Способ и устройство для многомодульных устройств без механической изоляции



Способ и устройство для многомодульных устройств без механической изоляции
Способ и устройство для многомодульных устройств без механической изоляции
Способ и устройство для многомодульных устройств без механической изоляции
Способ и устройство для многомодульных устройств без механической изоляции
H01L31/046 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Владельцы патента RU 2639990:

МТПВ Пауэ Корпорейшн (US)

Настоящее изобретение относится к многомодульным устройствам, сформированным на общей подложке, которые более предпочтительны, чем одиночные модульные устройства, особенно в фотоэлектрических областях применения. Многомодульное устройство, обеспечивающее электрическую изоляцию модулей без механической изоляции модулей, включает подложку; омические контакты для двух внешних соединений многомодульного устройства, имеющие электрическое напряжение, электрическое поле на подложке и движение тока между двумя внешними соединениями; несколько модулей, сформированных на подложке и отделенных расстоянием друг от друга так, чтобы стороны модулей были смежными без механической изоляции между модулями; каждый модуль из множества модулей включает в себя P-N-переход для создания диффузионного поля между материалом Р-типа и материалом N-типа P-N-перехода в результате наличия фотогенерированных или генерированных смещением носителей, причем материал Р-типа и материал N-типа являются встречно-штыревыми; и шинную конструкцию, содержащую шинные части для прохождения движения тока в многомодульном устройстве, при этом каждая шинная часть проходит по подложке от первой стороны одного из множества модулей к смежной стороне другого из множества модулей, так что между модулями отсутствует механическая изоляция; и P-N-переход каждого модуля ориентирован так, чтобы диффузионное поле внутри каждого P-N-перехода было направлено перпендикулярно движению тока в многомодульном устройстве, движению паразитного тока и электрическому полю на подложке между двумя внешними соединениями, обеспечивая электрическую изоляцию между модулями. Многомодульные устройства, выполненные согласно изобретению, работают с низкими токами, высокими выходными напряжениями и низкими потерями внутренней энергии. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

[0001] Рассматриваемое изобретение относится к многомодульным фотоэлектрическим полупроводниковым устройствам на общей подложке. Использование множества монолитных модулей на общей подложке, где производятся мощные фототоки, более желательно, чем такие же участки, изготовленные в виде одного модуля или множества взаимосоединенных одиночных модулей устройства. Использование монолитных многомодульных конструкций снижает выходной ток и увеличивает выходное напряжение в прямолинейной зависимости от числа модулей, соединенных в последовательную цепь. Из-за того что потери внутреннего сопротивления сокращаются пропорционально квадрату силы тока, общие потери внутренней энергии в многомодульных устройствах сильно сокращаются на высоких уровнях распределения электромагнитного поля.

[0002] В производстве многомодульных устройств на общей подложке отдельные модули должны быть изолированы друг от друга с помощью электричества. Из уровня техники известно, что электрическая изоляция изобретена с помощью использования механических диэлектрических барьеров между модулями, что увеличивает стоимость и сложность изготовления. Изобретение, описанное здесь, предлагает множество диодных цепочек, которые могут быть распределены на общей подложке без использования механической изоляции. Описанное изобретение не призывает использовать механический изоляционный барьер для получения электрической изоляции между модулями в многомодульном монолитном устройстве. Изобретение может применяться на устройствах, содержащих полупроводниковые материалы, где диоды могут быть изготовлены с дискретными P и N-переходами.

[0003] Из уровня техники известно, что в многомодульных устройствах используются механические траншеи для получения электрической изоляции между модулями. Наиболее практически применимые процессы изготовления траншей требуют использования множества эпитаксиальных слоев в многомодульном устройстве. Требование наличия множества эпитаксиальных слоев также увеличивает затраты на обработку, не считая стоимости изготовления траншеи, а выполнение этих работ обычно требует участия высококвалифицированных специалистов, так как множество эпитаксиальных слоев имеет комплекс требований по изготовлению.

РЕЗЮМЕ

[0004] Настоящее изобретение делает возможным изготовление многомодульного устройства без необходимых диэлектрических траншей для изоляции отдельного модульного P-N-перехода. Каждый отдельный модульный P-N-переход включает область поглощения и диффузионное поле между материалом P-типа и материалом N-типа, которое формируется в результате дыр и электронов, образованных поглощением фотонов, и градиента концентрации, в результате их скопления в областях P и N. В целях упрощения в данном описании изобретения и в формуле термин "диффузионное поле" используется для обобщения и включает все движения носителей, которые образуются в результате их воспроизводства фотонами, и их движение к областям скопления с помощью диффузионного процесса. Диффузионный процесс происходит либо из-за градиента концентрации, как в случае для неосновных носителей, либо из-за требования нейтральности зарядов, как в случае для основных носителей. Определенный механизм в изобретении, который препятствует, или блокирует, паразитный ток, который представляет собой ток основного носителя, связан с диффузионным полем, так как эксперимент показал, что препятствие или блокировка паразитного тока не происходит в тех случаях, когда электрод ориентирован в неправильном направлении. Дыры и электроны собираются омическим контактом на материале P-типа и материале N-типа, и в результате появляется выпускной фототок и напряжение прямого смещения через модульный P-N-переход. Многомодульное устройство основано на примере встречно-штыревых модульных P-N-переходов, расположенных в непрерывной конфигурации для эффективного сбора фотогенерированных носителей. Электрическая изоляция достигается благодаря размещению множества модульных P-N-переходов таким образом, чтобы диффузионные поля, образованные потоком фототока или потоком напряжения прямого смещения через модульные P-N-переходы располагались в поперечном направлении относительно общего потока тока между модульными P-N-переходами, направлению электрического поля, образованного разницей напряжения между многомодульными омическими контактами областей поглощения, и направлению паразитного потока тока между двумя внешними соединениями многомодульного устройства. Таким образом, любой паразитный ток и электрическое поле в направлении между выходом многомодульного устройства и входом многомодульного устройства оказывает ничтожный эффект на фототок, производимый модульными P-N-переходами из-за поперечного взаимоотношения между ними. Это поперечное взаимоотношение электрически изолирует модули.

[0005] Преимущество этого применения в более низкой сложности изготовления для производства многомодульного устройства на общей подложке. Предлагается единственный известный способ производства многомодульного устройства без использования эпитаксиальной технологии и траншейной изоляции. Изобретение может применяться в изготовлении многомодульных устройств на полуизолирующей подложке с тонким эпитаксиальным слоем, где расположены модульные переходы, допуская поглощение близко к накапливающим модульным переходам. Простой эпитаксиальный слой гораздо менее сложный и менее затратный, чем эпитаксиальные слои, требуемые для способа механической траншеи.

[0006] В описании изобретения, приведенном здесь, обозначение диода относится к обычному фотоэлектрическому случаю, где присутствует область поглощения для поглощения фотонов в устройстве, имеющем омические контакты на обоих материалах N-типа и P-типа, и также относится к случаю, где существует множество чередующихся омических контактов N-типа и P-типа в области поглощения внутри устройства. Последний случай преимущественно относится к встречно-штыревому устройству, где множество омических контактов N-типа соединены с первой общей конфигурацией электрической шины на первом конце встречно-штыревого устройства, и множество омических контактов P-типа соединены со второй конфигурацией электрической шины на втором конце встречно-штыревого устройства напротив первого конца встречно-штыревого устройства. Встречно-штыревое устройство обычно применяется, чтобы увеличить эффективность сбора фотогенерированных носителей, так как дизайн-макет устройства минимизирует расстояние, которое должен преодолеть носитель перед тем, как он окажется в месте сбора на омических контактах.

[0007] Многомодульное устройство, которое изготовлено без механической изоляции между модулями, демонстрирует нежелательные паразитные токи, представленные схематически в виде резистивных соединений между модулями многомодульного устройства. Примерно половина сильнолегированных встречно-штыревых областей имеют ту же полярность, что и поглотитель, и используются для формирования омического контакта с ним. Другая половина сильнолегированных встречно-штыревых областей имеют противоположную поглотителю полярность, формируя модульный диод. Омические соединения на общей подложке формируют потенциальные паразитные резистивные каналы в отсутствии механической изоляции. Без способа, описанного в данном изобретении, этот паразитный канал будет проводить ток, направленный противоположно от желаемого выхода устройства.

[0008] Описанное изобретение использует образец встречно-штыревых модульных P-N-переходов, расположенных в такой конфигурации, где диффузионные поля, которые могут быть как фотогенерированными, так и генерированными смещением, служат для электрической изоляции отдельных модульных переходов, таким образом создавая многомодульное устройство без механической изоляции между отдельными модульными переходами. Модульные P-N-переходы могут быть сформированы с помощью диффузии, ионной имплантации или вытравливания мезаструктур. Например, диффузионные поля и токи между встречно-штыревыми контактными областями направлены перпендикулярно направлению тока, движущегося от модуля к модулю через устройство. Изоляция, достигнутая с помощью устройств, в соответствии с настоящим изобретением, была представлена в качестве эксперимента на изготовленных устройствах. Когда диффузионные поля сформированы перпендикулярно каналу паразитных токов, эффект от паразитных токов уменьшается, и результат электрической изоляции примерно сопоставим с результатом механической изоляции. Однако в альтернативной нежелательной конфигурации поля и токи между встречно-штыревыми контактными областями перехода параллельны направлению тока, движущегося от модуля к модулю через устройство и параллельны паразитному резистивному каналу. В этой нежелательной конфигурации встречно-штыревые области будут проводить мощный ток в противоположном направлении от желаемого выхода устройства, и устройство не будет функционировать как многомодульное устройство.

[0009] Рассматриваемое изобретение представляет единственно известный способ достижения многомодульного действия на по большей части не эпитаксиальной подложке, без крайнего сильного утончения подложки и формирования в ней траншей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Данные и другие характеристики, аспекты и преимущества настоящего изобретения будут более понятны благодаря следующему описанию, прилагаемой формуле изобретения и сопутствующим чертежам, где:

[0011] Фигура 1А демонстрирует вид в разрезе известного из уровня техники многомодульного устройства, где применены траншеи для обеспечения механической изоляции между модулями;

[0012] Фигура 1B демонстрирует аналогичное схематическое представление многомодульного устройства;

[0013] Фигура 2А демонстрирует схему многомодульного устройства, где ориентация встречно-штыревого образца не обеспечивает достаточной изоляции модуля поперечным электрическим полем;

[0014] Фигура 2B демонстрирует аналогичную схему многомодульного устройства для цепи, показанной в Фигуре 2А.

[0015] Фигура 3A демонстрирует схему многомодульного устройства, где ориентация встречно-штыревого образца обеспечивает достаточную изоляцию модуля поперечным электрическим полем;

[0016] Фигура 3B демонстрирует аналогичное схематическое представление многомодульного устройства и [0017] Фигура 4 демонстрирует экспериментальные данные, взятые из многомодульного устройства без механической изоляции и имеющего ориентацию конфигурации встречно-штыревого образца, что обеспечивает достаточную изоляцию модулей с помощью поперечного диффузионного поля.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0018] Обращаясь к Фигуре 1А, следует отметить, что Фигура 1А демонстрирует эпитаксиальный слой на подложке полуизолирующего материала. Как показано на Фигуре 2А, известные из уровня техники многомодульные устройства на общей подложке требуют, чтобы устройство было электрически изолировано с помощью создания изолятора или механического барьера между модулями. Чрезвычайно высокое сопротивление материала подложки изолирует модуль по вертикали. Как показано, горизонтальная изоляция обычно достигается путем просечки траншей через эпитаксиальный слой на материал подложки.

[0019] Фигура 1А демонстрирует вид в разрезе известного из уровня техники многомодульного устройства 100, где применены траншеи для обеспечения механической изоляции между модулями. Фигура 1B демонстрирует аналогичное схематическое представление многомодульного устройства 100. Фигура 1А демонстрирует области N+ омического контакта 124, 134, 144 и области P+ омического контакта 122, 132, 142, образованные в областях поглощения P-типа 110, 112, 114. Эти области были изначально отдельным эпитаксиальным слоем, расположенным на полуизолирующей подложке исходной пластины 116. Использование этого типа подложки, изготовленной из материала высокого сопротивления, обеспечивает вертикальную изоляцию для модулей. Как показано, отдельный эпитаксиальный слой был разделен на модули 126, 136, 146 конфигурацией траншей 128, 138. Траншеи футерованы кремниевым диоксидом 118 для обеспечения горизонтальной изоляции и изоляции верхней поверхности. Металлизированные поверхности 120, 130, 140, 150 обеспечивают внешние и внутренние соединения для устройства 100. Показаны только последовательные цепочки соединений. Существует широко известная из уровня техники многомодульная технология, где применяются обе траншеи 128, 138 и множество эпитаксиальных слоев, которая гораздо более сложная, чем конфигурация, показанная на Фигуре 1А. Эта технология применяет общеизвестный слой горизонтального сбора. В отличие от поперечного слоя из известного уровня техники, изобретение может использовать один эпитаксиальный слой, а также не иметь сложности, связанные с изготовлением траншеи или множества эпитаксиальных слоев.

[0020] Обращаясь к Фигуре 2А, необходимо отметить, что Фигура 2А демонстрирует схему соединения многомодульного устройства 200, где встречно-штыревой образец не обеспечивает достаточную электрическую или механическую изоляцию. Канал тока в диффузионных полях 290 модулей 225, 235, 245, 255 и общем потоке тока 280 параллелен и обычно также направлен, как и канал паразитного тока и выходной ток 280, движущийся через устройство 200. Модули соединены друг с другом встык изнутри, благодаря металлизации 230, 240, 250, и снаружи, благодаря металлизации 220, 260. Аналогичная схема для цепочки в Фигуре 2А показана в Фигуре 2 В. Ток в паразитном резисторе обратной связи 260 не противоположно направлен, что ухудшает выход устройства. Данная конфигурация 200 не обеспечивает изоляцию полей и является примером неэффективной конфигурации. Это очень неэффективный способ изоляции, и он дает неудовлетворительные результаты. Для простоты, для каждого модуля показана только одна пара переходов. Однако модули могут содержать множество встречно-штыревых переходов, соединенных электрическими шинами.

[0021] Обращаясь к Фигуре 3A, необходимо отметить, что Фигура 3A демонстрирует вид сверху многомодульного устройства 300, которое обеспечивает достаточную электрическую изоляцию, в соответствии с рассматриваемым изобретением, благодаря выборочному расположению и направлению встречно-штыревых P-N-переходов. Фигура 3A демонстрирует четыре модуля 322, 332, 342, 352, соединенных в последовательной конфигурации. Каждый модуль 322, 332, 342, 352 имеет встречно-штыревые переходы, соединенные параллельно. Эти модули или субмодули соединены электрическими шинами 330, 340, 350 для образования выходного напряжения и минимизации внутренних потерь. Модули имеют внешние соединения 320, 360. Фигура 3B демонстрирует аналогичное схематическое представление многомодульного устройства 300. Как показано в Фигуре 3A, поток тока диффузионного поля 390 перпендикулярен общему потоку тока 380, электрическому полю, находящемуся на подложке, и направлению паразитного канала. Эта перпендикулярная ориентация диффузионного поля и диффузионного тока 390 противоположна электрическому полю на подложке и приводит к тому, что электрическая изоляция практически равна той, которая обеспечивается механической изоляцией, без использования механической изоляции, например, траншей.

[0022] Обращаясь у Фигуре 4, необходимо отметить, что Фигура 4 показывает прямую и обратную характеристики смещения цепочки из пяти диодов, изготовленных на общей сплошной подложке без механической изоляции, в соответствии с рассматриваемым изобретением. Три кривые образуются на трех отдельных диодных цепочках. Достигаемое напряжение согласуется с ожидаемым прямым напряжением германиевого материала. Один германиевый диод будет иметь напряжение приблизительно 200 мВ в прямом смещении, поэтому экспериментально представленное накапливаемое напряжение в примерно один вольт из цепочки диодов, как показано на Фигуре 4, это то, что можно ожидать от цепочки из пяти электрически изолированных диодов, смещенных в прямом направлении. Если электрическая изоляция не достигнута, тестируемая выпускная цепочка (на общей подложке) будет выглядеть как один прямо смещенный диод с внутренним резистором в последовательности, что приводит к более низкому напряжению на выходе.

[0023] Изображение изобретения, представленного здесь, основано, преимущественно, на работе фотоэлектрического устройства, однако изобретение не ограничивается фотоэлектрическими устройствами и с тем же успехом подходит к цепочке диодов с прямым смещением, используемой для различных целей.

[0024] Эффективность представленной конфигурации, как показано на Фигуре 3, в соответствии с рассматриваемым изобретением, и неэффективность конфигурации, представленной на Фигуре 2, были определены экспериментально. Основываясь на экспериментальном примере, можно отметить, что не существует существенных различий в исполнении между механической изоляцией из известного уровня техники и полем, обеспечивающим электрическую изоляцию, предложенную в рассматриваемом изобретении. В общем, электрическая изоляция, в соответствии с изобретением, улучшена наличием конфигурации встречно-штыревого диода, где разделительное расстояние между P+ областью модуля и N+ областью модуля небольшое, относительно длины переходов. Небольшое разделительное расстояние между P+ областью модуля и N+ областью модуля предпочтительно, так как формируется диффузионное поле высокого напряжения. В предпочтительном варианте, разделительное расстояние условно от 5 до 50 микрометров, а длина модуля как минимум в десять раз больше разделительного расстояния. В общих чертах, эти размеры и это соотношение размеров обеспечивают блокирующее поле высокого напряжения и паразитное поле низкого напряжения.

[0025] В ходе проведения попыток улучшить выходной ток многомодульного устройства на монолитной подложке без механической изоляции, было экспериментально протестировано некоторое количество модульных схем. Наилучшие результаты были получены для схемы, изображенной на Фигурах 3A и 3B, где конфигурация устройства обеспечивает многомодульные функциональные возможности без механической изоляции между модулями. В предпочтительном варианте осуществления изобретения отдельные модули сформированы встречно-штыревой конструкцией переходов с такими же переходами, соединенными электрическими шинами. Соединение электрическими шинами между чередующимися модулями P и N некоторым образом формирует цепочку диодов, имеющую размер полного цикла. Отдельные переходы внутри модуля имеют большой размер, параллельный направлению размера полного цикла цепочки диодов. Переходы могут быть образованы с помощью диффузии, имплантации ионов, барьера Шотки или других известных процессов. Предпочтительный вариант осуществления изобретения описывает альтернативное многомодульное устройство на общей подложке, отличающееся тем, что переходы и области омических контактов каждого модуля представлены в форме длинных встречно-штыревых штырей, и продольное направление этих штырей параллельно продольному направлению паразитного канала, образованного омическими контактами некоторых штырей на общей подложке, и продольное направление этих штырей параллельно каналу полного цикла цепочки диодов.

1. Многомодульное устройство, обеспечивающее электрическую изоляцию модулей без механической изоляции модулей, включающее:

подложку;

омические контакты для двух внешних соединений многомодульного устройства, имеющие электрическое напряжение, электрическое поле на подложке и движение тока между двумя внешними соединениями;

несколько модулей, сформированных на подложке и отделенных расстоянием друг от друга так, чтобы стороны модулей были смежными без механической изоляции между модулями;

каждый модуль из множества модулей включает в себя P-N-переход для создания диффузионного поля между материалом Р-типа и материалом N-типа P-N-перехода в результате наличия фотогенерированных или генерированных смещением носителей, причем материал Р-типа и материал N-типа являются встречно-штыревыми; и

шинную конструкцию, содержащую шинные части для прохождения движения тока в многомодульном устройстве, при этом каждая шинная часть проходит по подложке от первой стороны одного из множества модулей к смежной стороне другого из множества модулей, так что между модулями отсутствует механическая изоляция; и

P-N-переход каждого модуля ориентирован так, чтобы диффузионное поле внутри каждого P-N-перехода было направлено перпендикулярно движению тока в многомодульном устройстве, движению паразитного тока и электрическому полю на подложке между двумя внешними соединениями, обеспечивая электрическую изоляцию между модулями.

2. Многомодульное устройство по п. 1, отличающееся тем, что P-N-переходы множества модулей соединены параллельно.

3. Многомодульное устройство по п. 1, отличающееся тем, что материал Р-типа и материал N-типа являются прямоугольными, а расстояние между Р+ областью и N+ областью P-N-перехода каждого из множества модулей меньше, чем длина каждого из множества модулей, и сформировано так, что диффузионное поле является достаточно сильным для блокировки или препятствования паразитного тока основного носителя.

4. Многомодульное устройство по п. 1, отличающееся тем, что расстояние между Р+ областью и N+ областью P-N-перехода каждого из множества модулей меньше, чем ширина каждого из множества модулей.

5. Многомодульное устройство по п. 1, отличающееся тем, что длина каждого модульного P-N-перехода в десять раз больше расстояния между Р+ областью и N+ областью соответствующего модуля.

6. Многомодульное устройство по п. 1, отличающееся тем, что подложка выбрана из группы, содержащей однородный монолитный полупроводниковый материал, подложку с эпитаксиальным слоем и полуизолирующий материал с тонким эпитаксиальным слоем.

7. Многомодульное устройство по п. 1, отличающееся тем, что многомодульное устройство является фотоэлектрическим устройством.

8. Способ для обеспечения электрической изоляции в многомодульном устройстве без механической изоляции модулей, включающий:

наличие омических контактов для двух внешних соединений многомодульного устройства, имеющих электрическое напряжение, электрическое поле на подложке, движение тока между двумя внешними соединениями;

формирование нескольких модулей на подложке в виде взаимосвязанной конфигурации и отделенных расстоянием друг от друга;

формирование каждого модуля из множества модулей с наличием P-N-перехода, имеющих диффузионное поле в результате наличия фотогенерированных или генерированных смещением носителей; и

расположение P-N-перехода каждого модуля так, чтобы диффузионное поле внутри каждого P-N-перехода было перпендикулярно движению тока в многомодульном устройстве, движению паразитного тока и электрическому полю на подложке между двумя внешними соединениями без механической изоляции между по меньшей мере одной парой смежных модулей для создания, по существу, всей изоляции модулей; и

обеспечение шины, проходящей между противоположными сторонами смежных модулей для прохождения движения тока в многомодульном устройстве.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что P-N-переходы сформированы в процессе, выбранном из группы, включающей в себя диффузию, имплантацию ионов и вытравливание мезаструктур.

10. Способ по п. 8, также включающий в себя формирование P-N-переходов в эпитаксиальном слое на подложке так, чтобы фотонное поглощение проходило вблизи накапливающего перехода для минимизации рекомбинационных потерь.

11. Способ по п. 8, также включающий в себя увеличение паразитного сопротивления на подложке из-за формирования длины P-N-перехода большей, чем разделительное расстояние между смежными модулями.

12. Многомодульное устройство, обеспечивающее электрическую изоляцию модулей без механической изоляции модулей, включающее:

омические контакты для двух внешних соединений многомодульного устройства, имеющие электрическое напряжение, электрическое поле на подложке и движение тока между двумя внешними соединениями;

несколько модулей, сформированных на подложке, при этом модули отделены расстоянием друг от друга и взаимосвязаны соответствующей шиной, проходящей между сторонами смежных модулей;

каждый модуль из множества модулей, имеющих диффузионное поле в результате наличия фотогенерированных или генерированных смещением носителей; и

каждый модуль сконфигурирован и ориентирован так, чтобы обеспечить электрическую изоляцию от других модулей, причем диффузионное поле перпендикулярно движению тока в многомодульном устройстве, движению паразитного тока и электрическому полю на подложке между двумя внешними соединениями.

13. Многомодульное устройство по п. 12, отличающееся тем, что расположение множества модулей относительно направления электрического поля на подложке обеспечивает электрическую изоляцию каждого из множества модулей.

14. Многомодульное устройство по п. 12, отличающееся тем, что расстояние между Р+ областью и N+ областью каждого встречно-штыревого модуля из множества модулей меньше, чем длина соответствующего модуля.

15. Многомодульное устройство по п. 12, отличающееся тем, что расстояние между Р+ областью и N+ областью каждого из множества модулей меньше, чем ширина соответствующего модуля.

16. Многомодульное устройство по п. 12, отличающееся тем, что длина каждого из множества модулей в десять раз больше расстояния между Р+ областью и N+ областью модуля.

17. Многомодульное устройство, включающее:

подложку;

первый и второй омические контакты на подложке для обеспечения внешнего соединения с движением тока между первым и вторым контактами;

первую и вторую электрические шины на подложке, соединенные непосредственно с первым и вторым омическими контактами соответственно;

первый и второй модули на подложке, соединенные непосредственно с первой и второй электрическими шинами соответственно, при этом каждый модуль имеет несколько удлиненных областей Р-типа, являющихся встречно-штыревыми с несколькими удлиненными областями N-типа для формирования множества P-N-переходов; и

по меньшей мере одну промежуточную электрическую шину на подложке, проходящую между первой стороной первого модуля и смежной стороной второго модуля,

причем P-N-переходы ориентированы и сконфигурированы для обеспечения диффузионного поля, обеспечивающего электрическую изоляцию модулей.

18. Многомодульное устройство по п. 17, также включающее несколько модулей на подложке между первым и вторым модулями, причем по меньшей мере одна промежуточная электрическая шина представляет собой несколько электрических шин, при этом одна из указанных электрических шин соединена между смежными модулями.

19. Полупроводниковое устройство, включающее:

подложку;

первую электрическую шину на подложке, проходящую вдоль первой оси;

первый модуль на подложке, соединенный непосредственно с первой стороной первой электрической шины; и

второй модуль на подложке, соединенный непосредственно со второй стороной первой электрической шины так, чтобы первая электрическая шина проходила от первого модуля ко второму модулю,

причем каждый модуль включает несколько удлиненных непрерывных областей Р-типа, являющихся встречно-штыревыми с несколькими удлиненными непрерывными областями N-типа вдоль второй оси, перпендикулярной первой оси, при этом области Р-типа и N-типа обладают небольшим расстоянием отделения для формирования множества P-N-переходов, генерирующих диффузионное поле высокого напряжения вдоль второй оси, для обеспечения электрической изоляции первого и второго модулей без механической изоляции модулей.

20. Полупроводниковое устройство по п. 19, также включающее вторую электрическую шину, соединенную с первым модулем, и третью электрическую шину, соединенную со вторым модулем.

21. Полупроводниковое устройство по п. 20, также включающее третий модуль на подложке, соединенный с третьей электрической шиной, причем третий модуль имеет несколько областей Р-типа, являющихся встречно-штыревыми с несколькими областями N-типа для формирования множества P-N-переходов, направленных и сконфигурированных для обеспечения электрической изоляции третьего модуля без механической изоляции.

22. Полупроводниковое устройство по п. 20, также включающее первый омический контакт, соединенный со второй электрической шиной, и второй омический контакт, соединенный с третьей электрической шиной, для обеспечения внешнего соединения с движением тока между первым и вторым омическими контактами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сканирующим матричным фотоприемным устройствам (МФПУ) - устройствам, преобразующим входное оптическое изображение, формируемое объективом, в заданный спектральный диапазон, а затем в выходной электрический видеосигнал с помощью сканирования изображения.

Оптопара // 2633934
Изобретение относится к области к технике преобразования световой энергии в электрическую и предназначено для преобразования световой энергии в электрическую. Заявленная оптопара содержит источник света, фотопреобразователь и корпус.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, а именно к структуре фотопреобразователей на основе монокристаллического или поликристаллического кремния и к линии по производству фотопреобразователей.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, а именно к изготовлению активных слоев солнечных модулей на основе монокристаллического или поликристаллического кремния.

Изобретение относится к области преобразования солнечной энергии в электрическую в тонкопленочных полупроводниковых солнечных элементах. Способ контроля структурного качества тонких пленок для светопоглощающих слоев солнечных элементов заключается в том, что регистрируют излучение пленок при импульсном лазерном возбуждении, при этом уровень возбуждения устанавливают в диапазоне 10-200 кВт/см2 для возникновения стимулированного излучения с полушириной спектра Δλ~10 нм, и сравнивают интенсивности и полуширины спектров стимулированного излучения для определения относительного структурного качества пленок.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного беспроводного измерения различных физических величин, в частности температуры, давления, перемещения, магнитной индукции, ультрафиолетового излучения, концентрации газов и др., с помощью датчиков на поверхностных акустических волнах (ПАВ) при их облучении радиоимпульсами.

Многопереходный солнечный элемент для космической радиационной среды, причем многопереходный солнечный элемент имеет множество солнечных субэлементов, расположенных в порядке убывания запрещенной зоны, включающее в себя: первый солнечный субэлемент, состоящий из InGaP и имеющий первую запрещенную зону, причем первый солнечный субэлемент имеет первый ток короткого замыкания, связанный с ним; второй солнечный субэлемент, состоящий из GaAs и имеющий вторую запрещенную зону, которая имеет ширину, меньшую, чем первая запрещенная зона, причем второй солнечный субэлемент имеет второй ток короткого замыкания, связанный с ним; при этом в начале срока службы первый ток короткого замыкания меньше, чем второй ток короткого замыкания, так что эффективность AM0 преобразования является субоптимальной.

Согласно изобретению предложена эффективная солнечная батарея, выполненная многопереходной с защитным диодом, причем у многопереходной солнечной батареи и структуры защитного диода имеется общая тыльная поверхность и разделенные меза-канавкой фронтальные стороны, общая тыльная поверхность включает в себя электропроводящий слой, многопереходная солнечная батарея включает в себя стопу из нескольких солнечных батарей и имеет расположенную ближе всего к фронтальной стороне верхнюю солнечную батарею и расположенную ближе всего к тыльной стороне нижнюю солнечную батарею, каждая солнечная батарея включает в себя np-переход, между соседними солнечными батареями размещены туннельные диоды, количество слоев полупроводника у структуры защитного диода меньше, чем количество слоев полупроводника у многопереходной солнечной батареи, последовательность слоев полупроводника у структуры защитного диода идентична последовательности слоев полупроводника многопереходной солнечной батареи, причем в структуре защитного диода выполнен по меньшей мере один верхний защитный диод и один расположенный ближе всего к тыльной стороне нижний защитный диод, а между соседними защитными диодами размещен туннельный диод, количество np-переходов в структуре защитного диода по меньшей мере на один меньше, чем количество np-переходов многопереходной солнечной батареи, на передней стороне многопереходной солнечной батареи и структуры защитного диода выполнена структура соединительного контакта, содержащая один или несколько слоев металла, а под структурой соединительного контакта выполнен состоящий из нескольких слоев полупроводника электропроводящий контактный слой, и эти несколько слоев полупроводника включают в себя туннельный диод.

Заявленное изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую и предназначено для преобразования световой энергии в электрическую. Заявленная оптопара содержит излучатель, фотоприемный элемент, закрепленные на корпусе, причем в качестве излучателя света использована шаровая лампа, в качестве фотоприемного элемента использована батарея солнечных элементов, корпус выполнен в виде трубы из диэлектрического материала, на внешней боковой поверхности которого имеются распределители потенциала.

Штабелевидная интегрированная многопереходная солнечная батарея с первым элементом батареи, причем первый элемент батареи включает в себя слой из соединения InGaP с первой константой решетки и первой энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и вторым элементом батареи, причем второй элемент батареи включает в себя слой из соединения InmРn со второй константой решетки и второй энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и третьим элементом батареи, причем третий элемент батареи включает в себя слой из соединения InxGa1-xAs1-yPy с третьей константой решетки и третьей энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, и четвертым элементом батареи, причем четвертый элемент батареи включает в себя слой из соединения InGaAs с четвертой константой решетки и четвертой энергией запрещенной зоны, а толщина слоя превышает 100 нм, и слой выполнен как часть эмиттера, и/или как часть базы, и/или как часть расположенной между эмиттером и базой области объемного заряда, причем для значений энергии запрещенной зоны справедливо соотношение Eg1>Eg2>Eg3>Eg4, и между двумя элементами батареи сформирована область сращения плат.

Солнечный фотоэлектрический концентраторный модуль содержит первичный оптический концентратор (3) в виде линзы Френеля, с линейным размером D, оптическая ось (4) которой проходит через центр (5) фотоактивной области фотоэлемента (1), выполненной в виде круга диаметром d, и соосный с ним вторичный концентратор (6), выполненный в виде четвертьволнового радиального градана диаметром d и высотой h1, установленный на расстоянии h2 от фронтальной поверхности линзы Френеля, при этом величины h1, h2, и D удовлетворяют определенным соотношениям. Изобретение обеспечивает формирование фотоэлектрического модуля с повышенной надежностью, с увеличенным сроком службы и высокой энергопроизводительностью за счет выравнивания освещенности фотоактивной области и уменьшения локальной концентрации солнечного излучения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Многопереходной солнечный элемент включает первый субэлемент, состоящий из соединения из InGaAs, причем первый субэлемент имеет первую постоянную решетки, и второй субэлемент со второй постоянной решетки, причем первая постоянная решетки по меньшей мере на 0,008 больше, чем вторая постоянная решетки, и, кроме того, предусмотрен метаморфный буфер, который выполнен между первым субэлементом и вторым субэлементом. Буфер содержит последовательность по меньшей мере из трех слоев, постоянная решетки у этой последовательности увеличивается по направлению к первому субэлементу. Постоянные решетки слоев буфера больше, чем вторая постоянная решетки, один слой буфера имеет третью постоянную решетки, которая больше, чем первая постоянная решетки. Между метаморфным буфером и первым субэлементом выполнено N компенсирующих слоев для компенсации остаточного напряжения метаморфного буфера. Постоянные решетки соответствующих компенсирующих слоев меньше, чем первая постоянная решетки на величину ΔАN>0,0008, и компенсирующие слои имеют содержание индия более 1%, а толщины количества N компенсирующих слоев выбраны из определенного соотношения. Изобретение обеспечивает возможность повышения коэффициента полезного действия многопереходного солнечного элемента. 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления фотопреобразователя с повышенным коэффициентом полезного действия (КПД). Предложен способ изготовления фотопреобразователя путем формирования в pin-структуре i-слоя на основе арсенида индия InGaAs между слоями GaAs и AlGaAs на подложках GaAs, при давлении 4⋅10-7-10-8 Па, температуре 600-800°С и скорости роста 2 Å/с. Изобретение обеспечивает повышение КПД преобразования, обеспечение технологичности, улучшение параметров, повышение качества и увеличение процента выхода годных. 1 табл.

Настоящее изобретение относится к способу формирования сильнолегированного серой микроструктурированного кристаллического слоя на поверхности кремния, который может быть использован в солнечной энергетике, оптоэлектронике, приборах ночного и тепловидения. Способ заключается в размещении поверхности кремния под химически активной жидкой средой серосодержащего соединения и облучении поверхности кремния импульсами сфокусированного лазерного излучения наносекундной длительности инфракрасного диапазона, при этом задают плотность энергии лазерного излучения достаточной для проникновения этим излучением через жидкую среду к поверхности кремния с разложением молекул серосодержащего соединения до выделения атомов серы и для нагрева поверхности кремния до температуры, при которой происходит диффузия в нее атомов серы вместе с ее абляционным микроструктурированием и отжигом. Технический результат изобретения состоит в многократном расширении области и величины высокой поглощательной способности (в том числе высокого коэффициента поглощения) поверхностного слоя кремния в процессе сверхлегирования атомами серы под действием лазерного облучения с сохранением его кристаллического характера. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к оптоэлектронной технике. Способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра включает выращивание на подложке из арсенида индия твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои p- и n-типа проводимости, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление по крайней мере части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании мез(ы), подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии, при этом согласно изобретению способ включает финальную стадию процесса удаления подложки или ее части при химическом травлении в водном растворе соляной кислоты. Изобретение обеспечивает увеличение эффективности работы диода средневолнового ИК диапазона спектра за счет улучшения условий для вывода/ввода излучения из полупроводникового кристалла. 9 ил., 4 пр.

Изобретение относится к структуре двухкаскадного тонкопленочного солнечного модуля (фотопреобразователя) на основе аморфного и микрокристаллического кремния. Тонкопленочный солнечный модуль состоит из последовательно расположенных: фронтальной стеклянной подложки, фронтального контактного слоя из прозрачного проводящего оксида, подслоя из нестехиометрического карбида кремния р-типа, аморфного и микрокристаллического каскадов, соединенных последовательно. Аморфный каскад состоит из р-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния, легированного бором (nc-Si/SiOx:H), являющегося широкозонным окном, собственного слоя на основе аморфного гидрогенизированного кремния (а-Si:H) и n-слоя на основе слоя наночастиц кремния в матрице гидрогенизированного нестехиометрического оксида кремния, легированного фосфором (nc-Si/SiOx:H), являющегося промежуточным отражателем. Микрокристаллический каскад состоит из pin структуры на основе микрокристаллического кремния (uc-Si:H), тыльного контактного слоя из прозрачного проводящего оксида, продольных и поперечных электрических контактных шин, тыльного отражателя, выполняющего герметизирующую функцию, установленного вместе с тыльным стеклом и коммутационной коробки. Способ изготовления тонкопленочного солнечного модуля включает нанесение на фронтальную стеклянную подложку слоя прозрачного проводящего оксида, нанесение подслоя из нестехиометрического карбида кремния методом плазмохимического осаждения из газовой фазы в силан-водородной плазме, на подслой методом плазмохимического осаждения из газовой фазы наносят аморфный каскад. На слой аморфного каскада наносят слой микрокристаллического каскада, затем наносят тыльный контактный слой из прозрачного проводящего оксида, после чего наносят продольные и поперечные электрические шины, поверх которых наносят тыльный отражатель, выполняющий герметизирующую функцию, на который устанавливают тыльное стекло и коммутационную коробку. Обеспечивается снижение фотодеградации при снижении толщины собственного слоя аморфного кремния, повышение стабилизированной эффективности, повышение квантовой эффективности за счет снижения потерь от поглощения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее изобретение относится к многомодульным устройствам, сформированным на общей подложке, которые более предпочтительны, чем одиночные модульные устройства, особенно в фотоэлектрических областях применения. Многомодульное устройство, обеспечивающее электрическую изоляцию модулей без механической изоляции модулей, включает подложку; омические контакты для двух внешних соединений многомодульного устройства, имеющие электрическое напряжение, электрическое поле на подложке и движение тока между двумя внешними соединениями; несколько модулей, сформированных на подложке и отделенных расстоянием друг от друга так, чтобы стороны модулей были смежными без механической изоляции между модулями; каждый модуль из множества модулей включает в себя P-N-переход для создания диффузионного поля между материалом Р-типа и материалом N-типа P-N-перехода в результате наличия фотогенерированных или генерированных смещением носителей, причем материал Р-типа и материал N-типа являются встречно-штыревыми; и шинную конструкцию, содержащую шинные части для прохождения движения тока в многомодульном устройстве, при этом каждая шинная часть проходит по подложке от первой стороны одного из множества модулей к смежной стороне другого из множества модулей, так что между модулями отсутствует механическая изоляция; и P-N-переход каждого модуля ориентирован так, чтобы диффузионное поле внутри каждого P-N-перехода было направлено перпендикулярно движению тока в многомодульном устройстве, движению паразитного тока и электрическому полю на подложке между двумя внешними соединениями, обеспечивая электрическую изоляцию между модулями. Многомодульные устройства, выполненные согласно изобретению, работают с низкими токами, высокими выходными напряжениями и низкими потерями внутренней энергии. 5 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх