Полупроводниковый фотоприемник

 

Использование: изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности, к поверхностно-барьерным приемникам ультрафиолетового излучения. Сущность изобретения: i-слой поверхностно-барьерного прибора выполнен из аморфного гидроге незиро ванного полупроводникового сплава а - 5п-хСх:Н при 0,2 х 0,5 толщио ной 700-3000 А. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1806425 А3 (51)5 Н 01 1 31/101

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4945919/25 (22) 17.06.91 (46) 30;03,93. Бюл. ¹ 12 (71) Физико-технический институт им.

А.Ф.Иоффе (72) B.À.8àñèëüåâ, А.С.Волков и Е.И.Теруков (73) Физико-технический институт им.

А.Ф. Иоффе (56) С,Зи, Физика полупроводниковых приборов. М,; Мир. Т. 2, 1987, с, 357, Патент США ¹ 4772335, кл. 357-67, 1988.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам с поверхностным барьером и может быть использовано в качестве детектора ультрафиолетового излучения (УФ).

Целью изобретения является повышение квантовой эффективности в УФ области спектра.

Красная граница фоточувствительности определяется шириной запрещенной зоны (Eg) и толщиной i-слоя, при составе i-слоя (Sil-xCx. Í) с содержанием углерода в пределах 02 < х < 0 5 и его толщине 700 < d < 3000 о

А красная граница сдвигается в УФ область. При этом фотоприемник оказывается "слепым" к видимому свету, Увеличение квантовой эффективности достигается за счет существенного уменьшения длины свободного пробега горячих носителей заряда в а — Si1-хСх, Н по сравнению с а — Si:Н. Вследствие сильного структурного разупорядоче(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ФОТОПРИЕМНИК (57) Использование: изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности, к поверхностно-барьерным приемникам ультрафиолетового излучения. Сущность изобретения: 1-слой поверхностно-барьерного прибора выполнен из аморфного гидрогенезированного полупроводникового сплава а — SI1-хСх .Í при 0,2 < х < 0,5 толщио ной 700-3000 А. 2 ил. ния в а — Si>- С„:Н длины пробега горячих С фотоносителей порядка постоянной решетки. Это приводит к тому, что после поглощения кванта УФ излучения и рождения горячих фотоносителей, их термализация происходит практически в той же самой точке рождения и они не могут достичь поверхности полупроводникаа и выйти в металл. С»

Малые длины свободного пробега фотоно- 10 сителей означают, конечно, и малые диффу- Ф зионные и дрейфовые длины. Для того, чтобы квантовая эффективность была бы вы- (Л сокой, необходимо, чтобы фотоносители за время их жизни успели бы разделится, Выо (,) бор толщины l-слоя в пределах 700-3000 А обеспечивает полное разделение носителей заряда в поле обьемного заряда.

Докажем существенность признаков...

Необходимость выполнения 1-слоя иэ гидрогенизированного сплава Sl с углеродом обусловлено тем, что они имеют более ши\

1806425 рокую запрещенную.зону, чем а — Si:Í и в тоже время величина кратности фотопровор«r ости такая же как в а — Si:Н. Нижний предел концентрации углерода 0,2 обуслово лен тем, что при толщине 700 А фоточувствительность детектора определяется только

УФ областью спектра и наибольшей квантовой эффективностью сбора нос 1елей. Верхний предел 0,5 обусловлен тем, что при больших концентрациях пленки обладают большей дефектностью, а поэтому это уменьшает квантовую эффективность.

i о д ри толщине -слоя менее 700 А наблюдается уменьшение квантовой эффективности вследствие малой доли поглощаемых фотонов, т.е, i-слой становится прозрачным. о

При толщине 1-слоя более 3000 А также наблюдается .уменьшение квантовой эффективности, но из-за большой длины протяжки носителей заряда, которые имеют малые диффузионные и дрейфовые длины. Таким образом, каждый признак необходим, а все вместе они достаточны для достижения поставленной цели.

Известно, что коэффициент поглощения света в аморфных полупроводниках из-за снятия ограничений, накладываемых законом сохранения квазиимпульса, на порядок выше, чем в кристаллических. Это приводит к.тому, что при прочих равных условиях фотоносители в аморфном полупроводнике рождаются значительно ближе к поверхности раздела металл-полупроводник и дол>кны уходить в металл, Это обстоятельство и является прйчиной падения квантовой эффективности в фотоприемниках из кристаллических полупроводников и а — Si:Í в

УФ-области, Благодаря предложенной совокупности признаков мы впервые выявили свойство, состоящее в том, что этот неблагоприятный фактор полностью и с избытком компенсируется крайне малыми длинами свободноto пробега фотоносителей в сплавах а—

Sit-хСх. Н из-за чего, рождаясь даже очень близко к поверхности раздела, они не могут ее достичь и выйти в металл, а также рекомбинировать на поверхности. Для компенсации существенного уменьшения диффузионно-дрейфовых длин фотоносителей толщина i-слоя уменьшается до значений, обеспечивающих полное разделение (и собирание) носителей заряда. Одновременное. уменьшение толщины i-слоя вместе с выбором его состава (0,2 < x < 0.5) обеспечивает фоточувствительность только в УФ области спектра. Выявленное новое свойство неочевидно и, в свою очередь, приводит к новому положительному эффекту — увеличению квантовой эффективности приемника

УФ излучения.

5 На фиг.1 приведена схема приемника; на фиг.2 — спектры фоточувствительности— кривая I и для прототипа — кривая )1.

Устройство состоит из металлической подложки 1, на которую нанесен слой легированного гидрированного аморфного сплава п-типа 2 и гидрированного аморфного сплава i-типа 3. Полупрозрачный электрод иэ палладия или платины 4 создает барьерный контакт.

"5 Полупроводниковый приемник УФ излучения работает следующим образом. При освещении УФ излучением приемника со стороны полупрозрачного барьерного кон такта в полупроводниковом слое на глубине

20 поглогцения излучения рождаются горячие фотоносители: электроны и дырки, Глубина поглощения меньше ширины области обьемного заряда барьера металл-аморфный полупроводник. Так что носители оказываются в электрическом поле барьера, Вследствие малых длин свободного пробега фотоносители быстро (за время 10 с) тер- мализуются в области объемного заряда, не меняя существенно своих координат (по сравнению с размерами области объемного заряда), затем происходит более медленный процесс их разделения полем барьера.

Высокая квантовая эффективность приемника обеспечивается отсутствием вылета горячих носителей надбарьерно в металл, отсутствием поверхностной рекомбинации и полным разделением фотоносителей в поле барьера.

Пример. Полупроводниковый приемник, состоящий из металлической пластины (сталь), на которую нанесены и- и i-слои, выполненные иэ сплава а — Sip,7Со,э:Н, Барьерный контакт создан нанесением палладия на i-слой, а омический — путем легирования

45 полупроводникового слоя фосфором. Толщина палладиевого контакта составляла о

150А, толщина нелегированного i-слоя 1000 о о

50 А, толщина и-слоя 170 А. На фиг.2 приведены результаты измерения квантовой эффективности изготовленного приемника УФ излучения в сравнении с прототипом. Как видно иэ фиг,2, по сравнению с прототипом, эффективность увеличилась в области УФ.

Таким образом, показано, что предлагаемое техническое решение позволяет повысить квантовую эффективность полупроводникового приемника в УФ-обла1006425 сти по сравнению с прототипом в 1,5-2,0 раза.

Формула изобретения

Полупроводниковый фотоприемник на основе аморфного гидрогенизированного полупроводникового материала, включающий и- и 1-слои с расположенными на них барьерным и омическим контактами, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения квантовой эффективности в УФ-области спектра; i-слой выполнен иэ аморфного гид5 рогениэированного сплава Sll-xCx: Н с содержанием углерода 0,2 < Х < 0.5. причем о толщина 1-слоя выбрана 700-3000 А, 1806425

Ъ 300

500

Л, (м б00 7дР

Редактор

Заказ 977 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4(5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород. ул.Гагарйна, 101

1 /Д 9

0. с

06 Оф

>03

Составитель В.Васильев

Техред M,Mîðãåíòàë Корректор M.Àíäðóøåíêî