Оптоэлектронное устройство



Оптоэлектронное устройство
Оптоэлектронное устройство
H01L31/167 - полупроводниковые приборы - источники света и приборы, чувствительные к излучению - отличающиеся наличием по меньшей мере одного потенциального или поверхностного барьера

Владельцы патента RU 2642132:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

Изобретение относится к области опто- и наноэлектроники и может быть использовано в оптоэлектронных интегральных схемах, а также для создания микро- и нанооптоэлектронных и нанооптических систем, в квантовых и оптических компьютерах и в других областях. Оптоэлектронное устройство содержит излучатель и фотоприемник, расположенные в одной плоскости на некотором расстоянии друг от друга, омические контакты, при этом излучатель и фотоприемник выполнены из последовательно выращенных гетероэпитаксиальных слоев диэлектрика и нанокристаллического кремния на кремниевой подложке, а каждый слой кремния состоит из p- и n-типа областей с резкими границами раздела. Оптоэлектронное устройство согласно изобретению обладает монолитной и малоразмерной конструкцией, более надежное и менее дорогостоящее. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области опто- и наноэлектроники и может быть использовано в оптоэлектронных интегральных схемах, а также для создания микро- и нанооптоэлектронных и нанооптических систем, в квантовых и оптических компьютерах и в других областях науки и промышленного производства.

Известна конструкция оптоэлектронного устройства (Пихтин А.Н. Оптическая и квантовая электроника. М.: Высшая школа, 2001), состоящего из гетеросветодиода на основе арсенида галлия (AlxGa1-xAs/GaAs) в качестве излучателя и кремниевого фотодиода в качестве приемника. В качестве светопроводящей среды, соединяющей оптически излучатель и приемник, используют прозрачные компаунды, в том числе эпоксидные смолы, оптические клеи, вазелиноподобные полимеры и т.п. Они же осуществляют механическое крепление элементов оптопары.

Однако в указанном устройстве имеются следующие недостатки:

- высокая стоимость и низкая радиационная стойкость данных устройств на основе соединений А3В5 (AsGa - арсенид галлия, GaP - фосфид галлия и др.);

- невозможность создания оптоэлектронных устройств в монолитном исполнении, т.е. создание в рамках одного чипа схемы управления и излучателей.

Кроме того, известна конструкция оптоэлектронного устройства, являющегося прототипом предлагаемого изобретения (Носов В.Ю. «Оптоэлектроника», 1989), в котором излучатель и фотоприемник, выполненные из арсенида галлия, расположены на некотором расстоянии друг от друга на подложке сапфира. На краях излучателя и фотоприемника сформированы омические контакты.

Однако в указанном устройстве имеются следующие недостатки:

- высокая стоимость устройств на основе соединений элементов III и V групп периодической системы (А3В5);

- высокая стоимость подложек сапфира;

- данная конструкция является не монолитной, т.е. гибридной, что приводит к низкой надежности и большим габаритам.

Задачей (технический результат) предлагаемого изобретения является создание монолитного, малоразмерного, более надежного и менее дорогостоящего оптоэлектронного устройства.

Поставленная задача достигается тем, что в оптоэлектронном устройстве, содержащем излучатель и фотоприемник, расположенные в одной плоскости на некотором расстоянии друг от друга, омические контакты, излучатель и фотоприемник выполнены из последовательно выращенных гетероэпитаксиальных слоев диэлектрика и нанокристаллического кремния на кремниевой подложке. При этом каждый слой кремния состоит из p- и n-типа областей с резкими границами раздела.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлена конструкция светоизлучающего устройства, вид сверху и 3D-изображение соответственно. На фиг. 3 приведена схема уровней энергии носителей заряда в квантовой яме.

Предлагаемое устройство содержит кремневую подложку 1, на которой расположены излучатель 2 и фотоприемник 3, сформированные из последовательно выращенных гетероэпитаксиальных слоев диэлектрика 4 и нанокристаллического кремния, состоящего из областей p- 5 и n-типа 6. По краям устройств находятся омические контакты 7, сформированные путем нанесения слоев металлизации на торцы многослойной системы с последующей пайкой проводов.

Предлагаемое устройство может быть получено:

- процессом последовательно наращиваемых молекулярно-лучевой эпитаксией слоев фторида кальция и кремния необходимой толщины;

- процессом многократного окисления кремния и нанесения поликристаллического кремния;

- проведением ионной имплантации в слои кремния для формирования p - n-переходов с резкой границей раздела;

- с последующим плазмохимическим травлением структур для получения оптического канала.

Оптоэлектронное устройство работает следующим образом: при подаче напряжения на омические контакты 7 излучателя 2 создается продольное электрическое поле в областях 5 и 6, которое вызывает перенос носителей в активную область p - n-перехода. Диэлектрические слои 4 являются барьерами квантовой ямы для носителей заряда. Известно, что энергетическая диаграмма наноразмерных слоев кремния имеет более сложную структуру, состоящую из набора минизон в зоне проводимости и в валентной зоне, уровни энергии дна (зона проводимости) Ее1, Ее2 и потолка (валентная зона) Eh1, Eh2, Eh3 подзон размерного квантования показаны на фиг. 3 по сравнению с зонной структурой объемного кремния.

Энергия электронного межзонного перехода Een→Ehm (фиг. 3) равна

где в рамках модели потенциальной ямы с бесконечно высокими вертикальными стенками

Здесь mn, mp - эффективные массы электрона и дырки соответственно, n, m - номера уровней размерного квантования подзон в зоне проводимости и валентной зоне соответственно. Ширина запрещенной зоны кремния Eg=1.12 эВ при Т=300 К, величина ΔEn,m может иметь значения, сравнимые с Eg, а соответствующее рекомбинационное излучение будет в ближнем инфракрасном и видимом диапазонах.

Таким образом, квантовое ограничение носителей заряда в нанокристаллическом кремнии приводит к увеличению вероятности излучательной рекомбинации электронно-дырочных пар (V. Ioannou-Sougleridis, A.G. Nassiopoulou, T. Ouisse, F. Bassani. Electroluminescence from silicon nanocrystals in Si/CaF2 superlattices // Appl. Phys. Letters, 2001, V. 79, N13, pp. 2076-2078; Takeo Maruyama, Naoto Nakamura, Masahiro Watanabe. Visible Electroluminescence from Nanocrystalline Silicon Embedden in Single-Crystalline CaF2/Si(111) with Rapid Thermal Anneal // Jpn. J. Appl. Phys. 1999, Vol. 38, pp. 904-906). В результате за счет рекомбинационных процессов в латеральных p - n-переходах излучателя 2 происходит электролюминесценция, которая через оптический канал регистрируется фотоприемником 3.

Таким образом, изготовление излучательных элементов на основе нанокристаллического кремния позволит создавать монолитные оптоэлектронные устройства, в которых излучатель, фотоприемник и схема обработки будут выполнены в едином (одном) кремниевом кристалле (чипе) и выполнены в едином технологическом процессе изготовления ИС.

Оптоэлектронное устройство, содержащее излучатель и фотоприемник, расположенные в одной плоскости на некотором расстоянии друг от друга, омические контакты, отличающееся тем, что излучатель и фотоприемник выполнены из последовательно выращенных гетероэпитаксиальных слоев диэлектрика и нанокристаллического кремния на кремниевой подложке, при этом каждый слой кремния состоит из р- и n-типа областей с резкими границами раздела.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается терагерц-инфракрасного конвертера для визуализации источников терагерцевого излучения. Конвертер состоит из основания и преобразователей терагерцевого излучения в инфракрасное излучение.
Предложен способ производства мороженого, содержащего бетулин. В процессе производства в получаемый продукт вводят наноструктурированную добавку, включающую бетулин в альгинате натрия, из расчета 2 г наноструктурированного бетулина на 1000 г мороженого.
Предложен способ производства мороженого, содержащего топинамбур. В процессе производства в получаемый продукт вводят наноструктурированную добавку, включающую топинамбур в высоко- или низкоэтерифицированном яблочном или цитрусовом пектине, из расчета 2 г наноструктурированной добавки на 1000 г готового мороженого.
Предложен способ производства мороженого, обогащенного сухим экстрактом шиповника. В процессе производства в получаемый продукт вводят наноструктурированную добавку, включающую сухой экстракт шиповника в альгинате натрия, из расчета 2 г наноструктурированной добавки на 1000 г готового мороженого.

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано для изготовления изделий из смеси для модифицированного бетона в гражданском, промышленном и транспортном строительстве Технический результат - получение смеси для модифицированного бетона марки по подвижности П2 с минимальным расходом цемента.

Использование: для изготовления высокочувствительных приемников одиночных фотонов видимого и инфракрасного диапазонов. Сущность изобретения заключается в том, что сверхбыстрый и сверхчувствительный гибридный сверхпроводниковый нановолноводный однофотонный детектор с низкой скоростью темнового счета включает в себя чувствительный нанопровод из сверхпроводниковой пленки NbN, расположенный на нановолноводе Si3N4, и защитное диэлектрико-металлическое покрытие, состоящее из слоя диэлектрика SiO2 и слоя металла Al, нанесенного поверх нанопровода.

Изобретение относится к нефтехимической промышленности, а именно к способам получения алифатических углеводородов из оксида углерода и водорода, и может быть использовано в нефтепереработке и нефтехимии.

Изобретение относится к cпособe получения супрамолекулярных гидрогелей, включающему смешение водного раствора L-цистеина с водным раствором ацетата серебра так, чтобы концентрация L-цистеина в смеси составляла от 1,0 до 6,0 мМ, а отношение молярных концентраций ацетата серебра к L-цистеину в смеси находилось в диапазоне от 1,23 до 1,33, где далее смесь оставляют в защищенном от света месте при комнатной температуре на 4 часа для формирования L-цистеин-серебряного раствора, затем смешивают созревший L-цистеин-серебряный раствор с водным раствором сульфата с катионом из ряда Na+, K+, Cu2+, Fe2+, Mg2+, Zn2+, Al3+, Ni2+, Co2+, Mn2+, при концентрации сульфата в смеси в пределах 0,075-0,750 ммоль, через определенное время, зависящее от концентрации сульфата и типа катиона, после чего жидкая система превращается в гель.

Изобретение относится к медицине, в частности к гнойной хирургии, и может быть использовано для лечения абсцессов мягких тканей. Способ лечения включает вскрытие гнойника, эвакуацию содержимого и лазерное разрушение внутриполостного тканевого секвестра.

Изобретение относится к офтальмологическому устройству, которое содержит первый вкладыш-субстрат, содержащий активное оптическое устройство, первый тонкопленочный нанокристаллический транзистор, первый элемент питания и первую проводящую дорожку, причем первый тонкопленочный нанокристаллический транзистор содержит нанокристаллический слой n-типа, первый элемент питания расположен вблизи первой проводящей дорожки так, что первый элемент питания находится в электрическом соединении с первым тонкопленочным нанокристаллическим транзистором, активное оптическое устройство содержит жидкостный менисковый линзовый элемент, содержащий две несмешивающиеся текучие среды с образованием мениска между ними, причем активное оптическое устройство находится в электрическом соединении с первым элементом питания и первым тонкопленочным нанокристаллическим транзистором, а активное оптическое устройство выполнено с возможностью изменения фокусных характеристик офтальмологического устройства при приложении электрического заряда для изменения формы мениска, и гидрогелевый материал, окружающий или герметизирующий первый вкладыш-субстрат.

Изобретение относится к способу очистки природного рассола бишофита, который представляет собой лекарственное средство, бальнеологическое средство, профилактическое средство, применяемое при различных патологических состояниях организма, в качестве средства профилактики заболеваний различной этиологии, в качестве бальнеологического фактора в санаторно-курортном лечении или в качестве действующего компонента для получения сложнокомпонентных лекарственных форм. Исходное сырье предварительно аэрируют. Затем сырье пропускают через фильтрующие установки, содержащие гранулированный активированный уголь. В дальнейшем сырье подвергают механической фильтрации через фильтрующую мембрану и нанофильтрации через мембраны для удаления растворенных веществ с размером от 1 нм и органических веществ с молекулярной массой 200-400 Да. Технический результат: получение очищенного природного рассола бишофита от примесей ионов железа, нефтепродуктов, солей тяжелых металлов и взвешенных механических частиц. 1 табл.

Изобретение относится к области коллоидной химии, а именно к способам получения стабильных органозолей наночастиц металлов, в частности наночастиц серебра, которые перспективны в качестве чернил-красок для получения электропроводящих пленок, электронных красок для электрофоретических дисплеев, лекарственных препаратов наружного применения с антимикробным действием, теплоотводящих жидкостей, активных усиливающих сред для «случайных» лазеров. Описан способ получения стабильного высококонцентрированного органозоля на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок, включающий стадию солюбилизации и стадию восстановления ионов серебра гидразином в дисперсионной среде 0,25 М раствора бис-(2-этилгексил) сульфосукцината натрия в н-декане, в котором исходные реагенты - азотнокислое серебро и гидразин - вводят в дисперсионную среду в режиме динамической обратной эмульсии, причем сначала вводят раствор азотнокислого серебра, при этом стадии солюбилизации и восстановления ионов серебра объединены в одну стадию, при соотношении объемов фаз водные растворы реагентов: дисперсионная среда равном 1:2,5 с последующим разделением фаз, органическую фазу обезвоживают, в обезвоженный органозоль вводят от 1,0 до 2,5 об. % от объема органозоля, воды и проводят электрофоретическое концентрирование при напряженности постоянного поля 300-600 В/см в течение 1,5-2 часов. Технический результат: предложен способ, обеспечивающий получение стабильного концентрата с концентрацией наночастиц серебра, достаточной для получения проводящих пленок. 2 з.п. ф-лы, 7 ил., 4 табл., 3 пр.
Изобретение относится в области нанотехнологии, медицины, пищевой промышленности, а именно к способу получения нанокапсул, где оболочка нанокапсул представляет собой каррагинан, а ядро нанокапсул представляет собой смесь витамина А, витамина Е и витамина К, характеризующемуся тем, что смесь указанных витаминов прибавляют в суспензию каррагинана в толуоле в присутствии 0,01 г Е472с в качестве поверхностно-активного вещества, затем перемешивают при 1300 об/мин, после приливают 10 мл хлороформа, после чего полученную суспензию отфильтровывают и сушат при комнатной температуре, при этом соотношение ядро/оболочка составляет 1:1, или 1:3, или 3:1, или 1:5. Изобретение обеспечивает упрощение и ускорение процесса получения нанокапсул и увеличение выхода по массе. 4 пр.

Изобретение относится к строительству и промышленности строительных материалов, в частности к способам изготовления комплексных нанодисперсных добавок для получения мелкозернистого бетона. Способ изготовления нанодисперсной добавки для бетона, получаемой путем ультразвукового диспергирования при частоте ультразвука 35 кГц суспензии, содержит воду, галлуазитовые нанотрубки и пластификатор в виде твердого вещества. В качестве пластификатора применяется С-3 и поливиниловый спирт, взятые в соотношении 1:1, а диспергирование до размера частиц 20-80 нм производится в два этапа: при введении 2,5 г С-3 в суспензию галлуазитовых нанотрубок и воздействии ультразвука в течение 4 минут с последующим добавлением 2,5 г поливинолового спирта и ультразвуковым диспергированием еще 4 минуты. Технический результат - повышение подвижности бетонной смеси, средней плотности, прочности при сжатии и изгибе. 2 табл.

Изобретение относится к области полупроводниковых материалов с модифицированными электрическими свойствами. Способ получения низкотемпературного термоэлетрика на основе сплава Bi88Sb12 с добавками гадолиния включает помещение навески сплава Bi88Sb12 и металлического гадолиния в количестве 0,01-0,1 ат.% в стеклянную ампулу, из которой откачивают воздух до 10-3 мм рт. ст. и запаивают, размещение ампулы в печи, ее нагрев до температуры плавления сплава до полного растворения гадолиния, зонное выравнивание со скоростью 2 см/ч и выращивание монокристалла на затравку заданной ориентации методом зонной перекристаллизации при четном проходе со скоростью 0,5 мм/ч. Полученный термоэлектрик состоит из монокристалла Bi88Sb11 с распределенными в межслоевом пространстве наночастицами гадолиния, приводящими к увеличению соотношения подвижностей электронов и дырок без изменения концентрации носителей заряда, что в конечном итоге приводит к увеличению модуля дифференциальной термоэдс и соответственно термоэлектрической эффективности до 70% при 110 К для добавок гадолиния 0,1 ат.%. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к химико-фармацевтической промышленности и представляет собой гепатопротекторную инъекционную фармацевтическую композицию на основе силимарина и наночастиц селена, включающую силимарин, дистиллированную воду, отличающуюся тем, что дополнительно содержит наночастицы селена, восстановленные из селенистой кислоты с образованием коллоидного селена, при этом в качестве восстановителя для коллоидного селена используют цистеин, или аскорбиновую кислоту, или тиосульфат натрия, или меркаптоэтанол, кроме того, содержит в качестве стабилизатора pH гидроксид натрия, или гидроксид калия, или аргинин, кроме того, содержит стабилизатор для силимарина, в качестве которого используют янтарную, или фумаровую, или яблочную, или лимонную, или щавелевую кислоту. Изобретение позволяет повысить терапевтическую активность и биодоступность фармацевтической композиции на основе силимарина, снизить побочные эффекты данного лекарственного препарата при терапевтических манипуляциях. 3 ил., 1 табл., 3 пр.

Изобретение относится к области сверхпроводниковой микроэлектроники, в частности к способу создания интегрированного криогенного адаптера питания на одном чипе. Способ включает нанесение на подложку слоя сверхпроводника и формирование из него методом электронной литографии сверхпроводящих элементов детектора, включая меандр, соединительные провода, контактные площадки и последующее преобразование участков сверхпроводящих проводов в сопротивления требуемого номинала путем воздействия пучка ускоренных частиц. На этой же подложке изготавливают и адаптер смещения, для чего на сформированную структуру сверхпроводящих элементов наносят резист, стойкий к ионному облучению. Вскрывают окно над будущим сопротивлением адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в металл путем воздействия пучка ускоренных частиц и закрывают окно. Вскрывают окно над будущим конденсатором адаптера, преобразуют находящийся в окне слой сверхпроводника в диэлектрик путем воздействия пучка ускоренных частиц и наносят защитное покрытие. Технический результат - обеспечение возможности создания сверхпроводникового однофотонного детектора и адаптера смещения как одного целого в одном технологическом цикле. 6 з.п. ф-лы, 5 ил., 5пр.

Изобретение относится к технологиям преобразования солнечной энергии в электрическую. Перовскитная солнечная ячейка представляет собой слоистую структуру, включающую, по меньшей мере, три слоя: два проводящих слоя - р-проводящий и n-проводящий, а также размещенный между ними светопоглощающий слой, при этом один из проводящих слоев выполнен пористым, а светопоглощающий слой имеет перовскитную структуру общей структурной формулой АВХ3, где в качестве А используют Cs+, или СН3МН3+, или (NH2)2CH+, в качестве В используют Pb2+ или Sn2+, в качестве X используют I-, или Br-, или Cl-. Техническим результатом, достигаемым при использовании изобретения, является обеспечение эффективности преобразования солнечной энергии перовскитными солнечными ячейками, изготовленными при помощи заявляемого способа, не менее 5%. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в области электронной промышленности. Способ включает формирование анодным окислением алюминиевого образца слоя пористого анодного оксида, который удаляют селективно по отношению к алюминию, формирование анодным окислением алюминия основного слоя пористого анодного оксида алюминия, отличающийся тем, что формирование удаляемого и основного слоев проводят в гальваностатическом режиме при постоянной температуре 5-10°C и плотности тока 5-15 мА/см2 в электролите следующего состава, г/л: ортофосфорная кислота 58,8-176,0, янтарная кислота 4-6, молибдат аммония 1-4, глицерин 1-3. Технический результат заключается в повышении твердости пористого анодного оксида алюминия и упрощении процесса анодного окисления. 1 табл.

Использование: для формирования на подложках структурных образований из микро- и наночастиц. Сущность изобретения заключается в том, что по способу упорядочения расположения наночастиц на поверхности подложки путем их перемещения с помощью лазерного излучения, в соответствии с изобретением, подложки с наночастицами на поверхности облучают многократно импульсами лазерного пучка с распределением интенсивности по облучаемой области, повторяющим необходимое расположение наночастиц, причем интенсивность в максимумах достаточна для возбуждения в них импульса избыточного давления в среде. Технический результат: обеспечение возможности получения на поверхности диэлектрической или полупроводниковой подложки упорядоченного слоя наночастиц в виде одномерной решетки, составленной из рядов наночастиц. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области опто- и наноэлектроники и может быть использовано в оптоэлектронных интегральных схемах, а также для создания микро- и нанооптоэлектронных и нанооптических систем, в квантовых и оптических компьютерах и в других областях. Оптоэлектронное устройство содержит излучатель и фотоприемник, расположенные в одной плоскости на некотором расстоянии друг от друга, омические контакты, при этом излучатель и фотоприемник выполнены из последовательно выращенных гетероэпитаксиальных слоев диэлектрика и нанокристаллического кремния на кремниевой подложке, а каждый слой кремния состоит из p- и n-типа областей с резкими границами раздела. Оптоэлектронное устройство согласно изобретению обладает монолитной и малоразмерной конструкцией, более надежное и менее дорогостоящее. 3 ил.

Наверх