專利名稱：光電傳感元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的一種光電傳感元件。
光電傳感元件是輻射接收器，其將電磁輻射能量(光子)轉(zhuǎn)換為電信號，并且在測量技術(shù)領(lǐng)域是很重要的。例如，在諸如(差值型或絕對型的)長度和角度測量系統(tǒng)之類的位置測量系統(tǒng)中，幾個輻射接收器(尤其是光電元件)被安裝在一個柵結(jié)構(gòu)后面。
這種類型的輻射接收器通常被設(shè)計成阻擋層光電探測器。它們包含PN、PIN、MS或MOS躍遷(轉(zhuǎn)換)(transition)，其中，電磁輻射轉(zhuǎn)換為電信號是借助于光壘(photo barrier)層效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。為了能夠測量和評價電信號，輻射接收器必須設(shè)有電接觸體，并且被連接至合適的電路。與電路的這種結(jié)合通常是在一個導(dǎo)電板(conductor plate)上進(jìn)行的。因此，輻射接收器最好設(shè)計成SMD元件(表面安裝器件)。
一種用于電子元件的焊接連接器可以從歐洲專利EP0464232B1中獲知。這可用于將幾個光電元件安裝至一個電路。光電元件是(例如)通過形成接觸面的金屬化的后側(cè)被固定至一個導(dǎo)電板上。焊接連接器具有若干焊接橋，并且起到將安裝在光電元件的前側(cè)的第二接觸體連接至導(dǎo)電板的對應(yīng)導(dǎo)電盤片(panels)的作用。焊接橋具有理想的斷點(diǎn)和彎曲邊緣，于是，所希望的電路的制造變得更容易。但是，由于導(dǎo)電板上的空間條件的限制，盡管有這些措施，焊接連接的形成仍然常常是困難的。
一種用于連接位于一個支承部件上的光電元件的方法還可從德國專利申請DE4228274A1中獲知。布置在元件的遠(yuǎn)離支承部件的側(cè)面上的光電元件的接觸體由此通過安裝在一個塑料底層上的導(dǎo)電盤片，連接至支承部件的與元件鄰近的連接面上。當(dāng)采用這種工藝時，對導(dǎo)電板上的元件的空間要求因?qū)щ姳P片包括塑料支承體所要求的附加空間而增大。
從歐洲專利申請EP0452588A中可獲知一種太陽能電池及其制造方法。這種太陽能電池具有一個p型導(dǎo)電層和一個n型導(dǎo)電層，它們安置在一個半導(dǎo)體襯底上并且形成PN躍遷。p型導(dǎo)電層和n型導(dǎo)電層的電極以如此方式設(shè)置在襯底的一側(cè)上，即，使相鄰太陽能電池的電連接更容易。
從美國專利USA4897123中還可獲知一種太陽能電池及其制造方法，其中一個p型導(dǎo)電層和一個n型導(dǎo)電層安置在一個半導(dǎo)體襯底上并且形成PN躍遷。這種太陽能電池也具有如下特征p型導(dǎo)電層和n型導(dǎo)電層的電極設(shè)置在襯底的一側(cè)上。
本發(fā)明的目的是要提供一種已經(jīng)提及的類型的光電傳感元件，以使元件與位于一個導(dǎo)電板或類似裝置上的電路可以形成最容易的可能的緊湊連接。
按照本發(fā)明，這是通過權(quán)利要求1的特征實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明是基于這樣的知識如果一個光電傳感元件及其電極如此設(shè)計，即，兩個電極的接觸點(diǎn)可以安裝在元件的一個表面(后表面)上，那么該元件與位于一個導(dǎo)電板上的一個電路的連接就可大大簡化。這種類型的元件可以通過其后表面被安裝至具有合適的接觸面的導(dǎo)電板，而不需要附加的連線或其它連接部件。
該光電元件可以包括例如n型的第一半導(dǎo)體層，在此半導(dǎo)體層上安置p型的第二半導(dǎo)體層。在兩個層之間形成一個空間充電(電荷)區(qū)域(spacecharging zone)，作為躍遷區(qū)域(阻擋層)，其中，入射的輻射是通過產(chǎn)生光電流而被吸收的。不過，PIN躍遷也是可能的，在這種情況下，在第一和第二導(dǎo)電類型的兩個半導(dǎo)體層之間安置有一個半導(dǎo)體中心層，作為阻擋層。
在第一半導(dǎo)體層上設(shè)置一個薄的金屬層同樣是可能的，這樣就形成了肖特基躍遷。如果在第一半導(dǎo)體層與第二金屬層之間另設(shè)一個氧化物層，那么就形成了MOS躍遷。這些元件還適合于探測電磁輻射并實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案。
應(yīng)當(dāng)指出的是，這里的術(shù)語躍遷或躍遷區(qū)域是指一個光電元件的區(qū)域，在此區(qū)域中，通過光電效應(yīng)，光能可以轉(zhuǎn)換為電信號。此術(shù)語被用作術(shù)語阻擋層、空間充電區(qū)域和p-n躍遷等的上位術(shù)語，并且總是指半導(dǎo)體元件的其中能夠?qū)⑽盏妮椛滢D(zhuǎn)換為電信號的總體區(qū)域。因此，與阻擋層鄰接的區(qū)域也被包含在其中，例如從這些區(qū)域，所產(chǎn)生的充電的載流子可在其有效壽命內(nèi)擴(kuò)散至電場區(qū)域，在電場區(qū)域中電子與空穴分離。
位于輻射側(cè)的一個表面區(qū)域是指由第一和第二層以及躍遷層組成的元件的芯(core)的一個表面，通過這個表面，要探測的輻射可以透入躍遷區(qū)域，并且當(dāng)采用該元件作為傳感器時，這個表面對準(zhǔn)要探測的輻射。因此，在較寬的意義上講，它不絕對是元件的一個表面(還包括抗反射層、結(jié)構(gòu)(structuring)絕緣層和類似層)；例如一個抗反射層仍可設(shè)置在位于輻射側(cè)的表面區(qū)域上。
于是，入射的輻射到達(dá)躍遷區(qū)域達(dá)到最大可能的程度，兩個層中的至少一個(例如第二層，它或者是半導(dǎo)體的或者是金屬的)要比要探測的輻射在相應(yīng)材料中的穿透深度薄。另一層通常做得較厚，以保證元件的穩(wěn)定。元件在工作時是如此定位的較薄的第二層面對要探測的輻射。輻射穿過較厚的第一層到達(dá)躍遷區(qū)域的實(shí)施方式也是可能的。
由于較厚的第一層的穩(wěn)定，該傳感元件通常實(shí)質(zhì)上僅僅由兩個層組成，在這兩個層之間形成躍遷區(qū)域；這仍可包括一個抗反射層和薄的絕緣層，它們的作用是例如構(gòu)成元件的一個表面。然而，對于形成躍遷區(qū)域的兩個有源層而言，省去作為支承部件的襯底是可能的。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，元件的輻射側(cè)表面區(qū)域是至少部分地穿過第二層形成的，其中，至少一個導(dǎo)電連接部件(摻雜的半導(dǎo)體或金屬)從第二層延伸至元件的與輻射側(cè)表面區(qū)域相對置的表面，并且在此通過一個電極與對應(yīng)于第二層的接觸點(diǎn)電連接。
輻射側(cè)的表面區(qū)域至少部分地穿過第二層形成這個特征并不絕對地意味著元件與第二層結(jié)合；它僅僅涉及由第一和第二層以及躍遷區(qū)域組成的元件芯的一個表面。進(jìn)一步的配套(completing)層諸如抗反射層仍可以布置在此上。
第二層和連接部件均可以由此制成半導(dǎo)體型的；于是它們必須具有相同的導(dǎo)電類型(均為p型或n型摻雜的)。
如果半導(dǎo)體連接部件在第二層與其電極之間形成單一的導(dǎo)電連接并且由此延伸穿過元件本身，本發(fā)明的上述實(shí)施例將允許獲得一個特別簡單的傳感元件結(jié)構(gòu)。不過，除了半導(dǎo)體連接部件之外，也可以設(shè)置一個金屬連接部件。
由于當(dāng)靠近帶有電極的元件的表面(即與第二層相對置)制造半導(dǎo)體連接部件時，在電子結(jié)構(gòu)中常常產(chǎn)生缺陷，因此，采用一個相同導(dǎo)電類型的附加半導(dǎo)體區(qū)域圍繞半導(dǎo)體連接部件是有益的。這種附加的半導(dǎo)體區(qū)域可以例如通過離子注入或擴(kuò)散工藝形成，并且允許第二半導(dǎo)體層與其安裝在元件的另一側(cè)上的電極良好接觸。
附加的半導(dǎo)體區(qū)域最好具有這樣的尺寸，即，在靠近元件的后表面處它覆蓋連接部件的容易擊穿的整個邊緣區(qū)域。其與連接部件的延伸方向平行的擴(kuò)展量通常約為0.6μm。
為了減小這樣一個組件的電阻，即，其中第二層由一個導(dǎo)電連接部件連接至位于元件的另一側(cè)上的一個電極，可以在元件中設(shè)置若干(平行延伸的)連接部件。
在上面描述的本發(fā)明的實(shí)施例的一個優(yōu)選變換方式中，元件的輻射側(cè)表面區(qū)域至少部分地由第二層的一個表面形成，其中，至少一個通道從第二層延伸至元件的與輻射側(cè)表面區(qū)域相對置的表面，并且其中元件的完全包圍通道的一個區(qū)域(作為連接部件)具有與第二層相同的導(dǎo)電類型。第二層的電極由此可以被置于元件的后側(cè)，并鄰近第一層的電極。
通道最好形成為柱形，并且形成圍繞此空心柱形的區(qū)域，通道具有10-150μm的直徑。圍繞通道的區(qū)域的厚度最好在3-10μm之間。
在第一和第二層均制成半導(dǎo)體型的情況下，這個實(shí)施例是特別有益的。相同的通道可以采用強(qiáng)激光束制造，圍繞它的摻雜區(qū)域由擴(kuò)散工藝制造。
在另一種有益的變換方式中，元件的輻射側(cè)表面區(qū)域同樣至少部分地由第二層的一個表面形成，其中，至少一個半導(dǎo)體溝道從第二層延伸至元件的與輻射側(cè)表面區(qū)域相對置的表面，并且與第二層具有相同的導(dǎo)電類型，從而允許實(shí)現(xiàn)第二層在元件的后表面上的接觸。這個實(shí)施例也特別適合于第一和第二層均為半導(dǎo)體型的情況。
一個具有約5-150μm的橫斷面直徑最好具有30-80μm的橫斷面直徑的半導(dǎo)體溝道可以這樣制造，例如通過摻雜物質(zhì)向元件的熱徒動。對熱徙動的進(jìn)一步的解釋將會在對附圖中所示的本發(fā)明的實(shí)施例的說明中找到。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，其中元件的輻射側(cè)表面區(qū)域至少部分地由第二層的一個表面形成，該實(shí)施例的特征在于一個金屬連接部件從第二層延伸至元件的與輻射側(cè)表面區(qū)域相對置的表面，這樣可以從第二層安裝一個連接電極。
這個實(shí)施例尤其是可以這樣形成，即，一個通道(約50-150μm的直徑)從第二層延伸至元件的與輻射側(cè)表面區(qū)域相對置的表面，并且其壁設(shè)有一個絕緣層，此絕緣層設(shè)置在穿過第一層和躍遷區(qū)域的部分中，并且連接部件安裝在其中。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中，元件的輻射側(cè)表面區(qū)域是至少部分地由第二層的一個表面形成的，該實(shí)施例的特征在于基于元件的遠(yuǎn)離輻射側(cè)表面區(qū)域的表面，以第二層的導(dǎo)電類型形成一個附加區(qū)域。第二導(dǎo)電類型的這些區(qū)域由一個金屬連接部件電連接在一起，此金屬連接部件尤其是一個絕緣夾，連接部件在此夾中或此夾上延伸。第二層的連接電極安裝在第二導(dǎo)電類型的附加區(qū)域上。
本發(fā)明的這個實(shí)施例還可有益地與已經(jīng)描述的變換方式組合，其中，半導(dǎo)體連接部件從輻射側(cè)表面區(qū)域延伸至元件的帶有接觸部件的表面。
如果第二層至少延伸至元件的位于輻射側(cè)的表面的側(cè)邊緣之一，對于形成與一個夾或類似裝置的電連接是特別有益的。為此，當(dāng)從一個晶片上選取元件時，必須將躍遷區(qū)域垂直分離。
另外，第一(半導(dǎo)體)層由具有如此大的帶隙的材料(例如碳化硅)形成是可能的，即，要探測的輻射還可穿過元件的與第二層相對置的表面到達(dá)躍遷區(qū)域(阻擋層)。除了(通過第二層的)前輻射外，這種類型的傳感元件還允許(通過第一層的)有效后輻射。
根據(jù)本發(fā)明的元件的一個實(shí)施例，其中，輻射側(cè)表面區(qū)域是由第一(半導(dǎo)體)層的一個表面形成的，該實(shí)施例的特征在于在第一層中具有一個凹口，其中，位于輻射側(cè)的元件的表面與阻擋層之間的材料的厚度小于要探測的輻射的穿透深度。為采用這個實(shí)施例保證元件的穩(wěn)定，可以在第一層中的凹口內(nèi)填充可被要探測的輻射穿透的材料。
采用本發(fā)明的這個實(shí)施例，兩個層的接觸體安裝在元件的一側(cè)，第二層沿此側(cè)延伸。
本發(fā)明可以有益地應(yīng)用于這樣的元件中，即，元件具有若干獨(dú)立的躍遷區(qū)域(例如PN躍遷)并因此具有若干個對輻射敏感的表面區(qū)域。由此，它既可以包括具有若干躍遷區(qū)域的一片式半導(dǎo)體元件(單片陣列(monolithic array))又可以包括由若干元件組成的混合陣列。
另外，本發(fā)明可以特別有益地應(yīng)用于這樣的元件中，其中形成躍遷區(qū)域的兩個層的電極布置在元件的一個表面上，此表面由兩個層之一形成或界定。這里還包括那些元件，其中帶有電極的層仍具有一個薄的抗反射層、一個薄的用于構(gòu)成此表面的絕緣層或類似層，但不包括那些元件，其中帶有電極的層形成一個(絕緣的或半導(dǎo)體的)襯底，此襯底支撐整個組件。
最后，如果層的接觸點(diǎn)由可以焊接的和/絲焊的和/或?qū)щ娦哉掣降牟牧闲纬傻脑?，將是有益的?br> 從參照附圖對實(shí)施例所做的以下說明中，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)將變得清楚明了，附圖中

圖1顯示出根據(jù)本發(fā)明的光電傳感元件的一個實(shí)施例，其中具有一個空心的柱形的半導(dǎo)體連接部件，此連接部件從元件的前側(cè)延伸至后側(cè)；圖2顯示出一個實(shí)施例，其中一個柱形的半導(dǎo)體連接部件從元件的前側(cè)延伸至后側(cè)；圖3顯示出一個實(shí)施例，其中一個金屬連接部件從元件的前側(cè)延伸至后側(cè)；圖4顯示出一個實(shí)施例，其中兩個p型的半導(dǎo)體層由一個夾電連接；圖5顯示出一個實(shí)施例，它用于通過帶有凹口的第一半導(dǎo)體層輻射光。
圖1顯示出根據(jù)本發(fā)明的光電傳感元件的第一實(shí)施例。該元件1的半導(dǎo)體(半導(dǎo)電)基體是由例如硅形成的，并且包括一個寬的n型導(dǎo)電層1(厚度300-400μm)，一個薄得多的p型導(dǎo)電層3(厚度約0.55μm)在n型導(dǎo)電層的前表面上延伸。在這兩個半導(dǎo)體層2、3之間形成了一個空間充電區(qū)域4(耗盡(impoverished)區(qū)域)，該區(qū)域起到一個阻擋層的作用。
元件1的前側(cè)設(shè)有一個抗反射層15，并且是穿過絕緣層16和16’構(gòu)成的，絕緣層16和16’可以由例如二氧化硅形成。在這兩個絕緣層16、16’之間延伸的是輻射側(cè)表面區(qū)域6，它是由p型導(dǎo)電層3的一個表面形成的。
投射表面區(qū)域6的電磁輻射18穿過p型導(dǎo)電層3到達(dá)空間電荷區(qū)域4，并且在此大部分被吸收。由此，電子空穴對形成在空間電荷區(qū)域4中。空間電荷場使這些載流子對分離，電子流向n型側(cè)，空穴流向p型側(cè)。光電流是入射的輻射量的度量，為了能夠測量這個光電流，元件1必須被結(jié)合到一種合適的電路中。這種類型的電路通常包括若干個光電元件和半導(dǎo)體元件，它們一起安裝在一塊導(dǎo)電板上。
為了將元件1連接至這樣的電路，在穿過絕緣層17構(gòu)成的該元件的后表面7上設(shè)有電極10和11，這兩個電極帶有由焊接材料形成的表面接觸點(diǎn)10a和11a。因此，后表面7由n型導(dǎo)電層2自身的一個表面形成。
n型導(dǎo)電層2的連接電極10安裝在半導(dǎo)體層2的一個低電阻重?fù)诫s區(qū)域5上，以便降低接觸電阻。
為了能夠在元件1的后表面7上同樣地安裝p型導(dǎo)電層3的連接電極11，一個直徑約100μm的柱形通道21從元件1的輻射側(cè)表面區(qū)域6延伸至其后側(cè)。通道21在其整個長度上完全由一個空心的柱形的p型導(dǎo)電區(qū)域22包圍，區(qū)域22的厚度為3-10μm。p型導(dǎo)電層3的連接電極11安裝在通道21的后側(cè)端部，鄰近n型導(dǎo)電層2的電極10。
通道21的后側(cè)端部還由一個附加的p型導(dǎo)電區(qū)域24包圍，這個區(qū)域24可以例如通過離子注入或擴(kuò)散工藝制備，并且允許空心柱形區(qū)域22上方的p型導(dǎo)電層3和電極11很好地連接。附加的p型導(dǎo)電區(qū)域24的擴(kuò)展(expansion)是如此選擇的，即，它包圍空心的柱形區(qū)域22的靠近表面的部分，這樣在制造空心柱形區(qū)域22的靠近表面部分的過程中，可以盡可能地消除電子結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的缺陷。附加的p型導(dǎo)電區(qū)域的厚度(平行于通道21的延伸(extension)方向的擴(kuò)展)約為0.6μm。
通道21本身可以借助于強(qiáng)激光束制造。由于這個通道21，毫無問題地形成元件1的p型導(dǎo)電區(qū)域22是可能的，以使它穿過300-400μm厚的n型導(dǎo)電層2延伸至元件1的后側(cè)。如果沒有通道21，p型導(dǎo)電層3與元件1的后側(cè)7之間的距離對于通過常規(guī)的擴(kuò)散工藝進(jìn)行橋接而言將會太大；通常，使摻雜物質(zhì)擴(kuò)散至半導(dǎo)體層中約10μm深需要幾個小時。在這種情況下，包含合適的摻雜物質(zhì)的氣體被導(dǎo)入通道21，以便摻雜物質(zhì)穿透通道21的壁并形成空心的柱形的p型摻雜區(qū)域22。附加的p型導(dǎo)電區(qū)域24最好在制備空心的柱形區(qū)域22之后形成。
為了使本發(fā)明的該實(shí)施例降低陽極電阻，可以有幾個空心的柱形的p型導(dǎo)電區(qū)域22從p型導(dǎo)電層3延伸至元件1的后側(cè)7，并且在此被連接至一個接觸點(diǎn)。
由于n型導(dǎo)電層2和p型導(dǎo)電層3的電極10和11彼此鄰近地處于元件1的后表面7上，元件1可以很容易地安裝至一個導(dǎo)電板，并且由此結(jié)合到一個電路中。為此，僅僅需要將電極10和11的接觸點(diǎn)10a和11a設(shè)置在所提供的導(dǎo)電板的接觸表面上，并且可以通過焊接或超聲焊接固定。不需要附加的連接部件，諸如元件1的電極與導(dǎo)電板之間的焊接橋(soldered bridges)。
本發(fā)明的第二實(shí)施例顯示于圖2中。它與圖1中所示的實(shí)施例的不同僅僅在于p型導(dǎo)電層3與元件1的后表面7的電極10、11之間的連接的設(shè)計方面。
根據(jù)圖2中的實(shí)施例，一個柱形的p型半導(dǎo)體溝道(channel)25在p型導(dǎo)電層3與元件1的后表面7之間延伸。p型導(dǎo)電溝道25最好具有30-100μm的直徑，并且可以通過熱徙動工藝制造。
熱徙動的原理是基于這樣的事實(shí)在半導(dǎo)體材料諸如硅中，金屬摻雜物質(zhì)的可溶性是與溫度有關(guān)的，并且隨溫度的升高而增加。如果在一個充分加熱的半導(dǎo)體元件的兩個相對表面之間產(chǎn)生了溫度梯度，并且一種合適的金屬摻雜物質(zhì)(例如為n型導(dǎo)電區(qū)域的p型摻雜采用的鋁)被施加至元件的較冷的表面，那么金屬摻雜物質(zhì)會朝向該半導(dǎo)體元件的相對置的較熱的表面徙動。這種溝道的形狀可以通過較冷的表面的相應(yīng)結(jié)構(gòu)精確地設(shè)定，摻雜物質(zhì)例如借助于氧化物層施加在此較冷的表面上。
以最佳方式進(jìn)行熱徙動所需的壓強(qiáng)、溫度和其它參數(shù)的詳細(xì)數(shù)值可從相關(guān)文獻(xiàn)中得到，例如美國專利3998764。
正如圖1的實(shí)施例中那樣，本實(shí)施例中，在要安裝電極11的半導(dǎo)體溝道25的端部也設(shè)有一個附加的p型導(dǎo)電區(qū)域27，這個區(qū)域包圍溝道25并且(在溝道25的縱向延伸方向上)具有0.6μm的厚度。
圖3顯示出在p型導(dǎo)電層3與元件1的后表面7上的相關(guān)電極11之間形成連接的第三種變換方式，但就傳感元件1的結(jié)構(gòu)而言與圖1和2是基本相同的。
根據(jù)圖3，一個柱形通道31從元件1的輻射側(cè)表面區(qū)域6延伸至其相反的一側(cè)。此通道具有50-150μm的直徑，并且在穿過n型導(dǎo)電層2的部分中設(shè)有一個絕緣層32。在通道31中，一個金屬連接部件30從p型導(dǎo)電層3延伸至元件1的后表面7上的連接電極11。
一個合適的通道31可以借助于激光技術(shù)通過鋸切(sawing)或者通過離子照射蝕刻工藝制造。爾后以公知的方式，使通道31的壁形成絕緣層32，以使得安裝在通道31中的金屬連接部件30(例如導(dǎo)線或?qū)щ姲?不能與n型導(dǎo)電層2接觸。
本發(fā)明的這個實(shí)施例可以有益地用于肖特基(Schottky)和MOS(金屬-氧化物-半導(dǎo)體)探測元件(detector)中。
根據(jù)圖3的實(shí)施例得到了肖特基躍遷(transition)，其中，第二薄層3是由可以被要探測的輻射穿透的金屬材料制成的。由此在熱平衡狀態(tài)下，在金屬3與n型半導(dǎo)體2之間形成一個勢壘。入射光產(chǎn)生一個光電流，其中與PN躍遷相反，只有多數(shù)載流子對電流的傳導(dǎo)起作用。
如果在薄的金屬的第二層例如可透射的Au層與半導(dǎo)體的第一層例如n型摻雜的Si層之間還存在一個氧化物層例如二氧化硅層，那么就可得到MOS躍遷。
在這兩種情況下(肖特基躍遷和MOS躍遷)，根據(jù)圖3的本發(fā)明的實(shí)施例均可以直接被采用，以便能夠?qū)⒈〉慕饘俚牡诙拥倪B接電極11安裝在元件1的后側(cè)上，并與第一半導(dǎo)體層2的連接電極10鄰近。
圖4顯示出本發(fā)明的第四實(shí)施例，其中，半導(dǎo)體元件1的輻射側(cè)表面區(qū)域6是由p型導(dǎo)電層3的一個表面形成的。與前面的實(shí)施例不同，在這個實(shí)施例中，輻射側(cè)表面區(qū)域6延伸至元件1的外端12、12’。這種全表面p型導(dǎo)電層可以制造在一個晶片上，而不需光刻結(jié)構(gòu)界定。為了選出(single out)半導(dǎo)體元件，相應(yīng)地作為整個表面形成的p-n躍遷被垂直地鋸切。
一個接觸部件13被安裝在p型導(dǎo)電層3上，鄰近半導(dǎo)體元件1的外端12。在元件1的后側(cè)上，與接觸部件13相對的是一個附加的p型導(dǎo)電區(qū)域9，在此區(qū)域上安裝有用于p型導(dǎo)電層的連接電極11。連接電極11通過一個合成樹脂夾40與相對的接觸電極13電連接，在夾40中延伸有一個金屬連接部件41(例如銅板)。
由此，光電傳感元件1可以象前面的實(shí)施例(圖1-3)那樣，借助于后側(cè)電極10和11連接至一個電路，尤其是導(dǎo)電板。
另外，夾40還可與圖1-3的實(shí)施例聯(lián)用，作為例如除了半導(dǎo)體溝道25之外的一個附加連接裝置。
如果傳感元件1是由具有足夠大的帶隙(取決于多晶型物(polytype))的半導(dǎo)體材料制造的，例如由具有2.2-3.3eV的帶隙的碳化硅制造的，那么紅外輻射和部分可見光還可從后表面7穿過n型導(dǎo)電層2到達(dá)阻擋層4。由于這種大的帶隙，在這種情況下，對于所述電磁輻射而言，n型導(dǎo)電層2起到窗口作用。采用這種設(shè)計結(jié)構(gòu)的元件1，形成了這樣的一種傳感器，即，在其阻擋層4中，光既可以從前側(cè)也可以從后側(cè)穿透而產(chǎn)生光電流。
根據(jù)相關(guān)電路的技術(shù)數(shù)據(jù)(空間要求、功能、與其它元件的相互作用等)，元件1可以選擇性地在前側(cè)或后側(cè)設(shè)有必要的連接電極。元件的帶有電極的表面被設(shè)置在導(dǎo)電板上，而相反的表面則對準(zhǔn)輻射源。
圖5顯示出本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中元件1的輻射側(cè)表面6’是由n型導(dǎo)電層2的一個表面形成的。n型導(dǎo)電層2設(shè)有一個凹口35，通過此凹口，要被探測的電磁輻射18穿透n型導(dǎo)電層2并隨后透入阻擋層4。凹口35在阻擋層4的方向上是這樣延伸的，即，輻射側(cè)的表面區(qū)域6’與阻擋層44之間的距離a小于要探測的輻射在n型導(dǎo)電層2中的穿透深度。
為了使半導(dǎo)體元件1穩(wěn)定，U形的n型導(dǎo)電層2形成最佳電壓。另外，凹口25中填充有材料36，這種材料36可以透過要探測的輻射18。
采用根據(jù)本發(fā)明的傳感元件的這個實(shí)施例，半導(dǎo)體層2和3的連接電極10或11被安裝在元件1的表面7’上，p型導(dǎo)電層3沿此表面延伸。這個表面7’是穿過絕緣層17和17’構(gòu)成的，并且設(shè)有一個低阻的重?fù)诫s的n型導(dǎo)電區(qū)域5，此區(qū)域用于電極10的電阻接觸。
概括上面闡述的實(shí)施例，可以表明，根據(jù)本發(fā)明的光電傳感元件可以按不同的方式設(shè)計并且可以適應(yīng)不同的技術(shù)要求。通過兩個電極在后側(cè)并排方式的常規(guī)布局，該傳感元件可以簡單地連接至一個導(dǎo)電板或類似裝置。
權(quán)利要求
1.一種光電傳感元件，具有特定導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層和不同的半導(dǎo)體類型或金屬導(dǎo)電類型的第二層；位于兩個層之間的躍遷區(qū)域；位于輻射側(cè)的至少一個表面區(qū)域，通過此表面區(qū)域，要探測的電磁輻射可以透入躍遷區(qū)域；和兩個電極，每一電極具有一個接觸點(diǎn)，用于將兩個層連接至一個電路；其特征在于兩個層(2，3)的接觸點(diǎn)(10a，11a)被安裝在元件(1)的一個表面(7，7’)上，此表面與位于輻射側(cè)的表面區(qū)域(6，6’)是相對置的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的元件，其特征在于第二層(3)形成半導(dǎo)體型的，并且，第一半導(dǎo)體層(2)的導(dǎo)電類型為n型，第二半導(dǎo)體層(3)的導(dǎo)電類型為p型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的元件，其特征在于第二層(3)是金屬導(dǎo)電類型的，并且一個氧化物層在第一層(2)與第二層(3)之間延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的元件，其特征在于第二層(3)的厚度(d)小于要探測的輻射的穿透深度，并且，位于輻射側(cè)的表面區(qū)域(6)至少部分地由第二層(3)形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的元件，其特征在于至少一個導(dǎo)電連接部件(22，25，30，41)從第二層(3)延伸至元件(1)的與輻射側(cè)表面區(qū)域(6)相對置的表面(7)，并且在此與第二層(3)的一個接觸點(diǎn)(11a)電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的元件，其特征在于第二層(3)和連接部件(22，25)形成半導(dǎo)體型的，并且具有相同的導(dǎo)電類型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的元件，其特征在于半導(dǎo)體連接部件(22，25)在第二層(3)與其電極(11)之間形成單一的電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7的元件，其特征在于半導(dǎo)體連接部件(22，25)在其端部由一個相同導(dǎo)電類型的附加半導(dǎo)體區(qū)域(24，27)包圍，所述端部與輻射側(cè)表面區(qū)域(6)相對置。
9.根據(jù)權(quán)利要求4-8之一的元件，其特征在于在元件(1)中，若干個導(dǎo)電連接部件(22，25)從第二層(3)延伸至元件(1)的與輻射側(cè)表面區(qū)域(6)相對置的表面(7)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-9之一的元件，其特征在于至少一個通道(21)從第二層(3)延伸至元件(1)的與輻射側(cè)表面區(qū)域(6)相對置的表面(7)，并且，元件(1)的包圍通道(21)的一個區(qū)域(22)是與第二層(3)具有相同導(dǎo)電類型的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的元件，其特征在于通道(21)形成為柱形，它具有10-150μm的直徑，并且由一個空心的柱形區(qū)域(22)包圍，區(qū)域(22)具有第二層(3)的導(dǎo)電類型。
12.根據(jù)權(quán)利要求4-9之一的元件，其特征在于至少一個半導(dǎo)體溝道(25)從第二層(3)延伸至元件(1)的與輻射側(cè)表面區(qū)域(6)相對置的表面(7)，并且具有與第二層(3)相同的導(dǎo)電類型。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的元件，其特征在于溝道(25)形成為柱形溝道，并具有10-150μm的直徑。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的元件，其特征在于溝道(25)具有30-80μm的直徑。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的元件，其特征在于一個金屬連接部件(30)從第二層(3)延伸至元件(1)的與輻射側(cè)表面區(qū)域(6)相對置的表面(7)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的元件，其特征在于一個通道(31)從第二層(3)延伸至元件(1)的與輻射側(cè)表面區(qū)域(6)相對置的表面(7)，其壁設(shè)有一個絕緣層(32)，此絕緣層設(shè)置在穿過第一層(2)的部分中，并且連接部件(30)安裝在其中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的元件，其特征在于通道(30)形成為柱形，并且具有50-150μm的直徑。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的元件，其特征在于基于元件(1)的遠(yuǎn)離輻射側(cè)表面區(qū)域(6)的表面(7)，以第二層(3)的導(dǎo)電類型形成有另一區(qū)域(9)，并且第二導(dǎo)電類型的兩個區(qū)域(3，9)由一個金屬連接部件(41)連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求15或18的元件，其特征在于一個夾(40)從輻射側(cè)表面區(qū)域(6)延伸至與此表面區(qū)域相對置的表面(7)，并且金屬連接部件(41)安裝在此夾中或此夾上。
20.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的元件，其特征在于第二層(3)至少延伸至該元件的輻射側(cè)表面的側(cè)邊緣(12，12’)之一。
21.根據(jù)權(quán)利要求4-20之一的元件，其特征在于第一層(2)由具有如此大的帶隙的材料形成，使得要探測的輻射(18)還可穿過元件(1)的與第二層(3)相對置的表面(7)到達(dá)躍遷區(qū)域(4)。
22.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一的元件，其特征在于位于輻射側(cè)的其表面區(qū)域(6’)是由第一層(2)上的一個表面形成的，其中，第一層(2)具有一個如此類型的凹口(35)，即，元件(1)的輻射側(cè)表面區(qū)域(6’)與躍遷區(qū)域(4)之間的材料的厚度(a)小于要探測的輻射(18)的穿透深度。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的元件，其特征在于第一層(2)中的凹口(35)填充有一種材料(36)，此材料可以透射要探測的輻射(18)。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的元件，其特征在于該元件具有或者與其它元件(1)組合形成有至少兩個獨(dú)立的躍遷區(qū)域(4)，由此，每一躍遷區(qū)域(4)與一個輻射側(cè)表面區(qū)域(6)相關(guān)，并且接觸電極(10，11)的位置(10a，11a)沿一個平面設(shè)置。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的元件，其特征在于設(shè)有一個躍遷區(qū)域(4)的規(guī)則組合(陣列)。
26.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的元件，其特征在于兩個層(2，3)的電極(10，11)安裝在元件(1)的一個表面(7，7’)上，此表面是由層(2，3)之一本身界定的。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的元件，其特征在于層(2，3)的接觸點(diǎn)(10a，11a)是由焊接材料形成的。
28.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的元件，其特征在于層(2，3)的接觸點(diǎn)(10a，11a)是由可以導(dǎo)電性粘附的材料形成的，采用這種材料，可以借助于導(dǎo)電的粘結(jié)劑與元件支承部件形成電連接。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的元件，其特征在于層(2，3)的接觸點(diǎn)(10a，11a)是由可以絲焊的材料形成的。
30.根據(jù)權(quán)利要求27-29中的至少一個權(quán)利要求的元件，其特征在于層(2，3)的接觸點(diǎn)(10a，11a)是由既可以焊接和絲焊又可以導(dǎo)電性粘附的材料形成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電傳感元件,該元件包括:預(yù)定導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體層和不同的半導(dǎo)體類型或金屬導(dǎo)電類型的第二層;位于兩層之間的躍遷區(qū)域;至少一個表面區(qū)域,要探測的電磁輻射可以穿過此表面區(qū)域到達(dá)躍遷區(qū)域(輻射側(cè)的表面區(qū)域);和對應(yīng)于每一層的一個電極,電極用于將兩個層連接至一個電路。兩個層(2,3)的電極(10,11)被安裝在元件(1)的一個表面(7)上,此表面與輻射側(cè)表面區(qū)域(6)相對置。這使得傳感元件與安裝在一個電路板或類似裝置上的電路的連接簡單化。
文檔編號H01L31/0224GK1244949SQ96199674
公開日2000年2月16日 申請日期1996年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月21日
發(fā)明者赫爾曼·豪夫鮑爾, 伯恩德·克里格爾, 彼德·斯皮克巴徹爾, 馬丁·烏里奇, 魯柏特·迪耶特爾 申請人:約漢斯·海登海因有限公司, 硅傳感器有限公司