Фотоприемное устройство для ик-области спектра
Использование: ФПУ относится к электронной технике, в частности к фотоприемникам, обладающим чувствительностью в ИК диапазоне спектра, многоэлементным или одноэлементным с примесной фотопроводимостью. Сущность изобретения: ФПУ содержит подложку из полупроводника, компенсированного глубокой многозарядной примесью, создающей дважды отрицательно заряженные уровни. На обеих сторонах ФПУ созданы проводящие шины, состоящие из приконтактного слоя в подложке и нанесенного металла, создающего электрический контакт с подложкой. Приконтактный слой в отличие от прототипа формируется из двух областей при 300 К с разной концентрацией примеси, обогащающей этот слой. Первая область с максимальной концентрацией, обеспечивающей ширину области больше или равной длине диффузии основных носителей. Вторая область с концентрацией примеси обогащена на (1 - 2) % выше концентрации мелкой примеси в подложке. Ширина этой области должна быть больше длины экранирования носителей при точной компенсации примесей. При охлаждении ФПУ в приконтактной области проявляется область перехода n+ - n (p+ - p) обладающая инжектирующими свойствами. В этом переходе существует плоскость с точной компенсацией примесей, обладающей максимальной длиной экранирования носителей, инжектированных из контакта. Наличие второй области позволяет электрический контакт к компенсированному полупроводнику разделить на два контакта с разными функциями: контакт пленки никеля и обогащенной области подложки, являющейся омическим; контакт второй области и подложки, являющимся инжектирующим контактом. 1 з. п. ф-лы, 2 ил., 3 табл.
Фотоприемное устройство ФПУ относится к электронной технике, в частности к фотоприемникам, обладающим чувствительностью в ИК-диапазоне спектра, многоэлементным или одноэлементным с примесной фотопроводимостью.
ФПУ для ИК-области спектра обычно используется в режиме импульсного опроса. Фотоэлектрические параметры ФПУ определяются свойствами электрического контакта к компенсированному полупроводнику. При включении импульса напряжения к ФПУ из контакта инжектируются основные носители тока и часть их захватывается на ловушки. За время паузы между импульсами происходит освобождение захваченных носителей тепловой или фотогенерацией. Величина фототока определяется током дозарядки уровней ловушек. Известно фотоприемное устройство (В. Г. Иванов. ФТП, 1979, вып. 9, т. 13, с. 1838 1841), которое содержит полупроводниковую фоточувствительную подложку, в которую введена компенсирующая примесь, энергия активации которой Еa меньше половины ширины запрещенной зоны материала подложки. Примесь является многозарядной с дважды отрицательно заряженным уровнем для основных носителей. ФПУ имеет внешние слои-шины, выполненные из материала образующего омический контакт с материалом подложки и прозрачные для проектируемого излучения. Фотоприемное устройство имеет ряд существенных недостатков: нестабильность электрических свойств получаемого контакта внешнего слоя с подложкой, влияние свойств поверхности подложки и свойств внешнего слоя на фотоэлектрические параметры ФПУ, плохая воспроизводимость технологического процесса при изготовлении омического контакта. Известна инфракрасная детекторная матрица (патент GB N 2125217), содержащая подложку из кремния, легированного бором и компенсированного контролируемой дивакансией, на обеих сторонах которой сформированы проводящие взаимно перпендикулярные шины из Au, которые в свою очередь состоят из приконтактного слоя, представляющего собой область обогащения и пленки металла, нанесенной на приконтактный слой. Такой контакт при низких температурах образует переход типа n+-n(p+-p), которые формируется близко от поверхности, что приводит к зависимости свойств самого перехода от состояния поверхности и от свойств металла, что приводит к нестабильности контакта, а также не реализуются свойства инжектирующего контакта, возможность увеличения фоточувствительности. Основной задачей предлагаемого изобретения является, во-первых, увеличение фоточувствительности ФПУ в импульсном режиме опроса, а, во-вторых, повышение однородности распределения фоточувствительности по полю ФПУ и получение стабильных воспроизводимых фотоэлектрических параметров ФПУ. Положительный эффект от использования изобретения создание стабильного инжектирующего контакта к компенсированному полупроводнику, не зависящего от свойств поверхности и металла, нанесенного на поверхность и увеличение фоточувствительности ФПУ в импульсном режиме по сравнению со стационарным режимом. Этот эффект достигается тем, что в предлагаемом ФПУ для ИК области спектра, содержащем подложку из полупроводника, легированного мелкой донорной примесью и точно компенсированного глубокой многозарядной акцепторной примесью, создающей дважды отрицательно заряженные уровни, на обеих сторонах которой созданы проводящие шины, состоящие из созданного в подложке приконтактного слоя, обогащенного специально введенной мелкой примесью того же типа проводимости что и подложка, и нанесенной на него пленки металла, создающего электрический контакт с ним, приконтактный слой состоит из первой области, контактирующей с металлом с максимальной концентрацией примеси равной








где D коэффициент диффузии мелкой примеси в 1 области;


Nмакс.


В контакте металла и области 1 образуется область пространственного заряда с высотой потенциального барьера





где


где

tимп. длительность импульса;


В ФПУ прототипе поверхности подложки наносится пленка золота. Золото в германии создает акцепторные уровни. Однако технологически воспроизводимого контакта получить не удается, так как золото при напылении и последующем отжиге диффундировало в германий на глубину больше, чем ширина обогащенной области 1, поэтому создавался сильно перекомпенсированный тонкий слой Ge(Au,Sb), который при низких температурах становится более высокоомным, чем переход n+ n и все напряжение падает на этом слое, приводя к потере инжектирующих свойств контакта и соответственно фоточувствительности. В предлагаемом ФПУ при нанесении никеля также происходит его диффузия, однако область 2 намного больше, чем длина, на которой успевает продиффундировать никель, и поэтому сохраняется переход n n, расположенный на глубине

Таким образом, сохраняются инжектирующие свойства n+ n (p+ p) перехода и преимущества такого контакта. На фиг. 1 показано распределение концентрации носителей тока в ФПУ; на фиг. 2 ФПУ на основе структуры матричного типа: 1 подложка; 2 область обогащения N++=1019 см-3; 3 область обогащения N+=1015 см-3; 4 пленка металла; 5 переход n+ - n (p+ p). Пример конкретного исполнения. ФПУ может быть одноэлементным либо многоэлементным матричного или линейного типов. Предлагаемое ФПУ изображено на фиг. 2, ФПУ состоит из подложки германия, легированного сурьмой и компенсированного серебром (1), области обогащения (2), в которой максимальная концентрация примеси обогащения






N N++ В прототипе
N=N+ в нашем случае
Ширина перехода n+ n определяется по формуле

При включении импульса напряжения носителя инжектируются из контакта, продиффундировав область 1 и 2, носители рекомбинируют. Инжектированные носители частично захватываются в области перехода и в подложке, создавая неравновесный связанный заряд. Этот заряд экранирует контакт, длина экранирования носителей заряда определяется по формуле при точной степени компенсации

Изменение фоточувствительности ФПУ определяется нестационарными процессами, проходящими в переходе, поэтому создание области 2 позволяет сформировать переход, ширина которого определяется длиной экранирования носителей тока на глубине


Концентрация фотоносителей определяется по формуле

где NSb концентрация сурьмы в подложке; Ncм3 - эффективная плотность состояний, приведенная к верхнему уровню серебра; 3




где



















102 раз. При распределении 0,5 %















Формула изобретения

при условии L1

где D коэффициент диффузии основных носителей;
Lдиф диффузионная длина;

L1 толщина первой области и следующей за ней второй области с концентрацией примеси на 1 2% выше концентрации мелкой донорной примеси подложки, причем их толщины соотносятся следующим образом:

где L2 толщина второй области;

Dv высота потенциального барьера n+ n- либо p+ p- перехода;
e заряд электрона;
Nt концентрация ловушек на уровнях акцепторной примеси при точной компенсации примесей, равная темновой концентрации носителей тока;
Eмакс максимальное поле области пространственного заряда контакта металл подложка;
vo высота потенциального барьера контакта металл подложка. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве пленки металла используется никель.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4