Способ изготовления двухспектрального матричного фотоприемника



Способ изготовления двухспектрального матричного фотоприемника
Способ изготовления двухспектрального матричного фотоприемника
Способ изготовления двухспектрального матричного фотоприемника
H01L31/02165 - 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 2678519:

Акционерное общество "НПО "Орион" (RU)

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа изготовления многоэлементного двухспектрального матричного фотоприемника. Фотоприемник включает в себя корпус с входным окном, матрицу фоточувствительных элементов (МФЧЭ) с тонким поглощающим слоем из однородного полупроводникового материала, соединенную индиевыми микроконтактами со схемой считывания, приклеенной на коммутационный растр, обеспечивающий соединение с внешней схемой питания и управления видеосигнала фотоприемника. Кроме того, фотоприемник содержит напыленные многослойные интерференционные фильтры. При этом, на матрице ФЧЭ формируют напылением только отрезающие фильтры, создающие две области максимальной спектральной чувствительности, а составной блокирующий фильтр, обеспечивающий крутизну фронтов вблизи границ коротковолновой и длинноволновой границ чувствительности и минимизацию вторичных максимумов за пределами областей максимальной чувствительности, выполняют напылением многослойного покрытия на входном окне. Технический результат заключается в улучшении пороговых характеристик устройства, сокращении количества и суммарной продолжительности технологических процессов формирования фильтров на поверхности МФЧЭ, увеличении процента выхода годных МФЧЭ. 3 ил.

 

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых двухспектральных гибридизированных сборок и может использоваться для создания матричных фотоприемников (МФП) различного назначения.

Известны многочисленные способы изготовления монолитных двухцветных в ячейке матричных фотоприемников, описанных в статьях [Y. Reibel, F. Chabuel, С. Vaz, D. Billon-Lanfrey, J. Baylet, O. Gravrand, P. Ballet, and G. Destefanis, "Infixed Dual Band Detectors for Next Generation", Proceedings ofSPIE vol. 8012, Infrared Technology and Applications XXXVII, April 2011, pp 801238-1; S.D. Gunapala, S.V. Bandara, J.K. Liu, J.M. Mumolo, D.Z. Ting, C.J. Hill, J. Nguyen, and S.B. Rafol, "Demonstration of 1024×1024 Pixel Dual-Band QWIP Focal Plane Array", Proceedings of SPIE vol. 7660, Infrared Technology and Applications XXXVI, April 2010, pp 76603L-1; R. Rehm, M. Walther, J. Schmitz, F. Rutz, A. Worl, R. Scheibner, and J. Ziegler, "Type-II Superlattices - The Fraunhofer Perspective", Proceedings of SPIE vol. 7660, Infrared Technology and Applications XXXVI, April 2010, pp 76601G-1] и патентах US 20170155011, US 9647164, US 20160290865, US 9520525, US 9490292, US 20150243825, US 20100051809, US5731621, основными недостатками которых являются низкая чувствительность, спектральная взаимосвязь из-за неполного поглощения в верхнем фоточувствительном слое.

Другим способом изготовления являются матричные фотоприемники, обеспечивающие фотоэлектрическое преобразование излучения в заданном диапазоне длин волн, на основе фоточувствительных элементов (МФЧЭ) с тонким поглощающим слоем из однородного полупроводникового материала, в котором двухспектральность обеспечивается за счет формирования двух областей максимальной спектральной чувствительности λ1 и λ2 напылением длинноволнового, коротковолнового и составного блокирующих фильтров непосредственно на МФЧЭ, описанные в патентах US 20170142351 и US 20170125614. Этот способ лишен вышеописанных недостатков. Но формирование фильтров напылением, как следует из описания патентов, добавляет к фоточувствительному слою многослойное покрытие с суммарной толщиной более 15 мкм.

Однако при практической реализации изготовление многослойных интерференционных фильтров непосредственно на фоточувствительном слое с необходимыми эксплуатационными характеристиками, в том числе устойчивости интерференционного покрытия к многократным циклическим перепадам температур от минус 196°С до плюс 60°С, является очень сложной и трудоемкой в исполнении задачей (что обеспечивается выбором пленкообразующих материалов с соответствующими подложке коэффициентами температурного расширения и технологии формирования отдельных слоев, включая адгезию, изменение показателя преломления от температуры для обеспечения требуемой спектральной характеристики при охлаждении).

При этом напыление интерференционных слоев для формирования длинноволнового, коротковолнового и составного блокирующих фильтров, как следует из описания патентов, добавляет к фоточувствительному слою многослойное покрытие с суммарной толщиной более 15 мкм. Обычно с увеличением толщины напыляемых слоев возрастают механические напряжения, которые воздействуют на основу (матрица ФЧЭ), что приводит к увеличению темновых токов фотодиодов и соответствующему ухудшению пороговых характеристик матрицы ФЧЭ, а также нарушению электрического контакта гибридной сборки по индиевым микроконтактам, что уменьшает выход годных изделий. Кроме этого, увеличение суммарной толщины фильтров, напыляемых непосредственно на поверхность МФЧЭ, неизбежно сопровождается увеличением количества и суммарной продолжительности технологических процессов формирования фильтров на поверхности МФЧЭ, что является факторами, понижающими процент выхода годных МФЧЭ.

Тем не менее, такой фотоприемник является наиболее близким аналогом заявляемому устройству.

Задачей изобретения является уменьшение возрастающих с увеличением суммарной толщины блокирующих фильтров механических напряжений, воздействующих на МФЧЭ и приводящих к увеличению темновых токов фотодиодов и, соответственно, ухудшению пороговых характеристик МФЧЭ; уменьшение количества и суммарной продолжительности технологических процессов формирования фильтров на поверхности МФЧЭ, что является факторами повышающими процент выхода годных МФЧЭ, изготавливаемых из дорогостоящего полупроводникового материала высокого качества, посредством уменьшения толщины напыляемых на поверхность МФЧЭ интерференционных блокирующих фильтров.

Задача решается тем, что в предлагаемом способе изготовления многоэлементного двухспектрального матричного фотоприемника, обеспечивающего фотоэлектрическое преобразование излучения в заданном диапазоне длин волн, включающего корпус с входным окном, матрицу фоточувствительных элементов (МФЧЭ) с тонким поглощающим слоем из однородного полупроводникового материала, соединенную индиевыми микроконтактами со схемой считывания, приклеенной на коммутационный растр, обеспечивающий соединение проводниками БИС считывания с внешней схемой питания и управления видеосигнала фотоприемника, на МФЧЭ формируют напылением отрезающие фильтры, создающие две области максимальной спектральной чувствительности λ1 и λ2, а составной блокирующий фильтр с коротковолновой границей пропускания области λ1 и длинноволновой границей рабочей области пропускания λ2, обеспечивающий крутизну фронтов спектральной чувствительности фотоприемника и минимизацию вторичных максимумов в области подавления, выполняют напылением многослойного покрытия на входном окне.

Формирование составного блокирующего фильтра на входном окне позволяет существенно уменьшить общую толщину фильтров на поверхности МФЧЭ, что приведет к уменьшению механических напряжений, воздействующих на МФЧЭ, и соответствующему уменьшению темновых токов фотодиодов, а значит лучшим пороговым характеристикам МФЧЭ. Уменьшение количества и суммарной продолжительности технологических процессов формирования фильтров на поверхности МФЧЭ являются факторами, повышающими процент выхода годных МФЧЭ.

Сущность изобретения поясняется графиками, изображенными на фиг. 1 - спектр пропускания 5-слойного коротковолнового фильтра, фиг. 2 - спектр пропускания 5-слойного длинноволнового фильтра, фиг. 3 - спектр пропускания 21-слойного составного фильтра.

Коротковолновый блокирующий фильтр (см. фиг. 1), создающий область максимальной спектральной чувствительности λ1 в диапазоне 3,5-5 мкм с минимальным количеством слоев, изготавливают на МФЧЭ напылением 5-слойного покрытия общей толщиной 1-2 мкм (типично 1,35 мкм), состоящего из слоев Si и SiO2.

Длинноволновый блокирующий фильтр (см. фиг. 2), создающий область максимальной спектральной чувствительности λ2 в диапазоне 1,7-2,6 мкм с минимальным количеством слоев, изготавливают на МФЧЭ напылением 5-слойного покрытия общей толщиной 2-3 мкм (типично 2,66 мкм), состоящего из слоев Si и SiO2.

Составной блокирующий фильтр (см. фиг. 3), с коротковолновой границей пропускания λ1 и длинноволновой границей рабочей области пропускания λ2, выполненный напылением 22-слойного покрытия на входном окне, имеет общую толщину 9-10 мкм (типично 9,16 мкм), состоящего из слоев Si и SiO2.

Таким образом, суммарная толщина фильтров, напыляемых на МФЧЭ, не превышает 2,66 мкм, а количество процессов формирования отдельных слоев сокращается до пяти.

Способ изготовления многоэлементного двухспектрального матричного фотоприемника, обеспечивающего фотоэлектрическое преобразование излучения в заданном диапазоне длин волн, включающего корпус с входным окном, матрицу фоточувствительных элементов (МФЧЭ) с тонким поглощающим слоем из однородного полупроводникового материала, соединенную индиевыми микроконтактами со схемой считывания, приклеенной на коммутационный растр, обеспечивающий соединение проводниками БИС считывания с внешней схемой питания и управления видеосигнала фотоприемника, с напыленными многослойными интерференционными коротковолновым, длинноволновым и составным блокирующими фильтрами, отличающийся тем, что на матрице ФЧЭ формируют напылением только отрезающие фильтры, создающие две смежные, отличающиеся одна от другой максимальной спектральной чувствительностью области λ1 и λ2, а составной блокирующий фильтр, обеспечивающий крутизну фронтов вблизи границ коротковолновой и длинноволновой границ чувствительности в рабочих областях λ1 и λ2 и минимизацию вторичных максимумов за пределами областей максимальной чувствительности, выполняют напылением многослойного покрытия на входном окне.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области разработки и изготовления фоточувствительных полупроводниковых приборов на основе GaAs. Способ изготовления мощного импульсного фотодетектора, работающего в фотовольтаическом режиме (с нулевым напряжением смещения), на основе GaAs включает последовательное выращивание методом жидкофазной эпитаксии на n-GaAs подложке слоя n-AlxGa1-xAs при х=0,10-0,15, слоя i-GaAs, слоя р-GaAs и слоя p-AlxGa1-xAs при х=0,2-0,3 в начале роста и при х=0,09-0,16 в приповерхностной области слоя.

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для создания мощного СВЧ фотодетектора на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм.

Изобретение относится к солнечной энергетике и может быть использовано для снабжения потребителей электроэнергией и горячей водой. Комбинированная гелиоколлекторная установка содержит корпус с крышкой, прозрачное покрытие, теплоизолирующий слой, защитный кожух.

Изобретение может быть использовано для создания мощных СВЧ фотодетекторов на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм.

Изобретение относится к технологиям формирования базовых слоев тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе CdTe. Способ изготовления в квазизамкнутом объеме базовых слоев гибких фотоэлектрических преобразователей на основе CdTe, в котором расстояние от зоны испарения теллурида кадмия до зоны его конденсации соизмеримо с диаметром реактора.

Изобретение относится к кремниевым полупроводниковым технологиям, в частности к кремниевым фотовольтаическим преобразователям, изготовленным по гетероструктурной технологии.

Изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую. Оптопара содержит источник света, фотопреобразователь, корпус.

Изобретение относится к устройствам для преобразования электромагнитной энергии в электрическую энергию Устройство преобразователя мощности лазерного излучения «ПМЛИ» для приема падающего электромагнитного излучения на длине волны примерно 1550 нм, содержащее подложку, содержащую InP; и активную область, содержащую n-легированный слой и p-легированный слой, причем эти n-легированный и p-легированный слои образованы из InyGa1-yAsxP1-x, согласованного по параметрам решетки с подложкой и выполненного с возможностью поглощать фотоны электромагнитного излучения с соответствующей длиной волны примерно 1550 нм, где x=0,948, 0,957, 0,965, 0,968, 0,972 или 0,976, а y=0,557, 0,553, 0,549, 0,547, 0,545 или 0,544 соответственно.
Изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую. Оптопара содержит источник света, фотопреобразователь и корпус.

Изобретение относится к полупроводниковым фотопреобразователям, которые преобразуют солнечное излучение в электроэнергию, и может быть использовано в полупроводниковой промышленности для создания систем генерации электрической энергии.

Изобретение относится к солнечным элементам и может использоваться в качестве преобразователя солнечной энергии в электрическую энергию в энергетике и в портативной электронике.
Изобретение относится к способам получения эмиссионных слоев, в частности для органических светоизлучающих диодов. Способ нанесения эмиссионного слоя органического светоизлучающего диода на подложку из стекла или полимера, покрытую слоем анода, включает получение раствора, содержащего люминофорсодержащее соединение и проводящий материал, и нанесение тонкой пленки из полученного раствора на упомянутую подложку.

Использование: для изготовления тонкопленочного солнечного элемента. Сущность изобретения заключается в том, что при изготовлении тонкопленочного солнечного элемента, имеющего верхний слой и подстилающий слой, осуществляют осаждение подстилающего слоя, имеющего шероховатую поверхность, и осаждение верхнего слоя поверх подстилающего слоя с помощью химического осаждения из газовой фазы, так чтобы верхний слой имел более шероховатую поверхность, чем подстилающий слой, где подстилающий слой содержит смесь оксидов по меньшей мере двух материалов, выбранных из кремния, титана, циркония, олова, алюминия, фосфора и их смесей, или где подстилающий слой содержит оксид титана в анатазной модификации с толщиной в диапазоне от 20 нм до 25 нм.
Изобретение относится к проводящим пастам, применяемым для формирования металлических контактов на поверхности субстратов в фотогальванических элементах. Проводящая паста содержит стеклянную фритту, проводящий материал, органическую среду и один или более металлоорганических компонентов, которые образуют оксиды металлов при обжиге.

Изобретение относится к покрытому изделию, которое включает в себя просветляющее (AR, от англ. .

Изобретение относится к полупроводниковым преобразователям солнечного излучения, которые могут быть использованы при создании фотоэлектрических генераторов наземного применения.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых двухспектральных гибридизированных сборок и может использоваться для создания матричных фотоприемников (МФП) различного назначения.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается способа изготовления многоэлементного двухспектрального матричного фотоприемника. Фотоприемник включает в себя корпус с входным окном, матрицу фоточувствительных элементов с тонким поглощающим слоем из однородного полупроводникового материала, соединенную индиевыми микроконтактами со схемой считывания, приклеенной на коммутационный растр, обеспечивающий соединение с внешней схемой питания и управления видеосигнала фотоприемника. Кроме того, фотоприемник содержит напыленные многослойные интерференционные фильтры. При этом, на матрице ФЧЭ формируют напылением только отрезающие фильтры, создающие две области максимальной спектральной чувствительности, а составной блокирующий фильтр, обеспечивающий крутизну фронтов вблизи границ коротковолновой и длинноволновой границ чувствительности и минимизацию вторичных максимумов за пределами областей максимальной чувствительности, выполняют напылением многослойного покрытия на входном окне. Технический результат заключается в улучшении пороговых характеристик устройства, сокращении количества и суммарной продолжительности технологических процессов формирования фильтров на поверхности МФЧЭ, увеличении процента выхода годных МФЧЭ. 3 ил.

Наверх