DE102009017505B4 - Radiation detector, use of a radiation detector and method of making a radiation detector - Google Patents
Radiation detector, use of a radiation detector and method of making a radiation detector Download PDFInfo
- Publication number
- DE102009017505B4 DE102009017505B4 DE102009017505.9A DE102009017505A DE102009017505B4 DE 102009017505 B4 DE102009017505 B4 DE 102009017505B4 DE 102009017505 A DE102009017505 A DE 102009017505A DE 102009017505 B4 DE102009017505 B4 DE 102009017505B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- semiconductor body
- electrode region
- radiation detector
- detector
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 125
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 142
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 19
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 11
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 10
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 5
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 3
- 230000003716 rejuvenation Effects 0.000 claims 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001955 cumulated effect Effects 0.000 description 1
- 238000002296 dynamic light scattering Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- -1 phosphorus ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical group [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/26—Bombardment with radiation
- H01L21/263—Bombardment with radiation with high-energy radiation
- H01L21/265—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation
- H01L21/266—Bombardment with radiation with high-energy radiation producing ion implantation using masks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Strahlungsdetektor (100) mit zumindest einer Detektorzelle (1), wobei ein Halbleiterkörper (2) der Detektorzelle (1) – einen ersten Elektrodenbereich (3) umfasst, – einen zweiten Elektrodenbereich (5) umfasst, der weiter von einer Unterseite (70) des Halbleiterkörpers (2) abgewandten Oberseite (30) des Halbleiterkörpers (2) entfernt ist als der erste Elektrodenbereich (3), und – eine aktive Zone (4) umfasst, die sich zwischen dem ersten Elektrodenbereich (3) und dem zweiten Elektrodenbereich (5) befindet und die zur Erzeugung freier Ladungsträger mittels einer Lawinenmultiplikation eingerichtet ist, wobei sich der zweite Elektrodenbereich (5) von der Oberseite (30) des Halbleiterkörpers (2) und von einem Rand (46) der aktiven Zone (4) weg erstreckt, und wobei der Halbleiterkörper (2) eine Strahlungseintrittsfläche (32) aufweist und die Strahlungseintrittsfläche (32) einen Teil der Oberseite (30) des Halbleiterkörpers (2) darstellt.Radiation detector (100) with at least one detector cell (1), wherein a semiconductor body (2) of the detector cell (1) - comprises a first electrode region (3), - comprises a second electrode region (5), which further extends from an underside (70) of the Semiconductor body (2) facing away from top (30) of the semiconductor body (2) is removed than the first electrode region (3), and - comprises an active zone (4), which is between the first electrode region (3) and the second electrode region (5) and which is set up to generate free charge carriers by means of an avalanche multiplication, the second electrode region (5) extending from the top (30) of the semiconductor body (2) and from an edge (46) of the active zone (4), and wherein the semiconductor body (2) has a radiation inlet surface (32) and the radiation inlet surface (32) represents part of the top side (30) of the semiconductor body (2).
Description
Es wird ein Strahlungsdetektor angegeben. Darüber hinaus wird eine Verwendung eines solchen Strahlungsdetektors angegeben. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektors angegeben.A radiation detector is specified. In addition, a use of such a radiation detector is specified. Furthermore, a method for producing a radiation detector is specified.
Die Druckschrift
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Strahlungsdetektor anzugeben, der eine hohe Sensitivität aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, eine Verwendung eines solchen Strahlungsdetektors anzugeben. Weiterhin besteht eine zu lösende Aufgabe darin, ein effizientes Verfahren zur Herstellung eines sensitiven Strahlungsdetektors anzugeben.An object to be solved is to provide a radiation detector which has a high sensitivity. Another object to be solved is to specify a use of such a radiation detector. Furthermore, an object to be solved is to provide an efficient method for producing a sensitive radiation detector.
Diese Aufgaben werden durch einen Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 und dessen Verwendung nach Anspruch 14 sowie ein Verfahren nach Anspruch 15 gelöst.These objects are achieved by a radiation detector according to
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors ist dieser dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung zu detektieren. Die zu detektierende Strahlung weist zum Beispiel Wellenlängen im Spektralbereich zwischen 200 nm und 3000 nm auf, insbesondere im Spektralbereich zwischen 300 nm und 800 nm. Bevorzugt ist der Strahlungsdetektor dazu eingerichtet, Wellenlängen im Bereich zwischen 380 nm und 450 nm zu detektieren. Weiterhin bevorzugt ist der Strahlungsdetektor dazu eingerichtet, einzelne Photonen der Strahlung zu detektieren. Der Strahlungsdetektor kann zum Betrieb als Photonenzähler geeignet sein.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the latter is configured to detect electromagnetic radiation. The radiation to be detected has, for example, wavelengths in the spectral range between 200 nm and 3000 nm, in particular in the spectral range between 300 nm and 800 nm. The radiation detector is preferably set up to detect wavelengths in the range between 380 nm and 450 nm. Further preferably, the radiation detector is configured to detect individual photons of the radiation. The radiation detector may be suitable for operation as a photon counter.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors weist dieser zumindest eine Detektorzelle auf. Die Detektorzelle ist hierbei eine Einheit, die dazu eingerichtet ist, ein Detektorsignal zu generieren. Insbesondere ist eine Detektorzelle eine separat betreibbare Einheit.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the latter has at least one detector cell. The detector cell is in this case a unit which is set up to generate a detector signal. In particular, a detector cell is a separately operable unit.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors weist die Detektorzelle einen Halbleiterkörper auf. Beispielsweise umfasst der Halbleiterkörper Silizium oder besteht aus Silizium. Alternativ oder zusätzlich kann der Halbleiterkörper auch andere Elementhalbleiter oder Verbindungshalbleiter, zum Beispiel Germanium oder GaAs, beinhalten oder aus solchen bestehen.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the detector cell has a semiconductor body. By way of example, the semiconductor body comprises silicon or consists of silicon. Alternatively or additionally, the semiconductor body may also contain or consist of other element semiconductors or compound semiconductors, for example germanium or GaAs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors weist der Halbleiterkörper eine Strahlungseintrittsfläche auf. Bevorzugt stellt die Strahlungseintrittsfläche einen Teil einer Oberseite des Halbleiterkörpers dar. Die Oberseite ist hierbei einer Unterseite des Halbleiterkörpers abgewandt. Insbesondere ist die Strahlungseintrittsfläche planar oder eben gestaltet. Die Strahlungseintrittsfläche ist dazu eingerichtet, mindestens einen Teil einer vom Strahlungsdetektor zu detektierende Strahlung in den Halbleiterkörper eintreten zu lassen.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the semiconductor body has a radiation entrance surface. The radiation entrance surface preferably forms part of an upper side of the semiconductor body. In this case, the upper side faces away from an underside of the semiconductor body. In particular, the radiation entrance surface is planar or planar. The radiation entrance surface is adapted to allow at least a part of a radiation to be detected by the radiation detector to enter the semiconductor body.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors umfasst der Halbleiterkörper der Detektorzelle einen ersten Elektrodenbereich. Insbesondere ist der erste Elektrodenbereich ein zusammenhängender Bereich. Bevorzugt ist der erste Elektrodenbereich ein flächig gestalteter Bereich des Halbleiterkörpers. Der erste Elektrodenbereich kann planar gestaltet sein und sich an der Strahlungseintrittsfläche und/oder an der Oberseite des Halbleiterkörpers befinden. Der erste Elektrodenbereich weist, beispielsweise in einer Richtung senkrecht zur Strahlungseintrittsfläche, bevorzugt eine Dicke von weniger als 200 nm, insbesondere von weniger als 100 nm auf. Der erste Elektrodenbereich kann dotiert ausgeführt sein. Zum Beispiel ist der erste Elektrodenbereich durch Implantation von Ionen in den Halbleiterkörper erzeugt. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der erste Elektrodenbereich teilweise oder vollständig epitaktisch gewachsen ist.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the semiconductor body of the detector cell comprises a first electrode region. In particular, the first electrode region is a contiguous region. Preferably, the first electrode region is a flat area of the semiconductor body. The first electrode region may be designed planar and located on the radiation entrance surface and / or on the upper side of the semiconductor body. The first electrode region, for example in a direction perpendicular to the radiation entrance surface, preferably has a thickness of less than 200 nm, in particular less than 100 nm. The first electrode region may be doped. For example, the first electrode region is generated by implantation of ions into the semiconductor body. Alternatively or additionally, it is possible that the first electrode region has grown partially or completely epitaxially.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors umfasst der Halbleiterkörper einen zweiten Elektrodenbereich. Auch der zweite Elektrodenbereich bildet bevorzugt einen zusammenhängenden elektrisch leitenden Bereich aus. Zum Beispiel ist der zweite Elektrodenbereich durch Implantation und Dotierung mit Ionen erzeugt. Insbesondere befindet sich der zweite Elektrodenbereich weiter von einer Oberseite und/oder der Strahlungseintrittsfläche des Halbleiterkörpers entfernt als der erste Elektrodenbereich. Mit anderen Worten kann ein Abstand der ersten Elektrodenbereichs zur Oberseite des Halbleiterkörpers kleiner sein als ein Abstand des zweiten Elektrodenbereichs zur Oberseite.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the semiconductor body comprises a second electrode region. The second electrode region also preferably forms a continuous electrically conductive region. For example, the second electrode region is generated by implantation and doping with ions. In particular, the second electrode region is located further from an upper side and / or the radiation entrance surface of the semiconductor body than the first electrode region. In other words, a distance of the first electrode region from the upper side of the semiconductor body may be smaller than a distance of the second electrode region from the upper side.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors weist der Halbleiterkörper der Detektorzelle eine aktive Zone auf. Die aktive Zone befindet sich hierbei zwischen dem ersten Elektrodenbereich und dem zweiten Elektrodenbereich. Weiterhin ist die aktive Zone bevorzugt zur Erzeugung freier Ladungsträger mittels einer Lawinenmultiplikation eingerichtet. Beispielsweise ist die aktive Zone eine so genannte Avalanchezone.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the semiconductor body of the detector cell has an active zone. The active zone is in this case between the first electrode region and the second electrode region. Furthermore, the active zone is preferred for generating free charge carriers by means of a Avalanche multiplication set up. For example, the active zone is a so-called avalanche zone.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors ist, in Draufsicht auf die Oberseite gesehen insbesondere außerhalb eines von der aktiven Zone überdeckten Bereichs oder an einem Rand der aktiven Zone, der zweite Elektrodenbereich von der Oberseite des Halbleiterkörpers weiter entfernt als innerhalb des von der aktiven Zone überdeckten Bereichs und/oder erstreckt sich von der Oberseite weg. Der Rand stellt hierbei insbesondere eine laterale Begrenzung der aktiven Zone dar. Beispielsweise ist der Rand eine fiktive Fläche, die die aktive Zone lateral umlaufend umgibt.According to at least one embodiment of the radiation detector, seen in plan view on the top, in particular outside a region covered by the active zone or at an edge of the active zone, the second electrode region is farther from the top of the semiconductor body than within the region covered by the active zone and / or extends away from the top. In this case, the edge represents, in particular, a lateral boundary of the active zone. For example, the edge is a fictitious surface which surrounds the active zone laterally in a circle.
Zum Beispiel grenzen erster Elektrodenbereich oder zweiter Elektrodenbereich unmittelbar an die aktive Zone. In diesem Angrenzbereich weisen die Elektrodenbereiche bevorzugt einen konstanten Abstand zueinander auf. In einer lateralen Richtung neben der aktiven Zone erstreckt sich dann der zweite Elektrodenbereich, zumindest stellenweise, von der Oberseite weg und/oder weist in einer lateralen Richtung neben der aktiven Zone einen größeren Abstand zu dieser Oberseite auf als in einem in Draufsicht auf die Oberseite von der aktiven Zone überdeckten Bereich.For example, the first electrode region or second electrode region directly adjoin the active zone. In this adjacent region, the electrode regions preferably have a constant distance from one another. In a lateral direction next to the active zone, the second electrode region then extends, at least in places, away from the upper side and / or has a greater distance to this upper side in a lateral direction next to the active zone than in a top view of FIG the active zone covered area.
In mindestens einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors umfasst dieser zumindest eine Detektorzelle, wobei ein Halbleiterkörper der Detektorzelle einen ersten Elektrodenbereich aufweist. Weiterhin umfasst der Halbleiterkörper einen zweiten Elektrodenbereich, der weiter von einer Oberseite des Halbleiterkörpers entfernt ist als der erste Elektrodenbereich. Zwischen dem ersten Elektrodenbereich und dem zweiten Elektrodenbereich befindet sich eine aktive Zone, die zur Erzeugung freier Ladungsträger mittels einer Lawinenmultiplikation eingerichtet ist. In Draufsicht auf die Oberseite des Halbleiterkörper gesehen erstreckt sich, insbesondere außerhalb eines von der aktiven Zone überdeckten Bereichs und/oder an einem Rand der aktiven Zone, der zweite Elektrodenbereich weg von der Oberseite.In at least one embodiment of the radiation detector, the latter comprises at least one detector cell, wherein a semiconductor body of the detector cell has a first electrode region. Furthermore, the semiconductor body comprises a second electrode region, which is farther away from an upper side of the semiconductor body than the first electrode region. Between the first electrode region and the second electrode region is an active zone, which is set up to generate free charge carriers by means of avalanche multiplication. In a plan view of the upper side of the semiconductor body, in particular outside a region covered by the active zone and / or at an edge of the active zone, the second electrode region extends away from the upper side.
Über die sich von der Oberseite weg erstreckenden Teile der zweiten Elektrode ist eine definierte Gestaltung insbesondere der Ausdehnung der aktiven Zone ermöglicht. Beispielsweise sind in Randbereichen des ersten Elektrodenbereichs hin zum zweiten Elektrodenbereich Feldüberhöhungen eines elektrischen Feldes vermeidbar. Hierdurch ist eine hohe Detektionsgenauigkeit realisierbar.By way of the parts of the second electrode extending away from the top side, a defined configuration, in particular the extent of the active zone, is made possible. For example, in the edge regions of the first electrode region toward the second electrode region, field elevations of an electric field can be avoided. As a result, a high detection accuracy can be realized.
Feldüberhöhungen entstehen zum Beispiel durch scharfe Kanten oder abrupte Begrenzungen von Elektroden. Durch die Feldüberhöhungen kann in einem Halbleiterkörper und insbesondere in oder in der Nähe einer aktiven Zone lokal eine elektrische Feldstärke so groß sein, dass auch ohne eine Absorption eines Photons ein Lawinendurchbruch resultieren kann. Solche Lawinendurchbrüche, welche nicht durch die Absorption eines der Photonen einer zu detektierenden Strahlung ausgelöst sind, erhöhen den Dunkelstrom des Strahlungsdetektors, wodurch die Detektionsgenauigkeit reduziert ist.Field elevations arise, for example, due to sharp edges or abrupt boundaries of electrodes. As a result of the field elevations, in a semiconductor body and in particular in or in the vicinity of an active zone, an electric field strength can be locally so great that an avalanche breakdown can also result without absorption of a photon. Such avalanche breakdowns, which are not triggered by the absorption of one of the photons of a radiation to be detected, increase the dark current of the radiation detector, whereby the detection accuracy is reduced.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors weist der erste Elektrodenbereich zwei Haupterstreckungsrichtungen auf. Die erste Haupterstreckungsrichtung ist insbesondere diejenige Richtung oder eine der Richtungen, entlang der der erste Elektrodenbereich eine größte Ausdehnung aufweist. Die zweite Haupterstreckungsrichtung ist bevorzugt senkrecht zur ersten Haupterstreckungsrichtung orientiert. Mit anderen Worten bilden die beiden Haupterstreckungsrichtungen insbesondere zwei orthogonale Geraden. Im Falle eines ebenen, rechteckig geformten ersten Elektrodenbereichs zum Beispiel erstrecken sich die Haupterstreckungsrichtungen entlang zweier benachbarter Rechteckseiten.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the first electrode region has two main directions of extension. The first main extension direction is in particular that direction or one of the directions along which the first electrode region has a greatest extent. The second main extension direction is preferably oriented perpendicular to the first main extension direction. In other words, the two main extension directions in particular form two orthogonal lines. For example, in the case of a planar, rectangular shaped first electrode region, the main directions of extension extend along two adjacent sides of the rectangle.
Durch die zwei Haupterstreckungsrichtungen ist eine Ebene definiert, die den ersten Elektrodenbereich schneidet. Beispielsweise schneidet diese Ebene den ersten Elektrodenbereich in einer Zone des ersten Elektrodenbereichs, die sich am nächsten an der Strahlungseintrittsfläche befindet und/oder die sich am weitesten von einer der Strahlungseintrittsfläche abgewandten Seite des Halbleiterkörpers entfernt befindet. Bevorzugt ist die Ebene parallel zur Oberseite des Halbleiterkörpers ausgerichtet, wobei die Oberseite einen zweidimensionalen Teilbereich der Ebene darstellt.The two main directions of extension define a plane which intersects the first electrode region. By way of example, this plane intersects the first electrode region in a zone of the first electrode region which is located closest to the radiation entrance surface and / or which is located farthest from a side of the semiconductor body which faces away from the radiation entrance surface. The plane is preferably aligned parallel to the upper side of the semiconductor body, the upper side representing a two-dimensional subregion of the plane.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors weist die aktive Zone, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Oberseite des Halbleiterkörpers und/oder zur Ebene, eine Dicke zwischen einschließlich 0,4 μm und 3 μm auf, bevorzugt zwischen einschließlich 0,7 μm und 1,8 μm.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the active zone, in particular in a direction perpendicular to the upper side of the semiconductor body and / or to the plane, has a thickness of between 0.4 μm and 3 μm, preferably between 0.7 μm and 1.8 inclusive microns.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors weist der Halbleiterkörper an einer dem ersten Elektrodenbereich abgewandten Unterseite einen Bodenbereich auf. In dem Bodenbereich beträgt, zumindest stellenweise, ein spezifischer Widerstand des Halbleiterkörpers mindestens 0,50 kΩcm. Insbesondere beträgt der spezifische Widerstand mindestens 1,00 kΩcm oder mindestens 3,00 kΩcm. Mit anderen Worten ist der Halbleiterkörper in dem Bodenbereich hochohmig ausgebildet.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the semiconductor body has a bottom region on an underside facing away from the first electrode region. In the bottom region, at least in places, a specific resistance of the semiconductor body is at least 0.50 kΩcm. In particular, the specific resistance is at least 1.00 kΩcm or at least 3.00 kΩcm. In other words, the semiconductor body is formed in the bottom region of high impedance.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors ist an der Unterseite des Halbleiterkörpers ein Träger angebracht. Über den Träger kann der Halbleiterkörper mechanisch gestützt sein. Durch den Einsatz eines Trägers ist eine geringe Dicke des Halbleiterkörpers, insbesondere in einer Richtung senkrecht zur Ebene und/oder zur Oberseite des Halbleiterkörpers, realisierbar. Durch die geringe Dicke des Halbleiterkörpers ist beispielsweise ein Störstrom von einer dem ersten Elektrodenbereich abgewandten Rückseite des Halbleiterkörpers her reduzierbar, wodurch sich die Detektionsgenauigkeit erhöhen kann.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, a carrier is attached to the underside of the semiconductor body. The semiconductor body can be mechanically supported via the carrier. By using a carrier is a small thickness of the semiconductor body, in particular in a direction perpendicular to the plane and / or the top of the semiconductor body, realized. Due to the small thickness of the semiconductor body, for example, a noise current can be reduced from a rear side of the semiconductor body facing away from the first electrode region, as a result of which the detection accuracy can be increased.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors ist der Träger mechanisch mit dem Halbleiterkörper über eine dielektrische Verbindungsschicht verbunden. Die Verbindungsschicht kann eine Bondschicht, zum Beispiel eine Siliziumdioxidbondschicht, sein.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the carrier is mechanically connected to the semiconductor body via a dielectric connection layer. The bonding layer may be a bonding layer, for example, a silicon dioxide bonding layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors umfasst dieser eine Mehrzahl von insbesondere gleichartigen Detektorzellen. Beispielsweise beinhaltet der Strahlungsdetektor mindestens 16 Detektorzellen, bevorzugt mindestens 64 Detektorzellen. Bevorzugt sind die Detektorzellen einander benachbart. Benachbart kann bedeuten, dass in einer lateralen Richtung die Detektorzellen aneinander grenzen.According to at least one embodiment of the radiation detector, the latter comprises a plurality of, in particular, similar detector cells. For example, the radiation detector includes at least 16 detector cells, preferably at least 64 detector cells. Preferably, the detector cells are adjacent to each other. Adjacent may mean that the detector cells adjoin one another in a lateral direction.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors ist zwischen zumindest zwei der benachbarten Detektorzellen mindestens ein Graben ausgebildet. Der Graben erstreckt sich hierbei bevorzugt von der Oberseite des Halbleiterkörpers hin zur Unterseite des Halbleiterkörpers. Es ist nicht erforderlich, dass der Graben den Halbleiterkörper hin zur Unterseite vollständig durchdringt, jedoch ist dies möglich. Der mindestens eine Graben weist weiterhin wenigstens eine Grabenwand auf. Die Grabenwand bildet insbesondere eine Grenzfläche des Halbleiterkörpers hin zu dem Graben. Der Graben kann vollständig oder zum Teil mit einem oder mit mehreren verschiedenen Feststoffen befüllt sein.According to at least one embodiment of the radiation detector, at least one trench is formed between at least two of the adjacent detector cells. In this case, the trench preferably extends from the top side of the semiconductor body to the bottom side of the semiconductor body. It is not necessary that the trench completely penetrate the semiconductor body towards the bottom, but this is possible. The at least one trench furthermore has at least one trench wall. In particular, the trench wall forms an interface of the semiconductor body towards the trench. The trench may be completely or partially filled with one or more different solids.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors schließt die Grabenwand mit der Oberseite des Halbleiterkörpers einen Winkel zwischen einschließlich 75° und 130° ein, insbesondere zwischen einschließlich 85° und 105°. Beispielsweise ist mindestens eine der Grabenwände oder sind alle Grabenwände senkrecht zu der Oberseite des Halbleiterkörpers ausgerichtet.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the trench wall with the top side of the semiconductor body encloses an angle of between 75 ° and 130 ° inclusive, in particular between 85 ° and 105 ° inclusive. For example, at least one of the trench walls or all trench walls are aligned perpendicular to the upper side of the semiconductor body.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors sind die Detektorzellen matrixartig angeordnet.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the detector cells are arranged like a matrix.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors sind alle Detektorzellen gleichartig ausgebildet.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, all detector cells are of identical design.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors umfasst die Detektorzelle oder umfasst mindestens eine der Detektorzellen oder umfassen alle Detektorzellen wenigstens einen Löschwiderstand. Der Löschwiderstand ist hierbei bevorzugt mit dem jeweiligen ersten Elektrodenbereich oder dem jeweiligen zweiten Elektrodenbereich der betreffenden Detektorzelle elektrisch leitend verbunden. Elektrisch leitend verbunden kann hierbei bedeuten, dass zwischen dem Löschwiderstand und dem ersten Elektrodenbereich kein signifikanter elektrischer Widerstand vorliegt, insbesondere wenn kein Lawinendurchbruch erfolgt. Beispielsweise beträgt der Widerstand einer Verbindungsleitung zwischen dem ersten Elektrodenbereich und dem Löschwiderstand höchstens 1% eines Wertes des Löschwiderstandes. Bevorzugt ist der Widerstand der Verbindungsleitung ein ohmscher Widerstand.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the detector cell or comprises at least one of the detector cells or comprise all detector cells at least one erase resistance. In this case, the erasure resistance is preferably electrically conductively connected to the respective first electrode region or to the respective second electrode region of the relevant detector cell. Electrically conductively connected may mean that there is no significant electrical resistance between the soldering resistor and the first electrode region, in particular if no avalanche breakdown occurs. For example, the resistance of a connection line between the first electrode region and the erase resistance is at most 1% of a value of the erosion resistance. Preferably, the resistance of the connecting line is an ohmic resistance.
Der Löschwiderstand kann auch als Quench Resistor bezeichnet werden. Beispielsweise ist der Löschwiderstand aus Polysilizium gefertigt. Insbesondere weist der Löschwiderstand einen Widerstand von mindestens 100 kΩ auf. Bevorzugt beträgt der Löschwiderstand zwischen einschließlich 300 kΩ und 2 MΩ.The erosion resistance can also be referred to as a quench resistor. For example, the erase resistor is made of polysilicon. In particular, the erosion resistor has a resistance of at least 100 kΩ. The erosion resistance is preferably between 300 kΩ and 2 MΩ inclusive.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors erstreckt sich der Löschwiderstand in oder über den Graben. Weist der Strahlungsdetektor mehrere Detektorzellen auf, so erstreckt sich mindestens einer der Löschwiderstände, bevorzugt alle Löschwiderstände, teilweise oder vollständig in oder über den Graben. Beispielsweise erstreckt sich wenigstens der Löschwiderstand oder einer der Löschwiderstände entlang der Grabenwand oder entlang mindestens einer der Grabenwände. Hierdurch ist die verfügbare Fläche für die Strahlungseintrittsfläche durch den Löschwiderstand mit Vorteil nicht oder nicht maßgeblich verringert.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the erase resistance extends into or over the trench. If the radiation detector has a plurality of detector cells, then at least one of the extinguishing resistors, preferably all the extinguishing resistors, extends partially or completely into or over the trench. For example, at least the erase resistance or one of the erosion resistors extends along the trench wall or along at least one of the trench walls. As a result, the available surface area for the radiation entrance surface is advantageously not or not significantly reduced by the soldering resistance.
Gemäß zumindest. einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors, bei dem dieser mehrere Detektorzellen aufweist, sind zumindest zwei der benachbarten Detektorzellen optisch voneinander getrennt. Beispielsweise werden in der aktiven Zone aus einem zu detektierenden Photon über den Lawineneffekt 105 bis 106 Lawinenelektronen erzeugt. Etwa pro 105 erzeugter Lawinenelektroden kann im Mittel ein sekundäres Photon entstehen. Das sekundäre Photon kann in einer benachbarten Detektorzelle ein zusätzliches, nicht erwünschtes Fehlsignal generieren. Sind die Detektorzellen optisch voneinander getrennt, so sind derartige Fehlsignale unterdrückbar.At least. According to one embodiment of the radiation detector in which it has a plurality of detector cells, at least two of the adjacent detector cells are optically separated from one another. For example, 10 5 to 10 6 avalanche electrons are generated in the active zone from a photon to be detected via the avalanche effect. Approximately per 10 5 generated avalanche electrodes can arise on average a secondary photon. The secondary photon can generate an additional unwanted false signal in an adjacent detector cell. If the detector cells are optically separated from each other, then such false signals can be suppressed.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors sind benachbarte Detektorzellen durch eine Beschichtung auf wenigstens einer der Grabenwände optisch voneinander getrennt. Die Beschichtung kann reflektierend und/oder absorbierend bezüglich der sekundären Photonen wirken. Beispielsweise ist die Beschichtung durch eine metallische Beschichtung realisiert.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, adjacent detector cells are optically separated from one another by a coating on at least one of the trench walls. The coating may be reflective and / or absorbing with respect to the secondary photons. For example, the coating is realized by a metallic coating.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors sind benachbarte Detektorzellen durch eine Füllung des Grabens voneinander optisch isoliert. Beispielsweise ist die Füllung durch ein Metall gebildet.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, adjacent detector cells are optically isolated from one another by a filling of the trench. For example, the filling is formed by a metal.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors, bei dem dieser mehrere Detektorzellen aufweist, ist der mindestens eine zweite Elektrodenbereich durch eine, insbesondere durch Ionenimplantation erzeugte, Dotierzone im Halbleiterkörper gestaltet, die Erhebungen aufweist, die beispielsweise kappenartig gestaltet sind. Jeder der aktiven Zonen ist hierbei bevorzugt eine der Erhebungen der Dotierzone zugeordnet.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, in which the latter has a plurality of detector cells, the at least one second electrode region is designed by a doping zone, in particular produced by ion implantation, in the semiconductor body, which has elevations which are designed, for example, like a cap. Each of the active zones is in this case preferably assigned to one of the elevations of the doping zone.
Beispielsweise ist die Dotierzone bezüglich ihrer elektrischen Leitfähigkeit von der Umgebung abgegrenzt, so dass eine elektrische Leitfähigkeit der Dotierzone eine elektrische Leitfähigkeit der Umgebung insbesondere um mindestens einen Faktor 5, bevorzugt um mindestens einen Faktor 50, speziell um mindestens einen Faktor 100, übersteigt. Eine Dotierstoffkonzentration der Dotierzone ist bevorzugt um mindestens einen Faktor 5, insbesondere um einschließlich einen Faktor 5 bis einen Faktor 1000, gegenüber der Umgebung erhöht. Zum Beispiel beträgt die Dotierstoffkonzentration der Dotierzone zumindest stellenweise wenigstens 1017 pro cm3.For example, the doping zone is delimited from the environment with respect to its electrical conductivity, so that an electrical conductivity of the doping zone exceeds an electrical conductivity of the surroundings, in particular by at least a factor of 5, preferably by at least a factor of 50, especially by at least a factor of 100. A dopant concentration of the doping zone is preferably increased by at least a factor of 5, in particular by a factor of 5 to a factor of 1000, relative to the environment. For example, the dopant concentration of the doping zone is at least in places at least 10 17 per cm 3 .
Kappenartige Erhebungen kann bedeuten, dass die Dotierzone ähnlich einem Eierkarton gestaltet ist. Beispielsweise ist ein Teilbereich der Dotierzone eben ausgestaltet und parallel zur Oberseite des Halbleiterkörpers und/oder zur durch den ersten Elektrodenbereich definierten Ebene ausgerichtet. Ausgehend von diesem Teilbereich der Dotierzone erstrecken sich die Erhebungen der Dotierzone dann hin zur durch den ersten Elektrodenbereich definierten Ebene und/oder hin zur Oberseite. Die Erhebungen sind beispielsweise pyramidenstumpfartig oder kegelstumpfartig geformt. Ein zu dem Teilbereich der Dotierzone paralleler Teil der Erhebungen, der sich näher als der Teilbereich an der Oberseite und/oder an der durch den ersten Elektrodenbereich definierten Ebene befindet, grenzt bevorzugt an die aktive Zone.Cap-like elevations may mean that the doping zone is shaped like an egg carton. By way of example, a subregion of the doping zone is embodied in a planar manner and aligned parallel to the upper side of the semiconductor body and / or to the plane defined by the first electrode region. Starting from this partial region of the doping zone, the elevations of the doping zone then extend toward the plane defined by the first electrode region and / or towards the upper side. The elevations are, for example, truncated pyramid or truncated cone-shaped. A part of the elevations parallel to the subregion of the doping zone, which is closer than the subarea at the upper side and / or at the plane defined by the first electrode region, preferably adjoins the active zone.
Zum Beispiel weist die Dotierzone, durch die der mindestens eine zweite Elektrodenbereich gebildet ist, eine gleichmäßige Dicke auf. Bevorzugt ist dann die Dicke über den gesamten Strahlungsdetektor hinweg gleichmäßig.For example, the doping zone through which the at least one second electrode region is formed has a uniform thickness. Preferably, the thickness is then uniform across the entire radiation detector.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors ist der zweite Elektrodenbereich außerhalb der aktiven Zone zumindest stellenweise parallel zur Oberseite des Halbleiterkörpers und/oder zu der durch den ersten Elektrodenbereich definierten Ebene orientiert. Die den zweiten Elektrodenbereich bildende Dotierzone ist zwischen zumindest zwei der benachbarten Detektorzellen bevorzugt eine durchgehende Zone. Insbesondere ist die Dotierzone eine über den gesamten Strahlungsdetektor hinweg durchgehende Zone.According to at least one embodiment of the radiation detector, the second electrode region outside the active zone is oriented at least in places parallel to the upper side of the semiconductor body and / or to the plane defined by the first electrode region. The doping zone forming the second electrode region is preferably a continuous zone between at least two of the adjacent detector cells. In particular, the doping zone is a continuous zone over the entire radiation detector.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors beträgt ein Anteil einer Fläche des ersten Elektrodenbereichs an einer Gesamtfläche des Strahlungsdetektors, in Draufsicht auf die Oberseite des Halbleiterkörper gesehen, mindestens 25%, bevorzugt mindestens 30%, insbesondere mindestens 45%.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, a proportion of a surface of the first electrode region on a total surface of the radiation detector, viewed in plan view on the upper side of the semiconductor body, is at least 25%, preferably at least 30%, in particular at least 45%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors weist der erste Elektrodenbereich in Draufsicht auf die Oberseite am Rand der aktiven Zone einen Bereich auf, der sich tiefer in den Halbleiterkörper erstreckt als ein Bereich innerhalb eines von der aktiven Zone überdeckten Gebiets. Mit anderen Worten erstreckt sich der erste Elektrodenbereich an dem Rand von der Oberseite des Halbleiterkörpers und/oder von der Ebene weg. Der erste Elektrodenbereich kann am Rand der aktiven Zone eine wannenartige Gestaltung aufweisen. Bevorzugt umläuft der sich tiefer in den Halbleiterkörper ersteckende Bereich des ersten Elektrodenbereichs die aktive Zone vollständig.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the first electrode region, in a plan view of the upper side at the edge of the active zone, has a region which extends deeper into the semiconductor body than a region within a region covered by the active zone. In other words, the first electrode region extends at the edge from the top side of the semiconductor body and / or away from the plane. The first electrode region may have a trough-like design at the edge of the active zone. Preferably, the region of the first electrode region which extends deeper into the semiconductor body completely circumscribes the active zone.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors weist der sich tiefer in den Halbleiterkörper erstreckende Bereich des ersten Elektrodenbereichs einen größeren Abstand zum zweiten Elektrodenbereich auf als der Bereich des ersten Elektrodenbereichs, der sich innerhalb des von der aktiven Zone überdeckten Gebiets befindet.According to at least one embodiment of the radiation detector, the region of the first electrode region extending deeper into the semiconductor body has a greater distance from the second electrode region than the region of the first electrode region which is located within the region covered by the active zone.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Strahlungsdetektors durchdringt der erste Elektrodenbereich den Halbleiterkörper, in einer Richtung senkrecht zur Oberseite und/oder zur Ebene, nicht. Der erste Elektrodenbereich reicht also nicht bis zur Unterseite des Halbleiterkörpers oder bis zum zweiten Elektrodenbereich.In accordance with at least one embodiment of the radiation detector, the first electrode region does not penetrate the semiconductor body, in a direction perpendicular to the top side and / or to the plane. The first electrode region does not extend to the underside of the semiconductor body or to the second electrode region.
Darüber hinaus wird eine Verwendung eines Strahlungsdetektors angegeben. Die Verwendung kann sich beispielsweise auf einen Strahlungsdetektor beziehen, wie er in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben ist.In addition, a use of a radiation detector is specified. The use may, for example, relate to a radiation detector as described in connection with one or more of the above-mentioned embodiments.
In mindestens einer Ausführungsform der Verwendung des Strahlungsdetektors wird dieser mit einer elektrischen Spannung betrieben, die gleich oder größer einer Durchbruchspannung der Detektorzelle ist. Die Spannung liegt hierbei zwischen dem mindestens einen ersten und dem mindestens einen zweiten Elektrodenbereich an.In at least one embodiment of the use of the radiation detector, it is operated with an electrical voltage that is equal to or greater than a breakdown voltage of the detector cell. The tension is between the at least one first and the at least one second electrode region.
Durchbruchspannung kann hierbei bedeuten, dass an dem ersten Elektrodenbereich und an dem zweiten Elektrodenbereich eine Spannung in Sperrrichtung anliegt. Die Durchbruchspannung entspricht der Spannung, bei der ohne eine äußere Störung, etwa durch Absorption eines Photons, gerade noch kein signifikanter Stromfluss vom ersten Elektrodenbereich zum zweiten Elektrodenbereich, oder umgekehrt, erfolgt.Breakthrough voltage may mean that a voltage in the reverse direction is applied to the first electrode region and to the second electrode region. The breakdown voltage corresponds to the voltage at which no significant current flow from the first electrode region to the second electrode region, or vice versa, takes place without an external disturbance, for example due to the absorption of a photon.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Verwendung beträgt die elektrische Spannung mindestens ein 1,05-faches und bevorzugt höchstens ein 1,15-faches der Durchbruchspannung. Beispielsweise liegt die Durchbruchspannung zwischen einschließlich 20 V und 100 V, insbesondere zwischen einschließlich 30 V und 40 V.In accordance with at least one embodiment of the use, the electrical voltage is at least 1.05 times and preferably at most 1.15 times the breakdown voltage. For example, the breakdown voltage is between 20 V and 100 V inclusive, in particular between 30 V and 40 V inclusive.
Weiterhin wird darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung eines Strahlungsdetektors angegeben. Beispielsweise kann mittels des Verfahrens ein Strahlungsdetektor hergestellt werden, wie er in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben ist. Merkmale des Strahlungsdetektors sind daher auch für das hier beschriebene Verfahren offenbart und umgekehrt.Furthermore, a method for producing a radiation detector is also specified. For example, by means of the method, a radiation detector can be produced, as described in connection with one or more of the abovementioned embodiments. Characteristics of the radiation detector are therefore also disclosed for the method described here and vice versa.
In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses die Schritte:
- – Bereitstellen eines Halbleiterkörpers für den Strahlungsdetektor,
- – Ausbilden einer strukturierten Maske auf einer Oberseite des Halbleiterkörpers,
- – Ausbilden mindestens eines zweiten Elektrodenbereichs im Halbleiterkörper durch Implantation zumindest eines Dotierstoffes,
- – Ausbilden mindestens eines ersten Elektrodenbereichs des Halbleiterkörpers, wobei mindestens eine aktive Zone zwischen dem mindestens einen zweiten Elektrodenbereich und dem mindestens einen ersten Elektrodenbereich gebildet wird, und
- – Fertigstellen des Strahlungsdetektors,
- Providing a semiconductor body for the radiation detector,
- Forming a structured mask on an upper side of the semiconductor body,
- Forming at least one second electrode region in the semiconductor body by implantation of at least one dopant,
- Forming at least one first electrode region of the semiconductor body, wherein at least one active zone is formed between the at least one second electrode region and the at least one first electrode region, and
- - completion of the radiation detector,
Die angegebenen Schritte des Verfahrens können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Jedoch ist auch eine von der angegebenen Auflistung abweichende Reihenfolge der Verfahrensschritte möglich. Ebenso ist es möglich, dass zwei oder mehrere Schritte zu einem einzigen Schritt zusammenfassbar sind.The specified steps of the process can be carried out in the order given. However, an order of the method steps deviating from the listed list is also possible. It is also possible that two or more steps are summarized into a single step.
Die Implantationstiefe ist hierbei bevorzugt eine mittlere projizierte Eindringtiefe in den Halbleiterkörper oder eine Tiefe, in der eine maximale Konzentration des Dotierstoffes durch die Implantation resultiert.The implantation depth here is preferably a mean projected penetration depth into the semiconductor body or a depth in which a maximum concentration of the dopant results from the implantation.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Ausbilden des zweiten Elektrodenbereichs und das Ausbilden der aktiven Zone im selben Verfahrensschritt.In accordance with at least one embodiment of the method, the formation of the second electrode region and the formation of the active zone take place in the same method step.
Beispielsweise wird hierbei ein Bereich des Halbleiterkörpers, der sich näher an der Strahlungseintrittsfläche befindet als der zu bildende zweite Elektrodenbereich, durch die Ionenimplantation, die zur Erzeugung des zweiten Elektronenbereichs führt, bezüglich der Polarität der Majoritätsladungsträger umgekehrt. Zum Beispiel ist der Bereich, in dem die aktive Zone erzeugt wird, vor der Implantation des Dotierstoffs p-dotiert und nach der Implantation n-dotiert. Der Bereich der aktiven Zone wird also durch die Implantation umdotiert.For example, an area of the semiconductor body, which is located closer to the radiation entrance surface than the second electrode area to be formed, is reversed by the ion implantation, which leads to the generation of the second electron area, with respect to the polarity of the majority charge carriers. For example, the region in which the active region is generated is p-doped prior to implantation of the dopant and n-doped after implantation. The area of the active zone is thus re-doped by the implantation.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der Halbleiterkörper vor dem Ausbilden des zweiten Elektrodenbereichs einen spezifischen Widerstand von mindestens 0,50 kΩcm auf, insbesondere von mindestens 1,00 kΩcm. Mit anderen Worten ist der Halbleiterkörper vor der Implantation hochohmig. Bei dem Halbleiterkörper kann es sich um Silizium handeln, das vor der Implantation eine Dotierstoffkonzentration von höchstens 1013 pro cm3 aufweist, insbesondere von höchstens 3 × 1012 pro cm3.In accordance with at least one embodiment of the method, before the formation of the second electrode region, the semiconductor body has a specific resistance of at least 0.50 kΩcm, in particular of at least 1.00 kΩcm. In other words, the semiconductor body is high-impedance before implantation. The semiconductor body may be silicon which, prior to implantation, has a dopant concentration of at most 10 13 per cm 3 , in particular of at most 3 × 10 12 per cm 3 .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist der spezifische Widerstand des Halbleiterkörpers nach dem Erzeugen des zweiten Elektrodenbereichs zumindest stellenweise einen Wert von mindestens 0,05 kΩcm auf.In accordance with at least one embodiment of the method, the specific resistance of the semiconductor body after the generation of the second electrode region has a value of at least 0.05 kΩcm at least in places.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird an einer der Oberseite abgewandten Unterseite des Halbleiterkörpers über ein Bonden mit einer dielektrischen Verbindungsschicht ein Träger angebracht. Bei dem Bonden kann es sich um ein Waferbonden handeln. Die dielektrische Verbindungsschicht ist bevorzugt durch Siliziumdioxid gebildet.In accordance with at least one embodiment of the method, a carrier is attached to an underside of the semiconductor body facing away from the upper side via a bonding with a dielectric connection layer. The bonding may be a wafer bonding. The dielectric compound layer is preferably formed by silicon dioxide.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der erste Elektrodenbereich teilweise oder vollständig durch ein epitaktisches Wachsen hergestellt.In accordance with at least one embodiment of the method, the first electrode region becomes partially or completely produced by epitaxial growth.
Die Maske wird bei dem vorgeschlagenen Verfahren derart ausgebildet, dass diese am Rand der aktiven Zone Flanken aufweist, die schräg zur Oberseite des Halbleiterkörpers orientiert sind. Mit anderen Worten sind die Flanken der Maske nicht senkrecht zur Oberseite ausgerichtet. Beim Ausbilden des zweiten Elektrodenbereichs durch die Implantation wird ein Verlauf der Flanken der Maske nachgebildet. Mit anderen Worten weist der zweite Elektrodenbereich bezüglich eines Höhenprofils, in einer Richtung senkrecht zur Oberseite des Halbleiterkörpers, eine Gestaltung auf, die der Gestaltung der Maske entspricht. Das Implantationsprofil bildet also das Maskenprofil nach.The mask is formed in the proposed method such that it has flanks at the edge of the active zone, which are oriented obliquely to the top of the semiconductor body. In other words, the flanks of the mask are not aligned perpendicular to the top. When the second electrode region is formed by the implantation, a profile of the flanks of the mask is reproduced. In other words, with respect to a height profile, in a direction perpendicular to the upper side of the semiconductor body, the second electrode region has a design which corresponds to the design of the mask. The implantation profile thus replicates the mask profile.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Maske so aufgebracht, dass sich die Maske mit zunehmendem Abstand von der Oberseite des Halbleiterkörpers zumindest stellenweise verjüngt.In accordance with at least one embodiment of the method, the mask is applied in such a way that the mask tapers at least in places as the distance from the top side of the semiconductor body increases.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Strahlungsdetektor hergestellt, wie er in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben beschriebenen Ausführungsformen des Strahlungsdetektors angegeben ist.In accordance with at least one embodiment of the method, a radiation detector as set forth in connection with one or more of the embodiments of the radiation detector described above is produced.
Ein hier beschriebener Strahlungsdetektor kann beispielsweise als Lawinenphotodiode eingesetzt werden. Insbesondere können hier beschriebene Strahlungsdetektoren im so genannten Geiger-Modus als so genannte Photomultiplier verwendet werden. Zum Beispiel sind hier beschriebene Strahlungsdetektoren in medizinischen Geräten einsetzbar.A radiation detector described here can be used, for example, as an avalanche photodiode. In particular, radiation detectors described here in the so-called Geiger mode can be used as so-called photomultipliers. For example, radiation detectors described herein can be used in medical devices.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener Strahlungsdetektor sowie ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch nicht unbedingt maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.Hereinafter, a radiation detector described herein and a method described herein with reference to the drawings using exemplary embodiments will be explained in more detail. The same reference numerals indicate the same elements in the individual figures. However, it is not necessarily true-to-scale references, but individual elements may be exaggerated to improve understanding.
Es zeigen:Show it:
In
Durch die aktive Zone
Eine Dicke der aktiven Zone
Zwischen dem ersten Elektrodenbereich
Der zweite Elektrodenbereich
Im Betrieb des Strahlungsdetektors
An einer der Oberseite
Der Löschwiderstand
Optional kann an der Strahlungseintrittsfläche
Ebenso ist es optional möglich, an der Unterseite
Bevorzugt ist weiterhin auf, an oder über einer Grabenwand
Dadurch, dass der Halbleiterkörper
In
In Draufsicht auf den Halbleiterkörper
Entlang aller vier Seiten des ersten Elektrodenbereichs
In
Alle Signalleitungen
Die einzelnen Detektorzellen
In
Der Träger
Anders als im Ausführungsbeispiel gemäß
Der Träger
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit der Gräben
Beispielsweise sind die Gräben
An der Oberseite
In
Durch die Implantation mit dem Dotierstoff durch die Oberseite
In einem nachfolgenden, nicht dargestelltem Verfahrensschritt wird die Maske
In
Ein weiterer Teil
Zur Herstellung der Detektoreinheit
Claims (21)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009017505.9A DE102009017505B4 (en) | 2008-11-21 | 2009-04-15 | Radiation detector, use of a radiation detector and method of making a radiation detector |
PCT/EP2009/065162 WO2010057835A2 (en) | 2008-11-21 | 2009-11-13 | Radiation detector use of a radiation detector and method for producing a radiation detector |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102008058492 | 2008-11-21 | ||
DE102008058492.4 | 2008-11-21 | ||
DE102009017505.9A DE102009017505B4 (en) | 2008-11-21 | 2009-04-15 | Radiation detector, use of a radiation detector and method of making a radiation detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102009017505A1 DE102009017505A1 (en) | 2010-06-02 |
DE102009017505B4 true DE102009017505B4 (en) | 2014-07-10 |
Family
ID=42134165
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102009017505.9A Active DE102009017505B4 (en) | 2008-11-21 | 2009-04-15 | Radiation detector, use of a radiation detector and method of making a radiation detector |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102009017505B4 (en) |
WO (1) | WO2010057835A2 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE202010012735U1 (en) | 2010-09-17 | 2011-04-14 | Ketek Gmbh | Radiation detector and use of a radiation detector |
DE102011110689B4 (en) | 2011-08-16 | 2015-07-09 | Ketek Gmbh | Radiation detector and use of the same |
JP5926921B2 (en) | 2011-10-21 | 2016-05-25 | 浜松ホトニクス株式会社 | Photodetector |
DE102012215637A1 (en) | 2012-09-04 | 2014-03-06 | Siemens Aktiengesellschaft | Radiation detector for performing positron emission tomography (PET) for time-of-flight (TOF) determination, has detector cell that is provided with plate-shaped portion on which radiation to be detected is radiated on front surface |
DE102016114204B4 (en) | 2016-08-01 | 2018-12-20 | Ketek Gmbh | Radiation detector and method of manufacturing a plurality of radiation detectors |
EP4020019B1 (en) | 2018-10-19 | 2024-05-08 | Avago Technologies International Sales Pte. Limited | Radiation detector, method for producing a radiation detector and method for operating a radiation detector |
CN113985470A (en) * | 2021-10-28 | 2022-01-28 | 清华大学 | High-purity germanium detector |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3860454A (en) * | 1973-06-27 | 1975-01-14 | Ibm | Field effect transistor structure for minimizing parasitic inversion and process for fabricating |
US5719414A (en) * | 1993-03-16 | 1998-02-17 | Sato; Keiji | Photoelectric conversion semiconductor device with insulation film |
US20050258449A1 (en) * | 2004-05-10 | 2005-11-24 | Gerhard Lutz | Avalanche radiation detector |
EP1755171A1 (en) * | 2004-05-05 | 2007-02-21 | DOLGOSHEIN, Boris Anatolievich | Silicon photomultiplier (variants) and a cell therefor |
US8093624B1 (en) * | 2006-02-15 | 2012-01-10 | Massachusetts Institute Of Technology | High fill-factor avalanche photodiode |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3769109A (en) * | 1972-04-19 | 1973-10-30 | Bell Telephone Labor Inc | PRODUCTION OF SiO{11 {11 TAPERED FILMS |
NL7513161A (en) * | 1975-11-11 | 1977-05-13 | Philips Nv | PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF A SEMICONDUCTOR DEVICE, AND DEVICE MANUFACTURED ACCORDING TO THE PROCEDURE. |
JPS54107291A (en) * | 1978-02-10 | 1979-08-22 | Nec Corp | Avalanche photo diode |
JPS5572083A (en) * | 1978-11-27 | 1980-05-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor photo-detector |
DE3003391C2 (en) * | 1980-01-31 | 1984-08-30 | Josef Dipl.-Phys. Dr. 8041 Fahrenzhausen Kemmer | Radiation detector with a passivated pn semiconductor junction |
JPS6180875A (en) * | 1984-09-27 | 1986-04-24 | Nec Corp | Semiconductor device |
JPS61191082A (en) * | 1985-02-20 | 1986-08-25 | Fujitsu Ltd | Semiconductor light receiving element |
US4579626A (en) * | 1985-02-28 | 1986-04-01 | Rca Corporation | Method of making a charge-coupled device imager |
JPH0738140A (en) * | 1993-07-19 | 1995-02-07 | Hamamatsu Photonics Kk | Avalanche photodiode |
JP3091903B2 (en) * | 1994-08-17 | 2000-09-25 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | Avalanche photodiode and method of manufacturing the same |
KR100197134B1 (en) * | 1996-06-29 | 1999-07-01 | 김영환 | Avalanch photodiode and the manufacturing method thereof |
-
2009
- 2009-04-15 DE DE102009017505.9A patent/DE102009017505B4/en active Active
- 2009-11-13 WO PCT/EP2009/065162 patent/WO2010057835A2/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3860454A (en) * | 1973-06-27 | 1975-01-14 | Ibm | Field effect transistor structure for minimizing parasitic inversion and process for fabricating |
US5719414A (en) * | 1993-03-16 | 1998-02-17 | Sato; Keiji | Photoelectric conversion semiconductor device with insulation film |
EP1755171A1 (en) * | 2004-05-05 | 2007-02-21 | DOLGOSHEIN, Boris Anatolievich | Silicon photomultiplier (variants) and a cell therefor |
US20050258449A1 (en) * | 2004-05-10 | 2005-11-24 | Gerhard Lutz | Avalanche radiation detector |
US8093624B1 (en) * | 2006-02-15 | 2012-01-10 | Massachusetts Institute Of Technology | High fill-factor avalanche photodiode |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Aull, B. F.; Renzi, M. J.; Loomis, A. H.; Young, D. J.; [u. a.]: Geiger-Mode Quad-Cell Array for Adaptive Optics. In: Conference on Quantum Electronics and Laser Science CLEO/QELS 2008; 04.-09.05.2008; San Jose, CA, USA. * |
Renzi, M. J.; Aull, B. F.; Kosicki, B. B.; Reich, R. K.; Young D. J.: High-fill-factor silicon Geiger-mode avalanche photodiode arrays for photon-counting applications. In: Solid state research, 2005, no. 1, S. 29-33. - ISSN 0099-5800 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102009017505A1 (en) | 2010-06-02 |
WO2010057835A3 (en) | 2010-09-16 |
WO2010057835A2 (en) | 2010-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102009017505B4 (en) | Radiation detector, use of a radiation detector and method of making a radiation detector | |
EP1241710B1 (en) | Light-sensitive semiconductor device | |
DE2611338C3 (en) | Field effect transistor with a very short channel length | |
EP2596532B1 (en) | Optoelectronic component | |
DE102014117538A1 (en) | A method of manufacturing semiconductor devices using light ion implantation and semiconductor device | |
DE102019204701A1 (en) | Avalanche photodiode array | |
DE102005025937B4 (en) | Photosensitive device with increased sensitivity to blue, process for the preparation and operating method | |
DE102005061820B4 (en) | Process for producing a solar cell | |
DE102016114389B3 (en) | Semiconductor device with drift zone and back emitter and method of manufacture | |
EP2549536B1 (en) | Semiconductor structure for photon detection | |
DE102018123439B4 (en) | Power semiconductor transistor, method for processing a power semiconductor transistor and method for producing a power semiconductor transistor | |
DE102022111621A1 (en) | Improved semiconductor light sensor | |
DE102020001839B3 (en) | III-V semiconductor pixel x-ray detector | |
DE112021000205T5 (en) | semiconductor device | |
DE102011013229B4 (en) | radiation detector | |
DE102014113215B4 (en) | SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR FORMING A SEMICONDUCTOR DEVICE | |
DE112021006393T5 (en) | Photodiode device with improved properties | |
DE102005007358B4 (en) | Photosensitive component | |
DE112016001599T5 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing a semiconductor device | |
DE102015122105B4 (en) | Radiation detector and an arrangement with the same | |
DE102009026722A1 (en) | Method for producing a radiation detector and radiation detector | |
CH707923B1 (en) | A radiation conversion device and method of manufacturing a radiation conversion device. | |
DE102018010379B4 (en) | Method for producing a power semiconductor transistor | |
DE3015527A1 (en) | Optical scanner with low signal=to=noise ratio - and low sensitivity to high energy radiation consists of semiconductor monocrystal with pn-junction | |
WO2022161991A1 (en) | Avalanche photodiode with orthogonal layer structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R079 | Amendment of ipc main class |
Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: H01L0031100000 Ipc: H01L0031107000 Effective date: 20140320 |
|
R020 | Patent grant now final | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DILG, HAEUSLER, SCHINDELMANN PATENTANWALTSGESE, DE |
|
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: AVAGO TECHNOLOGIES INTERNATIONAL SALES PTE. LI, SG Free format text: FORMER OWNER: KETEK GMBH, 81737 MUENCHEN, DE |