DE19512493A1 - Farbsensoranordnung - Google Patents

Farbsensoranordnung

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DE19512493A1 DE1995112493 DE19512493A DE19512493A1 DE 19512493 A1 DE19512493 A1 DE 19512493A1 DE 1995112493 DE1995112493 DE 1995112493 DE 19512493 A DE19512493 A DE 19512493A DE 19512493 A1 DE19512493 A1 DE 19512493A1
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Description

Wellenlängensensitive Photodetektoren können durch die Kombi­ nation von lichtempfindlichen Bauelementen, wie beispielswei­ se Photodioden mit entsprechenden Farbfiltern, realisiert werden. Der Empfindlichkeitsbereich solcher Farbsensoren wird dabei durch die Bandbreite des Farbfilters bestimmt.
Farbsensoren zum Unterscheiden von Licht mehrerer unter­ schiedlicher Wellenlängenbereiche (Farben) können durch Kombination einer breitbandigen Photodiode mit unterschiedli­ chen Farbfiltern erhalten werden. Da jeder Farbe ein Farbfil­ ter und ein Bereich der Photodiode zugeordnet ist, erfordert ein solcher Farbsensor eine mit der Anzahl der nachweisbaren Spektralbereiche (Farben) wachsende Oberfläche. Die Herstel­ lung einer Farbsensoranordnung mit mehreren solcher Farbsen­ soren zum Gewinnen einer Ortsinformation ist mit solchen Farbsensoren nur mit hohem Aufwand möglich.
Aus DE-A 37 15 233 ist ein Farbsensor zur Unterscheidung zweier Spektralbereiche bekannt, der nur aus einer pin-Photo­ diode aus amorphem Silizium besteht. Die Unterscheidung der zwei Spektralbereiche gelingt über die Bestimmung der Rich­ tung des in der Photodiode erzeugten Photostroms. Über eine geeignete Vorspannung läßt sich der Umkehrpunkt der Strom­ richtung wellenlängenabhängig einstellen.
Aus einem Artikel von H. Stiebig und M. Böhm in Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 297 (1993, Seite 963 sind Photodioden aus amorphem Silizium (a-Si:H) mit nipin-Struktur bekannt, die ebenfalls das Prinzip der Umkehr des Photostroms in Abhängig­ keit der detektierten Wellenlänge nutzen. Durch geeignete Spannungsansteuerung können mit diesen Photodioden die Farben Rot und Blau unterschieden werden. Der einfache Aufbau dieser Farbsensoren ermöglicht außerdem die Herstellung integrierter Farbsensorarrays. Nachteilig an den beschriebenen Farbsenso­ ren ist es jedoch, daß mit ihnen der Nachweis einer dritten Farbe (grün) nur eingeschränkt möglich ist.
Problem der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Farb­ sensor anzugeben, mit dem eine einfache Unterscheidung dreier unterschiedlicher Farben möglich ist. Der Farbsensor soll außerdem zum Aufbau von Farbsensorarrays geeignet sein.
Dieses Problem löst die Erfindung mit einer Sensoranordnung nach Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren zum Betrieb der Sensoranordnung sind den Unter­ ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung geht von dem bekannten Zweifarbsensor mit Stapeldiodenaufbau (pinip- oder nipin-Struktur) aus, ergänzt diesen Aufbau aber durch eine zusätzliche Einzeldiode mit pin oder nip-Struktur, die zu der Stapeldiode optisch in Serie angeordnet ist. Da bereits die Stapeldiode im Prinzip aus zwei übereinander liegenden Teildioden mit gegenläufiger Anordnung besteht, existieren insgesamt drei Teil- und Einzeldioden, die jeweils einem bestimmten Wellenlängenbe­ reich zugeordnet werden können. Die der Lichteinfallsseite zugewandten beiden vorderen Einzel- bzw. Teildioden fungieren dabei als Farbfilter für die dahinter angeordneten Teil- bzw. Einzeldioden. Dabei ist die in Bezug auf die Lichteinfalls­ seite vordere Einzel- bzw. Teildiode im Halbleitermaterial modifiziert und weist gegenüber den übrigen Teil- und Einzel­ dioden eine den Bandabstand erhöhende Dotierung auf. Damit ist gewährleistet, daß diese vorderste Diode ausschließlich den blauen Anteil des einfallenden Lichts absorbiert. Die beiden hinteren Dioden können aus gleichem Material aufgebaut sein, wobei die Unterscheidung der Farben rot und grün durch die unterschiedliche Eindringtiefe des entsprechenden Lichts gelingt. Dadurch ist es möglich, den Photostrom jeder Teil- bzw. Einzeldiode einer unterschiedlichen Farbe zuzuordnen.
Erfindungsgemäß sind Stapel- und Einzeldiode optisch in Serie und beispielsweise direkt übereinander angeordnet. Eine dazwischenliegende Elektrodenschicht aus einem dünnen leitfä­ higen Oxid (TCO) dient dabei als gemeinsame Elektrode. Zusam­ men mit einer weiteren TCO-Elektrodenschicht auf der Licht­ einfallsseite und einer Rückelektrode können Stapel- und Einzeldiode unabhängig voneinander elektrisch angesteuert und gemessen werden.
Möglich ist es jedoch auch, Stapel- und Einzeldiode auf unterschiedlichen Seiten eines transparenten Substrates aufzubringen und dadurch elektrisch vollständig voneinander zu trennen. Auch die Anordnung bezüglich der Lichteinfalls­ richtung kann variiert werden, so daß der Lichteinfallsseite sowohl Stapel- als auch Einzeldiode zugewandt sein können. Zusammen mit dem möglichen inneren Aufbau der Einzeldiode (nip oder pin) und der Art der Stapeldiode (pinip oder nipin) ergeben sich somit für den genauen Aufbau der Sensoranordnung die folgenden Möglichkeiten:
Substrat/TCO/pin/TCO/pinip/Rückelektrode
Substrat/TCO/pin/TCO/nipin/Rückelektrode
Substrat/TCO/nip/TCO/nipin/Rückelektrode
Substrat/TCO/nip/TCO/pinip/Rückelektrode
TCO/pin/TCO/Substrat/TCO/pinip/Rückelektrode
TCO/pin/TCO/Substrat/TCO/nip in/Rückelektrode
TCO/nip/TCO/Substrat/TCO/nipin/Rückelektrode
TCO/nip/TCO/Substrat/TCO/pinip/Rückelektrode
Die Rückelektrode kann dabei ebenfalls aus TCO oder aus Metall bestehen. Als TCO-Material kann zum Beispiel fluordo­ tiertes Zinnoxid (SnO₂:F), bordotiertes Zinkoxid (ZnO:B), aluminiumdotiertes Zinkoxid (ZnO:Al) oder indiumdotiertes Zinnoxid (ITO) verwendet werden.
Eine Sensoranordnung kann ein einzelner Sensor mit zumindest drei elektrischen Kontakten oder eine Mehrzahl unabhängiger Sensoren sein.
Eine bevorzugte Sensoranordnung ist ein Sensorarray oder eine Sensorzeile, wobei mehrere gleichartige jedoch elektrisch getrennt voneinander ansteuerbare einzelne Sensoren nebenein­ ander auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Vor­ zugsweise wird ein solches Sensorarray oder eine Sensorzeile direkt auf einem elektronischen Bauelement aufgebracht, in das die Schaltungen bereits integriert sind, die zum Ansteu­ ern und Auslesen der Einzelsensoren erforderlich sind. Mit Hilfe solcher ASICS (application specific integrated circuits) genannten Bauelemente werden Hybridstrukturen erhalten, die kompakte komplette Farbsensorarrays darstellen.
Für diese Ausgestaltung der Erfindung werden Einzel- und Stapeldiode direkt übereinander ohne dazwischenliegendes Dielektrikum angeordnet bzw. erzeugt. Da sowohl Halbleiter- als auch Elektrodenschichten durchgehend mittels Dünnschicht­ verfahren unterhalb 250°C erzeugt werden können, sind diese mit den Herstellungsprozessen der Bauelemente kompatibel. Sie können daher auch direkt auf den Bauelementen selbst erzeugt werden, ohne letztere zu schädigen.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei­ spiels und der dazugehörigen sechs Figuren näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Schichtaufbau einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung im schematischen Querschnitt.
Fig. 2 zeigt die Funktion des Sensors anhand eines Ersatz­ schaltbilds.
Fig. 3 und 4 geben Auskunft über das Ansprechverhalten und die Wellenlängensensitivität eines erfindungsgemäßen Sensors.
Fig. 5 und 6 zeigen Strukturierungen zur Kontaktierung erfindungsgemäßer Sensoren.
Ausführungsbeispiel
Zur Demonstration des Prinzips wird im folgenden beispielhaft die Erzeugung einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung auf einem Glassubstrat beschrieben. Letzteres dient dabei gleich­ zeitig als Lichteinfallsfläche.
Fig. 1 stellt einen bevorzugten Schichtaufbau dar, der im Ausführungsbeispiel auf einem Glassubstrat erzeugt wird. Im einzelnen weist er folgende Schichtreihenfolge auf: Glas­ substrat S/erste TCO-Elektrodenschicht E1/Einzeldiode DO aus mit Kohlenstoff dotiertem amorphem Silizium mit pin-Struk­ tur/zweite TCO-Elektrodenschicht E2/invertiert Stapeldiode mit pinip-Struktur aus a-Si:H und dritte TCO-Elektroden­ schicht E3.
Die zum Beispiel aus bor- oder aluminiumdotiertem Zinkoxid bestehenden Elektrodenschichten E1, E2, E3 können in einem CVD-Verfahren durch Zersetzung zinkorganischer Verbindungen mit Wasserdampf erzeugt werden. Möglich ist es auch, die TCO- Elektrodenschichten durch Sputtern von Zinkoxidtargets in inerter Atmosphäre oder durch Sputtern von Zinktargets in sauerstoffhaltiger Atmosphäre zu erzeugen.
Zur Herstellung der Diodenstrukturen wird amorphes Silizium in einem plasmagestützten CVD-Verfahren abgeschieden. Die Abscheidung kann im gleichen oder in einem anderen als dem Reaktor erfolgen, in dem auch die TCO-Schicht abgeschieden wurde. Im HF-Plasma wird dazu Silan SiH₄ zersetzt, dem zur Erzeugung einer p-Dotierung Diboran B₂H₆, zur Erzeugung einer n-Dotierung Phosphin PH₃ und zur Erzeugung einer den Bandab­ stand erhöhenden Dotierung entweder Methan CH₄, Ammoniak NH₃ oder Sauerstoff O₂ beigemengt werden. Eine solche den Band­ abstand erhöhende Dotierung ist nur in der Einzeldiode DO erforderlich, um dort ausschließlich den Blauanteil des einfallenden Lichtes zu absorbieren. In der Einzeldiode ist zumindest die Po und die i₀-Schicht zur Erhöhung des Bandab­ stands beispielsweise mit Kohlenstoff dotiert, sinnvoller­ weise jedoch auch die n-dotierte Schicht n₀. In der pinip- Stapelzelle soll nur die hinterste i-Schicht i₂ keinen Koh­ lenstoff enthalten. In den dazwischenliegenden Schichten (p₁, i₁, n₁) kann Kohlenstoff enthalten sein, jedoch weniger als in der Schicht i₀. Diese Dotierung kann zur Feinabstimmung der Empfindlichkeitsbereiche bzw. zur Farbtrennung erforder­ lich sein.
Die Schichtdicken der TCO-Schichten sind von der elektrischen Leitfähigkeit des verwendeten TCO-Materials abhängig. Übli­ cherweise ist eine Schichtdicke von 0,5 bis 1,5 µm ausrei­ chend, um einen sicheren Betrieb der Sensoranordnung zu gewährleisten. Die p-Schicht P₀ und die n-Schicht n₀ der Einzeldiode werden so dünn wie möglich ausgeführt und besit­ zen eine Schichtdicke von ca. 5 bis 30 nm. Die Schichtdicke der i-Schicht i₀ muß so groß sein, daß sie den Blauanteil bis zu einer Wellenlänge von ca. 480 nm aus dem Spektrum des einfallenden Lichtes ausfiltern kann. Eine ausreichende Schichtdicke wird ab 20 nm erhalten und beträgt maximal 100 nm.
Die p-Schichten der Stapeldiode sind wieder so dünn wie möglich ausgeführt und jeweils ca. 5 bis 20 nm dick. Die erste i-Schicht i₁ wird dünner ausgeführt als die i-Schicht i₀ der Einzeldiode und ist zum Beispiel ca. 30 bis 80 nm dick. Sofern diese Schicht eine leichte C-Dotierung aufweist, kann die Schichtdicke höher gewählt werden. Die mittlere n- Schicht n₁ ist ebenfalls etwas dicker als die übrigen dotierten Schichten, da sie zwei Raumladungszonen (für die beiden Teildioden) ausbilden muß und weist eine Dicke von ca. 20 bis 200 nm auf.
Die angegebenen Schichtdicken sind ausreichend, um bis zum Ende der mittleren n-Schicht n₁ aus dem Spektrum des einfal­ lenden Lichtes den Anteil bis ca. 580 nm herauszufiltern.
Die hintere i-Schicht i₂ kann dicker sein, um das bis dahin noch nicht absorbierte Licht vollständig zu absorbieren. Dafür ist eine Schichtdicke von ca. 120 bis 300 nm ausrei­ chend.
Die angegebenen Schichtdicken und Dotierungen sind auf das Ausführungsbeispiel zugeschnitten und sorgen dafür, daß das Licht der jeweiligen Farbe in den dafür vorgesehenen i- Schichten der Teil- bzw. Einzeldioden absorbiert wird und dort als Photostrom nachgewiesen werden kann. Wird eine im Rahmen der Erfindung liegende andere Anordnung von Einzel- und Stapeldiode und/oder ein anderer Aufbau von Einzel- und/oder Stapeldiode gewählt, müssen die Schichtdicken entsprechend angepaßt werden, um die richtige Filterwirkung zu erreichen.
Fig. 2 stellt ein Ersatzschaltbild für den in Fig. 1 darge­ stellten Schichtaufbau bzw. Farbsensor dar. Die elektrischen Kontakte 1, 2 und 3 sind mit den entsprechenden Elektroden­ schichten E1, E2 und E3 verbunden. Die Stapeldiode ist durch zwei gegeneinander in Serie geschaltete Teildioden D₁ und D₂ dargestellt.
Zum Auslesen der Einzeldiode D₀ zwischen den Anschlüssen 1 und 2 ist kein Potentialgefälle erforderlich. Eine höhere Empfindlichkeit der Photoströme wird jedoch erzielt, wenn die Einzeldiode D₀ in Sperrichtung vorgepolt wird.
Eine unabhängige Ansteuerung von Einzeldiode D₀ und Stapeldi­ ode wird erreicht, wenn der Anschluß 2 auf gemeinsames Potential gelegt wird. Die Ansteuerung der Stapeldiode kann dann unabhängig von der Einzeldiode D₀ über den Anschluß 3 erfolgen.
In der Stapeldiode sind die zwei Teildioden D₁ und D₂ gegen­ einander geschaltet. Beim Fließen eines Stroms zwischen den Anschlüssen 2 und 3 wird daher stets eine Teildiode in Vor­ wärtsrichtung durchflossen und fungiert dabei als ohmscher Widerstand, während die andere Teildiode in der Richtung des Photostroms, also in Sperrichtung durchflossen wird. Bei Anlegen einer Spannung an den Anschluß 3 fließt also nur dann ein Photostrom, wenn Licht in der Teildiode absorbiert wird, die in Sperrichtung gepolt ist.
Beim Anlegen eines negativen Potentials von beispielsweise -2 Volt an den Anschluß 3 ist die hintere Teildiode D₂ in Sperrich­ tung vorgepolt. Ein Photostrom fließt nur dann, wenn Licht in dieser hinteren Teildiode D₂ absorbiert wird. Auf­ grund der Filterwirkung der davorliegenden Einzeldiode D₀ und der Teildiode D₁ ist dies überwiegend rotes Licht (λ < 580 nm). Beim Anlegen eines positiven Potentials von beispiels­ weise + 2 Volt an den Anschluß 3 ist die Teildiode D₂ in Vorwärtsrichtung gepolt. Ein Photostrom kann nur gemessen werden, wenn Licht in der Teildiode D₁ absorbiert wird. Aufgrund der Filterwirkung der Einzeldiode besitzt dieses Licht eine Wellenlänge λ < 480 nm.
In der Fig. 3 sind die Photoströme in Abhängigkeit von der eingestrahlten Wellenlänge λ dargestellt, die beim Anlegen eines Potentials + 2 Volt (Kurve A) bzw. - 2 Volt (Kurve B) an den Anschluß 3 gemessen werden. Aus der Figur wird klar, daß die Empfindlichkeitsmaxima der beiden Kurven gut getrennt bei Wellenlängen von ca. 520 und 620 nm liegen. Dies erlaubt eine deutliche Unterscheidung zwischen den Farben Rot und Grün.
Fig. 4 zeigt nochmals die in Abhängigkeit von der einge­ strahlten Wellenlänge gemessenen Photoströme des gesamten Bauelements gemäß dem Ausführungsbeispiel, wobei nur die absolute Größe der Photoströme in relativen Einheiten aufge­ tragen ist. Dabei ist die gemessene Stromkurve B identisch aus der Fig. 3 übernommen, während die Kurve A′ der ins Positive gespiegelten Kurve A aus Fig. 3 zuzuordnen ist. Die Höhe des in der Einzeldiode D₀ zwischen den Anschlüssen 1 und 2 gemessenen Photostroms ist durch die Kurve C dargestellt. Dabei zeigt sich, daß das Empfindlichkeitsmaximum der Einzel­ diode D₀ bei ca. 380 nm liegt, der deutlich vom Empfindlich­ keitsmaximum der beiden Teildioden D₁ und D₂ abgesetzt ist. Somit gelingt eine klare Unterscheidung der drei Farben Blau, Grün und Rot.
Zur einfachen Kontaktierung der Elektrodenschichten E1 bis E3 ist eine Strukturierung des in Fig. 1 dargestellten Schicht­ aufbaus erforderlich. Durch geeignet gesetzte Schnitte in den Schichtaufbau vor bzw. nach dem Abscheiden von Schichten werden die beiden unteren Elektrodenschichten E1 und E2 elektrisch leitend mit Anschlußbereichen an der Oberfläche verbunden, die ein einfaches Anbringen der Kontakte 1 bis 3 ermöglichen.
In Fig. 5 ist das Ergebnis einer solchen beispielhaft vorge­ nommenen Strukturierung dargestellt. Aufgrund des transparen­ ten Glassubstrats kann die Strukturierung in einfacher Weise mittels Lasereinstrahlung durch das Substrat hindurch erfol­ gen. Bei geeigneter Wahl der Laserparameter bezüglich Wellen­ länge, Pulsfrequenz und Pulsdauer gelingt es, die Laserener­ gie durch die transparenten TCO-Schichten hindurch so in das amorphe Silizium einzukoppeln, daß die bestrahlten Bereiche der Halbleiterschicht von der transparenten Unterlage abge­ sprengt werden. Die Energie ist ausreichend, auch darüber­ liegende Schichtbereiche mit abzuheben, so daß durchgehende bis auf die TCO-Schicht E1 reichende Schnitte im Schichtauf­ bau erzeugt werden können.
Für die in Fig. 5 dargestellte Strukturierung eines einzel­ nen Sensorelements sind dafür nur vier Strukturierungs­ schritte #1 bis #4 erforderlich. Während die Strukturierungs­ schritte #2 bis #4 nach dem eben beschriebenen und beispiels­ weise aus EP-A 536 431 bekannten Verfahren durchgeführt werden können, ist für die Strukturierung der transparenten Elektrodenschicht E1 ein anderes Verfahren erforderlich, beispielsweise eine direkte Laserbestrahlung oder ein mecha­ nisches Verfahren. Der Strukturierungsschritt #2 wird nach der Abscheidung der Einzeldiode D₀ durchgeführt. Danach werden die zweite Elektrodenschicht E2 und die Stapeldiode abgeschieden, bevor der Strukturierungsschritt #3 durchge­ führt wird. Auch hier wird der bis dahin erzeugte Schichtauf­ bau bis zur Grenzfläche zwischen erster Elektrodenschicht E1 und erster Halbleiterschicht p₀ der Einzeldiode im Bereich der Strukturierungslinie #3 abgehoben. Danach erfolgt das Aufbringen der Rückelektrode E3, welche wiederum eine TCO- oder eine Metallschicht sein kann. Mit dem letzten Struktu­ rierungsschritt #4 werden schließlich die Anschlußbereiche für die elektrischen Anschlüsse 1 bis 3 aufgetrennt. Durch geeignete Anordnung der Strukturierungslinien #1 bis #4 lassen sich auf diese Weise eine Vielzahl gleichartiger Einzelsensoren nebeneinander auf dem Substrat erzeugen, die zusammen ein Sensorarray darstellen.
Fig. 6 zeigt in schematischer Darstellung eine Struktu­ rierungsmöglichkeit für eine Sensoranordnung, die direkt über einem integrierten Bauelement (ASIC) abgeschieden wurde. Da für diese Anordnung die elektrischen Anschlüsse nach unten zum ASIC geführt werden müssen und eine Strukturierung durch das Substrat (ASIC) hier nicht möglich ist, muß die (hier nicht näher beschriebene) Strukturierung mit anderen Methoden und mit anderer Anordnung der Strukturierungslinien erfolgen.
Als Strukturierungsverfahren bieten sich dabei Abhebetechni­ ken (lift off-Verfahren) und photolithographische Verfahren an. Bei dem in der Fig. 6 dargestellten Einzelsensor ist die Rückelektrodenschicht E1 über den Anschlußbereich AB1, die mittlere Elektrodenschicht E2 über den Anschlußbereich AB2 und die untere Elektrodenschicht E3 direkt mit der in das Bauelement BE (ASIC) integrierten Ansteuer- und Ausleseschal­ tung AS verbunden. Die Schichtreihenfolge über dem Substrat ist dabei gegenüber dem vorher beschriebenen Aufbau ver­ tauscht. Für die Erzeugung der Schichten gilt daher die umgekehrte Reihenfolge. Die Schaltung AS ermöglicht die Belegung der Elektrodenschichten mit den gewünschten Poten­ tialen, das Messen gegebenenfalls fließender Photoströme, wahlweise die Zuordnung der gemessenen Photoströme zu den entsprechenden Farben und die Ausgabe des Meßergebnisses.
Eine solche Sensoranordnung, die ein Bauelement BE mit einer Vielzahl darauf aufgebrachter bzw. durch Strukturieren ge­ trennter Einzelsensoren umfaßt, kann ein einfallendes Licht­ signal in eine zweidimensionale Ortsinformation und eine nach drei Farben sortierte Farbinformation aufgespalten werden.
Eine mögliche Anwendung für einen solchen Sensor ergibt sich bei der Röntgendiagnostik, beispielsweise in der Medizintech­ nik. Dabei wird die zu messende Röntgenstrahlung mittels Leuchtstoffen in sichtbares Licht umgewandelt, welches mit dem erfindungsgemäßen Farbsensor nachgewiesen werden kann. Unterschiedliche Leuchtstoffe können dabei unterschiedlich gefärbtes sichtbares Licht erzeugen, welches mit dem erfin­ dungsgemäßen Farbsensor nachgewiesen werden kann.

Claims (9)

1. Sensor-Anordnung zu Detektion von Licht in drei unter­ schiedlichen Wellenlängenbereichen
  • - mit einer beidseitig mit Elektrodenschichten (E2, E3) versehenen Stapeldiode aus zwei invertiert hintereinandere geschalteten Teildioden (D₁, D₂), die aus amorphem Silizi­ um (a-Si:H) besteht und pinip oder nipin Aufbau aufweist
  • - mit einer beidseitig mit Elektrodenschichten (E1, E2) versehenen Einzeldiode (D) aus a-Si:H mit pin oder nip Aufbau
  • - mit zumindest drei elektrischen Anschlüssen (1, 2, 3) zum voneinander unabhängigen Ansteuern von Stapel- und Einzel­ diode
  • - bei der die Stapeldiode und die Einzeldiode optisch in Serie angeordnet sind
  • - bei der zumindest die der Lichteinfallsseite zugewandte vordere und die zwischen der Stapeldiode und der Einzeldi­ ode (D₀) angeordnete(n) Elektrodenschicht(en) aus transpa­ rentem leitfähigen Oxid (TCO) bestehen
  • - bei der der Bandabstand der Teil- oder Einzeldiode am höchsten ist, die der Lichteinfallsseite am nächsten gele­ gen ist.
2. Sensor-Anordnung nach Anspruch 1, bei der die Stapeldiode einen pinip Aufbau und die Einzeldi­ ode (D₀) einen pin Aufbau aufweist.
3. Sensor-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Blauempfindlichkeit der der Lichteinfallsseite am nächsten gelegenen Teil- oder Einzeldiode durch eine den Bandabstand erweiternde Dotierung mit Kohlenstoff, Stickstoff oder Sauerstoff erhöht ist.
4. Sensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Einzeldiode (D₀) und die Stapeldiode direkt über­ einander angeordnet sind und eine gemeinsame dazwischen liegende Elektrodenschicht (E2) aufweisen.
5. Sensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die zumindest drei elektrischen Anschlüsse (1, 2, 3) mit einer Steuerschaltung (AS) verbunden sind, die eine zeitlich wechselnde Belegung der Anschlüsse mit unterschied­ lichen Potentialen erlaubt.
6. Sensor-Anordnung nach Anspruch 5, die direkt auf einem elektronischen Bauelement (BE) aufge­ bracht ist, in das eine Auswerteschaltung und die Steuer­ schaltung (AS) integriert sind.
7. Sensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus einer Mehrzahl gleichartiger Einzelsensoren, die zu einem Sensorarray oder einer Sensorzeile angeordnet sind.
8. Verfahren zum Betrieb der Sensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
  • - bei dem eine Sensor-Anordnung verwendet wird mit folgendem Aufbau: erste vordere TCO-Elektrodenschicht/Einzeldiode mit C-dotierter i-Schicht /zweite TCO-Elektroden­ schicht/pinip Stapeldiode/Rückelektrode,
  • - bei dem die Einzeldiode mit einer Sperrspannung von 0 bis 10 V beaufschlagt wird und ein (in Sperrichtung fließen­ der) Photostrom der Farbe Blau zugeordnet wird
  • - bei dem die zweite TCO-Elektrodenschicht geerdet wird
  • - bei dem die Rückelektrode einmal mit negativem Potential von -1 bis -10 V beaufschlagt wird und ein gemessener Pho­ tostrom der Farbe Rot zugeordnet wird und
  • - bei dem die Rückelektrode ein weiteres mal mit positivem Potential von 1 bis 10 V beaufschlagt wird und ein gemes­ sener Photostrom der Farbe Grün zugeordnet wird.
9. Verwendung der Sensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Strahlendetektor zum Nachweis von durch hoche­ nergetische Strahlung in Leuchtstoffen erzeugtem Licht unter­ schiedlicher Farbe.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0797255A2 (de) * 1996-03-19 1997-09-24 HE HOLDINGS, INC. dba HUGHES ELECTRONICS Detektor für zwei spektrale Bänder (LWIR, MWIR)
EP0797256A2 (de) * 1996-03-19 1997-09-24 HE HOLDINGS, INC. dba HUGHES ELECTRONICS Drei- oder Vier-Band-multispektrale Strukturen mit zwei gleichzeitigen Ausgangssignalen
DE19737561C1 (de) * 1997-08-28 1999-04-15 Forschungszentrum Juelich Gmbh Mehrfarbensensor
EP1050907A3 (de) * 1999-05-03 2001-12-19 Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) Photosensorstruktur
DE10224227A1 (de) * 2002-05-31 2003-12-18 Siemens Ag Röntgendetektor und Verfahren zum Nachweis von Röntgenstrahlung
CN113948604A (zh) * 2021-10-18 2022-01-18 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种三维结构高增益AlGaN日盲紫外探测器及其制备方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0797255A2 (de) * 1996-03-19 1997-09-24 HE HOLDINGS, INC. dba HUGHES ELECTRONICS Detektor für zwei spektrale Bänder (LWIR, MWIR)
EP0797256A2 (de) * 1996-03-19 1997-09-24 HE HOLDINGS, INC. dba HUGHES ELECTRONICS Drei- oder Vier-Band-multispektrale Strukturen mit zwei gleichzeitigen Ausgangssignalen
EP0797255A3 (de) * 1996-03-19 1998-07-29 HE HOLDINGS, INC. dba HUGHES ELECTRONICS Detektor für zwei spektrale Bänder (LWIR, MWIR)
EP0797256A3 (de) * 1996-03-19 1998-08-05 HE HOLDINGS, INC. dba HUGHES ELECTRONICS Drei- oder Vier-Band-multispektrale Strukturen mit zwei gleichzeitigen Ausgangssignalen
DE19737561C1 (de) * 1997-08-28 1999-04-15 Forschungszentrum Juelich Gmbh Mehrfarbensensor
EP1050907A3 (de) * 1999-05-03 2001-12-19 Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) Photosensorstruktur
DE10224227A1 (de) * 2002-05-31 2003-12-18 Siemens Ag Röntgendetektor und Verfahren zum Nachweis von Röntgenstrahlung
CN113948604A (zh) * 2021-10-18 2022-01-18 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种三维结构高增益AlGaN日盲紫外探测器及其制备方法
CN113948604B (zh) * 2021-10-18 2024-05-17 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种三维结构高增益AlGaN日盲紫外探测器及其制备方法

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