[发明专利]三色传感器

说明书

本发明涉及到一种基于非晶硅及其合金的元件，它包含二个相互反向串联安置的p-i-n或n-i-p或肖特基结构，其中各情况下的有源层被安排成正常光入射方向。从而在第一结构的区域中沿光入射方向，蓝光产生的载荷子为第一电压(V1)收集；而在第二结构区域中沿光入射区域中，由红光或绿光产生的载荷子为第二电压(V2)或第三电压(V3)收集，从而二个本征导电层中的至少一个由二个畸性层(partiallayers)构成。

从QZHU，H.Stiebig，P.Rieve，J.Giehl，M.Sommer，M.Bhm的论文“新型薄膜彩色图象传感器”(欧洲现代自动化传感器和控制第二次会议，Frankfurt/Main，1994年6月20-24)，人们知道了这类元件。

比之结晶硅元件，基于非晶硅(a-Si：H)的光敏电子元件的优点是对可见光的吸收显著地增大。这种光敏电子元件基本上由二个彼此反向串联连接的PIN二极管组成，从而形成交替的NIPIN或PINIP；或者由二个彼此反向串联连接的金属-半导体结(肖特基接触)组成。

这种元件在工艺上是借助于用PECVD(等离子增强化学汽相淀积)工艺在低温下(一般为250℃)分隔多个a-Si：H层而生产的。产生于例如绝缘衬底(通常为玻璃)上的淀积首先是连接一个半透明的导电氧化层(TCO)，该层其后为加于元件的外部电压提供接触。借助于施加交变场，由被分解成硅原子团和氢的SiH₄(硅烷)在PECVD反应器中产生等离子体。在此工序中，硅以含氢非晶膜的形式凝聚在衬底上。此时，加入磷烷就可得到n型掺杂层；加入乙硼烷就可得到p型掺杂层。此外，众所周知，将甲烷(CH₄)加入到硅烷中，可增大非晶硅的带隙，加入锗烷(GeH₄)则可减小带隙。

然后，可见光以光的入射方向垂直于层面的方式辐射穿透用这种方法制得的具有所需顺序的多层元件。由于传感器材料的吸收系数依赖于进入光的波长和传感材料的带隙，就引起光在半导体材料中的穿透深度不同。这就导致蓝光(波长约为450nm)的穿透深度(吸收长度)显著地小于绿光或红光的穿透深度。借助于选择加于元件的外部电压的各自大小和极性，即选择内部电场的大小和极性，可得到元件的光谱灵敏度。例如借助于对元件施加各种电压，可得到多层结构中RGB光(红、绿、蓝光)的灵敏度。根据这一原理，光生载荷子沿元件长度的收集区因而还有其光谱灵敏度就依赖于外加电压而偏移。

为了优化三色传感器的NIPIN结构，从上面所述可知，在p型掺杂的中间层二侧，额外提供本征导电缺陷层，在其厚度区的带隙比其余的本征导电层增大了(例如从1.74eV增至1.9eV)。这导致沿光入射方向的前部NIP结构中的红/绿分离得到改善，或导致沿光入射方向在后面PIN结构中的红/绿分离得到改善，(所谓能带隙工程)。

从美国专利5311047得知一种基于带NIPIN结构非晶硅的光敏电子元件。

Appl.Phys.Lett.，52(4)，1988，P275-277报道了一种NIPIN型的异质结元件(光晶体管)，它包含二个额外插入的本征导电层。由此可知，蓝光最好在第一个结中被吸收，而绿光或红光最好在第二个结中被吸收。此第二本征导电层用来提高蓝光吸收。

本发明的目的是描述引言中所述类型的一种电子元件及其制造方法，确保在经济的制造条件下制作对RGB彩色敏感的元件，这种元件对RGB彩色有很高的光谱分离特性，对输出信号的红外/紫外贡献可忽略。

根据本发明，借助于在电场存在时具有不同的载荷子收集长度的二个畸性层而达到此目的，使在光入射方向的前部的畸性层中载荷子迁移率和寿命的乘积较大，而在沿光入射方向的后部畸性层中的载荷子迁移率和寿命的乘积较小，或使二个本征导电层中至少一个由二个畸性层按各自的掺杂组成，具体由Si_xGe_1-x组成，其迁移率不同，使二个畸性层中的μτ乘积彼此不同，至少差10倍，从而μτ乘积较大的畸性层在沿光入射方向的前部。

本发明的特征是：由于元件二个本征导电层中的至少一个分裂成二个畸性层，使蓝/绿分离或绿/红分离得到了改善。与已知的方法(例如借助于通过局部增加带隙的“带隙工程”影响吸收或复合行为)或借助于组合额外的缺陷层的方式相反，根据本发明改变μτ乘积的方法具有明显的优点，使得有可能明显地改善光谱分离和所需的线性行为。