Фотопреобразователь

Авторы патента:

H01L31/0352 - отличающиеся формой или формами, относительными размерами или расположением полупроводниковых областей

Владельцы патента RU 2359361:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Пульсар" (RU)

Изобретение относится к области производства твердотельных фоточувствительных полупроводниковых приборов, а именно к области производства преобразователей мощности света в электрический ток, и может быть использовано при изготовлении указанных приборов. Фотопреобразователь содержит подложку с областями р- и n-типа проводимости, образующими р-n-переход, и соединенные с р-n-переходом полосковые омические контакты на лицевой поверхности. При этом фотопреобразователь содержит в приповерхностном слое со стороны лицевой поверхности совокупность параллельно соединенных р-n-переходов, суммарная площадь которых меньше площади лицевой поверхности, а расстояние между соседними р-n-переходами меньше толщины подложки. Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение напряжения холостого хода фотопреобразователя. 2 ил.

Изобретение относится к области разработки и производства фотопреобразователей света и может быть использовано для преобразования мощности света в электрическую мощность.

Известны конструкции фотопреобразователей на основе использования пластин монокристаллического кремния, содержащих разделенные сплошным p-n-переходом области p- и n-типа проводимости и полосковый омический контакт на лицевой поверхности, предназначенной для приема падающего излучения (см., например, С. Зи, Физика полупроводниковых приборов, Москва, МИР, 1984, том 2, глава 14). Недостатком таких фотопреобразователей является невысокая эффективность преобразования из-за относительно малых значений напряжения холостого хода (порядка 0,6 В).

В качестве прототипа предлагаемой конструкции выбран кремниевый фотопреобразователь с изотипным р⁺-р - переходом на тыльной поверхности фотопреобразователя (Mandelkorn J., Lamneck J.H., Conf. Rec. 9^th JEEE Photovoltaic Spec. Conf., JEEE N.Y. 1972, p.66). Наличие изотипного перехода на тыльной стороне фотопреобразователя приводит к повышению напряжения холостого хода благодаря возрастанию тока короткого замыкания, уменьшению рекомбинационного тока тылового контакта и появлению дополнительного потенциального барьера между p- и p⁺-областями. Использование этого технического решения позволило повысить напряжение холостого хода кремниевых фотопреобразователей до 0,65 В, что однако все же меньше теоретического предела в 1,2-1,3 раза.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение напряжения холостого хода фотопреобразователя.

Поставленный технический результат реализуется таким образом, что в известной конструкции, содержащей подложку с областями p- и n-типа проводимости, образующими p-n-переход со стороны лицевой поверхности, предназначенной для приема падающего излучения, и соединенные с p-n-переходом полосковые омические контакты на лицевой поверхности, фотопреобразователь содержит со стороны лицевой поверхности совокупность параллельно соединенных p-n-переходов, суммарная площадь которых меньше площади лицевой поверхности, а расстояние между соседними p-n-переходами меньше толщины подложки.

На фиг.1 и фиг.2 представлена схематическая конструкция фотопреобразователя.

На фиг.1 показан вид сверху, со стороны лицевой поверхности, а на фиг.2 показано поперечное сечение фотопреобразователя по линии А-А в соответствии с данным изобретением. Здесь 1 - подложка фотопреобразователя (как правило, дырочной проводимости), 2 - совокупность областей противоположного по сравнению с подложкой типа проводимости (как правило электронной проводимости), 3 - полоски омического контакта, 4 - лицевая поверхность для приема падающего излучения, 5 - просветляющий слой, 6 - сильнолегированный слой того же типа проводимости, что и подложка, 7 - тыльный омический контакт.

Расстояние между p-n-переходами, связанными с полосками лицевого омического контакта, L.

Фотопреобразователь работает следующим образом. Известно, что напряжение холостого хода U_xx фотопреобразователя, у которого площадь p-n-перехода и площадь приемной лицевой поверхности практически совпадают, определяется формулой

где I_кз - ток короткого замыкания, возникающий при освещении фотопреобразователя;

I₀ - обратный ток p-n-перехода.

В предложенной конструкции обратный ток перехода уменьшается, по крайней мере, в n-раз,

где

Здесь S_{p-n-переходов} - суммарная площадь совокупности p-n-переходов

S_{лиц. поверхности} - площадь лицевой поверхности.

В этом случае напряжение холостого хода для предлагаемой конструкции будет равно

где I₀ - обратный ток фотопреобразователя, у которого площадь p-n-перехода практически совпадает с площадью лицевой поверхности.

Увеличение напряжения холостого хода в предложенной конструкции по сравнению с известной равно

Приведем количественную оценку. Например, даже при n=10 ΔU_xx=0,06 B, т.е. напряжение холостого хода увеличится на 10%. Кроме того возрастание напряжения холостого хода в предложенной конструкции связано с тем, что поскольку все области переходов закрыты контактными полосками и светом не облучаются, в предложенной конструкции используется изотипный сильнолегированный (поверхностная концентрация 10²⁰-10²¹см^-3) переход, что, как известно, также увеличивает напряжение холостого хода за счет дополнительного потенциального барьера. В обычных конструкциях фотопреобразователей такая высокая концентрация недопустима из-за Оже-рекомбинации в n⁺-области для фотопреобразователей, в которых используется базовая область р-типа или в р⁺-области для фотопреобразователей, в которых используется базовая область n-типа.

Для того чтобы в предложенной конструкции не уменьшился ток короткого замыкания, необходимо, чтобы расстояние L между p-n-переходами, связанными с контактными полосками, было, по крайней мере, меньше двух диффузионных длин неравновесных носителей заряда для обеспечения их эффективного сбора. В действительности в разработанной конструкции расстояние L выбирается меньше толщины подложки.

Были созданы макеты фотопреобразователей согласно описанию данной заявки. Макеты изготавливались на кремнии с проводимостью p-типа, с удельным сопротивлением 10 Ом, с диффузионной длиной 400 мкм. Толщина пластин составляла 300 мкм. Ширина n⁺-областей была равна 7 мкм, расстояние L между p-n-переходами, связанными с контактными полосками, составляло 150 мкм. Рассчитанная величина фактора n при этом равна 22,4. Напряжение холостого хода по сравнению с контрольными образцами со сплошным p-n-переходом увеличилось на 13,5%.

Новизна предложенной конструкции и изобретательский уровень заключаются в том, что вместо сплошного p-n-перехода, сформированного на подложке со стороны лицевой поверхности в известной конструкции, используется совокупность параллельно соединенных p-n-переходов, суммарная площадь которых существенно меньше площади лицевой поверхности, предназначенной для приема падающего излучения, а расстояние между соседними p-n-переходами меньше толщины подложки.

Фотопреобразователь, содержащий подложку с областями р- и n-типа проводимости, образующими р-n-переход, и соединенные с р-n-переходом полосковые омические контакты на лицевой поверхности, предназначенной для приема падающего излучения, отличающийся тем, что фотопреобразователь содержит в приповерхностном слое со стороны лицевой поверхности совокупность параллельно соединенных р-n-переходов, суммарная площадь которых меньше площади лицевой поверхности, а расстояние между соседними р-n-переходами меньше толщины подложки.

Полупроводниковый прибор // 1306407

Изобретение относится к функциональной микроэлектронике, микрофотоэлектронике, вычислительной технике. .

Полупроводниковый фотоприемник // 880198

Патент 161439 // 161439

Фотоэлектрический элемент // 2415495

Изобретение относится к фотоэлектрическому элементу (фотоэлементу), включающему в себя по меньшей мере первый переход между парой полупроводниковых областей, при этом по меньшей мере одна из этой пары полупроводниковых областей включает в себя по меньшей мере часть сверхрешетки, содержащей первый материал с распределенными в нем образованиями второго материала, причем образования имеют достаточно малые размеры, так что эффективная ширина запрещенной зоны сверхрешетки по меньшей мере частично определяется этими размерами, при этом между полупроводниковыми областями предусмотрен поглощающий слой, и при этом поглощающий слой содержит материал, предназначенный для поглощения излучения с возбуждением в результате этого носителей заряда, и имеет такую толщину, что уровни возбуждения определяются самим этим материалом

Солнечный модуль и комбинированная солнечно-энергетическая установка на его основе // 2455584

Изобретение относится к гелиотехнике, может быть использовано для преобразования солнечной энергии в электрическую и тепловую энергию и касается солнечного модуля, включающего концентратор, в фокусе которого расположен фотовольтаический преобразователь солнечной энергии, с контактами подключения батарей накопителей электрической и тепловой энергии и системой жидкостно-проточного теплосъема, при этом фотовольтаический преобразователь выполнен в виде полой трубки из теплопроводящего материала, на внешней поверхности которой нанесена полупроводниковая структура и внутри которой циркулирует теплоноситель, а также комбинированной солнечно-энергетической установки, включающей указанные выше солнечные модули

Полупроводниковый комбинированный приемник электромагнитного излучения // 2578103

Использование: для регистрации электромагнитного излучения со сложным спектральным составом. Сущность изобретения заключается в том, что полупроводниковый комбинированный приемник электромагнитного излучения включает соосно расположенные каналы регистрации оптического и жесткого электромагнитного излучения, созданный на основе чередующихся эпитаксиально согласованных слоев чувствительных в соответствующих спектральных диапазонах полупроводниковых материалов с электронно-дырочными переходами или без них, чувствительные слои располагают по разные стороны подложки, толщина чувствительного к жесткому электромагнитному излучению материала приемника на два порядка больше, чем у чувствительного материала фотоприемника, в качестве фильтра для приемника жесткого электромагнитного излучения, обрезающего излучение оптического диапазона, используют слой чувствительного к этому излучению полупроводникового материала, на основе которого формируют фотоприемник оптического диапазона. Технический результат: обеспечение возможности упрощения конструкции и расширение возможностей систем регистрации электромагнитного излучения. 1 ил.

Способ детектирования электромагнитных волн в терагерцовом диапазоне // 2599332

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа детектирования электромагнитных волн в терагерцовом диапазоне. Способ включает в себя направление потока терагерцового излучения на преобразователь с формированием в последнем сигнала, регистрируемого детектором. В качестве преобразователя используют систему квантовых точек в матрице с терагерцовой прозрачностью, помещенную во внешнее магнитное поле с индукцией В=ħ×ν/g×µБ, в качестве детектора используют магнитометр, который регистрирует изменение намагниченности системы квантовых точек. Интенсивность излучения определяют как jвн=1/[g×µБ×n×b/ΔJ×(1+b·j0)-b], где В - индукция внешнего магнитного поля; ħ - постоянная Планка; ν - частота регистрируемого излучения; g - множитель Ланде; µБ - магнетон Бора; jвн - интенсивность регистрируемого излучения; n - объемная плотность квантовых точек; b=с2/4πν3 - параметр, определяемый частотой; j0 - интенсивность фонового (теплового) терагерцового излучения. Технический результат заключается в упрощении способа детектирования. 1 з.п. ф-лы.

Спин-детектор свободных электронов на основе полупроводниковых гетероструктур // 2625538

Использование: для поляризованных светодиодов и спин-транзисторов. Сущность изобретения заключается в том, что спин-детектор содержит подложку, на которой последовательно выполнены: барьерный слой, первый слой из GaAs или из AlxGa1-xAs, второй слой с квантовыми ямами из InxGa1-xAs или из GaAs, третий слой из GaAs или из AlxGa1-xAs, третий слой с квантовыми ямами из InxGa1-xAs или из GaAs, четвертый слой из GaAs или из AlxGa1-xAs, первый слой с квантовыми ямами из InxGa1-xAs или из GaAs, второй слой из GaAs, ферромагнитный слой и защитный слой. Технический результат: обеспечение возможности проведения измерения спиновой поляризации с пространственным разрешением, измерения трех компонент спина в одной структуре, повышения стабильности гетероструктуры Pd/Fe/GaAs (001) к деградации электрофизических и оптических свойств, а также возможность прогрева до температуры 200°С и отсутствие реактивации. 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Фотопреобразователь // 2648310

Использование: для преобразования оптического сигнала в электрический, а также энергии электромагнитного излучения указанного диапазона в электрическую энергию. Сущность изобретения заключается в том, что фотопреобразователь представляет собой массив полупроводниковых нанопроводов, сформированных в пористой матрице диэлектрика, на противоположных сторонах которой сформированы эмиттерный и коллекторный контакты так, что граница между контактом и нанопроводом представляет собой гетеропереход, в котором нанопровод является потенциальным барьером для основных носителей заряда. Технический результат: обеспечение возможности упрощения изготовления в виде массива наногетероструктурных элементов. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.