DE2302747C3

DE2302747C3 - HgTe-CdTe barrier photocell

Info

Publication number: DE2302747C3
Application number: DE19732302747
Authority: DE
Inventors: Jacques Francois; Cohen-Solal Gerard David; Paris Ameurlaine
Original assignee: S.A. De Telecommunications, Paris
Priority date: 1972-01-27
Filing date: 1973-01-20
Publication date: 1977-04-28

Description

3030th

Die Erfindung betrifft eine HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozelle, bestehend aus einem HgTe-CdTe-Halbleiterplättchen mit zwei durch eine Sperrschicht getrennten Zonen unterschiedlicher Dotierung, bei der die Strahleneintrittsfläche mit einer für die zu messende Strahlung durchlässigen Schicht bedeckt ist, deren Brechungsindex geringer ist als der Brechungsindex des HgTe-CdTe-Materiales.The invention relates to an HgTe-CdTe barrier photocell, consisting of a HgTe-CdTe semiconductor wafer with two separated by a barrier layer Zones of different doping, in which the radiation entrance surface with one for the one to be measured Radiation-permeable layer is covered, the refractive index of which is lower than the refractive index of the HgTe-CdTe material.

Bei derartigen Sperrschicht-Fotozellen, bei denen die eine Zone p-dotiert und die andere Zone η-dotiert ist, ist an jede dieser beiden Zonen eine Elektrode angeschlossen. Eine auf die Sperrschicht-Fotozelle auftreffende Strahlung, beispielsweise Infrarotstrahlung, bewirkt zwischen den beiden Elektroden eine Potentialdifferenz, deren Größe von der Intensität der Infrarotstrahlung und der Qualität der HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozelle abhängt.In the case of such barrier layer photocells, in which one zone is p-doped and the other zone is η-doped an electrode is connected to each of these two zones. One impinging on the junction photocell Radiation, for example infrared radiation, causes a potential difference between the two electrodes, their size depends on the intensity of the infrared radiation and the quality of the HgTe-CdTe barrier photocell depends.

Derartige HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozellen sind beispielsweise in »Applied Physics Letters«, Band 10, Nr. 9, Mai 1967, S. 241 bis 243, beschrieben.Such HgTe-CdTe barrier layer photocells are for example in "Applied Physics Letters", Volume 10, No. 9, May 1967, pp. 241 to 243.

Die gute Qualität einer derartigen HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozelle hängt von dem genau definierten Verhältnis der Elektronenkonzentrationen in den n- und p-Zonen ab. Da diese n- und p-Zonen durch thermische Behandlung in einer kontrollierten Quecksilberatmosphäre hergestellt werden, hat jede Verdampfung von Quecksilber aus der Zelte einen nachteiligen, Einfluß. Eine derartig« Quecksilberverdampfung wird jedoch häufig gerade durch die Umgebungsbedingungen hervorgerufen, denen die Zelle bei ihrer Verwendung ausgesetzt ist. Insbesondere im Fall der Verwendung der Sperrschicht-Fotozelle im Rahmen von Raumfahrtprojekten führen Temperaturänderungen in Verbindung mit Druckänderungen zu einer nicht vernachlässigbaren Freisetzung des Quecksilbers.The good quality of such an HgTe-CdTe barrier photocell depends on the precisely defined ratio of the electron concentrations in the n- and p-zones. Because these n- and p-zones are thermally treated in a controlled mercury atmosphere produced, every evaporation of mercury from the tent has a disadvantageous, Impact. Such a “mercury evaporation” is, however, often caused precisely by the ambient conditions to which the cell is exposed during its use. Especially in the case of use the junction photocell in space projects cause temperature changes in Combination with pressure changes to a non-negligible release of mercury.

Indem künstlich derartige Bedingungen, wie sie im Rahmen der Raumfahrt auftreten, erzeugt werden, läßt sich das Ausmaß der Freisetzung des Quecksilbers mittels eines Massenspektrometers ermitteln. Wenn auch eine derartige Quecksilberfreisetzung praktisch ohne Bedeutung bei HgTe-CdTe-Fotowiderstandszellen ist, bei denen diese Quecksilberfreisetzung nur zu einem einfachen geringen Einpfindlichkeitsverlust der Zelle führt, so gilt dieses nicht für Sperrschicht-Fotozellen, bei denen die Sperrschicht, deren Bedeutung von der größten Bedeutung ist. schnell durch das Freiwerden von Quecksilber zerstört bzw. nachteilig beeinträchtigtBy artificially creating such conditions as they occur in space travel determine the extent of the release of mercury using a mass spectrometer. When Such a release of mercury is practically insignificant in the case of HgTe-CdTe photoresist cells is where this release of mercury only results in a simple slight loss of sensitivity Cell leads, this does not apply to barrier layer photocells, in which the barrier layer, whose meaning is of of the greatest importance. quickly destroyed or adversely affected by the release of mercury

Gemäß der US-PS 35 33 850 ist es bereits bekannt, eine Sperrschicht-Fotozelle mit einer Schicht aus Aniireflexionsmaterial zu versehen.According to US-PS 35 33 850 it is already known to have a barrier layer photocell with a layer To provide anti-reflective material.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozelle so zu gestalten, daß die oben beschriebene unerwünschte Freisetzung bzw. Verdampfung von Quecksilber verhindert wird.The invention is based on the object of designing an HgTe-CdTe barrier photocell so that the undesired release or evaporation of mercury described above is prevented.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozelle dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterplättchen vollständig mit einer für Quecksilber undurchlässigen Schicht überzogen ist, die zumindest auf der Strahleneintrittsfläche durch die für die zu messende Strahlung durchlässige Schicht gebildet ist und deren mit der Sperrschicht in Kontakt stehender Bereich einen hohen elektrischen Widerstand hat.To solve this problem, the HgTe-CdTe barrier layer photocell according to the invention is characterized in that that the semiconductor wafer is completely covered with a layer impermeable to mercury is, which is transparent at least on the radiation entrance surface through the radiation to be measured Layer is formed and the area in contact with the barrier layer has a high electrical level Has resistance.

Bei Vorhandensein einer derartigen für Quecksilber undurchlässigen Schicht wird eine außerordentlich hohe Stabilität der HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozelle gewährleistet, indem Quecksilberverluste herabgesetzt bzw. verhindert werden, die unter bestimmten Umgebungsbedingungen auftreten können, so daß insbesondere die Möglichkeit gegeben ist, die Sperrschicht-Fotozelle auf dem Gebiet der Raumfahrt einzusetzen, wo die herrschenden Bedingungen ebenso wie die geforderte sehr hohe Arbeitsgenauigkeit bisher die Anwendung einer solchen Sperrschicht-Fotozelle begrenzt oder verboten haben.If such a layer impermeable to mercury is present, an extremely high one becomes Stability of the HgTe-CdTe barrier photocell is ensured by reducing mercury losses or that can be prevented under certain environmental conditions can occur, so that in particular there is the possibility of the barrier layer photocell to be used in the field of space travel, where the prevailing conditions as well as those required So far, the use of such a barrier photocell has limited or very high working accuracy have forbidden.

Es versteht sich, daß die Überzugsschicht in erster Linie solche optische, mechanische und elektrische Eigenschaften haben muß, daß diese Schicht nicht die Eigenschaften der HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozelle negativ beeinflußt. So muß im Fall einer Infrarotstrahlung das die Überzugsschicht bildende Material für Infrarotstrahlen mit einer Wellenlänge zwischen 8 und 12 Mikrometer transparent bzw. durchlässig sein, wobei außerdem in dem gleichen Wellenlängenbereich der Brechungsindex des Materials vorteilhafterweise unter 3 liegt oder gleich 3 ist, wodurch die Schicht einen Antireflexionseffekt hat.It will be understood that the coating layer is primarily optical, mechanical and electrical Must have properties that this layer does not have the properties of the HgTe-CdTe barrier layer photocell negatively influenced. Thus, in the case of infrared radiation, the material forming the coating layer must for Infrared rays with a wavelength between 8 and 12 micrometers can be transparent, where moreover, in the same wavelength range, the refractive index of the material is advantageously below 3 is or equal to 3, whereby the layer has an anti-reflection effect.

Die Überzugsschicht hat in dem mit der Sperrschicht in Kontakt stehenden Bereich einen hohen elektrischen Widerstand, so daß der Widerstand, den die Schicht parallel zur Sperrschicht hervorruft, einen erhöhten Wert hat.The coating layer has a high electrical power in the area in contact with the barrier layer Resistance, so that the resistance caused by the layer parallel to the barrier layer increases Has value.

Das die Schicht bildende Material muß außerdem solche Eigenschaften haben, daß seine mechanische und chemische Widerstandskraft ausreichend ist. um das Material nicht im Verlauf der Zeit unter der Wirkung äußerer Einflüsse altern zu lassen. Die physikalischen und die chemischen Eigenschaften bzw. Affinitäten des die Überzugsschicht bildenden Materials müssen außerdem eine vollständige Umhüllung der Sperrschicht-Fotozeiie ermöglichen, wobei das Anbringen dieser für Quecksilber undurchlässigen Schicht mittels Prozeßschritten durchführbar sein soll, von denen keiner zur Zerstörung der Meßeigenschaften der erhaltenenThe material forming the layer must also have such properties that its mechanical and chemical resistance is sufficient. around the material not under the effect over time to age from external influences. The physical and chemical properties or affinities of the the coating forming material must also completely enclose the barrier photocell allow the application of this mercury-impermeable layer by means of process steps should be feasible, none of which destroys the measurement properties of the obtained

:dfe-£: dfe- £

HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozelle führen kann.HgTe-CdTe barrier photocell.

Als Material für die Überzugsschicht lassen sich in bevorzugter Weise Zinksulfid, Zindselenid oder Arsenpentaselenid verwenden, ohne daß die Materialauswahl jedoch auf diese Stoffe beschränkt ist.Zinc sulfide, tin selenide or arsenic pentaselenide can preferably be used as the material for the coating layer without the choice of materials being restricted to these substances.

Es lassen sich auch alle anderen den oben beschriebenen Auswahlkriterien entsprechenden Stoffe verwenden. In bestimmten Fällen können vorzugsweise auch der im Bereich der Strahleneintnttsfläche liegende Teil der für Quecksilber undurchlässigen Schicht von unterschiedlicher Natur sein.All other substances corresponding to the selection criteria described above can also be used use. In certain cases, the area in the area of the radiation penetration surface can also be used Part of the layer impermeable to mercury can be of different nature.

Die Stoffe für die für Quecksilber undurchlässigen Schicht sind vorzugsweise in der Mehrzahl gleichzeitig undurchlässig für Quecksilber und für Cadmium derart, daß sie neben einer Verdampfung des Quecksilbers auch gleichzeitig einer Verdampfung des Cadmiums entgegenwirken. The substances for the impermeable to mercury Layers are preferably in the majority at the same time impermeable for mercury and for cadmium in such a way, that, in addition to the evaporation of the mercury, they also counteract the evaporation of the cadmium at the same time.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung naher beschrieben. Es zeigenThe invention will be described in more detail below with reference to the drawing. Show it

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bekannten HgTc-CdTe-Spcrrschicht-Fotozelle, und1 shows a side view of a known HgTc-CdTe protective layer photocell, and

F i g. 2 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozelle.F i g. 2 is a side view of an HgTe-CdTe barrier photocell according to the invention.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte HgTe-CdTe-Spcrrschicht-Foto/elle besteht aus einem Halbleiterplättchen bekannter Art und weist eine η-dotierte Zone 1 und eine p-dotierte /one 2 auf, wobei die /wischen diesen beiden Zonen liegende Grenzschicht die Sperrschicht 3 bildet. Die Strahleneintrittsfläche 4 wird durch die Oberseite der n-dotierten Zone 1 gebildet. Im Zentrum dieser Strahleneintrittsfläche 4 ist mittels einer Goldpunktschweißung 6 eine Elektrode 5 befestigt. Die Unterseite 7 der p-dotierten Zone ist völlig von einem Goldnicderschlag bzw. einer Goldschicht 8 bedeckt, an die die zweite Elektrode 9 der Sperrschicht-Fotozelle angeschlossen ist. Unter dem Einfluß einer auf die Strahleneintrittsfläche 4 auftretenden Infrarotstrahlung tritt zwischen den Elektroden 5 und 9 eine Potentialdifferenz auf.The in the F i g. 1 and 2 shown HgTe-CdTe protective layer photo / elle consists of a known type of semiconductor wafer and has an η-doped zone 1 and a p-doped / one 2 on, being the / wipe The boundary layer lying between these two zones forms the barrier layer 3. The beam entrance surface 4 is formed by the top of the n-doped zone 1. in the An electrode 5 is attached to the center of this beam entry surface 4 by means of a gold spot weld 6. the Underside 7 of the p-doped zone is entirely of one Gold chip strike or a gold layer 8 covered on to which the second electrode 9 of the barrier photocell is connected. Under the influence of one on the Radiation entrance surface 4 occurring infrared radiation occurs between the electrodes 5 and 9, a potential difference on.

Die in F i g. 2 dargestellte erfinnungsgemäße HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozelle ist mit einer für Quecksilber undurchlässigen Schicht 10 überzogen, die die oben beschriebenen physikalischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften aufweist und zumindest auf der Strahleneintrittsfläche 4 für die zu messende Strahlung durchlässig ist. Die Goldpunktschweißung 6 und die Goldschicht 8 sind ebenfalls mit der für Quecksilber undurchlässigen Schicht 10 überzogen, wobei die Elektroden 5 und 9 durch diese Schicht 10 hindurchgeführt sind. Die Schicht 10 besteht insbesondere aus Zinksulfid. Abgesehen davon, daß Zinksulfid ein Stoff ist. der den oben genannten Anforderungen genügt. macht es die Verwendung von Zinksulfid bei der Herstellung der erfindungsgemäßen HgTe-CdTe-^perrschicht-Fotozelle möglich, bekannte Ablagerung bzw.. Auftragsverfahren zum Aultragen einer dünnen Zinksulfidschicht anzuwenden, beispielsweise Vakuuimerdampfung oder kathodischc Zerstäubung.The in F i g. 2 illustrated inventive HgTe-CdTe barrier layer photocell is covered with a mercury-impermeable layer 10, which is the above Has described physical, chemical and electrical properties and at least on the Radiation entrance surface 4 is permeable for the radiation to be measured. The gold spot weld 6 and the Gold layer 8 are also covered with the mercury-impermeable layer 10, the Electrodes 5 and 9 are passed through this layer 10. The layer 10 consists in particular of Zinc sulfide. Apart from the fact that zinc sulfide is a substance. which meets the above requirements. it makes the use of zinc sulfide in the manufacture of the inventive HgTe-CdTe ^ barrier photocell possible, known deposition or application method for applying a thin zinc sulfide layer apply, for example vacuum evaporation or cathodic sputtering.

Die erfindungsgemäße Maßnahme laßt sich auch bei solchen HgTe-CdTe-Sperrschicht-Fotozellcn anwenden, bei denen das Halbleiterplättchen auf einem Trager befestigt ist. wobei dann die für Quecksilber undurchlässige Schicht 10 nur auf den durch den Träger nicht geschützten Flächen angebracht wird, nachdeir das Halbleiterplättchen. beispielsweise durch Verleimen, auf dem Träger befestigt worden ist.The measure according to the invention can also be applied to such HgTe-CdTe barrier layer photocells, in which the semiconductor wafer is attached to a carrier. then the one impermeable to mercury Layer 10 is only applied to the areas not protected by the carrier, after that Semiconductor wafers. for example by gluing on has been attached to the carrier.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. HgTe-CdTe barrier photocell. existing from an HgTe-CdTe semiconductor wafer with two zones of different types, separated by a barrier layer Doping, in which the beam entry surface with one for the radiation to be measured permeable layer is covered, the refractive index of which is lower than the refractive index of jo HgTe-CdTe material, characterized in that the semiconductor plate (t, 2) is completely covered with a mercury-impermeable layer (10), which is at least on the Radiation entry surface (4) is formed by the layer that is transparent to the radiation to be measured and its area in contact with the barrier layer (3) has a high electrical resistance has.

2. Photocell according to claim 1, characterized in that the mercury-impermeable layer (10) consists of zinc sulfide.

3. Photocell according to claim 1, characterized in that the mercury-impermeable layer (10) consists of zinc selenide.

4. Photocell according to claim 1, characterized in that the mercury-impermeable layer (10) consists of arsenic pentaselenide.