Фотоприймач ультрафіолетового діапазону

1. Фотоприймач УФ діапазону, що містить напівпровідникову пластинку з потенційними бар'єрами, на робочу поверхню якої нанесені поверхневий шар і просвітлююче покриття, на якому сформована омічна контактна мережа, а на тильну поверхню пластинки нанесено омічний контакт, який відрізняється тим, що поверхневий шар виконаний із матеріалу, що перевипромінює ультрафіолетове випромінювання в видиме. 2. Фотоприймач за п.1, який відрізняється тим, що як вихідний матеріал використано кремній, легований іонами рідкісноземельних металів (РЗМ), наприклад іонами європію. 3. Фотоприймач за пп.1, 2, який відрізняється тим, що поверхневий шар пролеговано іонами РЗМ, наприклад, методом іонної імплантації. 4. Фотоприймач за пп.1, 2, 3, який відрізняється тим, що поверхневий шар виготовлено з нанопоруватого кремнію, легованого іонами РЗМ, наприклад іонами європію. Корисна модель відноситься до приладів на твердому тілі для перетворення ультрафіолетового випромінювання (УВ) в електричний струм та може застосовуватися в промисловості, службах охорони праці, медицині, астрофізиці та в багатьох інших галузях діяльності людини. Відомо, що біологічний вплив УФ випромінювання в окремих діапазонах цього спектру дає різноманітний ефект. Біологічна ефективність впливу випромінювання на живі клітини в значній мірі залежить від довжини хвилі УФ випромінювання. В загарній області спектру (УФ-А - 315-380нм) ефективність мінімальна. Зі зменшенням довжини хвилі біологічна ефективність зростає: так, в ерітемній області (УФ-В - 280-315нм) вона перевищує рівень біологічної ефективності УФ-А випромінювання на три порядки, а в бактерицидній (УФ-С - 190-280нм) області декілька спадає. Відомі фотоприймачі [каталог виробів американської компанії UDT Sensors, INC, "Optoelectronics component catalog, 1997" та каталог виробів японської фірми Hamamatsu "Photodiodes", 1997]: Кремнієві дифузійні планарні низькоємні: S1336-18 BQ, S1336-5 BQ, S1337-16 BQ та інші; Кремнієві дифузійні р-п-п+ типу: S1226-44 BQ, S1227-1010BQ.TaiHiui; Кремнієві дифузійні р-i-n типу: PIN-10 DB/541; Кремнієві гібридні: UDT-055 UV, UDT-455 UV/LN, UDT-555 UV; Кремнієві інверсійні: UV 005, UV 20, UV 100, FIL- UV 005, FIL-UV 50; Приймачі з бар'єром Шоткі на основі GaAsP: G 1126-02, G 2119, G 1746, G 1747 та інші; Приймачі з бар'єром Шоткі на основі GaP: G 1961, G 1952, G 1963 та інші. Перелічені аналоги з кремнію є дифузійними фотоприймачами УФ, які виготовляють високотемпературними способами для проведення дифузії домішок (бора та фосфору) [Mailer, R. S. (ed.) 1989. "Electronic Devices for Integration Circuits," M. Mir, pp.-620-623]. Основним недоліком конструкцій аналогів є використання шарів, для виготовлення яких необхідні високотемпературні процеси. При дифузії домішок для створення малих глибин розташування електронно-діркового переходу порядку 0,1 мкм неможливо створити концентрацію домішок менш ніж 10 19 см 3 . При цьому утворюється со S 6117 так звана "мертва зона", тому що фотогенеровані носи заряду, які поглинаються на глибині менш ніж 0,1 мкм під впливом УФ - випромінювання, фактично повністю рекомбінують Внаслідок цього вищезазначені фотоприймачі мають низьку чутливість в діапазоні УФ 280-350нм та практично не чутливі до діапазону 190-240нм Для створення УФфотоприймачів використовують також гетероструктури на основі карбіду кремнію, нітриду галію та алюмінію, аморфного кремнію [В П Афанасьев Фотоприемные структуры на основе аморфного гидрогенизированного кремния с нанокристаллическими включениями // Оптический журнал 2001 -т68, №12 -С 101-104], органічні напівпровідники [Патент Роси №5032817/25 "Способ получения УФ преобразователя"], широкозонні напівпровідники [алмаз, алмазоподібні плівки - Alison Mamwood Recent developments of diamond detectors for particles and UV radiation // Semicond Sci Technol - 2000 -№15 - P 55-66, нітрид галію Hamamatsu Euro News - 2001 - 1] та ІНШІ Перелічені типи фотоприймачів мають низьку чутливість в діапазонах УФ-В та УФ-С Найбільш близьким по технічній суті є фотоприймач ультрафіолетового випромінювання UV 20 [каталог виробів американської компанії UDT Sensors, WC, "Optoelectronics component catalog, 1997"], конструкція якого включає платівку кремнію, на робочій поверхні якої нанесений діелектричний шар на основі ТЮг (S1O2) та контактна мережа, яка контактує з кремнієвою платівкою через тонкий шар S1O2 Завдяки заряду в діелектричному шарі утворюється інверсійний тонкий шар на межі розділу Si - SiO2 (ТЮ2) На тильній стороні кремнію нанесений омічний контакт Конструкція та спосіб виготовлення прототипу UV20 наступні [Mailer, RS (ed ) 1989 "Electronic Devices for Integration Circuits," M Mir, pp - 620623] Після ХІМІЧНОЇ обробки платівок кремнію на робочу сторону напиляють методом вакуумного напилення діелектричний шар ТЮг або S13N4 Для формування контактів методом фотолітографії створюють вікна в діелектричному шарі На зворотну поверхню кремнієвої платівки в вакуумі напиляють шар алюмінію Далі платівки обробляють при температурі 450°С на протязі ЗО хвилин При цьому в вікнах на робочій поверхні разом з термовідпалом тильного контакту утворюється тонкий шар SiO2 товщиною 1 0 - 2 0 А Після цього на робочу поверхню напиляється в вакуумі шар алюмінію товщиною 1,2±0,2мкм Методом фотолітографії виготовляють контактну мережу Далі після ХІМІЧНОГО очищення пластини скрайбують на кристали Методом термокомпресп приєднують електричні виводи Основним недоліком конструкції по прототипу є використання діелектричного шару з ТЮг або S13N4, який створює значну КІЛЬКІСТЬ поверхневих центрів рекомбінації на межі з кремнієм, що впливають на чутливість фотоприймача, тому що ультрафіолетове випромінювання поглинається на глибині менш 0,1 мкм від межі Si - діелектрик де дія поверхневих центрів рекомбінації значна Крім того, діелектричний шар з ТЮ 2 або S13N4 поглинає кванти світу з енергією меншою ніж має ультрафіолетове випромінювання і, тому чутливість до УФ невелика в області 300-350нм і практично відсутня в області 190-280нм В основу корисної моделі покладено задачу створити такий фотоприймач ультрафіолетового випромінювання, в якому новий матеріал поверхневого шару дозволив підвищити чутливість до ультрафіолету, особливо в області спектру 190280нм, та можливість плавного регулювання спектрів чутливості в УФ діапазоні у порівнянні з прототипом Поставлена задача вирішується тим, що в фотоприймач ультрафіолетового діапазону, який вміщує напівпровідникову платівку з потенційними бар'єрами, наприклад, з п-р-р+ структурою, на тильну сторону якої нанесений омічний контакт, а на робочу поверхню нанесений поверхневий шар, просвітлююче покриття та омічна контактна мережа, новим є те, що на робочій поверхні напівпровідникової платівки нанесений шар з матеріалу, який перевипромінює УФ - випромінювання в видиме Поверхневий шар легують іонами рідкісноземельних металів (РЗМ), наприклад, методами іонної імплантації, або в як вихідний матеріал використовують кремній, легований іонами РЗМ, а також нанопоруватий кремній, легований іонами РЗМ, наприклад, європієм Підвищення чутливості до ультрафіолетового випромінювання досягається за рахунок перевипромінювання ультрафіолету в видиме, яке з великою ефективністю перетворюється в електричний струм та напругу за допомогою напівпровідникової структури з електроннодірковими переходами На кресленні наведена схема конструкції фотоприймача УФ діапазону Фотоприймач включає напівпровідникову, наприклад, кремнієву, платівку з потенційними бар'єрами, наприклад, з п-р-р+ - структурою - 1, на робочій поверхні якої нанесені перевипромінюючий шар - 5, шар просвітлюючого покриття - 4 та сформована омічна контактна мережа - 2, наприклад, з алюмінію Омічний контакт - 3 нанесений на тильну поверхню кремнієвої платівки Фотоприймач виготовляють таким способом Після ХІМІЧНОЇ обробки напівпровідникової платівки на її робочій стороні шляхом, наприклад, ХІМІЧНОГО травлення вирощують шар нанопоруватого кремнію, легованого іонами РЗМ, наприклад, європієм На поверхню цього шару методом вакуумного напилення наносять шар просвітлюючого покриття, наприклад, оксиду алюмінію Для формування контактів на тильну поверхню кремнієвої платівки та на просвітлююче покриття в вакуумі напиляють шар металу, наприклад, алюмінію Методом фотолітографії на робочій стороні виготовляють контактну мережу Методом, наприклад, ультразвукового зварювання приєднують електричні виводи до контактної мережі - 2 та омічного контакту - З В якості напівпровідникової платівки може використовуватися кремній, легований іонами РЗМ, наприклад, європієм Пере випромінюючий шар може бути сформований методом іонного легування поверхні кремнію іонами РЗМ Принцип роботи фотоприймача ультрафіолетового діапазону наступний Кванти ультрафюле 6117 ультрафіолетового випромінювання проходять через вікна контактної мережі - 2, просвітлююче покриття - 4 та поглинаються в перевипромінюючому шарі - 5 Під ВПЛИВОМ ультрафіолету шар - 5 завдяки наявності ІОНІВ, наприклад, європію та нанокристалічного кремнію перетворює ультрафіолетове випромінювання діапазону 190-240 нм та 300-350 нм в зелене та червоне світло ВІДПОВІДНО Завдяки поглинанню світла видимого діапазону в кремнії виникають фотогенеровані носи заряду електронно - діркові пари, які розподіляються потенційними бар'єрами напівпровідникової платівки з п-р-р+ - структурою - 1 та формують електричний струм та напругу на омічних контактах 2 та 3 Чим більше квантів випромінювання може поглинути перевипромінюючий шар - 5, тим більшим буде Комп'ютерна верстка Н Лисенко електричний струм, внаслідок цього чутливість фотоприймача підвищується Запропонована конструкція фотоприймача забезпечує створення інтегрального фотоперетворювача з керуванням спектру чутливості за рахунок легування поверхневого шару різними іонами РЗМ, які перевипромінюють різноманітні ділянки спектру УФ Вище перелічені фактори дозволили збільшити чутливість фотоприймача ультрафіолетового діапазону в 2,5-5 разів у порівнянні з прототипом, особливо в короткохвильовому діапазоні 190240нм, де практично відсутні ефективні фотоприймачі, що підвищує чутливість та розширює область використання запропонованого фотоприймача УФ у різних галузях науки та промисловості 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 - 4 2 , 01601