Фоторезистор

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. ° . (19) (И) (51)4 Н 01 Ь 31/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

S. Е10 айд"

Б 1Бш1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 2911655/1 8-25 (22) 25.04.80 (46) 30.08.89. Бюл . В 32 (72) Л.Н.Неустроев, В.В.Осипов и В.И.Стафеев (53) 621.382 (088.8) (54)(57) 1. ФОТОРЕЗИСТОР, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде полупроводниковой пластины, состоящей из расположенных вдоль линий тока слоев полупроводников с разной работой выхода, и омические контакты к нему, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения чувствительности, пластина выполнена иэ чередующихся слоев двух полупроводников, и слои, по крайней мере, одного из полупроводников, целиИзобретение относится к оптоэлектронике, а именно к фоторезисторам.

Известен фоторезистор, представляющий собой подложку с нанесенной на нее поликристаллической пленкой материала FbS. Поликристаллическая пленка состоит из кристаллитов итипа и прослоек между ними р-типа.

По этим прослойкам течет ток. Недостатком таких поликристаллических пленок является то, что при их росте кристаллиты и прослойки между ними располагаются хаотически. Вследствие

Ф этого трудно добиться однородности фоточувствительности по поверхности пленки и воспроизводимости парамет ров от образца к образцу. Кроме. того, РЬБ фоточувствителен лишь в узком спектральном диапазоне вблизи 2 мкм. ком заполнены объемным зарядом, а контакты выполнены запорными к слоям другого полупроводника, причем контактная разность потенциалов между слоями меньше разности работ вы.хода полупроводника, из которых выполнены слой, но больше 2kT/е, где k — постоянная Больцмана .

Т вЂ” абсолютная температура:, е — заряд электрона, 2. Фоторезистор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что слои изготовлены из одного полупроводника разных типов проводимости.

3. Фоторезистор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем что слои изЭ, 9 готовлены иэ разных полупроводников разных типов проводимости.

Известен фоторезистор, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде полупроводниковой пластины, состоящей иэ расположенных вдоль линий тока слоев полупроводников с разной работой выхода, и омические контакты к нему, Однако такие фоторезисторы не об-. ладают достаточной чувствительностью, Целью изобретения является повышение фоточувствительности резисторов в широком спектральном диапазоне.

Указанная цель достигается тем, что в известном фотореэисторе, содержащем чувствительный элемент, выполненный в виде пластины, состоящей иэ расположенных вдоль линий тока слоев полупроводников с разной работой выхода; и омические контакты к

3 89090 нему, пластина выполнена из чередующихся слоев двух полупроводников, и слои, по крайней мере, одного из полупроводников целиком заполнены объемным зарядом, а контакты выполнены запорными к слоям другого полупроводника, причем контактная разность потенциалов между слоями меньше разности работ выхода полупровод;ников, из которых изготовлены чередующиеся слои, но больше 2 kT/е, где.,k, â€,постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура, е — заряд электрона. 15

При этом чередующиеся слои могут быть изготовлены из одного полупроводника разных типов проводимости, разных полупроводников разного типа проводимости, разных полупроводни- 20 ков одного типа проводимости. Можно добиться понижения сопротивления примесных фоторезисторов при сохранении их максимально возможной чувствительности, что достигается тем, что полупроводниковая пластина выполнена из чередующихся высокоомных и низкоомных слоев одного типа проводимости одного полупроводника.При этом контакты выполняются запорны- З0 ми к высокбомным слоям и омическими к низкоомным слоям, которые должны быть целиком заполнены объемным зарядом.

Устройство представлено на черте1 же.

На подложке 1 расположен чувствительный элемент в виде полупроводниковой пластины 2, имеющей слоистую структуру. Электрические контакты 3 . 0 расположены на торцах полупроводниковой пластины 2.

Свет, падающий на чувствительный элемент, пластину 2, генерирует в

его объеме электроны и дырки, которые .пространственно разделяются электрическим полем, образованным контактной разностью потенциалов между слоями. Вследствие этого время жизни фотоносителей возрастает,следовательно, возрастает величина концентрации фотоносителей, которая пропорциональна времени жизни. В . свою очередь, чувствительность фоторезистора пропорциональна числу возникающих фотоносителей, а значит, увеличение времени жизни из-за пространственного разделения электронов и дырок приводит к увеличению фоточувствительностй.

Толщины чередующихся слоев выбираются такими, чтобы слои, по крайней мере, одного из полупроводников были целиком заполнены объемным зарядом, причем контактная разность потенциалов между слоями должна быть больше

2kT/е, но меньше разности работ выхода полупроводников, из которых изготовлены чередующиеся слои. Первое условие необходимо для того, чтобы происходило достаточно хорошее разделение электронов и дырок контактным полем, а второе — чтобы это поле насквозь проникало в слои, по крайней мере, одного из полупроводников. Оба условия реализуются, если определенным образом выбрать толщину слоев одного из,полупроводников.

Эта толщина .зависит от конкретных параметров структуры и может быть рассчитана. Например, в случае чере-. дования слоев и- и р-типа проводимости одного полупроводника толщина слоев какого-либо .типа (для определенности, р-.слоев) должна удовлетворять условию

2 Л

f4kT На «ca — — — — — — Р т17Й {И„.+Г1 т и,(н„ + )) где а — толщина одного р-слоя; — диэлектрическая проницаемость;

: Х вЂ” контактная разность потенциалов между и- и р-слоями;

N — концентрация мелких доноров в и-слое;

N<. — концентрация мелких акцепторов в р-слое.

Контакты к структуре должны быть подобраны таким образом, чтобы они были омическими к слоям, целиком заполненным объемным зарядом, и запорными к остальным слоям, При этом проводимость будет осуществляться только по слоям, заполненным объемным за рядом, в которых время жизни велико иэ-за пространственного разделения электронов и дырок, Устройство может быть выполнено, например, из р- и р+-слоев германия.

При этом р-слой представляет собой полупроводник, содержащий в единице объема Н - достаточно глубоких акцепторов с которыми дырки светом забрасываются в валентную зону, и

Ng мелких доноров (Ng, » Ng); В Ge

Редактор Л.Письман

Техред N.Õîäàíè÷

Корректор Т-.Малец

Заказ 4976 Тираж 694 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1.13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

5,89090 глубоким акцептором, например, может быть Hg (при этом фоторезистор будет чувствителен к свету в области

10 мкм). Область р+ отличается от р-области дополнительным введением мелких акцепторов с концентрацией п (0 >)и, Nq) которые должны быть сильно ионизованы.

В примесном фоторезисторе свет,па- 10 дающий на чувствительный элементпластину 2, генерирует в высокоомных областях дырки с глубокого примесного уровня, которые вслед за этим собираются в низкоомных областях за 15 счет электрического поля, образованного контактной разностью потенциалов между слоями. При этом дырки оказываются пространственно отделенными от центров рекомбинации и их время 20 жизни выше, чем в однородном полупро6 6 воднике. В результате чувствительность слоистого примесного фотореэиста совпадает с чувствительностью однородного фоторезистора, выполненного из того же материала, что и высокоомные слои, т.е. является максимально возможной. Однако сопротивление первого фоторезистора-много. меньше сопротивления второго, поскольку в слоистом фоторезисторе сопротивление определяется низкоомными областямио

Применение устройства позволит создавать высокочувствительные полупроводниковые фоторезисторы, работающие в широком спектральном диапазойе.

Использование изобретения возмож-. но в таких областях науки и техники, как.астрономия, спектрофотометрия, медицина..