Способ пассивации поверхности теллурида кадмия-ртути


 


Владельцы патента RU 2611211:

Акционерное общество "НПО "Орион" (RU)

Изобретение относится к многоэлементным и матричным фотоприемникам (МФП) ИК-диапазона на основе теллурида кадмия-ртути, конкретно к технологии изготовления матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ). Способ пассивации поверхности теллурида кадмия-ртути (КРТ) согласно изобретению включает нанесение на поверхность КРТ тонкого эпитаксиального слоя теллурида кадмия, при этом КРТ с нанесенным слоем теллурида кадмия подвергается термообработке в атмосфере инертного газа в квазизамкнутом объеме при условиях, препятствующих деградации свойств КРТ, и при температуре, достаточно высокой для взаимной диффузии КРТ и теллурида кадмия, что приводит к появлению варизонной области, обеспечивающей эффективную пассивацию границы раздела. Изобретение обеспечивает повышение параметров МФЧЭ за счет лучшей пассивации поверхности по сравнению с другими аналогичными покрытиями, а именно повышение дифференциального сопротивления фотодиодов матрицы, понижение темнового тока, увеличение отношения сигнал-шум, а также улучшение воспроизводимости всего технологического процесса изготовления МФЧЭ.

 

Изобретение относится к многоэлементным и матричным фотоприемникам (МФП) инфракрасного (ИК) диапазона, конкретно к технологии изготовления матрицы фоточувствительных элементов (МФЧЭ).

МФП ИК-диапазона применяются в различных областях техники. Они включают в себя МФЧЭ и схему обработки сигнала, состыкованные между собой при помощи индиевых микроконтактов. Для спектральных областей 3-5 и 8-12 мкм МФЧЭ изготавливаются преимущественно на основе полупроводниковых твердых растворов теллурида кадмия-ртути CdxHg1-xTe (KPT). Ширина запрещенной зоны КРТ почти линейно зависит от состава X, что позволяет эффективно регулировать граничную длину фотоответа МФЧЭ, и, следовательно, спектральную характеристику МФП.

Для изготовления МФЧЭ применяется КРТ в виде тонкого эпитаксиального слоя, выращенного на подложке, прозрачной в ИК-диапазоне. ИК-излучение падает на тыльную сторону, на котороую нанесено просветляющее покрытие, проходит через прозрачную подложку и поглощается в эпитаксиальном слое КРТ, где происходит генерация электрон-дырочных пар. Фотогенерированные носители заряда разделяются p-n-переходами малоразмерных фотодиодов, являющихся фоточувствительными элементами (ФЧЭ) матриц. Сигнальные фототоки поступают в кремниевый мультиплексор для дальнейшей обработки и формирования изображения. Наиболее широко распространены МФЧЭ на эпитаксиальных слоях КРТ р-типа, в которых при помощи ионного легирования локально формируются n-области фотодиодов. В последнее время также используются слои n-типа.

На качество фотодиодов на основе эпитаксиального КРТ помимо качества самого материала сильно влияет состояние поверхности и границы раздела с подложкой. Это связано с тем, что при обратной подсветке толщина эпитаксиального слоя (базы фотодиода) должна быть не более глубины поглощения ИК-излучения в КРТ (около 10 мкм), а поскольку диффузионная длина неравновесных носителей в КРТ также составляет порядка 10 мкм, на характеристики будет сильно влиять генерация-рекомбинация не только на поверхности слоя, но и на границе раздела с подложкой. Для уменьшения или устранения этого влияния обе границы необходимо подвергнуть обработке, называемой пассивацией, которая является критически важной технологической операцией при изготовлении фотодиодов на КРТ. Ее проведение позволяет предотвратить нежелательный изгиб энергетических зон и инверсию типа проводимости и в итоге обеспечить низкую скорость поверхностной рекомбинации и, следовательно, низкие темновые токи и низкие шумы ФЧЭ, а также временную стабильность параметров.

Способами пассивации полупроводника являются: нанесение диэлектрического покрытия с соответствующим встроенным зарядом для получения состояния плоских зон, пассивация за счет градиента ширины запрещенной зоны (далее - варизонности) на границе раздела, а также химическая обработка поверхности, например, посредством окисления. Для КРТ окисление не применяется, поскольку его собственный окисел нестабилен. Пассивация за счет встроенного заряда в случае КРТ также не приводит к воспроизводимым результатам.

Варизонность, получаемая за счет взаимной диффузии, позволяет обеспечить воспроизводимую и надежную пассивацию КРТ. Как показывают вычисления профилей энергетических зон гетеропереходов между КРТ и высокоомным теллуридом кадмия, глубины взаимной диффузии в несколько десятых микрометра вполне достаточно, чтобы воспрепятствовать генерации-рекомбинации носителей заряда на границе раздела [Common anion heterojunctions, P. Migliorato, A.M. White, Solid State Electronics, Vol. 26, Issue 1, 1983]. Для получения подобной варизонности на границе между КРТ и теллуридом кадмия необходим нагрев до примерно 300°C и более, иначе коэффициент взаимной диффузии слишком мал.

На границе раздела эпитаксиального слоя КРТ с изоструктурной подложкой CdTe (CdZnTe) или альтернативной подложкой с буферным слоем CdTe пассивирующая варизонная область обычно получается сама собой в процессе эпитаксиального выращивания и не рассматривается в данной заявке. Предметом настоящего изобретения является способ пассивации верхней - противоположной от подложки - стороны эпитаксиального слоя КРТ (далее - способ пассивации КРТ).

Предлагаемый способ пассивации КРТ предполагает получение варизонного пассивирующего слоя на поверхности. Он включает в себя две основные последовательные операции: нанесение на поверхность КРТ тонкого (около 1 мкм) покрытия теллурида кадмия и проведение термообработки в атмосфере инертного газа при температуре 300°C, достаточной для взаимной диффузии КРТ и покрытия.

В качестве аналогов предлагаемого способа можно привести два известных способа, которые, однако, содержат либо операцию термообработки КРТ, либо только операцию нанесения теллурида кадмия.

Первым аналогом является пассивация КРТ посредством термообработки в атмосфере паров Cd и Hg в кварцевой ампуле при 250-400ºС [Passivation of HgCdTe p-n-Diode Junction by Compositionally Graded HgCdTe Formed by Annealing in a Cd/Hg Atmosphere, S.Y. An, J.S. Kim, D.W. Seo, S.H. Suh, Journal of Electronic Materials, Vol. 31, №7, 2002]. Как и предлагаемый способ, он включает в себя пассивирующий варизонный слой, образующийся благодаря диффузии, только при отжиге в ампуле, а не в инертной атмосфере. Варизонный слой в способе-аналоге образуется за счет диффузии и испарения атомов ртути и теллура, в результате чего на поверхности КРТ появляется слой переменного состава X, превышающего состав в объеме.

Недостатком аналога является то, что пассивирующее покрытие получается целиком варизонным, то есть заметный слой высокоомного теллурида кадмия на поверхности КРТ отсутствует. В связи с этим возникает необходимость нанесения дополнительного диэлектрика, например ZnS или SiO2, что усложняет дальнейшую технологию изготовления МФЧЭ и снижает надежность. Другим существенным недостатком является использование запаянных ампул, что серьезно ограничивает возможность применения в промышленных масштабах.

Наиболее близок к предлагаемому способу другой аналог - метод пассивации КРТ посредством нанесения теллурида кадмия молекулярно-лучевой эпитаксией (МЛЭ) [Molecular beam epitaxy of II-VI compounds: CdxHg1-xTe, J.P. Faurie, A. Million, Journal of Crystal Growth, Vol. 54, p. 582-585, 1981]. Согласно этому методу на поверхность КРТ методом МЛЭ напыляется пассивирующая пленка CdTe толщиной около 1 мкм. Температура нанесения CdTe для указанного процесса-прототипа не превышает 150°C, потому что свойства КРТ деградируют при нагреве в вакууме. Недостаточно высокая собственная температура МЛЭ, как и других методов вакуумного осаждения, приводит к тому, что в отличие от предлагаемого способа отсутствует взаимная диффузия и градиент состава на границе КРТ с теллуридом кадмия.

Таким образом, способ-прототип включает в себя нанесение покрытия теллурида кадмия, но не включает получение варизонной области между КРТ и CdTe. Это приводит к тому, что покрытие CdTe в этом случае не выполняет функцию надежной пассивации и принципиально не сильно отличается от неродственных КРТ диэлектриков, таких как SiO2, Al2O3 или ZnS.

Целью настоящего изобретения является получение покрытия КРТ, которое одновременно обеспечивает эффективную пассивацию поверхности и обладает высокими диэлектрическими свойствами, и, кроме того, пригодно для промышленного применения.

Поставленная цель достигается тем, что по сравнению с известным способом пассивации КРТ, включающим нанесение на поверхность КРТ тонкого (около 1 мкм) эпитаксиального слоя теллурида кадмия, в заявляемом способе дополнительно проводится термообработка в атмосфере инертного газа в квазизамкнутом объеме при условиях, препятствующих деградации свойств КРТ, и при температуре, достаточно высокой для взаимной диффузии КРТ и теллурида кадмия, что приводит к появлению варизонной области, обеспечивающей эффективную пассивацию границы раздела.

Эпитаксиальное покрытие теллурида кадмия толщиной 1 мкм обладает высокими диэлектрическими свойствами и поэтому может применяться при изготовлении МФЧЭ на КРТ любого состава без нанесения дополнительных диэлектриков. Оно обеспечивает получение величин сопротивлений в обратной ветви диодов порядка гигаом. Фотопроводимость CdTe в видимой части спектра не оказывает шунтирующего влияния, поскольку к ФЧЭ видимый свет не может проникнуть ни со стороны подложки, ни со стороны мультиплексора, не говоря уже о непрозрачном корпусе изделия МФПУ. Кроме того, такое покрытие надежно, поскольку обладает абсолютной адгезией и образует одно целое с КРТ.

Термообработка в атмосфере инертного газа проводится при условиях, позволяющих получить варизонную область на границе КРТ и теллурида кадмия за счет взаимной диффузии, и в то же время сохранить свойства самого КРТ. Благодаря варизонности образуется гетеропереход с энергетическим профилем, блокирующим процессы генерации-рекомбинации на границе раздела [Common anion heterojunctions, P. Migliorato, A.M. White, Solid State Electronics, Vol. 26, Issue 1, 1983], что обеспечивает наиболее эффективную пассивацию поверхности КРТ.

Пригодность для промышленного применения обусловлена тем, что предлагаемый способ является воспроизводимым и технологичным, поскольку не содержит трудоемких и нестандартных либо сложных операций. Единственной ручной операцией является химическое травление КРТ перед нанесением покрытия CdTe. Воспроизводимость способа связана с получением на границе раздела варизонного слоя с гетеропероходом, блокирующим генерацию-рекомбинацию.

Примером реализации предлагаемого способа является процесс, состоящий из нанесения на поверхность КРТ эпитаксиального слоя теллурида кадмия толщиной 1 мкм модифицированным методом «горячей стенки» [Способ получения тонких пленок теллурида кадмия, Патент на изобретение №2298251, С.В. Головин, И.Д. Бурлаков] и дальнейшей термообработки в аргоне при давлении 2 атм и температуре 280°C в течение 10 ч для получения варизонности.

Способ пассивации поверхности теллурида кадмия-ртути (КРТ), включающий нанесение на поверхность тонкого эпитаксиального слоя теллурида кадмия, отличающийся тем, что КРТ с нанесенным слоем теллурида кадмия подвергается термообработке в атмосфере инертного газа в квазизамкнутом объеме при условиях, препятствующих деградации свойств КРТ, и при температуре, достаточно высокой для взаимной диффузии КРТ и теллурида кадмия, что приводит к появлению варизонной области, обеспечивающей эффективную пассивацию границы раздела.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к созданию компактных источников электроэнергии с использованием радиоактивных изотопов и полупроводниковых преобразователей.

Способ определения концентрации донорного фона в CdxHg1-xTe принадлежит к характеризации материалов и структур оптоэлектроники, точнее к твердым растворам CdxHg1-xTe – основному материалу для изготовления фотодиодов инфракрасного диапазона спектра.

Светочувствительное устройство с множественной глубиной резкости содержит два светочувствительных пиксельных слоя. Причем различные светочувствительные пиксельные слои обнаруживают световые сигналы с различными цветами.

Настоящее изобретение относится к области преобразователей энергии радиационных излучений в электрическую энергию и может быть также использовано в взрывоопасных помещениях - шахтах, в беспилотных летательных аппаратах, ночных индикаторах и сенсорах, расположенных в труднодоступных местах и т.д.

Настоящее изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений в электрическую энергию и может быть использовано во взрывоопасных помещениях - шахтах, в беспилотных летательных аппаратах, ночных индикаторах, сенсорах, расположенных в труднодоступных местах, и т.д.

Изобретение относится к области многопереходных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), применяемых для солнечных батарей и фотоприемников космического и иного назначения.

Бета-вольтаический полупроводниковый генератор электроэнергии, содержащий полупроводниковую пластину с развитой поверхностью и слой никеля-63 на этой поверхности.

Способ изготовления фотопреобразователя на основе GaAs включает выращивание методом жидкофазной эпитаксии на подложке n-GaAs базового слоя n-GaAs, легированного оловом или теллуром, толщиной 10-20 мкм и слоя p-AlxGa1-xAs, легированного цинком, при х=0,2-0,3 в начале роста и при х=0,10-0,15 в приповерхностной области слоя, при этом выращивание слоя p-AlGaAs ведут при температуре 600-730°С в течение 20-50 мин, за это время осуществляется формирование диффузионного р-n перехода в GaAs с образованием эмиттерного слоя p-GaAs толщиной 1-2 мкм, осаждение тыльного контакта термическим вакуумным напылением, отжиг осажденного тыльного контакта в атмосфере водорода, осаждение через маску фоторезиста лицевого контакта термическим вакуумным испарением и отжиг осажденного лицевого контакта в атмосфере водорода, металлизацию лицевого контакта гальваническим осаждением через маску из фоторезиста при одновременном осаждении золота на тыльную поверхность, разделительное травление структуры через маску из фоторезиста на отдельные фотоэлементы и нанесение антиотражающего покрытия.

Изобретение относится к электронной технике, а именно к приборам, преобразующим энергию электромагнитного излучения в электрическую, в частности к кремниевым солнечным элементам и технологии их изготовления.

Изобретение относится к области преобразователей энергии оптических и радиационных излучений - бетаисточников в электрическую энергию. Изобретение обеспечивает создание двухсторонней конструкции комбинированного накопительного элемента фото- и бетавольтаики, состоящей из совмещенных на одной пластине кремния с одной стороны - фотоэлемента и подключенного параллельно к нему планарного плоского конденсатора, с другой стороны - бетавольтаического элемента, бета-источник никель-63 которого помещается в микроканалы для увеличения КПД и тока генерации.

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники, в частности к способам изготовления структур фотоэлектрических приемных устройств (ФПУ), предназначенных для преобразования светового излучения определенного спектрального диапазона в электрический сигнал. В способе изготовления фотоприемного устройства (ФПУ) путем формирования на подложке топологического рисунка фоточувствительных элементов, областей анода и катода, создания металлизации и пассивирующего покрытия и контактных площадок, резки и сборки кристалла ФПУ в корпусе, для обеспечения стойкости ФПУ к дозовым эффектам и переходным процессам ионизирующего излучения в качестве материала подложки используют гетероэпитаксиальные структуры (ГЭС) технологии «кремний-на-сапфире» (КНС) с толщиной эпитаксиального слоя кремния 5 мкм, проводимостью n-типа с удельным сопротивлением от 4,5 Ом⋅см до 10 Ом⋅см и концентрацией основной примеси не менее 1015см-3. В фотоприемном устройстве, образованном электрическим последовательным, параллельным или последовательно-параллельным соединением элементарных диодов, для обеспечения стойкости к переходным процессам от воздействия импульсного ионизирующего излучения топологические слои сформированы на ГЭС технологии КНС с толщиной эпитаксиального слоя кремния 5 мкм, проводимостью n-типа с удельным сопротивлением от 4,5 Ом⋅см до 10 Ом⋅см, с концентрацией основной примеси не менее 1015см-3 и нанесенным на инверсную сторону ГЭС слоем поликристаллического кремния, а структуры элементарных диодов сформированы в порядке чередования снизу вверх топологических слоев: «активная область», «n-карман», «анод», «катод», «металл», «пассивация». Технический результат - разработка способа изготовления радиационно стойкого приемника оптического излучения (фотоприемного устройства или детектора) на кремниевых диодных структурах технологии «кремний-на-сапфире» (КНС) и его реализация. 2 н. и 34 з.п. ф-лы, 15 табл., 33 ил.
Изобретение относится к электронной технике, в частности к способам создания наногетероструктур для фотопреобразующих и светоизлучающих устройств. Способ изготовления наногетероструктуры со сверхрешеткой включает выращивание на подложке GaSb газофазной эпитаксией из металлоорганических соединений в потоке водорода сверхрешетки, состоящей из чередующихся слоев GaSb и InAs. Сверхрешетка содержит по меньшей мере один слой GaSb, выращиваемый из триэтилгаллия и триметилсурьмы, и по меньшей мере один слой InAs, выращиваемый из триметилиндия и арсина. При выращивании слоя GaSb вначале подают триэтилгаллий, а затем триметилсурьму, при выращивании слоя InAs вначале подают арсин, а затем триметилиндий. После выращивания каждого слоя GaSb или InAs прерывают подачу упомянутых соединений в зону роста слоев и продолжают подавать водород в течение времени t, задаваемого определенным соотношением. В изготовленных настоящим способом наногетероструктурах со сверхрешеткой отсутствуют пленки переменного состава на гетерогранице между слоями сверхрешетки, в результате обеспечивается стабильность и воспроизводимость электрооптических свойств создаваемых на основе этих наногетероструктур фотопреобразующих и светоизлучающих устройств. 3 пр.
Наверх