光电传感元件制造技术

一种光电传感元件，具有： 特定导电类型的第一半导体层和不同的半导体类型或金属导电类型的第二层； 位于两个层之间的跃迁区域； 位于辐射侧的至少一个表面区域，通过此表面区域，要探测的电磁辐射可以透入跃迁区域；和 两个电极，每一电极具有一个接触点，用于将两个层连接至一个电路； 其特征在于：两个层（２，３）的接触点（１０ａ，１１ａ）被安装在元件（１）的一个表面（７，７’）上，此表面与位于辐射侧的表面区域（６，６’）是相对置的。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分的一种光电传感元件。光电传感元件是辐射接收器，其将电磁辐射能量(光子)转换为电信号，并且在测量
是很重要的。例如，在诸如(差值型或绝对型的)长度和角度测量系统之类的位置测量系统中，几个辐射接收器(尤其是光电元件)被安装在一个栅结构后面。这种类型的辐射接收器通常被设计成阻挡层光电探测器。它们包含PN、PIN、MS或MOS跃迁(转换)(transition)，其中，电磁辐射转换为电信号是借助于光垒(photo barrier)层效应实现的。为了能够测量和评价电信号，辐射接收器必须设有电接触体，并且被连接至合适的电路。与电路的这种结合通常是在一个导电板(conductor plate)上进行的。因此，辐射接收器最好设计成SMD元件(表面安装器件)。一种用于电子元件的焊接连接器可以从欧洲专利EP0464232B1中获知。这可用于将几个光电元件安装至一个电路。光电元件是(例如)通过形成接触面的金属化的后侧被固定至一个导电板上。焊接连接器具有若干焊接桥，并且起到将安装在光电元件的前侧的第二接触体连接至导电板的对应导电盘片(panels)的作用。焊接桥具有理想的断点和弯曲边缘，于是，所希望的电路的制造变得更容易。但是，由于导电板上的空间条件的限制，尽管有这些措施，焊接连接的形成仍然常常是困难的。一种用于连接位于一个支承部件上的光电元件的方法还可从德国专利申请DE4228274A1中获知。布置在元件的远离支承部件的侧面上的光电元件的接触体由此通过安装在一个塑料底层上的导电盘片，连接至支承部件的与元件邻近的连接面上。当采用这种工艺时，对导电板上的元件的空间要求因导电盘片包括塑料支承体所要求的附加空间而增大。从欧洲专利申请EP0452588A中可获知一种太阳能电池及其制造方法。这种太阳能电池具有一个p型导电层和一个n型导电层，它们安置在一个半导体衬底上并且形成PN跃迁。p型导电层和n型导电层的电极以如此方式设置在衬底的一侧上，即，使相邻太阳能电池的电连接更容易。从美国专利USA4897123中还可获知一种太阳能电池及其制造方法，其中一个p型导电层和一个n型导电层安置在一个半导体衬底上并且形成PN跃迁。这种太阳能电池也具有如下特征p型导电层和n型导电层的电极设置在衬底的一侧上。本专利技术的目的是要提供一种已经提及的类型的光电传感元件，以使元件与位于一个导电板或类似装置上的电路可以形成最容易的可能的紧凑连接。按照本专利技术，这是通过权利要求1的特征实现的。本专利技术是基于这样的知识如果一个光电传感元件及其电极如此设计，即，两个电极的接触点可以安装在元件的一个表面(后表面)上，那么该元件与位于一个导电板上的一个电路的连接就可大大简化。这种类型的元件可以通过其后表面被安装至具有合适的接触面的导电板，而不需要附加的连线或其它连接部件。该光电元件可以包括例如n型的第一半导体层，在此半导体层上安置p型的第二半导体层。在两个层之间形成一个空间充电(电荷)区域(spacecharging zone)，作为跃迁区域(阻挡层)，其中，入射的辐射是通过产生光电流而被吸收的。不过，PIN跃迁也是可能的，在这种情况下，在第一和第二导电类型的两个半导体层之间安置有一个半导体中心层，作为阻挡层。在第一半导体层上设置一个薄的金属层同样是可能的，这样就形成了肖特基跃迁。如果在第一半导体层与第二金属层之间另设一个氧化物层，那么就形成了MOS跃迁。这些元件还适合于探测电磁辐射并实现本专利技术的技术解决方案。应当指出的是，这里的术语跃迁或跃迁区域是指一个光电元件的区域，在此区域中，通过光电效应，光能可以转换为电信号。此术语被用作术语阻挡层、空间充电区域和p-n跃迁等的上位术语，并且总是指半导体元件的其中能够将吸收的辐射转换为电信号的总体区域。因此，与阻挡层邻接的区域也被包含在其中，例如从这些区域，所产生的充电的载流子可在其有效寿命内扩散至电场区域，在电场区域中电子与空穴分离。位于辐射侧的一个表面区域是指由第一和第二层以及跃迁层组成的元件的芯(core)的一个表面，通过这个表面，要探测的辐射可以透入跃迁区域，并且当采用该元件作为传感器时，这个表面对准要探测的辐射。因此，在较宽的意义上讲，它不绝对是元件的一个表面(还包括抗反射层、结构(structuring)绝缘层和类似层)；例如一个抗反射层仍可设置在位于辐射侧的表面区域上。于是，入射的辐射到达跃迁区域达到最大可能的程度，两个层中的至少一个(例如第二层，它或者是半导体的或者是金属的)要比要探测的辐射在相应材料中的穿透深度薄。另一层通常做得较厚，以保证元件的稳定。元件在工作时是如此定位的较薄的第二层面对要探测的辐射。辐射穿过较厚的第一层到达跃迁区域的实施方式也是可能的。由于较厚的第一层的稳定，该传感元件通常实质上仅仅由两个层组成，在这两个层之间形成跃迁区域；这仍可包括一个抗反射层和薄的绝缘层，它们的作用是例如构成元件的一个表面。然而，对于形成跃迁区域的两个有源层而言，省去作为支承部件的衬底是可能的。在本专利技术的一个优选实施例中，元件的辐射侧表面区域是至少部分地穿过第二层形成的，其中，至少一个导电连接部件(掺杂的半导体或金属)从第二层延伸至元件的与辐射侧表面区域相对置的表面，并且在此通过一个电极与对应于第二层的接触点电连接。辐射侧的表面区域至少部分地穿过第二层形成这个特征并不绝对地意味着元件与第二层结合；它仅仅涉及由第一和第二层以及跃迁区域组成的元件芯的一个表面。进一步的配套(completing)层诸如抗反射层仍可以布置在此上。第二层和连接部件均可以由此制成半导体型的；于是它们必须具有相同的导电类型(均为p型或n型掺杂的)。如果半导体连接部件在第二层与其电极之间形成单一的导电连接并且由此延伸穿过元件本身，本专利技术的上述实施例将允许获得一个特别简单的传感元件结构。不过，除了半导体连接部件之外，也可以设置一个金属连接部件。由于当靠近带有电极的元件的表面(即与第二层相对置)制造半导体连接部件时，在电子结构中常常产生缺陷，因此，采用一个相同导电类型的附加半导体区域围绕半导体连接部件是有益的。这种附加的半导体区域可以例如通过离子注入或扩散工艺形成，并且允许第二半导体层与其安装在元件的另一侧上的电极良好接触。附加的半导体区域最好具有这样的尺寸，即，在靠近元件的后表面处它覆盖连接部件的容易击穿的整个边缘区域。其与连接部件的延伸方向平行的扩展量通常约为0.6μm。为了减小这样一个组件的电阻，即，其中第二层由一个导电连接部件连接至位于元件的另一侧上的一个电极，可以在元件中设置若干(平行延伸的)连接部件。在上面描述的本专利技术的实施例的一个优选变换方式中，元件的辐射侧表面区域至少部分地由第二层的一个表面形成，其中，至少一个通道从第二层延伸至元件的与辐射侧表面区域相对置的表面，并且其中元件的完全包围通道的一个区域(作为连接部件)具有与第二层相同的导电类型。第二层的电极由此可以被置于元件的后侧，并邻近第一层的电极。通道最好形成为柱形，并且形成围绕此空心柱形的区域，通道具有10-150μm的直径。围绕通道的区域的厚度最好在3-10μm之间。在第一和第二层均制成半导体型的情况下，这个实施例是特别有益的。相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光电传感元件，具有特定导电类型的第一半导体层和不同的半导体类型或金属导电类型的第二层；位于两个层之间的跃迁区域；位于辐射侧的至少一个表面区域，通过此表面区域，要探测的电磁辐射可以透入跃迁区域；和两个电极，每一电极具有一个接触点，用于将两个层连接至一个电路；其特征在于两个层(2，3)的接触点(10a，11a)被安装在元件(1)的一个表面(7，7’)上，此表面与位于辐射侧的表面区域(6，6’)是相对置的。2.根据权利要求1的元件，其特征在于第二层(3)形成半导体型的，并且，第一半导体层(2)的导电类型为n型，第二半导体层(3)的导电类型为p型。3.根据权利要求1的元件，其特征在于第二层(3)是金属导电类型的，并且一个氧化物层在第一层(2)与第二层(3)之间延伸。4.根据权利要求1-3之一的元件，其特征在于第二层(3)的厚度(d)小于要探测的辐射的穿透深度，并且，位于辐射侧的表面区域(6)至少部分地由第二层(3)形成。5.根据权利要求4的元件，其特征在于至少一个导电连接部件(22，25，30，41)从第二层(3)延伸至元件(1)的与辐射侧表面区域(6)相对置的表面(7)，并且在此与第二层(3)的一个接触点(11a)电连接。6.根据权利要求5的元件，其特征在于第二层(3)和连接部件(22，25)形成半导体型的，并且具有相同的导电类型。7.根据权利要求6的元件，其特征在于半导体连接部件(22，25)在第二层(3)与其电极(11)之间形成单一的电连接。8.根据权利要求6或7的元件，其特征在于半导体连接部件(22，25)在其端部由一个相同导电类型的附加半导体区域(24，27)包围，所述端部与辐射侧表面区域(6)相对置。9.根据权利要求4-8之一的元件，其特征在于在元件(1)中，若干个导电连接部件(22，25)从第二层(3)延伸至元件(1)的与辐射侧表面区域(6)相对置的表面(7)。10.根据权利要求4-9之一的元件，其特征在于至少一个通道(21)从第二层(3)延伸至元件(1)的与辐射侧表面区域(6)相对置的表面(7)，并且，元件(1)的包围通道(21)的一个区域(22)是与第二层(3)具有相同导电类型的。11.根据权利要求10的元件，其特征在于通道(21)形成为柱形，它具有10-150μm的直径，并且由一个空心的柱形区域(22)包围，区域(22)具有第二层(3)的导电类型。12.根据权利要求4-9之一的元件，其特征在于至少一个半导体沟道(25)从第二层(3)延伸至元件(1)的与辐射侧表面区域(6)相对置的表面(7)，并且具有与第二层(3)相同的导电类型。13.根据权利要求12的元件，其特征在于沟道(25)形成为柱形沟道，并具有10-150μm的直径。14.根据权利要求13的元件，其特征在于沟道(25)具有30-80μm的直径。15.根据前述权利要求之一的元件，其特征在于一个金属连接部件(30)从第二层(3)延伸至元件(1)的与...

【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔曼·豪夫鲍尔，伯恩德·克里格尔，彼德·斯皮克巴彻尔，马丁·乌里奇，鲁柏特·迪耶特尔，
申请(专利权)人：约汉斯·海登海因有限公司，硅传感器有限公司，
类型：发明
国别省市：