DE3330673C2 - Wärmestrahlungs-Bildsensor und Verfahren zu dessen Herstellung und Betrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmestrahlungs-Bildsensor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Bildsensor ist aus der GB-A 14 88 258 bekannt. Dabei besteht das Halbleiterelement in der Regel aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid. Die Leseeinrichtungen können aus einem Paar aus erster und zweiter Leseelektroden bestehen, die sich nahe am Halbleiterelement befinden und ohmsche Verbindungen zu diesem bilden; diese Elektroden können aus einem Metall wie z. B. Aluminium bestehen. Das Bildsignal wird als Spannung zwischen den beiden Leseelektroden gewonnen, die infolge der Leitfähigkeitsänderung ein Maß für die Dichte der Minoritätsträger ist, die von der Strahlung erzeugt werden und zur Leseeinrichtung wandern. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Leseeinrichtung entweder aus Metall bestehen oder eine Halbleiterregion sein, die mit dem Halbleiterelement des einen Leitfähigkeitstyps einen Diodenübergang bildet, der im Betrieb durch Anlegen einer geeigneten Vorspannung in Sperrichtung vorgespannt wird. Der über diese Diode erzeugte Strom ist auch ein Maß für die Dichte der durch die Strahlung erzeugten Minoritätsträger. Der Diodenübergang kann auch in nicht vorgespanntem Zustand eingesetzt werden.

Der Sensor ist Bestandteil eines Wärmestrahlungs-Bild­ sensorsystems, bei dem ein Wärmestrahlungsbild entlang dem Halbleiterelement in derselben Richtung wie die Ambipolardrift und mit einer Geschwindigkeit abgetastet wird, die weitgehend der Geschwindigkeit der Ambipolardrift entspricht, so daß die Integration der von jedem Element des Strahlungsbilds erzeugten Minoritätsträger entlang dem Driftpfad vor der Leseeinrichtung erfolgt.

Bei dem bekannten Bildsensor befinden sich die Leseeinrichtungen nur an einem Ende des Halbleiterelements, und das Halbleiterelement hat die Form eines langen schmalen Streifens, der nur ein einziges Bildsensorelement enthält. Ist die Leseeinrichtung ein Elektrodenpaar, wird die zweite Elektrode des Paars im allgemeinen von der Vorspannungselektrode gebildet. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden (DE-Patente 31 25 292 und 30 19 481), an verschiedenen Stellen zwischen den in bestimmten Abständen angeordneten Vorspannungselektroden im Ambipolardriftpfad eine Vielzahl von Leseeinrichtungen anzuordnen. Diese Leseeinrichtungen können fortlaufend entlang einem Halbleiterstreifen angeordnet sein, so daß eine Vielzahl von Sensorelementen entsteht, die sequentiell verwendet werden. Eine parallele Anordnung derartiger Mehrelementstreifen aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid kann auch auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet werden, oder parallele Driftpfade können in einem gemeinsamen Körper aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid ausgebildet werden. Bei einer anderen Anordnung liegen die Leseeinrichtungen in Querrichtung zu dem Pfad beziehungsweise den Pfaden der Ambipolardrift.

Bei dem bekannten Bildsensor befinden sich die Metall- oder Halbleiterregionen, die die Leseeinrichtung bilden, auf der Oberfläche des Streifens und verlaufen auf dieser Oberfläche im allgemeinen über die gesamte Breite des Streifens. Es wurde jedoch festgestellt, daß eine derartige Lesekonfiguration die Ambipolardrift der strahlungserzeugten freien Minoritätsträger durch zunehmende Rekombination der Träger stören kann, so daß ein Teil des Signals verlorengeht. Dies wird insbesondere bedeutend bei Sensoren, bei denen im Driftpfad eine Vielzahl von Leseeinrichtungen angeordnet ist. Der Streifen selbst ist in einem herkömmlichen Gehäuse untergebracht, das den Streifen auf die gewünschte Betriebstemperatur kühlt und die geeigneten elektrischen Anschlüsse bereitstellt. Es ist übliche Praxis, für die elektrischen Anschlüsse an einen Wärmestrahlungs-Bildsensor in einem solchen Gehäuse Drahtbondungen zu verwenden. Durch das direkte Bonden eines Drahtanschlusses an eine solche Leseeinrichtung auf der Oberfläche des Halbleiterstreifens kann jedoch das Halbleitermaterial geschädigt werden, so daß in diesem sensitiven Bereich des Ambipolardriftpfads eine erhebliche Rekombination der Ladungsträger auftritt.

Es ist in dem bereits genannten DE-Patent 30 19 481 außerdem vorgeschlagen worden, eine Vielzahl derartiger Sensorstreifen parallel auf einem gemeinsamen Substrat zu montieren. Um den nicht-empfindlichen Bereich (den sogenannten "toten Raum") zwischen den parallelen Streifen zu verkleinern, sollen die Streifen möglichst dicht nebeneinander angeordnet werden. Um das mit derartigen parallelen Streifen arbeitende Bildsensorsystem zu vereinfachen, sollen die Leseeinrichtungen und die Vorspannungselektroden jeweils weitgehend so ausgerichtet werden, daß sie im wesentlichen rechtwinklig zu den Streifen liegen. Diese doppelte Forderung nach kleinen Abständen und nach Ausrichtung kann (auch bei Mehrelementstreifen) durch direktes Drahtbonden an die Leseeinrichtung auf der oberen Hauptfläche jedes Streifens erfüllt werden, jedoch ergeben sich hierdurch die bereits beschriebenen Nachteile. Ferner ist darauf zu achten, daß einzelne Anschlüsse keinen Kurzschluß miteinander oder mit benachbarten Sensorstreifenbereichen bilden und daß der für eine Leseeinrichtung vorgesehene Anschluß andere Teile des Driftpfades beziehungsweise der Driftpfade anderer Sensorelemente von der Strahlung abschirmt oder unerwünscht abdeckt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wärmestrahlungs-Bildsensor der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Leseeinrichtungen n dem Halbleiterelement so angebracht sind, daß sie einen möglichst geringen Einfluß auf die Eigenschaften des Bildsensors haben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Auf diese Weise werden besonders kompakte Anschlußstrukturen für die Leseeinrichtungen sowie vorteilhafte Sensoreigenschaften erreicht. Die Leseeinrichtung ist nach der Dicke des Halbleiterelements und nicht nach dessen Oberfläche orientiert. Die metallisierte(n) Öffnungen der Leseeinrichtungen vermeiden eine Metallisierung auf der Oberfläche Halbleiterelements und brauchen den Ambipolardriftpfad nicht in nennenswertem Umfang zu unterbrechen noch in nennenswertem Maße die Ambipolardrift der Minoritätsträger zu stören. Diese metallisierten Öffnungen können jedoch auch auf sehr kleinen Flächen zuverlässige Einzelanschlüsse an die Substrat-Leiteranordnung bilden, und mit Hilfe der Substrat-Leiteranordnung können die Anschlüsse an die Leseeinrichtung unter dem (den) Halbleiterelement(en), also nicht verdeckend, geführt werden.

Dies ist besonders vorteilhaft zur Erreichung eines kompakten Sensoraufbaus mit einer im wesentlichen parallelen Vielzahl dicht nebeneinanderliegender Halbleiterelemente mit wenig "totem Raum". Insbesondere ermöglicht es die Ausrichtung der Leseeinrichtungen der verschiedenen Halbleiterelemente im wesentlichen senkrecht zu den Ambipolardriftpfaden, auch wenn sich im Ambipolardriftpfad an verschiedenen Stellen zwischen den in bestinmten Abständen angeordneten Vorspannungselektroden eine Viel­ zahl der genannten Leseeinrichtungen befindet. Die Nachteile des direkten Drahtbondens an die Leseeinrichtungen auf der oberen Hauptfläche des Körper-Teils werden vermieden.

Zwar können solche metallisierten Öffnungsanschlüsse mit pn-Übergangsdioden als Leseeinrichtungen verwendet werden, jedoch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau, wenn die metallisierten Öffnungen selbst die Leseeinrichtungen bilden. In letzterem Fall kann die Metallisierung mit der Seitenwandung der Öffnung eine Schottky-Diode bilden, oder die Leseeinrichtung kann ein Paar von Öffnungen aufweisen, die in bestimmten Abständen entlang dem Ambipolardriftpfad angeordnet sind und an deren Seitenwänden die Metallisierung einen Elektrodenanschluß am Halbleiterelement bildet.

Die Öffnungen können mit sehr kleinen Quermaßen (zum Beispiel weniger als 15 Mikrometer) durch Ionenätzen mit einer Maskierungstechnik hergestellt werden, und dies ist besonders vorteilhaft, wenn ein Paar dieser die Elektrodenanschlüsse bildenden Öffnungen für die Leseeinrichtung verwendet wird. Um das Ausmaß, in dem die metallisierten Öffnungen den Ambipolardriftpfad unterbrechen, klein zu halten, soll das größte Quermaß jeder der genannten Öffnungen weniger als ein Drittel der Breite des Ambipolardriftpfads vor dem Bereich der Leseeinrichtung betragen. Da die Breite eines bestimmten Ambipolardriftpfades häufig rd. 50 Mikrometer oder mehr betragen kann, kann das größte Quermaß der Öffnungen häufig weniger als ein Viertel oder sogar weniger als ein Fünftel der genannten Breite des Ambipolardriftpfades betragen. Daraus ergibt sich eine gewisse Freiheit in der Wahl der genauen Stelle über die Breite des Driftpfades, an der die Lese­ öffnungen angeordnet werden. So können die metallisierten Öffnungen in der Mitte des Driftpfades angeordnet werden oder an Stellen, die näher zu einer Kante des Halbleiterelements liegen, zum Beispiel an Stellen, deren Abstand zur Kante ein Drittel der Breite des Driftpfades beträgt. Bei einer anderen Ausführungsform verlaufen die Öffnungen jedoch durch die Dicke des Halbleiterelements in Bereichen entlang der Peripherie des Halbleiterelements.

Wie bereits in dem genannten DE-Patent 30 19 481 beschrieben, ist es vorteilhaft, im Bereich der Leseeinrichtung den Ambipolardriftpfad durch eine Aussparung an der Kante des Halbleiterelements zu verschmälern, da diese Verschmälerung zu einer Einschnürung des Ruhestroms in diesem Bereich führt und so ein stärkeres elektrisches Feld entsteht, das die Sensoreigenschaften verbessert, indem sowohl die Driftgeschwindigkeit als auch die Ansprechempfindlichkeit des Sensors erhöht werden. Befinden sich die metallisierten Leseöffnungen in einem Abstand zur Kante des Halbleiterelements, kann in diesem Bereich in der Kante eine Aussparung vorhanden sein, so daß sich die vorteilhafte Verschmälerung des Driftpfades ergibt. Befinden sich die metallisierten Leseöffnungen an der Kante des Halbleiterelements, so sind diese Leseeinrichtungen vorzugsweise im Bereich einer derartigen Aussparung in der Kante angeordnet. Eine Verschmälerung des Driftpfades im Bereich der metallisierten Leseöffnungen kann jedoch dazu führen, daß diese Öffnungen eine stärkere Auswirkung auf den Driftpfad haben, und um diese Aus­ wirkung gering zu halten und dennoch eine Aussparung verwenden zu können, ist es daher besonders vorteilhaft, die metallisierten Leseöffnungen an den Enden streifen­ förmiger Teile des Körper-Teils anzuordnen, die vom Ambipolardriftpfad in die Aussparung hineinragen.

Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bildsensors ist gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Anordnen von wenigstens einem Halbleiterelement auf dem Substrat mit einer Leiteranordnung, die den elektrischen Anschluß für die Leseeinrichtung bildet, Aufbringen einer Maskierungsschicht auf dem Halbleiterelement und dem Substrat, wobei diese Maskierungsschicht mindestens ein Fenster an der Stelle aufweist, wo zumindest eine Öffnung in dem Halbleiterelement ausgebildet werden soll, Ionenätzen durch die Dicke des Halbleiterelements an der Stelle dieses zumindest einen Fensters zur Bildung der zumindest einen Öffnung, Aufbringen der Metallisierung auf die Maskierungsschicht und in dem zumindest einem Fenster der Maskierungsschicht, Entfernung der Maskierungsschicht von dem Halbleiterelement zum Abheben der aufliegenden Metallisierung, wobei die Metallisierung in der zumindest einen Öffnung verbleibt und die elektrische Verbindung zwischen der Seitenwand der Öffnung und der Leiteranordnung des Substrats bildet.

Dieselbe Maskierungsschicht kann zusätzliche Fenster zum Ätzen und Metallisieren der Enden des Halbleiterelements zur Ausbildung der Vorspannungselektroden haben.

Der erfindungsgemäße Wärmestrahlungs-Bildsensor wird vorteilhafterweise derart betrieben, daß ein Wärmestrahlungsbild entlang dem Halbleiterelement in derselben Richtung wie die Ambipolardrift und mit einer Geschwindigkeit, die im wesentlichen der Geschwindigkeit der Ambipolardrift entspricht, bewegt wird. So können erfindungsgemäße Bildsensoren in Systemen mit mechanischen Abtasteinrichtungen ähnlich denen in der eingangs genannten GB-A 14 88 258 und den ebenfalls genannten DE-Patenten 31 25 292 und 30 19 481 beschrieben verwendet werden.

Erfindungsgemäße Sensoren können jedoch in Wärmestrahlungs-Bildsensorsystemen mit anderen Formen der Abtastung eingesetzt werden, zum Beispiel in einem System, das Einrichtungen besitzt, um über die Vorspannungselektrode ein Abtastspannungsgefälle an den Halbleiterkörper-Teil anzulegen, so daß die strahlungserzeugten Träger zur Leseeinrichtung getrieben werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Wärmestrahlungs-Bildsensorsystems;

Fig. 2 eine Draufsicht (teilweise weggebrochen) eines erfindungsgemäßen Wärmestrahlungs-Bildsensors, der sich für das System nach Bild 1 eignet;

Fig. 3 eine teilweise perspektivische und teilweise Quer­ schnittsdarstellung eines Teils des Sensors nach Bild 2 an einer Zwischen-Lesestelle von zweien der Streifen des Sensors;

Fig. 4 eine Querschnittsdarstellung eines anderen Teils des Sensors nach Bild 2 an einer End-Lesestelle von einem der Streifen des Sensors, die in senkrechter Richtung zu dem Querschnitt nach Bild 3 verläuft;

Fig. 5 eine Draufsicht eines modifizierten Lesebereichs eines solchen erfindungsgemäßen Sensors, und

Fig. 6 eine Draufsicht einer Maskierungsschicht für die Schritte des Ionenätzens und der Metallisie­ rung bei der Herstellung derartiger erfindungsgemäßer Sensoren verwendet werden kann.

Es ist anzumerken, daß die Zeichnungen nicht maßstabs­ getreu sind und die relativen Maße und Proportionen einiger Teile aus Gründen der Klarheit und der zeich­ nerisch einfachen Darstellung übertrieben oder ver­ kleinert dargestellt wurden. In den verschiedenen Bil­ dern werden dieselben Referenzzahlen sowohl zur Be­ zeichnung derselben Teile ein und derselben Ausfüh­ rungsform als auch ähnlicher Teile von ähnlichen, je­ doch verschiedenen Ausführungsformen verwendet.

Der Wärmestrahlungs-Bildsensor nach den Fig. 1 bis 4 besitzt eine Vielzahl von Halbleiterelementen 10, 20, 30 und 40 eines Leitfähigkeitstyps, in dem bei Absorption von Wärmestrahlung 110 aus einer Szene 111 freie Ladungsträger erzeugt werden können. Diese Halbleiterelemente haben die Form parallel verlaufender lang­ gestreckter Streifen aus Halbleitermaterial, die auf einem Substrat 100 angeordnet sind. Bei einem typischen Ausführungsbeispiel kann das Halbleitermaterial n-leiten­ des Cadmium-Quecksilber-Tellurid Hg_0,79Cd_0,21Te sein, das bei einer Temperatur von 77 K und bei Abwesenheit auftreffender Strahlung 110 eine Trägerkonzentration von weniger als 5 × 10¹⁴cm^-3 aufweist. Bei Material dieser Zusammensetzung liegt die Strahlungsabsorptionskante bei einer Betriebstemperatur von 77 K bei einer Wellenlänge von rd. 12 µm. Bei diesem Material führt die Absorption von Infrarotstrahlung im atmosphärischen Fenster von 8 bis 14 Mikrometer zur Erzeugung von Elek­ tronen-Loch-Paaren; die Mobilität der Löcher bei der Betriebstemperatur von 77 K kann rd. 600 cm²V^-1sec^-1 und ihre Lebensdauer rd. 2,5 Mikrosekunden betragen. Die Elektronenmobilität kann rd. 2 × 10⁵cm²V^-1sec^-1 be­ tragen.

Jeder Streifen 10, 20, 30, 40 kann eine Breite von bei­ spielsweise 62,5 Mikrometer und eine Dicke von 10 Mikro­ meter haben. Die Streifen 10, 20, 30, 40 können durch Schlitze mit einer Breite von beispielsweise 12,5 Mikrometer voneinander getrennt sein. Die Fig. 1 und 2 zeigen beispielhaft vier derartiger getrennter Strei­ fen 10, 20, 30, 40. Die Länge der Streifen 10, 20, 30, 40 ist abhängig von der Anzahl und dem Abstand der Leseeinrichtungen entlang jedem Streifen. Die Fig. 1 und 2 zeigen vier Leseeinrichtungen entlang jedem Streifen dar, und in diesem Fall kann die Länge jedes Streifens 10, 20, 30, 40 beispielsweise, je nach Ab­ stand, 2 bis 3 mm betragen. Es leuchtet ein, daß verschiedene Systeme eine unterschiedliche Anzahl von Streifen 10, 20, 30, 40 und unterschiedliche Maße be­ züglich Länge, Breite, Dicke und Abstand erfordern können.

Die Metallschichten 1 bis 4 und 41b bis 44b bilden ohmsche Kontakte an den gegenüberliegenden Enden der Streifen 10, 20, 30, 40, so daß auf jedem Streifen Vor­ spannungselektroden mit Abstand entstehen. Über diese Elektroden 1 und 41b, 2 und 42b, 3 und 43b und 4 und 44b (und ihre Anschlüsse 51 bis 54 und 61b bis 64b auf dem Substrat 100) wird jeder Streifen 10, 20, 30, 40 mit einer Gleichspannungsquelle 121 und einem Stell­ widerstand 122 in Serie geschaltet, so daß ein vorwie­ gend aus Majoritätsladungsträgern (in diesem Beispiel Elektronen) bestehender konstanter Ruhestrom in dem jeweiligen Streifen in der Längsrichtung von den Elektroden 41b bis 44b zu den Elektroden 1 bis 4 fließt. Wegen der Übersichtlichkeit in der zeichnerischen Dar­ stellung sind die an die Streifen 10, 20 und 30 ange­ schlossenen einzelnen Gleichspannungsquellen 121 in Fig. 1 nicht gezeigt; dort ist nur die an den Streifen 40 an­ geschlossene Gleichspannungsquelle 121 dargestellt.

Dieser Ruhestrom ist in der Lage, eine Ambipo­ lardrift strahlungserzeugter freier Minoritätsladungs­ träger (in diesem Beispiel Löcher) in entgegengesetzter Richtung zum Strom der Majoritätsträger, das heißt von Elektrode 4 zu Elektrode 44b von Streifen 40, zu bewir­ ken. Bei einem Potentialgefälle von beispielsweise rd. 15 oder 30 Volt cm^-1 in n-leitendem Cadmium-Quecksilber- Tellurid-Material der vorgenannten Zusammensetzung kann die ambipolare Mobilität rd. 400 cm²V^-1sec^-1 betragen. Die genaue zwischen den Vorspannungselektroden angelegte Vorspannung wird so gewählt, daß die Ambipolardriftge­ schwindigkeit der Geschwindigkeit entspricht, mit der das auftreffende Strahlungsbild 110 entlang den Strei­ fen 10, 20, 30, 40 abgetastet wird.

Während des Betriebs wird der Sensor auf einer kryoge­ nischen Temperatur gehalten und ist daher, entsprechend der speziellen vorgesehenen Anwendung, weiter eingebaut. Dieser weitere Einbau ist in den beigefügten Zeichnun­ gen nicht dargestellt, jedoch wird in der Regel das Substrat 100 in ein evakuiertes Gehäuse mit einem Fenster zum Durchlassen der von einem Linsensystem 127 kommenden Infrarotstrahlung 110 (zum Beispiel im Wel­ lenbereich von 8 bis 14 Mikrometer) eingebaut; das Ge­ häuse besitzt eine Kühleinrichtung, um das Substrat 100 und die zugehörigen Streifen 10, 20, 30 und 40 auf der erforderlichen Betriebstemperatur (zum Beispiel 77 K) zu halten. Eine solche Form des Einbaus besteht aus in der Infrarot-Detektortechnik üblichen Dewar- Kapselungen.

Die Abtastung eines Infrarotstrahlungsmusters und die Fokussierung eines Bilds von einem Element dieses Musters auf den Streifen 10, 20, 30, 40 kann in ähn­ licher Weise erfolgen wie in der Patentschrift GB-A 14 88 258 beschrieben. Derartige Einrichtungen zum Abtasten eines Wärmestrahlungsbildes entlang den Strei­ fen 10, 20, 30 und 40 in derselben Richtung wie die Ambipolardrift und mit einer Geschwindigkeit, die im wesentlichen der Ambipolardriftgeschwindigkeit ent­ spricht, sind in vereinfachter schematischer Form in Fig. 1 dargestellt. Sie können ein Paar drehbarer Spiegel 125 und 126 sowie ein Linsensystem 127 umfas­ sen. Mit diesen Einrichtungen können Bildelemente eines Strahlungsmusters von einer Szene 111 mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 5000 cm sec^-1 bis 50 000 cm sec^-1 entlang einem oder mehreren der Halb­ leiterstreifen 10, 20, 30 und 40, die in der Brennebene der Abbildungsanordnung liegen, bewegt werden.

Da das Bild entlang den Streifen 10, 20, 30, 40 mit einer Geschwindigkeit abgetastet wird, die der Ambipo­ lardriftgeschwindigkeit entspricht, erfolgt eine Inte­ gration der strahlungserzeugten Minoritätsträger, wenn diese Minoritätsträger in dem Teil des n-leitenden Streifens wandern, auf den die Strahlung 110 auftrifft. Die Strecke des Ambipolardriftpfades, auf der die maximale Integration der strahlungserzeugten Minoritäts­ träger erfolgen kann, ist auf eine Länge (L) begrenzt, die bestimmt wird durch die Lebensdauer (T) der Minori­ tätsträger im Halbleitermaterial, durch das elektrische Feld E und durch die ambipolare Mobilität (µa), die dem Halbleitermaterial eigen ist und die in der Regel der Minoritätsträgermobilität annähernd entspricht, so daß L =T × E × µa. Dies ist bei der Positionierung der Leseeinrichtungen entlang den Streifen 10, 20, 30, 40 zu berücksichtigen.

Eine Vielzahl von Leseeinrichtungen (von denen vier in den Fig. 1 und 2 als Beispiel dargestellt sind) be­ findet sich aufeinanderfolgend im Ambipolardriftpfad jedes Streifens 10, 20, 30, 40. Die Lese­ einrichtungen etallisierte Öffnungen 41a bis 44a, 11a bis 14a, 11b bis 14b, 21a bis 24a, 21b bis 24b, 31a bis 34a und 31b bis 34b in den Streifen 10, 20, 30, 40 gebildet; diese Öffnungen verlaufen durch die Dicke der Streifen 10, 20, 30, 40 zu einer Leiteranordnung 61a, 61b bis 64a, 64b; 71a, 71b bis 74a, 74b; 81a, 81b bis 81a, 81b; 91a, 91b bis 94a, 94b des Substrats 100, die elektrische Anschlüsse zu jeder dieser Leseeinrichtungen bildet. Wie in den vergrößerten Darstellungen nach Fig. 3 und 4 gezeigt, verläuft die Metallisierung 7, die an jeder dieser Öffnungen einen elektrischen Anschluß an die Leiteranordnung des Substrats bildet, im wesent­ lichen über die gesamte Seitenwandung jeder dieser Öff­ nungen, ohne daß sie auf der Oberfläche der Streifen 10, 20, 30, 40 verläuft. Bei einem typischen Beispiel können die Öffnungen annähernd kreisförmig mit einem Durchmesser von rd. 10 Mikrometer sein und durch Ionenätzen gebildet werden.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 bestehen die Lese­ einrichtungen je aus einem Paar der metallisierten Öffnungen, die in Abständen in Richtung der Ambipolardrift angeordnet sind und an deren Seitenwandungen die Metallisierung 7 einen ohmschen Elek­ trodenanschluß an das n-leitende Material der Streifen 10, 20, 30, 40 bildet. Je eine Leseeinrichtung befindet sich an einem Ende der Streifen 10, 20, 30, 40 und besteht aus einem Paar ohmscher Elektroden, von denen die erste durch die Metallisierung 7 in einer Öffnung 41a, 42a, 43a, 44a und die zweite durch die Vor­ spannungselektrode 41b, 42b, 43b, 44b gebildet wird. Der Abstand der Leseelektroden in jedem Paar kann beispielsweise 50 bis 60 Mikrometer betragen und wird entsprechend der gewünschten Auflösung des Bildsensors festgelegt. Wenn die integrierten strahlungserzeugten Minoritätsträger durch ein Lesegebiet zwischen dem zugehörigen Elektro­ denpaar wandern, erfolgt in dem Teil des Streifens 10, 20, 30, 40 zwischen diesem Elektrodenpaar eine Leit­ fähigkeitsänderung. Die in diesem Lesegebiet infolge der Leitfähigkeitsänderung auftretende Spannungsände­ rung wird von einer Ausgangsschaltung 129 verstärkt und zu einem Bildsignal verarbeitet. Zum Zwecke der über­ sichtlichen Darstellung ist in Bild 1 nur die Ausgangs­ schaltung 129 für den Streifen 40 gezeigt, während in der Praxis für jeden der Streifen 10, 20, 30 und 40 separate Ausgangsschaltungen 129 vorhanden sind, die über die Substrat-Leiteranordnung 61a, 61b bis 64a, 64b, 71a, 71b bis 74a, 74b, 81a, 81b bis 84, 84b und 91a, 91b bis 94a, 94b an die Leseelektrodenpaare ihres jeweiligen Streifens angeschlossen sind.

Wie bereits erwähnt, wird der Anbringungsort der Lese­ einrichtung entlang jedem Streifen 10, 20, 30, 40 ent­ sprechend der Strecke (L) des Ambipolardriftpfades, über die die maximale Integration der strahlungserzeugten Minoritätsträger erfolgen kann, gewählt. Der Abstand zwischen benachbarten Leseeinrichtungen entlang jedem Streifen 10, 20, 30, 40 kann mindestens so groß sein wie diese Strecke L, um das Rauschverhältnis zwischen den Ausgangssignalen aus der Dichte der integrierten strah­ lungserzeugten Minoritätsträger, das sich bei Abtasten über diese benachbarten Leseeinrichtungen aus ein und demselben Wärmebildelement ergibt, zu reduzieren. Un­ ter diesen Umständen rekombiniert ein erheblicher Teil der durch das Wärmebildelement auf der Strecke beispielsweise von dem Streifen 40 bis zum ersten Lese­ bereich mit den Öffnungen 14a und 14b erzeugten Minoritätsträger, bevor sie den zweiten Lesebereich mit den Öffnungen 24a und 24b erreichen, und auf ähn­ liche Weise rekombiniert ein erheblicher Teil der zwischen diesen Lesebereichen erzeugten Minori­ tätsträger, bevor sie den dritten Lesebereich mit den Öffnungen 34a und 34b erreichen. Jeder der Streifen 10, 20, 30, 40 verhält sich daher ähnlich einer Folge von vier Detektorelementen (wobei jedes Element den diskreten Elementen nach GB-A 14 88 258 ähnlich ist), jedoch mit nur zwei Vorspannungselek­ troden 1 bis 4 und 41b bis 44b.

Die Ausgangsschaltung 129 enthält ein Zeitverzögerungs- und Integrationselement (TDI-Element), das die von aufeinanderfolgenden Leseeinrichtungen kommenden Signale addiert, jedoch mit einer geeigneten Zeitverzögerung zur Berücksichtigung der endlichen Zeit, die für die Abtastung des Wärmebildelements von einem Lesebereich zum nächstfolgenden benötigt wird. Ein derartiges TDI-Element kann beispielsweise in CCD-Technik ausgebildet werden. So gibt es in jedem Durchgang des Strahlungsbildes 110 über die Strecke eines Streifens 40 zwischen den zugehörigen Vorspannungselektroden 4 und 44b vier Integrationsstufen (jede über eine mit L vergleichbare Strecke) anstelle von nur einer einzigen Integrationsstufe (über eine Strecke in der Größenord­ nung von L) bei den Elementen nach dem früheren Stand der Technik nach GB-A 1 488 258. Dies ist sehr vorteilhaft im Hinblick auf das Signal-Rausch-Verhältnis.

Der Abstand zwischen benachbarten Leseeinrichtung ent­ lang jedem Streifen 10, 20, 30, 40 kann geringer sein als die mittlere Strecke L, die die freien strahlungs­ erzeugten Minoritätsträger innerhalb einer Lebensdauer zurücklegen können und auf der die maximale Integra­ tion erfolgen kann. Dieser kleinere Abstand der Lese­ einrichtungen kann beispielsweise dazu dienen, Unschär­ fe des Bildes infolge Aufweitung (Streuung) eines Pakets von strahlungserzeugten freien Minoritätsträgern, die auftritt, wenn dieses Paket zur nächsten Leseein­ richtung wandert, zu reduzieren. Bei Materialien wie Cadmium-Quecksilber-Tellurid, dessen Absorptionskante im atmosphärischen Fenster von 3 bis 5 Mikrometer liegt, können die Minoritätsträger eine längere Lebensdauer haben und daher eine längere Diffusionsstrecke, so daß die Effekte einer derartigen Streuungsunschärfe eher auftreten können.

Durch Ausbildung der Leseeinrichtungen durch die metallisierten Öffnungen, die durch die Streifen 10, 20, 30 und 40 verlaufen, so daß sie mit der Leiter­ anordnung 71a, 71b bis 74a, 74b, 81a, 81b bis 84a, 84b, 91a, 91b bis 94a, 94b und 61a, 61b bis 64a, 64b des Substrats 100 verbunden sind, können eine be­ sonders kompakte Anschlußstruktur und vorteilhafte Sensoreigenschaften erreicht werden. Die Leseeinrich­ tungen sind nach der Dicke der Streifen 10, 20, 30 und 40 orientiert (und nicht nach der Oberfläche), die Metallisierung 7 verläuft nicht, zumindest nicht in nennenswertem Maße, auf der Oberfläche der Streifen 10, 20, 30 und 40, und die Öffnungen nehmen typischerweise weniger als ein Fünftel der Gesamtbreite jedes Streifens 10, 20, 30 und 40 ein. Infolgedessen unterbrechen die Leseeinrichtungen und ihre Anschlüsse den Ambipolardriftpfad nicht wesentlich, sie können an bestimmten Stellen über die Breite der Streifen 10, 20, 30 und 40 angeordnet werden, und sie brauchen die Ambi­ polardrift der Minoritätsträger entlang den Streifen 10, 20, 30 und 40 nicht erheblich zu stören. Die Sub­ strat-Leiteranordnung (zum Beispiel Leiter 62, 72, 82 und 92) kann den Leseanschluß von einem Streifen (zum Beispiel Streifen 20) unter einem benachbarten Streifen (zum Beispiel Streifen 10) hindurch führen, so daß diese An­ schlüsse den Driftpfad des benachbarten Streifens 10 nicht verdecken, und ein besonders kompaktes Parallel­ streifenformat kann erreicht werden, wenn die Leseein­ richtungen der verschiedenen Streifen 10, 20, 30 und 40 senkrecht zur Richtung der Bildabtastung und der Ambipolardriftpfade ausgerichtet sind.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die Teile der Substratleiter 81a, 81b bis 84a, 84b, die unter den Streifen 10, 20, 30 und 40 verlaufen, in Bild 2 nicht dargestellt. Aus demselben Grund sind die Teile der Streifen 10, 20, 30 und 40, die über den Substratleitern 91a, 91b bis 94a, 94b ver­ laufen, in Fig. 2 nicht dargestellt, obwohl die Lage der zugehörigen Leseöffnungen 31a, 31b bis 34a, 34b in Fig. 2 angegeben ist. Die Lese-Leiteranordnung 61a, 61b bis 64a, 64b, 71a, 71b bis 74a, 74b, 81a, 81b bis 84a, 84b, 91a, 91b bis 94a, 94b sowie die Vorspannungselektro­ denanschlüsse 51 bis 54 können als Metallbahnen ausge­ bildet werden, die an der oberen Hauptfläche des Sub­ strats 100 in elektrisch isolierendes Material einge­ bettet sind, und wo diese Metallbahnen von der Metalli­ sierung 7 in den Leseöffnungen und der Vorspannungselek­ trodenmetallisierung 1 bis 4 und 41b bis 44b kontaktiert werden, können sie an Kontaktfenstern freigelegt werden, die durch eine Schicht Isoliermaterial 103 zwischen dem Sub­ strat 100 und den Streifen 10, 20, 30, 40 geätzt sind. In diesem Fall kann das gesamte Substrat 100 aus elek­ trisch isolierendem Material bestehen. Bei Verwendung eines Halbleitersubstrats 100 kann jedoch mindestens ein Teil von zumindest einigen der Bahnen, die die Sub­ strat-Leiteranordnung bilden, durch hoch dotierte Halb­ leitergebiete 101 eines Leitfähigkeitstyps gebildet werden, die in einen Teil des Substrats des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eindiffundiert oder implantiert sind.

Die Fig. 3 und 4 stellen als Beispiel Teile der Sub­ strat-Leiteranordnung 51 bis 54, 61 bis 64, 71 bis 74, 81 bis 84 und 91 bis 94 dar, die durch n-leitende Halb­ leitergebiete 101 gebildet werden, und Teile, die durch Metallbahnen 102 in isolierendem Material 103 gebildet werden. Die Metallbahnen 102 befinden sich in Vertie­ fungen in der Isolierschicht 103, so daß sich zumindest dort, wo die Streifen 10, 20, 30, 40 angeordnet sind, eine im wesentlichen plane Oberfläche ergibt. Das Substrat 100 kann aus Silicium bestehen, über dem eine Isolierschicht 103 aus Siliciumdioxid angebracht ist. Die Ausgangsschaltungen 129 für jeden Streifen 10, 20, 30 und 40 können in diesem Halbleitersubstrat 100 (beispielsweise unter Anwendung der bekannten CCD-Tech­ nologie) ausgebildet werden, so daß die Substrat-Leiter­ anordnung Verbindungen zwischen verschiedenen Bereichen des Substrats 100 bildet.Um das Signalrauschen mög­ lichst gering zu halten, hat jede Lese-Leiterbahn vor­ zugsweise etwa denselben elektrischen Widerstand zwi­ schen ihrem zugehörigen Streifen 10, 20, 30 oder 40 und ihrer Ausgangsschaltung 129, und dies kann bewirkt wer­ den, indem der spezifische Widerstand, die Breite und die Dicke der die Leiteranordnung bildenden Teile kon­ trolliert werden.

Die Cadmium-Quecksilber-Tellurid-Streifen 10, 20, 30 und 40 können am Substrat 100 durch eine dünne Schicht elek­ trisch isolierenden Epoxidharzklebers 104 befestigt werden, die beispielsweise höchstens 0,5 Mikrometer dick sein kann. Auf den unteren und oberen Hauptflächen der Streifen 10, 20, 30 und 40 befindet sich eine dünne Passivierungsschicht einer bekannten Art, zum Beispiel eine anodische Schicht, die hauptsächlich aus Quecksil­ ber-, Cadmium- und Telluroxiden besteht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind diese oberen und unteren Passivierungsschichten in den Querschnittsdarstellungen der Fig. 3 und 4 nicht gezeigt. Die Streifen 10, 20, 30 und 40 werden vorzugsweise auf dem Substrat 100 aus­ gebildet, indem ein passivierter Cadmium-Quecksilber- Tellurid- Körper der gewünschten Dicke mit der Kleb­ schicht 104 auf dem Substrat 100 befestigt wird, ein Maskierungsschicht-Muster aus streifenförmigen Bereichen lichtempfindlichen Lacks auf die obere Fläche des Kör­ pers aufgebracht wird und dann durch die Dicke des Körpers im Ionenätzverfahren Schlitze geätzt werden, so daß die separaten streifenförmigen Elemente 10, 20, 30 und 40 entstehen. Die in der Peripherie der Streifen 30 und 40 befindlichen Aussparungen 8 können in demsel­ ben Ionenätzschritt gebildet werden, indem im Maskie­ rungsschicht-Muster die entsprechende Form vorgesehen wird. Die Positionierung des Körpers und des Maskie­ rungsschicht-Musters auf dem Substrat 100 wird so ge­ gewählt, daß die sich ergebenden Streifen 10, 20, 30 und 40 in der gewünschten Weise in bezug auf die Leiter­ anordnung des Substrats 100 orientiert sind.

Nach Entfernen dieses ersten Markierungsschicht-Musters wird auf den Streifen 10, 20, 30, 40 und dem umgebenden Bereich des Substrats 100 ein weiteres Maskierungs­ schicht-Muster aufgebracht, um die Leseöffnungen und ihre Metallisierung 7 festzulegen. Diese weitere Mas­ kierungsschicht kann auch die Elektrodenmetallisierung 1 bis 4 und 41b bis 44b für die Vorspannungselektroden an den Enden jeden Streifens 10, 20, 30, 40 festlegen. Ein Beispiel für die Geometrie dieser Maskierungs­ schicht (die ebenfalls aus Fotolack bestehen kann) ist in Fig. 6 für das Sensorlayout nach Fig. 2 dargestellt. In dieser Maskierungsschicht befinden sich folgende Fenster: zwei Reihen schlitzförmiger Fenster 1′ bis 4′ und 41b′ bis 44b′, wo die Vorspannungselektroden an den gegenüberliegenden Enden der Streifen 10, 20, 30 und 40 ausgebildet werden sollen; eine Reihe kreisförmiger Fenster 41a′ bis 44a′, wo der End-Lesebereich an einem Ende jedes Streifens 10, 20, 30 und 40 vorgesehen ist; und drei Reihen von Paaren kreisförmiger Fenster 11′ bis 14′, 21′ bis 24′ und 31′ bis 34′, wo die Zwischen-Lese­ bereiche entlang den Streifen 10, 20, 30 und 40 angeord­ net werden sollen.

Die Streifen 10, 20, 30 und 40 werden sodann einem weiteren Ionenätzschritt durch die Dicke des Cadmium- Quecksilber-Tellurids (und der zugehörigen Passivie­ rungsschichten) an diesen Fenstern unterzogen, um die Leseöffnungen und die Endkontaktflächen für die Vor­ spannungselektroden auszubilden. Die Klebschicht 104 wird an diesen Fenstern ebenfalls entfernt, um die Substrat-Leiterordnung an der Stelle, wo sie kontaktiert werden soll, freizulegen. Die Metallisierung, beispiels­ weise eine Goldschicht geeigneter Dicke, wird dann auf dieses weitere Markierungsschicht-Muster und in die zu­ gehörigen Fenster aufgebracht; danach wird diese weitere Maskierungsschicht entfernt, um die daraufliegende Metal­ lisierung abzuheben, während die Metallisierung in den Leseöffnungen bleibt, so daß die elektrischen Verbin­ dungen 7 von der Seitenwandung jedes dieser Löcher zu den Leseleitern 71 bis 74, 81 bis 84, 91 bis 94 und 61a bis 64a des Substrats 100 entstehen. Ebenso bleibt die Metallisierung auf den Endflächen der Streifen 10, 20, 30 und 40 zur Bildung der Vorspannungselektroden 1 bis 4 und 41b bis 44b, die an die Vorspannungsleiter 51 bis 54 und 61b bis 64b des Substrats 100 angeschlossen sind. Die Ausbildung der Leseöffnungen in den Cadmium-Queck­ silber-Tellurid-Streifen durch Ionenätzen ergibt steile Seitenwandungen dieser Öffnungen, wobei unterhalb des Fotolack-Maskierungsmusters höchstens eine sehr gerin­ ge seitliche Ätzung auftritt. Eine typische Steigung für diese steilen Seitenwandungen ist zum Beispiel 75°, so daß auf diese Weise durch die Dicke der Streifen 10, 20, 30 und 40 genau positionierte, enge Leseöffnungen ausgebildet werden können. Weiterhin kann durch den­ selben Maskierungs- und Abhebe-Schritt zur Festlegung der Metallisierung 7 die gesamte Oberfläche dieser steilen Seitenwandungen in zuverlässiger Weise kontak­ tiert werden, ohne daß die Metallisierung bis auf die obere Hauptfläche der Streifen 10, 20, 30 und 40 ver­ läuft. Der Einsatz des Ionenätzverfahrens und der "Lift-off"-Metallisierung für herkömmliche Infrarot- Fotoleiterdedektoren, die keine Leseeinrichtungen in einem Ambipolardriftpfad enthalten, ist bereits in der europäischen Patentanmeldung EP-A 0007667 beschrieben.

In der Regel haben sämtliche Streifen 10, 20, 30 und 40 desselben Sensors dieselbe Leseöffnungskonfiguration. Um jedoch verschiedene mögliche Varianten darzustellen, ohne die Anzahl der Figuren, unnötig zu vermehren, zeigt Fig. 2 verschiedene Leseöffnungskonfigurationen über die Breite der verschiedenen Streifen 10, 20, 30 und 40. So liegen die Leseöffnungen 11a und b, 21a und b, 31a und b und 41a in Bereichen entlang der Kante des Strei­ fens 10, der ansonsten über seine gesamte Länge gleich­ mäßig breit ist. Die Leseöffnungen 12a und b, 22a und b, 32a und b und 42a sind in einem bestimmten Abstand von der Kante des Streifens 20 angeordnet und können bei­ spielsweise auf halber Breite des Streifens 20 liegen, der ebenfalls über die gesamte Länge gleichmäßig breit ist. Die Streifen 30 und 40 sind den Streifen 20 bezie­ hungsweise 10 ähnlich, außer daß sich in der Kante der Streifen 30 und 40 Aussparungen 8 befinden, um den Driftpfad in den Lesebereichen zu verschmälern. Diese verschiedenen Leseöffnungskonfigurationen liefern alle akzeptable Sensoreigenschaften.

Fig. 5 zeigt eine besonders vorteilhafte Kombination eines verschmälerten Ambipolardriftpfades mit metallisier­ ten Leseöffnungen gemäß der Erfindung. Obwohl in Fig. 5 nur ein Lesebereich dargestellt ist, befinden sich im Ambipolardriftpfad eines erfindungsgemäßen Sensors eine Vielzahl derartiger Lesebereiche, zum Beispiel in den Bereichen 14, 24 und 34 des Streifens 40 in Fig. 2. Bei der Konfiguration nach Fig. 5 werden die erhöhte Driftgeschwindigkeit und die erhöhte Ansprechempfind­ lichkeit durch die Verengung des Pfades durch die Aus­ sparung 8 erreicht, während die Störung des Driftpfades und die optische Verdeckung reduziert werden, indem die metallisierten Leseöffnungen an den Enden der streifen­ förmigen Teile 9 des Cadmium-Quecksilber-Tellurid-Elements 40 vorgesehen werden, wobei die streifen­ förmigen Teile 9 vom Ambipolardriftpfad in die Ausspa­ rung 8 verlaufen.

In diesem Fall bilden die streifenförmigen Teile 9 aus Cadmium-Quecksilber-Tellurid einen Bestandteil der Lese­ elektroden; da sie einen höheren spezifischen Widerstand haben als die Metallisierung 7, führen diese Teile 9 zu einem höheren Serienwiderstand in den Leseelektrodenan­ schluß zum Ambipolardriftpfad. In diesem Fall kön­ nen die metallisierten Öffnungen 14a, 14b usw. auf die Linie der Außenkante des Streifens 40 gelegt wer­ den, so daß die Teile 9 etwa so lang sind, wie die Aus­ sparung 8 tief ist. Um jedoch den Serienwiderstand herabzusetzen, können diese Teile 9 kürzer sein, insbe­ sondere, wenn die Aussparung 8 sehr tief ist, beispiels­ weise etwa die Hälfte der Breite des Strei­ fens 40 oder mehr.

Es ist offenbar, daß im Rahmen der Erfindung viele Varianten möglich sind. So kann beispielsweise die erste Leseöffnung a jedes Paars 11, 21, 31, 41 und 12, 22, 32, 42 entlang den Streifen 10 und 20 an einer Seitenkante des Streifens oder in deren Nähe (zum Beispiel auf der linken Seite) liegen, während die zweite Leseöffnung b dieses Paars an der gegenüberlie­ genden Seitenkante dieses Streifens oder in deren Nähe (zum Beispiel auf der rechten Seite) liegt.

Wie bereits erwähnt, kann die Zusammensetzung des n- leitenden Cadmium-Quecksilber-Tellurids anders gewählt werden, beispielsweise um einen Sensor für die Erfas­ sung von Strahlung im atmosphärischen Fenster von 3 bis 5 Mikrometer zu erhalten. Für die Ausbildung der foto­ leitenden Streifen 10, 20, 30, 40 können statt Cadmium- Quecksilber-Tellurid auch andere Halbleitermaterialien verwendet werden. Zusätzlich zur beziehungsweise statt der Anordnung aufeinanderfolgender Lesebereiche in einem Abstand, der kleiner ist als die Strecke L, über die die strahlungserzeugten Minoritätsträger innerhalb einer Lebensdauer wandern können, kann der Ambipolar­ driftpfad mäanderförmig gestaltet werden, indem in die Streifen 10, 20, 30 und 40 über diese Strecke vor den Lesebereichen interdigitale Querschlitze eingebaut werden, um die Streuung der wandernden Träger vor Er­ reichen der Lesebereiche zu begrenzen. Einzelne mäan­ derförmig ausgebildete Streifen, die nur eine einzige herkömmliche Leseeinrichtung besitzen, sind in der britischen Patentanmeldung GB 2019649A beschrieben, auf die hier verwiesen sei.

Die Anwendung des Ionenätzverfahrens zur Herstellung der Streifen 10, 20, 30 und 40 aus einem gemeinsamen Körper ergibt freiliegende periphere Wände der Strei­ fen. Obwohl diese peripheren Wände in den Fig. 3 und 4 nicht passiviert dargestellt sind, kann auf diese freiliegenden peripheren Wände aus dem Cadmium-Queck­ silber-Tellurid in bekannter Weise eine Passivierungs­ schicht aufgebracht werden. Insbesondere bei schmalen Driftpfaden kann diese periphere Passivierung von Vorteil sein, da sie Trägerrekombinationseffekte an diesen peripheren Wänden vermindert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 bildet die Metallschicht, die die zweite Elektrode des End-Lese­ paars 41, 42, 43, 44 jedes Streifens 10, 20, 30, 40 bildet, auch die Vorspannungselektrode 41b, 42b, 43b, 44b an diesem Ende des Streifens 10, 20, 30, 40. Die zweite Elektrode des End-Lesepaars kann jedoch auch eine metallisierte Öffnung sein, die wie die anderen Leseöffnungen ausgebildet und von der Vorspannungselek­ trode getrennt ist. Diese End-Vorspannungselektrode 41b, 42b, 43b, 44b, zu der die Minoritätsträger wandern, kann auch allen Streifen 10, 20, 30 und 40 gemeinsam angehören, und die Streifen 10, 20, 30 und 40 können sogar über einen gemeinsamen Cadmium-Quecksilber- Tellurid-Teil, der diese gemeinsame Vorspannungs­ elektrode tragen kann, ganz vereinigt werden.

Nur ein Ende jedes Streifens 10, 20, 30 und 40 des Sensors nach Bild 2 hat einen Lesebereich. Lesebereiche können jedoch an beiden Enden der Streifen 10, 20, 30 und 40 vorhanden sein, auch wenn die End-Vorspannungs­ elektroden Teil der End-Leseelektrodenpaare sind. Diese Anordnung mit Leseeinrichtungen an beiden Enden gestattet das Lesen bei jeder Vorspannungsrichtung der Streifen 10, 20, 30, 40, das heißt wenn die Streifen entweder in Richtung der Vorspannungselektroden 41b bis 44b oder in Richtung der Vorspannungselektroden 1 bis 4 vorgespannt sind. Sind daher die Kennwerte des herge­ stellten Sensors bei Vorspannung in einer Richtung besser als bei Vorspannung in die andere Richtung, kann diese eine Richtung für den Betrieb gewählt werden.

Obwohl, wie bereits beschrieben, die Metallisierung der Vorspannungselektroden in denselben Schritten aufgebracht werden kann wie die Metallisierung 7 der Leseöffnungen, können die Vorspannungselektroden 1 bis 4 und 41b bis 44b auch in Verarbeitungsschritten aufgebracht werden, die von den Verarbeitungsschritten für die Metallisie­ rung 7 getrennt sind.

Die Leseeinrichtungen der Cadmium-Quecksilber-Tellurid- Streifen können von jedem anderen bekannten Typ sein, anstatt ein Paar Elektroden zu besitzen, die durch ein Paar metallisierter Öffnungen gebildet werden. So kann jede der Leseeinrichtungen 11 bis 14, 21 bis 24, 31 bis 34 und 41 bis 44 eine einzige, größere metallisierte Öffnung besitzen, bei der die Metallisierung (7) mit dem n-leitenden Material des Streifens 10, 20, 30, 40 einen Schottky-Diodenübergang (Metall-Halbleiter) bil­ det. Ferner kann jede der Leseeinrichtungen 11 bis 14, 21 bis 24, 31 bis 34 und 41 bis 44 statt eines Schottky- Diodenübergangs eine einzige metallisierte Öffnung und ein breiteres p-leitendes Gebiet besitzen, das mit dem n-leitenden Materialinneren des Streifens 10, 20, 30, 40 eine p-n-Übergang-Diode bildet; in diesem Fall bil­ det die Metallisierung (7) einen ohmschen Anschluß an das p-leitende Diodengebiet über die gesamte Seitenwan­ dung der Öffnung. Diese Diodenübergänge verlaufen durch die Dicke des Streifens. Die Vorspannungselektrode 41b bis 44b bildet einen ohmschen Anschluß an das gemeinsame n-leitende Material, und die Positionierung der Dioden­ übergänge in bezug auf diese Elektrode 41b bis 44b ist nicht kritisch, sofern die Impedanz des n-leitenden Zwischenteils kleiner ist als die Impedanz der Dioden­ übergänge.

Insbesondere wenn Diodenübergänge an den metallisierten Leseöffnungen gebildet werden, können die Leseöffnungen in einem breiteren Streifen quer zum Driftpfad ange­ ordnet werden, anstelle von beziehungsweise zusätzlich zu einer aufeinanderfolgenden Anordnung entlang dem Driftpfad.

Zwar ist die Erfindung besonders vorteilhaft und wich­ tig für Bildsensoren mit mehreren Leseeinrichtungen in dem (beziehungsweise jedem) Ambipolardriftpfad, doch können ähnliche metallisierte Öffnungsanschlüsse für Bildsensoren verwendet werden, die nur eine einzige Leseeinrichtung in dem (beziehungsweise jedem) Drift­ pfad, beispielsweise am einen Ende des Pfades, besitzen.

Claims (19)

1. Wärmestrahlungs-Bildsensor mit wenigstens einem Halbleiterelement, in dem bei Absorption von Wärmestrahlung freie Ladungsträger erzeugt werden und auf dem mit Abstand voneinander Vorspannungselektroden angeordnet sind, über die in dem Halbleiterelement ein Ruhestrom fließt, der eine Ambipolardrift von strahlungserzeugten freien Minoritätsträgern in der entgegengesetzten Richtung zu dem Ruhestrom unterstützt, sowie mit Leseeinrichtungen in Ambipolardriftpfad, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (10, 20, 30, 40) auf einem Substrat (100) mit einer Leiteranordnung (61a, 61b bis 64a, 64b, 71a, 71b bis 74a, 74b, . . .) für einen elektrischen Anschluß für die Leseeinrichtungen angeordnet ist, in deren Bereich zumindest eine Öffnung (11a, 11b bis 14a, 14b, 21a, 21b bis 24a, 24b, . . .) in dem Halbleiterelement (10, 20, 30, 40) vorhanden ist und durch die Dicke des Halbleiterelements zu der Leiteranordnung des Substrats verläuft, und daß eine Metallisierung (7) im wesentlichen über die gesamte Seitenwand der Öffnung verläuft und mit der Leiteranordnung verbunden ist und die übrige Oberfläche des Halbleiterelements frei läßt.

2. Bildsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Leseeinrichtung ein Paar von Öffnungen (11a, 11b, 21a, 21b, . . .) aufweist, die in Abständen entlang dem Ambipolardriftpfad angeordnet sind und an deren Seitenwandungen die Metallisierung (7) einen Elektrodenanschluß an das Halbleiterelement (10) bildet.

3. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Öffnung (13a, 13b) der Leseeinrichtung durch das Halbleiterelement (30) an einer von dessen Kante entfernten Stelle verläuft (Fig. 3, Fig. 5).

4. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Öffnung (14a, 14b) der Leseeinrichtung an einer Kante des Halbleiterelements (40) durch dessen Dicke verläuft (Fig. 3).

5. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Leseeinrichtung der Ambipolardirftpfad durch eine Aussparung (8) an der Kante des Halbleiterelements (30, 40) verengt ist (Fig. 3).

6. Bildsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich zumindest eine Öffnung (14a, 14b) der Leseeinrichtung am Ende eines streifenförmigen Teils (9) des Halbleiterelements (40) befindet, wobei der streifenförmige Teil (9) vom Ambipolardriftpfad in die Aussparung (8) ragt (Fig. 5).

7. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das größte Quermaß von zumindest einer Öffnung (11a, 11b bis 14a, 14b, . . .) der Leseeinrichtung kleiner ist als ein Drittel der Breite des Ambipolardriftpfades von dem Bereich der Leseeinrichtung.

8. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Ambipolardriftpfad an verschiedenen Stellen zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Vorspannungselektroden (1 bis 4, 41b bis 44b) eine Vielzahl von Leseeinrichtungen befindet, von denen jede zumindest eine Öffnung (11a, 11b, 21a, 21b, . . .) im Halbleiterelement (10) aufweist.

9. Bildsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl der genannten Leseeinrichtungen mit je zumindest einer Öffnung (11a, 11b, 21a, 21b, . . .) aufeinanderfolgend entlang dem Ambipolardriftpfad zwischen den mit Abstand angeordneten Vorspannungselektroden (1, 41b) angeordnet ist.

10. Bildsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den aufeinanderfolgend angeordneten Leseeinrichtungen entlang dem Ambipolardriftpfad zumindest so groß ist wie die mittlere Strecke, die die strahlungserzeugten freien Minoritätsladungsträger innerhalb ihrer Lebensdauer im Halbleiterelement (10, 20, 30, 40) zurücklegen können.

11. Bildsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den aufeinanderfolgend angeordneten Leseeinrichtungen entlang dem Ambipolardriftpfad kleiner ist als die mittlere Strecke, die die strahlungserzeugten freien Minoritätsladungsträger innerhalb ihrer Lebensdauer im Halbleiterelement (10, 20, 30, 40) zurücklegen können.

12. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Substrat (100) eine im wesentlichen parallele Vielzahl von Halbleiterelementen (10, 20, 30, 40) befindet, die je einen Ambipolardriftpfad aufweisen, und daß sich in jedem der Ambipolardriftpfade eine Vielzahl von Leseeinrichtungen befindet, von denen jede mindestens eine Öffnung (11a, 11b bis 14a, 14b, 21a, 21b bis 24a, 24b, . . .) aufweist.

13. Bildsensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtungen der einzelnen Halbleiterelemente (10, 20, 30, 40) in einer Richtung orientiert sind, die im wesentlichen senkrecht zu den Ambipolardriftpfaden verläuft.

14. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteranordnung (61a bis 64a, 71a, 71b bis 74a, 74b, . . .) des Substrats (100) Metallbahnen aufweist, die in Aussparungen in einer isolierenden Schicht (103) auf dem Substrat (100) angeordnet sind.

15. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (100) aus Halbleitermaterial besteht und die Leiteranordnung (z. B. 73b) Halbleiterbahnen (101) eines Leitfähigkeitstyps umfaßt, die in einem Teil des Substrats (100) des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps ausgebildet sind.

16. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (100) eine Ausgangssignal-Verarbeitungsschaltung (129) aufweist, die über die Leiteranordnung (61a, 61b bis 64a, 64b, 71a, 71b bis 74a, 74b, . . .) an die Leseeinrichtung angeschlossen ist.

17. Bildsensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (10, 20, 30, 40) aus n-leitendem Cadmium-Quecksilber-Tellurid besteht.

18. Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Anordnen von mindestens einem Halbleiterelement (10, 20, 30, 40) auf dem Substrat (100) mit einer Leiteranordnung (51 bis 54, 61a, 61b bis 64a, 64b, . . .), die den elektrischen Anschluß für die Leseeinrichtung bildet,
Aufbringen einer Maskierungsschicht auf dem Halbleiterelement und dem Substrat, wobei diese Maskierungsschicht mindestens ein Fenster (1′-4′, 11′-14′, . . .) an der Stelle aufweist, wo zumindest eine Öffnung in dem Halbleiterelement ausgebildet werden soll,
Ionenätzen durch die Dicke des Halbleiterelements an der Stelle dieses zumindest einen Fensters zur Bildung der zumindest einen Öffnung,
Aufbringen Metallisierung auf die Maskierungsschicht und in dem zumindest einen Fenster der Maskierungsschicht,
Entfernen der Maskierungsschicht von dem Halbleiterelement zum Abheben der aufliegenden Metallisierung, wobei die Metallisierung in der zumindest einen Öffnung verbleibt und die elektrische Verbindung zwischen der Seitenwandung der Öffnung und der Leiteranordnung des Substrats bildet.

19. Verfahren zum Betrieb eines Wärmestrahlungs-Bildsensors nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmestrahlungsbild entlang dem Halbleiterelement (10, . . ., 40) in derselben Richtung wie die Ambipolardrift und mit einer Geschwindigkeit, die im wesentlichen der Ambipolardriftgeschwindigkeit entspricht, bewegt wird.