描述了一种双光电二极管电磁辐射传感器装置(10)，包括：由第一半导体材料制成的衬底(25)，以限定暴露于电磁辐射(EMR)的第一面(12，30)和与第一面相反的第二面(32)；第一集成光电二极管(PD1)，其包括：第一掺杂区(31)，其包括在衬底(25)中以延伸到第二面(32)，并且具有第一类型的掺杂；第二掺杂区(33)，其包括在衬底(25)中以延伸到第二面(32)，通过衬底(25)的一部分与第一区(31)分离，并且具有第二类型(p+)的掺杂。该装置还包括第二集成光电二极管(PD2)，其包括所述第一掺杂区(31)和：第二半导体材料中的层(34)，其设置在第二面(32)上，与第一掺杂区(31)接触，以限定与第二面(32)相反的第三面(35)；以及在第二半导体材料中掺杂的层(36)，其具有第二类型的掺杂(p+)并叠加在第三面(35)上。提供了布置成在所述第二面(32)处接触第二掺杂区(33)和掺杂层(36)的金属触点(BC、TC)。TC)。TC)。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】双光电二极管电磁辐射传感器装置
[0001]本专利技术涉及双光电二极管型的电磁辐射传感器。
技术介绍
[0002]双光电二极管电磁辐射传感器允许检测两个不同光谱波段中的光信号。
[0003]J.C.Campbell等人的文章“Dual
‑
wavelength demultiplexing InGaAsP photodiode”，Applied Physics Letters 34，401(1979)中报道了背靠背配置的两个光电二极管的使用如何允许检测两个不同光谱波段中的光信号的首次演示。
[0004]本文描述了在0.8
‑
1.1μm和1.0
‑
1.3μm波段使用两层InGaAsP(具有不同浓度的单个化学元件)作为光敏元件。该结构沉积在InP衬底上，并具有三个独立的金属触点。
[0005]E.R.Blazejewski等人的文章“Bias switchable dual band HgCdTe infrared photodetector”，J.Vac.Sci.Tech.B,10,1626(1992)描述了一种背靠背配置，用于使用沉积在CdZnTe衬底上的两种HgCdTe合金作为有源层来制造中红外和远红外有源光学传感器。在这种情况下，该装置在2
‑
4.3μm和4.5
‑
8.2μm波段是光敏的。
[0006]L.Colace等人的文章“Solid state wavemeter with InGaAsP/lnGaAs two
‑
diode heterostructure”，Electronics Letters 38,735(2002)描述了一种使用沉积在InP上具有不同带隙的两层InGaAsP的背靠背结构来测量30nm范围内的激光的波长。
[0007]文献US
‑
A
‑
6342720描述了一种光电检测器，其包括由硅肖特基二极管和PIN型SiGe二极管组成的双二极管。
[0008]文献US
‑
A
‑
6043517公开了一种光电检测器，其工作于两个波长范围并且包括设置成一个在另一个上的两个检测器。硅肖特基二极管形成第一检测器，其吸收波长小于0.9μm的光。第二检测器(Si/SiGe二极管)吸收波长大于1μm且小于2μm的光。
[0009]E.Talamas Simola等人的文章“Voltage
‑
tunable dual
‑
band Ge/Si photodetector operating in VIS and NIR spectral range”，OPTICS EXPRESS 8529，第27卷，第6期；2019年3月18日，描述了一种具有硅上锗外延结构的装置，该装置由两个背靠背连接的光电二极管组成，并且该装置用作宽波段波长的光电检测器。
技术实现思路
[0010]本专利技术解决了提供一种背靠背配置的双光电二极管型的电磁辐射传感器的问题，该电磁辐射传感器具有已知结构的替代结构，但不需要复杂的制造，并且与CMOS电子装置的处理技术兼容，因此允许该传感器与传感器本身的电子控制和读出模块的集成。
[0011]根据第一方面，本专利技术涉及独立权利要求1中限定的双光电二极管电磁辐射传感器装置，以及从属权利要求2
‑
13中限定的其特定实施例。
[0012]根据第二方面，本专利技术的目标是根据权利要求14的电磁辐射检测系统以及由从属权利要求15限定的其特定实施例。
附图说明
[0013]以下通过示例而非限制的方式，参照附图详细描述本专利技术，其中：
[0014]‑
图1示出背靠背配置的双光电二极管传感器装置的电路图；
[0015]‑
图2作为示例示出作为波长和调节电压的函数的由传感器装置产生的电流的趋势；
[0016]‑
图3示出根据第一实施例的集成在半导体材料衬底中的传感器装置的结构的横截面；
[0017]‑
图4示出第一实施例的传感器装置的结构的平面图；
[0018]‑
图5示出根据第二实施例的集成在半导体材料衬底中的所述传感器装置的结构的横截面；
[0019]‑
图6示出根据第三实施例的集成在半导体材料衬底中的所述传感器的结构的横截面；
[0020]‑
图7示出根据第四实施例的集成在半导体材料衬底中的所述传感器的结构的横截面；
[0021]‑
图8示出根据第五实施例的集成在半导体材料衬底中的所述传感器的结构的横截面；
[0022]‑
图9示意性地示出包括所述传感器装置的光谱检测系统。
具体实施方式
[0023]在本说明书中，类似或相同的元件或部件将在附图中用相同的附图标记来表示。
[0024]图1示出双光电二极管传感器装置10(为简洁起见，本文也称为“传感器”)的电路方案。传感器10包括以“背靠背”配置(即阴极(或阳极)彼此电连接)布置的第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。第一和第二光电二极管PD1和PD2可通过向剩余的阳极(或阴极)施加适当的电压V
B
来调节。
[0025]特别地，第一光电二极管PD1(以下也称为“PD1二极管”)由具有能隙(即带隙)E
g1
的半导体材料获得，第二光电二极管PD2由具有能隙E
g2
＜E
g1
的另一半导体材料获得。
[0026]第一二极管PD1被配置为收集波长λ在第一最小波长λ
min
(PD1)和第一最大波长λ
max
(PD1)＝hc/E
g1
(hc为通用常数)之间的辐射并将其转换为电信号(即，光电流I
ph
)。
[0027]第二光电二极管PD2(以下也称为“PD2二极管”)被配置为收集波长范围从第二最小波长λ
min
(PD2)到第二最大波长λ
max
(PD2)＝hc/E
g2
的辐射并将其转换为电信号(相应的光电流Iph)，其中λ
min
(PD2)<λ
max
(PD1)。
[0028]例如，在硅的情况下，λ
min
(PD1)和λ
max
(PD1)的指示值分别为400nm和1100nm，在锗的情况下，λ
in
(PD2)和λ
max
(PD2)的指示值分别为400mm和1800nm。
[0029]图3和图4中示出传感器结构10的示例性实施例(其中所表示的各个层不必按比例)。在下面的描述中，将通过示例的方式参考材料硅和锗。
[0030]如图3和图4所示，传感器10包括由具有例如p型掺杂本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种双光电二极管电磁辐射传感器装置(10)，包括：
‑
第一半导体材料中的衬底(25)，其限定暴露于电磁辐射(EMR)的第一面(12、30)和与所述第一面相反的第二面(32)；
‑
第一集成光电二极管(PD1)，其包括：第一掺杂区(31)，其包括在所述衬底(25)中以延伸到所述第二面(32)，并且具有第一类型掺杂(n)；第二掺杂区(33)，其包括在所述衬底(25)中以延伸到所述第二面(32)，通过所述衬底(25)的一部分与所述第一掺杂区(31)分离，具有第二类型掺杂(p+)；
‑
第二集成光电二极管(PD2)，其包括所述第一掺杂区(31)；以及：第二半导体材料中的层(34)，其位于所述第二面(32)上，与所述第一掺杂区(31)接触，以限定与所述第二面(32)相反的第三面(35)；所述第二半导体材料中的掺杂层(36)，其具有第二类型掺杂(p+)并且与所述第三面(35)重叠；
‑
金属触点(BC，TC)，其被布置为在所述第二面(32)处接触所述第二掺杂区(33)和所述掺杂层(36)。2.根据权利要求1所述的传感器装置(10)，其中所述金属触点(BC，TC)包括：第一金属层(37、BC)，其位于所述第二面(32)上，与所述第二掺杂区(33)接触。3.根据权利要求2所述的传感器装置(10)，进一步包括：第一高掺杂阱(39)，其具有包括在所述第一掺杂区(31)中并延伸到所述第二面(32)的所述第二类型掺杂(p+)；第二高掺杂阱(40)，其具有包括在所述第二半导体材料中的层(34)中的所述第二类型掺杂(p+)，以接触所述第二半导体材料中的所述掺杂层(36)并且在所述第二面(32)处接触所述第一高掺杂阱(39)的一部分。4.根据权利要求3所述的传感器装置(10)，其中：所述金属触点(BC，TC)包括第二金属层(38，TC)，所述第二金属(38，TC)在所述第二面(32)处位于所述第一高掺杂阱(39)的第二部分上方。5.根据权利要求3所述的传感器装置(10)，其中：所述金属触点(BC、TC)包括第三金属层(41)，所述第三金属层(41)覆盖所述第二半导体材料中的所述掺杂层(36)和所述第二高掺杂阱(40)，在所述第二面(32)处接触所述第一高掺杂阱(39)。6.根据权利要求2所述的传感器装置(10)，其中：所述金属触点(BC、TC)包括第四金属层(42)，所述第四金属层(42)覆盖所述第二半导体材料中的所述掺杂层(36)，与所述第二面(32)间隔开。7.根据权利要求2所述的传感器装置(10)，还包括：位于所述第二面(32)和所述第二半导体材料中的所述掺杂层(36)上方的电绝缘材料层(44)；并且其中：所述第一金属层(37)从所述第二面(32)向所述绝缘材料层内延伸到所述绝缘材料层的自由面(45)，形成第一接触垫(46)；
所述金属触点(BC、TC)包括第五金属层(43)，所述第五金属层(43)从所述第二面(32)向所述绝缘材料层内延伸到所述绝缘材料层的自由面(45)，形成第二接...
【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：罗马第三大学，
类型：发明
国别省市：
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