camada de MIG que transporta as cargas de sinal em direção à localização desejada que é, por exemplo, a intensificação local 13 92 da dopagem de camada de MIG. Também a intensificação local da dopagem de camada de MIG pode ser estruturada pela adição de pontos de modo que se assemelha a uma estrela de modo a aumentar o gradiente potencial de transporte de carga de sinal na camada de MIG. Se a razão da área de channel stop para a área de pixel é grande, pode-se ser forçado a usar, ao invés de um dos métodos antes mencionados, vários métodos ao mesmo tempo de modo a garantir um gradiente potencial de transporte de carga de sinal grande bastante na camada de MIG.

30/50

Outro aspecto ainda importante é que ao invés da dopagem 1393 do segundo tipo de condutividade que conecta a camada de MIG e o contato limpo 1393, pode-se também usar uma radiação local na dopagem de camada de barreira. Esta redução local da dopagem de camada de barreira deve estar situada na mesma localização do que a dopagem 1393, isto é, abaixo do contato limpo 1393, e circundada pela porta limpa 1343. A razão da concentração de dopagem de rede na redução local de primeiro tipo de condutividade da dopagem de camada de barreira para a concentração de dopagem de rede na dopagem de camada de barreira no primeiro tipo de condutividade, sem a redução local da dopagem de camada de barreira, deve ser menor do que 0,9. Beneficamente a razão deve ser menos do que 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2 e 0,1, onde 0,8 é a razão menos benéfica, e 0,1 é a razão mais benéfica. A remoção da carga de sinal requer uma voltagem mais alta para o contato limpo 1393 através da redução local da dopagem de camada de barreira do primeiro tipo de condutividade do que através da dopagem 1393 do primeiro tipo de condutividade. A dopagem 1393 é, desse modo, mais benéfica do que a redução local da dopagem de camada de barreira.

As concretizações das Figuras 17A, 17B e 17C ilustram modos de aperfeiçoar a separação das cargas geradas por sinal e superfície, e modos de aperfeiçoar a coleta das cargas secundárias a partir da camada de corpo ou espessa. As Figuras 17D, 17E, 17F, 7G, 17H e 171 ilustram modos adicionais de aperfeiçoar a separação das cargas geradas

31/50 por sinal ou superfície. As dopagens de pixel 1731, 1732 e

1733 formam a fonte e o dreno, e os condutores 1741 e 1742 formam as portas do MOSFET duplo. A dopagem de channel stop

1721 coleta as cargas secundárias.

A coleta das cargas secundárias a partir da camada de corpo ou espessa pode ser aperfeiçoada por talhes preenchidos. O talhe na Figura 17A é preenchido com material semicondutor 1726 de primeiro tipo de condutividade; o talhe na Figura 17B é preenchido com material isolador 1727 e o talhe na Figura 17C é preenchido com material isolador 1727 e material condutor 1728. Podese remover o material isolador a partir do dispositivo da Figura 17C se o material condutor é escolhido corretamente. O material semicondutor 1726 de primeiro tipo de condutividade pode ser também substituído por uma pluralidade de implantes profundos de primeiro tipo de condutividade tendo energias diferentes. O princípio de operação das estruturas 1726, 1727 e 1728 que aperfeiçoa a coleta das cargas secundárias a partir da camada de corpo ou espessa se assemelha ao princípio de operação das estruturas 1393, 1494 e 1695 que limpa as cargas de sinal a partir da camada de MIG. Neste caso, contudo, cargas secundárias são coletadas em lugar de cargas de sinal. Nos dispositivos tendo uma camada de corpo ou espessa delgada, os talhes preenchidos 1726, 1727 e 1728 podem penetrar através da camada de corpo ou espessa total. A coleta das cargas secundárias pode adicionalmente ser aperfeiçoada pelo circundamento dos talhes preenchidos 1726, 1727 e 1728

32/50 por uma folga 1791 na camada de MIG. Os talhes preenchidos

1726, 1727 e 1728 podem ter qualquer forma; eles podem ser, por exemplo, de forma cilíndrica, ou eles podem circundar o pixel total. Se os talhes são profundos o bastante, o potencial da camada de corpo ou espessa neutra das Figuras e 6 pode ser trazido para o potencial de channel stop, uma situação correspondente à

Figura 4.

As dopagens 1771, 1772 e 1774 do segundo tipo de condutividade, a dopagem

1775 do primeiro tipo de condutividade, e as portas 1773 e 1776 nas Figuras 17A-17F aperfeiçoam a superfície. A na Figura 17A canal para as separação das cargas geradas por sinal e dopagem 1771 do segundo tipo de condutividade é preferivelmente exaurida, resultando em um cargas geradas por superfície do segundo tipo de condutividade. Este canal guia as cargas geradas por superfície do segundo tipo de condutividade em direção às dopagens de pixel 1731 e 1733. A dopagem 1774 do segundo tipo de condutividade na Figura 17D circunda a dopagem de channel stop 1721. A dopagem 1774 é separada a partir da dopagem de pixel, mas pode igualmente alcançar bem a dopagem de pixel imediatamente similar à dopagem 1771 na Figura 17A. A dopagem 1774 é também, neste caso, preferivelmente exaurida. A área da superfície exaurida pode ser controlada pela inclinação da porta 1773 na Figura

17C. A porta 1776 na Figura 17F pode ser inclinada tal que um canal para as cargas geradas por superfície do segundo tipo é formado abaixo da porta, que aperfeiçoa a separação das cargas geradas por sinal e superfície. As dopagens 1772

33/50 e 1775 alteram o perfil de potencial no dispositivo de modo a aperfeiçoar a separação de cargas geradas por sinal e superfície. Ao invés da dopagem de segundo tipo de condutividade 1771, pode-se também usar uma dopagem de primeiro tipo de condutividade que seja preferivelmente parcialmente exaurida.

De modo a impedir a dopagem 1771 do segundo tipo de condutividade de formar uma trajetória condutiva entre as dopagens de pixel 1731, 1732 e 1733, a dopagem 1771 é preferivelmente estruturada. Uma concretização de tal estruturação é apresentada na Figura 17G, onde a dopagem 1777 corresponde à dopagem 1771. As linhas cortadas 1780 e 1781 correspondem às seções transversais apresentadas nas Figuras 17H e 171. Na Figura 17G, a razão da distância menor entre a dopagem 1777 e as portas 1741 e 1742 e a dopagem de fonte/dreno 1732 é beneficamente maior do que 0,1 vezes à distância L entre as dopagens de fonte/dreno. Beneficamente a razão deve ser mais do que 0,2L, 0,3L,

0,4L, 0,5L, 0, 6L, 0,7L, 0,8L, 0, 9L, L, 1,2L, 1,5L e 2L, onde a primeira razão é a razão menos benéfica, e a última razão é a razão mais benéfica.

As concretizações das Figuras 18A, 18B e 18C ilustram modos de aperfeiçoar a faixa dinâmica do detector, isto é, aperfeiçoar a capacidade de carga de sinal da MIG. As dopagens de pixel 1831 e 1833 são dopagens de fonte/dreno, e os condutores 1841 e 1842 são as portas de um MOSFET duplo. A capacidade de carga de sinal da camada de MIG já é aperfeiçoada pelas intensificações locais 1392 da dopagem

34/50 de camada de MIG. Na Figura 18A, a capacidade de carga de sinal de MIG é adicionalmente aperfeiçoada pela produção da dopagem de fonte/dreno 1832 mais larga, e pela adição de uma folga 1891 na camada de MIG entre as duas intensificações locais 1392 da dopagem de camada de MIG. Na Figura 18B, a capacidade de carga de sinal de MIG é aperfeiçoada pela repartição da dopagem de fonte/dreno 1832 em duas partes separadas 1834 e 1835, e pela adição de uma porta 1843. Na Figura 18C, a capacidade de carga de sinal é adicionalmente aperfeiçoada pela adição entre as duas dopagens 1834 e 1835 de uma dopagem do segundo tipo de condutividade 1836 e duas portas 1844 e 1845.

O MOSFET não é o único transistor possível a ser usado com o MIG. Na Figura 19, os MOSFETs são substituídos por BJTs. As dopagens de pixel 1931 e 1932 do segundo tipo de condutividade são as dopagens bases, e as dopagens 1951 e 1952 do primeiro tipo de condutividade são as dopagens emissoras dos BJTs. A dopagem de channel stop 1921 do primeiro tipo de condutividade age como o coletor dos BJTs que coleta as cargas do primeiro tipo de condutividade emitidas pelos emissores. Em adição aos três nodos convencionais do BJT, existe um quarto nodo, isto é, a MIG. As cargas de sinal na MIG reduzem a largura de base efetiva. As cargas de sinal na MIG aumentam a corrente do emissor. Este efeito pode ser medido e a quantidade de cargas de sinal pode ser deduzida a partir desta medição. A dopagem de pixel 1931 contém uma deformação adicional 1974. Existe também uma intensificação do local 1929 da dopagem

35/50 de camada de barreira sob a dopagem de channel stop 1321 que aumenta o componente de campo elétrico na camada de MIG que transportam as cargas de sinal em direção a intensificação de local 1392 da dopagem de camada de MIG. A forma desta intensificação de local da dopagem de camada de barreira pode também ser estruturada no mesmo modo do que as folgas 1101 e 1591 na dopagem de camada de MIG.

Na Figura 20, os MOSFETs são substituídos por transistores de efeito de campo de junção (JFET), onde as dopagens de porta são substituídas pelas portas de MOS 2041 e 2042. As dopagens de pixel 2031 e 2032 agem como a fonte, dreno e dopagens de canal. As dopagens de pixel têm também uma deformação 2075.

Em todos os transistores compreendendo a MIG que foram introduzidos até agora as cargas de sinal na MIG diminuem o canal efetivo ou largura de base. As Figuras 21 e 22 ilustram transistores compreendendo a MIG onde as cargas de sinal na MIG aumentam o canal efetivo ou largura de base. Na Figura 21, as dopagens de pixel 2131 e 2132 agem como dopagens de coletor, e as dopagens de 2151 e 2153 do primeiro tipo de condutividade agem como dopagens de base. Os emissores 2161 e 2162 são formados, por exemplo, de material semicondutor policristalino similar a silício policristalino. Na Figura 22, a dopagem de pixel 2206 é uma camada contínua que encapsula a dopagem de channel stop 2221. No interior da dopagem de pixel 2206 de primeiro tipo de condutividade existem também as dopagens de fonte e de

36/50 dreno 2251, 2252, 2253 e 2254 de dois MOSFETs. Os condutores 2241 e 2242 são as portas dos dois MOSFETs.

As Figuras 23 e 24 ilustram dispositivos semicondutores que podem ser usados como unidades de memória, ou como transistores. As dopagens 2331 e 2332 do segundo tipo de condutividade são o dreno e fonte, e o condutor 2341 é a porta de um MOSFET. A porta 2342 controla o fluxo das cargas de sinal a partir da dopagem 2333 do segundo tipo de condutividade através da região 1393 de segundo tipo de condutividade para a camada de MIG. Na

Figura 24, o MOSFET é substituído por um BJT tendo uma base 243 do segundo tipo de condutividade, e um emissor 2451 do primeiro tipo de condutividade. No dispositivo da Figura 24, o talhe preenchido 1494, 1695 tem a mesma função conforme a região dopada 1393 na Figura 23. Se os dispositivos das Figuras 23 e 24 são usados como células de memória, um MIG cheio de cargas de sinal e um MIG vazio de cargas de sinal correspondem a um e zero, e vice versa. Se os dispositivos nas Figuras 23 e 24 são usados como transistores, a camada de MIG pode ser muito pesadamente dopada, isto é, ela pode ser neutra no interior, e ela forma um quarto nodo nos transistores em adição à fonte, dreno e porta em FETs, e em adição ao emissor, base e coletor nos BJTs.

Existe ainda um ou mais modos de operar o detector de LIG e o novo detector de MIG que não foi anteriormente introduzido. Neste caso, os potenciais de fonte, dreno e porta de um FET são tais que o canal abaixo da porta é

37/50 fechado, isto é, não existe trajetória de corrente entre as dopagens de fonte e de dreno. Se as dopagens de fonte e de dreno estão no mesmo potencial, pode-se usar somente uma dopagem de pixel ao invés de duas dopagens separadas (ver, por exemplo, Figura 25) . Quando, por exemplo, um pulso ótico é absorvido no detector, as cargas de sinal fluirão para o MIG. Isto criará um pulso de corrente na porta, e este pulso de corrente pode ser usado para regulação precisa do incidente. Novos detectores de MIG correspondentes ao modo de detecção de sinal de porta são apresentados nas Figuras 25-31. A linha cortada 2580 e a linha cortada 2680 na Figura 26 correspondem à seção transversal apresentada na Figura 27A. O potencial da dopagem de channel stop opcional 2 721 da dopagem de pixel 2731 e da porta 2741 são tais que a interface do isolador de semicondutor sob a porta é exaurida para capacitar a formação de sinais de porta. Se a interface de isolador de semicondutor é travada no potencial de dopagem de pixel, isto é, se existe um canal abaixo da porta, nenhum sinal ou somente um sinal muito fraco será produzido na porta quando um número de cargas de sinal chega no MIG. A carga de sinal é limpa, por exemplo, pela aplicação de uma limpeza clara entre a dopagem de channel stop e a dopagem de pixel.

O detector de MIG de sinal de porta da Figura 25 pode estar ligado ao chip de leitura. Neste caso devido a estrutura de detector com pixel ambos os tempo e informação de posição 2D podem ser obtidos. Outra possibilidade é conectar as portas de uma série ou coluna de pixéis por um

38/50 fio de metal de modo a formar um detector de tira. O detector de tira capacita a detecção de tempo e uma informação de posição de uma dimensão (1D) . Ainda outra possibilidade é dividir em duas ou três partes diferentes e conectar cada parte a uma linha de sinal diferente que aponta para direções diferentes de modo a alcançar ambos os tempo e informação de posição 2D. O detector de MIG de sinal de porta da Figura 26 é um detector de tira, e a linha cortada 2680 corresponde à seção transversal apresentada na Figura 27A. Na Figura 27B, a porta 2741 do detector na Figura 26 é circundada por uma camada de isolador 27 07 no topo da qual está uma cobertura de metal 2742. A cobertura de metal opcional 2742 reduz adicionalmente o ruido do detector.

Os detectores de tira nas Figuras 28-31 representam concretizações diferentes do detector de MIG de sinal de porta. Na Figura 28 a porta 2841 é conectada a uma segunda camada de metal 2842 que é usada para conectar as portas em uma série ou coluna de pixéis. A dopagem de pixel está, neste caso, separada em duas partes 2831, 2832. O detector na Figura 29 é o mesmo do que na Figura 2 6, exceto que a dopagem de pixel 2731 é dividida em um número de partes 2931, 2932. A linha pontilhada na Figura 29 corresponde a dopagem de pixel que está localizada sob a porta. A mesma prática é também aplicada nas Figuras 30 e 31. O detector na Figura 30 tem somente uma dopagem de pixel 3031 próxima a qual estão duas portas 3041 e 3042. Na Figura 31 existe somente uma porta 3141 e uma grandeza de dopagens de pixel

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3131. Uma intensificação da dopagem de camada de MIG pode estar localizada sob as portas nas Figuras 28-31.

Os detectores de tira da técnica anterior são apresentados nas Figuras 35A e 35B. Na estrutura da Figura 35A, as cargas de sinal são coletadas pela dopagem 3531 que altera o potencial da dopagem 3531. Isto cria um sinal para a porta 3541 que é mantida em potencial constante. A dopagem 3531 coleta, contudo, também a corrente gerada na superfície em adição a corrente gerada em massa. O vazamento de corrente resulta em também uma corrente de tamanho igual na porta. 0 ruido no detector é comparável a raiz quadrada do vazamento de corrente. A corrente gerada por superfície é tipicamente ao redor de 20 vezes mais alta do que a corrente gerada em massa de tais detectores de tira e, desse modo, o ruido do detector de tira na Figura 35A é alto. No dispositivo da técnica anterior da Figura 35B, as dopagens 3532 e 3533 coletam a carga gerada na superfície, significando que a dopagem 3531 coleta somente a corrente gerada em massa. As dopagens 3532 e 3533 coletam, contudo, também parte das cargas de sinal. Desse modo, a razão de sinal para ruído é tipicamente mais pobre no detector de tira da Figura 35B do que no detector de tira da Figura 35A. A razão de sinal para ruído do detector de tira na Figura 35A e do detector de MIG de sinal de porta pode ser facilmente comparada. A razão parasitica para capacitância total do dispositivo na Figura 35A é perto de zero. No dispositivo de MIG de sinal de porta, a razão parasitica para capacitância total é ao redor de 0,5,

40/50 resultando em uma metade de sinal menor do que no dispositivo da técnica anterior. Contudo, no detector de

MIG as dopagens de pixel coletam as cargas geradas por superfície e o MIG coletam somente a corrente gerada em massa. Desse modo, anterior da Figura 35A é que no detector de MIG.

ruído no detector de MIG ruído no dispositivo da técnica a raiz quadrada de 20 mais alta do

Desse modo, a razão de sinal para é estimada para ser 2,2 vezes mais alta do que no detector da técnica anterior da Figura 35A.

A carga de sinal pode também ser transferida através de um número de pixéis para um pixel de leitura, onde a quantidade de carga de sinal é medida. O dispositivo apresentado na Figura 44A é um exemplo de tal dispositivo que é operado no mesmo modo do que um dispositivo acoplado de carga (CCD) . Quando os potenciais das dopagens de pixel 4431, 4432 e 4433 do primeiro tipo de condutividade são mudados ciclicamente, a carga de sinal pode ser transportada na camada de MIG 104. As dopagens de pixel operam também como estruturas de anti-irradiação. A carga de sinal na camada de MIG pode ser removida pela aplicação de uma voltagem limpa entre as dopagens de channel stop 4421 e as dopagens de pixel. Se o dispositivo é iluminado na parte frontal, o tamanho da área de channel stop deve ser maior de modo a ter uma boa eficiência de quantum para luz azul. As linhas cortadas 4480 e 4481 correspondem às seções transversais apresentadas pelas Figuras 44B e 44C.

As Figuras 32B-32D, 33A-33C e 34A-34D representam exemplos de métodos de manufaturamento diferentes do novo

41/50 detector de MIG. O ponto de partida destes processos é o substrato exposto 103 de primeiro tipo de condutividade apresentado na Figura 32A. O processo de manufaturamento apresentado nas Figuras 32B-32D se assemelha a um processo de CMOS. Na Figura 32B, duas etapas de mascaramento, dois implantes tipo segundo e um acionamento é realizado de modo a formar uma cavidade 3204 e uma região dopada 3292 ambas sendo de segundo tipo de condutividade. A cavidade 3204 é usada para formar a camada de MIG e a região dopada opcional 3292 é usada para formar a intensificação da dopagem de camada de MIG. Na Figura 32C, uma etapa de mascaramento, um implante de primeiro tipo de condutividade e um acionamento é realizado de modo a formar a cavidade 3205 de primeiro tipo de condutividade. A cavidade 3205 age como a camada de barreira. Na Figura 32D pelo menos uma etapa de máscara e implante é efetuada para formar a dopagem de pixel 3231 de segundo tipo de condutividade. A dopagem 3234 do segundo tipo de condutividade é um contato limpo de carga de sinal opcional. Neste estágio também outras etapas de máscara e de implante podem ser realizadas formando, por exemplo, channel stops, contato de substrato, e outras regiões dopadas anteriormente introduzidas. Após isto uma etapa de recozimento é realizada, que é seguida pela formação de camadas de isolador e de metal, e de vias através das camadas de isolador.

Um método de manufaturamento do novo detector de MIG envolvendo implantes profundos é apresentado nas Figuras 33A-33C. Na Figura 33A, uma etapa de máscara, um implante

42/50 de primeiro tipo de condutividade e um acionamento é realizado de modo a formar a cavidade 3305 de primeiro tipo de condutividade. A cavidade 3305 age como a camada de barreira. Na Figura 33B, duas etapas de máscara e dois implantes profundos de alta energia de segundo tipo de condutividade são feitos de modo a formar a camada de MIG 3304 e a intensificação opcional 3392 da dopagem de camada de MIG. Uma etapa de máscara e um segundo tipo de implante são feitos na Figura 33C de modo a formar a dopagem de pixel 3331. A dopagem 3334 do segundo tipo de condutividade é um contato limpo de carga de sinal opcional. A região 33 96 é uma redução de local da dopagem de camada de barreira de rede situada sob o contato limpo. Neste estágio também outras etapas de máscara e de implante podem ser realizadas. Em seguida, uma etapa de recozimento é efetuada que é seguida pela formação de camadas de isolador e de metal, e de vias através das camadas de isolador. A cavidade 3305 que forma a camada de barreira pode igualmente ser bem manufaturada usando-se um implante de energia média.

O processo de manufaturamento apresentado nas Figuras 34A-34D se assemelha a um processo BiCMOS. Na Figura 34A, duas etapas de máscara e dois implantes de segundo tipo de condutividade e uma etapa de recozimento opcional são realizados de modo a formar a camada de MIG 3404 e a intensificação opcional 3492 da dopagem de camada de MIG. Na Figura 34B, uma camada epitaxial 3405 do primeiro tipo de condutividade é desenvolvida no topo do substrato de

43/50 semicondutor 103. A camada epitaxial 3405 forma a camada de barreira. Na Figura 34C, uma etapa de máscara e um implante de primeiro tipo é produzida na epicamada 3405 de modo a formar a dopagem de pixel 3431 e o contato limpo opcional 3434. Neste estágio, outras etapas de máscara e de implante podem ser realizadas de modo a formar, por exemplo, os channel stops. Na Figura 3D é apresentada uma etapa de máscara opcional e de implante de energia média de segundo tipo de condutividade para formar um segundo tipo de dopagem 34 93 entre o contato limpo 3434 e a camada de MIG 3404. Deve-se notar que se a dose deste implante de energia

média de segundo	tipo é baixa,	somente	uma redução da
dopagem de camada	de barreira de	rede é	resultada sob o
contato limpo 3434.
Deve-se notar que os	métodos	anteriormente

apresentados para manufaturar o novo detector de LIG são apenas exemplos. Além destes existem numerosos outros métodos. As etapas de processo diferentes anteriormente introduzidas dos métodos diferentes podem também serem combinadas em qualquer modo ou ordem adequados. O contato de substrato e a dopagem de channel stop não são apresentados nas Figuras 32A-32D, mas conforme já citado eles podem ser adicionados ao fluxo de processo na situação adequada. O dispositivo iluminado na parte traseira delgado pode ser manufaturado a partir dos dispositivos das Figuras 32D, 33C e 34D, por exemplo, pela moagem da lateral traseira da camada de corpo ou espessa 103, ou pelo manufaturamento dos dispositivos das Figuras 32D, 33C e 34D

44/50 em uma pastilha SOI. A pastilha SOI tem duas camadas de semicondutor e entre elas uma camada de isolador. Após a outra superfície de semicondutor ser processada, o outro lado da pastilha de semicondutor pode ser gravada abaixo da área ativa do detector até que a camada de isolador seja alcançada. Após isto a camada de isolador pode ser gravada após a qual a lateral traseira da camada de semicondutor processada, isto é, da camada de corpo ou espessa pode ser coberta, por exemplo, com um revestimento de anti-reflexão.

O primeiro tipo de condutividade pode ser tipo n, e o segundo tipo de condutividade pode ser tipo p. As concretizações das Figuras 11-34D e 44A-44C são aplicáveis para ambos os detectores iluminados na parte frontal e na parte traseira, e qualquer combinação deles podem ser usadas. É importante notar que as concretizações e processos apresentados nas Figuras 11-34D e 44A-44C podem também serem usadas no detector de MIG apresentado pelos documentos PCT/FI2004/000492 e PCT/FI2005/000359, e tendo a camada lateral traseira condutiva. Os pixéis podem ter qualquer forma, ou formas ao invés das apresentadas nas Figuras 11, 12 e 15. Pode-se usar ao invés dos pixéis de transistor duplos, pixéis de transistor simples ou pixéis de transistor múltiplos. A leitura da carga de sinal um número de vezes é, contudo, duas vezes mais rápida em pixéis de transistor duplos, como nos pixéis de transistor simples. Ao invés do MOSFET, JFET e o BJT, pode-se usar qualquer transistor unipolar ou bipolar nos pixéis. A fonte de um FET ou o emissor de um transistor bipolar pode ser

45/50 flutuante, e pode ser conectada a um capacitor. Os pixéis podem ser circundados por estruturas de proteção preferivelmente em forma de anel que são formadas de estruturas de MOS, ou de dopagens de modo a aumentar a área de pixel. As dopagens da invenção podem também serem providas em qualquer modo possível usando-se implante tendo máscaras diferentes, energias diferentes, doses diferentes e tipos de condutividade diferentes. Em alguns casos as dopagens podem também serem substituídas com contatos de metal adequados, isto é, com contatos tipo Ohmic ou Schottky. O material semicondutor é preferivelmente silício, mas qualquer outro material semicondutor pode ser usado. O material semicondutor pode, por exemplo, ser Germânio. As aberturas de contato através da camada de isolador 1307 e o contato para as dopagens diferentes não são mostradas. As dopagens de channel stop são opcionais nos dispositivos das Figuras 7 e 8, e elas podem ser flutuantes. Pode-se usar revestimentos de anti-reflexão, revestimento de cintilação em ambos os detectores iluminados na parte frontal e traseira.

A quantidade de carga de sinal no MIG de um MIGFET pode ser obtida, por exemplo, pela medição da mudança na voltagem limite, pela medição da mudança na corrente que se desloca através do MIGFET, ou pela medição de uma mudança em uma saída de voltagem sobre um resistor conhecido, a mudança na saída de voltagem correspondendo à mudança na corrente que se desloca através do MIGFET. A quantidade de carga de sinal no MIG de um MIGBJT pode ser obtida, por

46/50 exemplo, pela medição da mudança na corrente do emissor, ou pela medição da mudança em uma saida de voltagem sobre um resistor conhecido, a mudança na saída de voltagem correspondendo à mudança na corrente que se desloca através do emissor, ou pela medição da mudança na base ou limite de emissor. 0 limite base é referido como a voltagem base na qual a corrente do emissor começa a se deslocar. O limite de emissor é referido como a voltagem de emissor na qual a corrente do emissor começa a se deslocar. Existem também outros esquemas de leitura de carga de sinal, e todos os esquemas de leitura podem, envolver, por exemplo, capacitores, transistores, resistores, etc.

É importante notar que o MIG faz com que todas as pequenas quantidades de carga de sinal sejam detectadas. Isto pode ser alcançado efetuando-se uma medição quando existe carga de sinal no MIG, pela remoção da carga de sinal a partir do MIG, efetuando-se uma medição quando não existe carga de sinal, pela subtração da primeira medição a partir da segunda medição, e fazendo-se isto n vezes. Como um resultado, o ruído de leitura será o ruído de leitura de uma medição dividido pela raiz quadrada de n. Este é, contudo, não o único método de detectar pequenas quantidades de cargas de sinal. Pode-se também designar o novo detector de MIG (e o detector de MIG) de tal modo que com voltagem de operação adequada, a transferência de carga de sinal a partir do MIG e de volta para o MIG resulta em multiplicação de avalanche da carga de sinal. Este ciclo de multiplicação de avalanche pode ser realizado n vezes após

47/50 o qual a carga de sinal foi multiplicada por Ν x m^An, onde m é o ganho de multiplicação de avalanche de uma transferência de carga de sinal simples. O primeiro dos dois métodos capacita uma faixa dinâmica mais alta. Contudo, os dois métodos podem também serem combinados, isto é, um pode primeiro realizar o primeiro método, e após isto o segundo método. 0 primeiro método, isto é, o método de leitura múltipla, é realizado com voltagens de inclinação aplicadas inferiores e o segundo método, isto é, o método de ganho de avalanche, é realizado com voltagens de inclinação aplicadas mais altas. Tal método combinado tem a mesma faixa dinâmica do que o método de leitura múltipla.

Nas Figuras 11, 12 e 15 apresentando um grupo de quatro pixéis, a superfície frontal ou a superfície traseira dos pixéis individuais podem ser cobertas por um filtro de cor, e possivelmente com uma ou mais micro lentes. O pixel mais superior e mais inferior pode, por exemplo, ter um filtro de cor verde, e o pixel esquerdo e direito pode ter um filtro de cor azul e vermelho, respectivamente. A superfície frontal e traseira nas Figuras 11, 12 e 15 podem também serem cobertas com um filtro de cor simples possivelmente com micro lentes. Em tal caso a luz é preferivelmente dividida em três componentes diferentes sendo, por exemplo, vermelho, verde e azul e, preferivelmente, três chips separados são usados na câmera. Deve ser notado que o detector inventado deve ser designado tal que não existe área neutra na camada de

48/50 barreira entre o canal de um FET e a camada de MIG, e entre a base de um BJT e a camada de MIG, visto que tal área neutra aumenta o ruido nas medições. Deve ser notado também que todas as Figuras 1-35B não estão em escala, e que todas as portas e camadas de metal apresentadas nas Figuras 1-35B podem ser formadas de condutores transparentes. É também benéfico usar estruturas auto-alinhadas de modo a reduzir o desalinhamento das máscaras. Ao invés dos FETs quadrados, pode-se também usar FETs circulares. As figuras não estão em escala e, desse modo, a área das dopagens de channel stop podem ser muito maiores do que apresentadas nas figuras. Aqui podem também estar camadas adicionais no dispositivo se elas não afetam o principio de operação do MIG. Tais camadas adicionais podem ser, por exemplo, camadas delgadas de material semicondutor de primeiro ou segundo tipo de condutividade.

Aqui podem também estar eletrônicos de leitura e de seleção no chip do detector. Um dispositivo que inclui um detector de acordo com uma concretização pode também incluir outros chips semicondutores, alguns dos quais podem ter conexões ligadas aos pixéis do detector. Isto capacita a construção de estruturas muito compactas que incluem detecção, amplificação, leitura e, em alguns casos, ainda armazenagem em um espaço muito pequeno, similar a um MCM (módulo de multi-chip).

Os resultados da simulação 2D das Figuras 36-43 demonstram a praticabilidade do conceito de detector de MIG. A Figura 36 representa um detector de MIG tendo uma

49/50 camada de corpo ou espessa tipo n 103, uma camada de MIG

tipo p	104,	e uma camada	de barreira	tipo	n 105. As
dopagens	de	pixel tipo	P	3631, 3632 e	3633	agem como
dopagens	de	fonte/dreno,	as	portas 3641 e	3642	são usadas

para medição e transporte da carga de sinal, e os contatos de channel stop 3621 são usados para limpeza da carga de sinal. A intensificação 3692 da dopagem de camada de MIG coleta as cargas de sinal que são buracos neste caso. A situação mostrada na Figura 36 é reta após a carga de sinal tiver sido limpa pela aplicação de uma voltagem limpa ao contato de channel stop. A Figura 37 mostra a situação após alguns buracos gerados em massa serem acumulados na intensificação local da dopagem de camada de MIG. Na Figura 38, todos os buracos na intensificação local esquerda da dopagem de camada de MIG são alterados para a intensificação local direita da dopagem de camada de MIG pela aplicação de transientes de voltagem adequados às dopagens de pixel e às portas. Na Figura 39 os buracos na intensificação direita de dopagem de camada de MIG são transferidos para a intensificação esquerda da dopagem de camada de MIG pela aplicação de transientes de voltagem adequados às dopagens de pixel e às portas. É importante notar que todos os potenciais nas Figuras 36-39 são os mesmos; somente a localização dos buracos é diferente. A Figura 40 mostra a concentração de buraco em ambas as intensificações locais das dopagens de camada de MIG, e a Figura 41 mostra a concentração de buraco combinada das intensificações locais da dopagem de camada de MIG.

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Na Figura 42 os potenciais da dopagem de pixel tipo p 4233, do contato limpo tipo p 4234, da porta limpa tipo n 4243, e da dopagem tipo n 4221, são tais que buracos são acumulados na camada de MIG abaixo da dopagem de pixel tipo p 4233. Na Figura 43, o potencial de porta limpa é mudado, e os buracos podem se mover livremente a partir da camada de MIG para o contato limpo através da dopagem tipo p 4293.

Além dos efeitos antes introduzidos, as simulações têm mostrado que a mudança na voltagem limite pode ser maior do 10 que 100 pm.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1.- Dispositivo detector de radiação de semicondutor, compreendendo uma camada de corpo ou espessa (103) de material semicondutor, e em uma primeira superfície da camada de corpo ou espessa (103) na seguinte ordem:

- uma camada de porta interna modificada (104, 304) de semicondutor de segundo tipo de condutividade,

- uma camada de barreira (105) de semicondutor de primeiro tipo de condutividade, e

- dopagens de pixel (111, 112, 1331, 1332, 1333, 1334, 2206) de semicondutor do segundo tipo de condutividade, adaptadas para serem acopladas a pelo menos uma voltagem de pixel de modo a criar pixels correspondentes a dopagens de pixel, caracterizado pelo fato de que:

- o dispositivo compreende um primeiro tipo de condutividade de primeiro contato, referida voltagem de pixel sendo definida como uma diferença de potencial entre a dopagem de pixel e o primeiro contato, e

- a camada de corpo ou espessa (103) é do primeiro tipo de condutividade; e

- em uma segunda superfície da camada de corpo ou espessa (103) oposta à primeira superfície sendo isenta de uma camada condutora da parte traseira que transportaria cargas secundárias fora de uma área ativa do dispositivo, e em que

- as cargas secundárias sendo coletadas por pelo menos um dos seguintes: uma área channel stop (121, 122, 123,
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124, 125) entre os pixels, um contato de corpo ou espesso (725) .

2. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um número de dopagens de pixel (111, 112, 1331, 1332, 1333, 1334, 2206) compreende um condutor específico de pixel desenvolvido na dopagem de pixel, referido transistor sendo um transistor de efeito de campo ou transistor bipolar, e o dispositivo detector de radiação de semicondutor compreende um circuit leitor de carga de sinal adaptado para medir características elétricas de transistores específicos de pixel relacionadas ao canal efetivo ou dimensões de base dos transistores específicos de pixel.
3. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que referido circuito leitor de carga de sinal é adaptado para medir características elétricas de um transistor específico de pixel relacionadas a diminuição de canal ou largura de base causada por buracos induzidos por radiação ou elétrons que se acumulam na camada de porta interna modificada em uma localização coincidente com um pixel contendo referido transistor específico de pixel.
4. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que referido circuito leitor de carga de sinal é adaptado para medir características elétricas de um transistor específico de pixel relacionadas a aumento de canal ou

3/9 largura de base causado por elétrons induzidos por radiação ou buracos que se acumulam na camada de porta interna modificada em uma localização coincidente com um pixel contendo referido transistor especifico de pixel.
5. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizado pelo fato de compreender uma área channel stop entre pixels.
6. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que referida área channel stop compreende dopagens (121, 122, 1121, 1221, 1521, 1721) do primeiro tipo de condutividade, exibindo, desse modo, o tipo oposto de condutividade comparado aos pixels.
7. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as dopagens channel stop entre pixels correspondem ao primeiro contato.
8. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as cargas secundárias que são geradas na camada de corpo ou espessa são coletadas pelas dopagens channel stop.
9. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a camada de corpo ou espessa é adelgaçada a partir da segunda superfície, e o dispositivo detector de radiação de semicondutor é iluminado a partir da superfície traseira (102) .
10. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-6, caracterizado pelo fato de que o primeiro contato (725) está em uma superfície traseira (102) do detector, ou fora da área ativa na superfície frontal (101) do detector, ou na borda (700) do chip do detector.
11. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as cargas secundárias que são geradas na camada de corpo ou espessa são coletadas pelo primeiro contato (725).
12. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que o detector é iluminado a partir da primeira superfície.
13. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-12, caracterizado pelo fato de que existe na camada de barreira (105) do primeiro tipo de condutividade uma região dopada (1393) do segundo tipo de condutividade, ou uma redução local (3396) da dopagem de rede de camada de barreira entre a camada de porta interna modificada (104) de segundo tipo de condutividade, e uma dopagem de pixel (1334, 1434, 1634, 3334) de segundo tipo de condutividade, ou no qual existe um talhe (1334, 1393, 1494, 1695) entre a camada de porta a superfície frontal do de radiação de semicondutor,

13, caracterizado pelo fato interna modificada (104) e detector.
14.- Dispositivo detector de acordo com a reivindicação

5/9 de que uma porta (1343, 1443, 1643, 1695) é adaptada para controlar o fluxo de cargas de sinal a partir da camada de porta interna modificada (104) para a dopagem de pixel (1334, 1434, 1634, 3334), ou para a superfície frontal do detector através da região de dopagem (1393) de segundo tipo de condutividade, através da redução local (3396) da dopagem de rede de camada de barreira, ou através do talhe (1334, 1393, 1494, 1695) .
15. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a porta é formada de uma dopagem de primeiro tipo de condutividade (1443).
16. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a porta é formada de uma estrutura de MOS (1343, 1643) .
17. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-16, caracterizado pelo fato de que uma região (1726) de primeiro tipo de condutividade ou uma estrutura de talhe (1727, 1728) penetra através da camada de porta interna modificada de segundo tipo de condutividade de modo a aperfeiçoar a coleta das cargas secundárias a partir da camada de corpo ou espessa (103).
18. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-17, caracterizado pelo fato de compreender estruturas (1771,

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1772, 1773, 1774, 1775, 1776, 1777) que aperfeiçoam a separação do sinal e cargas geradas por superfície.
19. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-16, caracterizado pelo fato de que a camada de porta interna modificada é descontínua.
20. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender uma camada de material semicondutor (808) de primeiro ou segundo tipo de condutividade entre a camada de corpo ou espessa e a camada de porta interna modificada.
21. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-20, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um dos seguintes: uma alteração (1929) da dopagem de camada de barreira, uma folga na dopagem de camada de porta interna modificada (1991, 1591), uma intensificação (1392) da dopagem de camada de porta interna modificada, uma alteração na dopagem de camada de corpo ou espessa próxima à camada de MIG de modo a aperfeiçoar o gradiente potencial de transporte de carga de sinal na camada de MIG.
22. - Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-21, caracterizado pelo fato de compreender um intensificador local (1392) da dopagem de camada de porta interna modificada sob a porta de um transistor de efeito de campo, ou sob o emissor de um transistor de junção bipolar de modo a aperfeiçoar a faixa dinâmica do detector.

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23. - Método para detecção de radiação, compreendendo:

- acoplamento de um número de pixels (111, 112, 113,

114) em uma superfície de um dispositivo detector de radiação de semicondutor a uma voltagem de pixel, e

- iluminação de referido dispositivo detector de radiação de semicondutor com radiação;

caracterizado pelo fato de que compreende:

- coletar cargas de sinal induzidas por radiação de primeiro tipo de uma camada de corpo ou espessa (103) , de uma camada de porta interna modificada e de uma camada de barreira de referido dispositivo detector de radiação de semicondutor a um mínimo local (412) de uma função potencial tridimensional para referidas cargas de primeiro tipo, referido mínimo local sendo de local coincidente com pixels (111) em uma camada de porta interna modificada (104, 304) situada próxima a referida camada de corpo ou espessa (103), e

- detectar a quantidade de carga de sinal coletada ao mínimo local que coincide com pixels (111) sem transportar carga secundária fora de uma área ativa do dispositivo através de uma camada condutora da parte traseira em uma superfície da camada de corpo ou espessa (103) oposta à camada de porta interna modificada; e coletar a carga secundária por pelo menos um dos seguintes: uma área channel stop, um contato de corpo ou espesso (725).
24. - Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a detecção da quantidade de

8/9 carga de sinal compreende medir as características elétricas de transistores específicos de pixel relacionadas a canal efetivo ou dimensões de base dos transistores específicos de pixel.
25.- Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a detecção da quantidade de carga de sinal compreende medir as características elétricas de transistores específicos de pixel relacionadas a diminuição de canal ou dimensões de base dos transistores específicos de pixel.
26.- Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a detecção da quantidade de carga de sinal compreende medir as características elétricas de transistores específicos de pixel relacionadas a aumento de canal ou dimensões de base dos transistores específicos de pixel.
2 7.- Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a detecção da quantidade de carga de sinal compreende transferir carga relacionada pixel através de um número de pixels para um pixel de leitura, e medição das características elétricas de referido pixel de leitura.
28.- Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a razão da área channel stop de um pixel para a área de pixel total é pelo menos 0,3.
29.- Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 e 14

9/9 caracterizado pelo fato de que a razão da concentração de dopagem de rede na redução local de primeiro tipo de condutividade da dopagem de camada de barreira para a concentração de dopagem de rede na dopagem de camada de 5 barreira de primeiro tipo de condutividade sem a redução local da dopagem de camada de barreira é menos do que 0,9.
30.- Dispositivo detector de radiação de semicondutor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o canal de um transmissor de efeito de campo abaixo da 10 porta do transistor de efeito de campo é exaurido, e no qual um pulso de cargas de sinal gerado pela radiação e entrada da porta interna modificada é detectada como um pulso de corrente na porta.

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125 115 121 111 122 112 123 113 124 114

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