датчик
Классы МПК: | H01L31/00 Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, специально предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов G01N27/27 соединение двух или более измерительных систем или ячеек, измеряющих различные параметры, причем результат измерения может быть использован независимо; системы или ячейки, физически объединенные между собой или комбинируемые для получения значения следующего параметра |
Автор(ы): | Ковалевская Галина Григорьевна[RU], Мередов Меред Мелеевич[TM], Руссу Емил Васильевич[MD], Слободчиков Семен Вавилович[RU] |
Патентообладатель(и): | Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1991-11-06 публикация патента:
20.05.1995 |
Формула изобретения
ДАТЧИК, содержащий последовательно расположенные полупроводниковую подложку, барьерный слой и слой каталитически активного металла, отличающийся тем, что он дополнительно содержит слой, выполненный из JnGaAs и расположенный между полупроводниковой подложкой и барьерным слоем, причем барьерный слой выполнен из материала, ширина запрещенной зоны которого не меньше ширины запрещенной зоны JnGaAs, а толщина не превышает величины диффузионной длины неосновных носителей заряда JnGaAs.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к полупроводниковой электронике, фотоэлектронике. В связи с решением проблем контроля газового состава среды в технологических процессах в промышленности, в том числе горнорудной и каменноугольной, экологии, технике безопасности в последние годы уделяется большое внимание разработке твердотельных датчиков газа. Значительное место среди них занимают разработчики датчиков на основе различных полупроводниковых диодных структур. С другой стороны, активно разрабатываются волоконно-оптические линии связи, в том числе и ИК-области спектра (1,3-1,6 мкм), причем за рубежом они уже получили практическое применение. В качестве фотодетектора в этих линиях используются различные диодные структуры на основе тройного полупроводникового соединения. Известны датчики-фотодиоды на основе InGaAs [1] Эти датчики представляют собой p-n-переходы, выращенные на подложке фосфида индия (InP). На слой InP электронного типа проводимости с концентрацией электронов n 1015-1016 см-3 методом жидкофазной эпитаксии наращивается слой n InGaAs толщиной 10 мкм, а затем слой дырочного типа проводимости p InGaAs толщиной 2 мкм. Эти датчики могут служить детекторами инфракрасного излучения в интервале 1,1-1,7 мкм, но не могут использоваться как датчики водорода и водородсодержащих газов. Известны датчики (фотодетекторы) на основе InGaAs [2] Эти структуры создавались на подложке n+-InP методом молекулярно-лучевой эпитаксии. На подложку наращивался слой n-InGaAs толщиной 1,5 мкм и концентрацией донорных примесей n 3.1015 см-3, затем следовал промежуточный слой p+-InGaAs толщиной от 15 до 300![датчик, патент № 2035806](/images/patents/438/2035806/2035806t.gif)
![датчик, патент № 2035806](/images/patents/438/2035806/2035806-2t.gif)
Задачей изобретения являются увеличение чувствительности датчика и расширение его функциональных возможностей для детектирования электромагнитного излучения в ближней ИК-области спектра. Поставленная задача достигается тем, что датчик, содержащий последовательно расположенные полупроводниковую подложку, барьерный слой и слой каталитически активного материала, введен слой, выполненный из InGaAs и расположенный между полупроводниковой подложкой и барьерным слоем, причем барьерный слой выполнен из материала, ширина запрещенной зоны которого не меньше ширины запрещенной зоны InGaAs, а толщина барьерного слоя не превышает величины диффузионной длины неосновных носителей заряда InGaAs. Введенный слой выполнен из тройного полупроводникового соединения InGaAs, которое благодаря своей малой ширине запрещенной зоны (0,75 эВ) обладает фоточувствительностью в ближней ИК-области спектра (0,5-1,7 мкм) и поднимает высоту барьера на границе с барьерным слоем, что увеличивает фотоЭДС, а следовательно, и чувствительность. Условие, что ширина запрещенной зоны барьерного слоя не меньше ширины запрещенной зоны InGaAs, обеспечивает поглощение света в полупроводнике IngaAs. Кроме того, повышается высота барьера и на границе с металлом, что расширяет чувствительность. Условие, что толщина барьерного слоя W не превышает величины диффузионной длины неосновных носителей заряда InGaAs (Ln, р), обеспечивает эффективное разделение созданных светом неравновесных фотоносителей. Невыполнение этого условия приводит к увеличению рекомбинации неравновесных электронно-дырочных пар в области объемного заряда полупроводника InGaAs и барьерном слое и снижению вероятности туннелирования неосновных носителей через барьерный слой. На фиг.1 изображена технологическая схема структуры, где 1 подложка n+= InP, 2 слой InGaAs, 3 слой SiO2, 4 слой палладия; на фиг.2 показаны вольт-амперные характеристики (ВАX) трехслойной структуры без дополнительного диэлектрика или полупроводника Pd= n=InGaAs=n+=InP (5,6) и с дополнительным слоем диэлектрика (7,8); на фиг.3 представлена спектральная характеристика фотоЭДС без газовой смеси с водородом (9) и в газовой смеси (10). Практическая реализация датчика на основе тройного полупроводникового соединения InGaAs была осуществлена следующим образом. На подложке n+= InP с концентрацией электронов n+=1018 см-3 методом жидкофазной эпитаксии создавался слой n= In0,53Ga0,47As с концентрацией электронов n 1016 см-3 и толщиной 2-3 мкм. Ширина запрещенной зоны этого состава ЕG0,75 эВ (Т 3000К), что соответствует граничной длине волны 1,6 мкм. Далее наносился слой диэлектрика SiO2 путем распыления в вакууме 10-5 мм рт. ст. его толщина
![датчик, патент № 2035806](/images/patents/438/2035029/8776.gif)
![датчик, патент № 2035806](/images/patents/438/2035806/2035806-3t.gif)
![датчик, патент № 2035806](/images/patents/438/2035806/2035806-4t.gif)
![датчик, патент № 2035806](/images/patents/438/2035005/945.gif)
![датчик, патент № 2035806](/images/patents/438/2035035/955.gif)
Класс H01L31/00 Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, специально предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов
Класс G01N27/27 соединение двух или более измерительных систем или ячеек, измеряющих различные параметры, причем результат измерения может быть использован независимо; системы или ячейки, физически объединенные между собой или комбинируемые для получения значения следующего параметра