Багатоелементний фотоприймач з бар’єром шотки

Изобретение относится к полупроводниковой оптоэлектронике и может быть использовано для регистрации излучения оптического сигнала и преобразования его в электрический сигнал, в частности, при регистрации пространственного распределения оптического излучения;, например в многоэлементных фотоприемных устройствах (ФПУ). Цель изобретения - обеспечение многоканальной регистрации излучения, повышение разрешающей способности регистрации. В многоэле— ментном фотоприемке одна из групп электродов расположена на облучаемой поверхности полупроводникового слоя в виде отдельных участков металлического или квазиметаллического слоя» Изобретение относится к полупроводниковой оптоэлетроннке н может быть использовано для регистрации излучения оптического сигнала и преоб1 3-90 снабженных отдельными электрическими выводами, а другая группа расположена в виде не прозрачного для излучения слоя, снабженного общим выводом и окружающего отдельные участки с окном- ширина которого на облучаемой поверхности подложки в направлении регистрации пространственного распределения излучения меньше суммы длины диффузионного смешения и ширины области пространственного заряда барьера Шоттки в подложке. На противоположной поверхности полупроводникового слоя одного типа проводимости напротив группы электродов с барьером Шотки расположен сплошной барьерообразующий слой металла, квазиметалла или полупроводника другого типа проводимости, образующий в полупроводниковом слое область пространственного заряда (ОЇЇЗ), достигающую ОПЗ барьера Шоттки на облучаемой поверхности. В окрестности зазора, окруженного непрозрачным электродом и ОПЗ в подложке, вокруг отдельных участков электрода формируются независимые ФО, причем излучение воспринимается только в локализованных окнах непрозрачного слоя, а Фотогенерированные носители заряда собираются областями пространственного заряда только в осве щаємой Ф0. 5 йл. разования его в электрический сигнал, в частности для регистрации пространственного распределения оптического излучения, например в многоэле ел ел 556477 меичных фогоприемных устройствах (ФПУ). Цель изобретения - обеспечение многоканальной регистрации оптического излучения, а также повышенрр разрешающей способности этой регистрации путем ограничения тока, генерированного излучением между отдельными участками электрода. 10 На фиг. 1 представлен вид в плане ФГТУ с барьером Шоттки для регистрации линейного распределения излучения со стороны облучаемой светом поверхности; на фиг, 2 - вид поперечного сечения ФІШ с барьером Шоттки под связанными участками непрозрачного слоя электрода; на фиг. 3 - то же, но под отдельными участками электрода; на Фиг. 4 поперечное сечение многоэлементного ФПУ с барьером Шоттки с барьерообра- 20 зующим сплошным слоем металла или квазиметалла; на фиг. 5 - поперечное сечение ФПУ с барьерообразующим слоем из полупроводника, 25 На облучаемой поверхности полупроводникового слоя I расположены группа узких отдельных прозрачных или непрозрачных информационных электродов 2 ЇЇ группа связанных непрозрачных кол- 30 лекторных электродов 3. Связанные электроды 3 имеют общий электрический вывод 4, а отдельные электроды 2 снабжены отдельными выводами 5. Группа электродов 2 выполнена в виде участ35 ков прозрачной либо непрозрачной плерки из металла или квазиметалла, окруженных не прозрачным для излучения слоем металла или квазиметаллд, причем между электродами 2 и 3 сфор40 мированы окна 6. Материалы электродов 3 (фиг,2) или 2 (фиг.З) образуют в полупроводниковом слое 1 потенциальный барьер Шоттки с зонами областей пространственного заряда (ОПЗ) 7\ а открытая для излучения подложка в пределах окон 6 образует отдельные фоточувствительные области многоэлементного фотоприеминка с барьером Шотгки и контактами в виде электродов 2, 3. На противоположной облучаемой стороне поверхности полупроводникового слоя \ одного типа проводимости напротив группы эпектродов (например электроды 3 S фиг,2.), образующих с полупроводниковым слоем барьер Шоттки и ОПЗ 7, расположен сплошной 1 барьерообразующий слой 8 (фиг.4) из 45 50 55 металла или квлзиметалла либо сплошной баръерообраяуюшии слой Q (Фиг.5) из полупроводника другого типа проводимости , сотдакмций в полупроводниковом слое вторую область пространственного заряда Ю Р З ) 10, достигающую зон первой ОНЗ 7. Материалы барьерообраэующнх слоев 8 и 9 формируют в полупроводниковом слое соответственно барьер Ц'оттки и р-п-переход J1. На слое 9 может быть расположен металлический слой 12, образующий омический контакт. Ширина окон на открытой для излучения поверхности полупроводникового слоя 1 меньше суммы диффузионной длины неосновных носителей заряда и ширины ОПЗ 7 барьера Шоттки. Устройство работает следующим образом. Многоэлементный ФПУ освещается пространственно неоднородным излучением, интенсивность которого произвольно распределена на поверхности полупроводникового слоя 1 в направлении расположения отдельных фоточувствительных областей, или локализованным пятном излучения, перемещаемым в том же направлении. При этом участки группы непрозрачных электродов 3, чередующиеся в этом направлении с отдельными узкими участками группы прозрачных или непрозрачных электродов 2, частично маскируют поверхность полупроводникового слоя \ и препятствуют проникновению излучения в полупроводник. Б случае попадания сильнопоглощаемого излучения в одну из фоточувствителъных областей в пределах двух соседних окон вокруг электродов 2 вблизи поверхности полупроводникового слоя 1 генерируются электронно-дырочные пары. Фоточувствительность каждой из областей повышается с уменьшением ширины и повышением прозрачности к излучению электродов 2. Генерированные пары диффундируют в полупроводниковом материале в квазинейтралъных областях полупроводникового слоя 1 вне ОПЗ 7 на расстоянии диффузионной длины, а попадая в ОПЗ 7, разводятся электрическим полем барьера Шоттки. Этим достигается Фоточувствительность открытых для излучения областей полупроводникового слоя 1 в окрестности окон вокруг отдельных электродов 2. Фотогенерированные носители J556477 -заряда одного знака (неосновные) увпоглощается в подложке только в прелекаются полем к электроду с барьером делах ОПЗ 7, что исключает диффузиШоттки, например электрод 3 (фиг.2 ) онные процессы между освещенными и или 2 ( ф и г . З ) , а носители другого неосвещенными областями. Ограничение знака (основные) выталкиваются полем фототека основных и неосновных носив квазинейтральную область полупротелей заряда между отдельными участводникового слоя 1 и создают фототок ками группы информационных э л е к т р о к другому электроду, соответственно дов 2 обеспечивает независимую р е 2 или 3 . По фототоку с выводов 5 о т гистрацию фототока с различных выво10 дельных информационных электродов 2 дов 5 относительно вывода 4 и повыотносительно общего вывода 4 регишает разрешающую способность регистрастрируется пространственное распреции при определении пространственноделение оптического излучения на пого распределения оптического излучеверхности полупроводникового слоя Ї . ния на поверхности полупроводниково15 Диффузия неосновных носителей з а го с л о я . При чтом исключение диффуряда в полупроводниковом слое между зии внутри отдельной фоточувствитель- 4 различными информационными электроной области обеспечивает максимально дами 2 вне пределов освещенной фотовысокое быстродействие каждой из фочувствительной области ограничена 20 тодиодных ячеек с электродом 2 и ОПЗ 7, окружающими каждую фоточувствсего интегрального устройства, свойвительную область вокруг отдельного ственное дискретным фотодиодам с участка из группы электродов 2 (фиг,2) барьером Шоттки. Расширение окна за или занимающими целиком такую обсчет диффузии фотогенерированных пар ласть ( ф и г . З ) . Вместе с тем, ток носителей заряда способствует увелиосновных носителей заряда между р а з - 25 чению области их собирания и повышеличными отдельными участками группы нию фоточувствительности к делокалиэлектродов 2 при попадании излучезованному излучению при сохранении ния в окно, 6 вокруг одного из них в обоих случаях низкого последовательограничен (Фиг.2) значительным отлиного сопротивления. 30 чием эффективных сопротивлений к о Формирование барьера Шоттки и ОПЗ 7 роткого широкого участка полупроводв контакте полупроводникового слоя I никового слоя между данным электрос группой электродов 2 или 3 достигадом 2 и границей ОПЗ 7,а также протяженется выбором барьерообразуіощего или ного узкого участка между границей ОПЗ не образующего барьера (с омическим 7 вблизи области поглошения излучения 35 контаком) материала (металла либо кваи соседним отдельным электродом 2, зиметалла^ ігапример силицида) рдя кажособенно при использовании тонкой дой группы, а также величины и направпленочной подложки на изолирующем ления электрического смещения между или полуизолирующем основании. Боразличными группами электродов относилее т о г о , при ширине ОПЗ 7, равной 40 тельно общего электрода, что необхотолщине полупроводникового слоя 1, димо главным образом при использовапротекание тока между соседними о т нии барьерообразутсщих материалов для деленными друг от друга замкнутой обеих групп, общей областью ОПЗ 7 квазинейтральВ случае обратного электрического ными областями подложки с отдельны45 смещения на выводе 4 и, следовательми участками электродов 2 исключано, прямого смещения па вьюодах 5 е т с я . С другой стороны, при формироОПЗ под связанными участками непрозвании разделенных ОПЗ 7 под каждым рачного электрода 3 и в его окрестноиз участков группы электродов 2 сти увеличивается в связи с в о з р а с т а (фиг.З) ток основных носителей з а 50 нием потенциального барьера Шоттки, ряда протекает вне ОПЗ 7 к слою оба под отдельными участками электрода щего электрода 3 и не влияет на р а с 2 резко уменьшается, как высота пределение фототока неосновных нобарьера, или отсутствует при наличии сителей заряда между отдельными о с в е щенными и неосвещенными областями 55 омического контакта ( ф и г . 2 ) . Аналогично, при обеспечении обратного смеинформационных электродов 2. Б этом щения на выводах 5 и прямого - на случае ширина окна меньше ширины выводе 4 ОПЗ 7 формируются в окрестОПЗ 7, и сильнопоглощаемое излучение ности отдельных участков электрода 2 1556477 (фиг.З). Кроме того, прямое электрическое смещение всех отдельных участков группы информационных электродов 2 (фиг. 2) создает тянущее поле для . основных носителей заряда в направлении к участку электрода 2 освещенной области, что препятствует току между различными электродами 2 и улучшает разрешение устройства. ]Q 8 распространяются за пределы области генерации в окрестности информационных олектродов 2, что, в свою очередь, повышает разрешающую способность многоэлементиого ФПУ. Приложение к барьерообразующему слою 8 (фиг.4) или 9 (фиг.5) через контакт I2 обратного электрического смещения расширяет ОПЗ 10 и позволяет обеспечить условие достижения ею ОПЗ 7. Выполнение этого условия с возрастанием обратного смещения может быть определено по повышению электрического сопротивления между отдельными участками электрода либо расчетным путем по известным соотношениям для ширины ОПЗ в зависимости от вида полупроводника, концентрации примеси в нем п 0 , высоты барьера if0 и предложенного напряжения U. При этом направление обратного смещения барьерообразуісщего слоя 8 или 9 совпадает с направлением обратного смещения группы электродов с барьером Шоттки на освещаемой поверхности полупроводникового слоя 1, соответственно электродов 3 и 2 (фиг.2 и 3 ) . Поэтому слой 8 или 9 с контактами I 2 может быть соединен перемычкой с выводом 4 (фиг.2, 4, 5)) или с соответствующим полюсом источника смешения, сзязанным с выводами 5 (фиг.З). В первом случае (фиг.4,5) фототок через электрод 2 возникающий при разделении фотогенерированных носителей в ОПЗ 7, суммируется с фототоком, возникающим при разведении носителей заряда в ОПЗ 10, так как электрическое поле в последней выталкивает основные носителе заряда в ту же ограниченную квазинейтральную область подложки с электродом 2 и выводом 5 5 неосновные носители увлекаются через перемычку к тому же общему выводу 4, чго дополнительно повьппает чувствительность устройства. Разрешающая способность регистрации пространственного распределения оптического излучения определяется в обшем случае минимальными размерами и расположением электродов, т.е. практически возможностями технологии. Для повышения разрешающей способности регистрации пространственного распределения излучения в подложке устройства напротив группы электродов 3 (фиг.2) с с барьером Шоттки, 15 и, следовательно, ОПЗ 7 образована ОПЗ 10 с помощью барьерообразуїощего слоя 8 (фиг.4) или 9 (фиг.5), достигающая всех участков ОПЗ 7. В результате этого смыкаются сплошная ОПЗ 10 20 и ОПЗ 7, окружающая фоточувствительные области вокруг отдельных участков электрода 2 в ппепелах окон в электроде 3, а в полупроводниковом слое 1 образуется ряд полностью замкнутых 25 областями ОПЗ квазинейтральных областей под электродами 2, снзбженнных отдельными выводами 5, При этом фототок основных носителей заряда в каждой из фоточувствительных ячеек 30 протекает в квазинейтральной области подложки только к отдельному освещенному информационному электроду 2 и отсутствует между различными аналогичными электродами, что повышает ,. , разрешающую способность многоэлементного ФПУ для регистрации пространственного распределения оптического излучения. Б случае Формирования такого барьерообразующего слоя 8 или 9 40 напротив электродов 2 с барьером Шоттки и ОПЗ (фиг.З) также достигается смыкание ОПЗ 10 и ОПЗ 3. Это приводит к образованию протяженных вдоль электродов квазинейтральных областей 45 у поверхности полупроводникового слоя I вокруг отдельных ОПЗ 7 и устранению таких областей под ними, что исключает возможность короткого пути для диффузии электронно-дырочных пар, 50 генерированных слабопоглощаеным излучением в квазигейтральной области полупроводникового слоя, сквозь края ОПЗ 7 и препятствует попаданию носителей фототока в неосвещенную фото- , е П р и м е р изготовления. Была чувствительную ячейку с электродом 2, использована полупроводниковая струкВ обоих случаях носители заряда, гетура с подложкой в виде эпитаксиальнерированные через окно 6 слабопоного слоя кремния п-типа с концентраглощающим излучением в ОПЗ 10, не цией примеси ~10 см и удельным 15S6477 сопротивлением ~ 4 Ом см на основе монокристаллкческой кремниевой плястины р-типа толщиной ~300 мкм с кон центрацией примеси 5 10 1 7 с м " 3 . Толти на эпитакисальной пленки л. 5 мкм. На поверхность эпитаксиальной пленки методом термического напыления осажден слой алюминия толщиной ~ 2 мкм, в котором с помощью фотолитографии созданы окна в виде зазоров из ряда параллельных прямоугольных замкнутых контуров шириной -^50 мкм,окружающих полоски с размерами 30*500 мкм и отделяющих их от остального слоя металла. Со стороны монокристаллического основания методом электрохимического осаждения на шлифованную поверхность кремния нанесена пленка никеля. 20 Устройство позволяет обеспечить многоканальную регистрацию оптического излучения и повысить разрешающую способность регистрации оптического излучения. 25 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Многоэлементный фотоприемник с барьером Шоттки, содержащий полупроводниковый слой, на одной поверхности которого расположены две группы металлических или квазиметалличе 10 ских электродов, снабженных электрическими выводами, причем по крайней мере часть электродов образует с полу 'проводниковым слоем барьер Шоттки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, ч т о , с целью обеспечения многоканальной р е гистрации оптического излучения, один из электродов выполнен общим и не прозрачным для излучения, и с о держит окна для приема излучения в полупроводниковый слой, в каждом из которых расположено по внутреннему информационному электроду, образующему омический или барьерный контакты с полупроводниковым слоем, причем расстояние между внутренним электродом и краем окна в направлении многоканальной регистрации меньше суммы диффузионной длины неосновных носителей заряда и ширины области пространственного заряда барьера Шоттки. 2. Фотоприемник по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, ч т о , с целью повышения разрешающей способности регистрации оптического излучения, на второй поверхности полупроводникового слоя напротив групп электродов расположен барьерообразутощий слой металла, квазиметалла или полупроводника, образующий в полупроводниковом слое вторую область пространственного заряда, достигающую первой. 1556477 Редактор В. Юдина Составитель И. Гусельников Техред Н.Дидык Корректор Л.Бескид Заказ 782/ДСП Тираж 322 Подписное ВНИШІЙ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101