Фотодіод з бар’єром шотткі, чутливий в ультрафіолетовому діапазоні спектра
Номер патенту: 42429
Опубліковано: 10.07.2009
Автори: ПЕРЕВЕРТАЙЛО ВОЛОДИМИР ЛЕОНТІЙОВИЧ, Добровольський Юрій Георгійович, Шабашкевич Борис Григорович, Галкін Сергій Миколайович, Воронкін Євген Федорович, Рижиков Володимир Діомидович
Формула / Реферат
Фотодіод з бар'єром Шотткі, чутливий в ультрафіолетовому діапазоні спектра, на основі селеніду цинку з напівпрозорим бар'єрним шаром нікелю з лицевої сторони ZnSe-підкладки та шаром індію із її зворотної сторони, який відрізняється тим, що бар'єрний шар нікелю пропускає не менше 70 % випромінювання на довжині хвилі 400 нм, має додаткове потовщення, що є контактним шаром нікелю на лицевій стороні ZnSe-підкладки, товщиною не менше 0,2 мкм, а відстань між торцевою частиною кристала селеніду цинку та шарами нікелю перевищує суму дифузійної довжини неосновних носіїв заряду та товщини області просторового заряду.
Текст
Фотодіод з бар'єром Шотткі, чутливий в ультрафіолетовому діапазоні спектра, на основі селеніду цинку з напівпрозорим бар'єрним шаром нікелю з лицевої сторони ZnSe-підкладки та шаром індію із її зворотної сторони, який відрізняється тим, що бар'єрний шар нікелю пропускає не менше 70 % випромінювання на довжині хвилі 400 нм, має додаткове потовщення, що є контактним шаром нікелю на лицевій стороні ZnSe-підкладки, товщиною не менше 0,2 мкм, а відстань між торцевою частиною кристала селеніду цинку та шарами нікелю перевищує суму дифузійної довжини неосновних носіїв заряду та товщини області просторового заряду. Корисна модель відноситься до мікрофотоелектроніки, а саме до напівпровідникових фотодіодів, чутливих в ультрафіолетовому діапазоні спектру, і може бути використана як приймач оптичного випромінювання в оптико-електронних системах. Відомі фотодіоди, чутливі в ультрафіолетовому діапазоні спектру, типу «Квант», «Квант1» на основі кремнію п-типу провідності, чутливість якого в ультрафіолетовій області розширена до 190 нм за рахунок підвищення концентрації бора в легованій р+- області (області фото чутливого елемента) до 6*1019 см-3, описані в статті «Кремниевые р-п фотодиоды для ближней ультрафиолетовой области спектра», автори Добровольский Ю.Г., Рюхтин В.В., Шимановский А.Б., ТКЭА. 2001 - № 4-5. - с. 44-46, [1], вибраний авторами в якості аналогу. Суттєвим недоліком згаданого фотодіоду є широкий діапазон спектральної чутливості (1901000 нм), зумовлений діапазоном спектральної чутливості кремнію. Для застосування такого фотодіода в якості датчика УФ випромінювання потрібно подавляти його чутливість за межами УФ діапазону - у видимій та інфрачервоній областях спектру. Відомий фотодіод УФД-20 на основі фосфіду галію (Патент 71544. Україна. Фотодіод для ультрафіолетової області спектра автори Малік А.І., Шабашкевич Б.Г., Пироженко С.І. № 2000010281 заявлено 18.01.2000; Опубл. 2004, Бюл. № 12 [2], також вибраний авторами в якості аналогу, який складається з епітаксіальної структури п+-n GaP, плівки SnО2, легованої фтором, та омічних контактів(нікелевих з лицевої сторони кристалу фотодіоду та індієвого контакту із зворотної сторони), що має максимум спектральної чутливості у діапазоні 220-450 нм., також вибраний авторами в якості аналогу. Недоліком цього фотодіоду є відсутність чутливості у діапазоні 200-220 нм, який є особливо небезпечним для здоров’я людини. Близькими до запропонованої корисної моделі є фотодіоди, чутливі в УФ діапазоні спектру на основі селеніду цинку, легованого телуром, або киснем. Зокрема фотодіод з бар’єром Шотткі, який міститься на підкладці з арсеніду галію, на якій сформований шар селеніду цинку п-типу провідності та шар селеніду цинку власної (і-типу) провідності, на якому нанесені бар’єрні плівки золота та нікелю і загальні омічні електроди із золота, описаний в «Schottky Barrier Near-Ultraviolet (19) UA (11) 42429 (13) U (21) u200814260 (22) 10.12.2008 (24) 10.07.2009 (46) 10.07.2009, Бюл.№ 13, 2009 р. (72) ПЕРЕВЕРТАЙЛО ВОЛОДИМИР ЛЕОНТІЙОВИЧ, РИЖИКОВ ВОЛОДИМИР ДІОМИДОВИЧ, ДОБРОВОЛЬСЬКИЙ ЮРІЙ ГЕОРГІЙОВИЧ, ШАБАШКЕВИЧ БОРИС ГРИГОРОВИЧ, ГАЛКІН СЕРГІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, ВОРОНКІН ЄВГЕН ФЕДОРОВИЧ (73) ПЕРЕВЕРТАЙЛО ВОЛОДИМИР ЛЕОНТІЙОВИЧ, РИЖИКОВ ВОЛОДИМИР ДІОМИДОВИЧ, ДОБРОВОЛЬСЬКИЙ ЮРІЙ ГЕОРГІЙОВИЧ, ШАБАШКЕВИЧ БОРИС ГРИГОРОВИЧ, ГАЛКІН СЕРГІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, ВОРОНКІН ЄВГЕН ФЕДОРОВИЧ 3 42429 4 Photodetectors Based on ZnSe», авторів// менше 0,2 мкм, що є контактним шаром на лицевій A.Bouhdada, M. Hanzaz, F. Vigue, J.P. Faurie J, Acстороні згаданого кристалу, а відстань між торцеtive and Passive Electronic Device. - 2005. - Vol.1, вою частиною кристалу селеніду цинку та всім p. 79-89 [3]. нікелевим електродом повинна перевищувати суПри цьому місце для загального електроду з му дифузійної довжини неосновних носіїв заряду індію витравлено на торцевих гранях кристалу та товщини області просторового заряду. Індієвий фотодіоду скрізь шар ZnSe власної провідності до омічний електрод (4) розташований на нижній пошару ZnSe n-типу провідності. Недоліком згадановерхні згаданого кристалу. го фотодіоду є складність конструкції та технології Промислове використання корисної моделі не виготовлення, яка полягає з одного боку у трьохвимагає великих витрат, спеціальних матеріалів та шаровості (GaAs - n-ZnSe - i-ZnSe), а з другого технологій, його реалізація можлива на виробницбоку у необхідності витравлювання мезоструктури твах України і за її межами. для забезпечення загального контакту з індію до Приклад конструкції фотодіода. шару ZnSe п-типу. Діапазон спектральної чутливоФотодіод на основі підкладки з селеніду цинку сті цього фотодіоду складає 320-450 нм, що також п-типу провідності, легованої телуром або киснем, є незадовільним, оскільки відсутня чутливість у товщиною 1 мм містить бар’єрний шар нікелю, діапазоні 200-320 нм. Найбільш близьким до затовщина якого забезпечує пропускання не менше пропонованої корисної моделі є широкозонний 70 % потоку ультрафіолетового випромінювання фотодіод з бар’єром Шотткі, який складається з товщиною не більше 10 нм. До цього бар’єрного підкладки з селеніду цинку n-типу провідності, лешару, на периферії кристалу, сформований додатгованої телуром або киснем, напівпрозорого ковий контактний шар нікелю товщиною не менше бар’єрного електроду з нікелю на лицевій стороні 0,2 мкм для забезпечення електричного контакту ZnSe підкладки та індієвого електроду із її зворотдо надтонкого бар’єрного шару нікелю. Відстань ної сторони, описаний в книзі «Сцинтилляционные між шарами нікелю та торцевою частиною кристадетекторы и системы контроля радиации на их лу селеніду цинку складає не менше 10-50 мкм. основе». Під загальною редакцією В.Д. Рижикова, Мінімальна величина цієї відстані визначається автори В.В. Гринев, В.Д. Рыжиков, В.П. Семинооб’ємним опором матеріалу бази, а максимальна женко: - К.: - Наукова думка, 2007, с.344. [4]. Спекпродиктована технологічними та економічними тральний діапазон чутливості цього фотодіоду міркуваннями. Із зворотного боку кристалу селеніскладає 200-480 нм, що забезпечує його чутлиду цинку, для забезпечення другого електричного вість у всьому спектральному діапазоні ультрафіконтакту, сформовано шар індію товщиною від 1 олетового випромінювання, яке може існувати на до 20 мкм. поверхні землі (в тому числі і штучні джерела 1. Фіг.1 представляє схематичну будову прибактерицидні лампи). Недоліки згаданого фотодістрою за п.1 з показанням зображення бази, наода наступні. півпрозорого бар’єрного електроду, контактної - У фотодіода (виходячи з опису у джерелі [4]) площадки та індієвого електроду фотодіода. відсутній омічний контакт до напівпрозорого 2. Фіг.2 представляє відносну спектральну хабар’єрного шару нікелю з лицевої сторони ZnSeрактеристику чутливості фотодіоду. підкладки. Ця обставина повинна ускладнювати При попаданні ультрафіолетового випромінюоперацію приєднання електричних виводів і знивання на поверхню кристалу фотодіоду воно прожувати надійність приладу в цілому. ходить через бар’єрний шар надтонкого нікелю, і, Товщина напівпрозорого шару нікелю, розтапоглинаючись у приповерхневому шарі селеніду шованого над бар’єром Шотткі, досить велика, цинку, в якому розташована область збіднення та оскільки чутливість фотодіоду у області 200-280 сусідня область, обмежена дифузійною довжиною нм відносно мала (рис. 4.38 у [4]); генерованих випромінюванням носіїв генерує в - Цей шар повністю вкриває поверхню кристацих об’ємах пари носіїв заряду, кількість яких пролу. Таким чином бар’єрна область контактує з торпорційна потужності та спектральному складу вицевою поверхнею кристалу, яка завжди є джерепромінювання. Носії заряду, генеровані у торцевій лом паразитних носіїв заряду, які погіршують та периферійній області кристалу селеніду цинку чутливість фотодіоду і стабільність його параметне потрапляють до області розділення носіїв зарярів за рахунок дії поверхневих центрів генераціїду (бар’єрної області, створеної надтонким шаром рекомбінації, що призводить до появи в збідненій нікелю та кристалом селеніду цинку), оскільки відобласті під бар’єрним напівпрозорим електродом стань, яку вони можуть здолати за рахунок їх дидодаткових неосновних носіїв, внаслідок чого підфузійної довжини та дрейфу у області просторововищується темновий струм діода. го заряду менша, ніж відстань між торцевою Задача - створення пристрою для реєстрації частиною кристалу селеніду цинку та бар’єрним Уф випромінювання з підвищеною чутливістю в шаром нікелю. області 200-280 нм. який буде вільний від вказаних Таким чином, вплив торцевої поверхні на венедоліків. личину фото сигналу істотно зменшується, що Технічне рішення поставленої задачі досягасприяє підвищенню надійності фотодіоду в цілому. ється тим, що: Режим роботи власне кристалу фотодіоду в 1. Згідно Фіг. 1, розташований на кристалі частині генерації фотосигналу істотно не відрізняZnSe (1) напівпрозорий шар нікелю (2), що ствоється від режиму роботи аналогічних фотодіодів. рює над бар’єр Шотткі, повинен пропускати не меОтриманий електричний сигнал через електроди нше 70 % випромінювання на довжині хвилі 400 (3) та (4) потрапляє до вимірювального кола. нм, мати додаткове потовщення (3) з висотою не 5 42429 6 Товщина додаткового шару нікелю, який заТака конструкція запропонованого фотодіоду з безпечує електричний контакт до бар’єрного шару бар’єром Шотткі, чутливого в ультрафіолетовому нікелю визначалась з одного боку механічними та діапазоні спектру, з одного боку забезпечує підвиелектричними властивостями контакту, а з другого щення надійності фотодіоду, а з другого, при чутбоку - мінімальністю витрат на створення контакту, ливості близько 0,1 А/Вт на довжині хвилі 400 нм які визначаються товщиною шару нікелю. Збільфотодіод забезпечує не менше 0,06 А/Вт на довшення пропускання ультрафіолетового випроміжині хвилі 250 нм, що більше, ніж у відомих аналонювання бар’єрним шаром досягнуто за рахунок гів. Окрім того, фотодіод має широкий динамічний нанесення надтонкого шару нікелю товщиною не діапазон. Нелінійність енергетичної характеристибільше 10 нм, що забезпечує, як видно на рисунку ки діода (залежність фотоструму від потужності 2 підвищення чутливості фотодіоду у короткохвипадаючого потоку випромінювання) в діапазоні 10льовій області спектру його чутливості (200-280 200 Вт/м не перевищує 2,0 %, що суттєво розшинм) у порівнянні із відомими аналогами. рює діапазон застосування фотодіоду. Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюPhotodiode with schottky barrier, ultraviolet sensitive
Автори англійськоюPerevertailo Volodymyr Leontiiovych, Ryzhykov Volodymyr Diomydovych, Dobrovolskyi Yurii Heorhiovych, Shabashkevych Borys Hryhorovych, Halkin Serhii Mykolaiovych, Voronkin Yevhen Fedorovych
Назва патенту російськоюФотодиод с барьером шоттки, чувствительный в ультрафиолетовом диапазоне
Автори російськоюПеревертайло Владимир Леонтьевич, Рыжиков Владимир Диомидович, Добровольский Юрий Георгиевич, Шабашкевич Борис Григорьевич, Галкин Сергей Николаевич, Воронкин Евгений Федорович
МПК / Мітки
МПК: H01L 31/0264, H01L 31/06, H01L 31/0216
Мітки: ультрафіолетовому, фотодіод, шотткі, бар'єром, діапазоні, чутливий, спектра
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/3-42429-fotodiod-z-barehrom-shottki-chutlivijj-v-ultrafioletovomu-diapazoni-spektra.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Фотодіод з бар’єром шотткі, чутливий в ультрафіолетовому діапазоні спектра</a>
Попередній патент: Жароміцний ливарний сплав на основі магнію з підвищеними властивостями
Наступний патент: Спосіб повітряного опалення будівель
Випадковий патент: Установка для зварювання та рихтування карданних валів