Фотоприймач ультрафіолетового випромірювання та спосіб його виготовлення

і . Кл. МПКе HOIL 51/30 1 ' Н0Н,5Г 1Г ФОТОПРИЙМАЧ УЛЬТРАФІОЛЕТОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА СПОСІБ ЙОГО ВИГОТОВЛЕННЯ Винаходи відносяться до приладів на твердому тілі для перетворення ультрафіолетового випромінювання (УВ) в електричний струм та способу їх виготовлення. І | І Відомі фотоприймачі (каталог • виробів американської компанії UDT Sensors, INC, "Optoelectronics component catalog, 1997 й та каталог виробів і японської фірми Hamamatsu "Photodiodes", 1997): і Кремнієві діфузійні планарні низько-ємні: S1336-18 BQ, S1336-5 BQ t !І і $1337-16 BQ та інші;; f , І | 1 і г Кремнієві діфузійні p-n-nl типу: S1226-44 BQ, S1227-1010 BQ та інші; Кремнієві діфузійні р-i-n типу: PIN-10 DB/541; Кремнієві гибридні: ІЮтЦ)55' 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, G1746, G 1747 та інші; і Приймачі з бар'єром ІЇІоткі на основі GaP: G 1961, G 1952, G 1963 та І Н ШІ . І І Перелічені аналоги з кр^мнііо є дифузійними фотоприймачами УВ, які виготовляють високотемпера'іурними способами для проведення дифузії домішок (бора та фосфора) (Mailer, R. S. (ed.) 1989. "Electronic Devices к Integration Circuits," M. Mir, pp. - 620). Основним недоліком конструкції аналогів є використання шарів, для виготовлення яких необхідні високотемпературні процеси. Недоліком способу виготовлення є те, що при високотемпературних процесах знижується дифузійна довжина носіїв заряду та ефективність фотооклику. При дифузії домішок для створення малих глибин залігання електронно-дірочного переходу неможливо створити концентрацію домішок менш ніж 1019 см3. При цьому утворюється так звана "мертва зона", тому що фотогенеровані носії заряду, які поглинаються на глибині менш ніж 0,1 мкм під впливом УВ - випромінювання, фактично повністю рекомбшують. Внаслідок цього вишезазначені фотоприймачі мають низьку чутливість в діапазоні УВ 190 - 350 нм. Найбільш близьким по технічній суті є фотоприймач ультрафіолетового випромінювання UV 20 (каталог виробів американської компанії UDT Sensors. INC, "Optoelectronics component catalog, 1997м), конструкція якого включа' платівку кремнія, на робочій гіоверхні якої нанесений діелектричний шар н* основі ТіОг (S1O2) та контактна мережа, яка контактує з кремнієвою платівкою через тонкий шар SiCh- Завдяки заряду в діелектричному шарі утворюється інверсійний тонкий шар на межі розділу Si - S1O2 (ТЮ2). На тильній стороні кремнію нанесений омічний контакт. Конструкція та спосіб виготовлення прототипу UV20 слідуючі (Mailer, R. S. (ed.) 1989. "Electronic Devices for Integration Circuits," M. Mir, pp. - 620). Після хімічної обробки платівок кремнію на робочу сторону напиляють і методом вакуумного напилення діелетричний шар ТіО2 або S13N4. Для формування контактів мєтрдодк фотолітографії створюють вікна v діелектричному шарі. На зврротну поверхню кремнієвої платівки в вакуум напиляють шар алюмінію. Далі платівки обробляють при температурі 450 '( на протязі ЗО хвилин. При ^ьому в вікнах на робочій поверхні разом з термовідпилом тильного контакту утворюється тонкий шар SiCh товщиною 1020 А. Після цього на робочу поверхню напиляється в вакуумі шар алюмінію товщиною 1,2±0а2 мкм. Методом фотолітографії виготовляють контактну мережу. Далі після хімічного очищення пластини скрайбують на кристали. Методом термокомпресії приєднують електричні виводи. Основним недоліком конструкції по прототипу є використання діелектричного шару з ТіСЬ або S13N4, який створює значну кількість поверхневих центрів рекомбінації на межі з кремнієм, що впливають чутливість фотоприймача, тому що ультрафіолетове випромінювана. поглинається на глибині приблизно 0,1 мкм від межі Si -діелектрик де дія поверхневих центрів рекомбінації значна. Крім того діелектричний шар з ТіО: або Si$N4 поглинає кванти світу з енергією меншою ніж має ультрафіолетове випромінювання і, тому, чутливість до УВ невелика, Основним недоліком способу виготовлення фотоприймача по прототипу є створення тонкого шару SiO2 товщиною 10 - 20 А, значення якого практично дуже важко технологічно відтворювати і підтримувати в процессі експлуатації фотоприймача. Крім того, діелектричні шари типу ТІО2, S13N4 мають значення заряду, який є недостатнім для утворення інверсійного шару з високо^ і провідністю. Технологія їх нанесення приводить до утворення поверхневі центрів рекомбінації на межі кремній - діелектрик, які значно зменшую* кількість носіїв електричного струму і внаслідок цього знижується чутливісіь фотоприймача. Вимоги зменшення * концентрації поверхневих центрів потребують значного підвищення якості технології та, як наслідок, її складності та вартості виробу. | В основу винаходу покладено задачу створити такий фотоприймач ультрафіолетового випромінювання, в якому новий матеріал діелектричного шару дозволив підвищити чутливість до ультрафіолету у порівнянні з прототипом. ) і Поставлена задача вир ішується тим, що в фотоприймачі ультрафіолетового випромінювання, який вміщує напівпровідникову платі вк на тильній стороні якої нанесений омічний контакт, а на робочій поверх*и нанесений діелектричний шар та омічна контактна мережа, новим є те. що на робочій поверхні напівпровідникової платівки нанесений діелектричний шар з аморфної вуглецевої плівки алмазоподібного типу, поверх вуглецевої плівки сформована омічна контактна мережа. Підвищення чутливості до ультрафіолетового випромінювання досягається за рахунок використання аморфної вуглецевої плівка алмазоподібного типу, яка маєі білішу ширину оптичної забороненої іони ТР провідність у порівнянні з прототипом. В основу винаходу способа виготовлення фотоприймача ультрафіолетового випромінювання покладено задачу розробити такий спосіб виготовлення аморфної вуглецевої плівки алмазоподібного типу (АП), завдяки якому АП вуглецева плівка забезпечила підвищення чутливості в діапазоні ультрафіолетового випромінювання у зрівнянні з прототипом. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення фотоприймача ультрафіолетового випромінювання, що включає нанесення на напівпровідникову платівку діелектричного шару, формування омічної контактної мережі та омічного контакту, новим є те, що діелектричний шар аморфної вуглецевої плівки алмазоподібного типу наносять шляхом пла^лк хімічного осадження з газової суміші метану, водню та азоту за таким Г складом; - метан складає 50-60 %; - азот - 3-7 %; - водень - решта. Підвищення чутливості до ультрафіолетового випромінювання фотоприймача досягається за рахунок використання азоту в газової суміші з процентним складом 3-7 %, тому що азот стимулює фазовоструктурну І перебудову плівки і вона стає більш струмопровідною. Але при підвищенні концентрації азоту більш ніж 7 % оптична ширина забороненої зони плівка починає зменшуватися, що , приводить до падіння поглинань ультрафіолетового випромінювання і зменшення чутливості. При складі азот менш ніж 3 % АП вуглецева плівка має меншу електропровідність і, тому, чутливість до ультрафіолетового випромінювання також зменшена у порівнянні з плівками, осадженими при складі азоту 3-7 %. У таблиці наведені дані чутливості до УВ при довжині хвилі 200 нм при мінімальному, оптимальному та максимальному складі азоту у газовій суміші. Таблиця Параметри Прототип ультрафіолет випроміню концентрації метану 60% 3-7 8 2 3-7 8 0,32 0,14 Концентрація азоту, % при 2 Чутливість до Концентрація азоту, % при концентрації метану 50 % і 0,4 0,35 0,325 0,4 ~0^1> 1 і і і I і і | 1 І і вання, А/Вт І На кресленні приведена схема конструкції фотоприймача УВ. Фотоприймач включає кремнієву платівку - 1, на яку нанесено АП аморфну вуглецеву плівк^на якій сформована омічна контактна мережа 3 з алюмінію. Омічний алюмінієвий контакт 4 нанесен до кремнієвої платівки. Фотоприймач виготовляють слідуючим способом. Після хімічної обробки напівпровідникової платівки на робочу сторону шляхом плазмо хімічного осадження наносять( аморфну вуглецеву плівку алмазоподібного і типу. АП вуглецеві плівки були осаджені з плазми ВЧ - розряду (13,56 МГц) ємного типу при низькому тиску 13,3 — 106,4 Па та температурі до 300 К в газової суміші метану з воднем та азотом. Товщина виготовлених АП вуглецевих плівок була 300 - 500 нм. Для формування контактів на зворотню поверхню кремнієвої платівки та на АП вуглецеву плівку в вакуумі напиляють шар алюмінію. Методом фотолітографії виготовляють контактну мережу поверх АП вуглецевої плівки. Методом термокомпресії приєднують електричні виводи до контактної мережі та омічного контакту, зробленого до кремнієвої платівки. Принцип роботи фотоприймача ультрафіолетового випромінювання слідуючий. Кванти ультрафіолетового випромінювання проходять через вікна контактної мережі та поглинаються АП вуглецевою плівкою. Завдяки гетеропереходу між кремнієм та АП вуглецевою плівкою згенеровап внаслідок поглинання випромінювання електронно- дірочні пар» і розподіляються електричним полем та формують електричний струм Чим більш квантів випромінювання може поглинути АП вуглецева плівка, тим і і більшим буде електричний струм, внаслідок цього чутливість фотоприймача підвищується. і І І Вищеперелічені фактори дозволили збільшити чутливість фотоприймача ультрафіолетового випромінювання в 2,5 рази у порівнянні з прототипом, що підвищує ефективність та розширює область використання запропонованого фотоприймача УВ у різних галузях науки та промисловості. Заявник: Національний технічний університет України "Київський політехніший інститут11 1 JV «заступник проректора Воронов СО. Фотоприймач ультрафіолетового випромінювання та спосіб його виготовлення Автори: Шмирєва О М Семікіна Т. В.