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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-18
(54)【発明の名称】電磁放射線スペクトル検出システム
(51)【国際特許分類】
H01L 31/10 20060101AFI20231011BHJP
G01J 1/02 20060101ALI20231011BHJP
H01L 27/146 20060101ALI20231011BHJP
【ＦＩ】
H01L31/10 A
G01J1/02 B
H01L31/10 D
H01L31/10 G
H01L27/146 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022581399
(86)(22)【出願日】2021-07-29
(85)【翻訳文提出日】2023-02-20
(86)【国際出願番号】 IB2021056905
(87)【国際公開番号】W WO2022024021
(87)【国際公開日】2022-02-03
(31)【優先権主張番号】102020000018709
(32)【優先日】2020-07-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】501193001
【氏名又は名称】ポリテクニコ ディ ミラノ
【氏名又は名称原語表記】ＰＯＬＩＴＥＣＮＩＣＯ ＤＩ ＭＩＬＡＮＯ
【住所又は居所原語表記】Ｐｉａｚｚａ Ｌｅｏｎａｒｄｏ ｄａ Ｖｉｎｃｉ，３２２０１３３ ＭＩＬＡＮＯ－Ｉｔａｌｙ
(71)【出願人】
【識別番号】506224698
【氏名又は名称】ウニヴェルスィタ’デッリ ストゥディ ”ローマ トレ”
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】フリジェリオ、ヤコポ
(72)【発明者】
【氏名】イセッラ、ジョヴァンニ
(72)【発明者】
【氏名】バッラービオ、アンドレア
(72)【発明者】
【氏名】デ ヤコヴォ、アンドレア
(72)【発明者】
【氏名】コレース、ロレンツォ
【テーマコード（参考）】
2G065
4M118
5F149
【Ｆターム（参考）】
2G065AB02
2G065AB04
2G065BA01
2G065BA09
2G065BB25
2G065BB29
2G065BC33
2G065BC35
4M118AA10
4M118AB04
4M118BA09
4M118CA03
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4M118CB03
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4M118CB08
5F149AA02
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5F149BA30
5F149BB07
5F149DA01
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5F149LA09
5F149XB01
5F149XB36
5F149XB37
(57)【要約】
電磁放射線のスペクトルを検出するためのシステム（１００）であって、「背中合わせ」構成の２つのフォトダイオードを備え、入射電磁放射線（ＥＭＲ）を電気制御電圧に依存する相対スペクトル応答性の関数として電流に変換するように構成されたセンサデバイス（２０，１）と、電子制御および処理モジュール（５０）であって、入射電磁放射線に関連する対応する複数の検出電流（Ｉｐｈ）を得るために、上記スペクトル応答性を変化させることによって複数の制御電圧（ＶＢ）の値を前記センサデバイス（１）に選択的に提供するように；制御電圧（ＶＢ）の値および前記スペクトル応答性に基づいて上記検出電流（Ｉｐｈ）の値を処理して、入射電磁放射線のスペクトルに関する情報（ＳＰ－ＡＮＳ；ＩＰＳＴ－ＩＭ）を取得するように構成された電子制御および処理モジュール（５０）とを備える、システム（１００）。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
「背中合わせ」構成の２つのフォトダイオードを備え、入射電磁放射線（ＥＭＲ）を、電気調整電圧に依存するそれぞれのスペクトル応答性の関数として電流に変換するように構成されたセンサデバイス（２０，１）と、電子制御および処理モジュール（５０）であって、
－前記センサデバイス（１）の応答性行列を表し、前記電気調整電圧を変化させることによって連続的に前記センサデバイス（１）の光応答を変化させることによって得られる、複数の数値較正値を格納する；
－前記入射電磁放射線に関連する対応する複数の検出電流（Ｉｐｈ）を得るために、前記スペクトル応答性を連続モードで変化させることによって、複数の電気制御電圧値（ＶＢ）を前記センサデバイス（１）に選択的に提供する；
－前記電気調整電圧（ＶＢ）から得られた前記検出電流（Ｉｐｈ）の値、および前記複数の数値較正値を処理して、前記入射電磁放射線スペクトルに関する情報（ＳＰ－ＡＮＳ；ＩＰＳＴ－ＩＭ）を取得し、複数の光波長に対する前記入射電磁放射線のパワースペクトル密度を決定する
ように構成された電子制御および処理モジュール（５０）と
を備える、電磁放射線スペクトル検出システム（１００）。
【請求項2】
前記電子制御および処理モジュール（５０）が、前記センサデバイス（１）の応答性を変化させる前記電気調整電圧（ＶＢ）の値に従って、前記センサデバイス（１）によって検出可能な前記入射放射線の波長を選択するように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項3】
前記電子制御および処理モジュール（５０）が、前記センサデバイス（２０，１）上の前記入射電磁放射線の前記パワースペクトル密度を決定するために処理される合成応答性行列を得るために、前記応答性行列の線を線形結合するように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項4】
前記制御および処理モジュール（５０）が、前記複数の検出電流（Ｉｐｈ）を受信し、それを複数の検出電圧（Ｖｐｈ）に変換するように構成された読み出しモジュール（２）と、
前記複数の検出電圧（Ｖｐｈ）を受信し、それを対応するデジタル検出値（Ｖｐｈｉ）に変換するように構成された調整モジュール（３）と、
前記検出デジタル値（Ｖｐｈｉ）を受信し、前記入射電磁放射線の前記スペクトル情報（ＳＰ－ＡＮＳ；ＩＰＳＴ－ＩＭ）を外挿するように構成された分析デバイス（４）と
を含む、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項5】
前記スペクトル検出システム（１００）が、前記電磁放射線入射のスペクトル分析（ＳＰ－ＡＮＳ）を実行するように構成される、請求項１～４の少なくともいずれか一項に記載のシステム（１００）。
【請求項6】
単一のセンサデバイス（１）を備える、請求項６に記載のシステム（１００）。
【請求項7】
前記センサデバイス（１）に従って構成され、前記センサデバイスと共に、それらの画素を識別するセンサデバイスの行列に従って配置された多数の追加のセンサデバイス（１）をさらに備え、前記電子制御および処理モジュール（５０）が、
－前記入射電磁放射線に関連するさらなる複数の検出電流（Ｉｐｈ）を得るために、各センサデバイスのスペクトル応答性を変化させることによって、さらなる複数の電気調整電圧値（ＶＢ）をセンサデバイスのアレイに提供する、
－前記さらなる電気調整電圧値（ＶＢ）および各センサデバイスの前記スペクトル応答性に基づいて、そのようなさらなる検出電流（Ｉｐｈ）のさらなる値を処理し、そのような画素に関連するハイパースペクトル画像（ＩＰＳＴ－ＩＭ）の取得をもたらす
ようにさらに構成される、
請求項１～５の少なくとも一項に記載のシステム（１００）。
【請求項8】
前記センサデバイス（１）が、１つの半導体材料内の第１のフォトダイオード（ＰＤ１）と、少なくとも部分的に別の半導体材料内の第２のフォトダイオード（ＰＤ２）とを備え、前記第１および第２のダイオードが、互いに電気的に接続されたそれぞれのカソードまたはアノードを有する、請求項１～７の少なくともいずれか一項に記載のシステム（１００）。
【請求項9】
前記第１のフォトダイオード（ＰＤ１）が、第１の半導体材料内の基板（５）を備え、該基板（５）内に、第１のドーピング型を有する第１の層（６）と、前記第１のドーピング型とは反対の第２のドーピング型を有する第２の層（８）とが一体化されている、請求項１～８の少なくとも一項に記載のシステム（１００）。
【請求項10】
前記第１のフォトダイオード（ＰＤ１）の前記基板（５）が、前記第１の半導体材料内に真性層（７）をさらに含む、少なくとも請求項１０に記載のシステム（１００）。
【請求項11】
前記第２のフォトダイオード（ＰＤ２）が、前記第１のフォトダイオード（ＰＤ１）と共有される前記第２の層（８）を含み、前記第２のフォトダイオード（ＰＤ２）が、前記基板（５）と重なり合う第２の半導体材料内の一体化層（９）をさらに含み、該一体化層（９）内に、真性層（１０）と、前記基板（５）に含まれる前記第２の層（８）のドーピングとは反対のドーピングを有する第１のドープ層（１１）とが一体化されている、請求項９または１０に記載のシステム（１００）。
【請求項12】
前記第１および／または第２のフォトダイオード（ＰＤ１，ＰＤ２）が、以下のタイプ：（ａ）半導体ＩＩＩ－Ｖ族およびそれらの合金、
（ｂ）半導体ＩＩ－ＶＩ族およびそれらの合金、
（ｃ）ＩＶ族の半導体およびそれらの合金
のうちの１つから選択される半導体材料で作製されている、請求項１～１１の少なくともいずれか一項に記載のシステム（１００）。
【請求項13】
前記センサデバイス（１）が、電磁放射線（ＥＭＲ）に曝される第１の面（１２，３０）と、前記第１の面に対向する第２の面（３２）とを画定するような第１の半導体材料内の基板（５）と、
前記第２の面（３２）に延びるように前記基板（５）に含まれ、第１のドーピング型を有する第１のドープ領域（３１）と、
前記第２の面（３２）まで延びるように前記基板に含まれ、前記基板（５）の一部によって前記第１の領域（３１）から分離され、第２のドーパント型を有する、第２のドープ領域（３３）と、
前記第１のドープ領域（３１）と接触し、前記第２の面（３２）に対向する第３の面（３５）を画定するように前記第２の面（３２）上に配置された第２の半導体材料の層（３４）と、
前記第２のドーピング型を有し、前記第３の面（３５）と重なり合う前記第２の半導体材料内のドープ層（３６）と、
前記第２の面の前記第２のドープ領域（３３）と前記ドープ層（３６）とに接触するように配置された金属コンタクトと
を含み、
前記第１のドープ領域（３１）、前記基板（５）の一部、および前記第２のドープ領域（３３）が、前記センサデバイス（１）の前記第１のフォトダイオード（ＰＤ１）の一部であり、
前記第１のドープ領域（３１）、前記第２の半導体材料内の層（３４）、および前記第２の半導体材料内のドープ層（３６）が、前記センサデバイス（１）の前記第２のフォトダイオード（ＰＤ２）の一部である、
請求項８に記載のシステム（１００）。
【請求項14】
前記制御および処理モジュール（５０）が、前記第１のフォトダイオード（ＰＤ１）が一体化されている前記シリコン基板（５）に一体化されている、請求項８に記載のシステム（１００）。
【請求項15】
前記第１および第２の半導体材料が、前記センサデバイス（１）が短波赤外線の一部までの可視近赤外で動作するように選択される、請求項８に記載のセンサデバイス（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電磁放射線のスペクトルを検出するためのシステムに関する。特に、本発明は、スペクトル分析システムおよびハイパースペクトルイメージングシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
周知のように、スペクトル分析（分光法およびスペクトログラフィー）は、波長の関数としての放射線強度の測定に関する。
【0003】
ハイパースペクトルイメージングは、画像の各点についてスペクトル情報を取得することを可能にする測定技術である。
【0004】
スペクトル分解画像を測定するための公知の方法は、物体とカメラとの間に１つ以上のバンドパスフィルタまたは分散素子を配置すること、またはマルチチャネル検出器を使用して各スペクトルバンドの画像を取得することである。測定されるバンドの数および各バンドのスペクトル幅は、フィルタまたは分散素子および使用される検出器の特性に依存する。この技術は、光学バンドの離散的なセットにおいてスペクトル情報を取得し、マルチスペクトルイメージング技術とも呼ばれる。
【0005】
国際公開第２０１４０６３１１７Ａ１号パンフレット「Ｓｉｎｇｌｅ－ｓｅｎｓｏｒ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ」は、電磁スペクトルの異なるバンドのマルチスペクトル画像を再構成するために、画素の前に配置された９つのフィルタのアレイが開発された多画素センサを記載している。
【0006】
フーリエ変換分光法に基づく別の公知の手法は、物体と検出器との間の干渉計を使用する。論文Ｊ．Ｃｒａｖｅｎ－Ｊｏｎｅｓ ｅｔ ａｌ．“Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｐｒｉｓｍｓ，” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．８，Ｍａｒｃｈ １０，２０１１は、近赤外線および中赤外線のハイパースペクトルイメージング偏光計を記載してこり、このシステムは、フーリエ変換イメージング分光偏光計を形成するための１対のサファイアウォラストンプリズムおよびいくつかの高次リターダを含む。
【0007】
ウォラストンプリズムは、マイケルソン干渉計のような経路分割干渉計に比べて振動感度が低減された複屈折ベースの干渉計として用いられる。偏光データは、ストークスパラメータ情報でスペクトルを変調するためにチャネル分光偏光計を使用して取得される。取得されたインターフェログラムは、画像の空間的およびスペクトル的に分解されたストークスベクトルを抽出するために、フーリエ変換によってフィルタリングおよび再構成される。
【0008】
論文Ａ．Ｒ．Ｈａｒｖｅｙ ｅｔ ａｌ．“Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ”，ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ ５３６８ Ｎｏ．２２，Ｖｏｌ．１２，１ｓｔ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００４は、入力偏光子と、カスケード状に配置された２つのウォラストンプリズム（一方は固定され、他方は可動）と、第２の偏光子と、画像を形成するためのレンズとに基づく複屈折フーリエ変換イメージング分光計を記載している。
【0009】
米国特許第７８０００６７Ｂ１号明細書「Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ａｎｄ ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｐｈｏｔｏｎ ｄｅｔｅｃｔｏｒ」は、材料組成が空乏ゾーンに沿って直線的に変化するダイオードの空乏ゾーンを利用することによってスペクトル情報を収集することができる光センサを記載している。
【0010】
論文Ｅ．Ｔａｌａｍａｓ Ｓｉｍｏｌａ ｅｔ ａｌ．“Ｖｏｌｔａｇｅ－ｔｕｎａｂｌｅ ｄｕａｌ－ｂａｎｄ Ｇｅ／Ｓｉ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｉｎ ＶＩＳ ａｎｄ ＮＩＲ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ” Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．６；０３／１８／２０１９，ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ ８５２９は、背中合わせに接続され、広帯域の波長のための光検出器として動作するような２つのフォトダイオードを備えるエピタキシャルゲルマニウム・オン・シリコン構造を有するデバイスを記載している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】国際公開第２０１４０６３１１７Ａ１号パンフレット
【特許文献2】米国特許第７８０００６７Ｂ１号明細書
【非特許文献】
【0012】
【非特許文献1】Ｊ．Ｃｒａｖｅｎ－Ｊｏｎｅｓ ｅｔ ａｌ．“Ｉｎｆｒａｒｅｄ ｈｙｐｅｒｓｐｅｃｔｒａｌ ｉｍａｇｉｎｇ ｐｏｌａｒｉｍｅｔｅｒ ｕｓｉｎｇ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｐｒｉｓｍｓ，” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．５０，Ｎｏ．８，Ｍａｒｃｈ １０，２０１１
【非特許文献2】Ａ．Ｒ．Ｈａｒｖｅｙ ｅｔ ａｌ．“Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ－ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｉｍａｇｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ”， ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ ５３６８ Ｎｏ．２２，Ｖｏｌ．１２，１ｓｔ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２００４
【非特許文献3】Ｅ．Ｔａｌａｍａｓ Ｓｉｍｏｌａ ｅｔ ａｌ．“Ｖｏｌｔａｇｅ－ｔｕｎａｂｌｅ ｄｕａｌ－ｂａｎｄ Ｇｅ／Ｓｉ ｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃｔｏｒ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｉｎ ＶＩＳ ａｎｄ ＮＩＲ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒａｎｇｅ” Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．６；０３／１８／２０１９，ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ ８５２９
【発明の概要】
【0013】
出願人は、従来技術のスペクトル検出システム（例えば、ハイパースペクトルイメージングシステムなど）は、入射スペクトルを再構成するために光学部品（例えば、フィルタ、プリズム、分散素子）または機械部品（例えば、ＭＥＭＳ微小電気機械システム）の使用を必要とするという点で構造的に複雑に見えることに注目した。
【0014】
本発明は、公知の技術のシステムよりも構造的に複雑でないスペクトル検出システム（例えば、特に、スペクトル分析またはハイパースペクトルイメージングシステムとして動作するような）を提供するという問題に対処する。
【0015】
本発明は、請求項１に記載のスペクトル検出システムおよび請求項２～１５によって定義されるその好ましい実施形態に関する。
【0016】
以下、本発明を、限定ではなく例として、添付の図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】電磁放射線センサ装置と、電子制御および処理モジュールとを備えるスペクトル検出システムを概略的に示す図である。
【図2】２つのフォトダイオードを含む上記装置に含まれる半導体センサの第１の実現の断面図である。
【図3】波長および制御電圧の関数としてのセンサによって生成される電流の傾向の一例を示す図である。
【図4】上記センサの第２の実現形態の断面図である。
【図5】上記センサの第３の実現形態の断面図である。
【図6】上記センサの第４の実現形態の断面図である。
【図7】特定の入射放射線が与えられた場合の、上記センサに印加された電圧差の関数としてのセンサ応答性曲線のセットを示す。
【発明を実施するための形態】
【0018】
本明細書では、類似または同一の要素または構成要素は、同じ識別記号によって図面に示される。
【0019】
図１は、電磁放射線センサ装置２０と、電子制御および処理モジュール５０とを備えるスペクトル検出システム１００を概略的に示す。より詳細には、電子制御および処理モジュール５０は、センサ１を照明する放射線のスペクトルに関する情報を抽出して出力ＯＵ上に提供するように構成される。電子制御および処理モジュール５０は、読み出しモジュール２（ＲＤ）と、調整モジュール３（ＣＮＤ）と、分析および制御デバイス４（ＣＮＴ－ＡＮ）とを含む。
【0020】
以下に説明する第１の実施形態によれば、スペクトル検出システム１００は、波長の関数として入射放射線の強度の測定に関する情報ＳＰ－ＡＮＳを出力ＯＵ上に提供することによって電磁放射線のスペクトル分析を実行するように構成されてもよい。
【0021】
電磁放射線センサ装置２０は、２つのフォトダイオード（すなわち、二重フォトダイオード）タイプのセンサデバイスまたは光検出器デバイス１（以下、簡潔にするために、「センサ」）を背中合わせの構成で含む。後述するように、センサ１は、電気制御電圧に依存する相対スペクトル応答性に応じて、入射電磁放射線を電流に変換するように構成される。
【0022】
電磁放射線のスペクトル分析の目的のために、センサ装置２０は、単一のセンサ１を含むことができる。
【0023】
図１に概略的に示すように、センサ１は、「背中合わせ」構成で、すなわち、カソード（またはアノード）が互いに電気的に接続されて配置された第１のフォトダイオードＰＤ１および第２のフォトダイオードＰＤ２（以下、簡潔にするために、第１および第２の「ダイオード」とも呼ばれる）を含む。これらの第１および第２のダイオードＰＤ１およびＰＤ２は、制御および処理回路５０に接続された残りのアノード（またはカソード）に適切な電圧（ＶＢ）を印加することによって調節される。
【0024】
特に、第１のフォトダイオードＰＤ１は、エネルギーギャップＥｇ１を有する半導体材料から得られ、第２のフォトダイオードＰＤ２は、エネルギーギャップＥｇ２＜Ｅｇ１を有する別の半導体材料から得られる。
【0025】
第１のダイオードＰＤ１は、第１の最小波長λｍｉｎ（ＰＤ１）と第１の最大波長λｍａｘ（ＰＤ１）＝ｈｃ／Ｅｇ１（ｈｃはユニバーサル定数）との間の波長λを有する放射線を収集して電気信号（すなわち、光電流Ｉｐｈ）に変換するように構成される。
【0026】
第２のフォトダイオードＰＤ２は、第２の最小波長λｍｉｎ（ＰＤ２）から第２の最大波長λｍａｘ（ＰＤ２）＝ｈｃ／Ｅｇ２、λｍｉｎ（ＰＤ２）＜λｍａｘ（ＰＤ１）までの範囲の波長を有する放射線を収集して電気信号（対応する光電流Ｉｐｈ）に変換するように構成される。
【0027】
例えば、シリコンの場合、λｍｉｎ（ＰＤ１）およびλｍａｘ（ＰＤ１）の指標値はそれぞれ４００ｎｍおよび１１００ｎｍであり、ゲルマニウムの場合、λｍｉｎ（ＰＤ２）およびλｍａｘ（ＰＤ２）の指標値はそれぞれ４００ｎｍおよび１８００ｎｍである。
【0028】
図２は、例として材料シリコンおよびゲルマニウムに関して説明されるセンサ１の第１の例示的な実施形態を示す。記載の例によれば、第１のフォトダイオードＰＤ１は、シリコンで作製されたｐ－ｉ－ｎ（ｐ型、真性、ｎ型）ダイオードであり、第２のフォトダイオードＰＤ２は、ゲルマニウムで作製されたｐ－ｉ－ｎ（ｐ型、真性、ｎ型）ダイオードである。
【0029】
より詳細には、センサ１は、第１のｐ型ドープ層６と、第１の層６に重ね合わされた第１の真性層７（ｉ）とを順に備える、第１の半導体材料（例によれば、シリコン）で作製された基板５を含む。第１の真性層７上には、ｎ＋型（すなわち、高濃度ドーピング）の第２のドープ層８が重ね合わされている。
【0030】
図２の実施形態によれば、第１のドープ層６（アノード）、第１の真性層７、および第２のドープ層８（カソード）は、ｐ－ｉ－ｎ型の第１のＰＤ１ダイオードを形成する。
【0031】
第１のダイオードＰＤ１は、シリコンで作製されており、可視および近赤外の放射線を収集して電気信号（すなわち、電流Ｉｐｈ）に変換し、次いで、示すように、４００ｎｍの最小波長λｍｉｎ（ＰＤ１）および１１００ｎｍの最大波長λｍａｘ（ＰＤ１）を有する放射線を収集して電気信号に変換する。ＶＩＳ（可視）バンドは、公知のように、４００ｎｍ～７００ｎｍの波長範囲に含まれる。近赤外（ＮＩＲ）バンドは、７００ｎｍから１１００ｎｍまで及ぶ。
【0032】
第１のダイオードＰＤ１（シリコン）は、第１の真性層７の厚さが５０μｍ～３００μｍであることが有利である。より薄い厚さは、実際に、シリコンがすべての入射放射線を吸収することを可能にしないが、反対に、より厚い厚さは、光生成電荷の収集効率を損なうことに留意されたい。
【0033】
加えて、センサ１の適切な動作を保証するために、第１の真性シリコン層７は、ｎ型のバックグラウンドドーピングを有することが好ましい。このようにして、シリコン中の光生成電荷を低い再結合速度で構造に沿って効果的に輸送することができ、したがって高い効率を保証することができる。
【0034】
特定の例によれば、以下のサイズ値を第１のＰＤ１ダイオードに採用することができる：
－第１のドープ層６（Ｓｉ－ｐ）は、約２００ｎｍの厚さを有し、１０１９ｃｍ－３に等しい濃度のホウ素原子でドープされる；
－第１の真性シリコン層７は、約３００μｍの厚さを有する；
－第２のドープ層８（Ｓｉ、ｎ＋）は、１０１９ｃｍ－３のドーパント濃度を有する約１５０ｎｍの厚さを有する。
－第１のドープ層６（Ｓｉ－ｐ）は、約２００ｎｍの厚さを有し、１０１９ｃｍ－３に等しい濃度のホウ素原子でドープされる；
－第１の真性シリコン層７は、約３００μｍの厚さを有する；
－第２のドープ層８（Ｓｉ、ｎ＋）は、１０１９ｃｍ－３のドーパント濃度を有する約１５０ｎｍの厚さを有する。
【0035】
加えて、センサ１は、第２のダイオードＰＤ２の一部が一体化されている第１のダイオードＰＤ１の第２のドープ層８と重ね合わされた第２の半導体材料（例によれば、ゲルマニウムで作製されている）で作製された層９を含む。より詳細には、ゲルマニウム層９は、第２のドープ層８の上に配置された第２の真性層１０と、第２の真性層１０に重ね合わされた第３のｎ型ドープ層１１とを含む。第２のダイオードＰＤ２は、第２のドープ層８（すなわち、第１のダイオードＰＤ１と共通のカソード）、第２の真性層１０、およびアノードとして作用する第３のドープ層１１を含む。
【0036】
代替構造によれば、第２のＰＤ２ダイオードのｎ型層は、図２（すなわち、第２のドープ層８）のように第１のＰＤ１ダイオードと共有されないが、関連するゲルマニウム層によって実現され得ることに留意されたい。
【0037】
少なくとも部分的にゲルマニウムで作製された第２のダイオードＰＤ２は、示されるように、最小波長λｍｉｎ（ＰＤ２）４００ｎｍおよび最大波長λｍａｘ（ＰＤ２）１８００ｎｍを有する放射線を収集して電気信号（すなわち、電流Ｉｐｈ）に変換するように構成される。
【0038】
公知のように、近赤外バンドＮＩＲ（Ｎｅａｒ ＩｎｆｒａＲｅｄ）は７００ｎｍから１１００ｎｍまで及ぶが、短波赤外バンドＳＷＩＲ（Ｓｈｏｒｔ Ｗａｖｅ ＩｎｆｒａＲｅｄ）は１１００ｎｍ～３０００ｎｍの波長範囲に含まれる。
【0039】
言い換えれば、センサ１は、図２の特定の実現形態に示すように、フォトダイオードＰＤ１にシリコンを使用し、フォトダイオードＰＤ２にゲルマニウムを使用して製造される場合、短波赤外線の一部までの可視近赤外で動作することができる。
【0040】
第２のＰＤ２ダイオードのゲルマニウム層９は、１μｍを超える厚さを有することが有利であり、実際に、より薄い厚さは、ゲルマニウムが入射放射線のすべてを吸収することを可能にはせず、その結果、応答性が全体的に低下することに留意されたい。
【0041】
例えば、第２のＰＤ２ダイオードのゲルマニウム層には、以下のサイズ値を採用することができる：
－第２の真性層１０（ｉ－Ｇｅ）の厚さは約３μｍである；
－第３のドープ層１１（ｐ－Ｇｅ）の厚さは１５０ｎｍであり；ドーパント濃度は１０１８ｃｍ－３である。
－第２の真性層１０（ｉ－Ｇｅ）の厚さは約３μｍである；
－第３のドープ層１１（ｐ－Ｇｅ）の厚さは１５０ｎｍであり；ドーパント濃度は１０１８ｃｍ－３である。
【0042】
センサ１に印加される電圧の変化に伴う応答性曲線のばらつきを大きくするために、ｎ型ゲルマニウム層がｐ型ゲルマニウム層よりも低ドープであるｐｎダイオードを有する第２のゲルマニウムＰＤ２ダイオードを製造することも可能であることに留意されたい。さらに、この場合、ｐ型層の全体の厚さは２００ｎｍ以下である。実際に、より厚い厚さは、センサ１の全体的な効率を低減する。
【0043】
センサ１はまた、第１のドープ層６の自由面（すなわち、第１の真性層７と接していない）上に作製された第１のオーミックコンタクトＢＣを有する。第３のドープ層１１の第２の真性層１０と接していない面には、第２のオーミックコンタクトＴＣが形成されている。第１のオーミックコンタクトＢＣおよび第２のオーミックコンタクトＴＣは、例えば、金属コンタクト、特に金として作製されてもよい。
【0044】
第１のオーミックコンタクトＢＣは、ＥＭＲ電磁放射線が影響を及ぼし得る第１のドープ層６の面の露出領域１２を画定するように作製される。
【0045】
センサ１は、注入技術、スピンオンドーパントおよび堆積技術（エピタキシ、スパッタリング、蒸着を含む）、ウェハボンディングとしての転写を含むがこれらに限定されない当業者に公知の半導体デバイス製造技術を使用して製造することができる。
【0046】
センサ１の動作に関して、バイアス電圧ＶＢは、従来、第２のオーミックコンタクトＴＣと第１のオーミックコンタクトＢＣとの間の電圧差として理解されていることに留意されたい。この定義によれば、正バイアス電圧ＶＢの場合、第２のダイオードＰＤ２は直接バイアスされ、第１のダイオードＰＤ１は逆バイアスされ、負電圧ＶＢの場合はその逆である。
【0047】
センサ１がエネルギーギャップＥｇ１を有する半導体の側から（すなわち、例によれば、ダイオードＰＤ１の露出領域１２において）照明されるとき、第１のフォトダイオードＰＤ１は、より高いエネルギーの光放射の一部を吸収し、第２のフォトダイオードＰＤ２は、ギャップ半導体Ｅｇ１によって吸収することができない光放射のみによって照明される。
【0048】
したがって、ギャップ半導体Ｅｇ１（すなわち、第１のダイオードＰＤ１）を用いて実現されるフォトダイオードは、低波長（λ＜ｈｃ／Ｅｇ１、ｈｃはユニバーサル定数）の光放射の存在下でのみ光電流を生成することができるが、反対に、第２のフォトダイオードＰＤ２は、λｍａｘ（ＰＤ１）＜λ＜λｍａｘ（ＰＤ２）を有する光子にのみ応答する。センサ１によって生成される総光電流は、２つの異なるフォトダイオードによって生成される光電流間の差によって与えられる。
【0049】
より詳細には、第１のダイオードＰＤ１が逆バイアスされるとき、第１のダイオードＰＤ１は、λｍｉｎ（ＰＤ１）とλｍａｘ（ＰＤ１）との間の波長λを有する放射線で照射されたときに光電流Ｉｐｈを生成することができ、一方、第２のダイオードＰＤ２は直接バイアスされ、したがって光学的に不活性であるが、電流Ｉｐｈの循環を可能にする。
【0050】
逆に、第２のダイオードＰＤ２が逆バイアスされるとき、第２のダイオードＰＤ２は光電流Ｉｐｈを生成することができ（λｍａｘ（ＰＤ１）とλｍａｘ（ＰＤ２）との間の放射線波長λで照射された場合）、一方、第１のダイオードＰＤ１は直接バイアスされ、したがって光学的に不活性であるが、電流Ｉｐｈの循環を可能にする。
【0051】
バイアス電圧ＶＢに作用すると、分析および制御デバイス４を介して、センサ１のスペクトル応答を電気的に選択することが可能である。図３は、一例として、バイアス電圧ＶＢの２つの極値に対する、波長の関数としての電流Ｉｐｈの傾向を示す。
【0052】
印加されるバイアス電圧ＶＢに応じて、２つの接合部の収集効率を変更することが可能であり、特に、ギャップＥｇ１との接合部の収集効率が増加するにつれて、ギャップＥｇ２との接合部の収集効率の低下が観察され、逆もまた同様である。この手法は、センサ１の応答性スペクトルが連続的に変化することを可能にする。
【0053】
【0054】
図１の例では、シリコンおよびゲルマニウムの使用に言及したが、センサ１は他の半導体材料から製造され得ることに留意されたい。例えば、第１のダイオードＰＤ１および／または第２のダイオードＰＤ２の光応答バンド間の上述の関係を満たすことができる他の可能な材料は、以下のタイプのうちの１つから選択される半導体材料を含む：
ａ）ＩＩＩ－Ｖ族半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ）およびその合金；
ｂ）ＩＩ－ＶＩ族半導体（例えば、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ）およびその合金；
ｃ）ＩＶ族半導体（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧｅＳｎ）およびそれらの合金。
ａ）ＩＩＩ－Ｖ族半導体（例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ）およびその合金；
ｂ）ＩＩ－ＶＩ族半導体（例えば、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＨｇＴｅ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ）およびその合金；
ｃ）ＩＶ族半導体（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧｅＳｎ）およびそれらの合金。
【0055】
制御および処理モジュール５０に関して、読み出しモジュール２は、電流信号Ｉｐｈを電圧信号Ｖｐｈに変換するように構成され、例えば、トランスインピーダンスアンプ（図示せず）を含むことに留意されたい。なお、電流信号Ｉｐｈは、バイアス電圧ＶＢの変化に伴って順次得られることが有利である。なお、バイアス電圧ＶＢの変化に伴って得られるすべてのＩｐｈ電流信号の変換には、単一の読み出しモジュール２（単一のトランスインピーダンスアンプを有する）を使用することができる。
【0056】
調整モジュール３は、後続の処理に適するように電圧信号Ｖｐｈを処理するように構成される。例えば、調整モジュール３は、電圧信号Ｖｐｈの増幅、フィルタリング、レベルアダプテーション、暗電流キャンセル、およびデジタル値Ｖｐｈｉへのアナログ－デジタル変換などの動作を実行する。なお、バイアス電圧ＶＢを変化させて得られる電圧信号Ｖｐｈの処理には、単一の調整モジュール３が適している。
【0057】
分析および制御デバイス４は、様々なバイアス電圧ＶＢに対してセンサ１によって生成された光電流信号に対応する電圧信号Ｖｐｈを表すデジタル値Ｖｐｈｉを受信し、センサ１に侵入する放射線のスペクトル分析を実行するように構成される。分析および制御デバイス４は、このようなスペクトル分析を実行するように構成されたプログラマブルロジック（例えば、ＡＳＩＣ／ＦＰＧＡ）を含んでもよい。
【0058】
加えて、分析および制御デバイス４は、適切な調整（調整モジュール３によって実行することができる）によってセンサ１に印加されるバイアス電圧ＶＢのアナログ値に変換されてそのスペクトル応答を変化させるデジタル電圧値Ｖｂｉを生成するように構成される。
【0059】
制御および処理モジュール５０は、例えば、第１のフォトダイオードＰＤ１を作製するために使用されるシリコン基板に直接一体化することができるＲＯＩＣ（読み出し集積回路）である。あるいは、センサ１およびＲＯＩＣ５０は、２つの異なる基板上に製造され、次いでバンプボンディングまたはウェハボンディング技術を介して接続されてもよい。あるいは、センサ１およびＲＯＩＣ５０は、異なる基板上に製造され、次いでＰＣＢ電子基盤を介して接続されてもよい。
【0060】
上述したように、センサ１の感度スペクトルは、連続的に変更することができる。特に、図３に示す極端なスペクトル応答（最大または最小バイアス電圧を印加することによって得られる）の中間の多数のスペクトル応答を得ることが可能である。例えば、バイアス電圧ＶＢは、７ｍＶ～１６ｍＶのステップ、好ましくは８ｍＶ～１３ｍＶのステップで変化する。１０ｍＶのステップを使用すると、５０ｎｍ未満のスペクトル分解能が得られ得ることに留意されたい。この特性は、バイアス電圧ＶＢの印加によって動的に調整可能であり、可視および近赤外範囲に拡張された多数のスペクトルを得る可能性を提供し、コンパクトなスペクトル分析システムの実現を可能にする。
【0061】
スペクトル分析はセンサ１のスペクトル応答性の知識に基づいており、このスペクトル応答性は特性評価ステップで決定されることに留意されたい。
【0062】
分析および制御デバイス４によって実行されるスペクトル分析は、以下の考察に基づく。
【0063】
センサ１の有限数ｎのバイアス電圧および有限数ｍの分析波長を考察する。次の行列方程式（１）が有効である：
（１）
式中、
－
は、異なるバイアス電圧ＶＢｎにおける測定された光電流を含むベクトルであり；
－
は、各行が所与のバイアス電圧ＶＢｎに対するセンサ１のスペクトル応答性を表すｎ×ｍ行列であり；
－
は、入射放射線のパワースペクトル密度を表す長さｍのベクトルである。
【数1】
（１）
式中、
－
【数2】
は、異なるバイアス電圧ＶＢｎにおける測定された光電流を含むベクトルであり；
－
【数3】
は、各行が所与のバイアス電圧ＶＢｎに対するセンサ１のスペクトル応答性を表すｎ×ｍ行列であり；
－
【数4】
は、入射放射線のパワースペクトル密度を表す長さｍのベクトルである。
【0064】
光電流のベクトル
の値は、バイアス電圧ＶＢｎの異なる値で順次得られる。
【数5】
の値は、バイアス電圧ＶＢｎの異なる値で順次得られる。
【0065】
センサ１の特性評価によって得られた行列
は、理想的には経時的に不変である。
【数6】
は、理想的には経時的に不変である。
【0066】
１つの分析モードによれば、行列
の行は、ベクトル
を得るために線形結合される。このベクトルは、特定のバイアス電圧で直接得られないが、センサ１に当然関連する応答性スペクトルの線形結合として計算可能な「合成」応答性スペクトルを表す。
の計算は、以下の式（２）に従って実行され、式中、
は長さｎの数値係数のベクトルである。
（２）
【数7】
の行は、ベクトル
【数8】
を得るために線形結合される。このベクトルは、特定のバイアス電圧で直接得られないが、センサ１に当然関連する応答性スペクトルの線形結合として計算可能な「合成」応答性スペクトルを表す。
【数9】
の計算は、以下の式（２）に従って実行され、式中、
【数10】
は長さｎの数値係数のベクトルである。
【数11】
（２）
【0067】
式１の両方の要素を
で乗算し、したがって、式（３）に報告されるものが得られ、これから、積
は、応答性スペクトル
を備え、放射線
によって投入された「合成」センサの光電流を表すことが分かる。
（３）
【数12】
で乗算し、したがって、式（３）に報告されるものが得られ、これから、積
【数13】
は、応答性スペクトル
【数14】
を備え、放射線
【数15】
によって投入された「合成」センサの光電流を表すことが分かる。
【数16】
（３）
【0068】
【数17】
行列に含まれる応答性がすべて線形独立であった場合、分析手順を使用して閉形式で
【数18】
係数を導出することが可能であることに留意されたい。
【0069】
その結果、センサ１の感度スペクトル内の波長を中心とする
ディラックデルタ関数を生成し、入射放射線のパワースペクトル密度に比例する一連の光電流を得ることが可能である。
【数19】
ディラックデルタ関数を生成し、入射放射線のパワースペクトル密度に比例する一連の光電流を得ることが可能である。
【0070】
線形独立応答性曲線のセットを生成することができるデバイスを有さない場合、ガウス関数
を近似するために、最小二乗フィッティング手法を使用して
係数を計算することが可能である。
【数20】
を近似するために、最小二乗フィッティング手法を使用して
【数21】
係数を計算することが可能である。
【0071】
この手法を使用すると、代わりに、閉形式で係数を計算することができない場合でも、係数
を近似することが可能になる。さらに、ガウス型の関数
の使用は、ディラック関数δを近似することを可能にし、同時にフィッティング手順を単純化することを可能にする。関数δは、実際には、パラメータ
の計算を特に困難にする不連続性を呈する。
【数22】
を近似することが可能になる。さらに、ガウス型の関数
【数23】
の使用は、ディラック関数δを近似することを可能にし、同時にフィッティング手順を単純化することを可能にする。関数δは、実際には、パラメータ
【数24】
の計算を特に困難にする不連続性を呈する。
【0072】
上述のゲルマニウム－シリコン構造に基づくセンサ１は、応答性スペクトルが連続的に変化することを可能にし、複数のまばらに相関する応答性曲線をもたらす。
【0073】
したがって、式（３）によっても表されるように、スペクトル密度ベクトル
に関連するスペクトル分析は、異なるＶＢｎバイアス電圧に対して取得された光電流値間の一連の線形結合（
）によって実行される。このようにして、バイアス電圧の変化に伴って得られるスペクトル応答性を全体として重み付けして評価することができ、非常に狭い波長範囲（理想的には、１ｎｍ）にわたってセンサ１に入射する光強度（スペクトル密度
）の外挿を可能にする。
【数25】
に関連するスペクトル分析は、異なるＶＢｎバイアス電圧に対して取得された光電流値間の一連の線形結合（
【数26】
）によって実行される。このようにして、バイアス電圧の変化に伴って得られるスペクトル応答性を全体として重み付けして評価することができ、非常に狭い波長範囲（理想的には、１ｎｍ）にわたってセンサ１に入射する光強度（スペクトル密度
【数27】
）の外挿を可能にする。
【0074】
光電流の線形結合の正確な実行に必要な
ベクトルによって表される重み値は、画像センサの特性評価段階中に導出され、経時的に変化することはない。
【数28】
ベクトルによって表される重み値は、画像センサの特性評価段階中に導出され、経時的に変化することはない。
【0075】
特に、センサ１の予備較正段階中、応答性行列
は、バイアス電圧ＶＢの変化に伴う光応答の実験室分析によって得られる。次いで、バンドパス型の合成応答性セット
を得るために、重みのベクトル
が最小二乗フィット手順によって決定される。ベクトル
は、制御ユニット４内に格納され、センサ１に衝突する光放射のスペクトル組成に関する情報を取得するために使用される。
【数29】
は、バイアス電圧ＶＢの変化に伴う光応答の実験室分析によって得られる。次いで、バンドパス型の合成応答性セット
【数30】
を得るために、重みのベクトル
【数31】
が最小二乗フィット手順によって決定される。ベクトル
【数32】
は、制御ユニット４内に格納され、センサ１に衝突する光放射のスペクトル組成に関する情報を取得するために使用される。
【0076】
式（３）によるスペクトル情報の外挿に使用される数学的手法は、和および乗算の演算の使用を含む。
【0077】
上記を要約すると、センサ装置２０は、それに印加されるバイアス電圧ＶＢを連続的に変化させることによってスペクトル応答を測定するように設計された較正手順を受ける。この較正手順の結果は、後続の段階で使用するために分析および制御デバイス４に格納されるスペクトル応答性行列
および重みのベクトル
の定義に使用される。
【数33】
および重みのベクトル
【数34】
の定義に使用される。
【0078】
センサ装置２０の動作では、センサ装置２０は、パワースペクトルを再構成する必要がある放射線で照明され、バイアス電圧ＶＢは較正ステップで発生したのと同様に連続的に変化する。取得された光電流信号（すなわち、光電流ベクトル
）は、さらなる処理のために分析および制御デバイス４に転送される。
【数35】
）は、さらなる処理のために分析および制御デバイス４に転送される。
【0079】
光電流信号は、較正によって得られた重みのベクトル
を用いて分析および制御デバイス４によって処理される。処理の結果、すなわち波長の関数としてのスペクトル密度
は、測定された光放射線のパワースペクトルを表す。
【数36】
を用いて分析および制御デバイス４によって処理される。処理の結果、すなわち波長の関数としてのスペクトル密度
【数37】
は、測定された光放射線のパワースペクトルを表す。
【0080】
システム１００の第２の実施形態によれば、システムは、ハイパースペクトルイメージングシステム、すなわち、ハイパースペクトルイメージングシステムＩＰＳＴ－ＩＭとして動作するように構成され得る。この場合、センサ装置２０は、上述のセンサと同様に、行列に従って編成された複数のセンサデバイス１を含む。例えば、センサ装置２０は、取得されるハイパースペクトル画像の画素にそれぞれ対応する数百万個のセンサ１を含むことができる。
【0081】
この場合、電子制御および処理モジュール５０は、各センサ１（画素に対応する）によって提供される光電流Ｉｐｈを受信し、それらを上述したものと同様に処理してハイパースペクトル画像を取得するように構成され、各画素についてシーンの画像スペクトルが提供される。
【0082】
なお、センサ１の構造に関して、他の形態の実現も可能であり、そのいくつかを以下に説明する。
【0083】
センサ１の代替実施形態（図示せず）によれば、構築プロセスを簡略化するために、第１のシリコンダイオードＰＤ１は、ｎ－型領域が１０１５ｃｍ－３～１０１６ｃｍ－３のドーパント密度を有するｐ－ｎ－ｎダイオードによって形成される。より高いドーパントは、センサの全体的な効率を低減させ、一方、よい低いドーパントは、許容可能な性能を提供するが、技術的に実装がより複雑である。
【0084】
別の代替実施形態（同様に図示せず）によれば、印加電圧による応答性変調能力を高めるために、ゲルマニウムのｎ層（例えば、図１の第２のドープ層８）を、減少するゲルマニウム割合およびｎ型ドーピングを有するＳｉｘＧｅ１－ｘゲルマニウム－シリコン合金によって形成された層で置き換えることが企図される。
【0085】
いくつかの可能な半導体材料の使用に加えて、センサ１は、いくつかの可能な構造を提示するように製造することができる。以下では、センサ１の可能な代替構造について説明する。
【0086】
図４は、同様にシリコンおよびゲルマニウムに関する、例として説明したセンサ１の第２の実施形態を示す。
【0087】
図４の例によれば、基板５内で、第１のダイオードＰＤ１は、第１の層２１（シリコン、ｐ型）によって形成され、その上に、第２の層２２（シリコン、ｎ型）が配置され、真性シリコン層は存在しない。図４のセンサ１の第２のダイオードＰＤ２は、同じ第１の層２２（共通カソード）と、ｐ型半導体として振る舞う第３の層２３（ゲルマニウム内、真性）（第２のＰＤ２ダイオードのアノード）とからなる。図４のセンサ１の構造は、特にコンパクトである。
【0088】
図５は、シリコンおよびゲルマニウムの使用に関する、例示的な限定ではない、コンパクトなタイプの第３の実現形態を示す。第１のダイオードＰＤ１は、第１のシリコン層２４（ｐ型）と第２のシリコン層２５（ｎ型）とによって形成され、真性シリコン層は存在しない。図５の第２のダイオードＰＤ２は、第１のゲルマニウム層２６（ｎ型）と、ｐ型半導体として動作するゲルマニウムで作製された真性層２７とからなる。
【0089】
図６は、例としてゲルマニウムおよびシリコンに関して説明されているが、使用され得る可能な代替材料に関して上述したのと同じ考察が適用され得るセンサ１の第４の実現形態を示す。
【0090】
この実施形態によれば、センサ１は、例えばｐ型ドーピングを有する第１の半導体材料（図示の例では、シリコン）内に相対基板５を備え、これは、第１の面３０および対向する第２の面３２を画定する。第１の面３０は、ＥＭＲ放射線が貫通する露出領域１２を構成する。図６のセンサ１の基板５はｎ型であってもよいことに留意されたい。
【0091】
第１のドープ領域３１（ｎ－Ｓｉ）は、基板５内に、基板と同じ材料であるが、基板５のドーピングとは反対のドーピング、すなわち、例によれば、ｎ型ドーピングで形成される。第１のドープ領域３１は、基板５の第２の面３２から、基板自体の内部に向かって延び、第１の面３０には到達しない。
【0092】
上記第１のドープ領域３１は、第１のダイオードＰＤ１および第２のダイオードＰＤ２に対する共通電極（例によれば、カソード）として動作するように意図されていることに留意されたい。
【0093】
第２のドープ領域３３は、基板５内に形成され、例によれば、基板３０と同じ型であるがより高いドーピング、すなわちｐ＋型ドーピングを有する。第２のドープ領域３３は、第２の面３２から基板５の内側に延び、第１の面３０には到達せず、第１のドープ領域３１の深さよりも浅い深さである。例えば、第２のドープ領域３３は、第１のドープ領域３１を横方向にリング状に取り囲むように基板５内に延びる。
【0094】
第２のドープ領域３３は、第１のダイオードＰＤ１のための追加の電極（この例では、アノードとして）として作用するように意図されていることに留意されたい。
【0095】
さらに、第４の実施形態によるセンサ１は、基板５の第２の面３２上に配置され、第１のドープ領域３１と接触するように配置された第２の半導体材料（例によれば、ゲルマニウムで作製されている）で作製された層３４を含む。上記ゲルマニウム層３４は、例えば、真性ゲルマニウムである。ゲルマニウム層３４および第２の面３２に対向する第３の面３５を画定するものなど。
【0096】
真性ゲルマニウム層３４は、結果として、第１のドープ領域３１の一部（特に、その中央部分）に面し、第１のドープ領域３１を完全に覆うことはない。
【0097】
なお、例によれば、ゲルマニウム層３４は、第２のダイオードＰＤ２の真性層として動作するように意図されている。
【0098】
真性ゲルマニウム層３４の第３の面３５の上には、例によれば、高ｐ型ドーピング（すなわち、ｐ＋ドーピング）を有するドープ層３６（ゲルマニウム内）が配置されている。ドープ層３６は、第２のＰＤ２ダイオードのアノードとして作用するように意図されている。
【0099】
図６の例によれば、センサ１は、第１のオーミックコンタクトＢＣを形成するために第２のドープ領域３３（すなわち、第１のＰＤ１ダイオードのアノード）の上方に配置された第１の金属層３７を有する。
【0100】
さらに、センサ１は、ドープ層３６に電気的に接続された（第２のオーミックコンタクトＴＣを形成する）第２の金属層３８を含む。
【0101】
第２のオーミックコンタクトＴＣとドープ層３６（すなわち、第２のダイオードＰＤ２のアノード）との間の接続は、第１の高ドープウェル３９（すなわち、高導電性ウェル）および第２の高ドープウェル４０によって行われる。
【0102】
第１の高ドープウェル３９は、第２の面３２から第１のドープ領域３１（ｎ型）内に内側に延び、例によれば、ｐ＋ドーピングを有する。第２のオーミックコンタクトＴＣは、高ドーピングウェル３９の一部と接触して、第２の面３２上に配置される。
【0103】
第２の高ドープウェル４０は、ゲルマニウム層３４内で、ドープ層３６（これと接触している）から、第２の面３２の第１の高ドープウェル３９まで延びる。この例によれば、第２の高ドープウェル４０は、ｐ＋ドープゲルマニウム内にある。
【0104】
要約すると、第１のダイオードＰＤ１は、第１のドープ領域３１、基板５の一部、および第２のドープ領域３３を含む。第２のダイオードＰＤ２は、第１のドープ領域３１、真性ゲルマニウム層３４、ドープ層３６、第１および第２の高ドープウェル３９および４０を含む。
【0105】
第１のドープ領域３１、第２のドープ領域３３、第１の高ドープウェル３９および第２の高ドープウェル４０は、注入技術によって、および／またはスピンオンドーパントによって、および／またはエピタキシ、スパッタリング、蒸着を含む堆積技術によって形成することができる。
【0106】
真性ゲルマニウム層３４は、エピタキシ、スパッタリング、蒸着、またはさらにはウェハボンディングとしての転写などの化学的および／または物理的堆積技術によって作製することができる。真性ゲルマニウム層３４は、完全にシリコン基板５の第１のドープ領域３１内にあり、したがって、選択的堆積（例えば、酸化物窓堆積（ｏｘｉｄｅ ｗｉｎｄｏｗ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））などの技術によって真性ゲルマニウム層３４を堆積することが可能であり、またはゲルマニウム層３４を基板５全体にわたって堆積し、次いで選択的除去技術（フォトリソグラフィ）によって層３４自体の幾何学的形状を画定することが可能である。
【0107】
図６の実施形態は、製造が複雑ではなく、さらに、センサの金属コンタクトを基板５の同じ側に提示し、そこで一体化され、したがって「平面」型をもたらすという利点を有する。
【0108】
スペクトル検出システム１００は、例えば、自動車部門（フォグ、ナイトビジョン、増大された視野）、マシンビジョン部門（インダストリー４．０、マシンビジョンの向上）またはプラスチックリサイクル部門で使用される。
【0109】
上述のシステム１００は、その様々な実施形態において、非常に有利である。
【0110】
特に、それはスペクトル応答の広い変調を可能にするので、公知の技術の場合のように複雑な光学的および機械的構造に頼ることなく、スペクトル再構成の効果的なアルゴリズムの実現を可能にするなど、多数の異なるスペクトル応答を有することを可能にし、優れた性能を得ることを可能にする。実際に、構造的単純化は、より大きな堅牢性ならびにより大きなコンパクト性をもたらす。
【0111】
さらに、電子モジュールを同じシリコン基板に一体化する可能性は、システム１００の構造的複雑さおよび関連コストをさらに低減する。
【符号の説明】
【0112】
－スペクトル検出システム１００
－電磁放射線センサ装置２０
－電子制御および処理モジュール５０
－センサ１
－出力ＯＵ
－読み取りモジュール２
－調整モジュール３
－分析および制御デバイス４
－第１のフォトダイオードＰＤ１
－第２のフォトダイオードＰＤ２
－光電流Ｉｐｈ
－基板５
－第１のドープ層６
－第１の真性層７
－第２のドープ層８
－エピタキシャル層９
－第２の真性層１０
－第３のドープ層１１
－第１のＢＣオーミックコンタクト
－第２のオーミックコンタクトＴＣ
－露出領域１２
－バイアス電圧ＶＢ
－電圧信号Ｖｐｈ
－デジタル電圧値Ｖｂｉ
－第１の層２１
－第２の層２２
－第３の層２３
－第１の層シリコン２４
－第２の層シリコン２５
－第１のゲルマニウム層２６
－真性層２７
－第１の面３０
－第１のドープ領域３１
－第２の面３２
－第２のドープ領域３３
－第２の半導体材料内の層３４
－第３の面３５
－ドープ層３６
－第１の金属層３７
－第２の金属層３８
－第１の高ドーピングポケット３９
－第２の高ドーピングパウチ４０
－電磁放射線センサ装置２０
－電子制御および処理モジュール５０
－センサ１
－出力ＯＵ
－読み取りモジュール２
－調整モジュール３
－分析および制御デバイス４
－第１のフォトダイオードＰＤ１
－第２のフォトダイオードＰＤ２
－光電流Ｉｐｈ
－基板５
－第１のドープ層６
－第１の真性層７
－第２のドープ層８
－エピタキシャル層９
－第２の真性層１０
－第３のドープ層１１
－第１のＢＣオーミックコンタクト
－第２のオーミックコンタクトＴＣ
－露出領域１２
－バイアス電圧ＶＢ
－電圧信号Ｖｐｈ
－デジタル電圧値Ｖｂｉ
－第１の層２１
－第２の層２２
－第３の層２３
－第１の層シリコン２４
－第２の層シリコン２５
－第１のゲルマニウム層２６
－真性層２７
－第１の面３０
－第１のドープ領域３１
－第２の面３２
－第２のドープ領域３３
－第２の半導体材料内の層３４
－第３の面３５
－ドープ層３６
－第１の金属層３７
－第２の金属層３８
－第１の高ドーピングポケット３９
－第２の高ドーピングパウチ４０
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】