DE102012109548B4 - Readout gate - Google Patents
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Abstract
Halbleiterbauelement (1,1') mit einem photoleitfähigen Halbleitersubstrat (2) und mindestens zwei Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5'),wobei die Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') eine Länge (LMG) aufweisen und in Längsrichtung parallel nebeneinander auf dem Substrat (2) angeordnet sind undwobei die Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') ausgestaltet sind zum Erzeugen und Variieren einer Potentialdifferenz (Umod) innerhalb des Substrats (2) zumindest zwischen Substratabschnitten, auf denen die Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') angeordnet sind,wobei das Halbleiterbauelement (1,1') so ausgestaltet ist, dass einfallende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise in einen Substratabschnitt zwischen und unterhalb der Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5') gelangen und dort Ladungsträger erzeugen kann,wobei das Halbleiterbauelement (1,1') mindestens zwei Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') aufweist,wobei die Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') eine Länge (LAG) aufweisen, die größer ist als ihre Breite (BAG), und in Längsrichtung parallel zu den Modulationsgates (3, 3', 4, 4', 5, 5'), die zwischen den Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') angeordnet sind, in einem Abstand (ΔAG) voneinander auf dem Substrat (2) angeordnet sind, wobei der Abstand (ΔAG) der Auslesegates voneinander die Kanallänge des Halbleiterbauelements bildet, undwobei die Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') zum Ansammeln von Ladungsträgern in dem Substrat (2) unterhalb der Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') und zum Leiten der angesammelten Ladungsträgern in Längsrichtung der Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') eingerichtet sind,wobei das Halbleiterbauelement (1,1') für jedes Auslesegate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') mindestens einen Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') aufweist undwobei der Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') an das Auslesegate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') angrenzend angeordnet und zum Auslesen der unterhalb des Auslesegates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') in dem Substrat (2) angesammelten Ladungsträger eingerichtet ist,wobei der minimale Abstand (Δmin) zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') größer als die halbe Kanallänge (ΔAG) ist.Semiconductor component (1,1') with a photoconductive semiconductor substrate (2) and at least two modulation gates (3, 3', 4, 4', 5, 5'),wherein the modulation gates (3, 3', 4, 4', 5, 5') have a length (LMG) and are arranged parallel to one another in the longitudinal direction on the substrate (2), andwherein the modulation gates (3, 3', 4, 4', 5, 5') are designed to generate and vary a potential difference (Umod) within the substrate (2) at least between substrate sections on which the modulation gates (3, 3', 4, 4', 5, 5') are arranged,wherein the semiconductor component (1,1') is designed such that incident electromagnetic radiation is at least partially directed into a substrate section between and below the modulation gates (3, 3', 4, 4', 5, 5') and can generate charge carriers there,wherein the semiconductor component (1,1') has at least two readout gates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72'),wherein the readout gates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') have a length (LAG) which is greater than their width (BAG), and in the longitudinal direction parallel to the modulation gates (3, 3', 4, 4', 5, 5') which are arranged between the readout gates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') are arranged at a distance (ΔAG) from one another on the substrate (2), wherein the distance (ΔAG) of the readout gates from one another forms the channel length of the semiconductor component, and wherein the readout gates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') are arranged for collecting charge carriers in the substrate (2) below the readout gates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') and for conducting the collected charge carriers in the longitudinal direction of the readout gates (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72'), wherein the semiconductor component (1,1') has at least one readout node (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') for each readout gate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72'), and wherein the readout node (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') is connected to the readout gate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') are arranged adjacent to one another and are designed to read out the charge carriers accumulated in the substrate (2) below the readout gate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72'), wherein the minimum distance (Δmin) between at least one point on the readout gate (6, 6', 61, 61', 62, 62', 7, 7', 71, 71', 72, 72') and the readout node (8, 8', 81, 81', 82, 82', 83, 83', 9, 9', 91, 91', 92, 92', 93, 93') is greater than half the channel length (ΔAG).
Description
Die vorliegende Erfindung betriff ein Halbleiterbauelement mit einem photoleitfähigen Halbleitersubstrat und mindestens zwei Modulationsgates, wobei die Modulationsgates eine Länge aufweisen und in Längsrichtung parallel nebeneinander auf dem Substrat angeordnet sind und wobei die Modulationsgates ausgestaltet sind zum Erzeugen und Variieren einer Potentialdifferenz innerhalb des Substrats zumindest zwischen Substratabschnitten, auf denen die Modulationsgates angeordnet sind, wobei das Halbleiterbauelement so ausgestaltet ist, dass einfallende elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise in einen Substratabschnitt zwischen und unterhalb der Modulationsgates gelangen und dort Ladungsträger erzeugen kann, wobei das Halbleiterbauelement mindestens zwei Auslesegates aufweist, wobei die Auslesegates eine Länge aufweisen, die größer ist als ihre Breite, und in Längsrichtung parallel zu den Modulationsgates, die zwischen den Auslesegates angeordnet sind, in einem Abstand voneinander auf dem Substrat angeordnet sind, wobei der Abstand die Kanallänge des Halbleiterbauelements bildet, und wobei die Auslesegates zum Ansammeln von Ladungsträgern in dem Substrat unterhalb der Auslesegates und zum Leiten der angesammelten Ladungsträgern in Längsrichtung der Auslesegates eingerichtet sind.The present invention relates to a semiconductor component with a photoconductive semiconductor substrate and at least two modulation gates, wherein the modulation gates have a length and are arranged parallel to one another in the longitudinal direction on the substrate, and wherein the modulation gates are designed to generate and vary a potential difference within the substrate at least between substrate sections on which the modulation gates are arranged, wherein the semiconductor component is designed such that incident electromagnetic radiation can at least partially reach a substrate section between and below the modulation gates and generate charge carriers there, wherein the semiconductor component has at least two readout gates, wherein the readout gates have a length that is greater than their width and are arranged on the substrate at a distance from one another in the longitudinal direction parallel to the modulation gates that are arranged between the readout gates, wherein the distance forms the channel length of the semiconductor component, and wherein the readout gates are designed to collect charge carriers in the substrate below the readout gates and to conduct the collected charge carriers in the longitudinal direction the readout gates are set up.
Ebenso betrifft die vorliegende Erfindung auch einen Detektor zur Entfernungsmessung sowie einen Sensor zur dreidimensionalen Bilderfassung.The present invention also relates to a detector for distance measurement and a sensor for three-dimensional image capture.
Derartige Halbleiterbauelemente mit einem photoleitfähigen Halbleitersubstrat sowie mindestens zwei Modulationsgates finden insbesondere Anwendung bei der Entfernungsmessung mittels Laufzeitmessung von elektromagnetischen Signalen. Hierbei wird aus der gemessenen Laufzeit eines elektromagnetischen Signals mit bekannter Ausbreitungsgeschwindigkeit, d.h. im Allgemeinen Lichtgeschwindigkeit, die von diesem Signal zurückgelegte Wegstrecke und mithin die Entfernung eines die Strahlung reflektierenden Objekts bestimmt. Zu diesem Zweck der Entfernungsmessung kommen derartige Halbleiterbauelemente insbesondere in entsprechenden Detektoren zum Einsatz. Für eine dreidimensionale Erfassung einzelner Objekte oder ganzer Umgebungsbereiche werden Sensoren zur dreidimensionalen Bilderfassung verwendet, die solche Detektoren zur Entfernungsmessung aufweisen.Such semiconductor components with a photoconductive semiconductor substrate and at least two modulation gates are used in particular for distance measurement by measuring the transit time of electromagnetic signals. The distance traveled by this signal and thus the distance of an object reflecting the radiation is determined from the measured transit time of an electromagnetic signal with a known propagation speed, i.e. generally the speed of light. For this purpose of distance measurement, such semiconductor components are used in particular in corresponding detectors. For three-dimensional detection of individual objects or entire environmental areas, sensors for three-dimensional image capture are used which have such detectors for distance measurement.
Aus der
Die Laufzeiterfassung eines elektromagnetischen Signals und damit eine Entfernungsmessung erfolgt mittels Erfassens von Amplitude und Phase des elektromagnetischen Signals. Ein solches allgemeines Verfahren zum Erfassens von Amplitude und Phase des elektromagnetischen Signals ist aus dem Stand der Technik, zum Beispiel aus der
Entscheidend für die Erfassung von Amplitude und Phase der intensitätsmodulierten Strahlung ist es, dass das an die Modulationsgates angelegte modulierte Spannungssignal als Referenzsignal phasenstarr mit der Intensitätsmodulation korreliert ist, die zuvor der zu detektierenden elektromagnetischen Strahlung aufgeprägt worden ist. Im Allgemeinen werden gleiche Frequenzen für das Spannungsmodulationssignal und das Intensitätsmodulationssignal gewählt, um die Auswertung zu vereinfachen. Dabei kann das Modulationssignal im Allgemeinen jede periodische, insbesondere beispielsweise eine sinus-förmige, oder quasi periodische Struktur aufweisen. Um ein maximales Potentialgefälle zwischen den beiden Modulationsgates hervorzurufen, weisen die Modulationssignale, mit denen die Modulationsgates beaufschlagt werden, vorzugsweise eine Phasenverschiebung von 180° zueinander auf. Somit wird über die Ausleseelektroden ein Spannungs- oder Stromsignal gemessen, das eine Funktion aus dem Produkt von erzeugter Ladungsträgeranzahl und Modulationsspannung ist. Mittels Differenzbildung zwischen den an den unterschiedlichen Ausleseelektroden gemessenen Signalen mittelt sich die unkorrelierte Hintergrundstrahlung statistisch heraus und das resultierende Differenzsignal ist im Wesentlichen sowohl zur Intensität der einfallenden intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlung proportional als auch zu deren Phasenverschiebung relativ zur Modulationsspannung. Bei bekannter Phasendifferenz zwischen Spannungsmodulationssignal und Intensitätsmodulationssignal kann die Phasenverschiebung ermittelt werden, die auf der von dem reflektierten Signal zurückgelegte Wegstrecke und der damit verbunden Laufzeit basiert. Bevorzugter Weise werden für eine schnelle und effiziente Auswertung der Amplituden- und Phaseninformation des einfallenden elektromagnetischen Signals mindestens zwei solcher Halbleiterbauelemente bzw. Photomischelemente verwendet, wobei die Modulationsspannungen an den Modulationsgates des zweiten Elements eine Phasenverschiebung von 90° zu den Modulationsspannungen des ersten Elements aufweisen.It is crucial for the detection of the amplitude and phase of the intensity-modulated radiation that the modulated voltage signal applied to the modulation gates is correlated as a reference signal in a phase-locked manner with the intensity modulation that was previously imposed on the electromagnetic radiation to be detected. In general, the same frequencies are selected for the voltage modulation signal and the intensity modulation signal in order to simplify the evaluation. The modulation signal can generally have any periodic, in particular in particular, for example, have a sinusoidal or quasi-periodic structure. In order to produce a maximum potential gradient between the two modulation gates, the modulation signals applied to the modulation gates preferably have a phase shift of 180° to one another. In this way, a voltage or current signal is measured via the readout electrodes, which is a function of the product of the number of charge carriers generated and the modulation voltage. By forming the difference between the signals measured at the different readout electrodes, the uncorrelated background radiation is statistically averaged out and the resulting difference signal is essentially proportional to both the intensity of the incident intensity-modulated electromagnetic radiation and its phase shift relative to the modulation voltage. If the phase difference between the voltage modulation signal and the intensity modulation signal is known, the phase shift can be determined, which is based on the distance traveled by the reflected signal and the associated propagation time. Preferably, at least two such semiconductor components or photomixing elements are used for a fast and efficient evaluation of the amplitude and phase information of the incident electromagnetic signal, wherein the modulation voltages at the modulation gates of the second element have a phase shift of 90° to the modulation voltages of the first element.
Für eine möglichst präzise Signalauswertung ist insbesondere eine hohe Ladungsträgerkonversionseffizienz wünschenswert, wobei die Ladungsträgerkonversionseffizienz den Spannungsanteil pro in einem photoempfindlichen Material erzeugtem Ladungsträger bezeichnet. Eine hohe Ladungsträgerkonversionseffizienz führt demnach zu einem großen Spannungssignal pro erzeugtem Ladungsträger und somit dazu, dass bereits eine geringe Anzahl an erzeugten Ladungsträgern zu einem Spannungssignal führt, das groß genug ist, durch die Ausleseelektronik erfasst und weiter verarbeitet zu werden.For the most precise signal evaluation possible, a high charge carrier conversion efficiency is particularly desirable, whereby the charge carrier conversion efficiency describes the voltage share per charge carrier generated in a photosensitive material. A high charge carrier conversion efficiency therefore leads to a large voltage signal per generated charge carrier and thus to the fact that even a small number of generated charge carriers leads to a voltage signal that is large enough to be detected and further processed by the readout electronics.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bekannte Halbleiterbauelemente der Eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, dass diese eine verbesserte Sensitivität und insbesondere eine erhöhte Ladungsträgerkonversionseffizienz aufweisen, und diese zum Zweck der Sensitivitätssteigerung insbesondere für Detektoren zur Entfernungsmessung und Sensoren zur dreidimensionalen Bilderfassung bereitzustellen.The present invention is based on the object of further developing known semiconductor components of the type mentioned at the outset in such a way that they have an improved sensitivity and in particular an increased charge carrier conversion efficiency, and of making these available for the purpose of increasing sensitivity, in particular for detectors for distance measurement and sensors for three-dimensional image capture.
Die vorliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Halbleiterbauelement für jedes Auslesegate mindestens einen Ausleseknoten aufweist, wobei der Ausleseknoten an das Auslesegate angrenzend angeordnet und zum Auslesen der unterhalb des Auslesegates in dem Substrat angesammelten Ladungsträger eingerichtet ist und wobei der minimale Abstand zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten größer als die halbe Kanallänge ist.The present object is achieved in that the semiconductor component has at least one readout node for each readout gate, wherein the readout node is arranged adjacent to the readout gate and is configured to read out the charge carriers accumulated in the substrate below the readout gate, and wherein the minimum distance between at least one point on the readout gate and the readout node closest to this point is greater than half the channel length.
Als Ausleseknoten können Elektroden oder Dioden und insbesondere pn-Dioden dienen, wobei das photoleitfähige Substrat beispielsweise aus p- oder n-dotiertem Silizium besteht. Es sind aber beispielsweise auch Metall-Halbleiterübergänge mit diodenartigen, nicht-ohmschen Kennlinien als Ausleseknoten denkbar. Es versteht sich, dass abhängig von der Substratdotierung sowohl Elektronen als auch Löcher als auszulesende Ladungsträger dienen können.Electrodes or diodes, and in particular pn diodes, can serve as readout nodes, with the photoconductive substrate consisting of p- or n-doped silicon, for example. However, metal-semiconductor junctions with diode-like, non-ohmic characteristics are also conceivable as readout nodes. It goes without saying that, depending on the substrate doping, both electrons and holes can serve as charge carriers to be read out.
Ein Gate im Sinne der vorliegenden Erfindung ist eine Struktur mittels derer ein Spannungssignal auf ein Halbleitersubstrat aufgebracht werden kann, ohne dass dabei ein Strom zwischen Gate und Halbleitersubstrat fließt.A gate in the sense of the present invention is a structure by means of which a voltage signal can be applied to a semiconductor substrate without a current flowing between the gate and the semiconductor substrate.
Im Folgenden meint ein streifenförmiges Gate eine Gatestruktur, die eine Länge aufweist, die größer ist als ihre Breite. Unter der Längsseite eines Gates ist eine Seite des Gates zu verstehen, die sich im Wesentlichen in Längsrichtung des Gates, d.h. entlang der Länge des Gates erstreckt. Unter einer Querseite eines Gates ist demgegenüber eine Seite des Gates zu verstehen, die sich im Wesentlichen in Querrichtung des Gates, d.h. entlang der Breite des Gates erstreckt. Bevorzugt werden, abhängig von der Pixelgröße, im Allgemeinen streifenförmige Gates, d.h. sowohl Modulationsgates als auch Auslesegates weisen jeweils eine Länge auf, welche größer ist als ihre Breite. Im Falle von sehr kleinen Pixeln kann aber auch aus Platzgründen eine Ausgestaltung der Modulationsgates vorteilhaft sein, bei der die Länge der Modulationsgates nicht größer als ihre Breite ist.In the following, a strip-shaped gate means a gate structure that has a length that is greater than its width. The long side of a gate is understood to mean a side of the gate that extends essentially in the longitudinal direction of the gate, i.e. along the length of the gate. A transverse side of a gate, on the other hand, is understood to mean a side of the gate that extends essentially in the transverse direction of the gate, i.e. along the width of the gate. Depending on the pixel size, strip-shaped gates are generally preferred, i.e. both modulation gates and readout gates each have a length that is greater than their width. In the case of very small pixels, however, a design of the modulation gates in which the length of the modulation gates is not greater than their width can also be advantageous for reasons of space.
Im Allgemeinen kann Photoladungsträger erzeugende elektromagnetische Strahlung sowohl auf die Substratoberseite, d.h. die Substratseite auf der die Modulations- und Auslesegates angeordnet sind, als auch auf die Substratunterseite, d.h. die der Substratoberseite gegenüberliegende Seite, einfallen. Im ersten Fall ist es von Vorteil, wenn es sich bei den Modulationsgates um Photogates handelt, sodass die einfallende elektromagnetische Strahlung durch die Modulationsgates hindurch in den Substratabschnitt zwischen und unterhalb derselben gelangt und dort Photoladungsträger erzeugt. Im zweiten Fall, d.h. bei einer rückwärtigen Beleuchtung, kann es sich bei den Modulationsgates auch um photoundurchlässige Gatestrukturen handeln. Entscheidend ist vielmehr, dass die Substratunterseite bzw. Substratrückseite zumindest nicht in dem den Modulationsgates gegenüberliegenden Abschnitt photoundurchlässig abgeschirmt ist.In general, electromagnetic radiation generating photocharge carriers can be incident both on the substrate top side, i.e. the substrate side on which the modulation and readout gates are arranged, and on the substrate bottom side, i.e. the side opposite the substrate top side. In the first case, it is advantageous if the modulation gates are photogates, so that the incident electromagnetic radiation passes through the modulation gates into the substrate section between and below them and generates photocharge carriers there. In the second case, i.e. in the case of backlighting, the modulation gates can also be It is more important that the substrate underside or backside is not shielded in a photo-opaque manner, at least in the section opposite the modulation gates.
Ein Photoladungsträger im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Ladungsträger, der in dem Halbleitersubstrat durch eine Wechselwirkung des Substrats mit Photonen erzeugt wurde und unter einem Photogate wird ein Gate verstanden, das für elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig bzw. transparent ist.A photocharge carrier in the sense of the present invention is a charge carrier that was generated in the semiconductor substrate by an interaction of the substrate with photons, and a photogate is understood to be a gate that is at least partially permeable or transparent to electromagnetic radiation.
Der maximale Abstand zwischen den Auslesegates des Halbleiterbauelements, d.h. der maximale Abstand senkrecht zur Längsrichtung der Auslesegates zwischen zwei einander zugewandten, vorzugsweise zueinander parallelen Seitenkante der Auslesegates, stellt die maximale Wegstrecke dar, die von Photoladungsträger infolge der Verschiebung durch die Modulationsspannung auf direktem Weg bis zum Erreichen des Substratabschnitts unterhalb eines Auslesegates zurücklegt werden muss, und wird mithin auch als Kanallänge bezeichnet.The maximum distance between the readout gates of the semiconductor component, i.e. the maximum distance perpendicular to the longitudinal direction of the readout gates between two facing, preferably parallel side edges of the readout gates, represents the maximum distance that photocharge carriers must travel directly until they reach the substrate section below a readout gate as a result of the displacement by the modulation voltage, and is therefore also referred to as the channel length.
Die Verwendung mindestens eines Ausleseknotens je Auslesegate, wobei der minimale Abstand zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten, d.h. der minimale Abstand zwischen dem gewählten Punkt und der Seitenkante des Ausleseknotens, größer als die halbe Kanallänge ist, erlaubt es gegenüber der Verwendung einer Mehrzahl diskreter in engem Abstand angeordneter Ausleseknoten die Gesamtfläche der Ausleseknoten deutlich zu verringern. Durch die Verringerung der Gesamtfläche der Ausleseknoten je Auslesegate sinkt zugleich auch deren Kapazität, die wiederum proportional zum Kehrwert der Ladungsträgerkonversionseffizienz ist. Mit anderen Worten ergibt sich aus einer Verringerung der Gesamtfläche der Ausleseknoten eine Erhöhung der Ladungsträgerkonversionseffizienz. Des Weiteren wird durch die Verringerung der Ausleseknotenfläche zugleich die Gefahr eines Übersprechens zwischen den Ausleseknoten und den Modulationsgates in Form von Dunkelströmen verringert. Mithin verringert sich die Gefahr einer Störung des Ausleseknotens und somit des erfassten Signals aufgrund starker Modulationssignale.The use of at least one readout node per readout gate, whereby the minimum distance between at least one point on the readout gate and the readout node closest to this point, i.e. the minimum distance between the selected point and the side edge of the readout node, is greater than half the channel length, makes it possible to significantly reduce the total area of the readout nodes compared to the use of a plurality of discrete readout nodes arranged at close distances. By reducing the total area of the readout nodes per readout gate, their capacitance also decreases, which in turn is proportional to the reciprocal of the charge carrier conversion efficiency. In other words, reducing the total area of the readout nodes results in an increase in the charge carrier conversion efficiency. Furthermore, reducing the readout node area also reduces the risk of crosstalk between the readout nodes and the modulation gates in the form of dark currents. This reduces the risk of interference with the readout node and thus the detected signal due to strong modulation signals.
Im Allgemeinen sind sowohl die Ausleseknoten als auch die Auslesegates auf der Oberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet und überdecken somit einen Teil der photoleitfähigen Fläche. Im Gegensatz zu den von den Modulationsgates überdeckten Substratabschnitten können die Substratabschnitte unterhalb der Ausleseknoten und Auslesegates, an denen keine Modulationsspannung anliegt, mit in ihnen erzeugten Photoladungsträgern nicht zum Nutzsignal beitragen, d.h. zu dem Signal, aus dem die Entfernungsinformationen gewonnen werden. Daher erweist es sich als vorteilhaft diese mit Abschirmelementen, beispielsweise im CMOS-Prozess durch eine Metallschicht, abzudunkeln, sodass keine elektromagnetische Strahlung durch die abgeschirmte Substratfläche einfallen kann und um so den Strahlungshintergrund abzusenken. Je geringer dabei die von den Ausleseknoten und Auslesegates überdeckte Halbleitersubstratfläche ist, desto größer ist die für die Erfassung des Nutzsignals zur Verfügung stehende Fläche. Im Allgemeinen tragen die Auslesegates, wenn sie mit einer konstanten Spannung beaufschlagt werden, unter anderem auch dazu bei, die Ausleseknoten gegen ein Übersprechen der Modulationsgates abzuschirmen. Bei kleinen Ausleseknotenflächen kann dann auch die Auslesegatefläche verringert werden, ohne die Übersprechschutzfunktion der Auslesegates nachteilig zu beeinflussen. Dies führt zu einer Vergrößerung des Füllfaktors, d.h. des Anteils am Halbleitersubstrat, der zum Erfassen des Nutzsignals genutzt werden kann.In general, both the readout nodes and the readout gates are arranged on the surface of the semiconductor substrate and thus cover part of the photoconductive surface. In contrast to the substrate sections covered by the modulation gates, the substrate sections below the readout nodes and readout gates, to which no modulation voltage is applied, cannot contribute to the useful signal with the photocharge carriers generated in them, i.e. to the signal from which the distance information is obtained. It is therefore advantageous to darken these with shielding elements, for example with a metal layer in the CMOS process, so that no electromagnetic radiation can penetrate through the shielded substrate surface and in order to reduce the radiation background. The smaller the semiconductor substrate area covered by the readout nodes and readout gates, the larger the area available for detecting the useful signal. In general, when the readout gates are subjected to a constant voltage, they also help to shield the readout nodes against crosstalk from the modulation gates. With small readout node areas, the readout gate area can also be reduced without adversely affecting the crosstalk protection function of the readout gates. This leads to an increase in the fill factor, i.e. the portion of the semiconductor substrate that can be used to capture the useful signal.
Eine Anordnung der Modulationsgates zwischen den Auslesegates führt dazu, dass die Modulationsgates infolge der angelegten Modulationsspannung zwischen den Auslesegates eine Potentialsperre in Form eines Potentialgefälles mit einem Potentialmaximum erzeugen. Dabei wird ein effektives Verschieben der Photoladungsträger durch die Modulationsspannungen ermöglicht und zugleich durch die Potentialbarriere ein Auslesen der erzeugten Photoladungsträger über das falsche Auslesegate verhindert, d.h. zu einem gegeben Zeitpunkt ein Auslesen über das Auslesegate auf Seiten des momentanen Potentialmaximums. Vielmehr kann sicher gestellt werden, dass die erzeugten Photoladungsträger über das richtige Auslesegate ausgelesen werden, d.h. zu einem gegeben Zeitpunkt über das Auslesegate auf Seiten des momentanen Potentialminimums. Insbesondere kann durch diese Anordnung auch sichergestellt werden, dass die Halbleitersubstratbereiche unterhalb der Auslesegates auf einem niedrigen Potential liegen als die Bereiche unterhalb der Modulationsgates und dass darüber hinaus das absolute Potentialminimum unterhalb der Ausleseknoten lokalisiert ist, was das Auslesen vereinfacht. Des Weiteren ist es bei dieser Anordnung möglich, auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat mehrere erfindungsgemäße Halbleiterbauelemente in Reihe nebeneinander in Form eines Arrays anzuordnen, wobei sich benachbarte Halbleiterbauelemente jeweils mindestens ein Auslesegate sowie die Ausleseknoten teilen, welche die unter diesem Auslesegate angesammelten Ladungsträger im Betrieb der Halbleiterbauelemente auslesen. Durch eine derartige Anordnung kann der Füllfaktor zusätzlich erhöht werden.An arrangement of the modulation gates between the readout gates means that the modulation gates generate a potential barrier in the form of a potential gradient with a potential maximum as a result of the applied modulation voltage between the readout gates. This enables the photocharge carriers to be effectively shifted by the modulation voltages and at the same time the potential barrier prevents the generated photocharge carriers from being read out via the wrong readout gate, i.e. at a given time via the readout gate on the side of the current potential maximum. Rather, it can be ensured that the generated photocharge carriers are read out via the correct readout gate, i.e. at a given time via the readout gate on the side of the current potential minimum. In particular, this arrangement can also ensure that the semiconductor substrate areas below the readout gates are at a lower potential than the areas below the modulation gates and that, in addition, the absolute potential minimum is located below the readout nodes, which simplifies reading out. Furthermore, with this arrangement it is possible to arrange several semiconductor components according to the invention in series next to one another in the form of an array on a common semiconductor substrate, with adjacent semiconductor components each sharing at least one readout gate and the readout nodes which read out the charge carriers accumulated under this readout gate during operation of the semiconductor components. The fill factor can be further increased by such an arrangement.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden der Füllfaktor und die Ladungsträgerkonversionseffizienz insbesondere dadurch gesteigert, dass die Länge der Auslesegates nicht mehr durch die Modulationsfrequenz beschränkt wird, wenn die Photoladungsträger mit Erreichen des Substratabschnitts unterhalb der Auslesegates als getrennt gelten, d.h. effektiv nicht mehr von der Modulationsspannung beeinflusst werden. Aufgrund dieser Unabhängigkeit müssen die Photoladungsträger nicht mehr innerhalb einer halben Periodendauer des Modulationssignals einen Ausleseknoten erreicht haben, um korrekt ausgelesen werden zu können. Mithin erlaubt dies die Auslesegates so auszugestalten, dass sie Punkte aufweisen, deren minimaler Abstand zum nächstliegenden Ausleseknoten größer als die halbe Kanallänge ist. Dabei ist im Allgemeinen bereits ein Ausleseknoten pro Auslesegate ausreichend im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten Anordnung mit einer Mehrzahl von eng beieinander angeordneten Ausleseknoten. Bei langgestreckten Auslesegates können auch mehr als ein Ausleseknoten vorgesehen sein, wobei allerdings die Abstände zwischen benachbarten Ausleseknoten im Falle schmaler Gates, d.h. Gates deren Breite wesentlich kleiner ist als die Kanallänge, mindestens zwei halbe Kanallängen, d.h. mindestens eine Kanallänge beträgt. Es wird dabei hier und im Folgenden allgemein bevorzugt, die Auslesegates möglichst schmal auszugestalten, sodass ihre Breite wesentlich kleiner ist als die Kanallänge.According to the present invention, the fill factor and the charge carrier conversion efficiency are increased in particular by the fact that the length of the readout gates is no longer limited by the modulation frequency when the photocharge carriers are considered to be separated when they reach the substrate section below the readout gates, i.e. are effectively no longer influenced by the modulation voltage. Due to this independence, the photocharge carriers no longer have to have reached a readout node within half a period of the modulation signal in order to be read out correctly. This therefore allows the readout gates to be designed in such a way that they have points whose minimum distance from the nearest readout node is greater than half the channel length. In general, one readout node per readout gate is sufficient, in contrast to the arrangement known from the prior art with a plurality of readout nodes arranged close together. In the case of elongated readout gates, more than one readout node can be provided, although the distances between adjacent readout nodes in the case of narrow gates, ie gates whose width is significantly smaller than the channel length, are at least two half channel lengths, ie at least one channel length. It is generally preferred here and in the following to design the readout gates as narrow as possible, so that their width is significantly smaller than the channel length.
Da wie bereits diskutiert die Fläche für einen Spannungsdurchgriff von den Modulationsgates auf die Ausleseknoten relativ klein ist, ist es auch vorstellbar, dass die Auslesegates ebenfalls mit einer modulierten Spannung beaufschlagt werden. In diesem Fall können die erzeugten Photoladungsträger bei geeigneter Wahl der Modulationsfrequenz sowie des Abstands zwischen den einzelnen Ausleseknoten noch entsprechend dem Modulationssignal getrennt werden, was es gegebenenfalls erlaubt, auf eine optische Abdeckung der Auslesegates zu verzichten.Since, as already discussed, the area for a voltage pass-through from the modulation gates to the readout nodes is relatively small, it is also conceivable that the readout gates are also subjected to a modulated voltage. In this case, the photocharge carriers generated can still be separated according to the modulation signal if the modulation frequency and the distance between the individual readout nodes are selected appropriately, which may make it possible to dispense with optical covering of the readout gates.
In einer Ausführungsform ist der minimale Abstand zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten größer als die Kanallänge und bevorzugt größer als die doppelte Kanallänge. Eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung der Auslesegates und Anordnung der Ausleseknoten führt zu einer Verteilung der Ausleseknoten, die einen gesteigerten Füllfaktor sowie eine gesteigerte Ladungsträgerkonversionseffizienz aufweist.In one embodiment, the minimum distance between at least one point on the readout gate and the readout node closest to this point is greater than the channel length and preferably greater than twice the channel length. Such an inventive design of the readout gates and arrangement of the readout nodes leads to a distribution of the readout nodes that has an increased fill factor and an increased charge carrier conversion efficiency.
In einer weiteren Ausführungsform ist der minimale Abstand zwischen mindestens einem Punkt auf dem Auslesegate und dem diesem Punkt nächstliegenden Ausleseknoten größer als 5 µm, bevorzugt größer als 10 µm und besonders bevorzugt größer als 20 µm. Es hat sich gezeigt, dass gerade eine solche erfindungsgemäße Ausgestaltung der Auslesegates und Anordnung der Ausleseknoten bei üblichen Modulationsgateanordnungen einen gesteigerten Füllfaktor sowie eine gesteigerte Ladungsträgerkonversionseffizienz aufweist.In a further embodiment, the minimum distance between at least one point on the readout gate and the readout node closest to this point is greater than 5 µm, preferably greater than 10 µm and particularly preferably greater than 20 µm. It has been shown that such an inventive design of the readout gates and arrangement of the readout nodes in conventional modulation gate arrangements has an increased fill factor and an increased charge carrier conversion efficiency.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Halbleiterbauelement für jedes Auslesegate genau einen Ausleseknoten auf. Ist der genau eine Ausleseknoten in Längsrichtung an einem Ende des Auslesegates, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, angeordnet und weist das Auslesegate eine Länge auf, die mindestens gleich der halben, ganzen bzw. doppelten Kanallänge ist, so beträgt der minimale Abstand zwischen Punkten auf dem dem Ausleseknoten gegenüberliegenden Ende des Auslesegates und dem Ausleseknoten mindestens eine halbe, ganze bzw. doppelte Kanallänge. Mit genau einem Ausleseknoten pro Auslesegate kann insbesondere die Gesamtfläche der Ausleseknoten pro Auslesegate minimiert werden.In one embodiment of the present invention, the semiconductor component has exactly one readout node for each readout gate. If the exactly one readout node is arranged in the longitudinal direction at one end of the readout gate, whose accumulated charge carriers the readout node reads out during operation of the semiconductor component, and if the readout gate has a length that is at least equal to half, whole or double the channel length, the minimum distance between points on the end of the readout gate opposite the readout node and the readout node is at least half, whole or double the channel length. With exactly one readout node per readout gate, the total area of the readout nodes per readout gate can in particular be minimized.
Bei einer Ausführungsform ist die Breite der Auslesegates kleiner als ein Viertel der Kanallänge, vorzugsweise kleiner als ein Fünftel und besonders bevorzugt kleiner als ein Sechstel der Kanallänge. Wie bereits oben ausgeführt ist ein möglichst schmal ausgestaltetes Auslesegate vorteilhaft, bei dem die Breite kleiner ist als die Kanallänge. Es hat sich gezeigt, dass hierbei eine Breite der Auslesegates, die kleiner als ein Viertel der Kanallänge, vorzugsweise kleiner als ein Fünftel und besonders bevorzugt kleiner als ein Sechstel der Kanallänge ist, Vorteile aufweist.In one embodiment, the width of the readout gates is less than a quarter of the channel length, preferably less than a fifth and particularly preferably less than a sixth of the channel length. As already explained above, a readout gate that is as narrow as possible and in which the width is smaller than the channel length is advantageous. It has been shown that a width of the readout gates that is less than a quarter of the channel length, preferably less than a fifth and particularly preferably less than a sixth of the channel length has advantages.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Länge des Ausleseknotens kleiner als die Länge des Auslesegates, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. Die Verwendung eines Ausleseknoten mit einer geringeren Länge als die Länge des Auslesegates erlaubt es gegenüber dem Stand der Technik die Ausleseknotengesamtfläche deutlich zu verringern.In an embodiment according to the invention, the length of the readout node is smaller than the length of the readout gate, the accumulated charge carriers of which the readout node reads out during operation of the semiconductor component. The use of a readout node with a shorter length than the length of the readout gate allows the total readout node area to be significantly reduced compared to the prior art.
Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung beträgt das Verhältnis zwischen der Länge des Ausleseknotens und der Länge des Auslesegates, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, höchstens 1:10, bevorzugt höchstens 1:50 und besonders bevorzugt höchstens 1:100. Für Längenunterschiede im hier angeführten Bereich hat sich gezeigt, dass die beschriebenen, aus einer geringeren Länge des Ausleseknotens im Vergleich zur Länge des Auslesegates resultierenden Vorteile deutlich ausgeprägt sind.In a further embodiment according to the present invention, the ratio between the length of the readout node and the length of the readout gate, the accumulated charge carriers of which are read out by the readout node during operation of the semiconductor component, is at most 1:10, preferably at most 1:50 and particularly preferably at most 1:100. For length differences in the range specified here, it has been shown that the described advantages resulting from a shorter length of the readout node compared to the length of the readout segates resulting advantages are clearly pronounced.
Eine weitere Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche des Ausleseknotens mindestens zehn mal kleiner, bevorzugt mindestens fünfzig mal kleiner und besonders bevorzugt mindestens hundert mal kleiner ist als die Gesamtfläche der angrenzenden Auslesegates, deren angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. Der Begriff Fläche bezieht sich hier und im Folgenden auf die Fläche in einer senkrechten Draufsicht auf die Halbleitersubstratoberseite. Der Größe der Auslesegates wird dadurch eine untere Grenze gesetzt, dass die Auslesegatestruktur dieselbe Länge wie die Modulationsgates aufweisen sollte, um für alle unterhalb und zwischen den Modulationsgates im Halbleitersubstrat erzeugten Photoladungsträger eine möglichst kurze Distanz bis zu einem Bereich sicherzustellen, in dem in dem sich diese unter einem Auslesegate befinden und somit als getrennt betrachtet werden können.A further embodiment is characterized in that the area of the readout node is at least ten times smaller, preferably at least fifty times smaller and particularly preferably at least one hundred times smaller than the total area of the adjacent readout gates whose accumulated charge carriers the readout node reads out during operation of the semiconductor component. The term area refers here and below to the area in a vertical plan view of the top side of the semiconductor substrate. The size of the readout gates is set a lower limit in that the readout gate structure should have the same length as the modulation gates in order to ensure the shortest possible distance for all photocharge carriers generated below and between the modulation gates in the semiconductor substrate to an area in which they are located under a readout gate and can thus be considered separate.
Auslesegatestruktur meint hier und im Folgenden sowohl ein einzelnes streifenförmiges, parallel zu den Modulationsgates angeordnetes Auslesegate, als auch zwei streifenförmige, entlang einer gemeinsamen Längsachse parallel zu den Modulationsgates voneinander beabstandet angeordnete Auslesegates. Im Falle zweier entlang einer gemeinsamen Längsachse voneinander beabstandet angeordneter Auslesegates ist vorzugweise ein Ausleseknoten zwischen den beiden Auslesegates angeordnet. Auslesegatestrukturen mit gleicher Länge wie die Modulationsgates erlauben es, den Abstand zwischen den Auslesegates und mithin die von den Modulationsgates überdeckte und für die Signalerfassung maßgebliche Substratfläche zu erhöhen. Ebenso kann zusätzlich oder anstelle dessen die Modulationsfrequenz erhöht werden, was eine genauere Entfernungsauflösung erlaubt. Eine darüber hinausgehende Erhöhung des Füllfaktors kann über eine möglichst kleine Ausleseknotenfläche gemäß den oben angegebenen Größenverhältnissen erreicht werden. Des Weiteren stellt eine solche kleine Ausleseknotenfläche eine hohe Ladungsträgerkonversionseffizienz sicher.Readout gate structure here and in the following means both a single strip-shaped readout gate arranged parallel to the modulation gates, and two strip-shaped readout gates arranged at a distance from one another along a common longitudinal axis parallel to the modulation gates. In the case of two readout gates arranged at a distance from one another along a common longitudinal axis, a readout node is preferably arranged between the two readout gates. Readout gate structures with the same length as the modulation gates make it possible to increase the distance between the readout gates and thus the substrate area covered by the modulation gates and which is decisive for signal detection. Likewise, the modulation frequency can be increased in addition to or instead of this, which allows for more precise distance resolution. A further increase in the fill factor can be achieved by using the smallest possible readout node area in accordance with the size ratios given above. Furthermore, such a small readout node area ensures high charge carrier conversion efficiency.
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind genau drei in Längsrichtung parallel nebeneinander angeordnete Modulationsgates zwischen den Auslesegates vorgesehen. Durch eine solche Drei-Gate-Struktur mit einem nicht modulierten Mittelgate zwischen zwei modulierten Modulationsgates wird der Kontrast erhöht. An das Mittelgate wird dabei eine zeitlich konstante Spannung angelegt. Dennoch wird es hier und im Folgenden als Modulationsgate bezeichnet, da die von diesem hervorgerufene zeitlich konstante Potentialstufe Teil des mittels der Modulationsspannungen variierten Potentialgefälles ist. Durch dieses zusätzliche Gate wird also die Anzahl an Potentialstufen unterhalb der Modulationsgates gegenüber einer Ausführungsform mit genau zwei Modulationsgates von zwei auf drei erhöht, wodurch bei gleicher Potentialhöhe das Potentialgefälle und mithin auch das Modulationsdriftfeld gleichmäßiger wird. Dadurch wird die Gefahr verringert, dass Ladungsträger innerhalb einer Potentialstufe aufgrund einer zu großen Potentialstufenbreite nicht effektiv weiterverschoben werden. Denkbar sind auch Ausführungsformen mit mehr als drei in Längsrichtung parallel nebeneinander zwischen den Auslesegates angeordneten Modulationsgates, beispielsweise vier Modulationsgates. Bei vier Modulationsgates, werden vorzugsweise auch die beiden mittleren Gates moduliert, wobei sie phasengleich mit dem jeweils nächstliegenden äußeren Modulationsgate, allerdings nur mit halber Potentialdifferenz variiert werden. Somit ergibt sich ein vierstufiges Potentialgefälle mit gleichen Abständen zwischen den einzelnen Stufen.In one embodiment of the present invention, exactly three modulation gates arranged parallel to one another in the longitudinal direction are provided between the readout gates. Such a three-gate structure with a non-modulated middle gate between two modulated modulation gates increases the contrast. A temporally constant voltage is applied to the middle gate. Nevertheless, it is referred to here and below as a modulation gate, since the temporally constant potential step caused by it is part of the potential gradient varied by means of the modulation voltages. This additional gate therefore increases the number of potential steps below the modulation gates from two to three compared to an embodiment with exactly two modulation gates, which means that the potential gradient and thus also the modulation drift field are more uniform at the same potential level. This reduces the risk that charge carriers within a potential step are not effectively displaced due to a potential step width that is too large. Embodiments with more than three modulation gates arranged parallel to one another in the longitudinal direction between the readout gates are also conceivable, for example four modulation gates. With four modulation gates, the two middle gates are preferably also modulated, whereby they are varied in phase with the nearest outer modulation gate, but only with half the potential difference. This results in a four-stage potential gradient with equal distances between the individual stages.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Ausleseknoten auf der Längsachse des Auslesegates angeordnet, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. Auf der Längsachse angeordnet bedeutet hier und im Folgenden, dass der Ausleseknoten so angeordnet ist, dass zumindest ein Teilabschnitt von ihm die Längsachse des Auslesegates überdeckt. Eine solche Anordnung ermöglicht es, dass in Längsrichtung der Auslesegates verschobene Photoladungsträger direkt zu dem Ausleseknoten gelangen, ohne zusätzlich weiter in Querrichtung des Auslesegates verschoben werden zu müssen. Das Auslesen erfolgt somit direkter als im Falle einer Anordnung des Ausleseknotens neben der Längsachse des Auslesegates.In an embodiment according to the invention, the readout node is arranged on the longitudinal axis of the readout gate, the accumulated charge carriers of which the readout node reads out during operation of the semiconductor component. Arranged on the longitudinal axis here and in the following means that the readout node is arranged such that at least a portion of it covers the longitudinal axis of the readout gate. Such an arrangement enables photocharge carriers displaced in the longitudinal direction of the readout gate to reach the readout node directly without having to be additionally displaced further in the transverse direction of the readout gate. Reading is thus more direct than in the case of an arrangement of the readout node next to the longitudinal axis of the readout gate.
In einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist die Breite des Ausleseknotens kleiner als die Breite des Auslesegates, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten ausliest. Eine geringere Breite des Ausleseknotens im Vergleich zur Breite des Auslesegates erlaubt es, den Ausleseknoten auch innerhalb des Auslesegates neben den Modulationsgates anzuordnen, ohne dass der Ausleseknoten direkt an ein Modulationsgate angrenzt, wodurch ein Übersprechen der Modulationsgates auf den Ausleseknoten verhindert wird.In one embodiment of the semiconductor component, the width of the readout node is smaller than the width of the readout gate, the accumulated charge carriers of which the readout node reads out. A smaller width of the readout node compared to the width of the readout gate allows the readout node to be arranged within the readout gate next to the modulation gates without the readout node being directly adjacent to a modulation gate, thereby preventing crosstalk from the modulation gates to the readout node.
In einer Ausführungsform ist der Ausleseknoten zumindest teilweise in einer Aussparung des Auslesegates angeordnet, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, und seitlich zumindest teilweise von diesem umgeben. Eine solche Anordnung ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Ausleseknoten am längsseitigen Ende des Auslesegates angeordnet ist und über dieses nach Möglichkeit nicht hinausragen soll. Mithin kann eine kompakte Anordnung der Gate- und Knotenstrukturen sowie zugleich eine effektive Abschirmung gegen ein Übersprechen der Modulationsspannung auf den Ausleseknoten sichergestellt werden.In one embodiment, the readout node is arranged at least partially in a recess of the readout gate, the accumulated charge carriers of which are read out by the readout node during operation of the semiconductor component, and is laterally at least partially surrounded by the latter. Such an arrangement is particularly advantageous if the The readout node is arranged at the long end of the readout gate and should not protrude beyond it if possible. This ensures a compact arrangement of the gate and node structures and at the same time effective shielding against crosstalk of the modulation voltage to the readout node.
In einer Ausführungsform ist die Aussparung zur Aufnahme des Ausleseknotens in Querrichtung des Auslesegates, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, in der Mitte angeordnet. Dadurch wird der Ausleseknoten zu beiden modulationsgateseitigen Seiten effektiv gegen ein Übersprechen der Modulationsspannung abgeschirmt, was insbesondere vorteilhaft ist im Fall einer Anordnung mehrerer Halbleiterbauelemente in Reihe nebeneinander auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat in Form eines Arrays, wobei sich benachbarte Halbleiterbauelemente jeweils ein Auslesegate und die Ausleseknoten teilen, welche die unter diesem Auslesegate angesammelten Ladungsträger im Betrieb des Halbleiterbauelements auslesen. Mithin sind auf zwei Seiten eines Auslesegates Modulationsgates angeordnet. Zudem wird in diesem Fall die Symmetrie der Anordnung erhöht, was im Allgemeinen bei der Strukturierung erfindungsgemäßer Halbleiterbauelemente von Vorteil ist, da somit verhindert wird, dass die Auslesebedingungen für einen Ausleseknoten von denen eines anderen abweichen, was anderenfalls zu richtungsabhängigen Verfälschungen und Ungenauigkeiten der Messergebnisse führen kann.In one embodiment, the recess for receiving the readout node is arranged in the middle in the transverse direction of the readout gate, whose accumulated charge carriers the readout node reads out during operation of the semiconductor component. As a result, the readout node is effectively shielded against crosstalk of the modulation voltage on both modulation gate sides, which is particularly advantageous in the case of an arrangement of several semiconductor components in series next to one another on a common semiconductor substrate in the form of an array, with adjacent semiconductor components each sharing a readout gate and the readout nodes which read out the charge carriers accumulated under this readout gate during operation of the semiconductor component. Modulation gates are therefore arranged on two sides of a readout gate. In addition, the symmetry of the arrangement is increased in this case, which is generally advantageous when structuring semiconductor components according to the invention, since this prevents the readout conditions for one readout node from deviating from those of another, which could otherwise lead to direction-dependent falsifications and inaccuracies in the measurement results.
In einer Ausführungsform ist der Ausleseknoten vollständig in der Aussparung zur Aufnahme des Ausleseknotens angeordnet, sodass der Ausleseknoten seitlich vollständig von dem Auslesegate umschlossen ist, dessen angesammelte Ladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. Dies erlaubt es, den Ausleseknoten einerseits in alle Richtungen effektiv gegen ein mögliches Übersprechen der Modulationsspannungen abzuschirmen und andererseits den Ausleseknoten an einer beliebigen Stelle entlang der Längsachse des Auslesegates innerhalb desselben anzuordnen. Insbesondere vorteilhaft ist eine Anordnung in Längsrichtung des Auslesegates in der Mitte desselben, wodurch der maximale Weg, den die unterhalb des Auslesegates gesammelten Photoladungsträger bis zu dem Ausleseknoten zurückzulegen haben, gegenüber einer Anordnung des Ausleseknotens an einem längsseitigen Ende des Auslesegates halbiert wird. Ein solches Halbieren der zurückzulegenden Wegstrecke ermöglicht ein schnelleres Auslesen der erzeugten Photoladungsträgermenge und mithin eine zeitnahere Erfassung der Entfernung von Umgebungsobjekten.In one embodiment, the readout node is arranged completely in the recess for receiving the readout node, so that the readout node is completely enclosed laterally by the readout gate, the accumulated charge carriers of which the readout node reads out during operation of the semiconductor component. This allows the readout node to be effectively shielded in all directions against possible crosstalk of the modulation voltages and, on the other hand, to arrange the readout node at any point along the longitudinal axis of the readout gate within the same. An arrangement in the longitudinal direction of the readout gate in the middle of the same is particularly advantageous, as a result of which the maximum path that the photocharge carriers collected below the readout gate have to travel to the readout node is halved compared to an arrangement of the readout node at a longitudinal end of the readout gate. Halving the distance to be covered in this way enables the generated photocharge carrier quantity to be read out more quickly and thus enables the distance of surrounding objects to be recorded more quickly.
In einer Ausführungsform weist das Auslesegate einen ersten Abschnitt auf, dessen Breite kleiner oder gleich der Breite des Ausleseknotens ist, und einen zweiten, an den ersten Abschnitt anschließenden Abschnitt, dessen Breite zu dem Ausleseknoten hin zunimmt, wobei die den Ausleseknoten zumindest teilweise aufnehmende Aussparung in einem Bereich des zweiten Abschnitts angeordnet ist, der eine maximale Breite aufweist. Insbesondere kann dies dadurch realisiert werden, dass sich das Auslesegate zu dem Ausleseknoten hin trichterförmig erweitert und diesen seitlich umgreift. Ein solches trichterförmiges Auslesegate ermöglicht eine effektive seitliche Abschirmung gegenüber den Modulationsspannungen und zugleich eine möglichst geringe Breite des Auslesegates im restlichen Erstreckungsbereich desselben, wodurch der Füllfaktor erhöht wird. Denkbar ist aber ebenso ein Auslesegate, das sich zu dem Ausleseknoten hin beispielsweise kreisförmig erweitert.In one embodiment, the readout gate has a first section whose width is less than or equal to the width of the readout node, and a second section adjoining the first section whose width increases towards the readout node, wherein the recess at least partially accommodating the readout node is arranged in a region of the second section that has a maximum width. In particular, this can be achieved by the readout gate widening in a funnel shape towards the readout node and enclosing it laterally. Such a funnel-shaped readout gate enables effective lateral shielding against the modulation voltages and at the same time the readout gate has the smallest possible width in the remaining extension area thereof, thereby increasing the fill factor. However, a readout gate that widens in a circle towards the readout node, for example, is also conceivable.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements verlaufen die einander zugewandten Längsseiten des Auslesegates und des nächstliegenden Modulationsgates parallel zueinander, sodass das Modulationsgate eine auslesegateseitig angeordnete Aussparung aufweist. Durch eine solche Anordnung wird erreicht, dass trotz der abschnittsweisen Verbreiterung des Auslesegates der Oberflächenabschnitt des Halbleitersubstrats zwischen den Auslesegates möglichst vollständig von den Modulationsgates überspannt wird, wodurch sichergestellt wird, dass in diesem gesamten Bereich ein deutlich ausgeprägtes Potentialgefälle erzeugt wird und somit nach Möglichkeit alle innerhalb des Halbleitersubstrats erzeugten Photoladungsträger ausgelesen werden können.In a further embodiment of the semiconductor component according to the invention, the mutually facing longitudinal sides of the readout gate and the closest modulation gate run parallel to one another, so that the modulation gate has a recess arranged on the readout gate side. Such an arrangement ensures that, despite the section-wise widening of the readout gate, the surface section of the semiconductor substrate between the readout gates is spanned as completely as possible by the modulation gates, which ensures that a clearly pronounced potential gradient is generated in this entire area and thus, if possible, all photocharge carriers generated within the semiconductor substrate can be read out.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Aussparung des Auslesegates in Längsrichtung desselben in der Mitte angeordnet. Hier und im Folgenden meint eine Anordnung in Längsrichtung des Auslesegates in der Mitte, dass die Aussparung so angeordnet ist, dass zumindest ein Teilabschnitt von ihr die Mittelquerachse des Auslesegates überdeckt. Eine solche Anordnung in der Mitte minimiert die von den Photoladungsträgern in Längsrichtung des Auslesegates zurückzulegende maximale Weglänge und ermöglicht so ein beschleunigtes Auslesen der erzeugten Photoladungsträger, die unter dem Auslesegate angesammelt werden.In a further embodiment, the recess of the readout gate is arranged in the middle in the longitudinal direction of the readout gate. Here and in the following, an arrangement in the middle in the longitudinal direction of the readout gate means that the recess is arranged such that at least a partial section of it covers the central transverse axis of the readout gate. Such an arrangement in the middle minimizes the maximum path length to be covered by the photocharge carriers in the longitudinal direction of the readout gate and thus enables accelerated readout of the generated photocharge carriers that are accumulated under the readout gate.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Halbleiterbauelements ist der Ausleseknoten an einem längsseitigen Ende des Auslesegates angeordnet, dessen angesammelte Photoladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. Durch die Anordnung des Ausleseknotens am längsseitigen Ende wird eine möglichst geringe Nähe zu den Modulationsgates gewährleistet. Der Ausleseknoten ist in diesem Fall beispielsweise in Längsrichtung des Auslesegates unterhalb der Modulationsgates angeordnet, wenn das Auslesegate keine Aussparung aufweist und sich über die gleiche Länge wie die Modulationsgates erstreckt. In Längsrichtung des Auslesegates unterhalb der Modulationsgates angeordnet meint, dass sich die Modulationsgates in Längsrichtung maximal genauso weit erstrecken wie das Auslesegate und eine gedachte Gerade durch die äußersten Randpunkte der Modulationsgates in Längsrichtung des Auslesegates nicht mit dem Ausleseknoten überlappt bzw. diesen nicht schneidet. Der Ausleseknoten kann aber auch bei einem trichterförmigen Auslesegate oder zumindest einem sich zu dem Ausleseknoten hin verbreiterten, insbesondere sich kreisförmig erweiternden, Auslesegate an den drei den Modulationsgates nächstliegenden Seiten von dem Auslesegate abgeschirmt werden. Mithin wird bei diesen Anordnungen ein Übersprechen der Modulationsspannung vermieden, auch wenn der Ausleseknoten nicht in Längsrichtung des Auslesegates unterhalb der Modulationsgates, sondern vielmehr auf gleicher Höhe mit diesen angeordnet ist.In an embodiment of the semiconductor component according to the invention, the readout node is arranged at a longitudinal end of the readout gate, the accumulated photocharge carriers of which are read out by the readout node during operation of the semiconductor component. By arranging the readout node at the longitudinal end, the closest possible proximity to the modulation gates is achieved. guaranteed. In this case, the readout node is arranged, for example, in the longitudinal direction of the readout gate below the modulation gates if the readout gate has no recess and extends over the same length as the modulation gates. Arranged in the longitudinal direction of the readout gate below the modulation gates means that the modulation gates extend in the longitudinal direction a maximum of the same distance as the readout gate and an imaginary straight line through the outermost edge points of the modulation gates in the longitudinal direction of the readout gate does not overlap with or intersect the readout node. However, the readout node can also be shielded from the readout gate on the three sides closest to the modulation gates in the case of a funnel-shaped readout gate or at least a readout gate that widens towards the readout node, in particular widens in a circle. Thus, crosstalk of the modulation voltage is avoided in these arrangements, even if the readout node is not arranged in the longitudinal direction of the readout gate below the modulation gates, but rather at the same height as them.
In einer Ausführungsform ist der Ausleseknoten zwischen zwei entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordneten Auslesegates angeordnet, deren angesammelte Photoladungsträger der Ausleseknoten im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest. In diesem Fall grenzt der Ausleseknoten an zwei Seiten direkt an die Modulationsgates an. Dies bringt die Gefahr eines Übersprechens der Modulationsspannung auf den Ausleseknoten mit sich, wobei dieser Effekt allerdings in Folge der geringen Übersprechfläche gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Ausführungsformen in der Summe kleiner ist. Zugleich erhöht sich der Füllfaktor gegenüber Ausführungsformen, bei denen der Ausleseknoten innerhalb einer Aussparung des Auslesegates angeordnet ist und sich das Auslesegate mithin um den Ausleseknoten herum erstreckt, da ein solches sich weiter erstreckendes Auslesegate zu einer Erhöhung der nicht zu dem Nutzsignal beitragenden Fläche führt.In one embodiment, the readout node is arranged between two readout gates arranged along a common longitudinal axis, the accumulated photocharge carriers of which are read out by the readout node during operation of the semiconductor component. In this case, the readout node is directly adjacent to the modulation gates on two sides. This entails the risk of crosstalk of the modulation voltage to the readout node, although this effect is smaller overall due to the small crosstalk area compared to the embodiments known from the prior art. At the same time, the fill factor is increased compared to embodiments in which the readout node is arranged within a recess of the readout gate and the readout gate therefore extends around the readout node, since such a further extending readout gate leads to an increase in the area not contributing to the useful signal.
In einer Variante dieser Ausführungsform weisen die beiden entlang einer gemeinsamen Längsachse angeordneten Auslesegates jeweils die gleiche Länge auf. Dadurch ist die von den Photoladungsträgern innerhalb eines der Auslesegates bis zu einem Ausleseknoten maximal zurückzulegende Wegstrecke auf die Hälfte gegenüber einer Anordnung am längsseitigen Ende eines Auslesegates minimiert, was eine Erhöhung der Auslesegeschwindigkeit bewirkt.In a variant of this embodiment, the two readout gates arranged along a common longitudinal axis each have the same length. As a result, the maximum distance to be covered by the photo charge carriers within one of the readout gates to a readout node is minimized to half compared to an arrangement at the longitudinal end of a readout gate, which increases the readout speed.
In einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements beträgt das Verhältnis der Länge zur Breite des Ausleseknotens höchstens 3:1, bevorzugt höchstens 2:1 und besonders bevorzugt 1:1. Mithin ist ein derartiger erfindungsgemäßer Ausleseknoten sehr kompakt und trägt somit insbesondere zu einer Erhöhung der Ladungsträgerkonversionseffizienz bei.In one embodiment of a semiconductor component according to the invention, the ratio of the length to the width of the readout node is at most 3:1, preferably at most 2:1 and particularly preferably 1:1. Consequently, such a readout node according to the invention is very compact and thus contributes in particular to an increase in the charge carrier conversion efficiency.
In einer Ausführungsform weist der Ausleseknoten eine rechteckige, vorzugsweise quadratische Grundform auf. Derartige Grundformen sind besonders leicht und damit kostengünstig herzustellen, wobei eine quadratische Ausführungsform ein minimales Verhältnis zwischen Länge und Breite von 1:1 aufweist und somit einen sehr kompakten Ausleseknoten zur Verfügung stellt.In one embodiment, the readout node has a rectangular, preferably square basic shape. Such basic shapes are particularly easy and therefore inexpensive to produce, with a square embodiment having a minimum length-to-width ratio of 1:1 and thus providing a very compact readout node.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform weist der Ausleseknoten eine kreisförmige Grundform auf. Auch eine solche Grundform ist leicht und damit kostengünstig herzustellen und weist ein minimales Verhältnis zwischen Länge und Breite von 1:1 auf. Dabei stellt sie einen sehr kompakten Ausleseknoten zur Verfügung, dessen Kantengeometrie noch dazu in jeder Richtung gleich ist, womit ein gleichmäßiges Ausleseverhalten in jede Richtung erzielt wird.In a further embodiment according to the invention, the readout node has a circular basic shape. Such a basic shape is also easy and therefore inexpensive to produce and has a minimal length to width ratio of 1:1. It provides a very compact readout node whose edge geometry is also the same in every direction, thus achieving uniform readout behavior in every direction.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Detektor zur Entfernungsmessung, der ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement und eine mit den Modulationsgates verbundene Modulationsgatesteuereinrichtung zum Erzeugen und Steuern einer variablen Potentialdifferenz zwischen den Modulationsgates aufweist. Mittels dieser Modulationsgatesteuereinrichtung kann die Modulationsspannung mit einer bevorzugten Phasendifferenz von 180° zwischen den Modulationsgates an diese angelegt werden und es wird somit eine Verwendung des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements zur Entfernungsmessung und insbesondere zur Amplituden- und Phasenauswertung einfallender intensitätsmodulierter elektromagnetischer Strahlung ermöglicht.One embodiment of the invention relates to a detector for distance measurement, which has a semiconductor component according to the invention and a modulation gate control device connected to the modulation gates for generating and controlling a variable potential difference between the modulation gates. By means of this modulation gate control device, the modulation voltage can be applied to the modulation gates with a preferred phase difference of 180° between the modulation gates, thus enabling the use of the semiconductor component according to the invention for distance measurement and in particular for amplitude and phase evaluation of incident intensity-modulated electromagnetic radiation.
Des Weiteren weist ein erfindungsgemäßer Detektor in einer Ausführungsform eine mit den Auslesegates verbundene Auslesegatesteuereinrichtung zum Anlegen und Steuern einer konstanten Spannung an die Auslesegates auf. Konstante Spannung meint zeitlich konstante Spannung im Gegensatz zu der zeitlich variierenden Modulationsspannung an den Modulationsgates. Mittels einer solchen konstanten Spannung an den Auslesegates können diese auf ein Potentialminimum gegenüber dem durch die Modulationsspannung erzeugten Potentialgefälle gesetzt werden. Dadurch wird erreicht, dass alle entlang des Potentialgefälles verschobenen Photoladungsträger in den Substratbereich unterhalb eines Auslesegates am Fuß des Potentialgefälles gelangen und dort angesammelt werden. Insbesondere werden die dort gesammelten Ladungsträger im Falle eines zeitlich konstanten Potentialminimums gegenüber einer erneuten Verschiebung unter dem Einfluss der Modulationsspannung abgeschirmt und die Ladungsträger bewegen sich, nachdem sie einmal unter ein Auslesegates gelangt sind, im Wesentlichen nur noch entlang der Längsrichtung der Auslesegates.Furthermore, a detector according to the invention in one embodiment has a readout gate control device connected to the readout gates for applying and controlling a constant voltage to the readout gates. Constant voltage means a voltage that is constant over time, in contrast to the modulation voltage at the modulation gates that varies over time. By means of such a constant voltage at the readout gates, these can be set to a potential minimum compared to the potential gradient generated by the modulation voltage. This ensures that all photocharge carriers displaced along the potential gradient reach the substrate area below a readout gate at the foot of the potential gradient and are collected there. In particular, the photocharge carriers collected there are In the case of a temporally constant potential minimum, charge carriers are shielded against further displacement under the influence of the modulation voltage and the charge carriers, once they have passed under a readout gate, essentially only move along the longitudinal direction of the readout gate.
In einer Ausführungsform ist die Auslesegatesteuereinrichtung ausgestaltet zum Anlegen und Steuern einer konstanten Spannung an die Auslesegates, wobei die Spannung jeweils ein in Längsrichtung des Auslesegates zu dem Ausleseknoten, der die angesammelten Photoladungsträger des Auslesegates im Betrieb des Halbleiterbauelements ausliest, hin abfallendes Potentialgefälle aufweist. Aufgrund eines solchen Potentialgefälles ergibt sich unterhalb des Auslesegates ein Driftfeld in Richtung des Ausleseknotens, wodurch der Ladungsträgertransport zusätzlich beschleunigt wird und somit in Kombination mit geeignet modulierten Modulationsspannungen die Ladungsträgertrennung weiter verbessert werden kann.In one embodiment, the readout gate control device is designed to apply and control a constant voltage to the readout gates, wherein the voltage has a potential gradient falling in the longitudinal direction of the readout gate to the readout node, which reads out the accumulated photo charge carriers of the readout gate during operation of the semiconductor component. Due to such a potential gradient, a drift field arises below the readout gate in the direction of the readout node, whereby the charge carrier transport is additionally accelerated and thus, in combination with suitably modulated modulation voltages, the charge carrier separation can be further improved.
In einer Ausführungsform ist die Auslesesteuereinrichtung mit den Auslesegates jeweils an den beiden gegenüberliegenden längsseitigen Enden des Auslesegates verbunden. Mittels einer derartigen Verbindung wird bei Anlegen unterschiedlicher Potentiale an die beiden Kontakte ein Potentialgefälle entlang des Auslesegates erzeugt, was die bereits dargelegten Vorteile mit sich bringt. In einer weiteren Ausführungsform ist die Auslesesteuereinrichtung mit den Auslesegates zusätzlich zwischen zwei benachbarten Ausleseknoten verbunden. Mittels einer derartigen Verbindung kann das Potential zwischen den beiden benachbarten Ausleseknoten angehoben werden und somit ein Potentialgefälle entlang des Auslesegates zu den beiden Ausleseknoten hin erzeugt werden.In one embodiment, the readout control device is connected to the readout gates at the two opposite longitudinal ends of the readout gate. By means of such a connection, a potential gradient is generated along the readout gate when different potentials are applied to the two contacts, which brings with it the advantages already explained. In a further embodiment, the readout control device is additionally connected to the readout gates between two adjacent readout nodes. By means of such a connection, the potential between the two adjacent readout nodes can be raised and thus a potential gradient can be generated along the readout gate towards the two readout nodes.
Bei einer Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Detektor zur Entfernungsmessung eine Mehrzahl von erfindungsgemäßen Halbleiterbauelementen auf, die nebeneinander angeordnet sind, sodass sie eine Pixelmatrix bilden, und Mittel zum Erfassen der über die einzelnen Ausleseknoten jeweils ausgelesenen Photoladungsträgersummen. Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn mehrere erfindungsgemäße Halbleiterbauelemente auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind und somit ein Pixelarray bilden. Insbesondere vorteilhaft ist es hierbei, wenn sich benachbart in einer Reihe nebeneinander angeordnete Halbleiterbauelemente jeweils ein Auslesegate und die Ausleseknoten teilen, welche die unter diesem Auslesegate angesammelten Ladungsträger im Betrieb des Halbleiterbauelements auslesen.In one embodiment, the detector according to the invention for distance measurement has a plurality of semiconductor components according to the invention, which are arranged next to one another so that they form a pixel matrix, and means for detecting the photo charge carrier sums read out via the individual readout nodes. It is particularly advantageous if several semiconductor components according to the invention are arranged next to one another in a row on a common semiconductor substrate and thus form a pixel array. It is particularly advantageous here if semiconductor components arranged next to one another in a row each share a readout gate and the readout nodes which read out the charge carriers accumulated under this readout gate during operation of the semiconductor component.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Sensor zur dreidimensionalen Bilderfassung, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen erfindungsgemäßen Detektor, eine Abbildungsoptik zur Projektion einfallender elektromagnetischer Strahlung auf den Detektor und Mittel zum Auswerten der erfassten Messsignale aufweist. Mittels der Abbildungsoptik kann die von Umgebungsobjekten zum Sensor hin reflektierte intensitätsmodulierte elektromagnetische Strahlung effektiv auf das Halbleitersubstrat der Halbleiterbauelemente abgebildet werden, wobei die Sensorfläche durch das Halbleitersubstrat der Halbleiterbauelemente gebildet wird. Durch die Mittel zum Auswerten der erfassten Messsignale können die an den einzelnen Ausleseknoten ausgelesenen Photoladungsträgersummen derart ausgewertet werden, dass durch Differenzbildung die Amplituden- und Phaseninformationen der einfallenden intensitätsmodulierten elektromagnetischen Strahlung erfasst und daraus die Entfernungsinformationen der die intensitätsmodulierte Strahlung reflektierenden Objekte ermittelt werden.One embodiment of the invention relates to a sensor for three-dimensional image capture, which is characterized in that it has a detector according to the invention, an imaging optics for projecting incident electromagnetic radiation onto the detector and means for evaluating the detected measurement signals. By means of the imaging optics, the intensity-modulated electromagnetic radiation reflected from surrounding objects towards the sensor can be effectively imaged onto the semiconductor substrate of the semiconductor components, the sensor surface being formed by the semiconductor substrate of the semiconductor components. By means of the means for evaluating the detected measurement signals, the photocharge carrier sums read out at the individual readout nodes can be evaluated in such a way that the amplitude and phase information of the incident intensity-modulated electromagnetic radiation is recorded by forming the difference and the distance information of the objects reflecting the intensity-modulated radiation is determined from this.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und den dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
-
1 eine erste schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht, -
2 eine zweite schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht, -
3 eine dritte schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht, -
4 eine vierte schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht, -
5 eine fünfte schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht, -
6 eine sechste schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht, -
7 eine siebte schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht, -
8 eine achte schematische Darstellung zweier nebeneinander angeordneter Halbleiterbauelemente in Draufsicht, -
9a eine schematische Darstellung eines Schnitts senkrecht zur Längsachse der Gates durch ein Halbleiterbauelement, -
9b eine schematische Darstellung des Potentialverlaufs im Halbleitersubstrat des Halbleiterbauelements in9a und -
9c eine schematische Draufsicht auf einen Ausschnitt des Halbleiterbauelements in9a .
-
1 a first schematic representation of two semiconductor components arranged next to each other in plan view, -
2 a second schematic representation of two semiconductor components arranged next to each other in plan view, -
3 a third schematic representation of two semiconductor components arranged next to each other in plan view, -
4 a fourth schematic representation of two semiconductor components arranged next to each other in plan view, -
5 a fifth schematic representation of two semiconductor components arranged next to each other in plan view, -
6 a sixth schematic representation of two semiconductor components arranged next to each other in plan view, -
7 a seventh schematic representation of two semiconductor components arranged next to each other in plan view, -
8th an eighth schematic representation of two semiconductor components arranged next to each other in plan view, -
9a a schematic representation of a section perpendicular to the longitudinal axis of the gates through a semiconductor device, -
9b a schematic representation of the potential curve in the semiconductor substrate of the semiconductor device in9a and -
9c a schematic plan view of a section of the semiconductor device in9a .
In
In
Die in
In
Die in
In
In
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1,1'1.1'
- HalbleiterbauelementSemiconductor component
- 22
- Photoleitfähiges HalbleitersubstratPhotoconductive semiconductor substrate
- 3, 3'3, 3'
- Erstes ModulationsgateFirst modulation gate
- 4, 4'4, 4'
- Zweites ModulationsgateSecond modulation gate
- 5, 5'5, 5'
- Drittes ModulationsgateThird modulation gate
- 6, 6'6, 6'
- AuslesegateReadout gate
- 61, 61'61, 61'
- AuslesegateReadout gate
- 62, 62'62, 62'
- Auslesegate (entlang gemeinsamer Längsachse mit 61, 61')Readout gate (along common longitudinal axis with 61, 61')
- 7, 7'7, 7'
- AuslesegateReadout gate
- 71, 71'71, 71'
- AuslesegateReadout gate
- 72, 72'72, 72'
- Auslesegate (entlang gemeinsamer Längsachse mit 71, 71')Readout gate (along common longitudinal axis with 71, 71')
- 8, 8'8, 8'
- AusleseknotenReading node
- 81, 81'81, 81'
- AusleseknotenReading node
- 82, 82'82, 82'
- AusleseknotenReading node
- 83, 83'83, 83'
- AusleseknotenReading node
- 9, 9'9, 9'
- AusleseknotenReading node
- 91, 91'91, 91'
- AusleseknotenReading node
- 92, 92'92, 92'
- AusleseknotenReading node
- 93, 93'93, 93'
- AusleseknotenReading node
- 10, 10'10, 10'
- Aussparung eines AuslesegatesRecess of a readout gate
- 11, 11'11, 11'
- Aussparung eines AuslesegatesRecess of a readout gate
- 12, 12'12, 12'
- Erster Abschnitt eines AuslesegatesFirst section of a readout gate
- 13, 13'13, 13'
- Erster Abschnitt eines AuslesegatesFirst section of a readout gate
- 14, 14'14, 14'
- Zweiter Abschnitt eines AuslesegatesSecond section of a readout gate
- 15, 15'15, 15'
- Zweiter Abschnitt eines AuslesegatesSecond section of a readout gate
- 16, 16'16, 16'
- Aussparung des ersten ModulationsgatesRecess of the first modulation gate
- 17, 17'17, 17'
- Aussparung des zweiten ModulationsgatesRecess of the second modulation gate
- 1818
- Abschirmelement für ein AuslesegateShielding element for a readout gate
- 1919
- Abschirmelement für ein AuslesegateShielding element for a readout gate
- BAKBAC
- AusleseknotenbreiteReadout node width
- LAKLAC
- AusleseknotenlängeReadout node length
- BAGBAG
- AuslesegatebreiteReadout gate width
- LAGLAG
- AuslesegatelängeReadout gate length
- BMGBMG
- ModulationsgatebreiteModulation gate width
- LMGLMG
- ModulationsgatelängeModulation gate length
- ΔAGΔAG
- KanallängeChannel length
- ΔminΔmin
- Minimaler Abstand zwischen einem Punkt auf einem Auslesegate und dem zu dem Punkt nächstliegenden AusleseknotenMinimum distance between a point on a readout gate and the readout node closest to the point
- UmodUmod
- Modulationsspannung an den ModulationsgatesModulation voltage at the modulation gates
- UAGUAG
- Auslesespannung an den AuslesegatesReadout voltage at the readout gates
- U(s)U(s)
- Potential im Halbleitersubstrat als Funktion von sPotential in the semiconductor substrate as a function of s
- ss
- Ort in Querrichtung zu den GatesLocation across the gates
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