具有可調節(jié)的光譜靈敏度的輻射檢測器的制作方法

文檔序號：5832198閱讀：532來源：國知局

專利名稱：具有可調節(jié)的光譜靈敏度的輻射檢測器的制作方法
具有可調節(jié)的光譜靈敏度的輻射檢測器
本發(fā)明涉及一種輻射檢測器。
本發(fā)明的任務是提出一種輻射檢測器，該輻射檢測器可以以可變的方式使用。
該任務通過具有權利要求1的特征的輻射檢測器來解決。有利的擴展方案和改進方案是從屬權利要求的主題。
根據(jù)本發(fā)明的輻射檢測器包括檢測器裝置，該檢測裝置具有多個檢測器元件，借助這些檢測元件在輻射檢測器工作中獲得檢測器信號。此夕卜，輻射檢測器具有調節(jié)裝置。檢測器元件分別具有光鐠靈敏度分布并且適于產生信號。在此，至少一個檢測器元件包含化合物半導體材料，并且該檢測器元件被構建為用于檢測在可見光鐠范圍中的輻射。此外，輻射檢測器被構建為使得借助檢測器元件的靈敏度分布形成輻射檢測器的不同的光語靈敏度通道。在靈敏度通道中可以借助檢測器元件產生與相應的靈敏度通道關聯(lián)的通道信號。此外，調節(jié)裝置被構建為使得不同的通道信號對輻射檢測器的檢測器信號的貢獻可以被不同地調節(jié)并且優(yōu)選被不同地調節(jié)。
合乎目的的是，調節(jié)裝置與檢測器裝置導電^目連。這樣，檢測器裝置中產生的信號可以以簡化的方式被輸送給調節(jié)裝置。
化合物半導體材料特別適于檢測可見光鐠范圍中的輻射。尤其是與元素半導體材料樹目比可以看到這一點。硅在紅外光鐠范圍中具有特別高的
靈敏度。對于將硅用于檢測可見輻射的情況，必須費事地通過外部濾光器將紅外輻射成分從射到檢測器上的輻射中過濾掉，以便防止紅外輻射成分影響檢測器信號。
而如果使用化合物半導體材料用于檢測，則化合物半導體材料可以被簡化地選擇為使得其在紅外光鐠范圍中是比較不靈敏的。這樣可以避免針對長波紅外輻射使用費事的外部濾光器。一方面這樣減小了位置需求而另一方面降低了制造成本，因為外部濾光器比如干涉濾光器會極大地提高輻射檢測器的總成本。
III-V化合物半導體材料特別適于檢測可見輻射，例如波長在420nm 到700nm之間(包括兩端值)的可見輻射，因為III-V化合物半導體材料在可見光鐠范圍中可以具有特別高的效率。在III-V化合物半導體材料中，來自材料系InyAlxGaLx-yP (其中0么《1以及0《y《1，優(yōu)選x一O， y#0， x * 1和/或y # 1 )的化合物半導體材料是特別適合的。借助來自材料系(In， Al, Ga) P的化合物半導體材料可以檢測在整個可見光鐠范圍上的輻射。通過組合和尤其是通過Al含量的選擇，可以調整由該材料系構成層的帶隙。由于InGaAlP在紅外光鐠范圍中不是非常靈敏的，所以已經可以通過帶隙調整相應檢測器元件的光鐠靈敏度分布的長波的邊界波長，尤其是可見光鐠范圍中的邊界波長。對此并不需要外部濾光器。
檢測器元件的光鐠靈敏度分布通過在相應檢測器元件中產生的信號的強度(例如光電流的強度或者與此相關的量)與入射到檢測器元件上的輻射的波長的相關性來確定。
借助調節(jié)裝置可以調整檢測器靈敏度的預先給定的光譜分布，即整個輻射檢測器的光鐠靈lt度分布。整個輻射檢測器的靈^:度分布例如從輻射檢測器的輸出信號與入射輻射的波長的相關性得到，其中輸出信號可以在通過調節(jié)裝置之后被獲得。因此，通過不同地調節(jié)不同的通道信號對整個檢測器信號的貢獻，可以由調節(jié)裝置調整輻射檢測器的預先給定的靈^1度分布。
優(yōu)選地，不同通道信號對輻射檢測器的檢測器信號的貢獻的相對權重借助調節(jié)裝置來調節(jié)。尤其是，調節(jié)裝置可以將通道信號對檢測器信號的貢獻相對于彼此不同地進行加權。通過通道信號對整個檢測器信號的貢獻的不同權重，可以調整輻射檢測器的預先給定的靈^t度分布。在此，相應的通道信號或靈敏度通道的相應光譜分布借助調節(jié)裝置有針對地被減弱或者增強。
隨后，可以使不同地被加權的通道信號疊加，使得檢測器信號根據(jù)檢測器靈敏度的預先給定的分布;j^現(xiàn)。輻射檢測器的檢測器信號尤其是可以借助優(yōu)選被不同地加權的通道信號的疊加(例如借助相加)來形成。多個通道信號可以貢獻于輻射檢測器的檢測器信號。優(yōu)選的是，通道信號在調節(jié)裝置中疊加。對于所希望的檢測器靈敏度不必要的通道信號在此可以不予考慮。例如，對此一個通道信號對檢測器信號的貢獻在調節(jié)裝置中被抑制。
通過調節(jié)裝置，于是可以借助預制的檢測器裝置實現(xiàn)輻射檢測器的不同的靈敏度分布。所得到的檢測器靈敏度分布于是從各個靈敏度通道的不同的權重中得到。特別優(yōu)選的是，輻射檢測器的不同靈敏度通道的數(shù)目對應于檢測器元件的數(shù)目。
不同的靈敏度通道優(yōu)選在不同的波長的情況下具有其相應的靈敏度最大值。
在一個優(yōu)選的擴展方案中，調節(jié)裝置具有多個輸入端，通過這些輸入端可以將檢測器元件中產生的信號輸送給該調節(jié)裝置。優(yōu)選地，不同的檢測器元件或者不同的靈敏度通道尤其是分別與不同的輸入端關聯(lián)。特別有利的是，檢測器元件或者靈敏度通道分別與各自的輸入端關聯(lián)。
在另一優(yōu)選的擴展方案中，該調節(jié)裝置具有多個調節(jié)端子，借助這些調節(jié)端子可以調節(jié)通道信號對檢測器信號的貢獻。優(yōu)選地，靈敏度通道的數(shù)目對應于調節(jié)端子的數(shù)目。各個通道信號的貢獻可以通過調節(jié)端子優(yōu)選彼此無關地進g整。
通過調節(jié)端子例如可以不同地調整對通道信號的放大因數(shù)，借助這些放大因數(shù)而相對于彼此相應地增強或者減弱通道信號。對此，調節(jié)裝置合乎目的地包括特別是可調節(jié)的放大器。
優(yōu)選地，調節(jié)裝置被構建為使得通道信號對檢測器信號的貢獻可在外部進行調節(jié)。對此，調節(jié)端子合乎目的地可在外部進行控制地實施。
在另一優(yōu)選的擴展方案中，檢測器靈敏度的光鐠分布在工作中可借助調節(jié)裝置來調整。于是，用戶可以通過調節(jié)端子調整輻射檢測器的所希望的靈敏度分布。
在另一優(yōu)選的擴展方案中，靈敏度通ii^光鐠上疊加。優(yōu)選地，靈敏度通道在光鐠中疊加為使得通過疊加的通道覆蓋輻射檢測器的光谞檢測范圍，優(yōu)i^蓋可見光鐠范圍。合乎目的地，輻射檢測器對此具有多個在可見光鐠范圍中的靈敏度通道。
例如，輻射檢測器包括多個光鐠靈敏度通道，這些光鐠靈敏度通道在可見光鐠范圍中的波長的情況下具有光鐠分布的最大值。
由于多個在可見光鐠范圍中的靈敏度通道，所以檢測器靈敏度可以借助調節(jié)裝置以簡化的方式才艮據(jù)預先給定的分布來成形。
在一個優(yōu)選的擴展方案中，調節(jié)裝置被構建為使得輻射檢測器作為環(huán) 境光傳感器來工作或者被驅動，其中該環(huán)境光傳感器具有才pm人眼的靈敏
度分布的檢測器靈敏度的光i普分布。合乎目的地，靈敏度通道對此借助調節(jié)裝置不同地加權，使得通過不同地#>權的光譜靈^:度通道的疊加來形成根據(jù)人眼的靈敏度分布的光鐠靈lt度分布。
適應光亮的人眼的靈敏度最大值(晝視)為大約555nm。而適應昏暗的人眼的靈敏度最大值(夜視)在大約505nm的短波范圍中。
借助調節(jié)裝置可以對靈敏度通道不同地進行加權,使得輻射檢測器按照調節(jié)裝置的調整而具有才艮據(jù)適應光亮的或者適應昏暗的人眼的靈敏度分布的光譜靈敏度分布。
優(yōu)選地，檢測器靈^t度的光鐠分布借助調節(jié)裝置可在適應光亮的人眼的與適應昏暗的人眼的靈敏度分布之間切換。切換過程例如可以借助亮度 /暗度傳感器來控制，其中該輻射檢測器優(yōu)選包括該亮JL/暗度傳感器。
在另一優(yōu)選的擴展方案中，輻射檢測器可以作為色彩傳感器來工作，尤其是用于檢測三原色例如紅、綠和藍。合乎目的地，輻射檢測器在此具有在光譜中處于相應基本色彩范圍中的靈敏度通道。優(yōu)選地，基本色彩中的每一種與單獨的靈敏度通道關聯(lián)。
通過例如在調節(jié)裝置中借助放大因數(shù)O (這對應于抑制相應的通道信號貢獻)減弱其他色彩通道，在其余的色彩通道中可以檢測所希望的色彩。通過檢測器信號于是可以確定入射到輻射檢測器上的輻射中的色彩成分。由這些色彩成分例如可以確定入射的輻射的色覺或者色度坐標。
優(yōu)選地，輻射檢測器借助通過調節(jié)裝置的合適調節(jié)不僅可以作為環(huán)境光傳感器而且可以作為色彩傳感器來工作。
在另一優(yōu)選的擴展方案中，檢測器裝置具有半導體本體，該半導體本體包含檢測器元件中的至少一個。半導體本體可以包括多個半導體層并且尤其是外延地生長。合乎目的的是，半導體層相疊地沉積。優(yōu)選地，檢測器元件包括用于產生信號的有源區(qū)。該有源區(qū)優(yōu)選i殳置在不同導電類型(p 型或者n型)的兩個半導體層之間。這些層優(yōu)選被摻雜。特別優(yōu)選的是，有源區(qū)未被摻雜(#地)地實施。檢測器元件優(yōu)選根據(jù)二極管結構來構建，例如根據(jù)pin 二極管結構來構建。pin二極管的特征在于有利地小的響應時間。有源區(qū)優(yōu)選包含化合物半導體材料。特別優(yōu)選地，多個檢測器元件、尤其是相應的有源區(qū)包含化合物半導體材料，優(yōu)選包含來自材料系 (In， Ga， A1)P的材料。合乎目的地，化合物半導體材料包含多個針對可見光譜范圍構建的檢測器元件。
在一個優(yōu)選的擴展方案中，多個檢測器元件單片地集成到共同的半導體本體中。優(yōu)選地，該半導體本體外延地生長。檢測器元件可以堆疊地并且尤其是相疊地設置。檢測器元件的這種布置具有有利地小的位置需求。
在另一優(yōu)選的擴展方案中，輻射檢測器具有多個單獨的、優(yōu)選分立的和/或并排設置的檢測器元件。這些元件可以分別包括帶有有源區(qū)的單獨的半導體本體。各個檢測元件優(yōu)選構建為分立的檢測器芯片。相對于如上面描述的那樣的單片集成的實施形式，可以筒化地制造各個芯片。然而，具有多個分立的檢測器芯片的布置相對于單片構型更占用空間。
在另一優(yōu)選的擴展方案中，輻射檢測器具有三個或者更多的、優(yōu)選四
個或者更多的、特別優(yōu)選五個或更多的靈敏度通道。這些靈^:度通道可以在可見光鐠范圍中。不同的靈智:度通道的數(shù)目越多，則借助調節(jié)裝置可以越精確JteJ"輻射檢測器的預先給定的靈敏度分布進行模仿。
在另一優(yōu)選的擴展方案中，輻射檢測器具有一個或者多個窄帶的靈敏
度通道。窄帶的靈敏度通道的光鐠寬度(半高全寬，F(xiàn)WHM: Full width at half maximum)可以為lOOnm或者更小，優(yōu)選60nm或者更小，特別優(yōu)選40nm或者更小，例如20nm或者更小。通過設置窄帶的靈敏度通道，可以將輻射檢測器簡化地用于檢測精確定義的鐠線。例如，靈敏度通道可以被構建為使得其僅僅響應特定的鐠線。因此，輻射檢測器例如可以用于對通過該鐠線表征的對象進行實時檢查，如用于鈔票識別或者支票卡識別。該功能此外為了可工作性而可以設計為色彩傳感器或者環(huán)境光傳感器。
在另一優(yōu)選的擴展方案中，單個的通道信號借助兩個在不同的檢測器元件中產生的信號來獲得。例如，可以在對兩個不同的檢測器元件中產生的信號求差的情況下獲得通道信號。
光鐠靈敏度通道可以相應地借助對由兩個檢測器元件的光譜靈敏度分布求差來獲得。特別優(yōu)選的是，在調節(jié)裝置中求差。隨后同樣在調節(jié)裝置中調節(jié)從求差中獲得的通道信號對檢測器信號的貢獻。
對來自不同的檢測器元件中的信號進行的這種處理簡化了用于輻射檢測器的具有不同的靈敏度通道的檢測器元件的構建。對于靈敏度通道的構建，可以省去為使相應檢測器元件的光鐠靈敏度分布的短波側展平的濾光。
輻射檢測器的兩個(優(yōu)選任意的)光鐠靈敏度通道的分布合乎目的地在小于分布最大值的值處相交，優(yōu)選在小于兩個分布的最大值的值處相交。優(yōu)選地，具有最大值的分布的長波邊緣在較短的波長處與其他分布的短波邊緣相交。
在另一優(yōu)選的擴展方案中，檢測器元件、優(yōu)選多個檢測器元件包括濾
光層。該濾光層優(yōu)選吸收在包括如下波長的波長范圍中的輻射這些波長小于檢測器元件的光譜靈敏度分布的最大值的波長。檢測器元件的光鐠靈
限'
優(yōu)選地，濾光層集成到檢測器元件的半導體本體中。濾光層可以外延地生長和/或包含(III-V)化合物半導體材料。
此外，濾光層可以確定相應靈敏度通道的短波的邊界波長。
相應地，可以在制造檢測器元件時已經實現(xiàn)靈敏度通道的構建。有利的是，事后的信號處理(如上面所描述的求差)不是必需的。然而，相應濾光層的設置提高了檢測器裝置的制造成本。
優(yōu)選地，調節(jié)裝置實施為集成電路，例如基于硅的集成電路。集成電路可以配備有可變的功能，并且尤其是針對信號貢獻的不同的權重而對各個通道信號進行放大，并且必要時進行求差用以獲得靈敏度通道。
在另一優(yōu)選的擴展方案中，輻射檢測器具有電子控制裝置。該控制裝置優(yōu)選與調節(jié)裝置、尤其是調節(jié)裝置的調節(jié)端子導電連接。此外，控制裝置優(yōu)選地以可編程的方式構建。借助該控制裝置可以控制調節(jié)裝置的調節(jié) 端子的設置。于是通過該控制裝置可以以編程的方式控制輻射檢測器的工作狀態(tài)(例如作為色彩傳感器、環(huán)境光傳感器或者用于檢測預先給定的鐠線)。例如可以通過控制裝置以白天時間控制的方式(tageszeitgesteuert) 將環(huán)境光傳感器從白晝靈敏度切換到夜間靈敏度。對此合乎目的的是，該控制裝置相應地激勵調節(jié)端子?？刂蒲b置例如實施為可編程的微控制器。
本發(fā)明的其他優(yōu)點、特征和合乎目的性從以下結合附圖對實施例的描述中得到。
圖l示出了輻射檢測器的一個實施例的示意圖。
圖2借助圖2A示出了檢測器裝置的一個實施例的示意性截面圖，借助圖2B示出了針對圖2A中的檢測器元件的半導體本體的數(shù)據(jù)，借助圖 2C示出了檢測器元件的光鐠靈敏度分布，并且借助圖2D示出了輻射檢測器的從靈敏度分布中獲得的靈敏度通道。
圖3借助圖3A示出了檢測器裝置的另一實施例的示意截面圖，借助圖3B示出了針對圖3A中的半導體本體的層的數(shù)據(jù)，并且借助圖3C示出
10了檢測器裝置的靈敏度通道。
圖4借助圖4A示出了根據(jù)圖2D的對適應光亮的人眼的光鐠靈敏度分布疊加的靈敏度通道，并且借助圖4B示出了根據(jù)圖2D的對適應昏暗的人眼的靈敏度分布疊加的靈^t度通道a
圖5借助圖5A示出了檢測器裝置的另一實施例的光諉靈敏度通道，并且借助圖5B示出了用于檢測器元件的半導體本體的半導體層的數(shù)據(jù)，檢測器元件的光鐠靈敏度分布對應于相應的靈敏度通道。
圖6示出了輻射檢測器的另一實施例的一部分。
相同、類似和作用相同的要素在附圖中設置有相同的參考標記。此外，附圖中的各個要素不一定合乎比例地繪制。更為確切地說，為了更好的理解，附圖的各個要素可以被夸大地示出。

圖1示出了輻射檢測器1的一個實施例的示意圖。
輻射檢測器1包括檢測器裝置2和調節(jié)裝置3。調節(jié)裝置3與檢測器裝置2導電地連接，使得在檢測器裝置中產生的電信號可以被輸送給調節(jié) 裝置。
檢測器裝置2包括多個檢測器元件4、 5和6。檢測器元件合乎目的地被構建為用于接收輻射和用于產生信號。優(yōu)選地，多個檢測器元件被構建為用于檢測可見輻射。例如，設置有三個檢測器元件，其被構建為用于檢測可見輻射。優(yōu)選地，不同的檢測區(qū)域例如不同色彩的光譜范圍與檢測器元件關聯(lián)。這樣，檢測器元件4可以被構建為用于在藍色光譜范圍中進行檢測，檢測器元件5可以被構建為用于在綠色光鐠范圍中進行檢測以及檢測器元件6可以被構建為用于在紅色光鐠范圍中進行檢測。
被構建為用于檢測可見輻射的多個檢測器元件(優(yōu)選所有的檢測器元件)包含化合物半導體材料。來自材料系InyAlxGai-x_yP (其中0《x《l并且0^y《1，優(yōu)選x—0, y*0， 1和/或y* 1)的III-V化合物半導體材料與Si相比由于可實現(xiàn)的高的量子效率和其在紅外光鐠范圍中的不靈敏性而特別適于構建用于可見光鐠范圍的輻射檢測器。在檢測器裝置中可以省去用于從待檢測的輻射中過濾掉紅外成分的外部濾光器，因為檢測器元件本身已可以構建為具有在紅外光鐠范圍中的可忽略的或者消失的靈敏度。
檢測器元件4、 5和6設置在共同的支承體7上并且優(yōu)選固定在其上。該支承體7例如可以借助殼體、尤其是借助器件殼體、優(yōu)選借助用于可表面安裝的器件的殼體來形成。出于清楚的原因而未明確地示出檢測器元件的電端子。
圖2A示出了檢測器裝置2的一個實施例的示意性截面圖。檢測器元件4、 5和6構建為分立的并且并排地設置在支承體7上的檢測器元件。例如，檢測器元件實施為分立的檢測器芯片。
檢測器元件4、 5和6分別具有半導體本體401、 501或者601。優(yōu)選地，半導體本體分別包含多個半導體層。此外，檢測器元件分別具有輻射入射側402、 502或者602。輻射入射側與支承體7背離。
相應的檢測器元件的半導體本體401、 501或者601包括有源區(qū)403、 503或者603。有源區(qū)設置在兩個勢壘層404和405、 504和505或者604 和605之間。其中設置有有源區(qū)的勢壘層優(yōu)選具有不同的導電類型(p型或者n型)并且對此合乎目的地被適當?shù)負诫s。有源區(qū)包括半導體功能層，該半導體功能層優(yōu)選未被摻雜地實施。
檢測器元件4、 5和6的半導體本體分別設置在村底406、 506或者 606上。襯底可以借助用于半導體本體的半導體層的生長襯底來形成，在生長襯底上外延地生長半導體層。
此外，檢測器元件4、 5和6分別具有兩個電接觸部407和408、 507 和508或者607和608。接觸部408、 508和608例如可以設置在村底的與相應半導體本體背離的側上。接觸部407、 507和607可以設置在相關半導體本體的與相應襯底背離的側上。電接觸部可以實施為金屬化物。
合乎目的地，電接觸部與相應有源區(qū)導電連接，使得可以通it^A^射到檢測器裝置2的輻射8中吸收一部分而^目應的檢測器元件中引走有源區(qū)中產生的載流子，并且載檢測器元件中這樣產生的信號可以被釆集。此外，各個檢測器元件的信號可以彼此無關地被采集。
此外，相應的半導體本體401、 501或者601優(yōu)選地具有接觸層409、 509或者609。由此可以改進半導體本體與輻射入射側的電接觸部407、 507或者607的電連接。接觸層優(yōu)選實施為被摻雜，例如p型摻雜。
相應半導體本體的半導體層優(yōu)逸基于化合物半導體材料。對可見光i普范圍，III-V化合物半導體材料是特別適合的。有源區(qū)優(yōu)選基于材料系 InyAlxGai_x-yP。通過Al的含量可以調整功能層的帶隙，該功能層包括相應的有源區(qū)或者該功能層形成有源區(qū)。
對于材料系InyAlxGa^.yP， GaAs襯底特別適于作為(生長)襯底。在與GaAs襯底的良好晶格匹配方面，已證明為有利的是使用來自子材料系In。.s(GakAU).5P的材料。GaP特別適于相應的接觸層。
有源區(qū)的半導體層的帶隙隨著增大的Al含量而增加。通過選#^有源區(qū)的Al含量，尤其是可以調整相應檢測器元件的光鐠靈歉變分布的長波的邊界波長。較長波長的輻射(即其波長大于長波的邊界波長的輻射)在相應的檢測器元件中不再產生明顯的信號。檢測器元件4、 5和6的長波的邊界波長優(yōu)選分別在可見光鐠范圍中，其中可以省去外部濾光器，例如用于紅外輻射的濾光器。
圖2B中的表格示出了圖2A中的檢測器元件的半導體層的材料的實施例。此外，說明了相應層的層厚、相應的帶隙(Eg)、對應于帶隙的波長()和相應層的導電類型。檢測器元件4被構建為用于檢測藍色輻射、檢測器元件5被構建為用于檢測綠色輻射并且檢測器元件6被構建為用于檢測紅色輻射。
圖2C示出了檢測器元件4、 5和6的光i普靈敏度分布的模擬，其中假設根據(jù)圖2B中的表格構建半導體層。所示的為響應度R與入射的輻射的波長人(單位為納米)的相關性。響應度在此說明了入射的輻射功率的、在相應檢測器元件中產生的光電流的強度(單位為安培/瓦)。
曲線600說明了檢測器元件6的光鐠靈敏度分布、曲線500說明了檢測器元件5的光鐠靈敏度分布，而曲線400說明了檢測器元件4的光鐠靈敏度分布。由于較小的A1含量，檢測器元件6已經在紅色光鐠范圍中是靈敏的。檢測器元件5由于較大的Al含量而在橙色到綠色光語范圍中表現(xiàn)出高靈敏度值，而檢測器元件4由于又升高的Al含量而主要在藍色光譜范圍中是靈敏的。
可見光i普范圍通過根據(jù)CIE (Commission Internationale de 1，右clairage國際照明委員會)的適應光亮的人眼的靈敏度分布700來表示。在可見光鐠范圍中，所有三個檢測器元件都表現(xiàn)出決定性的靈^>1。由于例如在藍色光鐠范圍中在所有三個檢測元件中都產生有意義的信號，所以直接從檢測器元件的三個信號中獲得入射輻射中的色彩成分是困難的。靈敏度分布尤其是并未形成明顯分離的靈敏度通道，而是明顯彼此覆蓋。這樣，例如分布600完全覆蓋了另外兩個分布。
圖3A借助示意性截面圖示出了檢測器裝置2的另一實施例。
與根據(jù)圖2A的檢測器裝置不同，檢測器元件4、 5和6單片地集成
13到共同的半導體本體200中。因此，半導體本體200包括檢測器元件4、 5和6。半導體本體200設置在村底206上并且可以在襯底上外延地生長。此外，半導體本體還具有輻射入射側202。檢測器元件4、 5和6優(yōu)選設置為使得相應的有源區(qū)403、 503和603的功能層的帶隙隨著距輻射入射側202的增大的距離而下降。與根據(jù)圖2A的具有分立的并排設置的檢測器元件的檢測器裝置相比，這種單片集成的具有多個外延^目疊地生長的檢測器元件的檢測器裝置2具有較小的位置需求。然而檢測器裝置2的這種構型的制造費用提高。
檢測器元件4、 5和6中所產生的信號可以通過與檢測器元件關聯(lián)的電接觸部彼此無關地被采集。在此，接觸部210和211與檢測器元件4關聯(lián)，接觸部211和212與檢測器元件5關聯(lián)，而接觸部212和213與檢測器元件6關聯(lián)。與相應的檢測器元件關聯(lián)的接觸部與檢測器元件的有源區(qū) 導電地連接。兩個相鄰的檢測器元件分別具有共同的接觸部。這些接觸部可以實施為金屬化物。
此外，半導體本體200具有濾光層214，該濾光層單片地集成到半導體本體中并且尤其是可以外延地生長。濾光層214優(yōu)選在輻射入射側設置在半導體本體中，并且特別優(yōu)選地吸收包括如下波長的波長范圍中的輻射該波長小于與有源區(qū)的帶隙對應、尤其是i殳置在輻射出射側的有源區(qū) 403的帶隙對應的波長。在被過濾的波長范圍中，在有源區(qū)中產生了相應被減小的信號。濾光層214用作至檢測器裝置的產生信號的區(qū)域的窗口層。
圖3B示出了一個表格，該表格包含圖3A中相應標識的層的數(shù)據(jù)，這些層是對檢測器裝置2的光謙靈敏度分布的模擬的基礎(參見圖3C )。
在圖3C中示出了檢測器元件4、 5或者6的靈凝:度分布400、 500和 600。與圖2C中的靈^t度分布不同，已經通過檢測器元件的靈敏度分布構建了明顯的在光鐠上彼此分開的靈敏度通道。靈敏度分布尤其僅僅部分彼此交疊。相對于根據(jù)圖2的檢測器裝置，筒化了直接從檢測器元件中產生的信號中獲得關于入射輻射中的色彩成分的信息。然而，相應地提高了制造成本。
由于在輻射入射側的檢測元件4中已經吸收了短波輻射的大部分，所以短波輻射在之后的檢測器元件5和6中只是較少地貢獻于信號產生。因此，檢測器元件5和6在短波范圍中產生了比在圖2A中所示的具有多個并排設置的分立的檢測器元件的檢測器裝置中更小的信號。而必要時，在根據(jù)圖2的分立的檢測器元件的情況下，也可以通過設置合適的濾光層 (優(yōu)選基于(In， Ga, Al) P或者(Al) GaAs的濾光層)通過對短波輻射的相應過濾來抑制重要的靈敏度通道的相應的靈敏度分布的短波邊緣。相應的濾光層優(yōu)選在針對中波輻射和長波輻射的檢測器元件5和6中設置在輻射入射側與相應的半導體本體的有源區(qū)之間。
根據(jù)圖2A中的圖示，如果沒有設置這種濾光層，則例如可以從兩個靈敏度分布求差，以便在根據(jù)圖2C的靈敏度分布的情況下獲得分離的靈敏度通道。
圖2D示出了從這種求差獲得的用于光i普基本色彩(紅、綠和藍)的色彩檢測的靈敏度通道。此外，還示出了適應光亮的人眼的靈敏度分布 700，以便表明可見的光謙范圍。
長波的靈敏度通道620由根據(jù)圖2C的長波的靈敏度分布600與中波的靈敏度分布500的差來形成，該中波的靈潮:度通道520通過中波的和長波的靈敏度分布500和400的差來形成。短波的靈敏度通道420通過檢測器元件4的光鐠靈敏度分布來形成，該光i瞽靈^t度分布并未被改變。
在(例如根據(jù)圖2或者3的實施例的)檢測器元件4、 5或者6工作時，在這些檢測器元件中產生的信號可以被輸送給調節(jié)裝置3(參見圖1 )。靈敏度通道已經可以通it^目應地形成檢測器元件的光譜靈敏度分布來預先給定(例如參見圖3C)?？商孢x地，尚未與預先形成的靈敏度通道關聯(lián) 的信號可以被輸送給調節(jié)裝置(參見圖2C中的寬的分布500和600 )。
調節(jié)裝置具有多個輸入端(參見輸入端E4、 Es或者E6)。合乎目的地，在檢測器元件中產生的信號S4、 Ss或者S6分別被輸送給調節(jié)裝置的單獨的輸入端。在信號被輸送給調節(jié)裝置之前，信號還可以被預放大。在此情況下，支承體7優(yōu)選實施為放大器，特別優(yōu)選是實施為放大器芯片，例如基于硅的放大器芯片。檢測器元件4、 5和6在此情況下優(yōu)選分別與放大器輸入端VE4、 VEs或者VE6關聯(lián)(參見圖1中的虛線所示的支承體 7的元件)。
在分立的檢測器元件的情況下，如例如與圖2相結合所描述的那樣，各個檢測器元件優(yōu)選分別設置在放大器芯片的單獨的輸入端上并且與該輸入端導電地連接。對于該連接，特別適合的是導電連接層，例如(銀) 導電粘合劑層。
由于在檢測器元件中通常產生較低強度的信號(例如在nA或者jiA的量級)，所以通過例如厚度為ljim或者更小的、優(yōu)選500fim或者更小的連接層的、至放大器的短的連接段特別合適。通過導電的層連接，有利的是將易受千擾的"弱"信號在其上受到外部電磁干擾的段保持為較小。
通M大器芯片的與相應的檢測器元件關聯(lián)的輸出端，可以將被預放大的信號輸送給調節(jié)裝置3的相應的輸入端(參見輸出端VA4、 VAs和VA6 以;s^被預放大的信號SV4、 SV5和SV6 )。
其中檢測器裝置的信號被預放大的變形方案通過直至調節(jié)裝置的虛線條來表示。在此，每個檢測器元件優(yōu)選與恰好一個放大器輸入端(VEi， i=4， 5， 6)和/或放大器輸出端(VAi， i=4， 5， 6)關聯(lián)。
調節(jié)裝置3具有調節(jié)單元9。該調節(jié)單元9優(yōu)選構建為放大器，在該放大器中來自不同的靈敏度通道的通道信號Kt、K5和可以分別借助不同的放大因數(shù)拔故大。調節(jié)單元9具有調節(jié)端子94、 95和96，通過這些調整。
如H測器裝置尚不具有預先形成的靈敏度通道(參見圖2C)，則調節(jié)單元可以被構建為使得在檢測器元件中產生的信號在調節(jié)裝置3中被處理，使得構建與靈敏度通道關聯(lián)的通道信號。在信號被輸送給調節(jié)單元之前，在調節(jié)裝置中優(yōu)選通過該裝置的元件來構建靈敏度通道。
例如，可以在調節(jié)裝置中設置求差單元10，該求差單元對由檢測器裝置獲得的信號求差，由此構建通道信號(參見圖2D)。
在調節(jié)單元9中可以對通道信號的相對權重彼此不同地進行調整。
被不同地加權的通道信號隨后可以在調節(jié)裝置3的疊加單元11中被疊加。優(yōu)選地，疊加單元11使通過調節(jié)單元9之后的被不同地加權的通道信號相加。這通過在疊加單元中的虛線條來表示。
被不同地加權的通道信號在疊加單元11中被疊加(尤其是被相加) 成輻射檢測器的檢測器信號DS。該檢測器信號DS可以在調節(jié)裝置3的輸出端A上被采集，該輸出端與疊加單元ll導電地連接。
調節(jié)裝置3有利地構建為集成電路，優(yōu)選為基于Si的集成電路。為此簡化了輻射檢測器1的小的并且緊湊的結構形式。
通過將被不同地加權的通道信號疊加，可以實現(xiàn)具有不同的靈敏度分布(在輸出端A上的輸出信號DS與波長的相關性)的輻射檢測器。例如，輻射檢測器可以通過借助調節(jié)單元9對通道信號不同的加權構建為環(huán)境光傳感器，該環(huán)境光傳感器具有根據(jù)人眼的靈敏度分布的靈敏度分布。這針對根據(jù)圖2D的靈敏度通道示出在圖4A和4B中。
在圖4A中，用于根據(jù)適應光亮的人眼的靈敏度分布來疊加靈敏度分布的靈敏度通道。來自各個靈敏度通道的信號對此相對于彼此被減弱或者被增強。所示的疊加的靈敏度分布701通過將靈敏度通道620放大因數(shù) 0.9、將靈敏度通道520放大因數(shù)1.2并且將靈敏度通道420放大因數(shù)0.25 來得到。相加的靈敏度分布701基本上對應于適應光亮的人眼700的靈敏度分布。
在圖4B中，與紅色光鐠范圍關聯(lián)的長波的靈敏度通道620被抑制，這對應于0的放大因數(shù)。與綠色光鐠范圍對應的靈敏度通道520以0.7的因數(shù)來放大，而與藍色光鐠范圍關聯(lián)的靈敏度通道420以1.3的因數(shù)iMt 大。相加的分布703近似對應于適應昏暗的人眼的靈敏度分布702。對于適應昏暗的人眼的分布，例如可以考慮根據(jù)1951年的CIE的相應分布。
檢測器靈敏度的光鐠分布優(yōu)選可以通過調節(jié)端子94、 95和96在適應光亮的人眼的光i普分布(圖4A，分布700)與適應昏暗的人眼的光鐠分布(圖4B，分布702)之間切換。切換過程例如可以借助亮>1/暗度傳感器(未明確示出)來控制，輻射檢測器優(yōu)選包括該亮JL/暗度傳感器。單片的檢測器裝置的靈敏度通道(參見圖3)可以相應不同地加權并且針對各所希望的分布來疊加。
除了輻射檢測器1作為環(huán)境光傳感器來工作的可能性之外，該輻射檢測器當然也可以用作色彩傳感器，用于檢測與靈敏度通道對應的基本色彩 (在這些實施例中是紅、綠和藍色)。通過檢測器信號于是可以確定入射到輻射檢測器上的輻射中的色彩成分。由這些色彩成分例如可以確定入射的輻射的色度坐標或者色覺。對此，可以通過調節(jié)端子的相應調整來抑制來自并不與待檢測的色彩關聯(lián)的靈敏度通道的信號貢獻。
此夕卜，輻射檢測器的預先給定的靈敏度分布可以通過調節(jié)端子上的相應調節(jié)來調整。輻射檢測器總體上可節(jié)約位置地構建并且有利地可變化地使用。
圖5A示出了具有多個獨立的光鐠靈敏度通道801...809的檢測器裝置的光鐠靈敏度分布。在此，靈敏度通道通過與光鐠靈敏度分布對應的檢測器元件來形成。對此，檢測器元件具有相應的濾光層，該濾光層^1置在
17相應半導體本體的有源區(qū)與輻射入射側之間。例如，9個檢測器元件可以類似于圖2A中的圖示并排地設置，其中除了圖2A中所示的層結構之外還在輻射入射側與相應的有源區(qū)之間設置有濾光層。
對于檢測器元件的靈敏度分布在此使用了與圖5B中的表格對應的數(shù)據(jù)。
有源區(qū)分別基于材料系InyAlxGai_x-yP。相應的濾光層基于相同的材料系或者由GaP構成。
檢測器元件的光語靈敏度分布在可見光譜范圍中的波長X max附近分別具有最大值。
此外，各個靈敏度通道以窄帶形式實施，并且特別是至少部分具有為 60nm或者更小，優(yōu)選40nm或者更小，特別優(yōu)選30nm或者更小的或者甚至20nm或者更小的光鐠寬度。
多個靈敏度通道由于將通道在可見光譜上更為精細地劃分而一方面使得對預先給定的靈敏度分布的精確模仿更容易，而另一方面也使得特定的鐠線的檢測(例如用于對鈔票或者支票卡進行實時檢查)更容易。
對于特定的譜線的檢測，合乎目的地抑制了對譜線的檢測不必要的靈敏度通道。
此外，在圖5A中示出了適應昏暗的人眼的光鐠靈敏度分布702。借助來自圖5B中的表格的針對各個靈敏度通道的放大因數(shù)而相加的靈敏度分布703非常精確地根據(jù)適應昏暗的人眼的靈敏度分布702來延伸。
所示的通道801...809也適于色彩檢測，其中色彩信息優(yōu)選從多個通道信道中獲得。
優(yōu)選地，輻射檢測器的工作狀態(tài)的調整(作為色彩傳感器、作為針對適應光亮的眼睛的環(huán)境光傳感器、作為針對適應昏暗的眼睛的環(huán)境光傳感器或者必要時作為鐠線傳感器)以程序控制的方式來實現(xiàn)，例如通過可編程的微控制器來實現(xiàn)。該微控制器合乎目的地與調節(jié)裝置9的調節(jié)端子 94、 95、 96導電地連接。
圖6示出了根據(jù)圖1的輻射檢測器1的部分視圖，在該視圖中，除了根據(jù)圖1的輻射檢測器之外，這種微控制器12與調節(jié)裝置9的調節(jié)端子 94、 95、 96導電地連接。圖1中所示的輻射檢測器的其他元件在圖6中出于清楚的原因而未明確地示出，但它們當然也可以^L設置。調節(jié)端子借助微控制器合乎目的地可以彼此獨立地控制。例如，調節(jié)端子94、 95和 96分別與微控制器12的單獨的電接觸部124、 125或者126導電地連接。
微控制器12優(yōu)選被編程為使得其根據(jù)輻射檢測器的固定預先給定的工作狀態(tài)(例如作為色彩傳感器、作為針對適應光亮的眼睛的環(huán)境光傳感器、作為針對適應昏暗的眼睛的環(huán)境光傳感器或者作為譜線傳感器)來激勵調節(jié)端子。用戶于是可以通過微控制器的相應的響應自由地在預先給定的工作狀態(tài)之間進行切換?？梢员苊庥脩舴劫M事地確定調節(jié)端子相對于彼此的、適于相應工作狀態(tài)的調整。更確切地"^兌，這些調整已經可以在廠方通過微控制器的相應編程來實施。
可替選地或者補充地，微控制器可以暫時地控制工作狀態(tài)，例如鑒于白天時間而控制。例如，微控制器可以被編程為使得其從某個白天時間開始，優(yōu)選在黃昏開始之后，在輻射檢測器作為環(huán)境光傳感器工作的情況下僅^Ui允許根據(jù)適應昏暗的人眼來檢測。優(yōu)選地，微控制器可以由用戶來編程，使得在輻射檢測器的工作狀態(tài)之間的切換、尤其是時間控制的切換可在用戶方^L預先調整。
本專利申請要求于2006年11月30日申請的德國專利申請10 2006 056 579.7和于2007年3月13日申請的德國專利申請IO 2007 012 115.8
的優(yōu)先權，其全部公開內^i過引用明確地結合到本申請中。
本發(fā)明并未通過借助實施例的描述而受到限制。確切地說，本發(fā)明包括任意新的特征和特征的任意組合，特別是包括權利要求中的特征的任意組合，即使該特征或者該組合本身沒有明確地在權利要求或者實施例中說明。
權利要求
1. 一種輻射檢測器(1)，具有檢測器裝置(2)，該檢測器裝置具有多個檢測器元件(4，5，6)，借助所述檢測器元件在輻射檢測器工作中獲得檢測器信號(DS)；以及調節(jié)裝置(3)，其中-檢測元件分別具有光譜靈敏度分布(400，500，600)并且適于產生信號(S4，S5，S6)，-至少一個檢測器元件包含化合物半導體材料，并且所述檢測器元件構建為用于檢測可見光譜范圍中的輻射，-輻射檢測器構建為使得借助所述檢測器元件的靈敏度分布形成輻射檢測器的不同的光譜靈敏度通道(420，520，620)，-在靈敏度通道中借助檢測器元件能夠產生與相應的靈敏度通道關聯(lián)的通道信號(K4，K5，K6)，以及-調節(jié)裝置構建為使得不同地調節(jié)不同的通道信號對輻射檢測器的檢測器信號的貢獻。
2. 根據(jù)權利要求1所述的輻射檢測器，其中調節(jié)裝置使通道信號對檢測器信號的貢獻彼此不同地加權。
3. 根據(jù)權利要求1或者2所述的輻射檢測器，其中輻射檢測器的檢測器信號借助通道信號的疊加來形成。
4. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中調節(jié)裝置具有多個輸入端(E4， E5， E6)，通過這些輸入端將檢測器元件中產生的信號輸送給調節(jié)裝置，并且不同的輸入端與不同的檢測器元件關聯(lián)。
5. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中調節(jié)裝置具有多個調節(jié)端子(94, 95, 96)，借助這些調節(jié)端子能夠調節(jié)通道信號對檢測器信號的貢獻。
6. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中借助不同的檢測器元件中產生的兩個信號來獲得單個的通道信號。
7. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中在對兩個不同的檢測器元件中產生的信號求差(10)的情況下獲得通道信號。
8. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中靈敏度通^￡^光鐠中疊加。
9. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中靈敏度通道疊加為使得可見光鐠范圍^A蓋。
10. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中調節(jié)裝置構建為使得輻射檢測器能夠作為環(huán)境光傳感器來工作，該環(huán)境光傳感器具有根據(jù)人眼的靈敏度分布(700， 702)的檢測器靈敏度的光鐠分布。
11. 根據(jù)權利要求10所述的輻射檢測器，其中檢測器靈敏度的光鐠分布能夠借助調節(jié)裝置在適應光亮的人眼的靈^t度分布(700)與適應昏暗的人眼的靈敏度分布(702)之間切換。
12. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中該輻射檢測器能夠作為色彩傳感器來工作，尤其是用于檢測三原色例如紅、綠和藍。
13. 根據(jù)權利要求12和權利要求10或者引用權利要求10的權利要求所述的輻射檢測器，該輻射檢測器借助調節(jié)裝置不僅能夠作為環(huán)境光傳感器工作而且能夠作為色彩傳感器工作。
14. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中檢測器裝置具有尤其是外延生長的半導體本體(200， 401， 501， 601)，該半導體本體包含檢測器元件中的至少一個。
15. 根據(jù)權利要求14所述的輻射檢測器，其中檢測器元件具有用于產生信號的有源區(qū)(403, 503， 603)，該有源區(qū)包含化合物半導體材料。
16. 根據(jù)權利要求14或者15所述的輻射檢測器，其中多個檢測器元件單片地集成在共同的半導體本體(200)中。
17. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中輻射檢測器具有多個分離的并排設置的檢測器元件。
18. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中多個檢測器元件包含化合物半導體材料。
19. 根據(jù)上a利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中多個檢測器元件祐:構建為用于檢測在可見光鐠范圍中的輻射。
20. 根據(jù)上a利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中該輻射檢測器具有三個或者更多個、優(yōu)選四個或者更多個、特別優(yōu)選五個或者更多個靈敏度通道。
21. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中該輻射檢測器具有一個或者多個窄帶的靈^t度通道(801,……，809)。
22. 根據(jù)上a利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中化合物半導體材料是III-V半導體材料，優(yōu)選是來自材料系(In, Al, Ga)P的化合物半導體材料。
23. 根據(jù)上述權利要求中至少一項所述的輻射檢測器，其中調節(jié)裝置實施為集成電路。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種輻射檢測器(1)，其具有檢測器裝置(2)，該檢測器裝置具有多個檢測器元件(4，5，6)，借助所述檢測器元件在輻射檢測器工作中獲得檢測器信號(DS)；以及調節(jié)裝置(3)，其中檢測器元件分別具有光譜靈敏度分布(400，500，600)并且適于產生信號(S4，S5，S6)，至少一個檢測器元件包含化合物半導體材料，并且所述檢測器元件構建為用于檢測可見光譜范圍中的輻射，輻射檢測器構建為使得借助所述檢測器元件的靈敏度分布形成輻射檢測器的不同的光譜靈敏度通道(420，520，620)，在靈敏度通道中借助檢測器元件能夠產生與相應的靈敏度通道關聯(lián)的通道信號(K4，K5，K6)，以及調節(jié)裝置構建為使得不同地調節(jié)不同的通道信號對輻射檢測器的檢測器信號的貢獻。
文檔編號G01J1/42GK101535785SQ200780041421
公開日2009年9月16日申請日期2007年11月29日優(yōu)先權日2006年11月30日
發(fā)明者克勞斯·施特羅伊貝爾, 彼得·施陶斯, 阿恩特·耶格, 韋爾納·庫爾曼申請人:奧斯蘭姆奧普托半導體有限責任公司

完整全部詳細技術資料下載