DE2940343A1

DE2940343A1 - Photodiodenvorrichtung

Info

Publication number: DE2940343A1
Application number: DE19792940343
Authority: DE
Inventors: William Ned Carr
Original assignee: Recognition Equipment Inc
Current assignee: Recognition Equipment Inc
Priority date: 1978-10-06
Filing date: 1979-10-04
Publication date: 1980-04-10
Also published as: US4238760A; JPS5552277A; GB2034971A; NL7907416A; CA1138081A; FR2438344A1

Description

4. Oktober 1979 79-V-3757

RECOGNITION EQUIPMENT INC., Dallas, Texas

Photodiodenvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen, und zwar insbesondere auf Mehrfachspektrum-Photodioden-Vorrichtungen, die auf einer monolithischen Halbleiterstruktur ausgebildet sind, um zwei oder mehr Photodiodenvorrichtungen vorzusehen, die ein unterschiedliches Ansprechen gegenüber unterschiedlichen Strahlungswellenlängen besitzen.

Um unterschiedliches Spektralansprechen vorzusehen, werden Photodioden mit verschiedenen Oberzügen abgedeckt, um so Filter vorzusehen, die nur bestimmte Strahlungswellenlängen hindurchlassen. Die Filter über den Vorrichtungen blockieren bestimmte Strahlungswellenlängen und lassen andere Wellenlängen hindurch. Es wurden auch individuelle oder einzelne Vorrichtungen verwendet, die mechanisch ausgerichtet sein müssen, was dann besonders schwierig ist, wenn die Vorrichtungen ziemlich klein sind. US-PS 3 962 578 zeigt zwei photoelektrische Detektorelemente, von denen das eine auf dem anderen angeordnet ist, und wobei eine Vorrichtung plus überzüge ein Filter für die zweite Vorrichtung bilden. Eine derartige Vorrichtung ist nicht einfach zu verwenden, insbesondere dann, wenn große zweidimensionale Anordnungen für die Selbstabtastung erforderlich sind, beispielsweise beim optischen Lesen von Zeichen. Ferner wohnen derartigen Vorrichtungen Ausrichteprobleme inne. Jede Vorrichtung in der Anordnung müßte mechanisch mit der Vorrichtung ausgerichtet

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sein, über der sie angeordnet ist.

Beim Aufbau der Mehrspektrum-Vorrichtungen wurden bekannte Verfahren für die Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet. Beispielsweise kann ein Substratmaterial eine Epitaxiallage aus einem unterschiedlichen Material darauf aufweisen, und es können auch zwischen den zwei Lagen begrabene Lagen aus Material mit entgegengesetzter Leitfähigkeit ausgebildet sein. Die begrabene Lage wird beispielsweise durch Ionenimplantation eingeführt, oder aber auf dem Substrat durch Diffusion vor der Bildung der Epitaxiallage gebildet.

Der Kontakt zur zweiten Vorrichtung kann bekannte Verfahren verwenden, wie beispielsweise die Ausbildung einer V-Nut in der Oberfläche der Vorrichtung, wobei sich die Nut hinab zur begrabenen Lage erstreckt, und der Kontakt zur begrabenen Lage durch Diffusion innerhalb der V-Nut und/oder Abscheidung von Material darinnen erfolgt.

Zusammenfassung der Erfindung. Die in ρInem Dokumentenverarbeitungssystem verwendeten Dokumente benutzen unterschiedliche Tintenarten, wie beispielsweise fluoreszente Tinte, infrarote Tinte oder Tinten, die ein noch anderes spektrales Ansprechen besitzen. Bei der Verarbeitung von Schecks können beispielsweise Daten über die Schecks gedruckt sein. Diese aufgedruckte Information kann u. U. deshalb nicht klar sein, weil bereits andere Daten auf den Scheck gedruckt sind, oder deshalb, weil die Schecks unterschiedlich farbige Hintergründe besitzen. Die auf den Scheck gedruckte Information kann dann nicht vollständig lesbar sein, infolge der Differenz oder Störung durch andere Farben. Es ist daher zweckmäßig, den Aufdruck mit Tinten oder Druckfarben vorzunehmen, die unterschiedliches spektrales Ansprechen besitzen, worauf dann diese Druckfarben gelesen werden. ·

In optischen Zeichenlesern besitzt das Daten-Abnehmsystem im allgemeinen entweder ein-oder zweidimensionale selbstabtastende

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Anordnungen von photoempfindlichen Elementen. Aus den obigen Gründen ist es zweckmäßig, daß diese photoempfindlichen Elemente in der Lage sind, unterschiedliches spektrales Ansprechen zu lesen und die unterschiedlichen auf das Dokument aufgedruckten Druckfarben festzustellen.

Die Erfindung weist eine Vorrichtung auf, die in einem monolithischen Halbleiterwafer ausgebildet sein kann und dabei zwei oder mehr Vorrichtungen mit zwei oder mehr spektralen Ansprechgrößen besitzt. Die Vorrichtungen können in perfekter Weise durch das bei der Herstellung der Halbleitervorrichtung verwendete Photoverfahren ausgerichtet sein. Daher ist eine mechanische Ausrichtung der licht- oder photoempfindlichen Elemente bei deren Anordnung in einer optischen Zeichenlesmaschine nicht erforderlich.

Die Verwendung von Mehrfach-Niveau-Abfühlzellen oder Sensorzellen liefert im Vergleich mit Strahlenspaltverfahren eine erhöhte Gesamtempfindlichkeit für den 400 bis 950 nm-Bereich und auch erhöhte räumliche Auflösungsergebnisse, weil bei der Strahlenspaltung eine optische Bildfokusverschlechterung auftritt.

Im einzelnen sieht die Erfindung dabei die Ausbildung einer Oberflächenphotodiode vor, worauf dann eine oder mehrere unter der Oberfläche angeordnete Dioden unter der Oberflächenphotodiode ausgebildet werden. Die unter der Oberfläche sich befindlichen Dioden besitzen unterschiedliches spektrales Ansprechen abhängig von der Tiefe auf der die Photodiode innerhalb des Halbleitersubstrats begraben ist. Die verschiedenen Photodioden werden durch von der Herstellung für Halbleitervorrichtungen bekannte Verfahren hergestellt. Beispielsweise kann eine begrabene photoelektrische Vorrichtung dadurch gebildet werden, daß man eine Zone unterhalb der Oberfläche der Vorrichtung implantiert, oder aber daß eine diffundierte Zone vor dem Epitaxialwachstum einer Lage über dem Halbleitersubstrat ausgebildet wird. Diffusions- und Kontakt-Verfahren werden in der von der Halbleitertechnik her bekannten Art verwendet.

030015/092 8.

- Ar -

-Λ-

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 die Photonen-Eindringtiefe in das Silicium, wobei zwei erfindungsgemäße Dioden im Querschnitt dargestellt sind;

Fig. 2 die geschätzten Komponenten-Quantenwirkungsgrade für die in Fig. 1 gezeigten beiden Photodiodenelemente;

Fig. 3 das Gesamtansprechen von den geschätzten Komponenten der beiden Photodioden;

Fig. 4 schematisch zwei epitaxial ausgebildete Diodenelemente gemäß der Erfindung;

Fig. 5 zwei Diodenelemente im Querschnitt und ein Epitaxialelement mit einer Tiefenkollektionsdiffusion;

Fig. 6 ein spezielles Masken-Layout zur Ausführung eines Diodenpaars mit Dualspektrum;

Fig. 7 eine Dualspektrum-Anordnung von zwei Photodioden-Vorrichtungen mit einer V-Nut zur Herstellung des Kontakts mit der begrabenen Diffusionszone;

Fig. 8 ein Dualspektrum-Epitaxialphotodiodenelement mit einer doppelten V-Nut;

Fig. 9 ein Dualspektrum-Photodiodenelement in schematischer Darstellung mit gesonderten Videoausgangsleitungen;

Fig.10 eine Photomasken-Zusammensetzung des Photodiodenelementes mit dualem Spektrum, und zwar schematisch mit gesonderten Videoausgangsleitungen;

Fig.11 ein schematisches Diagramm eines Epitaxialanordnungs-Schieberegisters mit Dualspektrum;

Fig.12 eine schematische Dualspektrumanordnung aus 12 χ 38 Elementen.

Im folgenden sei die Erfindung beschrieben. Der stark ansteigende optische Absorptionskoeffizient des Siliziums für Hellenlängen im sichtbaren und infraroten Bereich hat zur Folge, daß Photonen mit sichtbarer Wellenlänge nahe der Silizium-Oberfläche absorbiert! werden, wohingegen Photonen mit infraroten

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·«■

Wellenlängen weiter in die Siliziummasse eindringen, bevor die Absorption auftritt. An der Oberfläche angeordnete Photodioden haben daher die Tendenz auf sichtbare Photonen anzusprechen, und tiefer in der Siliziummasse angeordnete Photodioden sprechen mehr auf die infraroten eindringenden Photonen an. Dieser Effekt ist schematisch in Fig. 1 dargestellt, wo die Absorptionswellenlänge für Photonen mit unterschiedlichen Wellenlängen dargestellt ist. Beispielsweise ist die Absorptionslänge von 500 Nanometer (nm) Beleuchtung annähernd 1 Mikron. Die Beleuchtung bei 750 nm wird zu 65 % auf einer 6,5 Mikron-Tiefe absorbiert. Durch Positionierung einer begrabenen Photodiode D2 unter der Oberfläche der Photodiode D1 ergibt sich eine Zellenstruktur mit einem unterschiedlichen sichtbaren und infraroten Licht- oder Photoansprechen. Die derzeitigen Verfahren des Silizium-Epitaxialkristallwachstums zusammen mit der Diffusion, Ionenimplantation und Ätzsteuerung ermöglichen eine solche Photozellenanordnung. Da wohlbekannte Halbleiterherstellungsverfahren zur Erzeugung der Mehrfachspektrum-Vorrichtung verwendet werden, können Einzelheiten hinsichtlich der tatsächlichen Halbleiterverfahren hier weggelassen werden.

Die bei Photodioden-Anordnungen verwendete grundsätzliche Photo-Vorrichtung ist eine flache PN-Sperrschicht (Grenzschicht) nahe der Oberfläche, Ohm'sche Kontakte zum diffundierten Gebiet und Substrat, und zwar zusammen mit einer geeigneten Vorspannungsschaltung.

Selbstabtastende Anordnungen werden durch eine Bor, p-Type-Diffusion in ein Silizium-n-Type-Substrat mit einem Widerstandswert von 4 bis 7 Ohm.cm hergestellt. Die statische Diodenkennlinie folgt dor folgenden Diodengleichung:

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I = I fexp (q V_F/kT) - f) -Κ (1)

dabei ist:

1 /D. . . /^P_ I (2)

und I^ =q G^ A. Photostrom-Erzeugung.

A. ist die aktive Diodenfläche.Der Parameter V„ ist die Vorwärts-Diodenvorspannung. f und Γ sind Elektronen-und Löchar-Lebenszeiten. Andere Parameter sind in der üblichen Weise angegeben.

Die Loch-Elektronen-Erzeugungsrate für einfallende Photonen, die in das Silicium mit x-Abstand eindringen, sind gegeben durch

G(x)= Φ α exp (-α χ) (3)

dabei ist φ _Q der Einfallslichtfluß (Photonen/cm )

α der optische Absorptionskoeffizient (cm ).

Die Anzahl der Minoritätsträger M, die über einen Abstand χ zur PN-Sperrschicht diffundiert bei x=d von Photoabsorptionsplätzen ist in ähnlicher Weise gegeben:

M(d) = G(x) exp Γ- I d-x I /L Ί (O G(x) exp Γ- I d-x j/L Ί

Aus den Gleichungen 3 und 4 ergibt sich der gesammelte Photostrom an der Sperrschichtstelle x=d infolge der Volumen(Elektronen)-Erzeugung in der p-Zone zu M :

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"ίο

• /Il I ·

α
M (d) = Φ_ο J α exp (- α χ) exp (x-d)/L_n dx

oder

(d) = Φ

^aLn exp(-ad)-!

^rL J

Wenn der Beitrag M von der Substrat-n-Zone hinzuaddiert wird, so ergibt sich die gesamte Kollektionsrate M an der Diodensperrschicht x=d zu:

M(d) = Mp(d) ♦ M_n Kd)

(7)

und der resultierende Photostrom aus den Gleichungen 6 und 7 ist folgender:

I =q*_o oA. exp (- α d)

a L_n-I α L_p+1

dabei ist Iχ = qM(d)Aj

(9)

Die Ausdrucke mit L_n sind oberflächendominierte Effekte, während die Ausdrücke mit L_ zur Lochträgererzeugung in der Masse gehören. Man kann die L und L_p-Ausdrücke mit sehr guter Annäherung dem sichtbaren und infraroten Photoansprechen zuordnen .

Wenn die Gleichung 9 durch die Minoritätsträgerlebensdauer V und das Trägerdiffusionsvermögen D ausgedrückt wird, so ergibt sich unter Verwendung der folgenden Gleichung 10:

(10)

der folgende Ausdruck:

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^aAj j «Ρ (-

P Ρ

.,I

I ο

Für Photodioden mit einer sehr kleinen Massenlebensdauer "V ergibt sich der Photostrom zu:

«_A

-1

exp (- α d)

(12)

Ferner wird für Photodioden mit sehr niedriger Lebenszeit Γ der Photostrom wie folgt ausgedrückt:

ο ^αAj "^P⁷P «^XP (- ^a d)

(13)

Diese Gleichungen berücksichtigen nicht die Sekundäreffekte einschließlich der Raumladungslagendicke und des Rekombinationsstromes innerhalb der Raumladungszone.

Für individuelle Anordnungsdioden in einer 12 χ 38-Anordnung wurde der Dunkelstrom I in Gleichung 1 mit weniger als 2 Pikoampere für die meisten verarbeiteten Vorrichtungen gemessen. Das Ergebnis ist ein Dunkelstrom I , der zwei Größenordnungen gegenüber denjenigen Photoströmen Ii reduziert ist, die bei nominellen Beleuchtungsniveaus Φ_ηο_ erhalten werden.

Die Theorie der Dualspektrum-Epitaxialanordnungszelle macht die Betrachtung der Photoabsorption auf unterschiedlichen Eindringungstiefen und die selektive Kollektion der erzeugten Träger durch Photodioden D₁ und D₂ erforderlich.

Die Trägererzeugung oberhalb der Oberflächendiode D₁ und unterhalb der begrabenen Diode D_? tragen jeweils vollständig zu diesen beiden entsprechenden Dioden-Photoströmen bei.

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./12.

Die Trägererzeugung im Epitaxialvolumen zwischen den zwei Photodioden trägt partiell zu beiden Dioden D. und D_ bei. Es gibt drei Massenvolumina, die Trägererzeugungsplätze in dem einfachen hier für die Analyse verwendeten Modell enthalten:

Volumen 1
Volumen 2
Volumen 3

0 < χ < d.

d,<x <d₂

wobei die zwei Photodioden-Sperrschichten auf Tiefen d.. und d_ unterhalb der Siliziumoberfläche x=0 liegen. Die gesamte Silizium-Scheibendicke ist d,, wobei d, für praktische Berechnungen im allgemeinen als unendlich angesehen werden kann. Wenn die Photo-Kollektion oder Sammlung von diesen drei Volumina als eine Modifikation der Gleichung 5 ausgedrückt wird, so erhält man die folgenden Oberflächen-Dioden-Kollektionen von M₄:

ip

exp (-α x) exp

(x-d)

dx

und	^\|)=?	O	In	"J ^dl	exp (- α χ) exp -	(dj - x)
M_1n (d	ist
dabei	*lp^M**
M_\|:M

(U)

(15) (16)

In ähnlicher Weise hat die Kollektion M_ an der begrabenen Diode x=d₂ zwei Beiträge, und zwar unter Vernachlässigung der Breite der begrabenen Lage:

030015/092«

2na

und

- y6-

exp (- a x) exp

(17)

2nb

1 /°° «₂>*₅S«

A'

dabei ist ^M2 = ^M2na ^{+ M}2nb

exp (- a x) exp -

dx (18)

(19)

Der optische Absorptionsprozess erfolgt hier spontan ohne Wellenkopplung. Die Loch-Elektronen-Paare in der Expitaxialzone d..* χ <d_ diffundieren isotrop in einem 4π von jedem statischen Erzeugungsplatz aus.

Eine mehr ins einzelne gehende Analyse für die Expitaxialzelle umfaßt die Photostrombeiträge infolge Rekombination innerhalb der Verarmungs- oder Raumladungszonen und der begrabenen p-Type-Schicht.

Die Berechnung der Photoströme in der Dualspektrum-Lateral-Zelle macht die Modifikation des einfallenden Flusses erforderlich, um den Filtereffekt des darüberliegenden Polysiliziums zu berücksichtigen.

1 § = T

F(X) * ο

(20)

dabei ist T(A.) die Spektraltransmission oder Durchlässigkeit des Polysiliziumfilms und $ ist die gefilterte in die Siliziumoberflache eintretende Beleuchtung. Für die Dualspektrum-Lateral-Zelle wird der Photostrom in der Infrarotzelle folgender:

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$ α A. lexp(-ad) V^Dn ^Tn + "V^Dp ^τ ρ

.■J°7^>

'Ρ'Ρ J

■■!

(21)

dabei ist A. die beleuchtete Diodenfläche.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zeigt eine Oberflächendiode D₁, ausgebildet durch eine p-Type-Diffusion in eine p-Type-Epitaxiallage auf einem n-Type-Substrat. Die begrabene p-Type-Zone im η-Substrat bildet die begrabene Diode D₃. Eine Diffusion stellt den Kontakt mit der begrabenen Zone her.

Die Quantenbeiträge von der Halbleitermasse und der zwei Diodenzonen der Fig. 1 sind in Fig.2 gezeigt. Der sich ergebende Quantum-Wirkungsgrad ist in Fig. 3 für die Oberflächendiode D1 und die begrabene Diode D2 gezeigt. Die Filterwirkung des Siliziums ist offensichtlich durch das Hervorrufen einer Verschiebung des Quantenwirkungsgrades für die Photodiode D2 in den Infrarotbereich. Die in Fig. 1 gezeigte Struktur zeigt die folgenden Vorteile: Gesonderte Ansprechausgangsgröße für das sichtbare und infrarote Spektrum; geometrische Ausrichtung der sichtbaren und infrarot empfindlichen Gebiete oder Zonen; gesondertes Infrarot-Ansprechen ohne Verminderung der Oberfläche des sichtbaren Ansprechens; Detektor-Anordnungssystem mit simultaner oder multiplexartiger sichtbarer/infraroter-Videoinformation; Anordnungsverarbeitung für unmittelbaren Vergleich von OCR (optische Zeichenerkennung) blinder Tinten gegenüber auf Kohlenstoff basierender Tinten; Anordnungsverarbeitung für unmittelbaren Vergleich der sichtbaren gegenüber der infraroten Strahlung für OCR.

Fig. 4 zeigt schematisch zwei "piggy-back" (aufeinander angeordnete) Dioden mit gesondertem sichtbarem und Infrarot-Ansprechen. Die Spaltenwählung in der "Zeile A Wählungs"-Leitung sind diejenigen, die normalerweise für eine Halbleiter-Photodioden-Anordnung verwendet würden. Für die zweite be-

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-hi-

grabene Diode ist eine "Zeile B Wählungs"-Leitung mit Transistoren Q3 und Q4 hinzugefügt. Eine gemeinsame Videoleitung wird zur Erzeugung der Ausgangsgröße in dem OCR-System verwendet .

Die Transistoren Q1 und Q2 werden dazu verwendet, die Videoinformation von der Diode D1 zu leiten und die Transistoren Q3 und Q4 dienen dazu, die Videoinformation von D2 zur Videoleitung zu leiten.

Fig. 5 ist ein Querschnitt einer Halbleitervorrichtung mit den Merkmalen der in Fig. 4 gezeigten Schaltungen. Übliche Oberflächen-MOS-Transistoren werden an den Q1 bis Q4 Positionen verwendet. Eine begrabene Diode wird durch eine Diffusion oder Ionenimplantation in das Substrat erhalten, und sodann durch ihre Abdeckung mit einer Epitaxialschicht. Der Kontakt zur begrabenen Photodiode wird durch eine tiefe Diffusion erhalten, und zwar ähnlich der Kontaktdiffusion beim Diffusionsunter-Schicht-Kollektor, wie dies bei der bipolaren IC-Verarbeitung üblich ist und zur Reduzierung des Parameters R verwendet wird. Das sichtbare Spektrum wird, wie gezeigt, durch die Photodiode D1 detektiert, während das Infrarotspektrum durch die Diode D2 detektiert wird. Die Spaltenwählleitungen sind P-Diffusionen in die Epitaxlallage.

Zur weiteren Erläuterung, wie die Vorrichtung der Fig. 5 aufgebaut ist, zeigt die Fig. 6 ein spezielles Masken-Layout zur Durchführung der Dualspektrumzellen der Figuren 4 und 5. Eine siebte Maske wird verwendet, um die Tiefendiffusion zur Photodiode zu definieren. Das Masken-Layout kann auf 4 Tausendstel Zoll Mitten ausgeführt werden, und zwar mit einer geringen Reduktion der Photodiodenfläche, um Raum für die eine hinzugefügte Zeilenadresse zu schaffen. Jede der verschiedenen Zonen wird durch die in Fig. 6 gezeigte Legende identifiziert.

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■Mt-

Fig. 7 ist ein Querschnitt der Halbleitervorrichtung, in der ein V-Nut-MOS-Transistor verwendet wird. Ein Vorteil der V-Nut-Technologie bei der Kontaktierung der begrabenen diffundierten Zone besteht in dem Vorsehen der MOS-Vorrichtung, während die begrabene P-Diffusionszahl 1 kontaktiert wird, die einen Teil der Diode D2 bildet. Die begrabene Lage wird durch die V-Nut kontaktiert, die auf die richtige Tiefe geätzt wurde.

Die Dualspektrumzelle der Fig. 4 kann auch mit V-Nut-Transistoren an allen vier Positionen, wie in Fig. 8 gezeigt, implementiert werden. Da der V-Nut-Transistor weniger Lateralfläche verglichen mit dem Standard-Silizium-Gate-MOS-Transistor benötigt, wird mehr Fläche innerhalb der Zelle für die aktiven Photodioden verfügbar. Die begrabene Photodiode D2 ist ausgewählt durch den V-Nut-MOS-Transistor in dem linken Halbgebiet der Zelle. Der eine V-Nut-Transistor benötigt eine Extramaske für die Kanaldefinition. Die Zelle kann aufgebaut sein mit einem 4 Tausendstel Zoll χ 4 Tausendstel Zoll-Anordnungsabstand oder mit anderen gewünschten Abständen. Die Verarbeitung der Vorrichtung in Fig. 8 benötigt sieben Photomaskenniveaus plus die schützende Passivierung und ist mit der derzeitigen V-Nut-Technologie kompatibel.

Eine weitere Möglichkeit zum Erhalt eines erhöhten Infrarotansprechens besteht darin, eine Photodiode mit einer hinreichend dicken Schicht aus Polysilizium zu bedecken. Die Abdeckung aus der Polysiliziumschicht hat nicht die scharfe Absorption bezüglich des Wellenlängenabbruchs des Einkristall-Siliziums, gestattet aber ein angenähertes sichtbares Filter. Ein weiterer Nachteil der Zelle mit einer abdeckenden Polysiliziumschicht besteht darin, daß das gesamte Spektralansprechen um annähernd 50 % verglichen mit der Konstruktion mit begrabener Diode vermindert wird.

Bei der Ausbildung der Mehrfachspektrum-Diode in Anordnungen ist es notwendig, die Videoinformation von jeder Diode zu

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einer Ausgangsleitung zu bringen. Eine gesonderte Leitung kann für jede Diode verwendet werden, oder aber vorzugsweise wird eine einzige Videoleitung benutzt. Die Ausgangsgröße von jeder Diode wird in eine einzige Videoleitung durch Multiplex eingegeben. Die Verwendung einer einzigen Video-Ausgangsleitung vermindert den Schatten, der durch einen zweiten Videoanschluß hervorgerufen würde. Das Anadressieren der Zelle für das Zeitmultiplexen der Videoinformation in eine einzige Ausgangsleitung ist relativ einfach. Wenn jedoch ein zweiter Videoausgangsanschluß erforderlich ist, so kann dieser wie in Fig. 9 gezeigt vorgesehen sein. Fig. 10 zeigt ein zusammengesetztes Masken-Layout für eine Dualvideoanschluß-Vorrichtung.

Da in optischen Zeichenerkennungssystemen eine Anordnung von Dioden verwendet wird, ist es notwendig, Zeilenadressenleitungen vorzusehen. Ein Einzelzeilenadressenschieberegister zur Verwendung mit der Dualvideoanschlußanordnungszelle der Fig. 9 ist in Fig. 11 gezeigt. Die Adressenschaltung der Fig.11 verwendet fünf Transistoren pro Verzögerungselement. Die vollständige Dualanordnung und sämtliche Adressen und Steuerelemente können in einer Halbleitervorrichtung ausgebildet sein, und zwar unter Verwendung der bekannten integrierten Schaltungsaufbau-Verfahren.

Zur Veranschaulichung einer vollständigen Photodioden-Anordnung unter Verwendung von Dualspektrum-Dioden ist in Fig. 12 eine schematische Darstellung einer 12 χ 38-Anordnung gezeigt. Diese Schaltung zeigt ein Dualspektrum von zwei gesonderten Zeilenadressen-Schieberegistern in einem schematischen Layout mit einem einzigen Videoanschluß. Die gesamte Schaltung kann in einem einzigen Halbleiterkörper ausgeführt sein.

Zusammenfassend wurde gezeigt, daß Dualspektrum-Photodioden in einem einzigen Halbleiter-Körper ausgebildet werden können, um Daten mit unterschiedlichen Wellenlängen zu detektieren und zu lesen. Diese Vorrichtungen können auf drei Photodioden er-

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■ is-

weitert werden, und zwar jeweils eine ansprechend auf das rote, grüne und blaue Spektrum, wobei eine solche Anordnung dieser Vorrichtungen als eine Bildaufnahmevorrichtung mit integraler Farbtrennung verwendet werden kann. Mit der derzeit verfügbaren Technologie sind diese Vorrichtungen ohne weiteres möglich und eine gesamte Anordnung mit Zeilen-und Spalten-Adressierschaltungen für eine Mehrfachspektrum-Ausgangsgröße kann in einem einzigen Halbleiterkörper ausgeführt werden.

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.49:

L e e r s e 11

Claims

ANSPRÜCHE

Mehrfachspektrum-Photodioden-Vorrichtung mit zwei oder mehr Photodioden, deren jede auf eine unterschiedliche Strahlungswellenlänge anspricht, gekennzeichnet durch eine erste Diodenvorrichtung nahe der Oberfläche eines Halbleiterkörpers einer Leitfähigkeitstype und mindestens eine zweite Photovorrichtung weiter innerhalb des Halbleiterkörpers begraben, und zwar direkt unter der ersten Diodenvorrichtung.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des Halbleiterkörpers begrabene Diode eine begrabene Lage aus Halbleitermaterial mit einer Leitfähigkeit einer Type entgegengesetzt zu der des Halbleiterkörpers in dem die Diode begraben ist und eine Kontaktzone aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktzone eine V-Nut ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 1, aekennzeichnet durch einen Körper aus Halbleitermaterial einer Leitfähigkeitstype, eine Epitaxiallage aus Halbleitermaterial auf dem Halbleiterkörper,

eine begrabene Zone aus Halbleitermaterial mit einer Leitfähigkeitstype entgegengesetzt der des Halbleiterkörpers, wobei die Epitaxiallage sich mindestens teilweise in den Halbleiterkörper erstreckt und eine pn-Sperrschicht damit bildet, eine sich durch die Epitaxiallage erstreckende Kontaktzone zur Herstellung eines elektrischen Kontakts mit der begrabenen Zone,

eine zweite Zone mit der gleichen Leitfähigkeitstype wie die begrabene Zone, ausgebildet in der Epitaxiallage und eine pn-Sperrschicht damit bildend, und

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eine die zweite Zone kontaktierende Kontaktzone, wobei die zweite Zone über der begrabenen Lage in Ausrichtung damit liegt.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche/ insbesondere Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei pn-Sperrschichten photoempfindliche Sperrschichten sind und für die Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen sensitiv sind.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweidimensionale Anordnung aus Mehrfachspektrum-Photodetektoren in einem einzigen Körper aus Halbleitermaterial angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sich durch die Epitaxiallage erstreckende Kontaktzone eine V-Nut ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kontakt zur begrabenen Lage der Ausgang der photoempfindlichen Diode ist, und zwar ausgebildet durch die pn-Sperrschicht zwischen der begrabenen Lage und dem Halbleiterkörper, wobei der Kontakt eine V-Nut ist, in die eine Metalloxid-Halbleiter-Vorrichtung ausgebildet ist, um die Ausgangsgröße von der photo- oder lichtempfindlichen Diode gatterartig zu leiten.
9. Verfahren zur Herstellung einer Mehrfachspektrum-Photodioden-Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Ausbildung einer ersten Zone in einem Halbleiterkörper mit einer Leitfähigkeitstype entgegengesetzt zu der des Körpers,

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Ausbildung einer Epitaxiallage über der ersten Zone, Ausbildung einer zweiten Zone in der Epitaxiallage mit einer Leitfähigkeitstype gleich der der ersten Zone, und Ausbildung von Kontakten zu jeder ersten und zweiten Zone des Halbleiterkörpers.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt zur ersten Zone durch eine V-Nut und in der Epitaxiallage ausgebildete Diffusion erfolgt.
11. Verfahren zur Herstellung der Mehrfachspektrum-Photo-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Ausbildung einer ersten Photodiode innerhalb eines Halbleiterkörpers,

Ausbildung einer zweiten Photo-Vorrichtung auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers oberhalb der ersten Photo-Vorrichtung und
Herstellung eines Kontakts zu jeder der Photo-Vorrichtungen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die Schritte des Ausbildens von mindestens einem Transistor am Ausgang jeder Photodiode zur gatterartigen Leitung der Ausgangsgröße von diesen Dioden.

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