NO891993L - Halvleder-byggeelement. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et ladningskoplet halvleder-byggeelement med lagring og overføring av ladningsbærere i minst én kanal i volumet av et halvlederlegeme nær dettes med portelektroder forsynte overflate.

Fra publikasjonen EP 0 220 120 Al er det kjent et ladningskoplet halvlederbyggeelement med styre- eller portelektroder (Gate-Elektroden) loddrett på ladningsbærernes overføringsretning. Disse oppviser avsnitt med forskjellig bredde, for å redusere dimensjonene på den totale anordning.

Ved en ladningskoplet anordning (CCD-anordning) av typen med såkalt "nedgravd" eller "skjult" kanal ("buried channel" CCD) og videreutviklinger av denne, som for eksempel den "peristaltiske" CCD, skjer overføringen av ladningene på små avstander - omtrent av størrelsesorden 1 pm - fra overflaten, ved de fullstendig uttømbare p-n-CCD-anordninger (se L. Struder m.fl. i Nuclear Instr. and Meth. in Phys. Res. A 253, 1987, 386) imidlertid på avstander av samme størrelsesorden som avstandene mellom billedelementene (pixel) hhv. forskyvningselektrodene. En ulempe i denne forbindelse er en forholdsvis komplisert fremstillingstek-nikk.

Formålet med oppfinnelsen er å forenkle fremstil-lings teknikken for sådanne CCD-anordninger og samtidig for-bedre disses virkning.

Ved en CCD-struktur ifølge patentkrav 1 består løs-ningen ifølge oppfinnelsen i at føringen eller styringen av ladningsbærerne skjer i en kanal ved endring av portelektrodenes form (geometri) i en retning i hovedsaken på tvers av overføringsretningen.

På denne måte bevirkes at det elektriske potensial

i kanalen kan endres i overensstemmelse med endringen av formen på portelektrodene og disses struktur.

En usymmetrisk form på elektrodene gir en fortrinnsretning i kanalen og bevirker at strukturen kan drives som tofase-CCD. Ved hjelp av en kombinasjon av endringen av formen på elektrodene med en endring av dopingen i kanalen kan det selvsagt også oppnås en forbedret virkning. Fremstillingsteknologien er vesentlig forenklet, for så vidt som dopingsendringer erstattes av endringer av geometrien, og teknologitrinn, såsom litografitrinn, innspares. Samtidig, unngås problemet med nøyaktig justering/innretting (Justage/Alinierung) av to trinn, og feil-mulighetene ved fremstillingen reduseres.

Løsningen ifølge oppfinnelsen er mangesidig anvende-lig, særlig for følere, såsom strålingsdetektorer, f.eks. for måling av intensiteten/opprinnelsen av innfallende elektromagnetisk stråling, kfr. DE-OS 3 418 778, 3 427 476, 3 330 861.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med ut førelseseksempler under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser en vanlig, grunnleggende type av CCD-topografien, fig. 2 viser et skjematisk perspektivriss av en vanlig CCD-geometri, fig. 3a viser et grunnriss av fig. 3b, fig. 3b viser et snitt gjennom CCD-strukturen ifølge oppfinnelsen etter linjen A-A på fig. 3a, fig. 4 viser en modifikasjon av oppfinnelsen, og fig. 5 viser en ytterligere modifikasjon av oppfinnelsen.

Oppfinnelsen utgår fra en kjent CCD-anordning med ladningsoverføring i halvledermaterialet, slik som f.eks. vist på fig. 1 og 2.

Av fig. 1 fremgår at halvledermaterialet på den ene side er belagt med strimmelformede elektroder på den overflate som er passivert med S:i-02 • Elektrodene tjener som overføringsregister (Transferregister) med overførings-retning mot høyre (på fig. 1) og utlesingselektrode i den høyre ende.

Av fig. 2 fremgår implanteringsteknologien og kanal-begrensningsmekanismen. Det dreier seg her om en fullstendig uttømbar eller depleterbar p-n-CCD. Den viste, dype n-implanteringsteknologi bevirker på den ene side unngåelse av injeksjonen eller innsprøytingen av minoritetsbærere (hull) fra p+<->overføringsregistrene (porter eller "gates") i materialet, og på den annen side føringen av signallad-ningene (elektroner) i kanalen (n-kanal). Kanalbegrens-ningene dannes ved avbrytelse av den dype n-implantasjon.

En forbedring av overføringsegenskapene ventes på grunn av at den dype n-implantas jon forblir begrenset til området under p-strimlene og unngås under det frittliggende (Si-)oksid.

Dette medfører imidlertid de - innledningsvis omtalte - problemer med justering av de i forskjellige trinn opptredende p+<->og dype n-implantasjoner. Den oppfinnelses-messige løsning på dette problem består i utformingen av kanalene og disses begrensning ved hjelp av enkel endring av geometrien, særlig bredden av overføringselektrodene (fig. 3a og 3b).

Derved kan det samme fotolitografiske trinn anvendes for p+<->implantasjon og for dyp n-implantasjon. Dette betyr at enhver justering bortfaller. Et eksempel på en sådan elektrodestruktur som kan drives som trefase-CCD, fremgår av fig. 3a og 3b. Herved er - liksom i den kjente teknikk - halvlederlegemet, f.eks. silisium eller et liknende, passende materiale, til stede som basis på en p+<->implantasjon (som baksidekontakt). p+-elektrodene og disses hovedoverflate er i dette eksempel identisk med områdene med dypere n-implantasjoner.

Som vist på fig. 3, oppviser elektrodestrukturen periodiske forandringer, her innsnevringer vekslende med utvidelser eller utbredelser langs linjen A-A. Herved tjener utvidelsene som kanal og de smale steder som kanalbegrensning.

De avvekslende innsnevringer og utvidelser av port-eller gate-strukturen har som resultat at det ved påtrykning av en lik spenning på alle p+-overf øringselektroder på en viss avstand fra den øvre hovedoverflate danner seg tilsva-rende vekslende potensialmaksima i det respektive sentrum av et bredt område av overføringselektrodene. De innsnevrede steder av elektrodene hindrer en sideveis utflyting (Aus-einanderfliessen) langs den inntegnede linje A-A på fig. 3a og virker som kanalbegrensning. Overføringen av ladningene normalt på (på tvers av) overføringselektroderet-ningen kan liksom ved en trefase-CCD skje ved hjelp av vekslende (periodiske) endringer av potensialene på over-før in gs elektrodene .

Modifikasjoner av oppfinnelsens grunntanke er vist på fig. 4 og 5. Derved er utbredelsen/innsnevringen av p+<->implantasjonen og den dype n-implantasjon usymmetrisk utført, og fortrinnsvis også periodisk likt avvekslende. Dermed fremkommer en foretrukket forskyvningsretning i kanalen, og denne anordning kan drives som tofase-CCD. Ved den likeledes usymmetriske - men imidlertid annerledes ut-formede - utførelse ifølge fig. 5 fremkommer en forholdsvis raskere ladningsoverføring.

Ytterligere modifikasjoner av utførelsen, særlig elektrodeformen, kan selvsagt foretas uten herved å forlate det vesentlige ved oppfinnelsen slik den særlig er kjenne-tegnet i kravene.

Også kombinasjoner med særtrekk fra den innledningsvis omtalte, kjente teknikk er mulige.

Claims (6)

1. Ladningskoplet halvleder-byggeelement med lagring og overføring av ladningsbærere i minst én kanal i volumet av et halvlederlegeme nær dettes med portelektroder forsynte overflate, KARAKTERISERT VED at føringen av ladningsbærerne i kanalen eller kanalene skjer ved endring av portelektrodenes form i en retning i hovedsaken normalt på overførings-retningen.

2. Ladningskoplet halvlederbyggeelement ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at ladningsbærernes bevegelse i over-føringsretningen på grunn av portelektrodenes usymmetriske form oppviser en fortrinnsretning på en slik måte at halv-lederbyggeelementet drives i to faser.

3. Ladningskoplet halvlederbyggeelement ifølge krav 1 eller 2, KARAKTERISERT VED at føringen av ladningsbærerne i kanalen eller kanalene skjer ved kombinasjon av endringen av dopingen med endringen av portelektrodenes form.

4. Ladningskoplet halvlederbyggeelement ifølge ett av de foregående kravene, KARAKTERISERT VED at en del av halvlederlegemet består av et epitaksialt utskilt sjikt.

5. Fremgangsmåte ved drift av et ladningskoplet halvlederbyggeelement ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at det drives i tre faser.

6. Anvendelse av et ladningskoplet halvlederbyggeelement ifølge ett av kravene 1-4 som strålingsdetektor for måling av intensiteten og/eller opprinnelsen av på overflaten innfallende, elektromagnetisk stråling.