датчик ик излучения
Классы МПК: | H01L31/0376 содержащие аморфные полупроводники |
Автор(ы): | Будагян Б.Г., Айвазов А.А., Шерченков А.А., Филатова И.В. |
Патентообладатель(и): | Московский государственный институт электронной техники (технический университет) |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-06-28 публикация патента:
27.06.1997 |
Использование: в качестве приемника излучения с избирательной чувствительностью в ИК-области при создании фоточувствительных устройств. Сущность изобретения: датчик содержит монокристаллическую кремниевую подложку p-типа проводимости с удельным сопротивлением более 20 Ом см, сформированный на ней слой из аморфного кремния n-типа проводимости толщиной от 1,6 до 2,0 мкм и омические контакты к ним. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Датчик ИК излучения, содержащий монокристаллическую кремниевую подложку, сформированный на ней фоточувствительный слой, включающий слой из кремния n-типа проводимости, и омические контакты к ним, отличающийся тем, что подложка выполнена из монокристаллического кремния р-типа проводимости с удельным сопротивлением более 20 Ом![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083004/183.gif)
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к оптоэлектронике и может найти применение в качестве приемника излучения с избирательной чувствительностью в ИК-области при создании фоточувствительных устройств. Полупроводниковые фотоприемники находят широкое применение в различных областях человеческой деятельности. Среди всего сектора полупроводниковых материалов, использующихся в качестве фотоэлектрических преобразователей, значительный интерес представляет кремний, как наиболее распространенный в микроэлектронике материал. Кроме того, использование кремния привлекает возможностью создания в одном кристалле чувствительного элемента и вторичного преобразователя. В настоящее время известны высокочувствительные полупроводниковые ИК-детекторы на основе многокомпонентных сплавов типа HgCdTe, InGaAs, AIIIBV и др. работающие в ближнем (1-5 мкм) и среднем (5-30 мкм) ИК-диапазонах [1] Однако при работе таких детекторов требуется их охлаждение, используемые материалы и технология получения очень дороги и не совместимы со стандартной кремниевой технологией, применяемой в микроэлектронике. Известный также более простые в технологическом отношении фотоприемники на основе диодов Шоттки. Однако при их изготовлении также используются дорогостоящие материалы, например, Pt [2] и они обладают недостаточной чувствительностью в ИК-области. Известны публикации о возможности создания фотоприемников с использованием pin-структур на основе a-Si:H [3] Однако температурный диапазон работы таких фотоприемников 50-250 К, что связано с известными трудностями при их применении, кроме того, отсутствует селективность их фоточувствительности. Наиболее близкими по технической сущности приемниками ИК-излучения являются структуры, изготовленные последовательным осаждением слоя низколегированного Si p-типа проводимости на подложку из Si n-типа проводимости и высоколегированного Si n-типа проводимости на слой Si p-типа проводимости, таким образом формируется вертикальная npn-структура [4]При поглощении ИК-излучения в спектральном диапазоне 1-12 мкм в верхнем слое сильнолегированного n-Si возбужденные электроны переходят над потенциальным барьером через слой p-Si и n-Si подложку. Высота барьера регулируется распределением примесей в процессе изготовления и смещением. Однако, как сообщается, чувствительность таким структур невысока, отсутствует ее избирательность в узком спектральном диапазоне, кроме того из-за высокого темнового тока для работы требуется охлаждение в диапазоне 50-77 К. Задачей изобретения является создание датчика с избирательной и высокой фоточувствительностью в ближней ИК-области спектра, совместимого со стандартной кремниевой технологией, применяемой в микроэлектронике, не требующего охлаждения при своей работе. Поставленная задача решается за счет того, что в датчике, включающем подложку из монокристаллического кремния, сформированный на ней фоточувствительный слой и омические контакты к ним, в качестве подложек используется монокристаллический Si p-типа проводимости с удельным сопротивлением более 20 Ом см, а фоточувствительный слой сформировали из аморфного Si n-типа проводимости толщиной от 1,6 до 2,0 мкм. Для работы предлагаемого датчика не требуется охлаждение, дорогостоящих материалов, технология его изготовления проста и совместима со стандартной технологией изготовления ИС, что позволяет практически реализовать идею интеграции в одном кристалле чувствительного элемента и устройств обработки сигнала. Предлагаемый датчик на основе структуры аморфный Si(n-тип)/монокристаллический Si(p-тип) представлен на фиг. 1, где 1 - подложка из монокристаллического Si p-типа проводимости; 2 слой аморфного Si n-типа проводимости; 3 омические контакты. Полученный датчик обладает избирательной фоточувствительностью при длинах волн более 1000 нм с максимумом при 1080 нм. На фиг. 2 представлена спектральная зависимость относительной фоточувствительности при напряжении смещения Vb 19 B для структур аморфный Si(n-тип)/монокристаллический Si(p-тип). Измерения фоточувствительности структуры в зависимости от толщины d пленок a-Si показали, что увеличение d от 1,6 до 2,0 мкм приводит к ее значительному уменьшению. К аналогичному результату приводит также уменьшение удельного сопротивления подложек. Таким образом, приемлемая избирательная фоточувствительность структуры аморфный Si(n-тип)/монокристаллический Si(p-тип) с максимумом при
![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083005/955.gif)
![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083005/956.gif)
![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083005/955.gif)
![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083030/8811.gif)
![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083005/956.gif)
![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083005/956.gif)
![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083005/956.gif)
![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083005/955.gif)
![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083030/8811.gif)
![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083005/956.gif)
![датчик ик излучения, патент № 2083030](/images/patents/389/2083005/955.gif)
Спектральная зависимость фоточувствительности полученных структур аморфный Si(n-тип)/монокристаллический Si(p-тип) измерялась в диапазоне длин волн 0,5-1,2 мкм при комнатной температуре. Образцы освещались кварцевой галогенной лампой с интенсивностью освещения 1013 1015 см-2сек-1. В ходе эксперимента стабильность источника освещения постоянно контролировалась. Измерения фоточувствительности проводились в диапазоне напряжений 0-20 В с использованием стабилизированного источника питания. Пример 1. Для изготовления фоточувствительного датчика с избирательной фоточувствительностью в ближней ИК-области спектра использовали подложку из монокристаллического Si(p-тип) проводимости с удельным сопротивлением 20 Ом см. На нее осаждали пленку аморфного Si(n-тип) проводимости методом ВЧ магнетронного распыления мишени, изготовленной из монокристаллического кремния n-типа проводимости в следующем режиме:
Ток ВЧ генератора 0,5 0,8 А
Рабочий газ Ar
Давление рабочего газа 0,10 0,20 Па
Мощность ВЧ разряда 500 Вт
Для откачки камеры использовался парамасляный диффузионный насос. После достижения давления 1,33 10-3 Па в рабочую камеру напускался рабочий газ Ar до давления 2,66 5,32 10-1 Па. Перед процессом осаждения пленок осуществлялся нагрев подложек, после чего нагреватель отключался непосредственно перед загоранием плазмы. Пленка аморфного Si(n-тип) проводимости толщиной 1,6 мкм осаждалась на подложку через маску размером 4x5 мм. После осаждения структура подвергалась отжигу. Далее на полученную структуру осаждались через маску алюминиевые контакты размером 2х5 мм. Толщина напыленного слоя Al составляла 0,6 мкм. Таким образом, предложенный датчик ИК-излучения обладает избирательной фоточувствительностью в ближней ИК-области спектра с максимумом 102 на длине волны 1,08 mм, совместим со стандартной кремниевой технологией, применяемой в микроэлектронике, и не требует охлаждения при своей работе.