Фотоперетворювач

Реферат: Винахід належить до напівпровідникової мікрофотоелектроніки, а саме напівпровідникових фотоперетворювачів. Фотоперетворювач на основі поверхнево-бар′єрної структури 16 -3 побудований таким чином, що між підкладкою з концентрацією електронів 10 см та прозорим шаром додатково нанесений варизонний шар (ZnSe)x(CdS)1-x завтовшки 0,8-1,0 мкм, склад якого поступово змінюється при віддалені від підкладки від х=0 до х=0,5-0,55, при цьому варізонний шар складається з двох областей, в першій з яких, що межує з підкладкою 16 -3 10 -3 концентрація електронів поступово зменшується від 10 см до10 см ,в другій області товщиною 0,1-0,2 мкм, що межує з прозорим шаром концернтрація електронів складає (515 -3 6).10 см . Технічним результатом винаходу є збільшення диференційного опору Rd фотоперетворювача, зменшення темнових діодних струмів і відповідно збільшення порогової фоточутливості. Вибір відповідних параметрів варизонного шару дозволяє досягти позитивного результату при збереженні високої квантової ефективності в усій області спектральної чутливості фотоперетворювача. UA 109188 C2 (12) UA 109188 C2 UA 109188 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до напівпровідникової мікрофотоелектроніки, а саме напівпровідникових фотоперетворювачів. Відомий фотоперетворювач (ФП) на основі поверхнево-бар'єрної структури p-Cu2Se-n-CdSe [1]. Відомий ФП складається із напівпровідникової підкладки CdSe з концентрацією електронів 16 -3 n~10 см . На CdSe наноситься прозорий шар Cu2Se р-типу провідності завтовшки 50 нм з 19 -3 концентрацією дірок р=10 см . До Cu2Se і CdSe виконані омічні контакти. Освітлення ФП проводиться з боку Cu2Se. Недоліком ФП цього типу є недостатньо високі значення електричного поля на межі поділу ГП, пов'язані з невеликою роботою виходу у селеніду міді. Останнє разом з сильним поглинанням УФ світла в нефотоактивному шарі Cu2Se обмежує фоточутливість в короткохвильовій ділянці спектра. Нестабільність параметрів цього ФП пов'язана з існуванням неконтрольованої надлишкової міді в Cu2Se, яка з часом осідає на межі поділу ГП. Відомий фотоперетворювач (ФП) на основі поверхнево-бар'єрної структур-ри p-Cu2S-n-CdS [2]. Відомий ФП складається із напівпровідникової підкладки CdS з концентрацією електронів 16 -3 n~10 см . На CdS наноситься прозорий шар халькозину Cu2S р-типу провідності завтовшки 19 -3 200 нм з концентрацією дірок р=10 см . До Cu2S і CdS виконані омічні контакти. Освітлення ФП проводиться з боку Cu2S. Недоліком такого ФП є відносно велика товща шару Cu2S d=200 нм. Сильне поглинання ультрафіолетового (УФ) випромінювання в шарі Cu2S обумовлює великі рекомбінаційні втрати фотоносіїв. Генеровані в шарі Cu2S короткохвильовим світлом фотопари не доходять до розділяючого носії поля, яке практично повністю зосереджене в CdS. Недоліком даного ФП є нестабільність його параметрів, яка пов'язана з нестабільністю фази сульфіду міді Cu2S. Крім того, у C112S недостатньо висока робота виходу, що обумовлює недостатньо високі значення електричного поля на межі поділу p-Cu2S-n-CdS. Найбільш близьким по суті до винаходу є фотоперетворювач на основі поверхневобар'єрної структури p-Cu1.8S-n-CdS [3].Поверхнево-бар'єрні тонкоплівкові ФП на основі сполук 2 6 А В з прозорою стабільною складовою дигенітом Сu18S належать до найбільш чутливих сенсорів ультрафіолетового і видимого випромінювання. Найбільш визначні результати досягнуті на основі CdS сенсора УФ-радіації. Відомий ФП складається із напівпровідникової підкладки CdS n-типу товщиною 5-7 мкм з 16 -3 концентрацією електронів n~10 см . На CdS наноситься прозорий шар дигеніту Cu18S р-типу 21 -3 провідності завтовшки 10 нм з концентрацією дірок р=5.10 см . До Cu1-8S і CdS виконані омічні контакти. Освітлення ФП проводиться з боку Cu1-8S. Недоліком ефективних ФП на основі CdS є відносно великі темнові тунельно-рекомбінаційні струми, які обмежують порогову фоточутливість ФП. Порогова чутливість визначає мінімальний рівень потужності випромінювання, який може бути виявленим на фоні власних шумів фотоприймача, або параметр, що визначає рівень потужності, при якому сигнал фотоприймача дорівнює шуму. Мінімальний шум приладу є обернено пропорційним диференційному опору фотоприймача Rj. Для визначеності прийнято Rj вимірювати при зворотній напрузі зміщення 10 7 мВ. Rd для відомого ФП не перевищує 10 Ом. Задачею винаходу є підвищення порогової фоточутливості, що еквівалентно зменшенню темнових діодних струмів і відповідно збільшенню диференційного опору Rd фотоперетворювача ультрафіолетового випромінювання на основі поверхнево-бар'єрної структури з прозорою складовою Сu1.8S. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що між підкладкою з концентрацією 16 -3 електронів 10 см та прозорим шаром додатково нанесений варизонний шар (ZnSe)x(CdS)1-х завтовшки 0,8-1,0 мкм, склад якого поступово змінюється при віддаленні від підкладки від х=0 до х= 0,5-0,55, при цьому варизонний шар складається з двох областей, в першій з яких, що 16 -3 10 -3 межує з підкладкою концентрація електронів поступово зменшується від 10 см до 10 см , в другій області товщиною 0,1-0,2 мкм, що межує з прозорим шаром. концентрація електронів 15 -3 складає (5-6).10 см . Таким чином, задача винаходу досягається за рахунок нарощування варизонного шару в області просторового заряду ФП. Зниження електричного поля при наявності високоомного шару в ОПЗ компенсується квазіелектричним полем варизонного прошарку. При цьому збільшується висота та ширина потенціального бар'єру для тунелювання електронів, що приводить до зменшення темнових діодних струмів і відповідно до збільшення диференційного опору Rd фотоперетворювача на три порядки величини. Наявність низькоомного прошарку біля освітлюваної поверхні сприяє перерозподілу тягнучого електричного поля з локалізацією його максимальних значень в області, у якій відбувається максимальне поглинання 1 UA 109188 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ультрафіолетового випромінювання. Останнє приводить до збільшення квантової ефективності ультрафіолетового ФП. На кресленні показана структура фотоприймача. ФП складається із напівпровідникової підкладки 1 n-типу провідності, прозорого шару 2 із Cu1-8S. До підкладки 1 і шару 2 виготовлені омічні контакти 3 і 4 відповідно. Підкладка 1 складається із варизонного шару 5 (ZnSe)x(CdS)1-x завтовшки 0,8-1 мкм і шару 6 із CdS завтовшки 5 мкм. В частині 8 завтовшки 0,1-0,2 мкм 15 -3 варизонного шару 5 концентрація електронів складає (5-10).10 см . В частині 7 варизонного 16 10 -3 шаpy 5 концентрація електронів поступово зменшується від шару 6 від 10 до 10 см . Випромінювання 9 падає на шар 2. Приклад. На металеву пластину, яка слугує контактом 3, методом осадження із парової фази наноситься полікристалічний шар 6 із CdS n-типу провідності товщиною 5-7 мкм. 16 -3 Концентрація електронів у CdS складає 10 см . На шар 6 тим же методом осаджують варизонний шар 5 із напівпровідникового твердого розчину (ZnSe)x(CdS)1-x n-типу провідності і завтовшки 0,8-1,0 мкм. Склад змінюють від х= 0 (тобто CdS), починаючи від підкладки 6, до х =0,55 на межі з шаром 2, що відповідає зміні ширини забороненої зони від 2.42 до 2,55 еВ. У 16 -3 частині 7 варизонного шару 5 концентрація електронів поступово зменшується від 10 см до 10 -3 10 см . Концентрація електронів у приповерхневій частині 8 завтовшки 0,1-0,2 мкм 15 -3 варизонного шару 5 складає (5-10).10 см . На шар 5 методом термічного випаровування у вакуумі із молібденового човника порошку сульфіду міді наносять шар 2 із Cu1.8S р-типу 21 -3 завтовшки 10 нм з концентрнацією дірок 5.10 см . На сульфід міді наносять контакт 4. Концентрація електронів у варизонному шарі 5 змінюється шляхом утворення власних дефектів донорного типу внаслідок порушення стехіометрії твердих розчинів шляхом зміни температурного режиму осадження шарів у вакуумі. У приповерхневій частині 8 варизонного 15 -3 шару 5 завтовшки 0,1-0.2 мкм концентрація електронів (5-6). 10 см .У частині 7 шару 5 10 16 -3 концентрація електронів, починаючи від шару 8, збільшується від 10 до 10 см біля шару 6. 15 -3 При концентраціях носіїв у шарі 8, менших за 10 см , поле, яке локалізовано біля поверхні, виявляється зменшеним, що приводить до зменшення короткохвильової чутливості. Низькоомний шар 8 не повинен екранувати контактну різницю потенціалів. Ця вимога при 16 -3 концентраціях електронів 10 см визначає максимальну товщу шару 8. При товщинах шару 8, більших за 0,2 мкм, спостерігається спадання квантової ефективності у довгохвильовій ділянці спектра, оскільки поле контактної різниці потенціалів помітно екранується низькоомним шаром 8. При товщинах низькоомної частини 8 варизонного шару 5, менших за 0,1 мкм, зменшується короткохвильова чутливість, що пов'язано із збільшенням для генерованих світлом носіїв струму тунельної прозорості бар'єру, локалізованого біля освітлювальної поверхні фотоприймача. При товщинах шару 5, менших 0,8 мкм, збільшується тунельний струм і таким чином зменшується темновий диференційний опір. У випадку, коли шар 5 більше 1мкм, зменшується порогова чутливість в результаті розширення ОПЗ і, отже, збільшення рекомбінаційної компоненти темнового струму. Вибір граничного значення х у формулі варизонного твердого розчину визначається наступним. У випадку, коли х