Поверхностно-барьерный фотоприемник

 

Использование: изобретение относится к полупроводниковой электронике, а именно к структурам для производства приемников ИК-диапазона. Сущность: в структуре приемника ИК-излучения между подложкой и слоем рутила проводимости дополнительно введен слой р+-типа проводимости толщиной 0,1-1 мкм. 1 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I I) (я)5 Н 01 L 31/108

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ. К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4899008/25 (22) 08.01. 91 (46) 23.04.93, Бюл. М 15 (71) Физико-технический институт им. А,Ф.Иоффе и Физико-технический институт АН ТССР (72) Ю.А. Гольдберг, Д. Мелебаев и С.Тилевов (56) Авторское свидетельство СССР

М 1356915, кл. Н 01 1 31/06, 1986, Авторское свидетельство СССР

М 1634065, кл. Н 011 31/06, 1988.

Изобретение относится к фотоэлектрическим полупроводниковым приборам с поверхностным барьером, а более конкретно — к полупроводниковым фотоприемникам и может использоваться при конструировании фотоприемников ультрафиолетового излучения (УФ).

Цель изобретения — повышение пороговой чувствительности фотоприемника при освещении его ультрафиолетовым светом..

Для достижения указанной цели в известном поверхностно-барьерном фотоприемнике, содержащем полупроводниковую пластинку и расположенные на ней слои диэлектрика толщиной 3 — 5 нм и полупрозрачного металла, согласно формуле изобретения, в пластинке выполнена выемка, упомянутые слои диэлектрика и металла размещены на дне выемки, и боковая поверхность выемки покрыта слоем туннельно-непрозрачного диэлектрика, а глубина выемки составляет не менее суммарной толщины слоев, размещен . ных на ее дне.

Сущность изобретения состоит в следу, ющем: в заявляемой конструкции в полу(54) ПО В EPXHOCTHO-БАР Ь Е РН Ы Й ФОТОПРИЕМНИК (57) Использование: изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к поверхностно-барьерным фотоприемникам. Сущность: в полупроводниковой пластине выполнена выемка, слои диэлектрика и полупрозрачного металла размещены на две выемки. Боковая поверхность выемки покрыта слоем туннельно-непрозрачного диэлектрика.

Суммарная толщина слоев, расположенных на дне выемки, не превышает ее глубины. 1 ил. проводнике выполнена выемка, а в прототипе она отсутствует. В данном предложении выемка выполняет функцию уменьшения концентрации электрического поля (краевой эффект) на краях слоя металла, туннельно-непрозрачный диэлектрический слой позволяет стабилизировать поверхность, увеличить сопротивление для протекания тока по поверхности структуры, т.е. уменьшить обратный ток утечки; глубина h выемки выбрана не менее суммарной толщины слоев туннельно-прозрачного диэлектрика (бд) и металла (d ), для того, чтобы слой металла не находился над поверхностью прибора и не был существенным краевой эффект. Туннельно-прозрачный слой диэлектрика под барьерным металлом обеспечивает высокую фоточувствительность за счет уменьшения перехода горячих электронов в металла из полупроводника.

На чертеже изображена конструкция поверхностно-барьерного приемника УФ-излучения, состоящего иэ полупроводниковой пластины с выемкой 1 и омического контакта

2; в выемке распбложены слой 3 диэлектрика

1810933 толщиной 3 — 5 нм, слой туннельно-непроз- проводилось в электролите, состоящем из рачного диэлектрика 4 и.слой металла 5, и 20 мл этиленгликоля, 10 мл 37,— го раствора выводы 6. Фотоприемник освещается ульт- винной кислоты и 2 мл NH4OH, Температура рафиолетовым излучением 7. комнатная. Положительный электрод приПрибор работает следующим образом: 5 соединялся к структуре, отрицательный к при освещении коротковолновым (ультра- платиновому электроду. Осаждение правофиолетовым)светомвполупроводникеимеет дилось при постоянном токе 0,5 mA/см, место внутренний фотоэффект и образуются Время окисления 5 мин. Толщина окисла . электронно-дырочные пары. Поскольку ши- на дне и боковых поверхностях выемки со рина запрещенной зоны диэлектрического 10 ставляла 50 нм. Затем боковая поверхслоя велика (не менее 5 эВ), он не препятст- ность выемки закрывалась лаком и вует попаданию света в полупроводник. незащищенным от лака оставалась только

Электронно-дырочные пары разделяются окисленная поверхность на дне выемки с электрическим полем контакта металл — по- размерами 3 х 3 мм . Этот окисный слой лупроводник, и в структуре возникает фото- "5 со дна выемки снимался травлением, После ток. Коротковолновое излучение имеет этого натравленной поверхностиполупровысокую энергию фотонов, оно поглощает- водника формировался туннельно-прося очень близко к границе металл-полупро- зрачный диэлектрический слой путем водник, а фотоэлектроны приобретают нагревания структуры на воздухе при тембольшую энергию, до 5 эВ. Иэ-за наличия 20 пературе 60 С в течение 20 мин. Его тонкого диэлектрического слоя (3 — 5 нм) ко- толщина определялась методом эллипсоличество горячих электронов, переходящих метрии и оставляла дд 3,5 нм. Ширина в металл, невелико, поэтому коротковолно- запрещенной зоны окисла была определевая (УФ) фоточувствительность достаточно на оптическими измерениями и составляла высокая, В то же время слой объемного за- 25 5 эВ, что соответствует ширине эапрещенрАда на краях барьерного контакта растянут ной зоны естественного окисла арсенида гапза счет выемки, что уменьшает влияние кра- лия. евого эффекта, приводя к значительному . Полупрозрачный барьерный контактсоснижению уровня темнового тока и повыше- здавался на поверхности туннельно-пронию пороговой чувствительности приемни- 30 зрачного диэлектрика (бд 3,5 нм) ка, т.к. она повышается при уменьшении химическим осаждением слоя золота при величины темнового обратного тока. комнатной температуре из водного раствоПример конкретного выполнения, По- ра НА и CI4(4 г/л)+ HF(100 мл/л). Толщина верхностно-барьерной приемник ультрафи- слоя золота составляла dp 14 нм. При этом олетового излучения выполнен на основе 35 суммарная толщина слоев туннельнополупроводниковой пластины, в качестве прозрачного диэлектрика и металла не которой выбрана структура, состоящая из более, чем глубина выемки (бд+ d„< h), эпитаксиального слоя постоянного состава В результате на краях барьерного контакGaAso,ePo.4 п-типа проводимости толщиной та располагался туннельно-непрозрачный

140 мкм на подложке из и -.GaAs, Ширина 40 .диэлектрический слой, а под барьерным мезапрещенной зоны твердого раствора бы- таллом располагался туннельно-прозрачный ла 1,92 эВ, а концентрация электронов — диэлектрический слой. Комическому и барь7 10 см з(300К) и площадью поверхности ерному контакту подпаивались серебряные

10 х 10 мм, На одной стороне пластины (на выводы. Реализованный поверхностно-барьподложке) создавался омический контакт 45 ерный фотоприемник устанавливался в станвплавлением индия. На другой стороне пла- дартный фотодиодный корпус с сапфировым стины (на слое), создавалась выемка глуби- окном; ной h = 40 мкм с площадью поверхности, При измерении электрических и фото6 х 6 мм методом травления в смеси бро- электрических параметров фотоприемника ма и метанола; при этом омический контакт, 50- использовались стандартные методики. Иэ- . поверхность и торцы пластинки закрыва- мерялась величина квантовой эффективнолись лаком ХСЛ. сти в ультрафиолетовой области (hv= 3-5 эВ)

На дне и боковых поверхностях выемки. спомощьюлампы ДС-1Мсосветофильтром располагался слой диэлектрика (естествен- УФС-6. Квантовая эффективность оказалась ного окисла) разной толщины. Посиедова- 55 сравнимой с прототипом и составляла тельность операций следующая:. после 0,3 — 0,4 эл./фотон при hv = 3,5 эВ р,создания выемки на ее дне и боковых повер- =0,354 мкм. Обобщенной характеристикой хностях формировался туннельно-непроз- фотоприемника, связывающей его порогорачный диэлектрический слой методом вые и шумовые параметры в заданной полоанодного окисления. Осаждение этого слоя

1З1ОО33 се частот, определяющей его работоспособность при нйзких уровнях возбуждения, является обнаружительная способность 0*.

Обнаружительная способность, так же, как и пороговая чувствительность Фд0р зависит от длины. волны излучения, на которой работает фотоприемник. Для улучшения пороговой чувствительности фотоприемников необходимо снижать их темновые токи. Обнаружительная способность заявляемого фотоприемника, при Л = 0,354 мкм составляет0* 5 10" Вт см Гц,апорогов 1я чувствительность -Ф«р 6 10 Вт Гц

-14 . -1 2

Плотность обратного темнового тока при

U = 2В и Т = 300 К составляет 2 10 А/см .

В конструкции прототипа были получены значения обнаружительной способности

D* 1012 Вт1 см t ц1 2(при Л = 0,354 мкм11, и пороговой чувствительности Ф«р 3 10

Вт Гц . Плотность обратного темнового тока при Оур = 2 В и Т = ЗООК составила

2 10 А/см .

Таким образом предложенная конструкция позволяет существенно снизить обратной темновой ток фотоприемника и эа счет этого повысить его пороговую чувствительность в УФ области спектра. Это дает возможность значительно расширить об5 ласть применения таких фотоприемников в астронавигации, экологии, медицине, биоnorw и материаловедении.

Формула изобретения

Поверхностно-барьерный фотоприсмник ультрафиолетового излучения, содержащий полупроводниковую пластину и расположенные на ней слои диэлектрика толщиной 3-5

15 нм и полупрозрачного металла, о т л и ч а ющ и и ся тем, что, с целью повышения пороговой чувствительности эа счет снижения уровня темнового тока, в пластине выполнена выемка, слои диэлектрика и полупрозрачного

20 металла размещены на дне выемки, а боковая поверхность выемки покрыта слоем туннельно-непрозрачного диэлектрика, причем суммарная толщина слоев, расположенных на дне выемки, не превышае ее глубину.