Фотодіод з бар’єром шотткі, чутливий в ультрафіолетовому діапазоні спектра

Фотодіод з бар'єром Шотткі, чутливий в ультрафіолетовому діапазоні спектра, що виконаний на основі селеніду цинку з бар'єрним шаром нікелю з лицевої сторони ZnSe-підкладки та шаром індію із її зворотної сторони, який відрізняється тим, що на бар'єрному надтонкому шарі нікелю виконаний додатковий просвітлюючий шар суміші двоокису олова (SnО2) та окису індію (Іn2О3) або шар двоокису олова (SnО2), легованого фтором, при цьому просвітлюючий шар та бар'єрний шар металу повинні відступати від краю кристала на величину не менше суми довжини вільного пробігу неосновних носіїв заряду та ширини ділянки просторового заряду у матеріалі підкладки з селеніду цинку. Корисна модель відноситься до мікрофотоелектроніки, а саме до напівпровідникових фотодіодів, чутливих в ультрафіолетовому діапазоні спектру, і може бути використана як приймач ультрафіолетового випромінювання в оптикоелектронних системах, зокрема для контролю енергетичної освітленості у піддіапазонах А (315 400 нм), В (280 - 315 нм) та С (200 - 280 нм). Відомі фотодіоди, чутливі в ультрафіолетовому діапазоні спектру, типу «Квант», «Квант-1» на основі кремнію n-типу провідності, чутливість якого в ультрафіолетовій ділянки розширена до 190нм за рахунок підвищення концентрації бора в лего+ ваній р -ділянки (ділянки фото чутливого елемен19 -3 та) до 6·10 см , описані в статті «Кремниевые рn фотодиоды для ближней ультрафиолетовой области спектра» авторів Добровольского Ю.Г., Рюхтіна В.В., Шимановського А.Б., ТКЭА. -2001 -№ 4-5. -с.44-46 [1]. Суттєвим недоліком згаданого фотодіоду є широкий діапазон спектральної чутливості (1901000нм), 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. Необхідність зменшення ступеня поглинання випромінювання на шляху до ділянки збіднення фотодіода привела до появи розробок з використанням прозорого електроду, наприклад, електроду із двоокису олова (SnO2). Для забезпечення необхідної прозорості згаданого електроду на довжинах хвиль падаючого випромінювання до 200нм застосовано легування SnO2 фтором. При цьому завдяки ефекту Бурштейна-Мосса, що полягає в збільшенні кількості носіїв заряду в зоні провідності легованого матеріалу, збільшується оптична ширина забороненої зони цього матеріалу (Уханов Ю.И., «Оптические свойства полупроводниковых материалов», стр.218, М., Наука, 1977 [2]). Відомий фотодіод УФД20 на основі фосфіду галію (Патент 71544. Україна. Фотодіод для ультрафіолетової ділянки спектра автори Малік А.І., Шабашкевич Б.Г., Пироженко С.І. № 2000010281 заявленої 8.01.2000; Опубл. 2004, Бюл. № 12 [3], також вибраний авторами в якості аналогу [3], який + складається з епітаксіальної структури n -n GaP, плівки SnO2, легованої фтором, та омічних контактів (нікелевих з лицевої сторони кристалу фотоді (19) UA (11) 48467 (13) U (21) u200906302 (22) 17.06.2009 (24) 25.03.2010 (46) 25.03.2010, Бюл.№ 6, 2010 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 48467 4 оду та індієвого контакту із зворотної сторони) з та бар'єрний шар металу повинні відступати від спектральною чутливістю у діапазоні 220 - 450 нм. краю кристалу (1) на величину не менше суми доНедоліком цього фотодіоду є відсутність чутливосвжини вільного пробігу неосновних носіїв заряду ті у діапазоні 200 - 220 нм, який є особливо небезта ширини ділянки просторового заряду у матеріапечним для здоров'я людини. лі підкладки з селеніду цинку. Близькими до запропонованої корисної моделі Промислове використання корисної моделі не є фотодіоди, чутливі в УФ діапазоні спектру на вимагає великих витрат, спеціальних матеріалів та основі селеніду цинку, легованого телуром, або технологій, його реалізація можлива на виробницкиснем. Зокрема фотодіод з бар'єром Шотткі, який твах України і за її межами. міститься на підкладці з арсеніду галію, на якій Приклад конструкції фотодіода. сформований шар селеніду цинку n- типу провідФотодіод на основі підкладки з селеніду цинку ності та шар селеніду цинку власної (i-типу) провіn- типу провідності, легованої телуром або киснем, дності, на якому нанесені бар'єрні плівки золота та товщиною 1мм містить бар'єрний надтонкий шар нікелю і загальні омічні електроди із золота, опинікелю товщиною не більше 10нм. На надтонкий саний в «Schottky Barrier Near-Ultraviolet бар'єрний шар нікелю нанесений методом пульвеPhotodetectors Based on ZnSe», авторів A. ризації просвітлюючий шар суміші двоокису олова Bouhdada, M. Hanzaz, F. Vigue, J.P. Faurie J, Active (SnO2) та окису індію (Іn2О3), або шар двоокису and Passive Electronic Device. -2005. -Vol.1, -p.79олова (SnO2), легованого фтором. На периферії 89 [4]. При цьому місце для загального електроду кристалу, сформований додатковий контактний з індію витравлено на торцевих гранях кристалу шар нікелю товщиною не менше 0,2мкм для зафотодіоду скрізь шар ZnSe власної провідності до безпечення електричного контакту до надтонкого шару ZnSe n-типу провідності. Недоліком згаданобар'єрного шару нікелю. Відстань між шарами ніго фотодіоду є складність конструкції та технології келю та торцевою частиною кристалу селеніду виготовлення, яка полягає з одного боку у трьохцинку складає не менше 10-50мкм. Із зворотного шаровості (GaAs - n-ZnSe - i-ZnSe), а з другого боку кристалу селеніду цинку, для забезпечення боку у необхідності витравлювання мезаструктури другого електричного контакту, сформовано шар для забезпечення загального контакту з індію до індію товщиною від 1 до 20мкм. шару ZnSe n-типу. Діапазон спектральної чутливоФіг.1 представляє схематичну будову присті цього фотодіоду складає 320 - 450 нм, що тастрою за п. 1 з показанням зображення бази, напікож є незадовільним, оскільки відсутня чутливість впрозорого бар'єрного електроду, просвітлюючого у діапазоні 200 - 320 нм. шару суміші двоокису олова (SnO2) та окису індію Найбільш близьким до запропонованої корис(Іn2О3), або шар двоокису олова (SnO2), легованоної моделі є широкозонний фотодіод з бар'єром го фтором, контактної площадки та індієвого елекШотткі, який складається з підкладки з селеніду троду фотодіода. цинку n- типу провідності, легованої телуром або Фіг.2 представляє відносну спектральну хараккиснем, напівпрозорого бар'єрного електроду з теристику чутливості фото діоду без просвітлююнікелю на лицевій стороні ZnSe-підкладки та мечого шару (1) у порівнянні із аналогічно характериталічного індієвого електроду із її зворотної сторостикою фото діоду із просвітленням на довжині ни, описаний в книзі «Сцинтилляционные детектохвилі 250нм (2) та 400нм (3). ры и системы контроля радиации на их основе». При попаданні ультрафіолетового випромінюПід загальною редакцією В.Д. Рижикова, автори вання на поверхню кристалу фотодіоду воно проВ.В. Гринев, В.Д. Рыжиков, В.П. Семиноженко: К. ходить через просвітлюючий шар суміші двоокису Наукова думка, 2007, с.344. [5]. Спектральний діаолова (SnO2) та окису індію (Іn2О3), або шар двоопазон чутливості цього фотодіоду складає 200 кису олова (SnO2), легованого фтором та потрап480 нм, що забезпечує його чутливість у всьому ляє на бар'єрний шар надтонкого нікелю. Завдяки спектральному діапазоні ультрафіолетового виоптичним властивостям просвітлюючого шару усупромінювання, яке може існувати на поверхні земвається ефект часткового відбивання ультрафіолі (в тому числі і штучні джерела - бактерицидні летового випромінювання від поверхні надтонкого лампи). бар'єрного шару нікелю. Ультрафіолетове випроНедоліки згаданого фотодіода наступні. мінювання, яке пройшло через надтонкий бар'єрУ згаданого фотодіода (виходячи з опису у ний шар нікелю та перевідбилося від просвітлююджерелі [5]) є недостатньо високий рівень чутличого шару, поглинається у приповерхневому шарі вості, що зумовлено недостатньо малою товщиселеніду цинку, генеруючи в ньому неосновні носії ною бар'єрного шару нікелю, зокрема у ділянки заряду, кількість яких пропорційна потужності та 200 - 280 нм. спектральному складу випромінювання, яке в ньоЗадача - створення пристрою для реєстрації го потрапило. ультрафіолетового випромінювання з підвищеною Режим роботи власне кристалу фотодіоду в загальною чутливістю, який буде вільний від вкачастині генерації фотосигналу істотно не відрізнязаних недоліків. ється від режиму роботи аналогічних фотодіодів. Технічне рішення поставленої задачі досягаТовщина просвітлюючого шару вибирається ється тим, що: виходячи з того, в якому діапазоні довжин хвиль Згідно Фіг.1, на бар'єрному надтонкому шарі потрібно збільшити чутливість. Чим тонкіший пронікелю (2) міститься додатковий просвітлюючий світлюючий шар, тим у більш короткохвильовій шар суміші двоокису олова (SnO2) та окису індію ділянки він збільшує чутливість фотодіоду. (Іn2О3), або шар двоокису 333олова (SnO2), легоОсновною перевагою використовування тонваного фтором (3), при цьому просвітлюючий шар ких просвітлюючих плівок є їх висока прозорість в 5 48467 6 ділянки спектру (350 - 1100) нм, пов'язана з велигаллия», авторів М.П. Биксея, Ю.Г. Добровольським значенням ширини забороненої зони (згідно кого, Б.Г. Шабашкевича, Прикладная фізика, 2005, даних, наведених в [3], Eg~5 eB для плівки № 4, с.97-100 [6] досягає 99,6%. SnO2:F). Крім того, показник заломлення плівки Таким чином конструкція запропонованого фоідеально підходить для створення просвітлюючого тодіоду з бар'єром Шотткі, чутливого в ультрафіопокриття. При товщині плівки 54,4 нм на довжині летовому діапазоні спектру, забезпечує йому чутхвилі 435 нм коефіцієнт пропускання нанесеної ливості близько 0,11-0,12А/Вт на довжині хвилі 400 плівки, як показано у статті «Фотоприемник ультнм і не менше 0,07 - 0,08 А/Вт на довжині хвилі 250 рафиолетового излучения на основе фосфида нм, що більше, ніж у відомих аналогів. Комп’ютерна верстка В. Мацело Підписне Тираж 26 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