Un dispositivo detector para la detección de radiación electromagnética incidente sobre un sustrato (10),

generando la radiación electromagnética incidente pares de portadores mayoritarios (h+) y minoritarios (e-) en el sustrato (10), comprendiendo el dispositivo detector

al menos una región fuente de corriente (13, 14) y al menos una región de drenaje de corriente (12, 15),

medios (25, 26) para generar una corriente de portador mayoritario (19) en el sustrato (10), entre la al menos una región fuente de corriente (13, 14) y la al menos una región de drenaje de corriente (12, 15), estando la corriente de portador mayoritario (19) asociada a un campo eléctrico, y

al menos una zona de agotamiento de una unión (18) para recoger portadores minoritarios (e-) generados, estando los portadores minoritarios (e-) dirigidos hacia la al menos una zona de agotamiento de la unión (18) bajo la influencia del campo eléctrico asociado a la corriente de portador mayoritario (19)

Detector de radiación electromagnética asistido por corriente de portadores mayoritarios.

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo de la detección de radiación electromagnética que genera portadores minoritarios en un sustrato semiconductor, tal como por ejemplo, aunque sin limitación, detección de luz visible e infrarroja. Más particularmente, la presente invención se refiere a la detección de radiación electromagnética en un sustrato y más específicamente en la aplicación de una corriente de portadores mayoritarios para dirigir cargas de portadores minoritarios foto-generadas hacia una región de detección, así como a un aparato para ello.

Antecedentes técnicos de la invención

El documento US-6157035 describe cómo puede construirse un detector rápido en una tecnología CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico) convencional. Una máscara de sombra proporciona una modulación espacial a la luz incidente, y por consiguiente de la luz absorbida en el sustrato semiconductor. Mediante la medida de la magnitud del componente de frecuencia espacial en la distribución del portador minoritario con una frecuencia espacial correspondiente a la de la máscara de sombra, se proporciona un detector rápido. Por la presente se mejora la velocidad, pero a cambio de una pérdida de sensibilidad.

Los documentos WO 98/10255 y WO 99/60629 muestran métodos y dispositivos correspondientes para determinar la fase y/o amplitud de la luz modulada incidente. Estas estructuras de píxeles se denominan mezcladores fotónicos. Estas estructuras son útiles para fabricar cámaras telemétricas dando información de profundidad o en 3D, como se explica en estas solicitudes de patente. Aplicando un voltaje de modulación sobre dos células fotoeléctricas, los portadores minoritarios generados en el sustrato llegan preferentemente a una de dos zonas de acumulación del detector. En el documento WO 98/10255, estas zonas de acumulación son pozos de potencial, creados por un voltaje sobre una compuerta de acumulación adyacente. En el documento WO 99/60629, estas zonas de acumulación son uniones pn. Existen, sin embargo, dos deficiencias principales con estos mezcladores fotónicos. En primer lugar, para la luz que se absorbe más profundamente en el sustrato, los portadores minoritarios generados tendrán que difundirse hacia la superficie antes de que las células fotoeléctricas de modulación puedan redirigir a estos portadores hacia las zonas de acumulación de destino. Este proceso de difusión en una distancia de 5 a 20 µm limita la velocidad con la que puede conseguirse la desmodulación. En segundo lugar, el porcentaje de portadores minoritarios detectados que alcanzan efectivamente la zona de acumulación objetivo está lejos del óptimo.

El documento US-2002/140045 describe un componente semiconductor sensible a la luz que consta de píxeles, en el que se proporcionan n zonas de puntos dopadas en la superficie de una región de canal dopada p. Las zonas de puntos de un píxel están conectadas eléctricamente entre sí por medio de cables y a un cable colector. Las zonas de puntos forman diodos semiconductores conectados en paralelo, con lo que los portadores de carga minoritarios que se generan mediante la incidencia de la luz en la región del canal pueden detectarse después de haberse desplazado a las zonas de puntos mediante difusión.

En el documento EP-0883187 se describe un detector para radiación basado en un semiconductor, con una pequeña barrera entre el volumen sensible a la radiación en el semiconductor y las regiones y uniones con circuitos de lectura y sin ninguna o con una barrera más baja entre el sustrato semiconductor y las regiones y uniones adaptadas y destinadas a recoger los portadores de carga generados por radiación en el sustrato semiconductor. Los portadores de carga se mueven en la estructura mediante difusión.

El documento WO 02/33817 se refiere a un proceso para detectar y procesar la amplitud y la fase de ondas de señal. Una onda de señal incidente entra entre los electrodos de lectura al material semiconductor fotosensible, en el mismo, y genera fotohuecos y fotolectrones. Se aplica una señal de modulación a los electrodos y, dependiendo de la fase/polaridad de la señal en los electrodos, las fotocargas son leídas por los electrodos.

Sumario de la invención

La presente invención pretende proporcionar una nueva estructura foto-detectora que tiene un área de detección de unión pn que puede ser de un orden de magnitud más pequeño en área que el área sensible a la luz efectiva, rebajando de este modo considerablemente la capacitancia de la unión pn de detección. Además, es también un objeto de la invención proporcionar un método de recogida de portadores foto-generados que están presentes profundamente en el sustrato, de manera rápida, para obtener un detector rápido y sensible.

Otro objeto de la invención es proporcionar una estructura y método de mezclador fotónico que tiene dos o más salidas del detector, y mediante lo cual los portadores minoritarios fotogenerados son recogidos en una salida del detector diana. Un objeto por la presente es conseguir esto de manera muy eficaz, con alta discriminación y eficacia cuántica. También se pretende conseguir un ancho de banda de alta detección y alta velocidad de conmutación entre salidas del detector especificadas.

Los anteriores objetivos se consiguen mediante un método y un dispositivo de acuerdo con la presente invención.

En un aspecto, la presente invención proporciona un dispositivo detector para la detección de radiación electromagnética que incide sobre un sustrato, generando la radiación electromagnética incidente pares de portadores mayoritarios y minoritarios en el sustrato. El dispositivo detector comprende al menos una región fuente de corriente y al menos una región de drenaje de corriente, medios para generar una corriente de portador mayoritario en el sustrato entre la al menos una región fuente de corriente y la al menos una región de drenaje de corriente, estando el portador mayoritario asociado a un campo eléctrico y al menos una zona de agotamiento de una unión para recoger portadores minoritarios generados, estando los portadores minoritarios dirigidos hacia la al menos una zona de de agotamiento de la unión, bajo la influencia del campo eléctrico asociado a la corriente de portador mayoritario.

La al menos una región fuente de corriente puede estar situada entre la al menos una región de drenaje de corriente y la al menos una zona de agotamiento de la unión. Como alternativa, la al menos una zona de agotamiento de la unión puede estar situada entre la al menos una región fuente de corriente y la al menos una región de drenaje de corriente. La región fuente de corriente, la región de drenaje de corriente y la zona de agotamiento pueden estar situadas sustancialmente en el mismo plano. Con "sustancialmente en el mismo plano" se entiende que tienen, por ejemplo, una superficie superior en el mismo plano, puesto que un plano es bidimensional y por definición no tiene grosor, mientras que la región fuente de corriente, la región de drenaje de corriente y la zona de agotamiento son estructuras tridimensionales. La región fuente de corriente, la región de drenaje de corriente y la zona de agotamiento pueden estar situadas en la superficie del sustrato del dispositivo detector.

La región fuente de corriente puede tener forma anular en el plano del sustrato. Además, la región de drenaje de corriente puede tener forma anular en el plano del sustrato.

Un dispositivo detector de acuerdo con la presente invención puede comprender además medios de lectura para leer los portadores minoritarios recogidos en la zona de agotamiento. Los medios de lectura pueden comprender un amplificador de transimpedancia.

En un dispositivo detector de acuerdo con la presente invención, los portadores minoritarios que hayan alcanzado la al menos una región fuente de corriente pueden desplazarse hacia la al menos una zona de agotamiento mediante difusión.

El área sensible de un detector de acuerdo con la presente invención puede ser sustancialmente mayor que el área de la al menos una zona de agotamiento.

Un dispositivo detector de acuerdo con la presente invención puede ser un mezclador fotónico. Los medios para generar la corriente de portador mayoritario pueden ser reconfigurables, para ser capaces de generar la corriente de portador mayoritario en al menos una primera dirección o una segunda dirección diferente de la primera dirección....

1. Un dispositivo detector para la detección de radiación electromagnética incidente sobre un sustrato (10), generando la radiación electromagnética incidente pares de portadores mayoritarios (h⁺) y minoritarios (e^-) en el sustrato (10), comprendiendo el dispositivo detector

al menos una región fuente de corriente (13, 14) y al menos una región de drenaje de corriente (12, 15),

medios (25, 26) para generar una corriente de portador mayoritario (19) en el sustrato (10), entre la al menos una región fuente de corriente (13, 14) y la al menos una región de drenaje de corriente (12, 15), estando la corriente de portador mayoritario (19) asociada a un campo eléctrico, y

al menos una zona de agotamiento de una unión (18) para recoger portadores minoritarios (e^-) generados, estando los portadores minoritarios (e^-) dirigidos hacia la al menos una zona de agotamiento de la unión (18) bajo la influencia del campo eléctrico asociado a la corriente de portador mayoritario (19).

2. Un dispositivo detector de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la al menos una región fuente de corriente (13, 14) está situada entre la al menos una región de drenaje de corriente (12, 15) y la al menos una zona de agotamiento de la unión (18).

3. Un dispositivo detector de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la al menos una zona de agotamiento de la unión (41, 42) está situada entre la al menos una región fuente de corriente (40) y a al menos una región de drenaje de corriente (12, 15).

4. Un dispositivo detector de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la región fuente de corriente (43) tiene forma anular en el plano del sustrato (10).

5. Un dispositivo detector de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la región de drenaje de corriente (45) tiene forma anular en el plano del sustrato (10).

6. Un dispositivo detector de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además medios de lectura (27) para leer los portadores minoritarios (e^-) recogidos en la zona de agotamiento de la unión (18).

7. Un dispositivo detector de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el medio de lectura (27) comprende un amplificador de transimpedancia (31).

8. Un dispositivo detector de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, mediante el cual los portadores minoritarios (e^-) que han alcanzado la al menos una región fuente de corriente (13, 14) se desplazan hacia la al menos una zona de agotamiento de la unión (18) por difusión.

9. Un dispositivo detector de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, mediante el cual el área sensible (34) es sustancialmente mayor que el área de la al menos una zona de agotamiento de la unión (18).

10. Un dispositivo detector de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo detector es un mezclador fotónico.

11. Un dispositivo detector de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el medio (25, 26) para generar la corriente de portador mayoritario es reconfigurable, para ser capaz de generar la corriente de portador mayoritario (19) en al menos una primera dirección o una segunda dirección diferente de la primera dirección.

12. Un dispositivo detector de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la segunda dirección es opuesta a la primera dirección.

13. Un dispositivo detector de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la región fuente de corriente (13, 14), la región de drenaje de corriente (12, 15) y la zona de agotamiento de la unión (18) están situadas sustancialmente en el mismo plano.

14. Uso de un detector de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en una aplicación de telemetría de tiempo de vuelo.

15. Un método para la detección de radiación electromagnética incidente sobre un sustrato (10), generando la radiación electromagnética incidente pares de portadores mayoritarios (h⁺) y minoritarios (e^-) en el sustrato (10), comprendiendo el método generar una corriente de portador mayoritario (19) en el sustrato (10) entre al menos una región fuente de corriente (13, 14) y al menos una región de drenaje de corriente (12, 15), estando la corriente de portador mayoritario (19) asociada a un campo eléctrico, y dirigir portadores minoritarios generados hacia una zona de agotamiento de la unión (18) bajo la influencia del campo eléctrico asociado a la corriente de portador mayoritario generada (19).

16. Un método de acuerdo con la reivindicación 15, que comprende además recoger los portadores minoritarios (e^-) en la zona de agotamiento de la unión (18).

17. Un método de acuerdo con la reivindicación 16, que comprende además leer los portadores minoritarios (e^-) recogidos en la zona de agotamiento de la unión (18).

18. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, que comprende además: generar la corriente de portador mayoritario (19) para generar en primer lugar al menos la corriente de portador mayoritario (19) en una primera dirección y para dirigir los portadores minoritarios generados hacia una primera zona de agotamiento de la unión, y en adelante generar la corriente de portador mayoritario (19) en una segunda dirección, siendo la segunda dirección diferente con respecto a la primera dirección, para dirigir de este modo a los portadores minoritarios generados hacia una segunda zona de agotamiento de la unión.