Фотоприемник

 

Использование: изобретение относится к фотоприемникам на основе аморфного гидрогенизированного кремния и предназначено для использования в фотометрических устройствах видимого спектрального диапазона. Сущность изобретения: в фотоприемнике , выполненном на основе аморфного гидрогенизированного кремния толщиной 0,5 мкм и содержащем область собирания, фронтальный прозрачный контакт из SnOa, потенциальный барьер и зеркальный омический контакт, толщина области собирания 0,21-0,23 мкм. 5 ил.

CO}03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИК (51)5 Н 01 1 31/20

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

Л (ГОСПАТЕНТ СССР) м ОЩ ц

>1 "" 1 ." ТЕ::-,, А

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ нении оптических характеристик (толщина d слоя а-Si:H и области собирания w) на температурные зависимости фототока, Авторами впервые обнаружено, что явление интерференции в тонких структурах оказывает существенное влияние на зависимость фототока от температуры и установлено, что для значения d = 0,5 0,05 мкм и w = 0,21—

0,23 мкм зависимость фототока от температуры характеризуется минимальным температурным коэффициентом по сравнению с литературными значениями.

На фиг, .1 схематично представлена структура предлагаемого фотоприемника; на фиг. 2 — спектральные .характеристики (зависимости коэффициента собирания

0 (А ) отдлины волны)для фотоприемников с отражающим тыльным контактом для зна(21) 4947381/25 (22) 24.06.91 (46) 07.05.93. Бюл. М 17 (71) Казахский государственный университет им.С.М.Кирова (72) С.M.Màíàêoâ и Т,И.Таурбаев (56) Дудников Ю.А„Коротков В.fl., Манаков

С.M., Сванбаев Е.А., С1 амкулов А.А., Таурбаев Т.И., Хренов Л.Л. Фотопреобраеователи на основе аморфного гидрогенизированного кремния/Оптико-механическая промыш ленность. М 12, 1989, с.49 — 51.

Современные проблемы полупроводниковой фотоэнергетики/Под ред. Т.Коутса, Дж. Микина. — М.: Мир, 1988. С.186 — 189.

Изобретение относится к фотоприемникам на основе аморфного гидрогенизированного кремния (а-Si:H) и предназначено для использования в фотометрических устройствах видимого спектрального диапазона (400 — 700 нм).

Цель изобретения — уменьшение температурного коэффициента фототока для фотоприемников на основе аморфного кремния.

Использование зеркального отражения света от тыльного контакта приводит к увеличению спектральной чувствительности фотоприемника в красной области спектра.

Однако до настоящего времени не исследовалось влияние интерференции света в тонкопленочных фотоприемниках с отражающим тыльным контактом при изме(54) ФОТОПРИЕМНИК (57) Использование; изобретение относится к фотоприемникам на основе аморфного гидрогенизированного кремния и предназначено для использования в фотометрических устройствах видимого спектрального диапазона, Сущность изобретения: в фотоприемнике, выполненном на основе аморфного гидрогенизированного кремния толщиной 0,5 мкм и содержащем область собирания, фронтальный прозрачный контакт из Яп02, потенциальный барьер и зеркальный омический контакт, толщина области собирания 0,21 — 0,23 мкм. 5 ил, 1614112 чения d — 0,5 мкм при значении толщины области собирания w == 0,17 мкм (кривая 1) и

w- 0,22 мкм (кривая 2); на фиг. 3 — спектральные характеристики фотоприемника без отражающего тыльного контакта при различных температурах: кривая 1 — 20 С, кривая 2 — 40" С; на фиг, 4 — спектральные характеристики фотоприемника с параметрами: d == 0 5 мкм, w =- 0,22 мкм при различных температурах: кривая 1 — 20 С, кривая

2 — 40 С; на фиг. 5 — температурные зависимости фототока (ly) фотоприемников с отражающим тыльным контактом при различных значениях толщины w: кривая 1 — 0,17 мкм, кривая 2 — 0,22 мкм для случая поглощающего тыльного контакта, кривая 3 — 0,22 мкм, кривая 4 — 0,3 мкм, Предлагаемый фотоприемник (фиг, 1) состоит из прозрачного фронтального контакта 1 (слой SnOz толщиной 0,2 мкм), слоя а-Si:Í 2, отражающего тыльного контакта 3.

Буквами w и d обозначены толщины области собирания и пленки а-Si:H соответственно, а Ф и Фг — падающий и отраженный потоки фотонов, Свет, попадая в толщу полупроводника, поглощается в нем по закону Бугера-Ламберта; Ф (х) = Ф е", где Ф {х) — поток фотонов в точке с координатой х; Ф> — поток .фотонов на поверхности полупроводника (х=- 0); а (il ) — коэффициент оптического поглощения для монохроматического света с длиной волны А, Часть света, отразившаяся от тыльного контакта, имеет интенсивность где R — коэффициент отражения света для тыльного контакта (в нашем случае R = 0,9);

d — толщина слоя a-Si;H. Обозначенный на фиг. 1 параметр w представляет собой толщину области эффективного собирания фотогенерированных носителей заряда для образца ФП с поглощающим контактом (R =

=О), Вклад в фототок дают только электронно-дырочные пары, рожденные падающим

Ф и отраженным Ф световыми. потоками, поглощенными в области w. Для гомогенного образца и плоского зеркального тыльного контакта наблюдается интерференция между падающим и отраженным светом и на спектральных характеристиках ФП (зависимости коэффициента собирания от длины волны) появляются относительные максимумы, положение которых определяется оптической разностью хода падающего и отраженного света, как показано на фиг. 2, Интерференционные эффекты наиболее существенны в длинноволновой области спек10

55 тра,.поскольку коротковолновые фотоны, имеющие большой коэффициент оптического поглощения, полностью поглощаются вблизи поверхности полупроводника.

При увеличении температуры происходит уменьшение оптической ширичы запрещенной зоны в à-Si:Í, наблюдается увеличение толщины области эффективного собирания и возрастание диффузии электронов против электрического поля, в результате чего коэффициент собирания для ФП беэ отражающего тыльного контакта в ко-.

poTKoBoRHoB0A области уменьшается, a B длинноволновой — увеличивается (фиг. 3, кривые 1 и 2), Указанное явление значительно осложняется интерференцией света в тонкой пленке а-Si:Н, оптические параметры которой также изменяются с температу— рой, Сказанное выше поясняет фиг. 4, на которой показаны спектральные характеристики ФП с отражающим тыльным контактом с параметрами d =- 0,5 мкм и w == 0,22

MKM при различных температурах. Как видно из фиг. 4, 0(А) увеличивается в области

550-610 нм, а при увеличении температуры уменьшается в диапазоне 620-660 нм. Таким образом, для указанных параметров

ФП интерференционные явления в некоторой степени стабилизируют температурную зависимость коэффициента собирания. Измерения спектральных характеристик при других значениях параметров d u w не выявили указанной выше особенности.

Результаты экспериментов по измерению зависимости фототока от температуры для различных толщин области эффективного собирания w: кривая 1 — w = 0,17 мкм; кривая 2 — w = 0,22 для случая поглощающего тыльного контакта: кривая 3 — w = 0,22 мкм; кривая 4 — w = 0,3 мкм, Как видно из графиков, для образца w =- 0,3 мкм температурный коэффициент фототока превышает температурный коэффициент для образца без отражения. Для образца с w = 0,17 мкм

ТК практически не отличается от ТК образца с поглощающим контактом, так как большая часть фотонов поглощается в "мертвом" слое а-Si: Í {d - w) и не дает вклада в фототок.

Для образца с w = 0,3 мкм, наоборот, большая часть фотонов, как падающих, так и отраженных, поглощается в фотоактивном слое w, и изменение оптических параметров а-Si:Н с температурой приводит к быстрому, по сравнению с ФП без отражения, росту фототока с температурой, а затем уменьшению температурного коэффициента. Для образца со значением а =- 0,22 мкм наблюдается уменьшение ТК в диапазоне температур от 10 до 40"С до 0.14 jo!"С по

1814112 с,6

Voo о,s

О,б о

4 со

00 . Фк .3.

600 сравнению с 0,28ф,/"C для ФП без отражающего тыльного контакта. Таким образом, ч = 0.22 мкм является оптимальной толщиной для создания ФП с повышенной температурной стабильностью. Изменение w в 5 пределах 0,22+0,01 мкм приводит к.увеличению ТК до 0,1б-0,18 / С, а выход w за указанные пределы не дает существенного выигрыша в ТК по сравнению с ФП без отражения. 10

Толщина области собирания определяется плотностью локализованных состояний в à-Si:Н и практически реализуется технологическими режимами осаждения пленки а-Sl:Н (температурой, давлением, 15 мощностью разряда и т.д.).

Таким образом, изобретение позволяет изготавливать ФП на основе аморфного, кремния, температурный коэффициент KOторого вдвое меньше аналогичной величины для ФП-прототипа.

Формула изобретения

Фотоприемник, выполненный на основе аморфного гидрогенизированного кремния толщиной 0,5 мкм, содержащий область собирания, фронтальный прозрачный контакт из Яп02. потенциальный барьер и зеркальный тыльный омический контакт, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью уменьшения температурного коэффициента фототока, фотоприемник выполнен с толщиной области собирания 0,21-„0,23 мкм.

1814112 о,8

0,6 о,2

Фиг А.

Iy, огн е>, l2

2о Чо сто 0

Фиг.5.

Редактор

Заказ 1829 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. Гагарина. 101 о

Цоо

)., нм

Е, С

Составитель С.Манаков

Техред M.Ìîðråíòàë Корректор М, Петрова