Фоточувствительная к инфракрасному излучению структура и способ ее изготовления


 


Владельцы патента RU 2529457:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН (ИФП СО РАН) (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" (ТГУ) (RU)

Изобретение относится к инфракрасной технике и технологии изготовления устройств инфракрасной техники, конкретно к фотоприемным устройствам ИК-диапазона длин волн и к технологии их изготовления. Сущность изобретения состоит в том, что в фоточувствительной к инфракрасному излучению структуре, содержащей последовательно соединенные подложку, верхний слой которой выполнен из CdTe, нижний варизонный слой, изготовленный из Hg1-xCdxTe, в котором значение x плавно уменьшается от значения, находящегося в пределах (хД+0,1)÷1, до значения xД, детекторный слой, изготовленный из Hg1-xCdxTe, где x=xД=0,2-0,3, а также последовательно соединенные верхний варизонный слой, изготовленный из Hg1-xCdxTe, в котором значение x плавно увеличивается от значения xД до значения, находящегося в пределах (xД+0,1)÷1, изолирующий слой, изготовленный из CdTe, диэлектрический слой, изготовленный из SiO2, диэлектрический слой, изготовленный из Si3N4, и верхний, прозрачный для инфракрасного излучения проводящий слой, в детекторный слой дополнительно введены чередующиеся барьерные слои и слои квантовых ям, изготовленные из Hg1-xCdxTe, минимальное количество которых равно трем, с возможным добавлением числа пар чередующихся слоев от 1 до 100, при этом на границах между слоем квантовых ям и барьерным слоем значения x ступенчато изменяются в пределах xБ=0,5-1,0 и xЯ=0-0,15 при толщине каждого из барьерных слоев 20-100 нм и толщине каждого из слоев квантовых ям 5-20 нм. Также предложен способе изготовления предлагаемой структуры. Изобретение обеспечивает возможность расширения диапазона рабочих частот фоточувствительной структуры и расширения области ее применения. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к инфракрасной технике и технологии изготовления устройств инфракрасной техники, конкретно к фотоприемным устройствам инфракрасного диапазона длин волн и технологии их изготовления.

Известна структура, изготовленная на основе тонкопленочного узкозонного биполярного полупроводника HgCdTe [1], которая может использоваться в качестве детектора в волноводном болометре ТГц/суб-ТГц диапазона частот (что соответствует сверхдальней инфракрасной области). В этой структуре биполярные слои HgCdTe размещены между двумя омическими металлическими контактами. Толщина слоев в ней составляет 2-20 мкм, ширина - 50 мкм и расстояние между краями контактов - 10-50 мкм (для различных образцов). Детектор может действовать в режиме нулевого или прямого смещения. Для слоев электронного типа проводимости концентрация электронов составляет около 1,5×1014 см-3, для слоев дырочного типа проводимости концентрация дырок составляет около 5×1015 см-3. Оценки, проведенные на основе теории для слоев Hg1-xCdxTe без подложки при x ~ 0,2 (где x - содержание CdTe в HgCdTe), показали, что отклик и безразмерная температура дырок слабо зависят от частоты в ТГц/суб-ТГц диапазоне частот при неизменной мощности, вводимой в волновод. В болометре электромагнитная волна нагревает полупроводник, что приводит к увеличению его проводимости и к появлению электродвижущих сил. Эти эффекты приводят к появлению отклика по напряжению у детектора на горячих электронах. Отклик такого детектора на основе тонких слоев был рассчитан и измерен в диапазоне частот 0,037-1,54 ТГц при температурах полупроводниковой структуры, изменяющихся в диапазоне 70-300 К. Пороговая мощность таких детекторов может достигать 4×1011 Вт/Гц½ при 300 К и 1011 Вт/Гц½ при 100 К в низкочастотной части суб-ТГц диапазона. Необходимым элементом для работы детектора в болометре является антенна. В основе работы таких болометрических детекторов лежит изменение подвижности электронов при повышении их температуры, которая для тонких слоев HgCdTe даже при комнатной температуре превышает 104 см2/(В×с). Созданию и применению болометрических детекторов способствует относительно малое время релаксации энергии электронов (~20 нс) и малое время жизни свободных электронов (не более 1 мкс при x=0,2), которые зависят от типа проводимости материала и температуры решетки. Недостатками такой полупроводниковой структуры детектора является достаточно сложная технология ее изготовления, необходимость создания тонких биполярных слоев, наличие антенны и волновода для эффективной работы детектора. Кроме того, отсутствие пассивирующих поверхность HgCdTe диэлектрических слоев в структуре детектора приводит к нестабильности рабочих характеристик прибора и его высокой чувствительности к нежелательным внешним воздействиям.

Наиболее близкая фоточувствительная к инфракрасному (ИК) излучению структура и способ ее изготовления по отношению к заявляемой структуре и способу ее изготовления описаны в [2]. Структура-прототип содержит последовательно соединенные подложку, нижний слой которой образован GaAs, средний слой - ZnTe и верхний слой - CdTe, нижний варизонный слой, изготовленный из Hg1-xCdxTe, в котором значение х плавно уменьшается от значения, находящегося в пределах (xД+0,1)÷1, до значения хД, детекторный слой толщиной около 10 мкм, изготовленный из Hg1-xCdxTe, где x=xД=0,2-0,3, верхний варизонный слой, изготовленный из Hg1-xCdxTe, в котором значение х плавно увеличивается от значения xД до значения, находящегося в пределах (xД+0,1)÷1, изолирующий слой толщиной 0,1-0,2 мкм, изготовленный из CdTe, диэлектрические слои из ZnTe, SiO2 и Si3N4 и верхний, прозрачный для ИК-излучения, проводящий слой толщиной около 0,5 мкм.

Оптический вход фоточувствительного прибора, изготовленного на основе такой структуры, может находиться как со стороны подложки, так и со стороны верхнего проводящего слоя. Структура-прототип может использоваться в приборах с зарядовой связью (ПЗС), фоторезисторах и фотодиодах.

Способ-прототип изготовления фоточувствительной к инфракрасному излучению структуры-прототипа включает подготовку подложки, верхний слой которой содержит CdTe, к нанесению на нее последующих слоев и нанесение на этот слой в ростовой камере методом молекулярно-лучевой эпитаксии нижнего варизонного слоя, детекторного слоя из Hg1-xCdxTe толщиной около 10 мкм, где x=xД=0,2-0,3, верхнего варизонного слоя, изолирующего слоя из CdTe толщиной 0,1-0,2 мкм и диэлектрического слоя толщиной 0,1-0,2 мкм из ZnTe, при этом значение x для нижнего варизонного слоя толщиной 0,5-6,0 мкм плавно уменьшают от значения, находящегося в пределах (xД+0,1)÷1, до значения xД, а значение x для верхнего варизонного слоя толщиной 0,03-1,00 мкм плавно увеличивают от значения xД до значения, находящегося в пределах (xД+0,1)÷1, затем полупроводниковую структуру выносят из ростовой камеры и на ее верхнюю поверхность одним из низкотемпературных методов наносят диэлектрический слой толщиной 0,07-0,10 мкм из SiO2, диэлектрический слой толщиной 0,03-0,50 мкм из Si3N4 и верхний проводящий слой толщиной около 0,5 мкм.

К недостаткам структуры-прототипа следует отнести ограниченную спектральную область фоточувствительности, в частности, структура-прототип чувствительна только в средней и дальней областях инфракрасного диапазона до длины волны около 15 мкм. Для структуры-прототипа детекторный слой является однородным по составу, что не позволяет детектировать излучение при больших длинах волн.

Задача, на достижение которой направлено предлагаемое решение, - создание высокостабильной структуры, чувствительной в широком диапазоне длин волн инфракрасного диапазона, включая среднюю инфракрасную область (3-8 мкм), дальнюю инфракрасную область (8-15 мкм) и сверхдальнюю инфракрасную область (больше 15 мкм), для изготовления различных фотоприемных устройств, в частности, матриц МДП-структур (ПЗС-структур), фоторезисторных и фотодиодных матриц.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в фоточувствительную к инфракрасному излучению структуру, содержащую подложку, верхний слой которой образован CdTe, нижний варизонный слой толщиной 0,5-6,0 мкм, изготовленный из Hg1-xCdxTe, в котором значение x плавно уменьшается от значения, находящегося в пределах (xД+0,1)÷1, до значения x=xД, рабочий детекторный слой толщиной около 10 мкм, изготовленный из Hg1-xCdxTe, где x=xД=0,2-0,3, верхний варизонный слой толщиной 0,03-1,00 мкм, изготовленный из Hg1-xCdxTe, в котором значение x плавно увеличивается от значения xД до значения, находящегося в пределах (xД+0,1)÷1, изолирующий слой из CdTe толщиной 0,1-0,2 мкм, диэлектрические слои из ZnTe, SiO2 и Si3N4 и верхний, прозрачный для инфракрасного излучения проводящий слой толщиной около 0,5 мкм, в детекторный слой дополнительно введены слой квантовых ям и два барьерных слоя, расположенные с обеих сторон слоя квантовых ям, изготовленные из Hg1-xCdxTe, на границах между слоем квантовых ям и барьерным слоем значения x ступенчато изменяются в пределах xБ=0,5-1,0 и xЯ=0-0,15 при толщине каждого из барьерных слоев 20-100 нм и толщине слоя квантовой ямы 5-20 нм.

В частном случае в детекторный слой дополнительно введены n пар чередующихся барьерных слоев и слоев квантовых ям, где n выбирают в пределах 1-100.

В частном случае основа подложки выполнена из GaAs и на нее нанесены слой ZnTe толщиной 0,01-1,00 мкм и слой CdTe толщиной 4,0-7,0 мкм.

В частном случае основа подложки выполнена из Si и на нее нанесены слой ZnTe толщиной 0,01-1,00 мкм и слой CdTe толщиной 4,0-7,0 мкм.

В частном случае основа подложки выполнена из ZnCdTe и на нее нанесены слой ZnTe толщиной 0,03-0,30 мкм и слой CdTe толщиной 5,0-8,0 мкм.

В частном случае основа подложки выполнена из Al2O3 и на нее нанесен слои CdTe толщиной 3-5 мкм.

В частном случае основа подложки выполнена из ZnCdTe и на нее нанесен слой CdTe толщиной 0,1-1,0 мкм.

В частном случае подложка полностью выполнена из CdTe.

В частном случае между изолирующим слоем из CdTe и верхним проводящим слоем нанесены диэлектрический слой толщиной 0,07-0,20 мкм, изготовленный из SiO2, и диэлектрический слой толщиной 0,03-0,50 мкм, изготовленный из Si3N4.

В частном случае между изолирующим слоем из CdTe и диэлектрическим слоем из SiO2 нанесен диэлектрический слой толщиной 0,1-0,2 мкм, изготовленный из ZnTe.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что в способе изготовления фоточувствительной к инфракрасному излучению структуры, включающем подготовку подложки, верхний слой которой содержит CdTe, к нанесению на нее последующих слоев и нанесение в ростовой камере методом молекулярно-лучевой эпитаксии нижнего варизонного слоя из Hg1-xCdxTe толщиной 0,5-6,0 мкм, детекторного слоя из Hg1-xCdxTe толщиной около 10 мкм, где x=xД=0,2-0,3, верхнего варизонного слоя из Hg1-xCdxTe толщиной 0,03-1,00 мкм, изолирующего слоя из CdTe толщиной 0,1-0,2 мкм и диэлектрического слоя из ZnTe толщиной 0,1-0,2 мкм, вынос полупроводниковой структуры из ростовой камеры и нанесение на диэлектрический слой из ZnTe одним из низкотемпературных методов диэлектрического слоя из SiO2 толщиной 0,07-0,1 мкм, диэлектрического слоя из Si3N4 толщиной 0,03-0,50 мкм и верхнего, пропускающего инфракрасное излучение проводящего слоя толщиной около 0,5 мкм, в процессе изготовления детекторного слоя в ростовой камере формируют из Hg1-xCdxTe слой квантовых ям и два барьерных слоя, расположенные с обеих сторон слоя квантовых ям, на границах между слоем квантовых ям и барьерным слоем значения x ступенчато изменяются в пределах xБ=0,5-1,0 и xЯ=0-0,15 при толщине каждого из барьерных слоев 20-100 нм и толщине слоя квантовой ямы 5-20 нм.

В частном случае в ростовой камере в детекторном слое дополнительно формируют n пар чередующихся слоев квантовых ям и барьерных слоев, где n выбирают в пределах 1-100.

В частном случае нанесение нижнего и верхнего варизонных слоев и детекторного слоя, содержащего чередующиеся барьерные слои и слои квантовых ям, проводят при температуре подложки, находящейся в диапазоне 170-190°C, и скорости роста слоев 1,0-3,5 мкм/ч, нанесение слоев квантовых ям и барьерных слоев - при температуре подложки, находящейся в диапазоне 170-190°C, и скорости роста слоев 0,02-0,35 мкм/ч, нанесение изолирующего слоя из CdTe - при температуре подложки, находящейся в диапазоне 180-220°C, и скорости роста слоя 0,5-1,0 мкм/ч, а нанесение диэлектрического слоя из ZnTe проводят при температуре подложки, находящейся в диапазоне 180-200°C, и скорости роста слоя 0,5-1,0 мкм/ч.

На чертеже изображена предлагаемая фоточувствительная к инфракрасному излучению структура (один из вариантов), в которой основа подложки выполнена из GaAs, а в детекторный слой введены два барьерных слоя и один слой квантовых ям между ними. Масштаб толщин различных слоев структуры взят произвольным.

На чертеже обозначено: 1 - подложка; 2 - слой подложки, содержащий CdTe; 3 - средний слой подложки, выполненный из ZnTe; 4 - нижний слой (основа подложки), выполненный из GaAs; 5 - нижний варизонный слой; 6 - детекторный слой; 7 и 8 - нижний и верхний барьерные слои; 9 - слой квантовой ямы; 10 - верхний варизонный слой; 11 - изолирующий слой из CdTe; 12 - диэлектрический слой из ZnTe; 13 - диэлектрический слой из SiO2; 14 - диэлектрический слой из SiO3N4; 15 - верхний, прозрачный для ИК-излучения проводящий слой.

Основа 4 подложки 1 также может быть изготовлена из ZnCdTe и на нее может быть нанесен слой 3 из ZnTe или вся подложка 1 может быть выполнена из CdTe.

Предложенная структура может использоваться в ПЗС, фоторезисторах и фотодиодах.

В качестве основы ПЗС такая структура используется следующим образом. Верхние проводящие слои ПЗС состоят из совокупности отдельных областей (электродов) 15, при этом межэлектродные продольные промежутки между ними не превышают нескольких микрометров. Тыловой электрический контакт создают к детекторному слою после локального удаления диэлектрических слоев 12-14, изолирующего слоя 11 и верхнего варизонного слоя 10. Между верхними проводящими электродами и тыловым контактом прикладывают импульсы напряжения, приводящие к обеднению слоя 10 и приповерхностного детекторного слоя 6 основными носителями заряда. Амплитуда обедняющих импульсов различна для детектирования в различных спектральных диапазонах. При детектировании излучения среднего инфракрасного диапазона (3-8 мкм) или дальнего инфракрасного диапазона (8-15 мкм) область пространственного заряда не достигает области квантовых ям, поэтому переходы между уровнями в квантовых ямах не дают значительного вклада в сигнальный заряд. При облучении полупроводниковой структуры через подложку 1 или через верхние проводящие слои 15 инфракрасным излучением с длиной волны, достаточной для межзонной генерации носителей заряда, в детекторном слое 6 возникают электронно-дырочные пары, которые разделяются электрическим полем. При облучении полупроводниковой структуры через подложку 1 в ней уменьшаются потери носителей, связанные с их рекомбинацией на границе раздела между слоем 2 из CdTe и нижним варизонным слоем 5, из-за снижения плотности поверхностных состояний на этой границе. Неосновные носители заряда накапливаются в потенциальных ямах, расположенных на поверхности верхнего варизонного слоя 10 или на некотором расстоянии от его поверхности (в зависимости от профиля значений x в Hg1-xCdxTe варизонного слоя 10 и приложенных к верхним проводящим слоям 15 электрических напряжений). Накопленные зарядовые пакеты неосновных носителей несут информацию об интенсивности излучения в областях отдельных электродов. Время накопления зарядов может быть достаточно велико из-за того, что потенциальные ямы находится в верхнем варизонном (широкозонном) слое 10, где темновые токи генерации неосновных носителей значительно меньше, чем в детекторном слое. После накопления зарядов возможно их считывание путем изменения управляющих напряжений на верхних электродах или на электродах, сформированных сверху изолирующего слоя CdTe 11. Под действием этих напряжений зарядовые пакеты смещаются вдоль поверхности структуры и считываются через выходное устройство, соединенное с ПЗС. При детектировании в сверхдальнем инфракрасном диапазоне амплитуда обедняющих импульсов увеличивается, и область пространственного заряда захватывает область расположения квантовых ям. При последовательном режиме фотоприема излучение дальнего и среднего инфракрасных диапазонов отсекается оптическим фильтром. При одновременном режиме фотоприема регистрируется сигнал во всех спектральных областях чувствительности. При облучении полупроводниковой структуры через подложку 1 или через верхние проводящие слои 15 ИК-излучением с длиной волны, превышающей 15 мкм, происходят межподзонные переходы носителей в квантовых ямах 9 детекторного слоя 6, и возникшие электронно-дырочные пары могут быть разделены электрическим полем области пространственного заряда. Возможность излучательных переходов между уровнями в квантовых ямах CdTe/Hg1-xCdxTe при температурах от 5 до 300 К установлена при помощи исследований фотолюминесценции в работе [3]. Проведенные расчеты показали, что при температуре 100 К для структуры с квантовыми ямами HgTe/Hg0.05Cd0.95Te при толщине ямы 13,3 нм и толщине барьерного слоя 8,2 нм энергия перехода между основными состояниями электронов и дырок в квантовой яме соответствует длине волны 20,7 мкм, а включение переходов между основными и возбужденными состояниями электронов и дырок дают дополнительные спектральные области чувствительности в сверхдальнем инфракрасном диапазоне. Управление рабочей длиной волны детектора в сверхдальнем диапазоне может быть реализовано путем изменения геометрических параметров квантовых ям (например, их ширины). Еще одной возможностью управления областью спектральной чувствительности детектора является изменение рабочей температуры детектора (при повышенных температурах снижается вклад в спектральную чувствительность от переходов носителей заряда в квантовых ямах). Следует отметить, что детектирование в сверхдальней инфракрасной области возможно только при помощи квантовых ям, так как состав CdTe в детекторном слое допускает детектирование только в дальней инфракрасной области.

Предложенная структура в качестве фоторезистора для спектрального диапазона 8-15 мкм используется следующим образом. Фоторезистор действует как сопротивление, величина которого зависит от интенсивности излучения соответствующей длины волны. К верхнему проводящему слою 15 прикладывается напряжение относительно квазинейтрального детекторного слоя (положительное или отрицательное в зависимости от типа проводимости детекторного слоя), что приводит к обеднению неосновными носителями заряда приповерхностных областей верхнего варизонного слоя 10 и детекторного слоя 6. Тот же эффект может быть достигнут контролируемым введением в диэлектрические слои 12-14 фиксированного заряда. Наличие верхнего варизонного слоя 10 и/или наличие электрического поля, создаваемого разностью потенциалов между электродом 15 и квазинейтральным детекторным слоем, препятствует рекомбинации неосновных носителей на границе раздела изолирующего слоя 11 и верхнего варизонного слоя 10. Отметим, что скорость поверхностной рекомбинации в предложенной структуре будет низкой из-за малой плотности поверхностных состояний, обусловленной согласованием постоянных решеток в верхнем варизонном слое 10 и изолирующем слое 11. Снижение поверхностной рекомбинации приводит к увеличению времени жизни неравновесных (созданных излучением) носителей заряда в объеме полупроводника и повышению чувствительности фоторезистора. Согласование постоянных решеток в верхнем варизонном слое 10 и изолирующем слое 11 приводит к повышению стабильности характеристик. К такому же результату приводит использование защитных диэлектрических покрытий 12-14. Предложенная структура позволяет повысить чувствительность и стабильность характеристик фоторезистора. При последовательном режиме фотоприема при действии в сверхдальнем инфракрасном диапазоне (длина волны больше 15 мкм) излучение дальнего и среднего инфракрасных диапазонов отсекается при помощи оптического фильтра. В этом случае основной вклад в фотопроводимость дадут электронно-дырочные пары, возникающие в области квантовых ям 9.

В качестве фотодиода предложенную структуру используют следующим образом. Вскрывают диэлектрические слои 11-14 с внешней стороны проводящего слоя 15 и со стороны верхней поверхности детекторного слоя и формируют (например, методом ионной имплантации) области с противоположным детекторному слою типом проводимости полупроводника. ИК-излучение соответствующей длины волны создает электронно-дырочные пары, которые разделяются на потенциальном барьере между n- и p-областями детекторного слоя. Важной характеристикой фотодиода является темновое сопротивление n-p-перехода. В предложенной структуре такое сопротивление велико из-за малой величины тока поверхностной утечки (при качественной границе раздела между изолирующим слоем 11 и верхним варизонным слоем 10 ток поверхностной утечки мал). Малые электрические напряжения плоских зон при введении компенсирующего фиксированного заряда в диэлектрические слои 12-14 также приводят к уменьшению проводимости вдоль поверхности раздела сред. Слои 12-14 обеспечивают стабильность характеристик фотодиода за счет защиты границы раздела между изолирующим слоем 11 и верхним варизонным слоем 10 от нежелательных внешних воздействий (например, атмосферных загрязнений). При последовательном режиме фотоприема при действии в сверхдальнем инфракрасном диапазоне излучение дальнего и среднего инфракрасных диапазонов отсекается при помощи оптического фильтра.

Предложенная фоточувствительная к сверхширокополосному инфракрасному излучению структура и способ ее изготовления позволяют создавать на их основе ряд высокостабильных приборов: ПЗС-структуры с большим временем хранения зарядов и высокой эффективностью их переноса, фоторезисторы и фотодиоды с высокой чувствительностью и высоким темновым сопротивлением. Достоинством предложенной структуры также является возможность приема ИК-излучения как с ее фронтальной, так и с тыльной (обратной) стороны.

Источники информации

1. Zabudsky В., Sizov F., Momot N., Tsubrii Z., Sakhno N., Bunchik S., Michailov N., Varavin V. THz/sub-THz direct detection detector on the basis of electron/hole heating in MCT layers, Semicond. Sci. Technol., 2012, V.27, P. 045002 - (1-8).

2. Пат. РФ №2396635, МПК H01L 31/101, заявл. 11.08.2009; опубл. 10.08.2010 - прототип.

3. Monteratt E., Ulmer L., Magnea N., Mariette H., Pautrat J.L., Kheng K., Fuchs F. Optical spectroscopy of CdHdTe/CdTe quantum wells and superlattices, Semicond. Sci. Technol., 1993, V.8, P. S261-S265.

1. Фоточувствительная к инфракрасному излучению структура, содержащая последовательно соединенные подложку, верхний слой которой выполнен из CdTe, нижний варизонный слой, изготовленный из Hg1-xCdxTe, в котором значение x плавно уменьшается от значения, находящегося в пределах (xд+0,1)÷1, до значения xд, детекторный слой, изготовленный из Hg1-xCdxTe, где х=хд=0,2-0,3, а также последовательно соединенные верхний варизонный слой, изготовленный из Hg1-xCdxTe, в котором значение x плавно увеличивается от значения xд до значения, находящегося в пределах (xд+0,1)÷1, изолирующий слой, изготовленный из CdTe, диэлектрический слой, изготовленный из SiO2, диэлектрический слой, изготовленный из Si3N4, и верхний, прозрачный для инфракрасного излучения проводящий слой, отличающаяся тем, что в ее детекторный слой введены изготовленные из Hg1-xCdxTe слой квантовых ям и два барьерных слоя, расположенные с обеих сторон слоя квантовых ям, при этом на границах между слоем квантовых ям и барьерными слоями значения x ступенчато изменяются в пределах xБ=0,5-1,0 и xЯ=0-0,15 при толщине каждого из барьерных слоев 20-100 нм и толщине слоя квантовой ямы 5-20 нм.

2. Структура по п.1, отличающаяся тем, что в детекторный слой дополнительно введены n пар чередующихся барьерных слоев и слоев квантовых ям, где n выбирается в пределах 1-100.

3. Структура по п.1, отличающаяся тем, что основа подложки выполнена из Si и на нее последовательно нанесены слой ZnTe толщиной 0,01-1,00 мкм и слой CdTe толщиной 4,0-7,0 мкм.

4. Структура по п.1, отличающаяся тем, что основа подложки выполнена из ZnCdTe и на нее нанесены слой ZnTe толщиной 0,03-0,30 мкм и слой CdTe толщиной 5,0-8,0 мкм.

5. Структура по п.1, отличающаяся тем, что основа подложки выполнена из Al2O3, на которую нанесен слой CdTe толщиной 3-5 мкм.

6. Структура по п.1, отличающаяся тем, что основа подложки выполнена из ZnCdTe и на нее нанесен слой CdTe толщиной 0,1-1,0 мкм.

7. Структура по п.1, отличающаяся тем, что подложка полностью выполнена из CdTe.

8. Структура по п.1, отличающаяся тем, что нижний слой подложки выполнен из GaAs, средний - из ZnTe и верхний - из CdTe.

9. Структура по п.1, отличающаяся тем, что между изолирующим слоем, изготовленным из CdTe, и верхним проводящим слоем дополнительно введены диэлектрический слой из SiO2 и диэлектрический слой из Si3N4, при этом толщину слоя из SiO2 выбирают в пределах 0,07-0,20 мкм, а толщину слоя из Si3N4 - в пределах 0,03-0,50 мкм.

10. Структура по п.9, отличающаяся тем, что между изолирующим слоем из CdTe и диэлектрическим слоем из SiO2 дополнительно введен диэлектрический слой из ZnTe толщиной 0,1-0,2 мкм.

11. Способ изготовления фоточувствительной к инфракрасному излучению структуры, включающий подготовку подложки, верхний слой которой содержит CdTe, к нанесению на нее последующих слоев и нанесение на этот слой в ростовой камере методом молекулярно-лучевой эпитаксии нижнего варизонного слоя из Hg1-xCdxTe толщиной 0,5-6,0 мкм, детекторного слоя из Hg1-xCdxTe толщиной около 10 мкм, где x=xд=0,2-0,3, верхнего варизонного слоя из Hg1-xCdxTe толщиной 0,03-1,00 мкм, изолирующего слоя из CdTe толщиной 0,1-0,2 мкм и диэлектрического слоя из ZnTe толщиной 0,1-0,2 мкм, вынос полупроводниковой структуры из ростовой камеры и нанесение на диэлектрический слой из ZnTe одним из низкотемпературных методов диэлектрического слоя их SiO2 толщиной 0,07-0,1 мкм, диэлектрического слоя из Si3N4 толщиной 0,03-0,50 мкм и верхнего, пропускающего инфракрасное излучение проводящего слоя толщиной около 0,5 мкм, отличающийся тем, что при выращивании детекторного слоя в ростовой камере образуют два барьерных слоя и один слой квантовых ям, расположенный между ними, на границах которых значение x ступенчато изменяется от значения x состава в барьерном слое xБ=0,5-1,0 при толщине барьерного слоя 20-100 нм до значения x состава ямы xя=0-0,15 при толщине слоя квантовой ямы 5-20 нм.

12. Способ по п.11, отличающийся тем, что в детекторном слое дополнительно образуют n пар чередующихся слоев квантовых ям и барьерных слоев, где n выбирают в пределах 1-100.

13. Способ по пп.11 и 12, отличающийся тем, что нанесение нижнего и верхнего варизонных слоев и детекторного слоя проводят при температуре подложки, находящейся в диапазоне 170-190°C, и скорости роста слоев 1,0-3,5 мкм/ч, нанесение слоев квантовых ям и барьерных слоев - при температуре подложки, находящейся в диапазоне 170-190°C, и скорости роста слоев 0,02-0,35 мкм/ч, нанесение изолирующего слоя из CdTe - при температуре подложки, находящейся в диапазоне 180-220°C, и скорости роста слоя 0,5-1,0 мкм/ч, а нанесение диэлектрического слоя из ZnTe проводят при температуре подложки, находящейся в диапазоне 180-200°C, и скорости роста слоя 0,5-1,0 мкм/ч.



 

Похожие патенты:

Способ изготовления каскадных солнечных элементов включает последовательное нанесение на фронтальную поверхность фоточувствительной полупроводниковой структуры GaInP/GaInAs/Ge пассивирующего слоя и контактного слоя GaAs, локальное удаление контактного слоя травлением через маску фоторезиста.

Изобретение относится к технологии гибридизации ИК-фотоприемника способом перевернутого монтажа (flip chip) и может быть использовано для выравнивания зазоров между кристаллами БИС и МФЧЭ, что приводит к увеличению надежности соединения и стойкости к термоциклированию соединения кристаллов, с помощью так называемых индиевых "подушек" на обоих кристаллах.

Изобретение относится к оптоэлектронике и вакуумной микроэлектронике и может быть использовано при создании сверхширокополосных фотодетекторов в ультрафиолетовой, видимой и ИК области спектра для оптической спектроскопии и диагностики, систем оптической связи и визуализации.

Изобретение относится к технологии получения индиевых микроконтактов для соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц. В способе изготовления микроконтактов матричных фотоприемников согласно изобретению формируют на пластине с матрицами БИС или фотодиодными матрицами металлический подслой (например, Cr+Ni) круглой формы, защищают кристалл пленкой фоторезиста с окнами круглой формы в местах контактов, напыляют слой индия толщиной, соответствующей высоте микроконтактов, формируют на слое индия маску фоторезиста круглой формы, затем формируют микроконтакты травлением ионами инертного газа до полного распыления индия в промежутках между контактами, удаляют остатки фоторезистивной маски на вершинах микроконтактов и нижней защитной пленки в органических растворителях или травлением в кислородной плазме.

Изобретение относится к оптоэлектронным приборам. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор содержит прозрачное защитное покрытие на рабочей поверхности, на которое падает излучение, и секции фотопреобразователей, соединенные оптически прозрачным герметиком с защитным покрытием.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, предназначенных для регистрации инфракрасного излучения. Фотоприемный модуль на основе PbS представляет собой гибридную микросборку, состоящую из фоточувствительного элемента, в виде линейки на основе PbS и кристалла БИС-считывания (мультиплексора), соединенных между собой методом перевернутого монтажа (flip-chip).
Изобретение относится к области электрического оборудования, в частности к фотопреобразователям. Техническим результатом изобретения является улучшение качества контактов и увеличение выхода годных приборов.

Изобретение может быть использовано в различной оптико-электронной аппаратуре для обнаружения инфракрасного излучения. Фотоприемный модуль на основе PbSe согласно изобретению представляет собой гибридную микросборку, состоящую из фоточувствительного элемента, в виде линейки на основе PbSe и кристалла БИС-считывания (мультиплексора), соединенных между собой методом перевернутого монтажа (flip-chip), при этом индиевые столбики наносят на контактные площадки ламелей фоточувствительного элемента, которые помимо слоев Cr, Pd, An содержат подслой Cr и In, и стыкуют с индиевыми столбиками, нанесенными на БИС-считывания, образуя электрическую и механическую связь.

Настоящее изобретение относится к области кремниевых многопереходных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечных батарей. Конструкция «наклонного» кремниевого монокристаллического многопереходного (МП) фотоэлектрического преобразователя (ФЭП) согласно изобретению содержит диодные ячейки (ДЯ) с n+-p--p+ (р+-n--n+) переходами, параллельными горизонтальной светопринимающей поверхности, диодные ячейки содержат n+(p+) и р+(n+) области n+-p--p+(p+-n--n+) переходов, через которые они соединены в единую конструкцию металлическими катодными и анодными электродами, расположенными на поверхности n+(p+) и p+(n+) областей с образованием соответствующих омических контактов - соединений, при этом, что n+(p+) и p+(n+) области и соответствующие им катодные и анодные электроды расположены под углом в диапазоне 30-60 градусов к светопринимающей поверхности, металлические катодные и анодные электроды расположены на их поверхности частично, а частично расположены на поверхности оптически прозрачного диэлектрика, расположенного на поверхности n+(p+) и p+(n+) областей, при этом они с металлическими электродами и оптически прозрачным диэлектриком образуют оптический рефлектор.

Изобретение относится к области фотоэлектрического преобразования солнечной энергии. Согласно изобретению предложен способ изготовления структуры фотоэлектрического элемента, имеющей два электрода и содержащей по меньшей мере один слой соединения кремния, который включает осаждение слоя соединения кремния на несущую структуру, в результате чего одна поверхность слоя соединения кремния расположена на несущей структуре, а вторая поверхность слоя соединения кремния является непокрытой, обработку второй поверхности слоя соединения кремния в заданной кислородсодержащей атмосфере с обогащением тем самым второй поверхности слоя соединения кремния кислородом и воздействие на обогащенную вторую поверхность окружающим воздухом.

Группа изобретений относится к нанооптоэлектронике. В фоточувствительной структуре, представляющей собой чувствительную к терагерцовому излучению при температуре эффективного фототока многослойную полупроводниковую гетероструктуру с квантовой ямой, выполненной в виде слоя узкозонного твердого раствора, содержащего Hg и Te и заключенного между барьерными слоями широкозонного трехкомпонентного твердого раствора CdyHg1-yTe, где у составляет величину в предпочтительном интервале от 65% до 72%, узкозонный слой квантовой ямы сформирован из трехкомпонентного твердого раствора Hg1-xCdxTe с содержанием Cd, определяемым величиной x в интервале от 4% до 12%, причем ширина квантовой ямы выбрана для заданного терагерцового поддиапазона частот принимаемого излучения при температуре 4,2K или 77K в зависимости от содержания Cd в соответствии с таблицей 1, представленной в описании изобретения.

Изобретения могут быть использованы в устройствах для формирования изображения, определения координат исследуемых объектов, оптической пеленгации, автоматического управления, контроля и измерения параметров излучения, экологического мониторинга, медицинской диагностики и неразрушающего контроля.

Изобретение относится к фотоэлектронике и может использоваться в пороговых фотоприемных устройствах для регистрации коротких импульсов электромагнитного излучения оптического и инфракрасного (ИК) диапазона.

Изобретение относится к инфракрасной технике и технологии изготовления устройств инфракрасной техники. .

Изобретение относится к системам с высокой эффективностью регистрации светового излучения при помощи лавинных фотодиодов со схемой гашения гейгеровского разряда.

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при создании фотоприемных устройств (ФПУ) для регистрации и измерения инфракрасного (ИК) излучения как в виде одиночных фотодиодов, так и в виде матриц фотодиодов.

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, предназначенным для детектирования и испускания инфракрасного (ИК) излучения при комнатной температуре и может быть использовано, например, в устройствах, измеряющих характеристики сред, содержащих газообразные углеводороды, и в волоконно-оптических датчиках, измеряющих состав жидкости по методу исчезающей волны, для которых указанная полоса совпадает с максимумом фундаментального поглощения измеряемого компонента, например спирта или нефтепродуктов. Полупроводниковый диод для средневолнового инфракрасного диапазона спектра (1) содержит гетероструктуру с подложкой (2) и плоские эпитаксиальные p- и n-области (3, 4), p-n-переход (5), контакты (6, 7), мезу травления (10), при этом контакт (7) к неактивной области (8) расположен сбоку от активной области (9), а его поперечный размер выбирают исходя из максимального размера мезы, а минимальное расстояние между краями мезы и чипа выбирают исходя из размера чипа. Меза имеет расширение в направлении к световыводящей поверхности и имеет, как и контакты, прямоугольную форму с округлениями. Диод согласно изобретению обеспечивает повышенную яркость и фоточувствительность к излучению в средней инфракрасной области спектра. 16 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх