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Integrierter Farbfilter/Sensor und Verfahren zu dessen Herstellung

IP.com Disclosure Number: IPCOM000017082D
Original Publication Date: 1999-Oct-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-22
Document File: 3 page(s) / 26K

Publishing Venue

Siemens

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Thomas Schulz: AUTHOR [+3]

Abstract

Bei einer zukünftigen dreidimensionalen Integration von optoelektronisch integrierten Schaltungen (OEIC) und der Verwendung von vertikalen MOSFETs ergeben sich neue Variationsmöglichkeiten im vertikalen Aufbau von Fotodioden, die unter anderem dazu genutzt werden können Farbsensoren oder Farbfilter für enge Wellenlängenspektren herzustellen. Der folgend beschriebene Farbfilter wird auf einem Chip integriert und eignet sich als Empfänger und Auswerter von Lichtwellen aus einem Lichtwellenleiter. Durch die sich daraus ergebende Möglichkeit, einzelne Lichtwellenlängen zu detektieren, kann die Eigenschaft von Lichtwellenleitern, mehrere Signale unterschiedlicher Wellenlänge gleichzeitig zu übertragen, voll genutzt werden. Vorteilhaft läßt sich die folgend beschriebene Filtereinheit in Verbindung mit einem Lichtwellenleiter nutzen, um das „interconnect“-Problem zukünftiger, hochintegrierter Schaltungen zu lösen, was mit den bekannten Metalleitungen aufgrund deren Eigenschaft, nur ein Signal gleichzeitig zu übertragen, nur sehr aufwendig gelöst werden könnte. Zur Erstellung des beschriebenen Sensors macht man sich die Erkenntnis zunutze, daß die Eindringtiefe von Licht mit steigender Wellenlänge exponentiell zunimmt. Fällt Licht seitlich auf einen senkrecht stehenden Siliziumsteg, so können unter Ausnutzung dieser Erkenntnis mit unterschiedlich dicken Siliziumstegen unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche erfaßt werden. Während kurzwellige (hochfrequente) Strahlung nur in die nahen Oberflächenschichten eindringt, dringt langwellige (niederfrequente) Strahlung in tiefere Schichten ein. Im Ergebnis dringen Strahlungen unterschiedlicher Wellenlänge in unterschiedliche Fotodioden ein, so daß dort durch Ladungsträgergeneration wellenlängenspezifische Fotoströme erzeugt werden. In der folgenden Tabelle sind die Zusammenhänge zwischen der Dicke eines Siliziumsteges und der damit detektierten Wellenlänge näherungsweise dargestellt.

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Bauelemente

Integrierter Farbfilter/Sensor und Verfahren zu dessen Herstellung

Idee: Thomas Schulz, München; Dr. Wolfgang Rösner, München;

Dr. Lothar Risch, Neubiberg

Bei einer zukünftigen dreidimensionalen Integration von optoelektronisch integrierten Schaltungen(OEIC) und der Verwendung von vertikalen MOSFETs ergeben sich neueVariationsmöglichkeiten im vertikalen Aufbau von Fotodioden, die unter anderem dazu genutztwerden können Farbsensoren oder Farbfilter für enge Wellenlängenspektren herzustellen. Derfolgend beschriebene Farbfilter wird auf einem Chip integriert und eignet sich als Empfänger undAuswerter von Lichtwellen aus einem Lichtwellenleiter. Durch die sich daraus ergebendeMöglichkeit, einzelne Lichtwellenlängen zu detektieren, kann die Eigenschaft vonLichtwellenleitern, mehrere Signale unterschiedlicher Wellenlänge gleichzeitig zu übertragen, vollgenutzt werden. Vorteilhaft läßt sich die folgend beschriebene Filtereinheit in Verbindung miteinem Lichtwellenleiter nutzen, um das „interconnect“-Problem zukünftiger, hochintegrierterSchaltungen zu lösen, was mit den bekannten Metalleitungen aufgrund deren Eigenschaft, nur einSignal gleichzeitig zu übertragen, nur sehr aufwendig gelöst werden könnte.

Zur Erstellung des beschriebenen Sensors macht man sich die Erkenntnis zunutze, daß dieEindringtiefe von Licht mit steigender Wellenlänge exponentiell zunimmt. Fällt Licht seitlich aufeinen senkrecht stehenden Siliziumsteg, so können unter Ausnutzung dieser Erkenntnis mitunterschiedlich dicken Siliziumstegen unterschiedliche Wellenlängen oder Wellenlängenbereicheerfaßt werden. Während kurzwellige (hochfrequente) Strahlung nur in die nahenOberflächenschichten eindringt, dringt langwellige (niederfrequente) Strahlung in tiefere Schichtenein. Im Ergebnis dringen Strahlungen unterschiedlicher Wellenlänge in unterschiedlicheFotodioden ein, so daß dort durch Ladungsträgergeneration wellenlängenspezifische Fotoströmeerzeugt werden. In der folgenden Tabelle sind die Zusammenhänge zwischen der Dicke einesSiliziumsteges und der damit detektierten Wellenlänge näherungsweise dargestellt.

Farbe Wellenlänge (nm) Dicke des

Siliziumsteges (nm)

ultraviolett (nah) 300-390

10-100

390-455 100-200

455-492 200-250

492-577 500-1500

577-597 1500-2000

violett

Siemens Technik Report

Jahrgang 2� Nr. 5� Oktober 1999

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orange

597-622 2000-3000

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