<Desc/Clms Page number 1>
Halbleitervorrichtung, besonders photoempfindliche
Vorrichtung
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
oder im photoempfindlichenverbindungen der Zusammensetzung AB2X", in der A eines oder mehrere der Elemente Kadmium und Zink,
B eines oder mehrere der Elemente In, Ga, Al und X eines oder mehrere der Elemente S, Se und Te dar- stellen, dasAktivierungsverfahren beiVerwendung von bestimmten Aktivatoren auf äusserst einfache Weise durchgeführt werden kann, wobei dank einem Verfahren von selbsttätiger Koaktivierung durch die Ver- bindung selbst der Koaktivator erwünschtenfalls sogar ganz weggelassen werden kann. Es hat sich weiter gezeigt, dass diese Verbindungen bei geeigneter Aktivierung auch in anderer Hinsicht, besonders als photo- empfindliches Material, hervorragend geeignet sind.
Hiezu wird bemerkt, dass die photoempfindlichen.
Eigenschaften einer dieser Verbindungen, nämlich Cdln , an sich schon aus "The Physics and Chemistry. of Solids", Band 10, Nr. 4. August [1959], S. 333 und 334 bekannt sind, wobei jedoch bemerkt wurde, dass die Photoempfindlichkeit dieser Verbinung um einen Faktor 100 - 1000 schlechter ist als diejenige vom normalerweise verwendeten Kadmiumsulfid. Von einer Aktivierung dieser Verbindung ist in der genannten Literaturstelle nicht die Rede und es ist auch kein Hinweis auf die ausserordentlichen Eigenschaften gegeben, welche diese Verbindung im Vergleich zu der grossen Gruppe von andern an sichbekannten photoempfindlichen Substanzen, besonders hinsichtlich der Aktivierung, aufweist.
Bei einer Halbleitervorrichtung, besonders einer photoempfindlichen Vorrichtung mit einem aktivierten halbleitenden bzw. photoempfindlichen Körper, besteht nach der Erfindung der Halbleiterkörper im wesentlichen aus einer Verbindung der Zusammensetzung AB-X,, in der A eines oder mehrere der Elemente Zn und Cd, B eines oder mehrere der Elemente In, Ga und Al und X eines oder mehrere der Elemente S, Se oder Te darstellen, welche Verbindung wenigstens eines der einwertigen Metalle Au, Ag, Cu als Aktivator enthält.
Dem Halbleiterkörper können gleichzeitig noch neutrale Elemente oder andere Aktivatoren, z. B.
Halogene, hinzugefügt sein. Es hat sich jedoch gezeigt, dass schon besonders gute Ergebnisse, was die Photoleitfähigkeit betrifft, erhalten werden, wenn der Halbleiterkörper als Aktivator ausschliesslich eines oder mehrere der einwertigen Metalle Au, Ag und Cu enthält. Es hat sich auf einfache und reproduzierbare Weise als möglich erwiesen, ohne Verwendung eines Koaktivators eine günstig wirkende atomare Konzentration von etwa 10-5 bis etwa 10-1 an diesen Aktivatoren einzubauen. Vorzugsweise beträgt die atomare Konzentration genannter Aktivatoren 10-4-5. 10-3. Die so aktivierten Halbleiterkörper zeigen bei hohem Druckwiderstand eine hohe Photoempfindlichkeit, welche sich besonders im Gebiet hoher Strah- 1ungsintensität der Photoempfindlichkeit von Kadmiumsulfid dicht annähert.
Es ist dabei hesonders vorteilhaft, dass die Aktivierung ein viel weniger kritisches Verfahren ist als bei Verbindungen, wie Kadmiumsulfid, und dass die Aktivierung dieser Verbindungen auch ohne Verwendung eines Koaktivators auf zweckmässige, einfache und reproduzierbare Weise möglich ist. Dies ist wahrscheinlich möglich dankeiner automatischen Koaktivierung durch die Verbindung selbst, welche als eine aus den binären Verbindungen AX und BzX3 in äquimolekularem Verhältnis aufgebaute ternäre Verbindung betrachtet werden kann.
Es hat sich gezeigt, dass eine Abweichung vom äquimolekularen Verhältnis weder bei Überschuss von AX noch bei Überschuss
EMI2.1
gende Erklärung, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist gegeben werden : Wahrscheinlich werden die genannten Aktivatorelemente einwertig in zweiwertigen A-Stellen im Gitter eingebaut und dies dort durch einen selbsttätigen Einbau einer gleichen Menge von dreiwertigen B-Atomen ausgeglichen, so dass also jedesmal zwei A-Stellen durch einen einwertigen Aktivator und ein dreiwertiges B eingenommen werden. Ein etwaiger, dadurch restlicher Überschuss an Kadmium, der mit Rücksicht auf die niedrige Konzentration an Aktivatoren gering sein wird, könnte als eine nicht störende gesonderte CdS-Phase im Gitter zurückbleiben.
Ein weiterer bedeutender Vorteil der meisten Verbindungen AB : X4 ist. dass ihre Schmelztemperatur verhältnismässig niedrig und der Zersetzungsdruck noch nicht zu grossist, so dass sie sich auf einfache Weise in den üblichen Quarzröhren schmelzen lassen. Hiedurch kann die Aktivierung auf einfache Weise auf dem Wege über die Schmelze stattfinden und mit einer Kristallisation aus der Schmelze zur Bildung von Kristallen kombiniert werden. Zu diesem Zweck können die in der Halbleitertechnik üblichen Reinigungsund Aktivierungsverfahren, bei denen z. B. eine homogene Verteilung des Aktivators bewirkt wird, z. B. mittels Zonenschmelzen, verwendet werden.
Wie bei dieser Art von Verbindungen üblich, werden die Temperatur-oder Schmelzbehandlungenin einerinerten Atmosphäre oder vorzugsweise in einer die flüch- tige Komponente der Verbindung enthaltenden Atmosphäre, zur Verhinderung der Zersetzung, durchgeführt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann demzufolge der aktivierte Halbleiterkörper aus einem aus der Schmelze erhaltenen Kristallisationsprodukt bestehen. Der genannte Vorteil gilt besonders hinsichtlich derjenigen Verbindungen AB X, bei denen B durch Indium oder Gallium, wie z. B. CdlnTe..
<Desc/Clms Page number 3>
Cdin2s4,ZnGa2S34,Znin2S4gebildet wird. Im Zusammenhang mit der günstigen Grösse ihres Bandabstandes sind diejenigen Verbindungen, bei denen B durch Indium und X durch Schwefel oder Selen, wie z. B.
Znln S. und Cdin2S4,gebilder wird,besonders geeigner.besonders gute Ergebnisse in jeder Hinsicht wurden schon mit Cdln S. erzielt. Bei dieser letzteren. auf die Weise nach der Erfindung aktivierten Verbindung wurde als weiterer Vorteil eine niedrige Abklingzeit, nämlich von der Grössenordnung einer m/sec, ohne weiteres erzielt, was um einen Faktor 100 schneller ist als bei Kadmiumsulfid. Was die Aktivatoren betrifft, werden Gold und Kupfer bevorzugt, da mit diesen die besten Ergebnisse erzielt wurden.
Die Erfindung wird jetzt an Hand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
EMI3.1
rend reines H2S durch die Quarzröhre hindurchgeführt wurde. Dann wird dem Pulver 100 mg Schwefel hinzugegeben und das Ganze in einer entlüfteten abgeschmolzenen Quarzröhre von etwa 10 cm'Inhalt etwa 1 Stunde auf 1150 C erhitzt. Die hinzugefügte Menge Schwefelbewirkt einen Schwefeldampfdruck von etwa 5 atm und dient zur Verhinderung der Zersetzung. Unter den genannten Umständen ist das Präparat in geschmolzenem Zustand.Nach dem Abkühlen wird ein aktiviertes Kristallisationsprodukt mit einer Konzentration von etwa 10-3 Cu-Atomen je Molekül CdS erhalten. Hieraus wird ein streifenförmiger Körper mit einem Querschnitt von etwa 2 x 0,5 mm'hergestellt. der auf den Enden mittels Indiumamalgam mit zwei Kupferelektroden verbunden wird, so dass der Elektrodenabstand etwa 4 mm beträgt.
Bei Messung zeigte sich, dass der Dunkelwiderstand zwischen den Elektroden etwa 50 M H beträgt. Bei Bestrahlung
EMI3.2
sehen wurden, hatten einen Dunkelwiderstand von im wesentlichen der gleichen Grösse, aber der Widerstand bei der gleichen Beleuchtung mit etwa 1041x war beträchtlich höher und betrug etwa 105 Q.
Dann wurden zum Vergleich auch Körper mit andern Kupferkonzentrationen auf übrigens gleiche Weise hergestellt und gemessen. Der Dunkelwiderstand war jedesmal von im wesentlichen der gleichen Grösse, nämlich etwa 50 MO, während der Widerstand bei Beleuchtung mit 104lux für die Konzentrationen
EMI3.3
Es wird noch bemerkt, dass eine superlineare Abhängigkeit des Photostroms mit der Beleuchtungsstärke in jenen Fällen gefunden wurde, in denen die Körper ohne weitere Behandlung aus dem Kristallisationsprodukt erhalten werden. Dieses superlineare Verhalten kann in vielen Fällen im wesentlichen dadurch aufgehoben werden, dass die Körper vor der Anbringung der Kontakte abgeschliffen werden. In diesen Fällen wird ein im wesentlichen lineares Verhalten auch bei viel niedrigerer Beleuchtungsstärke gefunden.
Wahrscheinlich hängt dieses Verschwinden der superlinearen Abhängigkeit mit dem Vorhandensein einer inhomogenen Verteilung von Zentren im Körper, welche während der ziemlich schnell verlaufenden Kristallisation aus der Schmelze gebildet werden, zusammen.
Beispiel 2 : Körper aus Cdin2S4,auf gleiche Weise hergestellt und behandelt wie in Beispiel l beschrieben, nur mit dem Unterschied, dass als Aktivator Silber verwendet wurde, nämlich 1 em einer zen AgNO3-Lösung,zeigten einen Dunkelwiderstand von im wesentlichen der gleichen Grösse wie oben- erwähnt ; während der Widerstand bei Beleuchtung bei 104lx etwa 104 Q betrug.
Beispiel 3 : Körper aus Cdln, aufgleiche Weise hergestellt und behandelt wie in Beispiel 1 beschrieben, nur mit dem Unterschied, dass als Aktivator Gold verwendet wurde, nämlich 1 cms einer zen AuCl3-Lösung. zeigten bei Messung einen Dunkelwiderstand von der gleichen Grösse wie obener- wähnt, während der Widerstand bei Beleuchtung mit 104 Ix nur noch 300 Q betrug.
Beispiel 4 : Äquimolekulare Mengen von ZnS und In. Sg werden etwa 2 Stunden auf 900 C in einer
EMI3.4
Inhalt etwa 1 Stunde auf 12000C erhitzt. Das Präparat ist dann im geschmolzenen Zustand. Nach dem Abkühlen wird ein Kristallisationsprodukt erhalten, das etwa 10-3 Cu-Atome je Molekül CdS enthält.
Hieraus werden, wieder auf gleiche Weise wie im Beispiel 1 beschrieben, Körper hergestellt und mit Kon- takten versehen. Der Dunkelwiderstand war etwa 100 MG, während bei einer Beleuchtung mit weissem
<Desc/Clms Page number 4>
Licht und einer Beleuchtungsstärke von etwa 104 Ix der Widerstand nur noch 1000 g betrug.
Beispiel 5 : Die Verbindung ZnGa S wurde dadurch hergestellt, dass äquimolekulare Mengen von
EMI4.1
che H2S hindurchgeführt wird, 2 Stunden auf 1150 C erhitzt. Das so erhaltene Pulver wird mit einer Cu(NO3)2-lösung gewaschen. Nach dem Trocknen wird das Pulver zwischen zwei Elektroden angeordnet, von denen eine durchsichtig ist z. B. aus leitend gemachtem Glas und die andere aus Kupfer besteht.
Beim Anlegen einer Gleich- oder Wechselspannung tritt eine rote Elektrolumineszenz auf, deren Maximum bei etwa 6500 liegt. Es zeigte sich, dass die Emission von den Manganzentren stammte, während die Anwesenheit des Aktivators Kupfer die Emission verstärkte.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Halbleitervorrichtung, besonders photoempfindliche Vorrichtung, mit einem aktivierten halbleitenden bzw. photoempfindlichen Körper, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper im wesentlichen aus einer Verbindung der Zusammensetzung AB X besteht, in der A eines oder mehrere der Elemente Zn und Cd, B eines oder mehrere der Elemente In, Ga und Al und X eines oder mehrere der Elemente S, Se, Te darstellen, welche Verbindung wenigstens eines der einwertigen Metalle Au, Ag und Cu als Aktivator enthält.