Многоэлементный ик фотоприемник

Авторы патента:

Болтарь Константин Олегович (RU)

Бурлаков Игорь Дмитриевич (RU)

Патрашин Александр Иванович (RU)

Яковлева Наталья Ивановна (RU)

Филачев Анатолий Михайлович (RU)

H01L27/14 - содержащие полупроводниковые компоненты, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, коротковолновому электромагнитному или корпускулярному излучению, и предназначенные для преобразования энергии этих излучений в электрическую энергию или для управления электрической энергией с помощью таких излучений (компоненты, чувствительные к излучению, конструктивно связанные только с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 31/14; соединение световодов с оптоэлектронными элементами G02B 6/42)

Владельцы патента RU 2519024:

Открытое акционерное общество "НПО Орион" (RU)

Изобретение относится к многоэлементным или матричным фотоприемникам (МФП) на основе антимонида индия, чувствительным в спектральном диапазоне 3-5 мкм. Конструкция МФП позволяет повысить выход годных и улучшить однородность параметров МФП в серийном производстве за счет увеличения квантовой эффективности и устранения эффекта «памяти» и влияния клеевого соединения на величину фототоков фоточувствительных элементов (ФЧЭ). Многоэлементный фотоприемник на основе антимонида индия включает матрицу фоточувствительных элементов (МФЧЭ) с тонкой базой, скоммутированных с мультиплексором, на тыльную сторону матрицы фоточувствительных элементов нанесено просветляющее покрытие, содержащее встроенный заряд, знак которого противоположен знаку основных носителей заряда в базе МФЧЭ. 3 ил.

Многоэлементные или матричные фотоприемники (МФП) на основе антимонида индия, чувствительные в спектральном диапазоне 3-5 мкм, имеют двойное применение и начинают широко использоваться в различных отраслях народного хозяйства и военной техники.

Они включают матрицу фоточувствительных элементов (МФЧЭ) на основе фотодиодов, кремниевый МОП-мультиплексор, холодный экран с диафрагмой и светофильтром, микрокриогенную систему (МКС) и корпус с окном для приема входного ИК излучения.

МФЧЭ поэлементно скоммутирована с МОП-мультиплексором при помощи индиевых столбиков от каждого фотодиода и контакта к общей базе (подложке). МОП-мультиплексор с МФЧЭ расположен на растре, который установлен на холодном пальце МКС. Холодный экран окружает МФЧЭ и МОП-мультиплексор, пропуская входное ИК излучение сквозь диафрагму и светофильтр к МФЧЭ. Корпус вакуумирован для снижения теплопритока к МКС.

Регистрируемое излучение падает на тыльную сторону МФЧЭ, покрытую просветляющим диэлектрическим слоем, и поглощается в базе антимонида индия. При поглощении излучения происходит генерация электрон-дырочных пар. Неосновные носители тока (для базы n-типа проводимости это дырки, а для базы р-типа проводимости это электроны) движутся к p-n переходам, генерируя в них фототоки. Эти фототоки снимаются с помощью контактов к каждому фотодиоду и контакта к общей базе и поступают в МОП-мультиплексор.

Такая конструкция МФП имеет существенный недостаток. Дело в том, что эффективность работы МФЧЭ определяется квантовой эффективностью каждого фотодиода, определяемой как отношение количества неосновных носителей, создавших фототок, к общему количеству генерированных неосновных носителей. В рассмотренном устройстве подложка (база) имеет толщину не ниже 200-300 мкм. В то же время в силу физических законов эффективная глубина поглощения ИК излучения составляет в лучшем случае 10-15 мкм. В силу этого условия неосновные носители тока, генерированные излучением, диффундируют к p-n переходам через всю толщину базы. Часть из них рекомбинирует и в генерации фототока участвует лишь малая доля носителей, достигнувших p-n переходов, что исключает возможность получения высокой квантовой эффективности МФЧЭ даже при наличии на тыльной стороне базы тонкого высоколегированного слоя, препятствующего рекомбинации носителей на ней.

Прототипом заявляемого устройства является МФП на основе антимонида индия, включающего те же составные части. Отличие состоит в том, что большая часть базы удалена, а полученная тонкая структура с диэлектрическим слоем на тыльной стороне приклеена к пластине из другого материала (кремний, германий и т.д.), имеющего необходимую прочность, прозрачного в области чувствительности антимонида индия и покрытого просветляющим покрытием. В этом случае генерация неосновных носителей происходит вблизи p-n переходов, и они в большей степени участвуют в генерации фототока [Патент США №5227656, МКИ H01L 27/14].

Недостаток такого устройства обусловлен наличием на тыльной стороне МФЧЭ приповерхностного слоя, в котором происходят эффективное «отсасывание» к поверхности неосновных носителей и их последующая рекомбинация. Этот эффект обусловлен поверхностными состояниями, вызывающими искривление энергетических зон. В результате, значительная часть неосновных носителей не участвует в генерации фототока. Кроме этого возникает так называемый «эффект памяти», при котором возникает визуальный след от движущегося яркого изображения, а клеевой слой, даже при небольшой толщине, оказывает паразитное влияние на поглощение в области чувствительности антимонида индия. Указанные эффекты могут достаточно сильно отличаться от образца к образцу при одной и той же технологии изготовления МФП. Это снижает квантовую эффективность, выход годных МФП и разброс параметров от образца к образцу.

Целью настоящего изобретения является повышение выхода годных и улучшение однородности параметров МФП в серийном производстве за счет повышения квантовой эффективности фоточувствительных элементов (ФЧЭ) при одновременном устранении эффекта памяти и влияния клеевого соединения на фототоки ФЧЭ.

Поставленная цель достигается тем, что в известном многоэлементном фотоприемнике на основе антимонида индия, включающем матрицу фоточувствительных элементов из антимонида индия с тонкой базой, скоммутированных с мультиплексором, на тыльную сторону МФЧЭ нанесено просветляющее покрытие, содержащее встроенный заряд, знак которого противоположен знаку основных носителей в базе МФЧЭ.

Настоящее изобретение поясняется чертежами.

Прототип заявляемого устройства показан на фиг.1, заявляемое устройство показано на фиг.2, а энергетическая зонная диаграмма прототипа и заявляемого устройства показана на фиг.3.

Обозначения на чертежах:

1 Корпус МФП;

2 Входное окно МФП;

3 Холодный экран с диафрагмой;

4 Кремниевый МОП-мультиплексор;

5 Индиевые столбики;

6 Эмиттеры ФЧЭ;

7 Общая база МФЧЭ на основе InSb;

8 Клеевой слой;

9 Кремниевая пластина;

10 Просветляющее покрытие;

11 Встроенный заряд.

Работает заявляемое устройство следующим образом.

ИК излучение проходит сквозь окно 2, охлаждаемую диафрагму 3 и просветляющее покрытие 10, а затем попадает в базу МФЧЭ 5. Происходит фотогенерация пар электрон-дырка. В силу того, что просветляющее покрытие 10 содержит встроенный заряд 11, знак которого противоположен знаку основных носителей, на приповерхностный слой InSb действует электрическое поле напряженностью Е=2·π·σ, где σ - поверхностная плотность встроенного в просветляющий слой 10 заряда 11. Знак заряда таков, что основные носители притягиваются к тыльной поверхности МФЧЭ 5, а неосновные - отталкиваются от нее. В результате воздействия этого поля на носители заряда тыльный приповерхностный слой МФЧЭ обогащается основными носителями заряда, а это означает, что искривление энергетических зон уменьшается, как и уменьшается количество неосновных носителей, рекомбинирующих на тыльной поверхности МФЧЭ. Иначе говоря, отрицательное воздействие тыльной поверхности МФЧЭ 5 экранируется, и снижается как скорость рекомбинации на «быстрых» поверхностных состояниях, так и скорость захвата неосновных носителей на медленные глубокие энергетические состояния, ответственные за «эффект памяти». Поэтому в зависимости от величины встроенного заряда захват и рекомбинация на поверхностных состояниях ослабнет или исчезнет совсем, что приведет к снижению или прекращению оттока неосновных носителей от p-n перехода. Поскольку база МФЧЭ 7 тонкая, то количество неосновных носителей, достигших p-n перехода, возрастет. Следовательно, возрастет внешняя квантовая эффективность, увеличится фототок каждого ФЧЭ и их средние величины по площади МФЧЭ. Значит, улучшатся фотоэлектрические параметры МФП. Это повысит выход годных и улучшение однородности параметров устройств в серийном производстве. Одновременно будет устранен эффект «памяти» и влияние паразитного поглощения от клеевого соединения на величины фототоков ФЧЭ.

Таким образом, цель изобретения будет достигнута.

Просветляющее покрытие с встроенным зарядом необходимого знака изготавливается стандартными методами - анодным окислением, резистивным или магнетронным нанесением, электролитическим или плазменным осаждением. Материалами, пригодными для его изготовления могут служить анодный окисел, Si, Ge, ZnS, CdS, CdTe, GaAs, SiO, SiO₂, SiC, Si₃N₄, HfO₂, Bi₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃, MgF₂, CaF₃ и др.

Многоэлементный фотоприемник на основе антимонида индия, включающий матрицу фоточувствительных элементов (МФЧЭ) с тонкой базой, скоммутированных с мультиплексором, отличающийся тем, что на тыльную сторону МФЧЭ нанесено просветляющее покрытие, содержащее встроенный заряд, знак которого противоположен знаку основных носителей в базе МФЧЭ.

Изобретение относится к области микроэлектроники, а более конкретно к фоточувствительным матрицам приемников оптических, рентгеновских излучений и изображений для применения в фотоаппаратах, видеокамерах, сотовых телефонах, медицинских рентгеновских панелях, а также в универсальных твердотельных экранах, способных одновременно как принимать фотоизображение, так его и воспроизводить на этом же экране.

Приемник ик-излучения болометрического типа // 2515417

Изобретение относится к области создания детекторов инфракрасного излучения и касается болометрического ИК-детектора. Детектор состоит из мембраны площадью S с термочувствительным элементом (ТЧЭ) и поглотителем электромагнитной энергии (ПЭЭ), прикрепленной к подложке с помощью токопроводящих шинок.

Матрица сверхпроводящих детекторов субмиллиметрового и дальнего инфракрасного излучения // 2515416

Изобретение относится к области оптоэлектроники, а именно к многоэлементным приемникам субмиллиметрового и дальнего инфракрасного излучения, и может найти применение в терагерцовой микроскопии, при исследовании полупроводниковых излучателей, в системах безопасности, медицине и др.

Концентраторный каскадный фотопреобразователь // 2515210

Изобретение относится к полупроводниковым фотопреобразователям, в частности к концентраторным каскадным солнечным фотоэлементам, которые преобразуют концентрированное солнечное излучение в электроэнергию.

Мультиспектральное светочувствительное устройство и способ его изготовления // 2512074

Изобретение относится к мультиспектральному светочувствительному устройству и способу его изготовления. Мультиспектральное светочувствительное устройство содержит по меньшей мере один непрозрачный слой основы; причем каждый слой основы имеет по меньшей мере две стороны, причем по меньшей мере две из сторон снабжены группами светочувствительных пикселей, каждая группа светочувствительных пикселей используется для восприятия света любого спектра, излучаемого с фронтального направления расположенной стороны.

Наноструктурный ик-приемник (болометр) с большой поверхностью поглощения // 2511275

Устройство отображения // 2510931

Изобретение относится к устройству отображения, оснащенному оптическим датчиком в области пикселей. Техническим результатом является повышение чувствительности и высокое отношение сигнал/шум в светочувствительном датчике.

Твердотельное устройство формирования изображений и электронное устройство // 2510100

Изобретение относится к устройствам формирования изображения. Твердотельное устройство формирования изображений включает в себя подложку, область датчика изображения и схему обработки сигналов, которые электрически соединены друг с другом, область с низкой теплопроводностью, расположенную между областью датчика изображения и схемой обработки сигналов, и сквозное отверстие, сформированное в подложке, при этом область с низкой теплопроводностью находится в сквозном отверстии и имеет более низкую теплопроводность, чем у подложки.

Устройство отображения // 2507605

Изобретение относится к устройству отображения, снабженному оптическим датчиком в пиксельной области. Техническим результатом является повышение точности при захвате изображений посредством улучшения линейности характеристик чувствительности фотодиода.

Твердотельное устройство захвата изображения и способ его производства // 2506662

Изобретение относится к устройствам захвата изображения. Твердотельное устройство захвата изображения включает в себя множество пикселей, причем каждый из множества пикселей содержит участок фотоэлектрического преобразования, сконфигурированный для генерации зарядов в соответствии с падающим светом, участок удержания заряда, сконфигурированный так, чтобы включать в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, и участок передачи, сконфигурированный так, чтобы включать в себя электрод передающего затвора, который управляет потенциалом между участком удержания заряда и узлом считывания.

Твердотельное устройство захвата изображения // 2521224

Обеспечено твердотельное устройство захвата изображения, способное на подавление генерирования темнового тока и/или тока утечки. Твердотельное устройство захвата изображения имеет первую подложку, снабженную фотоэлектрическим преобразователем на ее первичной поверхности, первую структуру разводки, имеющую первый контактный участок, который содержит проводящий материал, вторую подложку, снабженную частью периферийной схемы на ее первичной поверхности, и вторую структуру разводки, имеющую второй контактный участок, который содержит проводящий материал. В дополнение, первый контактный участок и второй контактный участок соединены так, что первая подложка, первая структура разводки, вторая структура разводки и вторая подложка расположены в указанном порядке. Кроме того, проводящий материал первого контактного участка и проводящий материал второго контактного участка окружены пленками предотвращения диффузии. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ и устройство для управления затворами полевых транзисторов или биполярных транзисторов с изолированными затворами (варианты) // 2523598

Изобретение относится к силовой электронике, в частности к способам и устройствам для управления затворами полевых транзисторов или затворами биполярных транзисторов с изолированными затворами. Техническим результатом изобретения является создание способа и устройства для управления затворами полевых транзисторов или затворами биполярных транзисторов с изолированными затворами, обеспечивающих высокую стабильность и надежность процесса управления затворами, высокую электрическую прочность гальванической развязки устройства управления и силовых элементов транзисторов, исключение генерации электрических помех в устройстве управления от токов в выходных цепях управляемых транзисторов. В способе управления затворами полевых транзисторов или биполярных транзисторов с изолированными затворами путем совместной передачи управляющей информации и энергии для управления затворами между источником и приемником управляющей информации и энергии для управления затворами транзисторов создают беспроводной энерготранспортирующий канал в электроизолирующей среде светопроводящего стержня путем размещения на одном из торцов стержня мощного светодиода, на другом торце стержня матричного солнечного элемента, при помощи светодиода в направлении к матричному солнечному элементу в стержне возбуждают световой поток, энергию светового потока преобразуют в матричном солнечном элементе в энергию электрического тока, с помощью которой питают затвор транзистора, при этом управляющую информацию кодируют путем изменения времен включенного и выключенного состояний светодиода. 6 н. п. ф-лы, 4 ил.

Светочувствительные устройства и способы и схемы для считывания с них // 2524055

Изобретение относится к светочувствительному устройству, а также к способу считывания и к его схеме считывания. Светочувствительное устройство содержит пиксельную матрицу и схему считывания, причем передающий затвор для соединения соседних пикселей и переноса заряда между соединенными пикселями расположен между, по меньшей мере, некоторыми указанными пикселями в пиксельной матрице, схема считывания используется для считывания заряда пикселя в пиксельной матрице, упомянутый заряд является, по меньшей мере, одним из собственного заряда упомянутого пикселя, заряда, переносимого из пикселя, соседнего с упомянутым пикселем, суперпозиции собственного заряда упомянутого пикселя и заряда, переносимого из одного или более пикселей, соседних с упомянутым пикселем, и суперпозиции зарядов переноса двух или более пикселей, соседних с упомянутым пикселем. Изобретение обеспечивает удобство в обработке и считывании. 3 н. и 17 з.п.ф-лы, 24 ил.

Мультиспектральное фоточувствительное устройство // 2525654

Изобретение относится к мультиспектральному считывающему устройству для считывания инфракрасных, монохромных и цветных изображений. Мультиспектральное фоточувствительное устройство содержит базовый слой со множеством макроблоков из составных считывающих пикселов, по меньшей мере, один составной считывающий пиксел содержит, по меньшей мере, два базовых считывающих пиксела, размещенных в слоях вдоль направления испускания света, причем каждый слой имеет один базовый считывающий пиксел, и базовые считывающие пикселы распределены на верхней стороне или нижней стороне, либо на верхней стороне и нижней стороне базового слоя, и каждая сторона содержит самое большее два слоя, причем полосы спектра, считываемые посредством базовых считывающих пикселов в одних и тех же составных считывающих пикселах, соответственно, являются ортогональными друг другу. Изобретение обеспечивает лучшее выполнение цветового считывания и интеграцию цветового считывания и инфракрасного считывания. 13 з.п. ф-лы, 28 ил.

Фоточувствительный прибор с зарядовой связью // 2528464

Изобретение относится к электронной технике. В фоточувствительном приборе с зарядовой связью, имеющем подложку первого типа проводимости, в ее приповерхностной части, внутри области объемного канала переноса второго типа проводимости дополнительно сформирована примыкающая к обеспечивающей перенос заряда фоточувствительной области и имеющая с ней омический контакт дополнительная фоточувствительная область первого типа проводимости, имеющая область перекрытия с областью стоп-диффузии с образованием в этой области перекрытия омического контакта, причем находящаяся под ней область объемного канала переноса второго типа проводимости имеет более низкую концентрацию примеси, чем область объемного канала переноса под обеспечивающей перенос заряда фоточувствительной областью, при этом величина потенциала объемного канала переноса под дополнительной фоточувствительной областью меньше величины потенциала объемного канала переноса под обеспечивающей перенос заряда фоточувствительной областью, а глубина залегания дополнительной фоточувствительной области в области канала переноса соответствует глубине проникновения ультрафиолетового излучения в данную полупроводниковую подложку. Изобретение обеспечивает создание фоточувствительного прибора с зарядовой связью с увеличенной чувствительностью к УФ излучению. 1 з.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

Устройство считывания для многоэлементных фотоприемников инфракрасного излучения // 2529768

Изобретение относится к области интегральной микроэлектроники и предназначено для обработки оптической информации. Техническим результатом является повышение точности определения дальности до объектов в одном кадре одновременно с получением тепловизионного изображения. Устройство содержит многоканальную систему считывания с каналами считывания тепловизионного сигнала и измерения дальности до объектов изображения в составе матрицы ячеек считывания форматом m×n, трансимпедансный усилитель, фильтр высоких частот, усилитель, компаратор, счетчики, строчные шины управления, столбцовые шины считывания, логические элементы И. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство снятия изображения и система снятия изображения // 2532578

Изобретение относится к устройству фотоэлектрического преобразования. В устройстве фотоэлектрического преобразования, которое складывает сигналы множества элементов фотоэлектрического преобразования, включенных в состав блоков фотоэлектрического преобразования, каждый из множества элементов фотоэлектрического преобразования включает в себя первую полупроводниковую область первого типа проводимости, которая накапливает сигнальные несущие. Первые полупроводниковые области, включенные в состав элементов фотоэлектрического преобразования, которые включаются в состав каждого из блоков фотоэлектрического преобразования и располагаются в непосредственной близости друг к другу, размещают между собой вторую полупроводниковую область второго типа проводимости. Высота потенциального барьера для сигнальных несущих, сгенерированных в определенной области второй полупроводниковой области, меньше высоты потенциального барьера для сигнальных несущих, сгенерированных в третьей полупроводниковой области, находящейся между каждой из первых полупроводниковых областей и стоковой областью для избыточных зарядов первого типа проводимости. Изобретение обеспечивает получение необходимого сигнала в ситуации, когда один сигнал получают с использованием сигналов множества элементов фотоэлектрического преобразования посредством создания структуры изоляции между элементами фотоэлектрического преобразования. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 14 ил.

Способ изготовления кремниевого p-i-n фотодиода // 2532594

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых p-i-n-фотодиодов (ФД), чувствительных к излучению с длинами волн 0,9-1,06 мкм. Способ изготовления кремниевого фотодиода согласно изобретению включает операции термического окисления, диффузии фосфора для формирования областей n+-типа проводимости, диффузии фосфора для геттерирования загрязняющих примесей, диффузии бора для формирования областей p+-типа проводимости, создания двухслойных омических контактов к фоточувствительной области, области охранного кольца и контактному слою p+-типа проводимости путем нанесения пленки золота с подслоем титана или хрома. При этом после выполнения термодиффузионных операций перед созданием омических контактов проводят дополнительный отжиг пластин с p-i-n структурами при температуре ~400°C в атмосфере азота или водорода в течение двух часов. Изобретение обеспечивает снижение уровня темнового тока (не менее чем на порядок) и увеличение процента выхода годных приборов. 5 ил.

Мультиспектральные фоточувствительные устройства и способы для их дискретизации // 2534018

Изобретение относится к мультиспектральным считывающим фоточувствительным устройствам для считывания субдискретизированных данных фоточувствительных пикселов в фоточувствительных кристаллах с большой матрицей. Техническим результатом является обеспечение субдискретизации с высокой производительностью и эффективной обработки изображений. Указанный технический результат достигается тем, что мультиспектральное фоточувствительное устройство и способ дискретизации пикселов включает: первый процесс комбинирования для комбинирования и дискретизации двух смежных пикселов в идентичной строке и различном столбце, или в различной строке и идентичном столбце, или в различной строке и различном столбце в пикселной матрице, чтобы получать данные дискретизации первого комбинированного пиксела; второй процесс комбинирования для комбинирования и дискретизации данных дискретизации первого комбинированного пиксела, полученного из первого блока комбинирования, чтобы получать данные дискретизации второго комбинированного пиксела; и третий процесс комбинирования, данные дискретизации третьего комбинированного пиксела получаются посредством способа для преобразования цветов и масштабирования изображений в цифровом пространстве. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 26 ил.

Способ и устройство измерения угловых координат звезд // 2535247

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в оптико-электронных приборах (ОЭП) ориентации по звездам, содержащих матричный фотоприемник с накоплением заряда. Решение заключается в проецировании на фоточувствительную площадку фотоприемника через объектив изображения участка звездного неба в трех или более спектральных диапазонах и калибрационных меток с изменяемым временем экспозиции, выделении изображений звездных объектов во всех спектральных диапазонах и формировании мультиспектрального изображения звездных объектов путем выбора по каждому звездному объекту изображения того спектрального диапазона, средняя величина амплитуды в котором оказывается наибольшей, измерении линейных координат центров изображений звезд и калибрационных отметок и пересчете линейных координат центров изображений звезд в угловые координаты звезд в базовой приборной системе координат с учетом результатов измерений линейных координат центров изображений калибрационных отметок. Технический результат - увеличение точности измерения угловых координат звезд за счет повышения отношения сигнал/шум путем обработки изображений звезд в раздельных спектральных диапазонах. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.