Фоточувствительный элемент

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистичесник

Республик

<»>833119 (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 11. 01. 80 (21) 2869492/18-25 с присоединением заявки ¹

1И 1 М. Кл.

H 01 L 31/06

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 071182. Бюллетень ¹ 41

Дата опубликования описания 0711.82 (ЮЗ} УДК 621. 382 (088. 8) Ъ

114 t з

К.Ф.Берковская, Н.В.Кириллова, К.Л.Муратиков, В.Л.Суханов и Б.Г.Подласкин (72) Авторы изобретения

)" !

Ф

«WiE-. (71) Заявитель

Ордена Ленина Физико-технический институт : им. А.Ф.Иоффе АН СССР (54) ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ б .

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к фотоприемным устройствам, которые могут быть использованы в системах опознавания образа, световолоконной связи и т.п.

Известны фоточувствительные элементы, представляющие собой монокристаллический слой с легированным слоем противоположного типа проводимостК,р- и- переход которого и фотоприемная площадка ограничены по периферии диэлектрической маской.

Известны фоточувствительные элементы, содержащие монокристаллическую подложку с контактом, на которой сформирован легированный фоточувстви-. тельный слой противоположного типа проводимости, снабженный контактом, при этом часть слоя расположена на диэлектрической рамке.

Электронно-дырочные пары образуются светом как в материале подложки, так и в легированном слое. Они вносят вклад в фототок в том случае, если они достигают р-и - перехода и раз- 25 деляются им. Таким образом, геомет,рические размеры р- и- перехода не определяют фактических размеров фотоприемной площадки, и, если освещена площадь большая площади элемента, ы - ЗО сители собираются р- и переходом с расстояния LD из-под прозрачной диэлектрической маски. Выбор рамки с шириной )1,13 делает рабочий и расположенные по внешней периферии рамки р-и-переходы независимыми.

Недостатком прототипа является то, что линейные размеры фоточувствительного элемента, электрически развязанного по отношению к окружающей его площади, на которой могут быть расположены другие фоточувствительные элементы, относительно велики и составляют 1 - 3ЬЭ ° Уменьшение LO обычно нежелательно - оно ведет к снижению квантовой эффективности.

Целью изобретения является уменьшение линейных размеров элемента при неизменных интегральной чувствительности и.площади фотоприемной поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что на расстоянии от фоточувствительного слоя соизмеримом с длиной диффузионного смещения неосновных носи» телей в материале подложки, выполнен окружающий его легированный фотоприемный слой с контактом, который окружен экранирующей рамкой иэ легированного слоя с контактом, при этом

833119 толщина подложки сравнима с длиной ,циффузионного смещения носителей.

В такой конструкции уменьшена ширина диэлектрической рамки, так как создан искусственный отток для элект. ронно-дырочных пар, рожденных светом за пределами элемента.

Развязаны электрические цепи регистрирующего элемента и экранирующе го диода:.экранирующий р — слой может быть закорочен на общую и- базу, à g два р- слоя регистрирующего элемента, снабженные отдельными контактами, включены в Регистрирующую цепь. Кроме того, наличие наружного р- слоя существенно повышает вероятность раз- 5 деления носителей, созданных светом в пределах площади элемента, именно этим переходом. Это очевидно для носителей, рожденных светом вблизи поверхности носители, рожденные глубо- 2О ко проникающим светом, рекомбинируют с высокой вероятностью на нижней плоскости и-слоя (толщина монокристаллического слоя выбрана сравнимой с LD).

Носители, созданные, светом в промежутке между экранирующей рамкой и на- 25 ружным р-слоем под диэлектрической рамкой, должны также в основном, разделяться р-n — переходом регистрирующего элемента ° Это достигается тем, что легированный наружный слой выступает над диэлектрической маской, а легированная экранирующая рамка не имеет окантовки. Тем самым носители, рожденные слабопоглащаемым светом в основном разделяются р-Yl — переходом регистрирующего элемента. Носители, созданные глубокопоглощаемым светом в этом промежутке, либо рекомбинируют на тыльной стороне n — слоя, либо разделяются обоигли р-n — пеРеходами в 4Q равной мере.

Таким образом, в таком устройстве достигается уменьшение линейных размеров элемента, Ширина внешней диэлектрической Рамки и экранирующей 45 рамки может быть выбрана существенно меньше 43.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором дано поперечное сечение фотоэлемента, где монокристаллический слой-1 снабжен контактом

2, легированный слой 3, окружающий его легированный слой 4, диэлектрическая маска 5, диэлектрическая наружная рамка б, диэлектрическая внутрен- 5 няя рамка 7, экранирующая рамка 8.

При освещении фоточувствительного элемента происходит поглащение фотонов в р-и n - -областях и образование электронно-дырочных пар р- n — - Щ переходы разделяют носители. В зависимости от того, каким из р-и переходов! разделены носители: экранирующим или одним из двух регистрирующих, они попадают либо в экранирующую ко- 65 роткозамкнутую цепь, либо в Регистрирующую цепь. Фототок в регистрирующей цепи вызван световым потоком, приходящимся на фотоприемную площадку, ограниченную внешним легированным слоем.

Фоточувствительный элемент может быть выполнен на основе монокристал- лического кремния и и р-типа. В качестве диэлектрической маски используется окисел кремния, либо комбинация: окисел кремния+нитрит кремния; ,толщина маски 0,2-1,0 мкм. Рисунок формируют методом фотолитографии. На рабочей поверхности монокристалла, свободной от диэлектрической маски, методом локальной эпитаксии или осаждением поликремния создают легированный монокристаллический слой противо положной проводимости толщиной 0,32,0 мкм. Легированный слой экранирующей рамки располагается в пределах диэлектрической маски, а легированные регистрирующие слои выступают за пределы маски. Благодаря такой окантовке регистрирующие р-п — переходы имеют малые точки утечки, а р-и- переход экранирующей рамки, имеющий больший ток утечки в регистрирующую цепь не попадает.

Был изготовлен фоточувствительный элемент на основе и-монокристалла ме" тодом локальной эпитаксии, концентрация примеси бора 5 10"Зат/см . Дли3 на диффузионного смещенйя в и-материале 120 мкм, Размеры элемента 100 х х 30 мкм. Толщина исходного монокристалла 150 мкм. Ширина окантовки 3 мкм, ширина наружной диэлектрической рамки б мкм. Ширина экранирующей рамки

3 мкм и получена интегральная чувствительность 0,8 A/Âò, темновой ток при Π— 1 В 1,4 10 А, коэффициент модуляции тока элемента при освещении монокристалла за пределами фотоприемной площадки не более 0,02.

Эффективная ширина зоны нечувствительности при максимально плотной упаковке элементов б мкм. Взаимная изоляция элементов с использованием экранирующей рамки позволила в дан-. ном случае уменьшить размеры вдвое при сохранении площади регистрирующей площадки и интегральной чувствительности.

Формула изобретения

Фоточувствительный элемент, содержащий монокристаллическую подложку с контактом, на которой сформирован легированный фоточувствительный слой противоположного типа проводимости, снабженный. контактом, при этом часть слоя расположена на диэлектрической рамке, отличающийся тем, 833119

Составитель Г.Корнилова

Редактор E.Çóáèâòîâà Техред О.Неце Корректор A.Äçÿòêî.Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Заказ 10495/4

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4 что, с целью уменьшения его линейных размеров при неизменных интегральной чувствительности и площади фотоприемной поверхности, на расстоянии от фоточувствительного слоя. соизмеримом с длиной диффузионного смещения неос- 5 новных носителей в материале подложки, выполнен окружающий его легированный фотоприемный слоЯ с контактом,, который окружен экранирующей рамкой из легированного слоя с контактом, при этом толщина подложки сравнима . с длиной диффузионного смещения носителей.