Фотопроводящий материал
Изобретение относится к полупроводниковом материалам на основе аморфного гидрированного кремния, который может быть использован, например, для изготовления фотоприемников и позволяет увеличить фоточувствительность. Фотопрсводящий материал содержит 99,75-99,85 мае./Т аморфного гидрирогванчого л 0С15-0,5 мас.% диспрозия. 1 табл.
СОЮЗ СС}ВЕТСНИХ
СОЦМЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„,,Щ„,, } 700046
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и АВТОРСКОМУ СвйДБТЕПВЖТВУ
ГОСУДАРО ГВЕ!.}ККИ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕЛ ИИЯМ И СПИРЬП ИЯМ
ПРИ П4НТ CCP (21 ) с . ?83280/26 (2?) 22„0!„90 (46) 23.12,91., Бюл, Р 47 (71) Физико-.".ехнический институт им. А.Ф.ИОффе (72) И. 11.":1ездрсгина, В.А.Васильев, F.. Иа TBpy}cn}} и 7f,. АТЯ РВ (53) 621 . 315. 59? (088. 8) (56) Регель А,F и др, Примесные сост ОЯ ниЯ Ди. }P 03HH 1} ЯмОРфн Ом гиДР} Р О ванном кремнии. — вТП, 1989:, т,23, вып. 9) с. 1"г52--1535.
Из О бр ет =;}не относится к пс}тч}трОБОДпиковым матери лам на основе амарфнсГО ГИДРИРОВаННС,-О КРЕМНИЯ (а--Бт: Н } с, который может ()b".Tü использован, наприМЕР Дсвз ПЗГОТОВЛЕНИЯ фОтОПРИЕМНИКСВ.
0снсвнь-}и параметрами. Определяющими при} Од} Ость мятевияла пля ссздяния на его основе фстспри«мнсксв дл» ультрая}ислетовс}1 ":асти спектра,, является зна-}ение фоточувствитсльнссти в заданной осл, сТН спектра, УкяHBHHbl}1 параметр материала зависит I}p BRIT e всего ст Величи.}ы плотности локализо— ванных сОстОЯний на TIoBBpxHGcTи и Обьеме в щели подвижности.
Наиболее . перспективным и Важным для регистрядии ультрафиоле.свого (} Ф) из}гуч ения яв1}я ется ди 1пЯз Он Волн
0,35--0,2 мкм.
0пределяющей Особенностью фотопроводящего матсрияла, пр}В еняемого В
УФ oG inc т и H- «Jp с. е т .сс, ЯВTp Рт, гРне
pBlIHH носит Рпей Б припОверхнсстном слое что связано с большими значения—
МИ }ссэффИДИЕНта 110ГЛОЩЕНИЯ В ДЯННОй д-} 0 09 К 9/00; Н О1 )j, 31/0264
-)(141 ФОТ0НР0Б0Л}}!!!(й 11А 1 )ГИАЛ (5 ) fB06pB. -H. }B От носится K пслупрсВсд}}}1ксвь}м материалам на Основе амОрфНО} О - ИДРИРОВЯI}HGI с КРЕМН}}Я q КОТСРЫИ может быть испо.}ьзсван„. Например, для изготовления фотоприемников и позВсляет Величит = фстсчувстБите}}ьнссть
Фотопр О зсдящий м.-"теризл содержит
99 75-9С} 85 ..-}сзс. Л амсрфногс гидрирс ва. ..ОПO кре}с ия и О, 15-0 ?5 мяс, 7 дис..: —:.p0 B .ë . f т Яб;1, области спектр=. 1!CJëIåBäcтвие этого фотоприемники . Ф изл,=}е .Ня выполняются
Hd. ПсверХНОСТНO — барь pHb}K CTpJ KTVpBK.
lIp}l изгстоьле ии последних основной прсблемсй яь.}ьяе 05: с} е .лечение в матЕРИЯЛC Мадой ВЕЛИ сИНЫ ПЛОтНОСтИ ЛОкализсВянных сост})я ний ня Грани} å раз дРла полуп}}овсдниксвый материал MB Гс .Л- .}}ЧЕ! КИ ." Кс} "} с}. л
Извcст. н фото}:роводящий материал ня основе яморфнсгс гидрированногс кремн:}я. "3TOT м.-=териал, получаемь}й метс .О}} зь}< ок тчаc1 стного разложения силяноссдержа}.-}х г;-зсвь}х см"-сей, Облядяе Г фстсч 1ВСТБительнОстью днс, ЯЗОН О, Ч5 } 05 МКЬ}, раВНОй
10 " --! 0 с А/Бт. Ир}1 ЭТОМ КВаНтОВая фф «т - HHOст — (.j .b" сз i. ине волны А=
=0 55 мкм рВВня 0.5. Даннь}ь} параметрам материя. а соответствует величина
ПЛОТНОС 1 И }со}СЯЛНЗ OB ЯННЫХ С 0CT05lHHH В цели пс..цз}унс,- -,-1 рав-;ая (3-5} х
I Pie „, <
Непостатксм даннсгс материала является невозможность использования
170004б
«го н УФ-ОГ>т!асти спектра (диины Волн менее (т,<т мкм), Наибо (е близким к 1(pедлагаемому
ПО ТСХИИ-т< CHné СУЩНОСтп И ДОСтИГаЕМОму рp!3ультату я«ляется фотопроводящий материн !1 JIJ я У<1>-Области гпектра со7 дер;<Ящий Ямор<Ьиьпl гидрHpо«апиый кремний и диспрозий. Цяиный материал по-!
1т чяp . ) Iй MeTO,"(oì В(1< -ОкОчястотнОГО ряc Q
tQ
Г1ы 1(-"-Iия;-!Она 1" ч !<Ои (ишепи В ГЯЗ ОНОЙ
<(мес:, годержящей силан, Водород, ярпои, и (еет гл(..ду!ощи» параметры". <Ьото>t» «СТ(31(ТЕП(,ИО(-Г(, «Об;(ЯС Гтl О.?О> (><> мкм l(ири д. и и» «(>J>H(:»I >((=0t 3 мкм 15
1 ран«o ; l 0 -Л/11! . Квантовая э(Ь<Ьектив-!
?ссгь i(p(; длине::n ты <(— 0,,3 1-0 5, lTО СООТВЕТСТВУЕТ 11>П)тИОСти >(<и(аЛИЗОи . Hí! l)l СО". To! HI!I"(,1-3) ° I 0 э11 cè, (Осто>п(ст «Ом (з и естио го материала 2Q
ЯВ J!>i ЕТСЯ 1!nи «JI(? НИЕ !»>ОТО -. Уl?C(ÂÈÒ (ËЬ— н(>сти «УФ-области спектра, т. е. при длине «Олиы менее 0,4 мкм. !
1ед<>сгатком материала является малое значение фоточу ?cтнительностп В 25 укя «яиком си ектрал(и<ом дияпяэ Оне. тт(ЕЛЬ)О ИэобрстЕИИя я«ЛЛЕТСя УВЕЛИ-! еи (е фо О (ут?ст))((тель!? Ости мат ериапа.
Для (ncT..: (>:т!я;(г>< тянл =HHnl(цели
«1»)«(тиo«(-(ят ария)(е, соде",!жащем 30
;:: I:)(!.1:iH (>Й г!.(((;>((рован!.ый(кремний и ди(Г11> О 3. 1!1 > укя ?я>1 lты(? к От !!(Ои енты няхО дятси «сл(у!оп(ем с ооти<:шении, мяс. %: а-Б).; Нт. 99,75-99,85
1>у 0,15-0,25 35
Устяион!!<.ио что D(t г.пособствует
УМ = I I !:П Е т ГИ! О Il Jt I O т И О (. Т: f ))10 1; а» ЛИ 3 0 В Я НИ 1Х
tt состояний нследст«ие .«ффекта геттер!(ров янин, умен ьшяюп(eго также
I(1ÎT! nCTI» ЛОКЯТ:1: ЗОВЯННЫХ COC Щ
tt
ТОянт(..1. НЯ ПОВЕрХИОСтИ .. 3<3)(1>ЕКТ ГЕттЕtt
pHpnI3ян11я состоит 13 траисформации не упорядочен!(Г>й (Tpукту!)ной(сетки а-Si. 11. Предполагается, :Tn происходит т)(-якцт(>! !"И(1 1: OTpl(1(ят(льнО эяря — 45 жси иl L l дефект 13 э (т l i. ">цейс ГВ ) ет с поло
;т<ител(,l!n ..;((рпжениь!((дефектом (П +П вЂ” ) — ) П ), 1?слеI(OТГ>)!е ч.*гn Образуется и;гтрал!»НО эяряжеииьп(дефект. Кроь(е тОI":>. «последv!)l !е: I, ия <.тации из го 5Q т oнле:итя (Ьотоирием!Н(ка может иметь место реакция типа: Б). (Г)Н)+1)» SiH+
+7 . О, Однако ука \ èltnе I(ei:ствие э<Ьфекта "геттериро(та(и(я" иаб)тпоца(?тгя лишь
П )11 СтрОГО т Ирт д«ЛЕННОМ СООТНОШЕНИИ
»
КОМПОИЕИТ Ит. ! .>)«ЕЛЕi!1!t 1)tt т? КО>(l .×((ITI?Е >(Е(?Ь(т(ЕМ
0 1 ма,, ... и тт!!>ft iT K ги и(.в(«и(по (3)оточу«с v!ттт Г«. !ьи< (.. ri< !» У >-спектре
ВСЛЕДСТВИЕ HeJ(OCTaTnrI!3<)I? HO«I(еНТРации Т)у для реализации при«еденных реакций. Одновременно недостаточная
I концентрация Dy приводит к образованию дополнительных центров безиэлучательной рекомбинации, способгт«ующих уменьшению фоточунстнительности.
Введение П более 0,25% также приводит к уменьшению фоточувствитель— ности «следстние избыточиои концентрации комплексов (ПУБ). Dy (Б).) (Л, что способ>стнует появлени(о напряжений
v неупорядоченной структурной сетке а-Hi:Н. >lаниьк- напряжения являются при-!иной появления дополнительных состоя!и!й ня поверхности, чем и объЯСИЯЕтСЯ УМЕНЬ(
Известно также, что ВнеДЕИИЕ Н НЕупорядоченну(о структурную сетку я-Si: Н может при«одить к уменьш()нillo плО ГКОс—
Ги локялизонанш|х состояи(п(, а следо1?ательио, к увеличен(по фоточувстнительности. Однако н данной работе использовалась концентрация 0,1 мас.%.
11ожно л(пт!ь предположить, что увеличение концентрации Dy более О, 1% приведет к уменьшению фоточунствительности за счет увеличения концентрации глубоких" центров, служащих центрами рекомбинации.
Бнет(ение Dy н указанном диапазоне концентраций приводит к меньшению плотHocTH состояний на поверхности вследствие эффекта "геттерирования ., lo настоящего времени 1)ce известные фотопроводящие материалы имели резкое уме!?ь!пение фоточунствительиости v
У<1)-облагти спектра, т. е. при длине нолны <7(66 0,4 мкм. Предлагасмьпй материал имеет резкое возрастание фоточувствительности в области длин волн
0,35-0,2 мкм.
Таким образом, появилось упорядочение гтруктуры повеРхности материала благодаря уменьшению концентрации
1 оборванных связей ня поверхности, которое привело к увеличению (ЬОТОчувствительности В У<Ь-области спектра, 5
1700045
Пример. Известным сттособом
ВЫСОКОЧЯСТОтНОГО РаСПЫЛЕНИЯ ПОЛУЧаЮт
1 пленки я-Ri Н, легированные !)у с различной концентрацией компонентов.
Каттдый состав синтезируют отдельно.
В качестве установки для получения материала используют установку УВН
3.279.026, в качестве высокочастотного генератора — ВЧД 2?,5/13:56. Применяют диодную систему распыления (расстояние между электродами 65 мм).
Исходным гязом для распыления является смесь аргона с водородом марки ОС и моносилан, Используют мозаичную ми- 15 юень, представлятотт(ую собой монокристаллический кремний с прикрепленным к ней в виде пластин диспрозием марки
99,99 ". чистоты.
Стеклянные подложки размером 12,5х 20 х12,5 мм перед напылением обрабатывя— ют по стандартной методике (отмывка в мыльном растворе, ультразвуковая очистка, кипячение в растворе NH@OH с Н<0т в дистиллированной воде в течение 45 мин), Вакуумную камеру перед ка щьтм напылением прогревяют до 80 0 н течение ? ч, Откачивают диАфузионньтьт насосом с азотной ловутпкой до. ? т(10 мм рт.ст. 30
Лодложки крепят на заземленноч печке, температуру их контролируют хромель-алюминиевой T-åpi:îIIàðoFI, прикрепленной к тыльной поверхности подложки.
Каждую пленку напыляют при постоянной 3 температуре подложки из известного интервала температур (360-380 (;).
В конкретном примере температура подложки 380ОС. Состав газовой смеси, об. Х; аргон 30; моносилян 42; водород 28. Скорость прокачки газовой смеси 2 3 л/ч, давление смеси (2-3)> ((10 мм рт.ст. Напряжение на высокочастотном электроде, измеренное статическим вольтметром, составляет 980 В, 45 о скорость напыления 4 А/с. Концентрация By=0,2 мяс. X.
Лроизводят напыление и других материалов в полном соответствии с приведенным примером. Rce перечисленные пя-5g раметры Остаются неизменными, меняют только соотношение компонентов. Данные по величинам фоточувствительности при яраметпов в проттессе
В .-Олуч енн Ом мат ериале
"-ффект старения после под воздействием атмо,— электри .-еских эксплуатации, не наблюдался год хранения сферы.
Формула из о бр ет ения
Фотопроводя(1(итт материал для ультрафиолетовой облл сти спектра, содержащтьй аморфный гттдрттрованньтй кремний и диспрозтпт, О т л и ч а ю и, и"й с я тем, что, с целью увеличения фотоЧУВСТВИТЕт-;ЬНОСтИ, УКаэаНПЫЕ КОМПОненты содержатся в следуют(ем соатношеч.
Атторфньтй гидрир овянный кр емнтт 99,75-99,85
Диспрозий О, 15-0,25 гелены в тябттице, Rce измерения проводят по стандартной методике.
Образцы Облучлют спектральным диапазоном ртутной лямттьi высокого давления типа ПРК-2, Спектральные линии вьделяют с помо((т,ю монохроматора !ДР-3 в интервале энергии фотонов ?,?75, 15 эВ, нл Fibiõоде фототок измеряют универся;тьным т;ифровым электрометром
В7-30.
Таким образом, исходя из результатов, приведенных в таблице, видно, что предлагаемьiF(пленочный материал по сравнению с известным действительно имеет более высокую фоточувствителт ность примертто ня 0,5 порядка.
Княнтовая эффективттость предлагаемого материала при )i =-0,3 равна 0,6. Это дает осттовантте утверщять, что пред— лягяемьтй материал, обладая Bbicîêo÷ фоточувствительностью в УФ-диапазоне, может быть использован для создания приборов. Гледует также добавить, что приборы,. ;3готовленные на данном мятерилле, сделаны ня Основе структур с барьером . :!Оттки, я не р — i — пструктур, что и:тзволяет избежать IpHменения тлких HficîêàòîêcFI÷íbiõ га:-ов как ф ссаНН и дт;борян, т. е. технология изготовления I a K. х приборов становится экологически :истой.
: ЗОМЕ ТОГО :(ÑCTPFIÍC ГВОМ ДЯННОГО мятерналЯ Являет я стЯбтгльность (бото
1700046
Концентрация, мас,7.
+Ôoòî÷óâñòBèòåëüíoñòü пленок à-Sl. Н, легированных Пу при ф =0,3 мк, при этом параметры процесса постоянны (U=980 В, давление смеси 4 10 мм рт.ст., температура -z подложки 380 С). Редактор С. Пекарь Заказ 4443 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 0,12 0,15 0,20 0,23 0,25 0,28 3 .10 6 10 8.10 6 ° 10 5 10 3 10 Гоставитель Н.Ярмолюк Техред Л.Сердюкова Корректор A.06P aP
