光电二极管器件及光电二极管探测器制造技术

技术编号:15644263 阅读:239 留言:0更新日期:2017-06-16 19:17
公开了光电二极管器件及光电二极管探测器。根据实施例,一种光电二极管器件可以包括:第一类型轻掺杂的半导体基板,包括彼此相对的第一表面和第二表面;设于半导体基板的第一表面上的第一类型重掺杂的第一电极区域;以及设于半导体基板的第二表面上的第二类型重掺杂的第二电极区域,其中,第一表面为光入射面。

【技术实现步骤摘要】
光电二极管器件及光电二极管探测器
本公开涉及光电探测器件,具体地,涉及具有改进性能的光电二极管器件及光电二极管探测器。
技术介绍
半导体光电二极管阵列通过入射光(例如,直接入射的光线,或者X射线在闪烁体中产生的可见光线)与半导体中原子发生电离反应,从而产生非平衡载流子来检测入射光的。衡量光电二极管阵列性能的参数包括分辨率、信噪比、读出速度、光响应以及像素间电荷串扰等。需要提供新的结构来改进光电二极管器件或光电二极管阵列的至少一部分性能。
技术实现思路
有鉴于此,本公开的目的至少部分地在于提供一种具有改进性能的光电二极管器件及光电二极管探测器。根据本公开的一个方面,提供了一种光电二极管器件,包括:第一类型轻掺杂的半导体基板,包括彼此相对的第一表面和第二表面;设于半导体基板的第一表面上的第一类型重掺杂的第一电极区域;以及设于半导体基板的第二表面上的第二类型重掺杂的第二电极区域,其中,第一表面为光入射面。根据本公开的另一方面,提供了一种光电二极管探测器,包括由多个上述光电二极管器件构成的阵列。根据本公开的实施例,能够至少部分地实现以下改进:在探测入射光时有效提高电荷收集时间,增强光电二极管阵列的光响应,降低像素间电荷串扰。附图说明通过以下参照附图对本公开实施例的描述,本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚,在附图中:图1A是示出了根据本公开实施例的光电二极管探测器的俯视图;图1B是示出了沿图1A所示的AA′线的截面图;图1C示出了在图1A所示的光电二极管探测器中的示意电场分布;图2A是示出了根据本公开另一实施例的光电二极管探测器的截面图;图2B示出了在图2A所示的光电二极管探测器中的示意电场分布;图2C是示出了在图2A所示的光电二极管探测器中可采用的伸出结构的示意俯视图;图3A是示出了根据本公开另一实施例的光电二极管探测器的截面图;图3B是示出了在图3A所示的光电二极管探测器中可采用的伸出结构的示意俯视图;图4A是示出了根据本公开另一实施例的光电二极管探测器的截面图;图4B是示出了在图4A所示的光电二极管探测器中可采用的伸出结构的示意俯视图;图5A是示出了根据本公开另一实施例的光电二极管探测器的截面图;图5B是示出了在图5A所示的光电二极管探测器中可采用的伸出结构的示意俯视图;图6A、图6B和图6C是示出了根据本公开不同实施例的具有沟槽型伸出结构的光电二极管探测器的截面图;图7是示出了根据本公开另一实施例的具有沟槽型伸出结构的光电二极管探测器的截面图;图8是示出了根据本公开另一实施例的具有光反射结构的光电二极管探测器的截面图;图9是示出了根据本公开另一实施例的具有伸长隔离部的光电二极管探测器的截面图;图10是示出了根据本公开另一实施例的在外周具有隔离部的光电二极管探测器的截面图;图11是示意性示出了根据本公开实施例的光电二极管探测器与常规技术的光电二极管探测器在光收集效率和光响应方面进行比较的曲线图;以及图12是示意性示出了根据本公开实施例的光电二极管探测器与常规技术的光电二极管探测器在电荷收集速度方面进行比较的曲线图。贯穿附图,相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件。具体实施方式以下,将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本公开的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本公开的概念。在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的,其中为了清楚表达的目的,放大了某些细节,并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的,实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差,并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。在本公开的上下文中,当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时,该层/元件可以直接位于该另一层/元件上,或者它们之间可以存在居中层/元件。另外,如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”,那么当调转朝向时,该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。图1A是示出了根据本公开实施例的光电二极管探测器的俯视图,且图1B是示出了沿图1A所示的AA′线的截面图。如图1A和1B所示,根据该实施例的光电二极管探测器100可以包括在半导体基板101上形成的多个光电二极管器件P,每个光电二极管器件P可以构成光电二极管探测器100的一个像素。半导体基板101可以包括各种合适的半导体材料,例如硅(Si)晶片,并包括彼此相对的两个表面:第一表面101-1S和第二表面101-2S。这两个表面可以基本上平行。两个表面之间的距离a(即,半导体基板101的厚度)可以为约50-300μm。半导体基板101可以掺杂为合适的导电类型,例如第一类型(例如,N型)。光电二极管器件P可以包括在第一表面101-1S上形成的第一电极区域103以及在第二表面101-2S上形成的第二电极区域105。在此,第二电极区域105可以被掺杂为与半导体基板101不同的导电类型,例如第二类型(例如,P型),从而与半导体基板101构成PN结。相应地,第一电极区域103可以掺杂为与半导体基板相同的导电类型,例如第一类型(例如,N型)。于是,在第一类型为N型且第二类型为P型的情况下,第一电极区域103构成光电二极管器件P的阴极,而第二电极区域105可以构成光电二极管器件P的阳极。根据本公开的实施例,第一电极区域103和第二电极区域105可以重掺杂。但是,半导体基板101可以轻掺杂,从而避免了两个重掺杂区域直接相邻,并因此可以抑制隧穿效应。例如,第一电极区域103的厚度可以为约0.3-3μm,第二电极区域105的厚度可以为约0.3-3μm,第一电极区域103与第二电极区域105之间的间距可以为约10-200μm。入射光可以从第一表面101-1S处入射到光电二极管器件P上。光电二极管器件P可以工作于反偏模式。此时,在像素中的光收集有源区(入射面101-1S附近的区域)附近可以形成反偏条件下较宽的空间电荷区。备选地,光电二极管器件P也可以工作于零偏模式。此时,在像素中的光收集有源区附近可以形成零偏条件下较窄的内建空间电荷区。可以在第一电极区域103和第二电极区域105处分别引出电极,以便施加偏压和/或读出信号。入射光可以在光收集有源区中与半导体基板101中的硅原子发生碰撞电离,从而产生电子-空穴对。电子可以在内建电场或外加偏置电场作用下,向第一电极区域103漂移或扩散,并最终被第一电极区域103收集。另外,空穴可以在内建电场或外加偏置电场作用下,向第二电极区域105漂移或扩散,并最终被第二电极区域105收集。可以从第二电极区域105读出电信号,并据此得到有关入射光的信息(例如,入射光的强度)。在此,第一电极区域103和/或第二电极区域105可以是半导体基板101上例如通过离子注入而形成的掺杂区,通过外延生长(在外延生长时可以原位掺杂)而形成的外延区,等等。本领域技术人员知道多种手段来在半导体基板的限定区域中/上形成一定类型的掺杂区。另外,在光电二极管探测器100中,各光电二极管器件P的第一电极区域103可以彼此连接从而形成一体。各光电二极管器件P的第二电极区域105可以本文档来自技高网...
光电二极管器件及光电二极管探测器

【技术保护点】
一种光电二极管器件,包括:第一类型轻掺杂的半导体基板,包括彼此相对的第一表面和第二表面;设于半导体基板的第一表面上的第一类型重掺杂的第一电极区域;以及设于半导体基板的第二表面上的第二类型重掺杂的第二电极区域,其中,第一表面为光入射面。

【技术特征摘要】
1.一种光电二极管器件,包括:第一类型轻掺杂的半导体基板,包括彼此相对的第一表面和第二表面;设于半导体基板的第一表面上的第一类型重掺杂的第一电极区域;以及设于半导体基板的第二表面上的第二类型重掺杂的第二电极区域,其中,第一表面为光入射面。2.根据权利要求1所述的光电二极管器件,还包括:与第二电极区域相连接且从第二电极区域向第一表面伸出的伸出结构,其中,所述伸出结构被第二类型重掺杂。3.根据权利要求2所述的光电二极管器件,其中,所述伸出结构包括:嵌入于在第二表面处形成且从第二表面向第一表面延伸的沟槽中的半导体材料。4.根据权利要求3所述的光电二极管器件,其中,所述沟槽的侧壁包括第二类型重掺杂的离子注入区。5.根据权利要求3所述的光电二极管器件,其中,所述沟槽延伸至第一电极区域处,嵌入于该沟槽中的半导体材料占据该沟槽的一部分深度,且该沟槽在第一表面一侧的端部还填充有光反射材料。6.根据权利要求2-5中任一项所述的光电二极管器件,其中,所述伸出结构基本上垂直于第二电极区域。7.根据权利要求2-6中任一项所述的光电二极管器件,其中,所述伸出结构至少部分地围绕第二电极区域的周边形成。8.根据权利要求7中任一项所述的光电二极管器件,其中,所述伸出结构包括沿第二电极区域的周边形成的环状围栏结构,或者包括沿第二电极区域的周边对向设置的一对伸出结构。9.根据权利要求7或8所述的光电二极管器件,还包括:在第二电极区域的周边内侧形成的一个或多个另外的伸出结构。10.根据权利要求9所述的光电二极管器件,其中,所述另外的伸出结构形成为至少部分地围绕第二电极区域的一部分。11.根据权利要求9所述的光电二极管器件,其中,所述伸出结构与所述另外的伸出结构一起形成格栅状。12.根据权利要求9-11中任一项所述的光电二极管器件,其中,所述伸出结构与所述另外的伸出结构具有基本上相同的延伸长...

【专利技术属性】
技术研发人员:张岚胡海帆曹雪朋李军
申请(专利权)人:同方威视技术股份有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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