Фотодіод на основі гетероструктури mooх/n-cdte

Реферат: Фотодіод на основі гетероструктури ΜοΟx/n-CdTe, одним з компонентів якого є поглинач оптичного випромінювання n-CdTe, а другим - нанесена на нього плівка і омічні контакти до них. Другим компонентом є плівка МоО х, нанесена методом реактивного магнетронного розпилення, а фронтальним контактом є прошарок молібдену, напилений на плівку МоО х. UA 116033 U (12) UA 116033 U UA 116033 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до напівпровідникового приладобудування, зокрема до напівпровідникових фотоелектричних перетворювачів. Телурид кадмію (CdTe) є одним з найбільш перспективних матеріалів для виготовлення електронних і оптико-електронних напівпровідникових приладів завдяки його оптимальній 5 -1 ширині забороненої зони (1,5 еВ) і високому коефіцієнту поглинання (> 10 см ). Незважаючи на перелічені переваги фотоприймачів на основі телуриду кадмію, головними проблемами при їх виготовленні є зведення до мінімуму концентрації поверхневих дефектів (що еквівалентно зменшенню швидкості поверхневої рекомбінації) та досягнення максимальних значень фотоелектричних параметрів. У зв'язку з цим актуальною задачею є розробка фотоприймачів на основі гетероструктур, які б забезпечували досягнення зазначених вище параметрів. Відомо, що оксид молібдену - це матеріал, який вже давно знайшов практичне застосування в сонячних елементах як тиловий омічний контакт до p-CdTe, оскільки цей матеріал має високу роботу виходу електронів. Також МоО х має досить високий коефіцієнт пропускання світла у видимій частині спектра та низьке значення питомого електричного опору. Відомо, що матеріали, які мають високу роботу виходу електронів і створюють омічний контакт з напівпровідниками р-типу провідності, повинні створювати бар'єр з напівпровідниками n-типу провідності і мати хороші випрямляючі властивості. Тому було створено гетероструктуру MoOx/n-CdTe, в якій широкозонна тонка плівка оксиду молібдену забезпечить ефективне поглинання сонячного випромінювання фоточутливим шаром телуриду кадмію, що буде забезпечувати високу фоточутливість гетероструктури MoOx/n-CdTe в широкому спектральному діапазоні. Найбільш близьким до запропонованого технічного рішення є фотодіод на основі фоточутливої гетероструктури типу діода Шотткі графіт/n-CdTe (V.V. Brus, P.D. Maryanchuk. CARBON 17 (2014) 613-616), який містить поглинач сонячного випромінювання та нанесену на поглинач плівку графіту. Плівка графіту наноситься шляхом рисування тонкої плівки графіту на поверхню монокристалічної солі і перенесенням її на поверхню поглинача, а як поглинач сонячного випромінювання використовується шар монокристалічного n-CdTe товщиною 1 мм. 2 При освітленні (80 мВт/см ) фотодіод має наступні параметри: напруга холостого ходу Uxx=0,66 2 В, густина струму короткого замикання Ікз=0,9 мА/см , відношення фотоструму до темнового зворотного струму становить Іф/Ізв=250. Основним недоліком таких фотодіодів є низькі значення фотоелектричних параметрів. В основу корисної моделі поставлена задача підвищити фотоелектричні параметри фотодіода на основі фоточутливої гетероструктури типу діода Шотткі графіт/n-CdTe шляхом заміни фронтального шару графіту на МоОх (має більшу роботу виходу електронів), який наноситься методом реактивного магнетронного розпилення. Поставлена задача вирішується тим, що в фотодіоді на основі фоточутливої гетероструктури типу діода Шотткі, який складається з поглинача оптичного випромінювання (nCdTe) та нанесеної на поглинач плівки і омічних контактів до них, згідно з корисною моделлю, нанесена на поглинач плівка є МоО х, яка наноситься методом реактивного магнетронного розпилення, а фронтальний контакт до фотодіода виконаний у вигляді прошарку молібдену, напиленого на плівку МоОх. В запропонованому фотодіоді тонка плівка МоО х виконує роль фронтального широкозонного вікна та просвітлюючого покриття. Завдяки хорошій структурній досконалості свіжосколотої поверхні монокристалічної підкладки телуриду кадмію та тонкої плівки МоО х на межі поділу тонка плівка МоОх/монокристалічна підкладка CdTe утворюється менше поверхневих електрично-активних станів у порівнянні з межею поділу графіт/CdTe. Це призводить до 2 збільшення значення густини струму короткого замикання Ікз=1,25 мА/см (інтенсивність 2 опромінення 80 мВт/см ), а відношення фотоструму до темнового зворотного струму при -2В 3 становить Іф/Ізв=510 , яке перевищує аналогічний параметр більше як на порядок, при однаковій інтенсивності опромінення. Запропоноване рішення пояснюється кресленням. На кресленні схематично показано запропонований фотодіод MoOx/n-CdTe. Конструкція містить поглинач оптичного випромінювання, виконаний у вигляді свіжосколотої монокристалічної підкладки телуриду кадмію n-типу провідності 1, на яку нанесена тонка плівка МоОх n-типу провідності 2. На плівці 2 розташований фронтальний електричний молібденовий контакт 3. На тиловій стороні підкладки 1 нанесено шари міді 4 та індію 5, які формують тиловий електричний контакт. Принцип дії запропонованого фотодіода полягає у наступному. При падінні оптичного випромінювання зі сторони фронтального широкозонного вікна на межі поділу гетеропереходу MoOx/n-CdTe відбувається генерація електронно-діркових пар. Під 1 UA 116033 U 5 10 15 20 25 30 дією вбудованого електричного поля в області просторового заряду відбувається розділення генерованих неосновних носіїв заряду. Внаслідок розділення неосновних носіїв заряду виникає фото-ЕРС. При замиканні фронтального 3 та тилового 4,5 контактів через зовнішнє коло протікає фотострум, який виконує корисну роботу. Крім цього при прикладанні зворотного зовнішнього зміщення до фотодіода при падінні на нього оптичного випромінювання внаслідок генерації елекронно-діркових пар збільшується величина зворотного струму. Зменшення концентрації поверхневих електричних станів на межі поділу MoOx/n-CdTe, в запропонованому фотоприймачі, призводить до зменшення інтенсивності рекомбінації генерованих носіїв заряду, що в свою чергу підвищує ефективність його роботи. Для виготовлення запропонованого фотодіода монокристалічний n-CdTe з концентрацією 16 -3 електронів n=1,9210 см вирощувався методом Бріджмена. Підкладки телуриду кадмію 1 з дзеркальною поверхнею формувалися шляхом сколювання монокристалічних злитків без додаткової механічної чи хімічної обробки, що забезпечує високу чистоту поверхні. 17 -3 Напилення тонкої плівки МоОх 2 з концентрацією електронів n=8,4710 см , товщиною 0,1 мкм, проводилося на свіжосколоту поверхню монокристалічної підкладки n-CdTe 1 методом реактивного магнетронного розпилення мішені чистого молібдену в суміші газів аргону та кисню при постійній напрузі. Парціальні тиски аргону та кисню складають 0,24 Па та 0,034 Па, відповідно, при постійній потужності магнетрона - 120 Вт. Протягом процесу напилення температура підкладки підтримується на рівні 300 °C. Фронтальний електричний контакт 3 до тонкої плівки оксиду молібдену 2 формується методом магнетронного напилення молібдену при температурі підкладки 150 °C. При формуванні електричного контакту до тилової сторони монокристалічної підкладки n-CdTe 1 осаджують шар міді 4 шляхом відновлення з водного розчину мідного купоросу і шар індію 5 методом термічного випаровування. Формування тилового електричного контакту закінчується короткочасним впалюванням шару індію 5 при температурі 200 °C. 2 При інтенсивності освітлення 80 мВт/см вихідні параметри запропонованого фотодіода: 2 напруга холостого ходу Uxx=0,35 В, густина струму короткого замикання Ікз=1,25 мА/см і 3 відношення фотоструму до темнового зворотного струму при -2В становить ΙФ/Ιзв=510 . Запропонована конструкція включає підвищення фотоелектричних параметрів фотодіода. Це досягається завдяки тому, що в запропонованому фотоприймачі використовується фронтальний шар МоОх в порівнянні з прототипом. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Фотодіод на основі гетероструктури ΜοΟx/n-CdTe, одним з компонентів якого є поглинач оптичного випромінювання n-CdTe, а другим - нанесена на нього плівка і омічні контакти до них, який відрізняється тим, що другим компонентом є плівка МоО х, нанесена методом реактивного магнетронного розпилення, а фронтальним контактом є прошарок молібдену, напилений на плівку МоОх. 2 UA 116033 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3