(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２電子ボルト以上のバンドギャップを有する紫外線をイメージングするためのワイドバンドギャップ光検出器アレイ（１２）と、
処理用電子装置（１４）と、
前記光検出器アレイの活性領域と同じ面に配置された電気接点に直接接続する電気接続部（２０）を備えた可撓性相互接続層（１８）を含むパッケージング（１６）と、
を含み、
前記パッケージングが、前記光検出器アレイと処理用電子装置とを電気的に統合するように構成され、
前記パッケージング及び前記処理用電子装置が、前記光検出器アレイによって検出された信号を取得して処理するように構成されており、
前記可撓性相互接続層が共形層を含み、
前記光検出器アレイが、炭化ケイ素光検出器アレイを含み、前記光検出器アレイの炭化ケイ素光検出器（２２）の少なくとも幾つかが、それぞれの光検出器に向けられた光を遮断する位置に配置されたそれぞれのフィルタ（３２）を有するように構成されることによって、紫外線スペクトルの所定の波長範囲内のエネルギーをモニタするように構成されており、
前記光検出器アレイのそれぞれの光検出器に向けられた光の異なる所定の範囲を遮断するために配置された複数の異なるフィルタ（３２）を含む、
光検出システム（１０）。
【請求項２】
前記フィルタの少なくとも幾つかが、前記それぞれの光検出器上に配置されることにより、前記光検出器の一体形構成要素を形成する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
航空機エンジン、通信装置、汚染モニタ装置、Ｘ線検出装置、孔内探査ツール、手持型防犯装置、グリコールモニタ装置、フレームイメージング装置、工業用アーク検出装置、バイオセンシングアレイ、ＣＴ検出器又は紫外線天体観測装置に対して作動結合されている、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記光検出器アレイが少なくとも２つの方向を含み、前記２つの方向の各々において少なくとも２つの光検出器を有する、請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記光検出器アレイが２つの方向のみを含む、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記光検出器アレイが複数のタイル状の光検出器アレイを含む、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記光検出器アレイ内に少なくとも１つのトレンチを含み、
前記少なくとも１つのトレンチは、光検出器を物理的に分離し、
前記少なくとも１つのトレンチの内側は、電気絶縁材料で被覆され、共形的に付着された光遮断材料で充填されている、
請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記光検出器の少なくとも幾つかが、（ａ）１対の結合ＭＯＳコンデンサ、（ｂ）１対の光検出器、（ｃ）クロスポイント電界効果トランジスタスイッチに結合された１つの光検出器、又は（ｄ）それらの組合せを含む、請求項１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的には半導体光検出器アレイに関し、より具体的には、紫外線をイメージングするための半導体光検出器アレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
そのようなイメージングシステムのために利用される現在の光検出システムは、約３００ナノメートル（ｎｍ）よりも長い波長を有する光を遮断するために、ガイガー・ミュラー計数管か又はショートパスフィルタと組合せた蛍光体被覆シリコン光ダイオードかのいずれかを使用する。ガイガー・ミュラー計数管の欠点には、感度が非常に低いこと及び非常に高電圧の電源を利用する必要があることが含まれる。シリコン光ダイオードを紫外線（ＵＶ）に対して鋭敏にするために一般的に使用されるシリコン光ダイオード上の蛍光体皮膜は、高強度のＵＶに曝された場合に時間と共に劣化し、従ってシリコン光ダイオードの感度が低下する。
【０００３】
そのようなイメージングにおけるより最近の試みには、窒化ガリウム（ＧａＮ）検出器の使用が含まれる。この試みは、有望に見えるが、商業的な高品質窒化ガリウム及び窒化アルミニウムガリウム材料の入手が限られているために困難に直面することになる。
【特許文献１】米国特許第３，７８６，２６３号公報
【特許文献２】米国特許第３，８０５，０６２号公報
【特許文献３】米国特許第３，９３５，４４６号公報
【特許文献４】米国特許第３，９８８，６１３号公報
【特許文献５】米国特許第３，９９３，８９７号公報
【特許文献６】米国特許第４，０１２，７６７号公報
【特許文献７】米国特許第４，０２４，５６２号公報
【特許文献８】米国特許第４，６８９，６８８号公報
【特許文献９】米国特許第４，８０７，０３８号公報
【特許文献１０】米国特許第５，０２４，０５５号公報
【特許文献１１】米国特許第５，０９３，５７６号公報
【特許文献１２】米国特許第５，５２７，７４１号公報
【特許文献１３】米国特許第５，３７１，５０１号公報
【特許文献１４】米国特許第５，３９４，００５号公報
【特許文献１５】米国特許第５，５４４，４７８号公報
【特許文献１６】米国特許第５，７５５，８１９号公報
【特許文献１７】米国特許第６，２３９，４３４号公報
【特許文献１８】米国特許第６，３５０，９８８号公報
【特許文献１９】米国特許第６，３６６，２３１号公報
【特許文献２０】米国特許第６，４７５，８７７号公報
【特許文献２１】米国特許第６，７８４，４３０号公報
【特許文献２２】米国特許第６，８３８，７４１号公報
【特許文献２３】米国特許出願公開第２００１／０００９２６８Ａ１号公報
【特許文献２４】米国特許出願公開第２００４／００８９８１０Ａ１号公報
【特許文献２５】米国特許出願公開第２００４／０１０９２９９Ａ１号公報
【特許文献２６】米国特許出願公開第２００４／０２００９７５Ａ１号公報
【特許文献２７】米国特許出願公開第２００５／０１０１１００Ａ１号公報
【非特許文献１】DALE M. BROWN, ET AL, "HIGH DENSITY CID IMAGERS", IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE DIRCUTTS, VOL. SC-13, NO. 1, FEBRUARY 1978, PP 5-10.
【非特許文献２】DALE M. BROWN, ET AL, "LARGE HIGH-DENSITY CID IMAGERS", SESSION II: ADVANCES IN CHARGE-COUPLED IMAGERS, 1978 IEEE SOLID-STATE CIRCUITS CONFERENCE, PP. 34, 35 & 263.
【非特許文献３】DALE M. BROWN, ET AL, "ROW READOUT IN CID IMAGING", SESSION II: ADVANCES IN CCD AND IMAGING, 1980 IEEE INTERNATIONAL SOLID-STATE DIRCUTTS CONFERENCE, PP. 28, 29 & 256.
【非特許文献４】DALE M. BROWN, ET AL, "TRANSPARENT METAL OXIDE ELECTRODE CID IMAGER", 1976 IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. SC-11, NO. 1, PP. 129-132.
【非特許文献５】DALE M. BROWN, ET AL, "TRANSPARENT METAL OXIDE ELECTRODE CID IMAGER ARRAY", SESSION II: OPTOELECTRONICS, 1975 IEEE INTERNATIONAL SOLID-STATE CIRCUTTS CONFERENCE, PP. 34-35.
【非特許文献６】JD BROWN, ET AL, "UV-SPECIFIC (320-365 nm) DIGITAL CAMERA BASED ON A 128X128 FOCAL PLANE ARRAY OF GaN/AIGaN p-i-n PHOTODIODES, MRS INTERNET JOURNAL, NITRIDE SEMICONDUCTOR RESEARCH 5, 6 (2000), 1-12.
【非特許文献７】S. METZGER, ET AL, "SILICON CARBIDE RADIATION DETECTOR FOR HARSH ENVIRONMENTS", IEEE TRANS ON NUCLEAR SCIENCE, VOL. 49, NO. 3, JUNE 2002, PP 1351-1355.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
物理的損傷なしに高エネルギー放射線に耐えることができ（耐放射線性）、数多くの紫外線検出用途での使用に合わせて調整することができ、また直接検出のために（何らの蛍光体も必要とせずに）使用することができる光検出器アレイを実現することは望ましいと言える。また、広範な実施形態における使用及び適用を可能にする統合型のパッケージング構成を得ることも有利であると言える。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
簡潔に述べると、１つの実施形態によると、光検出システムは、ワイドバンドギャップ光検出器アレイを含み、この光検出器アレイは、電気接続部を備えた可撓性相互接続層上に物理的かつ電気的に統合されるか、パッケージング及び処理用電子装置が該光検出器アレイによって検出した信号を取得して処理するよう構成されるように、処理用電子装置と電気的に統合された状態でパッケージされるか、或いは可撓性相互接続層及び処理用電子装置パッケージングの両方を含む。
【０００６】
別の実施形態によると、ワイドバンドギャップ焦点面アレイモジュールは、イメージングピクセルを含むアレイと、スキャンレジスタを含むことができる読出し電子装置と、アレイ及び読出し電子装置を支持する基板と、各ピクセルを読出し電子装置に結合する電気相互接続部とを含む。
【０００７】
本発明のこれら及びその他の特徴、態様及び利点は、図面全体を通して同じ参照符号が同様な部品を表している添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読む時、一層良く理解されるようになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、１つの実施形態による光検出システム１０の概略拡大図であり、光検出システム１０は、ワイドバンドギャップ光検出器アレイ１２と、処理用電子装置（処理電子回路）１４と、電気接続部２０を備えた可撓性相互接続層１８を含むパッケージング１６とを含み、パッケージング１６は、光検出器アレイ１２と処理用電子装置１４とを電気的に統合するように構成され、またパッケージング１６及び処理用電子装置１４は、光検出器アレイ１２によって検出された信号を取得して処理するように構成される。
【０００９】
本明細書で使用する場合、光検出器アレイ１２に関連した「ワイドバンドギャップ」というのは、約２電子ボルト（ｅＶ）よりも大きいか又はそれに等しいバンドギャップを有する半導体材料を含むことを意図している。そのような材料の幾つかの実例には、ほとんどのポリタイプの炭化ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム、酸化亜鉛及びダイヤモンドが含まれる。ほとんどのこれらワイドバンドギャップ材料と同様に、炭化ケイ素は、それが本質的に耐放射線性が非常に大きくまた紫外線（ＵＶ）空間内で鋭敏であるための蛍光体皮膜を必要としないので、有用である。より具体的な実施形態では、アレイの光検出器２２は、光ダイオードを含む。他の実施形態では、コンデンサ又は光導電体もまた或いはそれに代えて選択することができる。さらにより具体的な実施形態では、光検出器は、図１０〜図１６に関して後述するタイプのピクセルを含む。
【００１０】
可撓性相互接続層１８に関連した「可撓性」というのは、半径又は円弧形の状態に屈曲可能であるか、或いは（下にある表面に対して）共形層を構成するのに十分なほど柔軟な材料を含むことを意図している。共形パッケージは、光検出システムを設計する際に、平坦平面型の実施形態よりも付加的な自由度を提供する。幾つかの実施形態では、以下に述べるように、可撓性相互接続層は必要とされない。例えば、可撓性相互接続層についての１つの実施形態では、可撓性相互接続層は、約５０マイクロメートルの厚さを有するポリイミドを含む。他の材料の実例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、（ゼネラル・エレクトリック・カンパニイによりＵＬＴＥＭの商標で販売されているタイプのような）ポリエーテルイミド、ベンゾシクロブテン及び液晶ポリマーが含まれる。電気接続部２０は、いずれかの適当な材料を含むことができ、１つの実施例では銅を含む。これらの接続部は、可撓性相互接続層内に埋め込まれた単層又は多層の実施形態を含むことができる。可撓性層の実施形態及び電気的構成要素の配列法については、例えばそれぞれＣｏｌｅ他の米国特許第５，５２７，７４１号及びＳａｉａ他の米国特許第６，４７５，８７７号に記載されている。
【００１１】
図１の実施例では、光検出器アレイ１２と処理用電子装置１４との結合は、はんだボール１３及び１５で取付けることによって行われる。はんだボールタイプの取付けは、材料及び接続部の性質に応じて決まる様々な方法によって達成することができる。別の実施例では、光検出器アレイと処理用電子装置とを結合するために、導電性接着剤が使用される。１つの実施形態では、背面接点（活性区域側とは反対側の）は、接続部をアレイ構造の端縁部に沿わせるようにするか、又は材料及び厚さに応じて光検出器の位置に近接させて貫通ビアを作るかのいずれかによって達成される。前面接点がアレイの周辺部に配置されている（図示せず）別の実施形態では、可撓性相互接続層は、その中にアクセス窓（図示せず）を有し、前面接点は、可撓性相互接続層に対して直接結合される。
【００１２】
はんだボールの実施形態とは異なり、図２及び図３は、結合がワイヤボンド３４によって達成された別の実施形態による光検出システムの平面図及び側面図である。さらに図２は、可撓性層１８がさらにプリント回路基板のような剛性層１９に対して結合された実施形態を示す。
【００１３】
光検出器アレイが炭化ケイ素光検出器アレイを含む実施形態の１つの態様では、光検出器アレイの炭化ケイ素光検出器２２の少なくとも幾つかは、紫外線スペクトルの所定の波長範囲内のエネルギーをモニタするように構成される。炭化ケイ素光検出器の応答度（感度）エンベロープは、約２００ｎｍ〜約４００ｎｍの範囲に広がっており、このことは、炭化ケイ素光検出器が本質的にソーラーブラインドではない（つまり、その応答度は、本質的に約３００ｎｍ以下の波長に、より具体的には約２４０ｎｍ〜約２８０ｎｍの波長範囲に制限されない）ことを意味する。
【００１４】
図４に示すようなより具体的な態様では、炭化ケイ素光検出器１２２の少なくとも幾つかは、それぞれの光検出器に向けられた光を遮断する位置に配置されたそれぞれのフィルタ３２が結合されることによって、所定の波長範囲内のエネルギーをモニタするように構成される。さらにより具体的には、図４は、フィルタが光検出器上に配置されたことによって光検出器の一体形構成要素を構成する実施形態を示す。そのようなフィルタは、Ｂｒｏｗｎ他の米国特許出願公開第２００４／０２００９７５号に詳しく記載されている。様々な用途に役立つように応答度対波長を調整するために、多層誘電体フィルタは、処理中にウェーハに対して付加することができる。ＳｉＯ２及びＨｆＯ２のような無機化合物を用いてこれらのタイプのフィルタを作製した場合には、得られた炭化ケイ素光検出器−フィルタの組合せは、高い温度及び強いＵＶに曝された時に極めて高い安定性がある。説明のために炭化ケイ素についての具体的な実施例を示したが、そのようなフィルタには、その他のワイドバンドギャップ材料を使用することもできる。
【００１５】
より最新の実施形態では、光検出システム１０は、光検出器アレイのそれぞれの光検出器に向けられた異なる所定の範囲の光を遮断するように配置された複数の異なるフィルタ３２を含む。そのような実施形態は、関心のあるスペクトルの複数の成分を感知できるという利点を提供する。別の実施例としては、異なる特性を備えたフィルタを１つおきの又は隣接するピクセルに適用して、多色のＵＶビデオチップを形成することもできるであろう。
【００１６】
図５は、背面に金属被覆３８された炭化ケイ素のベース４０と組合せた多孔質炭化ケイ素３６を含み、かつ多孔質炭化ケイ素３６に結合された電気接点４２（典型的にはインジウム−錫酸化物）を有する光検出器の側面図である。任意選択的に上記のフィルタの実施形態と組合せることができるこの実施形態は、可視スペクトル範囲内の光を感知するのを可能にするので、より大きな自由度を提供する。多孔質炭化ケイ素の暗電流特性は、非多孔質炭化ケイ素の暗電流特性に匹敵し、また多孔質炭化ケイ素のスペクトル応答度は、可視スペクトル範囲内で増大する。
【００１７】
図６は、アバランシェ光検出器（ＡＰＤ）５７の側面図である。ＡＰＤは、逆電圧を印加することによって機能する内部利得メカニズムを利用した高速、高感度の光検出器である。そのような光検出器は、低い光レベルが存在する状況のために計画した光検出器アレイの実施形態において特に有用である。Ｓａｎｄｖｉｋ他の米国特許第６，８３８，７４１号に記載されているような１つの例示的な実施形態では、アバランシェ光検出器は、基板５８と、第１のエピタキシャル層５９と、第２のエピタキシャル層６０と、第３のエピタキシャル層６１と、可動イオン輸送を制限するために第３のエピタキシャル層６１の上面上に設けられたケイ酸リンガラス層６２と、エピタキシャル層群よって形成された傾斜側壁上で延びる不活性化層６３及び６４と、電極６５及び６６とを含む。
【００１８】
光検出器のタイプに拘わらず、アレイ自体は、様々なレイアウトを含むことができ、少なくとも２つの方向４４及び４６を含み、これら２つの方向の各々において少なくとも２つの光検出器２２を有する図２のレイアウトはその一実施例である。より具体的な実施形態では、アレイは、まさに２つの方向を含み、これらまさに２つの方向の各々において少なくとも５１２個の素子を有する。そのようなアレイは、１０２４×１０２４又はそれ以上の寸法に達し得ることが予想される。しかしながら、並外れて大きなアレイを避けるために、光検出システムは、図７の斜視図に示すように、複数のタイル状の光検出器アレイ５０を含むことができる。タイル状にすることは、Ｂｕｒｄｉｃｋ，Ｊｒ．他の米国特許出願公開第２００４／０１０９２９９号に記載されており、検出器サイズの大規模化、従って大きな視野を可能にする。さらに、検出器を二次元的タイル状にすることを使用して、小型の適正收率のサブアレイからより大型のアレイを形成することができる。
【００１９】
図８は、光検出器アレイ内に少なくとも１つのトレンチ５２を含む光検出器分離型の実施形態の側面図である。トレンチは、光検出器２２を物理的に分離する。トレンチの内側は、電気絶縁材料５４で被覆され、またＫｒｅｔｃｈｍｅｒ他の米国特許出願公開第２００５／０１０１１００号に記載されているように、共形的に（形が整合するように）付着された光遮断材料５６で充填される。そのような実施形態は、アレイ内のクロストークを最少化するのに有用である。
【００２０】
光検出システムは、多数の装置及びシステムのいずれか１つに対して作動結合することができ、それら装置及びシステムの幾つかの実例には、航空機エンジン、通信装置、汚染モニタ装置、Ｘ線検出装置、孔内探査ツール、手持型防犯装置、グリコールモニタ装置、フレームイメージング装置、工業用アーク検出装置、バイオセンシングアレイ、ＣＴ検出器及び紫外線天体観測装置が含まれる。
【００２１】
処理用電子装置１４（図１）は、光検出器アレイから信号を取得して処理するための、何らかのアナログ、デジタル又はアナログ・デジタル組合せ装置を含むことができる。本明細書で使用する場合、「信号を処理する」というのは、電磁放射線に対する光検出器の応答から生じた電荷又は電流を電気的に改変することを意味する。そのような改変の実例は、光検出器からの電流出力の増幅であって、これは次に読出し電子装置に提供される。処理法の幾つかの実施形態が、例えばＧａｒｖｅｒｉｃｋ他の米国特許第５，３７１，５０１号及びＲａｏ他の米国特許第６，３６６，２３１号に記載されている。非限定的な実施例として、Ｒａｏ他の米国特許第６，３６６，２３１号の実施形態では、アナログ入力信号を複数の２進出力ビットに変換するために、アナログ−デジタル変換回路（図示せず）が設けられる。このアナログ−デジタル変換回路は、反転端子と出力端子とを有する演算増幅器を含み、アナログ入力信号は、反転端子に接続される。積分コンデンサが、演算増幅器の反転端子と出力との間に接続される。積分コンデンサは、入力信号の積分に比例した電荷を蓄積する。電荷減算回路が、演算増幅器の反転端子と出力とに選択的に結合される。電荷減算回路は、演算増幅器の出力電荷が第２の所定の電荷と実質的に等しい時に、積分コンデンサから第１の所定の電荷を除去する。
【００２２】
数多くのタイプのピクセル配列のいずれか１つが、検出システムの実施形態での使用に適している。幾つかの具体的な実施形態を、図９〜図１６に関して以下に説明する。簡潔に言えば、例えば１つの実施形態では、電荷集積装置（ＣＩＤ）イメジャーピクセルは、２つのＭＯＳコンデンサを含み、それらに関連したポテンシャル井戸間で電荷を前後に移動させる。ＣＩＤイメジャーピクセルは、１フレーム時間中に蓄積された電荷を読出すためにただ２つの電荷転送しか必要とせず、他方電荷結合ＣＣＤイメジャーピクセルは、多数の電荷転送を必要とするので、ＣＩＤイメジャーピクセルは、ＣＣＤイメジャーピクセルよりも耐放射線性が大きい。それに代えて、アレイ読出しは、ピクセル毎に２つの光ダイオードを使用し、この光ダイオード対の一方に転送ゲートを取付けかつその他方の端縁部を他方の光ダイオードに重ねた状態、或いはピクセル各々がスイッチに結合された光検出器を含む状態にすることによって達成することができる。
【００２３】
上に述べた実施形態は多くの利点を有しており、これらの利点には、多数の光検出器及びジオメトリの可能性を提供する調整可能な設計を備えた堅牢な高速読出し光検出システムの達成が含まれる。光検出器アレイ、可撓性相互接続層及び処理用電子装置の組合せは、特に有益な結果を生じることが判明したが、これらの部分組合せもまた有益であり、本明細書において特許請求している。例えば、１つの実施形態は、電気接続部を備えた可撓性相互接続層と、可撓性相互接続層上に集積されかつ電気接続部に結合されたワイドバンドギャップ光検出器アレイとを含む光検出システムを構成する。もう１つの実施例として、別の実施形態は、ワイドバンドギャップ光検出器アレイと、処理用電子装置と、光検出器アレイ及び処理用電子装置を電気的に集積し結合するように構成されたパッキングとを含み、パッキング及び処理用電子装置が光検出器アレイによって検出された信号を取得して処理するように構成された光検出システムを含む。この実施形態では、光検出器アレイ及び処理用電子装置のパッキングは、いずれかの適当な基板を使用して達成することができ、そのような基板の１つの実例には、シリコンのような材料を含む剛性半導体基板が含まれる。いずれの部分組合せの実施形態も任意選択的に、より大型の組合せに関して上記した具体的な検出器及びその他の特徴の多くを含むことができる。さらに別の実施例として、図９〜図１６に関して説明したピクセルの実施形態は、必要に応じて、可撓性相互接続層及び処理用電子装置の実施形態とは独立して使用することができる。
【００２４】
図９は、１つの実施形態によるワイドバンドギャップ焦点面アレイモジュール１０１０の概略ブロック図であり、この実施形態では、モジュール１０１０は、複数の炭化ケイ素ピクセル１０１８と、参照符号１０２２及び１０２６で示す複数のスキャンレジスタと、アレイ１０１４並びにスキャンレジスタ１０２２及び１０２６を支持する基板１０３０と、各ピクセル１０１８をスキャンレジスタ１０２２及び１０２６の少なくとも２つに対して結合する複数の電気接続部１０３４とを含む。基板１０３０は、可撓性であれ剛性であれ、ピクセル及びスキャンレジスタに支持を与えることができるいずれかの構造的に適当な材料を含むことができる。１つの実施形態では、基板は、例えばアルミナのようなセラミック材料を含む。必要に応じて、箱タイプ構成のものを基板に結合し、関心のある領域の上方に石英又はサファイア窓を設けることができる。
【００２５】
図１０〜図１６に関して、光検出器ピクセル１０１８の幾つかの実施例を以下に説明する。理想的には、アレイ１０１４及び相互接続部１０３４の構造は、スキャンレジスタ１０２２及び１０２６に対するピクセル１０１８のクロスポイント結合を可能にするように構成される。図９に示すのはクロスポイント結合の１つの実施例であって、この実施例では、ピクセル１１１８は、相互接続線１０３４に沿ってスキャンレジスタ１０２６及びスキャンレジスタ１０２２の両方に結合されている。そのような実施形態により、各ピクセルを別個の読出しパッドに個々に結合する必要性が回避される。図には９０°の向きを示しているが、そのような向きであることは必要ではない。さらに、以下においては説明の目的のために「横列」及び「縦列」という用語を使用するが、それらの用語は、特定の向きに限定すること或いは特定の向きを必要とすることを意図するものではない。１つの実施形態では、スキャンレジスタは、シリコンスキャントランジスタのようなシリコンスキャンレジスタを含む。そのようなスキャンレジスタ及び蓄積した電荷を読取る方法の幾つかの実例が、Ｂｕｒｋｅ他の米国特許第３，９９３，８９７号に記載されている。実例の目的で、２つのスキャンレジスタ１０２２及び１０２６を図示しているが、必要に応じて、付加的なスキャンレジスタを追加することができる。
【００２６】
図１０は、別の実施形態による光検出器ピクセルのアレイの平面図であり、図１１は、図１０の線３−３に沿った断面側面図である。これらの実施形態では、光検出器ピクセルの少なくとも幾つかは、１対の結合ＭＯＳ（金属酸化膜半導体）コンデンサ１０３８及び１０４２を含む。
【００２７】
図１１に関して見ることができるより具体的な実施形態では、１対のＭＯＳコンデンサ１０３８及び１０４２のためのプロセスシーケンスは、ｎ型炭化ケイ素基板１０４４、ｎ型炭化ケイ素エピタキシャル層１０４６及びｐ型炭化ケイ素エピタキシャル層１０４８を含む炭化ケイ素構造で始まる。領域１０５０には、ｎ＋導電性がインプラントされ、次に第１の酸化物層１０５２が付着される。１つの実施形態では、エピタキシャル層１０４６は約１〜２マイクロメートル（μｍ）の厚さを有し、エピタキシャル層１０４８は約６μｍの厚さを有し、インプラント領域１０５０は約１〜２μｍの厚さを有し、また第１の酸化物層１０５２は約１μｍの厚さを有する。導電性の型は、実施例としてのものであって、必要に応じて逆にすることができる。典型的には、本明細書に記載した酸化物層は、ケイ素酸化物を含むが、必要に応じてその他の酸化物を使用することもできる。
【００２８】
第１の酸化物層１０５２は、ピクセル１２１８を形成することになる領域において薄くされ（いずれかの適当な方法によって減少させるか又は除去するかのいずれかで）、第２の酸化物層１０５４が付着又は熱成長される。１つの実施例では、第２の酸化物層１０５４の厚さは、約４０オングストロームである。必要に応じて、漏れを減少させるために、任意選択的な窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）層（図示せず）を第２の酸化物層１０５４上に設けることができる。
【００２９】
次に、透明な導電性材料層１０４０を施し（例えば、蒸着によって）かつパターン化して、コンデンサ１０３８及び１０４２の領域と横列の相互接続部（図１０に参照符号１０５８で示す）とを形成する。本明細書で使用する場合、透明というのは、関心のある波長範囲内の光の少なくとも約５０％（或いは、より特殊な実施例においては約８０％）がそれを透過するのを許す材料層を含む。例えば、白金は、その厚さ次第では、炭化ケイ素装置が応答する波長（約２００ｎｍ〜約４００ｎｍ）全体にわたって透明にすることができる。白金層がより厚くなると、透明性は低下し、導電性が増大する。層１０４０は、例えばエッチング法によってパターン化することができる。
【００３０】
パターン化の後に、第３の酸化物層１０５６（図１１）が施される。例えばエッチングによって、層１０４０まで延びるようにビア１０６４（図１０）を設けることができる。図１０の実施形態では、層１０４０は、２つの隣接するピクセルが縦列接続部を共用することができるように、ピクセル内の隣接するコンデンサ金属被覆間に、ランディングパッド領域１０４１を含む。次に第２の水平導電性材料層１０５９を施して、縦列相互接続部１０６２を形成する。第２の水平導電性材料層１０５９は、スキャンレジスタに対する接続を提供するためのランディングパッド１０６０を形成するためにも使用することができる。層１０５９は、透明である必要はない。幾つかの材料の実例には、アルミニウム、チタン／モリブデン及びそれらの組合せが含まれる。
【００３１】
図１２は、別の実施形態による光検出器ピクセル１３１８構成の平面図、図１３は、図１２の線５−５に沿った断面側面図、また図１４は、図１２に示すピクセルと同様な複数のピクセル１３１８を示す平面図である。この実施形態は、インプラント領域１０５０（図１１の）が必要でなくまた個々のピクセル素子のために何らの接点も必要でないので、図１０及び図１１の実施形態よりも複雑でない。
【００３２】
１つの実施例では、この実施形態のプロセスシーケンスは、図１１に関して説明したのと同様な方法で、ｎ型基板１０４４、ｎ型エピタキシャル層１０４６及びｐ型エピタキシャル層１０４８（しかし、インプラント領域１０５０なしで）を含む構造体を準備し、ピクセル１３１８を形成することになる領域において第１の酸化物層１０５２を薄くするか又は除去し、かつ第２の酸化物層１０５４を蒸着又は熱成長させることによって開始することができる。
【００３３】
次に、第１の導電層１１５８を横列向きに施しかつパターン化することができる。層１１５８は、特にそれが十分に狭い場合には、透明である必要はない。例えば、量子効率は、層１１５８の横列材料がピクセルの区域上を該ピクセルの面積の約２５％を超えない限度で覆っている場合に最大化される。材料の実例には、モリブデン及びポリシリコンが含まれる。次にその構造体上に、第３の酸化物層１１５６が、１つの実施例では約４００オングストロームである厚さで施される。幾つかの実施形態では、任意選択的なＳｉ３Ｎ４層（図示せず）を第３の酸化物層１１５６上に例えば約６００オングストロームの厚さで形成させることができる。
【００３４】
次に、第２の導電層１１６２が、縦列向きにピクセル上に施されかつパターン化される。層１１６２は、透明である（図１１に関して上述したのと同様な方法で）ように選択され、例えば白金、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、ダイヤモンド状炭素薄膜、薄層炭素、又は透明であるあらゆるその他の材料のような材料を含むことができる。ＡｌＧａＮについての実施形態では、その組成は、短波長感度を制限するように設計することができる。それに代えて、波長の関数として応答度を制御し、また長波長応答（約２５０ｎｍ以上の）を実質的に排除することによってイメジャをソーラーブラインドにするために、複数の誘電体フィルタ（図示せず）を層１１６２の上に付着させることができる。フィルタの実施形態については、例えば前に言及したＢｒｏｗｎ他の米国特許出願公開第２００４／０２００９７５号に記載されており、本明細書に記載したピクセルのいずれかと組合せて使用することができる。さらに、この実施形態では、透明性を低下させずに導電性を増大させるために、層１１６２の端縁部に沿って導電性ストリップ１０６６を施しかつパターン化することができる。１つの実施形態では、導電性ストリップ１０６６は、アルミニウムを含む。ストリップ材料のその他の実例には、例えばモリブデン、銅及びチタンが含まれる。導電性ストリップ１０６６は、第２の導電層１１６２のパターン化の前又は後のいずれかにおいて、付着させかつパターン化することができる。
【００３５】
図１５は、ピクセルの少なくとも幾つかが、１対の光ダイオード１０７２及び１０７４を含む別の実施形態による光検出器ピクセル１４１８の断面側面図である。より具体的な実施形態では、これらの光ダイオードは、炭化ケイ素光ダイオードを含む。典型的には、図１５に示すように、２つの光ダイオードは、それらの間に転送ゲート１０６９を有する。光検出器１０７２及び１０７４がメサ分離されており、またｎ＋領域の各々に対する接点１０７８及び１０８０が形成されているので、ピクセル１４１８は、平面型ではない。従って、パッキング密度は、前述したコンデンサ型の実施形態ほど大きくならない。
【００３６】
図１６は、別の実施形態による光検出器ピクセル１５１８の概略図であり、この実施形態では、ピクセル１５１８は、クロスポイント電界効果トランジスタスイッチ１０８４に結合された光検出器１０８２を含む。より具体的な実施形態では、これらの光検出器は、例えば炭化ケイ素光ダイオードを含む。
【００３７】
本明細書においては本発明の一部の特徴だけを例示しかつ説明してきたが、当業者には多くの改良及び変更が考えられるであろう。従って、特許請求の範囲は、そのような全ての改良及び変更を本発明の技術思想の範囲内に属するものと保護しようと意図していることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】１つの実施形態による光検出システムの概略拡大図。
【図２】別の実施形態による光検出システムの平面図。
【図３】図２の光検出システムの側面図。
【図４】フィルタが光検出器の一体形構成要素を構成する実施形態を示す図。
【図５】多孔質炭化ケイ素を含む光検出器の側面図。
【図６】アバランシェ光検出器の側面図。
【図７】複数のタイル状光検出器アレイの斜視図。
【図８】少なくとも１つのトレンチを含む光検出器分離型実施形態の側面図。
【図９】別の実施形態による光検出器焦点面アレイモジュールの概略ブロック図。
【図１０】別の実施形態による光検出器ピクセルのアレイの平面図。
【図１１】図１０の線３−３に沿った断面側面図。
【図１２】別の実施形態による炭化ケイ素ピクセル構成の平面図。
【図１３】図１２の線５−５に沿った断面側面図。
【図１４】図１２に示すピクセルと同様な複数のピクセルを示す平面図。
【図１５】別の実施形態による光検出器ピクセルの断面側面図。
【図１６】別の実施形態による光検出器ピクセルの概略図。
【符号の説明】
【００３９】
１０  光検出システム
１２  ワイドバンドギャップ光検出器アレイ
１３、１５  はんだボール
１４  処理用電子装置
１６  パッケージング
１８  可撓性相互接続層
２０  電気接続部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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