Transferzeiten in Pinned Photodioden

In der vorliegenden Arbeit wird der generelle Aufbau einer Pinned Photodiode analysiert und hinsichtlich der Transporteigenschaften der Elektronen untersucht. Im Fokus dabei steht die Verwendung als Sensor für 3D-Time-of-Flight Messungen, die sehr hohe Anforderungen an die verwendeten Photodioden stellen. Die beiden wichtigsten Eigenschaften des Sensors sind Geschwindigkeit und Sensitivität, welche jedoch in direktem Gegensatz zueinander stehen. Ziel der Arbeit ist es eine große und damit sensitive Diode mit ausreichend hoher Geschwindigkeit zu entwickeln. Zunächst werden dafür die physikalischen Grundlagen vorgestellt, welche im weiteren Verlauf der Arbeit zur theoretischen Beschreibung der Pinned Photodiode Verwendung finden. Es kann gezeigt werden, dass die Eigenschaft der gepinnten Wanne, welche der Pinned Photodiode ihren Namen gab, auch gleichzeitig die Fähigkeit des schnellen Ladungstransfers beschränkt. Nachdem der Einfluss der Geschwindigkeit des Elektronentransfers auf die 3D-Messung beschrieben wurde, richtet sich der Fokus auf die Modifikation der Pinning Spannung. Aufbauend auf den bisherigen Arbeiten der Forschungsgruppe Optische Systeme am Fraunhofer Institut für mikroelektronische Schaltungen (IMS) wird simulatorisch eine Methode vorgestellt die Pinning Spannung weiter zu verändern ohne die Verarmung der Oberflächenzustände aufzuheben. Der neuartige Aufbau der Pinned Photodiode, welche am Fraunhofer IMS entwickelt wurde, ermöglicht es dem Sensor Eigenschaften eines JFET zu implementieren. Dies wird über eine weitere Implantation realisiert, durch welche ein designierter Elektronenkanal ausgebildet wird. Abschließend wird experimentell nachgewiesen werden, dass eine optimierte Pinned Photodiode deutlich größer gefertigt werden kann bei mindestens gleichbleibenden und in vielen Bereichen sogar verbesserten optischen Eigenschaften.

In this thesis, the general structure of a pinned photodiode is analysed and investigated with regards to the transport properties of the electrons. The focus is on its use as a sensor for 3D-time-of-flight measurements, which place very high demands on the photodiodes. The two most important properties of the sensor are the electron speed and the sensitivity. Since these two parameters stand in direct contrast to each other, the aim of this thesis is to concentrate on the development of a large photodiode which can be used in high speed applications. Therefore the physical principles which are required for understanding the characteristics of the pinned photodiode are described. Afterwards, the current state of art and its limitations are discussed, which show for example that the feature of the characteristic pinned well, also slows down the electron transfer speed. The impact of a slow or even incomplete charge transfer on the 3D measurement makes further modifications of the pinning voltage necessary. Based on the previous work by the research group "Optische Systeme" at the Fraunhofer Institut für mikroelektronische Schaltungen (IMS) and the theoretical considerations given in this work, a new well structure is presented. Simulations show that the pinning voltage can be greatly modified while maintaining the depletion of the surface states. The well structure of the pinned photodiode, which was developed at the Fraunhofer IMS, can be used to implement JFET properties into the sensor. This is realised by a second well implantation, which forms a designated electron path inside the photodiode. Finally, it will be experimentally proven that an enhanced pinned photodiode can be manufactured significantly larger while improving some of the optical properties.

Cite

Citation style:
Could not load citation form.

Rights

Use and reproduction:
All rights reserved