(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出器領域とコレクタ領域とを備え、それらの間に障壁領域を備え、それによって、動作時に、動作バンドの範囲内にある波長の入射赤外線放射が、検出器領域内の電子を励起状態に励起することができ、その励起状態において、電子は、サブバンドエネルギー準位に対応するエネルギーを有し、それによって、前記電子は、障壁領域を越えることができ、その結果として、コレクタ領域において前記電子を検出することができる赤外線フォトン検出器であって、前記検出器領域、前記障壁領域、および、前記コレクタ領域が、半導体基板の表面領域上でお互いに横にずれて配置されることを特徴とする赤外線フォトン検出器。
【請求項２】
それぞれのゲートにそれぞれの電位を印加することによって検出器の動作を制御するように、検出器が、検出器ゲートと転送ゲートとコレクタゲートとを備えた請求項１に記載の検出器。
【請求項３】
検出器がシリコン基板上に配置された請求項１または２に記載の検出器。
【請求項４】
シリコン基板が、｛１１１｝結晶方位を有する表面を有する請求項３に記載の検出器。
【請求項５】
検出器領域が、３×１０17ｃｍ-3から、１×１０18ｃｍ-3の範囲にあるドーパント濃度を有する請求項３または４に記載の検出器。
【請求項６】
それぞれのゲートにそれぞれの電位を印加することによって検出器の動作を制御するように、検出器が、検出器ゲートとコレクタゲートとを備えた請求項１に記載の検出器。
【請求項７】
領域がお互いに噛み合った請求項１から６のいずれか一項に記載の検出器。
【発明の詳細な説明】
本発明は、赤外線検出器に関し、より詳細には、限定はされないが、８〜１４μｍの範囲にある波長を有する赤外線放射を検出するための赤外線検出器に関する。
さまざまな赤外線検出器が、従来から記述されてきた。例えば、英国特許第１  ４８８  ２５８号は、光導電材料からなるストリップを備えた熱放射撮像装置について記述し、それによれば、シーンからの赤外線放射が光導電ストリップ上に走査される。そこに記述される光導電ストリップは、テルル化カドミウム水銀、アンチモン化インジウム、または、テルル化鉛錫からなるストリップである。米国特許第５，０１６，０７３号は、ヘテロ構造のテルル化カドミウム水銀の合金を含んだ集積光導電検出器を記述する。
引用した上述の検出器は、シリコン集積回路製造技術と容易に適合しないという欠点を有する。製造コストを減少させるために、さらに、できれば、信号対雑音比を増加させるために、シリコン集積回路と容易に組み合わせることのできる赤外線検出器を製造することが望ましい。
本発明の目的は、従来技術とは異なる赤外線検出器を提供することである。
本発明は、検出器領域とコレクタ領域とを備え、それらの間に障壁領域を備え、それによって、動作時に、動作バンドの範囲内にある波長の入射赤外線放射が、検出器領域内の電子を励起状態に励起することができ、その励起状態において、電子は、サブバンドエネルギー準位に対応するエネルギーを有し、それによって、前記電子は、障壁領域を越えることができ、その結果として、コレクタ領域において前記電子を検出することができる赤外線検出器であって、前記検出器領域、前記障壁領域、および、前記コレクタ領域が、半導体基板の表面領域上でお互いに横にずれて配置されることを特徴とする赤外線検出器を提供する。
活性領域が半導体基板上でお互いに横にずれて配置された赤外線検出器は、活性要素が基板上に連続的に配置された従来の半導体赤外線検出器と比較して、製造プロセスを簡単にするという潜在的な利点を提供する。
本発明による検出器は、シリコン基板上に配置することもできる。
「ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，ＥＤ−２２（１１）」１９７５年、１００１頁において、ＷｈｅｅｌｅｒおよびＧｏｌｄｂｅｒｇによって、シリコンＭＯＳＦＥＴ反転層でのサブバンド間吸収を検出メカニズムとして利用した、電圧同調可能な赤外線検出器が提案された。サブバンド間遷移については、ＨｅｉｔｍａｎｎおよびＭａｃｋｅｎｓによって、「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ」、第３３巻、第１２号、１９８６年１１月１２日、８２６９〜８２８３頁に記述されている。金属−二酸化シリコン−シリコンデバイスにおいては、第１図に示されるように、ポテンシャル井戸が、シリコンと二酸化シリコンとの界面に形成される。この狭い“三角形”の井戸において、ｚ方向の電子の運動が量子化され、ｘ方向およびｙ方向の電子の運動は影響を受けない。電子の１粒子エネルギースペクトルは、
0003926851.tif 000002
であり、ここで、ｍxおよびｍyは、それぞれ、ｘ方向およびｙ方向の有効質量であり、ｋxおよびｋyは、ｘ方向およびｙ方向の波数であり、界面に垂直な方向の量子化された運動および界面に平行な方向の連続分散から発生する一組のサブバンド（添字ｉ）から構成される。
電子は、サブバンド間エネルギー間隔に等しいエネルギーで赤外線フォトンを吸収することによって、より高いサブバンドに遷移することができる。このプロセスは、自由電子吸収と比較すれば、比較的に高い確率を有する。なぜなら、この場合には、ｋは一定に保たれるからである。サブバンドエネルギー準位は、三角形のポテンシャル井戸を仮定し、Ｗｅｎｔｚｅｌ−Ｋｒａｍｅｒｓ−Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎの近似式を用いて計算することができる。これの簡単な例においては、計算によって、
0003926851.tif 000003
が得られる。ここで、ｑは電荷であり、Ｆsは電界であり、ｍzは、界面に垂直な方向の有効質量である。
サブバンド間赤外線検出器の動作は、検出されるべきフォトンエネルギーにほぼ等しいエネルギー間隔を有することに依存する。エネルギー間隔は、シリコンのドーピング濃度が増加するにつれて増加する。Ｅ1−Ｅ0サブバンドの場合、シリコンバンドギャップに等しい表面ポテンシャルでは、エネルギー間隔は、｛１００｝シリコンに対しての１０15ｃｍ-3のドーパント濃度における約１０ｍｅＶから、｛１００｝シリコンに対しての１０18ｃｍ-3のドーパント濃度における１００ｍｅＶにまで増加することが推定される。｛１１０｝表面および｛１１１｝表面に対してのエネルギー間隔は、同じドーパント濃度であればわずかに大きい。間隔は、表面ポテンシャルが増加するにつれて増大し、０−１遷移の最大エネルギー間隔は、酸化物の降伏電界によって制限される。
上述のＨｅｉｔｍａｎｎおよびＭａｃｋｅｎｓによる文献は、ゲートがしきい値電圧以上にバイアスされたときにデバイスを通して伝えられる放射と、ゲートがそのしきい値電圧に等しいかまたは低いときにデバイスを通して伝えられる放射とを比較することによって、サブバンド間遷移の証拠が得られる格子デバイスに関する実験測定値を記述している。したがって、この文献に記述される構成は、伝えられる放射を検出するための分離された赤外線検出器を必要とした。記述されたデバイスは、赤外線検出器ではなく、サブバンド間遷移を計測するためのデバイスである。
本発明によるデバイスの動作は、領域の近くにあるゲートによって制御することができる。それぞれのゲートに印加されるポテンシャルは、受け取られた放射に応答して、異なる領域間の電子の流れを制御する。
好ましくは、シリコン基板は、｛１１１｝結晶方位を有し、それによって、検出器の表面においてプリズムまたは回折格子の必要性を回避して、表面に垂直に入射する放射の電界成分を提供する。横に並べて配置された検出器がお互いに噛み合った構造を有するならば、デバイスの効率を改善することができる。
ここで、本発明をより完全に理解するために、添付の図面を参照して、それの実施の形態をただ単に例として説明する。
第１図は、金属−酸化物−シリコン界面のポテンシャルエネルギー井戸を示す概略図である。
第２図は、本発明による赤外線検出器を示す概略断面図である。
第３図は、第２図に示される検出器の平面図である。
第４図は、第２図に示される検出器を製造するときの形成過程を示す概略図である。
第５図は、バイアスされた状態での第２図に示されるデバイスのエネルギー準位の概略図である。
第６図は、本発明によるお互いに噛み合った検出器を示す平面図である。
第７図は、本発明による垂直転送検出器を示す断面図である。
ここで、第２図を参照すると、一般に符号１０によって示される本発明による赤外線検出器の断面図が概略的に示される。検出器１０は、それぞれ、３×１０18ｃｍ-3よりも高いドーパント濃度によるｎ型の縮退ドーピングを有するコンタクト領域２６および２８によって、｛１１１｝ｐ型（ホウ素をドーピングされた）シリコン基板２４に接続されたソースコンタクト２０およびドレインコンタクト２２を有する。検出器１０は、３つのゲート、すなわち、検出器ゲート３０、転送ゲート３２、および、コレクタゲート３４を有し、それらは、堆積されたポリシリコン層からそれぞれ形成される。これらのゲートは、酸化物領域３６によって、お互いからそして基板２４から電気的に絶縁される。検出器１０は、転送ゲート３２およびコレクタゲート３４の下にある基板２４の領域４０よりも高いドーパント濃度を有する検出器領域３８を有する。頂部酸化物層４２は、キャッピング層を提供する。
検出器１０は、約６μｍの全幅Ｗを有する。転送ゲート３２は、約２５０ｎｍの幅Ｌを有し、約２９ｎｍの厚さを有する酸化物領域３６によって基板２４から分離される。検出器領域３８は、ホウ素によって５×１０17ｃｍ-3の濃度にまでドーピングされる。
ここで、第３図を参照すると、検出器１０の平面図が示される。第２図を参照して説明された構成要素に加えて、検出器１０は、ｐ型に縮退ドーピングされたコンタクト領域４５を介しての基板２４へのバイアス接続４４を有する。検出器１０は、約２５μｍの横幅ｄを有する。
ソースコンタクト２０およびドレインコンタクト２２は、それぞれ、金属化トラック５０および５２の一方に接続される。検出器ゲート３０は、金属化コンタクトホール５６およびゲート３０のポリシリコン伸長部５８を介して金属化トラック５４に接続される。転送ゲート３２は、金属化コンタクトホール６２およびゲート３２のポリシリコン伸長部６４を介して金属化トラック６０に接続される。同様に、コレクタゲート３４は、金属化コンタクトホール６８を介して金属化トラック６６に接続される。バイアス接続４４は、金属化トラック７０に接続される。金属化トラック５０、５２、５４、６０、６６、および、７０は、それぞれ、コンタクトパッド（図示しない）に導かれ、このパッドに、プローブピンまたはワイヤボンドによって電気的接続がなされてもよい。
検出器１０は、以下のようにして製造される。３０オームｃｍの面積抵抗を有するｐ型チョクラルスキー成長｛１１１｝シリコンウェーハが、８０ｋｅＶのエネルギーおよび２×１０12ｃｍ-2のドーズでホウ素をイオン注入される。そして、このウェーハが、アルゴン−２％酸素中において１１００℃で４２０分間アニーリングされる。結果として得られたウェーハ上のすべての酸化物層が、希釈フッ化水素酸（ＨＦ）を用いて除去される。そして、検出器１０の領域が、ＬＯＣＯＳ分離プロセスを用いて同じウェーハ上のその他の領域から分離される。そして、標準的な応力除去酸化物層が、８００℃の温度でシリコン表面上に成長させられ、約４０ｎｍの厚さを有する酸化物層が形成される。厚さが１００ｎｍのシリコン窒化物層が、ウェーハ全体に堆積され、検出器１０の領域を被覆するパッドが残されるように、リソグラフィーによってエッチングされる。
そして、検出器領域のまわりのフィールド酸化物が、ウェット酸化プロセスを用いて、１０００℃において１２０分間成長させられ、約５５０ｎｍの厚さの酸化物が形成される。そして、窒化物パッドが除去され、検出器領域を被覆する残りのあらゆる酸化物が、希釈ＨＦを用いて除去される。
そして、ゲート酸化物層が、検出器領域のシリコン表面上に成長させられる。４０ｎｍの酸化物層が、ドライ酸素中において９００℃で成長させられ、それに続いて、アルゴン中において３０分間アニーリングされる。そして、厚さが５００ｎｍのポリシリコン−Ｉ（第１のポリシリコン層）ゲート層が、ゲート酸化物を被覆して堆積され、ＰＯＣｌ3中において９００℃の温度で５０分間加熱することによってリンがドーピングされる。ＰＯＣｌ3ドーピングから得られたすべての酸化物が、希釈ＨＦを用いて除去される。そして、ポリシリコン−Ｉ層が、フォトリソグラフィーによってパターン化されてコレクタゲート３４が形成される。余分なポリシリコンは、反応性イオンエッチングを用いてエッチングされ、８５°よりも大きい角度を有するゲートエッジが形成される。
そして、分離酸化物層が、設計上の厚さが４０ｎｍでポリシリコン上に成長させられる。そして、ポリシリコン−ＩＩゲート層が、４００〜５００ｎｍの範囲にある厚さで堆積され、ＰＯＣｌ3を用いてすでに述べたようにドーピングされ、それから、酸化物が除去される。そして、ポリシリコン−ＩＩが、コレクタゲート３４のエッジのまわりに材料のフィレットが残されるようにエッチングされ、転送ゲート３２および伸長部６４が形成される。反応性イオンエッチプロセスが、この処理に使用される。望ましくない領域、例えば、第２図に示されるコレクタゲートの左側エッジから材料のフィレットを除去するために、さらなるエッチプロセスが実行される。そして、８００℃の温度で、ウェット酸素中において６０分間、ドライ酸素中において２０分間、最後に、アルゴン中において２０分間加熱することによって、４０ｎｍの酸化物層が、残りのポリシリコン−ＩＩ上に成長させられる。酸化物層の成長に続いて、５０ｋｅＶのエネルギーおよび７×１０12ｃｍ-2のドーズでホウ素イオンの注入が実行される。このイオン注入は、検出器領域３８をより高いドーパント濃度にする。検出器領域３８を形成するためのイオン注入は、転送ゲート３２の酸化したエッジにセルフアラインされる。イオン注入に続いて、ポリシリコン−ＩＩＩ層が、５００ｎｍの厚さで堆積され、そして、それが、ＰＯＣｌ3中において９００℃で５０分間加熱することによってドーピングされ、それは、イオン注入検出器領域をアニーリングする効果も有する。そして、反応性イオンエッチプロセスを用いて、ポリシリコン−ＩＩＩ工層がパターン化されて検出器ゲート３０が形成される。
ｐ型に縮退ドーピングされたコンタクト領域４５が、フォトレジストマスクに設けられた窓を介して、３５ｋｅＶのエネルギーで２×１０15ｃｍ-2のドーズでホウ素をイオン注入することによって形成される。ｎ型コンタクト領域２６および２８が、検出器１０の活性領域全体を被覆するフォトレジスト窓を介して、８０ｋｅＶのエネルギーで５×１０15ｃｍ-3のドーズでＰ+イオンをイオン注入することによって形成される。注入は、ポリシリコンゲートをドーピングし、コレクタゲート３４の左側エッジおよび検出器ゲート３０の右側エッジにそれぞれセルフアラインすることによって、コンタクト領域２６および２８を形成する。注入損傷は、窒素中において５５０℃で３０分間アニーリングされる。化学蒸着によって、低温二酸化シリコン（ＬＴＯ）層が、検出器１０を被覆して形成され、高密度化後の厚さが約６５０ｎｍとなる。高密度化は、９００°Ｃで窒素中において１５分間、ウェット酸素中において３０分間、最後に、窒素中において１５分間アニーリングすることによって達成される。そして、コンタクトホールが、ＬＴＯにパターン化され、そして、これらのコンタクトホールは、シリコンを１％含んだアルミニウムで充填される。最後に、シリコンを２％含んだアルミニウムの金属化トラックが形成され、コンタクトシンタが、形成ガス中において４２５℃で実行される。
製造手順が第４図に概略的に示される。第４ａ図は、ＬＯＣＯＳデバイス分離段階およびゲート酸化の後の検出器を示す。第４ｂ図は、コレクタゲートを堆積およびパターン化した後のデバイスを示す。コレクタゲートが、第４ｃ図においてすでに酸化されている。第４ｄ図において、ポリシリコン−ＩＩ層が、すでに堆積されている。第４ｅ図は、ポリシリコン−ＩＩ層が異方性エッチングされてフィレットが形成され、そして、フィレットが部分的に除去された後のデバイスを示す。第４ｆ図において、残りのポリシリコンフィレットは酸化され、検出器領域を形成するためのセルフアラインされたイオン注入がすでに実行されている。最後に、第４ｇ図は、検出器ゲートが、ポリシリコン−ＩＩＩ層からすでにパターン化されているデバイスを示す。
この製造プロセスは、２．０μｍの特徴寸法を有する標準的な製造装置に適合するように開発されたものである。μｍ以下の特徴寸法を有する製造装置のための、その他の製造プロセスを工夫してもよいことは明らかなことであり、μｍ以下の幅を備えた転送ゲートのパターン化を潜在的に簡単にできる。理想的には、検出器ゲート３０の下にあるゲート酸化物は、コレクタゲート３４の下にあるゲート酸化物よりも薄いものでなければならない。しかしながら、セルフアラインされたイオン注入を実行して検出器領域３８を形成するために、コレクタゲートおよび転送ゲート３２が、まず最初に堆積されなければならず、そのことが、検出器ゲートの下にあるゲート酸化物を転送ゲートの下にあるゲート酸化物よりも厚いものとする。別の製造手順によれば、ポリシリコン−ＩＩＩ層を堆積する前に、検出器ゲートの下にあるゲート酸化物を薄くすることが可能である。
サブバンド間エネルギー準位の必要とされる間隔を提供するために、検出器ゲートの下のドーパント濃度は、３×１０17ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3の範囲に存在しなければならない。
検出器ドーピング濃度は、検出器の長い波長のカットオフを決定するサブバンド間の間隔を変えるように調整することができる。上述のドーパント濃度の範囲は、８μｍ〜１４μｍのバンドでの検出に適切なものである。転送ゲートの下のドーピング濃度は、検出器ゲートの下のドーピング濃度よりも低いものでなければならないが、コレクタからの“パンチスルー”を最小限にするに足る濃さでなければならない。
ここで、第５図を参照すると、ゲートがバイアスされた後の検出器１０の概略的なバンド構造が示される。検出器井戸８０は、１０17ｃｍ-3よりも大きなドーパント濃度で濃くドーピングされる。転送ゲートに印加されるポテンシャルは、量子化されたサブバンドからなるエネルギー間隔に対応して、約１００ｍｅＶのポテンシャル障壁８２を発生させた。蓄積井戸８４は、低いドーピング濃度を有し、増加した蓄積容量を提供する。光励起された電子は、障壁８２を越えるに足るエネルギーを有し、電荷結合装置システムに使用される処理に類似する処理において読み出されるために蓄積井戸に集められる。しかしながら、一定の電流を検出器のソース２２からドレイン２４に流すことによって、テストデバイスからの測定値が得られた。フーリエ変換赤外線分光計に送られる前に、外部検出器信号として、チャンネル間の電圧が増幅される。
「Ｚ．Ｐｈｙｓｉｋ  Ｂ」、第２６巻、２６３頁、１９７７年のＴ．Ａｎｄｏの科学文献に基づいて、ドーピング濃度が５×１０17ｃｍ-3であり、エネルギー間隔が１００ｍｅＶであれば、１．２×１０13ｃｍ-2の表面電荷密度が必要であると推定される。厚さが２９ｎｍのゲート酸化物の場合には、これは、１６Ｖの検出器ゲート電圧に対応する。
横転送デバイスの場合には、励起状態における電子の横の流れに対する障壁は、基底状態における障壁よりも低いものでなければならないか、あるいは、存在してはならない。これは、より高いドーピング濃度およびゲート電圧を用いることによって、転送ゲートの下よりも検出器ゲートの下に高い横電界を有することによって達成される。上位状態に励起された電子は、基底状態へのサブバンド間散乱の前に転送領域に拡散する。いったん転送領域に入れば、電子は、検出器井戸に自由に拡散することができ、拡散電流は、転送ゲートの長さに反比例する。励起状態の寿命は、ほとんどの場合に約１ピコ秒であると推定され、それは、励起状態の拡散距離として約３０ｎｍの値を与える。したがって、上位状態に励起された電子は、もしそれらが転送領域の約３０ｎｍの範囲内にあれば、転送領域に拡散することが予想される。検出器井戸と転送障壁の頂部との間に遷移領域が存在すれば、それは、幅が３０ｎｍよりも小さいものでなければならない。励起されたキャリアの主なエネルギー損失メカニズムは、光フォノンの放出である。シリコンにおける光フォノンエネルギーは６３ｍｅＶであり、したがって、このエネルギー損失メカニズムは、遷移領域の大部分から発生することはなく、ゆえに、遷移領域は、励起されたキャリアの拡散距離よりも相当に長くてもよく、それによって特性を劣化させることはない。
電子が検出器井戸に戻るのを阻止する基底状態での拡散障壁によって、より長い転送ゲートを使用することができ、それは、転送領域の基底状態の左側にあり、点線８６によって示される小さな障壁として第５図に表される。
ｆ／１光学素子の場合に３００Ｋにおいて黒体から吸収される総パワーは、２．０×１０14エレクトロンｓ-1ｃｍ-2に等しいと推定され、したがって、１／２５秒のフレーム時間の場合、総計８×１０12エレクトロンｃｍ-2を検出することができる。転送に固有の非効率性は、この数値を３桁だけ減少させる。検出器１０の動作温度は、上位サブバンドに移る電子の熱生成速度が光励起速度以下となる温度によって決定され、検出器は、バックグラウンドを制限されたＴBLIPと呼ばれる温度になる。温度ＴBLIPは、次の式から得られる。
0003926851.tif 000004
ここで、ｎ0およびｎ1は、第１および第２のサブバンドの熱平衡占有率であり、Ｅ01は、サブバンド間隔であり、τは、励起状態の寿命である。ＲOPTは、光励起速度であり、２．０×１０14エレクトロンｓ-1ｃｍ-2と推定され、約４８ＫのＴBLIPが得られる。
吸収効率を増加させるために、アンテナコンセントレータ（ａｅｒｉａｌ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）が使用されてもよい。アンテナコンセントレータに関しては、米国特許第５，２４８，８８４号に記載されている。そのようなデバイスにおいては、四角形の金属アンテナが、検出器の表面に配置され、検出器井戸と転送ゲートとの界面領域に入射する放射の電界を集め、それによって、量子効率を向上させ、動作温度を上昇させる。
検出器１０は、垂直に入射する赤外線放射を検出するように配置される。｛１１１｝シリコン表面の場合、表面に平行な電子運動によってサブバンド間遷移が可能である。｛１００｝シリコン表面の場合、量子化された電子の運動は、表面に垂直であり、したがって、入射する放射の電界も表面に垂直でなければならない。検出器１０に類似するが｛１００｝シリコン上に製造される検出器の場合には、表面に垂直に入射する放射の電界成分を提供するために、プリズムを介してかまたは検出器の表面に回折格子を付加することによって検出器へ放射する必要がある。
ここで、第６図を参照すると、一般に符号１００で示される本発明によるお互いに噛み合った検出器の平面図が示される。検出器は、ｎ型の縮退ドーピングを有するそれぞれのコンタクト領域１２６および１２８に接続された、ソースコンタクト１２０およびドレインコンタクト１２２を有する。ソースとドレインとの間には検出器ゲート１３０があり、それは、転送ゲート１３２の上に重なり、また、部分的にコレクタゲート１３４の上に重なる。さらに、検出器１００は、基板１２４へのバイアス接続１４４を有する。検出器１００の構成要素の機能的な役割は、第２図に示される検出器１０の役割と同じであり、検出器１００の構成要素の符号は、検出器１０の構成要素の符号の先頭に１を付けたものと同じである。
検出器１００は、類似する検出器のアレイとして結合するのに適しており、それぞれの検出器が、１つの画素に対応する検出器要素を形成する。検出器１００は、８μｍのピッチＳでお互いに噛み合わせられ、それによって、励起された電子を検出することのできるシリコンの１画素当たりの有効面積を増加させる。転送ゲートの拡散距離の範囲内の励起だけを検出するのであれば、捕集効率は、〔（３０ｎｍ×２）／８μｍ〕＝０．８％である。異なる高さの転送ゲート障壁に対する推定転送効率の解析から、転送効率は約５０％であることが期待される。それぞれの画素においては、光電流による電荷を蓄積するための蓄積コンデンサおよび読み出しトランジスタを有することが必要である。寸法が５０μｍの画素の場合、フィルファクターを約６５％とすると、これらの構成要素が有効面積の約３５％を占有することが推定される。したがって、総合効率は、約０．００２５％となる。１フレーム時間／単位面積ごとに励起される電子の数と画素の寸法とにこの数を組み合わせると、１フレーム時間に蓄積される電子の総数Ｎが得られ、それは約４．９×１０5に等しい。
雑音等価温度差ＮＥＴＤは、次の式で与えられる。
0003926851.tif 000005
ここで、対照定数ｃは、温度によるフラックスの分数変化率であり、この波長において、次の式で与えられ、
0003926851.tif 000006
Ｎtotalは、熱生成されたキャリアを含む。これは、
0003926851.tif 000007
となる温度で１０６ｍＫのＮＥＴＤを与える。２倍の量子効率は、例えば、頂部の反射防止膜および鏡付き背面および０．３μｍのデザインルールを有することによって達成することができ、４１ｍＫのＮＥＴＤを得ることができる。ＮＥＴＤを２０ｍＫまで減少させるためには、７７Ｋで動作するハイブリッドテルル化カドミウム水銀／シリコン検出器のように、効率を５倍に増加させる必要がある。この増加は、アンテナコンセントレータを転送ゲートの上に配置すると達成することができる。また、効率は、電子ビームリソグラフィーを使用して特徴寸法を０．１μｍにまで減少させても増加する。また、微小レンズを用いた光学的浸漬は、効率を増加させる手段を提供する。
検出器１０および１００は、それぞれ、ポリシリコン転送ゲートを備えていた。検出器のための別の構成は、所望の障壁構造を提供することができる。個々の転送ゲートを有するのではなく、ゲート酸化物の厚さを変えることもできる。そのようなデバイスは、フィルファクターを改善することができるが、検出器１０および１００と比較すれば同調性を減少させる。
考えられるさらなる構成が第７図に示される。第７図は、垂直読み出し検出器２００の断面図を示す。低い濃度でドーピングされたｐ型シリコンの検出器領域２０２からの光励起電子は、適度に高い濃度でドーピングされた薄いｐ型層２０４によって形成される障壁を越えて、電荷が読み出される高い濃度でドーピングされたｎ型のコレクタ領域２０６に放出される。埋め込まれたコレクタに検出器領域２０２を基準にしたバイアスを印加することによって、ｐ型層２０４は、完全に空になり、バイアスをさらに増加させると、障壁の高さが減少し、最後には障壁がなくなり、電流は検出器領域から埋め込まれたコレクタ領域に直接に流れる。障壁の高さは、ドーピングの均一性および層２０４の厚さに依存し、そのために、実際には、検出器２００からなるアレイの場合、それぞれの画素に特有のバイアス方式が選択されなければならない。なぜなら、共通バイアス電圧は、アレイ間の障壁の高さの差を発生させるからである。
検出器２００は、ｐ型シリコンウェーハの表面領域をｎ型に、縮退ドーピングし、そのｎ型領域の上にシリコンのエピタキシャル層を成長させて層２０４を形成することによって製造されてもよい。そして、検出器領域が、イオン注入によって形成され、また、検出器ゲート、ソースコンタクト、および、ドレインコンタクトは、検出器１０のものと同じように製造される。
【図１】
0003926851.tif 000008
【図２】
0003926851.tif 000009
【図３】
0003926851.tif 000010
【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
0003926851.tif 000014
【図４ｅ】
0003926851.tif 000015
【図４ｆ】
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【図４ｇ】
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【図５】
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【図７】
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【図６】
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