DE3426226A1 - Uv-empfindliches fotoelement und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents
Uv-empfindliches fotoelement und verfahren zu seiner herstellungInfo
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Description
- UV-empfindliches Fotoelement und
- Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung betrifft ein UV-empfindliches Fotoelement, bestehend aus einem Substrat vom ersten Leitungstyp, einer Oberflächenzone vom zweiten Leitungstyp und Anschlußkontakten an Substrat und Oberflächenzone.
- UV-empfindliche Fotoelemente mit einem p-n-Übergang finden bei verschiedensten technischen Vorgängen der Meß-, Steuer- und Regelungstechnik Anwendung. Es lassen sich z. B. mit ihrer Hilfe Dosimeter herstellen.
- Bei UV-empfindlichen Fotodioden mit ganzflächiger p-Diffusion in Silizium muß diese Diffusionsschicht sehr dünn sein, da kurzwellige Strahlung in Silizium sehr nahe der Oberfläche absorbiert wird und damit nur einen geringen Beitrag zu einem Fotostrom leistet. Aus der OS - 27 34 726 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumfotodiode bekannt.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein UV-empfindliches Fotoelement anzugeben, bei dem eine schädliche Absorption des UV-Lichts nahe der Oberfläche vermieden wird.
- Diese Aufgabe wird durch ein UV-empfindliches Fotoelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Dieses erfindungsgemäße UV-empfindliche Fotoelement hat den wesentlichen Vorteil, daß das zwischen die äquidistanten Lücken der p-dotierten Oberflächenzone (t) einfallende Licht, das somit direkt in das n-dotierte Substratmaterial eindringt, nicht nahe der Oberfläche absorbiert wird und dadurch zu einer Erhöhung des Fotostroms beiträgt, was sich in einer deutlichen Erhöhung der Empfindlichkeit niederschlägt.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt.
- Es zeigen: Figur 1 einen Schnitt durch ein UV-empfindliches Fotoelement Figur 2 die Draufsicht auf ein UV-empfindliches Fotoelement Figur 3 einen perspektivischen Ausschnitt aus einem UV-empfindlichen Fotoelement gemäß Figur 1 und 2 Figur 4 einen perspektivischen Ausschnitt aus einem UV-empfindlichen Fotoelement mit mesaartig geätzter Oberflächenzone (4), die durch einen Epitaxieprozeß erzeugt wird.
- Das in Figur 1 und 2 dargestellte UV-empfindliche Fotoelement besteht aus einem n-dotierten Substrat 1, vorzugsweise aus einkristallinem Silizium, an dessen einer Oberfläche, die nicht dem Lichteinfall ausgesetzt ist, ein ohmscher Kontakt (2) mit einer Schichtenfolge aus AuSb/Au - ausgehend vom Substrat (1) - angebracht ist Auf der dem Lichteinfall zugewandten Seite des n-dotierten Substrats ist einep-dotierte netzartige Oberflächenzone (4) derart angeordnet, daß sie von mit dem Substrat (1) verbundenen inselförmigen Halbleiterbereichen (8) durchdrungen ist.
- Dadurch treten einzelne n-dotierte Halbleiterbcreiche (8) des Substrats, die vorzugsweise würfel- oder zylinderförmig ausgebildet und jeweils im Beispiel ca. 20 um breit sind, an die Oberfläche. Die Breite eines Einzelstegs (4a) der netzartig ausgebildeten Oberflächenzone (4) beträgt ebenfalls ca. 20 ßm.
- Die Oberflächenzone (4), die mit ca. 1017 Atome/cm3 schwach p-dotiert ist, ist von einer Schutzzone f5) umgeben, die mit ca. 1019 Atome/cm3 stark p-dotiert ist. Der Querschnitt der Schutzzone (5) beträgt ein Vielfaches des Querschnitts eines Einzeltstegs (4, 4a) der netzartig ausgebildeten Oberflächenzone (4). Unmittelbar auf die schwach p-dotierte Oberflächenzone (4) ist eine auf Blauempfindlichkeit optimierte Passivierungsschicht (6) aus Si3N4 aufgebracht, wodurch der Einfluß von schädlichen Oberflächenladungen oder Akkumulationsschichten stark vermindert wird. Die Passivierungsschicht (6) überdeckt am Rand die von der Isolation der Schutzzone (5) herrührende SiO2-Schicht (7).
- An der Oberfläche der stark p-dotierten Schutzzone (5) ist diese durch ein selektives Atzmittel freigelegt worden, so daß sich dann ohmsche Kontakte (3), die beispielsweise aus Aluminium bestehen können, anbringen lassen.
- Die Eindringtiefe der p-dotierten Oberflächenzone (4) beträgt ca. 0,3 zm und die der Schutzzone (5) beträgt ca. 1,5 um.
- Die Dotierung der Schutzzone (5) erfolgt dabei durch einen Diffusionsprozeß, während die Dotierung der Oberflächenzone (4) durch Implantation erfolgt.
- Es können aber auch Oberflächenzone (4) und Schutzzone (5) zusammen durch Diffusion oder durch Implantation dotiert werden.
- Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist die Schutzzone rahmenförmig ausgebildet. Sie kann aber auch ringförmig ausgebildet werden.
- Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf das UV-empfindliche Fotoelement, wobei die netzartige Struktur mit den Einzelstegen (4a) der schwach p-dotierten Oberflächenzone sowie die würfelförmigen Inseln (8) des n-dotierten Substratmaterials zu erkennen sind.
- Figur 3 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt aus einem UV-empfindlichen Fotoelement. Dabei sind deutlich die mit dem Substrat (1) verbundenen inselförmigen Halbleiterbereiche (8) zu erkennen. Die Bezeichnungen in der Figur 3 sind den Bezeichnungen in den Figuren 1 und 2 entsprechend vorgenommen.
- Zur Herstellung einer netzartigen p-dotierten Oberflächenzone (4) kann auch ein Epitaxieprozeß Anwendung finden, wobei dann das n-dotierte Substrat durch ein selektives tzmittel an dafür vorgesehenen Löchern (9) einer Maske freigeätzt wird, so daß eine mesaartig-geätzte p-dotierte netzartige Oberflächenzone (4) erzeugt wird, wie dies Figur 4 zeigt. In dieser Figur sind alle Bezeichnungen den Bezeichnungen der Figuren 1 und 2 entsprechend vorgenommen bis auf die in Figur 1 und 2 würfelförmigen Inseln (8) des n-dotierten Substratmaterials. Diese sind in der Figur 4 nicht vorhanden. Statt dessen ergeben sich aufgrund des mesaartigen Ätzverfahrens würfelförmige Löcher (9) in der Oberflächenzone (4), wodurch diese eine netzartige Struktur annimmt.
- Die Schichtdicke der p-dotierten epitaktisch gewachsenen Oberflächenzone (4) beträgt dabei ca. 30 um.
- Die Herstellung der netzartigen Oberflächenzone (4) erfolgt entweder durch ein konventionelles Ätzverfahren mit einem selektiven AtznitteXl oder über Ionenätzen.
- Schließt man an den ohmschen Kontakt 3, der beispielsweise aus Aluminium bestehen kann, den Pluspol und an den ohmschen Kontakt 2, der beispielsweise aus einer Schichtenfolge von AuSb/Au bestehen kann, den Minuspol einer Gleichspannungsquelle an, wird das UV-empfindliche Fotoelement fotovoltaisch in Durchlaßrichtung betrieben. Schließt man dagegen an den ohmschen Kontakt 3 den Minuspol und an den ohmschen Kontakt 2 den Pluspol einer Gleichspannungsquelle an, wird das UV-empfindliche Fotoelement als lineare Fotodiode in Sperrichtung betrieben.
- Durch eine Variation des Verhältnisses Stegbreite 4a zur Breite der würfelförmigen Halbleiterbereiche (8) läßt sich die spektrale Empfindlichkeit des UV-empfindlichen Fotoelements beeinflussen.
- Bei der mesaartig geätzten p-dotierten Oberflächenzone (4) in Figur 4 wird man in einem Ausführungsbeispiel die Stegbreite (4a) ca. 10 um und die Breite eines quadratischen Lochs (9) ca. 30 um wählen.
Claims (14)
- Patentansprüche 0 UV-empfindliches Fotoelement, bestehend aus einem Substrat (1) vom ersten Leitungstyp, einer Oberflächenzone (4) vom zweiten Leitungstyp und Anschlußkontakten (2, 3) an Substrat und Oberflächenzone (4), dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Oberflächenzone (4) vom zweiten Leitungstyp Halbleiterbereiche (8) vom ersten Leitungstyp an die Halbleiteroberfläche treten.
- 2) UV-empfindliches Fotoelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die netzartig ausgebildete Oberflächenzone (4) von den mit dem Substrat (1) verbundenen inselförmigen Halbleiterbereichen (8) vom ersten Leitungstyp durchdrungen ist.
- 3) UV-empfindliches Fotoelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichent, daß die netzartig ausgebildete Oberflächenzone t4) vom zweiten Leitungstyp in das Substrat (1) eIndiffundiert oder implantiert ist.
- 4) UV-empfindliches Fotoelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Oberflächenzone (4) vom zweiten Leitungstyp an ihrem Umfang eine Schutzzone (5) vom gleichen Leitungstyp anschließt, deren Querschnitt ein Vielfaches des Querschnitts der Einzelstege (4, 4a) der netzartig ausgebildeten Oberflächenzone (4) ist.
- 5) UV-empfindliches Fotoelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) n-dotiert, die Schutzzone (5) stark p+-und die Oberflächenzone (4) schwach p-dotiert sind.
- 6) UV-empfindliches Fotoelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzzone (5) ring- oder rahmenförmig ausgebildet ist.
- 7) UV-empfindliches Fotoelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstege (4a) der netzartig ausgebildeten Oberflächenzone (4) ca. 20 ijm breit sind und daß die inselförmigen Halbleiterbereiche (8) ebenfalls ca. 20 jirn breit sind.
- 8) UV-empfindliches Fotoelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenzone (4) und die einzelnen inselförmigen Halbleiterbereiche (8) des Substratmaterials von einer Passivierungsschicht (6) bedeckt sind, die aus Si3N4 besteht und in ihrer Zusammensetzung auf Blauempfindlichkeit optimiert ist.
- 9) Verfahren zur Herstellung eines UV-empfindlichen Fotoelements nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung der Schutzzone (5) über einen Diffusionsprozeß und die Dotierung der Oberflächenzone (4) über einen Implantationsprozeß erfolgt.
- 10) Verfahren zur Herstellung eines UV-empfindlichen Fotoelements nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindringtiefe bei der Diffusion der Schutzzone (5) ca. 1,5 ßm und die Eindringtiefe bei der Implantation der Oberflächenzone (4) ca. 0,3 ßm beträgt.
- 11) Verfahren zur Herstellung eines UV-empfindlichen Fotoelements nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die netzartige Oberflächenzone (4) durch einen Epitaxieprozeß und mesaartig geätzte Strukturen erzeugt wird.
- 12) UV-empfindliches Fotoelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die geätzten Strukturen V-förmig sind und daß deren Oberfläche durch ein selbststoppendes Verfahren durch orientierte Kristallflächen definiert ist.
- 13) UV-empfindliches Fotoelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als fotovoltaisches Element durch Betreiben in Durchlaßrichtung oder als lineare Fotodiode durch Betreiben in Sperrichtung.
- 14) UV-empfindliches Fotoelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung als Dosimeter.
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