Планарный фотодиод на антимониде индия


 


Владельцы патента RU 2461914:

Открытое акционерное общество "Московский завод "САПФИР" (RU)

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, чувствительным к инфракрасному излучению, и может быть использовано при производстве охлаждаемых одноэлементных, линейных и матричных приемников излучения с фоточувствительными элементами - планарными фотодиодами на антимониде индия (InSb). В планарном фотодиоде на антимониде индия, содержащем подложку n-типа проводимости с концентрацией легирующих атомов примеси не более 3·1015 см-3 со сформированным в ней планарным р-n переходом, защитную пленку анодного окисла, пассивирующую диэлектрическую пленку и контактную систему, поверхность подложки имеет кристаллографическую ориентацию (111)А. Изобретение обеспечивает повышение пробивного напряжения планарного фотодиода обеспечивается за счет наименьшей плотности атомов сурьмы на поверхности с кристаллографической ориентацией (111)А. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к полупроводниковым приборам, чувствительным к инфракрасному излучению и может быть использовано при производстве охлаждаемых одноэлементных, линейных и матричных приемников излучения с фоточувствительными элементами - планарными фотодиодами на антимониде индия (InSb).

Известен планарный фотодиод на антимониде индия, содержащий подложку из антимонида индия n-типа проводимости со сформированным в ней планарным p-n переходом, защитную пленку, полученную анодным окислением, пассивирующую пленку и контактную систему, причем подложка выполнена из материала с концентрацией легирующих атомов теллура N=(1-3)·1016 см-3 (см. патент РФ №2324259 МПК Н01L 31/102, опубл. 2006 г.) Недостатком такого фотодиода является низкое (не более 0,4 В) пробивное напряжение, которое принципиально не может быть повышено из-за высокой концентрации легирующих атомов в подложке, делающей узкой область пространственного заряда металлургической границы p-n перехода, из-за чего и происходит низковольтный пробой.

Известен также планарный фотодиод на антимониде индия, содержащий подложку из антимонида индия n-типа проводимости со сформированным в ней планарным p-n переходом, защитную пленку, полученную анодным окислением, пассивирующую пленку и контактную систему, в котором в отличие от предыдущего только более низкими являются концентрации легирующих атомов в подложке (N=(0,6-2)·1014 см-3) и эмиттере, что позволило повысить токовую чувствительность и пробивное напряжение до ~1 В без изменения пороговых параметров (см. патент РФ №2331950, МПК Н01L 31/18, опубл. 2006 г.).

Известен наиболее близкий по технической сущности к заявляемому выбранный за прототип планарный фотодиод на антимониде индия, содержащий подложку из антимонида индия n-типа проводимости со сформированным в ней планарным p-n переходом, защитную пленку, полученную анодным окислением, пассивирующую пленку и контактную систему, в котором в отличие от предыдущего аналога в качестве подложки используется материал марки ИСЭ-2в с концентрацией легирующих атомов (0,2-3)·1015 см-3 (см. патент РФ №1589963, МПК Н01L 31/18, опубл. 1996 г.) Это позволяет при использовании анодной пленки, получаемой в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,02-0,5 мА/см2 в электролите, содержащем 0,1 М раствор сернистого натрия в глицерине и изопропиловый спирт в объемном соотношении 1:1, увеличить пробивное напряжение до 0,8-1,5 В, а также токовую чувствительность без изменения пороговых параметров. Тем не менее, при монтаже приборов и оборудования, а также в процессе эксплуатации возможны скачки напряжения большей величины, приводящие к электрическому пробою и выходу из строя фотодиодов, что сужает возможность их применения и снижает надежность.

Задачей, решаемой с помощью заявляемого изобретения, является расширение возможности применения планарного фотодиода и повышение его надежности.

Техническим результатом при использовании предложенной конструкции является повышение пробивного напряжения планарного фотодиода до (3,5-5,5) В при сохранении его фотоэлектрических параметров - токовой и пороговой чувствительностей.

Указанный технический результат достигается тем, что в планарном фотодиоде на антимониде индия, содержащем подложку n-типа проводимости с концентрацией легирующих атомов примеси не более 3·1015 см-3 со сформированным в ней планарным p-n переходом, защитную пленку анодного окисла, пассивирующую диэлектрическую пленку и контактную систему, поверхность подложки имеет кристаллографическую ориентацию (111)А.

Применение подложки n-типа проводимости с кристаллографической ориентацией поверхности (111)А в случае концентрации легирующих атомов теллура не более 3·1015 см-3 обеспечивает повышение пробивного напряжения до (3,5-5,5) В с сохранением фотоэлектрических параметров фотодиода.

Технический результат применения кристаллографической ориентации поверхности подложки (111)А объясняется следующим.

На практике, в том числе во всех приведенных выше случаях, обычно применяется ориентация (100), которая является единственной симметричной ориентацией в соединениях А3В5 из всех ориентации с низкими целыми значениями кристаллографических индексов. Симметричность создает удобство применения таких пластин, поскольку не требует специальных мер для обеспечения создания приборной структуры на строгоопределенной стороне, как это требуется, например, в случае ориентации (111), где одна сторона - (111)А - является стороной с избытком атомов индия и дефицитом атомов сурьмы, а другая сторона - (111)В - является стороной с избытком сурьмы. Известно, что при анодном окислении, проводимом для создания защитной пленки собственного окисла над планарной границей p-n перехода, на границе InSb-пленка создается встроенный заряд, положительная составляющая которого определяется избыточными атомами сурьмы. Предпосылки для создания такого заряда являются наименьшими в случае поверхности (111)А из-за наименьшего количества на ней атомов сурьмы и, следовательно, наименьшего числа флуктуации с повышенным содержанием этих атомов, вследствие чего флуктуации с положительным встроенным зарядом в этом случае также имеют наименьшую вероятность появления. Поскольку наличие флуктуации с положительным встроенным зарядом над поверхностью n-базы вблизи границы с p-n переходом приводит к формированию в границах этих флуктуации поверхностных n-областей, уменьшающих пробивное напряжение, в случае поверхности (111)А, когда предпосылки для формирования таких областей являются наименьшими, наибольшим будет и пробивное напряжение, которое в данном случае будет определяться концентрацией легирующих атомов в базе и будет тем выше, чем меньше эта концентрация.

Предложенная конструкция фотодиода предназначена для использования в производстве охлаждаемых приемников излучения, причем из уровня техники не известно влияние кристаллографической ориентации (111)А поверхности подложки InSb на повышение пробивного напряжения планарного фотодиода, поэтому согласно п.п.24.5.1, 24.5.2 и 24.5.3 Административного регламента заявляемое техническое решение соответствует критериям «промышленная применимость», «новизна» и «изобретательский уровень».

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная схема устройства.

Планарный фотодиод содержит подложку 1 со сформированным в ней планарным p-n переходом 2, защитную пленку анодного окисла 3, пассивирующую диэлектрическую пленку 4 и контактную систему 5. Поверхность 6 подложки 1 имеет кристаллографическую ориентацию (111)А.

При работе фотодиода из-за скачков напряжения на контактах 5 возможен электрический пробой p-n перехода и выход прибора из строя. Увеличение напряжения пробоя снижает вероятность возникновения пробоя и увеличивает надежность работы прибора в процессе эксплуатации.

При изготовлении предложенной конструкции подложка может быть выполнена как из пластины монокристалла антимонида индия с ориентацией (111), так и из эпитаксиальной структуры типа n+(подложка)-n(пленка), в которой поверхности и подложки, и пленки имеют ориентацию (111)А.

Предложенная конструкция была использована при изготовлении 64-элементных планарных фотодиодов с размерами площадок 150×150 мкм и шагом 180 мкм в пленке эпитаксиальных структур n+-n(пленка)-типа с концентрацией атомов теллура в пленке N=(3-4)·1014 см-3 и ориентацией поверхности (111)А, а также в подложках с аналогичной ориентацией и концентрацией атомов теллура, вырезанных из монокристалла марки ИСЭ-2в. На поверхности таких подложек формировались 64 планарных p-n перехода локальной имплантацией ионов бериллия с последующим термическим отжигом, затем поверхность защищалась пленкой анодного окисла, полученной в гальваностатическом режиме при плотности тока 0,02-0,5 мА/см2 в электролите, содержащем 0,1 М раствор сернистого натрия в глицерине и изопропиловый спирт в объемном соотношении 1:1. После этого методом термического распыления наносилась пассивирующая диэлектрическая пленка SiOx и с использованием фотолитографии и термического распыления системы Cr+Au создавались контакты электрической разводки.

В качестве контрольных использовались подложки с ориентацией (100) и концентрацией атомов теллура также N=(3-4)·1014 см-3, вырезанные также из монокристалла марки ИСЭ-2В.

На изготовленных фотодиодных кристаллах при Т=77 К (при заливке жидким азотом) измерялось пробивное напряжение Uпр всех планарных фотодиодов как напряжение начала резкого возрастания тока на обратной ветви ВАХ. Затем кристаллы стыковали с одной и той же группой усилителей, на которых измеряли напряжение сигнала Uс и шума Uш, по которым рассчитывали значение пороговой чувствительности Рλmах в соответствии с ГОСТ 17788-88. Полученные результаты сводятся к тому, что на кристаллах и эпитаксиальных структурах, изготовленных в соответствии с предложенным, пробивные напряжения составляют (3,5-5,5) В, а на контрольных кристаллах - (0,7-1) В при аналогичных значениях Pλmax=(0,8-0,9)·10-11 Вт.

Таким образом, предложенная конструкция обеспечивает повышение пробивного напряжения планарного фотодиода до (3,5-5,5) В за счет создания условий, при которых на границе раздела InSb-защитная анодная окисная пленка вблизи планарной границы p-n перехода не возникает флуктуации с положительным встроенным зарядом.

Планарный фотодиод на антимониде индия, содержащий подложку n-типа проводимости с концентрацией легирующих атомов примеси не более 3·1015 см-3 со сформированным в ней планарным р-n переходом, защитную пленку анодного окисла, пассивирующую диэлектрическую пленку и контактную систему, отличающийся тем, что поверхность подложки имеет кристаллографическую ориентацию (111)А.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к изготовлению сапфировых подложек и к технологии их чистовой обработки. .

Изобретение относится к способу изготовления оптических приборов, в частности полупроводниковых оптоэлектронных приборов, таких как лазерные диоды, оптические модуляторы, оптические усилители, оптические коммутаторы и оптические детекторы.

Изобретение относится к производству полупроводниковых слитков и пластин, в частности кристаллов кремния с циклической двойниковой структурой. .

Изобретение относится к производству монокристаллического алмазного материала химическим осаждением из газовой фазы (CVD), который используется в оптических, механических, люминесцентных и/или электронных устройствах. Алмазный слой содержит сетку непараллельных взаимно пересекающихся дислокаций, как это видно на рентгеновском топографическом изображении сечения или в условиях люминесцентной методики, причем слой имеет толщину, равную или большую чем 1 мкм, сетка непараллельных дислокаций простирается по объему, составляющему, по меньшей мере, 30% от полного объема алмазного слоя, и при этом сетка непараллельных дислокаций содержит первый набор дислокаций, распространяющихся в первом направлении через алмазный слой, и второй набор дислокаций, распространяющихся во втором направлении через алмазный слой, причем угол между первым и вторым направлениями находится в пределах от 40° до 100°, как это видно на рентгеновском топографическом изображении сечения или в условиях люминесцентной методики. Изобретение позволяет контролировать тип и/или направление дислокаций в алмазном материале для воздействия на оптические и/или электронные свойства устройств на его основе и оптимизировать их для конкретного желаемого приложения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил., 2 табл., 3 пр.
Изобретение относится к текстурированной подложке для выращивания на ней эпитаксиальной пленки оксидного сверхпроводящего материала для использования в различных типах электросилового оборудования. Текстурированная подложка содержит слой текстурированного металла, по меньшей мере, на одной стороне, который включает в себя слой меди, имеющий кубическую текстуру, и слой никеля, имеющий толщину 100-20000 нм, сформированный на слое меди; слой никеля имеет слой оксида никеля, сформированный на его поверхности, имеющий толщину 1-30 нм, и слой никеля дополнительно включает в себя палладий-содержащую область, сформированную из палладий-содержащего никеля, на поверхности раздела со слоем оксида никеля. Верхний слой текстурированной подложки, т.е. слой оксида никеля, имеет шероховатость поверхности преимущественно 10 нм или менее. Ультратонкий слой оксида никеля оказывает улучшающее воздействие на ростовые свойства и адгезию эпитаксиальной пленки. Подложка имеет кристаллическую ориентацию, обеспечивающую возможность формирования высококачественной эпитаксиальной пленки на ее поверхности. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при разработке технологии алмазных электронных приборов увеличенной площади. Способ включает закрепление на подложке монокристаллических алмазных пластин с ориентацией поверхности (100) и последующее нанесение на пластины эпитаксиального алмазного слоя, при этом перед закреплением на подложке на каждой монокристаллической алмазной пластине предварительно сполировывают края, создавая усеченную четырехгранную пирамиду с верхней плоскостью, ориентированной по кристаллографической плоскости (100), и с четырьмя боковыми гранями, ориентированными по плоскостям типа {311}, каждую усеченную пирамиду соединяют с подложкой таким образом, чтобы усеченные пирамиды соприкасались друг с другом своими боковыми гранями, а затем наносят на усеченные пирамиды алмазный эпитаксиальный слой. В качестве подложки, к которой крепятся монокристаллические алмазные пластины, применяют карбид кремния. Монокристаллические алмазные пластины соединяют с подложкой при помощи припоя на основе металлов титана и меди. Способ позволяет повысить площадь монокристаллической эпитаксиальной алмазной пленки, выращиваемой на монокристаллических подложках алмаза. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх