KR102069788B1 - 반도체 구조, 이러한 구조를 포함하는 장치, 및 반도체 구조의 제조 방법 - Google Patents

반도체 구조, 이러한 구조를 포함하는 장치, 및 반도체 구조의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전자기 방사선을 수신하고 수신된 전자기 방사선을 전기 신호로 변환할 수 있는 반도체 구조(5)에 관한 것이고, 상기 구조는 동일한 원소들로 구성되고 동일한 도전형을 갖는 제1 및 제2 구역들(20, 60)을 포함한다. 상기 구조는 상기 제1 구역(20) 및 상기 제2 구역(60) 사이에 배열되고, 배리어 두께에 걸쳐 상기 제1 및 제2 구역들(20, 60)의 다수 캐리어들에 대해 배리어로 이용되는 배리어 구역(40)을 더 포함한다. 제1 인터페이스 구역(30)은 제1 인터페이스 두께(e2)에 걸쳐 상기 제1 구역(20) 및 배리어 구역(40) 사이의 인터페이스를 형성하고, 제2 인터페이스 구역(50)은 제2 인터페이스 두께(e3)에 걸쳐 상기 배리어 구역(40) 및 상기 제2 구역(60) 사이에 배열된다. 상기 인터페이스 구역들(30, 50)은 상기 제1 및 제2 물질 구역들로부터 각각 배리어의 조성까지 변화하는 원소들의 조성을 갖고, 제1 인터페이스 두께(e2)는 배리어 두께(e1)의 절반과 적어도 동일하고, 제2 인터페이스 두께(e3)는 배리어 두께(e1)의 절반보다 작다.

Description

반도체 구조, 이러한 구조를 포함하는 장치, 및 반도체 구조의 제조 방법{Semiconductor structure, device comprising such a structure, and method for producing a semiconductor structure}
본 발명은 전자기 방사선들(electromagnetic radiations)의 검출 및/또는 측정 분야 및 이러한 검출 및/측정을 가능하게 하는 장치들에 관한 것이다.
다이렉트 밴드갭(direct bandgap) 반도체들에 대한 마이크로 전자공학 기술들의 적합성과 관련된 광전자 공학의 급속한 발전은 자외선에서 적외선까지의 파장 범위들에 밀집된 전자기 방사선들의 검출 및/또는 측정을 가능하게 하는 장치들의 발달을 가능하게 했다.
일반적으로, 이러한 장치들은 전자기 방사선을 수신하고 수신된 전자기 방사선을 전기 신호로 변환할 수 있는 반도전성 구조들(semi-conducting structures)을 구현한다.
본 발명은 더욱 상세하게는, 전자기 방사선을 수신하고 수신된 전자기 방사선을 전기 신호로 변환할 수 있는 반도전성 구조, 적어도 하나의 이러한 반도전성 구조를 포함하는 반도전성 컴포넌트, 및 이러한 반도전성 구조의 제조 방법에 관한 것이다.
전자기 방사선을 수신하고, 수신된 전자기 방사선을 전기 신호로 변환할 수 있는 반도전성 구조들은 일반적으로. 역방향으로 바이어스 되도록 의도된, 다이오드 타입의 반도전성 구조들이다.
이러한 구조들은 전자기 방사선의 검출 및/또는 측정을 위해 사용되는 경우 암전류(dark current)를 갖는다. 상기 구조가 전자기 방사선의 대상이 아닐 때의 동작에서 다이오드의 전류에 대응하는 이러한 암전류는 상기 구조의 주요 노이즈 원(noise source)에 해당하고, 따라서, 그것의 신호 대 노이즈 비(signal to noise ratio) 및 이에 따른 민감도를 제한한다. 이러한 암전류는 저온에서, 즉, 170 K보다 낮은 온도에서, 본질적으로 공간 전하 영역(space charge region)에 관련된다. 실제로, 이것은, 저온 암전류의 대부분을 야기하는, 트랩 보조 터널 전류(trap assisted tunnel current) 및 밴드 투 밴드 터널 전류(band to band tunnel current)의 전자-정공 쌍들의 생성 및 재결합을 위한 전류를 위한 위치(site)이다.
저온 암전류를 제한하기 위하여, 배리어(barrier) 타입의 반도전성 구조들, 즉, 배리어 구역에 의해 분리된 동일한 도전형의 제1 및 제2 구역을 포함하는 반도전성 구조들을 이용하는 것이 알려져 있다. 동일한 도전형을 가진 제1 및 제2 구역은 동일한 다수 캐리어들(majority carriers)을 포함하는데, 상기 동일한 다수 캐리어들은 의미상 상기 구조의 다수 캐리어들이다. 배리어 구역은 다수 캐리어들에 대한 배리어로 작용하고 소수 캐리어들(minority carriers)을 통과하게 하는데 적합한 밴드갭을 포함한다. 이를 위해, 배리어 구역은, 제1 및 제2 구역들의 밴드갭 에너지보다 에너지 차이만큼 더 높은 밴드갭 에너지를 갖는데, 상기 에너지 차이는 서로 다른 구역들 사이에서, 소수 캐리어들에 대응하는 에너지 밴드, 즉, 소수 캐리어들이 정공들인 경우는 밸런스 밴드(valence band), 그리고, 소수 캐리어들이 전자들인 경우는 컨덕션 밴드(conduction band)에 대해 가능한 낮다. 그리하여, 배리어 구역은, 제1 및 제2 구역들과의 밴드갭 에너지 차이를 통해, 다수 캐리어들에 대한 강한 포텐셜 배리어를 생성한다. 소수 캐리어들에 대응하는 에너지 밴드에 대한 낮은 에너지 차이로 인해, 이것은 소수 캐리어들의 경우에는 낮거나 심지어 없어진다.
이런 식으로, 제1 구역이 제2 구역에 대해 역방향으로 바이어스 되고, 전자-정공 쌍이 제1 구역에서 포톤(photon)에 의해 생성되는 경우, 생성된 소수 캐리어는 제1 구역에서 제2 구역으로 스위치되고, 바이어스에 의해 가속화된다. 그리하여, 소수 캐리어는 같은 곳에 수집된다. 이러한 구조는, 작은 갭 물질에서 공간 전하 영역의 존재를 없앰으로써, 또한 공간 전하 영역에서 발생하는 노이즈를 없애고, 이로써, 다이오드 타입 구조에 비해 감소된 저온 암전류를 갖는다.
그러나, 이러한 구조가, 저온 동작의 경우, 감소된 암전류가 획득되는 것을 가능하게 한다면, 배리어 형성을 위해 사용되는 밴드갭 에너지 차이로 인해, 이러한 구조는 반드시 헤테로 구조이다. 따라서, 서로 다른 원소들을 포함하고, 이로써 일반적으로 높은 격자 파라미터 차이를 갖는 물질들의 경우, 이러한 구조는 상기 구조의 서로 다른 구역들 사이에서 인터페이스 결함들을 일반적으로 포함한다. 이러한 결함들은 잠재적으로 노이즈를 야기하고, 이러한 구조의 밸브(valve)를 제한한다.
미국 특허 등록 번호 제4,679,063호에 구체적으로 교시된 바와 같이, 인터페이스 결함들의 양을 제한하기 위하여, CdXHg1 - XTe 수은 카드뮴 텔루라이드 타입의 물질들과 같은 동일한 원소들로 구성된 물질들을 이용하는 방법이 알려져 있다. 이러한 물질들은 서로 다른 원소들의 비율들에 대해, 일반적으로 감소된 격자 파라미터 차이들을 갖고, 이러한 차이들이 높을 때, 미세 매칭 층(fine matching layer)을 포함할 수 있으며, 스트레스들을 줄이고, 이로써 인터페이스들에서 결함들의 양을 줄이기 위해 원소들의 비율이 미세 매칭 층을 따라 변화한다.
그러나, 이러한 물질들을 포함하는 구조가 감소된 밀도의 인터페이스 결함들을 가질 경우, 상기 구조를 형성하는데 이용되는 상기 물질들은 아래의 두 기준을 만족해야 한다:
- 상기 물질들은 원소들의 비율의 함수로서의 강한 밴드갭 에너지 변화(variation)를 가져야 한다.
- 상기 물질들은 적어도 하나의 도전형에 대해, 밴드갭 에너지의 강한 변화에서, 소수 캐리어에 대응하는 에너지 밴드에 대해 낮은 에너지 차이를 갖는 가능성을 제공해야 한다.
이러한 두 번째 기준을 만족시키기 위한, 미국 특허 등록 번호 제4,679,063호에 기재된 해결책은 배리어 구역의 적절한 도핑을 이용하는 것이다. 이러한 해결책은 예를 들어, 카드뮴-수은 텔루라이드와 같은, 제1 기준을 만족하는 일부 물질들에 대해 구현하기가 어렵고, 기술적인 제약들을 갖는 적절한 도핑은 산업 생산과 거의 양립하기가 불가능하다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적들 중 하나는 전자기 방사선을 수신하고 수신한 전자기 방사선을 전기 신호로 변환할 수 있는, 배리어 타입의 반도전성 구조를 제공하는 데에 있고, 상기 구조를 만드는 반도체 물질들은, 제1 및 제2 구역들의 도핑 타입과 다른 배리어 구역의 도핑 타입을 필요로 하지 않고, 동작 중에 소수 캐리어들에 대한 포텐셜 배리어가 없고, 다수 캐리어들에 대한 포텐셜 배리어는 상기 구조의 높은 역방향 바이어스 전압들에 대해서도 활성화된 채로 남아있는 동일한 원소들로 구성된다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 반도전성 구조와 관련되고, 상기 반도전성 구조는:
- 각각 제1 및 제2 반도체 물질들로 이루어지고, 상기 제1 및 제2 반도체 물질들 모두는 구성 원소들로 지칭되는 동일한 원소들로 구성되며, 상기 구성 원소들 중 적어도 두 개의 서로 다른 비율은 상기 물질의 밴드갭 에너지 차이에 대응하고, 상기 제1 물질은 다이렉트 밴드갭 반도체 물질인, 동일한 도전형의 제1 및 제2 구역들,
- 상기 제1 및 제2 구역들 사이에 제공되고, 배리어 두께에서 상기 제1 및 제2 구역들의 다수 캐리어들에 대한 배리어로 작용하며, 상기 구성 원소들로 구성되는 배리어 구역으로서, 상기 배리어 구역이 상기 제1 구역의 밴드갭 에너지보다 높은 밴드갭 에너지 최소값을 갖도록, 그리고, 상기 배리어 구역의 상기 밴드갭 에너지 최소값에 대한 다수 캐리어에 대응하는 에너지 밴드 극 값(extremum)의 에너지와 상기 제2 구역의 이러한 동일한 극 값의 에너지 사이의 절대값의 차이가 상기 동작 온도 정격에서 열 에너지의 적어도 10배와 동일하도록, 상기 배리어 구역은 전체 상기 배리어 두께에서 구성 원소들의 비율을 갖고, 상기 배리어 구역이 가장 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 상기 구성 원소들의 비율은 배리어 비율을 정의하는, 상기 배리어 구역,
- 제1 인터페이스 두께에서 상기 제1 구역 및 상기 배리어 구역에 인터페이싱하도록 배열되고, 전체 상기 인터페이스 두께에서 상기 제1 구역에서 상기 배리어 구역으로, 상기 제1 물질에 대응하는 비율에서 상기 배리어 비율까지 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖고, 상기 제1 인터페이스 두께는 상기 배리어 두께의 적어도 절반과 동일한, 제1 인터페이스 구역, 및
- 제2 인터페이스 두께에서 상기 배리어 구역 및 상기 제2 구역에 인터페이싱하도록 배열되고, 전체 상기 제2 인터페이스 두께에서 상기 배리어 구역에서 상기 제2 구역으로, 상기 배리어 비율에서 상기 제2 물질에 대응하는 조성까지 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖고, 상기 제2 인터페이스 두께는 상기 배리어 두께의 절반보다 낮은, 제2 인터페이스 구역을 수용할 수 있다.
배리어 구역은, 다수 캐리어에 대응하는 에너지 밴드 극값이 제2 구역의 컨덕션 밴드 바닥과, 최대 동작 온도에서의 열 에너지의 적어도 10배와 동일한 차이를 갖는 구조의 구역을 의미한다. 더 나아가, 배리어 두께는, 배리어 구역의 두께를 의미한다.
다이렉트 밴드갭 반도체 물질은, 반도체 물질의 밸런스 밴드 에너지 최대값 및 컨덕션 밴드 에너지 최소값이 상기 반도체 물질의 에너지 산포도(energy scatter diagram)에서 실질적으로 동일한 파수 벡터(wave vector) k의 값에 위치하는 반도체 물질을 의미한다.
반도전성 구조의 동작 온도 정격은, 반도전성 구조가 정격된 신호 대 노이즈 비를 가짐으로써 동작하도록 의도된 최대 온도를 의미한다. 실제로, 이러한 구조들은, 예를 들어, 원적외선 검출 어플리케이션들의 경우, 본 실시예에서 약 80 K인 잘 정의된 온도에서 동작해야 하고, 더 높은 온도의 경우 감소된 신호 대 노이즈 비와 관련된 열화된 민감도를 갖는다. 다른 예에 따르면, 실온에서 동작하도록 의도된 반도전성 구조는 80 ℃, 즉, 353 K의 동작 온도 정격을 가질 것이다.
상기 동작 온도 정격은 온도 정격에서 분자들의 평균 운동 에너지에 대응하는 열 에너지를 정의한다. 상기 열 에너지(ET)는 볼츠만 상수(Boltzmann? constant) k에 의해 ET　=　kT로 정의되고, 여기서, T는 온도이다. 원적외선 검출 어플리케이션들에 대한 반도전성 구조의 예를 다시 고려하면, 약 7 meV의 열 에너지가 얻어진다.
이러한 제1 인터페이스 구역은, 배리어 두께의 절반과 적어도 동일한 제1 인터페이스 두께를 따라, 제1 구역에 대응하는 비율과 배리어 비율 사이의 구성 원소들의 변화를 가짐으로써, 제1 구역이 제2 구역에 대해 역방향으로 바이어스될 때, 제1 및 제2 구역들 사이의 포텐셜 차이의 일부를 흡수할 수 있고, 이에 따라, 상기 부분에 의해 유도된 밸런스 밴드의 변형은 배리어 구역과 제1 및 제2 구역들 사이의 밴드갭 에너지 차이에 의해 생성된 소수 캐리어들에 대한 포텐셜 배리어를 제거한다. 따라서, 이러한 구조는, 제2 구역에 대한 제1 구역의 역방향 바이어스 동안, 상기 구조가 소수 캐리어에 대한 포텐셜 배리어를 갖지 않도록, 배리어 구역의 특별한 도핑을 필요로 하지 않는다.
제2 인터페이스 구역은 배리어 구역 및 제1 인터페이스 구역 모두에 비해 낮은 두께를 가짐으로써, 제2 구역에 대한 제1 구역의 역방향 바이어스 동안 배리어의 감소된 변형을 갖는 다수 캐리어들에 급격한 포텐셜 배리어가 제공되는 것을 가능하게 한다. 상기 구조는 이러한 제2 인터페이스 구역으로 제1 구역의 역방향 바이어스 전압을 수용하는데, 이러한 역방향 바이어스 전압에 의한 배리어의 변형은 다수 캐리어들이 배리어를 통과하기에 충분하고, 이것은 높다.
따라서, 이러한 제1 및 제2 인터페이스 구역들을 갖는 상기 구조는, 제1 및 제2 구역들의 도전형과 다른 도전형을 갖는 배리어 구역이 없이, 동작 중에, 상기 구조의 높은 역방향 바이어스들에 대해서도 활성화된 채로 남아 있는 다수 캐리어들에 대해서만 포텐셜 배리어를 갖는다.
상기 구조는 nBn 구조일 수 있고, 이것은 상기 제1 및 제2 구역들이 다수 캐리어들이 전자들인 경우의 도전형이고, 상기 배리어 구역은 구성 원소들로 구성되며, 배리어 구역이 제1 구역의 밴드갭 에너지보다 높은 밴드갭 에너지의 최소값을 갖도록, 그리고, 상기 배리어 구역의 밴드갭 에너지의 최소값에 대한 다수 캐리어에 대응하는 에너지 밴드 극값의 에너지와 제2 구역의 컨덕션 밴드의 동일한 극값의 에너지 사이의 절대값의 차이가 동작 온도 정격에서의 열 에너지의 적어도 10배와 동일하도록, 상기 배리어 구역은 전체 배리어 두께에서 구성 원소들의 비율을 갖는다.
그러므로, 본 발명은 또한 전자기 방사선을 수신하고 수신한 전자기 방사선을 전기 신호로 변환할 수 있는 nBn 타입의 반도전성 구조와 관련되고, 상기 구조는 동작 온도 정격을 포함하며, 이러한 구조는:
- 다수 캐리어들이 전자들인 경우와 동일한 도전형이고, 각각 제1 및 제2 반도체 물질로 이루어지며, 상기 제1 및 제2 반도체 물질들은 둘 다 구성 원소들로 지칭되는 동일한 원소들로 구성되고, 이러한 구성 원소들 중 적어도 두 개의 서로 다른 비율은 상기 물질의 밴드갭 에너지 차이에 대응되고, 제1 물질은 다이렉트 밴드갭 반도체 물질인, 제1 및 제2 구역들,
- 상기 제1 및 제2 구역들 사이에 제공되고, 배리어 두께에서 상기 제1 및 제2 구역들의 다수 캐리어들에 대한 배리어로 작용하며, 상기 구성 원소들로 구성되는 배리어 구역으로서, 상기 배리어 구역이 상기 제1 구역의 밴드갭 에너지보다 높은 밴드갭 에너지 최소값을 갖도록, 그리고, 상기 배리어 구역의 상기 밴드갭 에너지 최소값에 대한 다수 캐리어에 대응하는 에너지 밴드 극 값의 에너지와 상기 제2 구역의 이러한 동일한 극 값의 에너지 사이의 절대값의 차이가 상기 동작 온도 정격에서 열 에너지의 적어도 10배와 동일하도록, 상기 배리어 구역은 전체 상기 배리어 두께에서 구성 원소들의 비율을 갖고, 상기 배리어 구역이 가장 낮은 에너지 갭을 갖는 상기 구성 원소들의 비율은 배리어 비율을 정의하는, 상기 배리어 구역,
- 제1 인터페이스 두께에서 상기 제1 구역 및 상기 배리어 구역에 인터페이싱하도록 배열되고, 전체 상기 인터페이스 두께에서 상기 제1 구역에서 상기 배리어 구역으로, 상기 제1 물질에 대응하는 비율에서 상기 배리어 비율까지 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖고, 상기 제1 인터페이스 두께는 상기 배리어 두께의 적어도 절반과 동일한, 제1 인터페이스 구역,
- 제2 인터페이스 두께에서 상기 배리어 구역 및 상기 제2 구역에 인터페이싱하도록 배열되고, 전체 상기 제2 인터페이스 두께에서 상기 배리어 구역에서 상기 제2 구역으로, 상기 배리어 비율에서 상기 제2 물질에 대응하는 조성까지 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖고, 상기 제2 인터페이스 두께는 상기 배리어 두께의 절반보다 낮은, 제2 인터페이스 구역을 포함한다.
상기 제1 인터페이스 두께는 배리어 두께와 동일하거나 더 높을 수 있다.
상기 제1 및 제2 물질들은 실질적으로 동일한 구성 원소들의 비율들을 가질 수 있다.
따라서, 상기 제1 및 제2 물질들은 제1 구역에서 제2 구역으로 소수 캐리어들의 통과를 쉽게 만들기 위해 실질적으로 동일한 밴드갭 에너지를 갖는다.
본 발명의 구체적인 적용에 따르면, 구성 원소들은 카드뮴, 수은 및 텔루륨이다.
이러한 구성 원소들은 저온에서 원적외선 범위의 전자기 방사선의 검출 및 측정에 특히 적합하고, 카드뮴 및 수은 비율의 변화는 80 K의 동작 온도의 경우, 밴드갭 에너지가 0 eV에서 1.6 eV 이상까지 범위를 갖는 값으로 변하는 것을 가능하게 하며, 다시 말해, 주어진 다수 캐리어들의 농도의 경우, 대응하는 컨덕션 밴드들의 바닥들 사이의 차이가 약 1.2 eV이다. 나아가, 이러한 구성 원소들은, 구성 원소들의 비율의 변화 범위에 걸쳐 유사한 격자 파라미터들을 가진 물질들이 형성되는 것을 가능하게 하고, 이에 따라, 이러한 구조를 제조할 때에 인터페이스 결함들의 출연을 제한한다.
제1 인터페이스 두께는 배리어 두께의 한 배 내지 배리어 두께의 두 배 사이일 수 있다.
이러한 구조는, 제2 구역에 대한 제1 구역의 역방향 바이어스의 적용 중에, 제2 구역에 대한 제1 구역의 낮은 역방향 바이어스의 경우에 대해서도 다수 캐리어들에 대한 포텐셜 배리어가 제거되기에 충분히 넓은 인터페이스 두께를 갖는다.
구성 원소들의 비율은 전체 인테페이스 두께에서 실질적으로 균등하게 변화할 수 있다.
이러한 구성 원소들의 비율의 변화로, 제1 인터페이스 구역은 밴드갭 에너지의 연속적인 변화를 갖고, 이에 따라, 소수 캐리어들에 대응하는 에너지 밴드의 에너지에서, 이러한 변화는 밸런스 밴드의 중대한 변형을 가능하게 한다.
구성 원소들의 비율은 전체 인터페이스 두께에서 실질적으로 선형적으로 변화할 수 있다.
본 발명의 다른 가능성에 따르면, 구성 원소들의 비율은 전체 인터페이스 두께에서 가우스 에러 함수로도 알려진 에러 함수에 따라 실질적으로 변화할 수 있다.
이러한 비율의 변화는 구성 원소들 중 하나의 상호 확산된 선형 그레디언트(interdiffused linear gradient)에 대응된다.
제2 인터페이스 구역이 제공될 수 있고, 제2 인터페이스 구역은 제2 인터페이스 두께로 배리어 구역 및 제2 구역에 인터페이싱하도록 배열되고, 제2 인터페이스 구역은 전체 제2 인터페이스 두께에서 배리어 구역에서 제2 구역으로, 배리어 비율에서 제2 물질에 대응하는 비율까지 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖고, 제2 인터페이스 두께는 배리어 두께의 절반보다 낮다.
제2 인터페이스 두께는 배리어 두께의 3분의 1보다 낮고, 바람직하게는 배리어 두께의 10분의 1보다 낮을 수 있다.
이러한 제2 인터페이스 구역은 배리어 구역 및 제1 인터페이스 구역 모두에 대해 특히 낮은 두께를 가짐으로써, 제2 구역에 대한 제1 구역의 역방향 바이어스 동안 배리어의 감소된 변형을 갖는 다수 캐리어들에 대해 급격한 포텐셜 배리어가 제공되는 것을 가능하게 한다. 따라서, 상기 구조는 제1 구역의 역방향 바이어스 전압을 수용하고, 이러한 역방향 바이어스 전압에 의한 배리어의 변형은 다수 캐리어들이 배리어를 통과하기에 충분하고, 이것은 높다.
배리어 두께는 100 nm 내지 300 nm 사이이다.
이러한 두께는 제2 구역에 대한 제1 구역의 역방향 바이어스 중에 빠르게 공핍되도록 충분히 얇으면서, 배리어를 통한 터널 전류를 제한하고, 이에 따라, 제2 구역과 제1 구역 사이에서 다수 캐리어들의 통과를 차단하도록 충분히 넓은 포텐셜 배리어가 제공되는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 또한 복수의 반도전성 구조들을 포함하는 반도전성 장치와 관련되고, 상기 구조들 중 적어도 하나는 본 발명에 따른 구조이다.
이러한 장치는, 동일한 구성 원소들로 구성된 반도체 물질들로 이루어지고, 제1 및 제2 구역들의 도핑 타입과 다른 배리어 구역의 도핑 타입을 필요로 하지 않으며, 동작 중에 소수 캐리어들에 대한 포텐셜 배리어를 가지지 않는 상기 구조들 중 적어도 하나를 이용하여, 저온 전자기 방사선의 검출 및/또는 측정을 가능하게 한다.
광학 부분 및 처리 부분이 제공될 수 있고, 광학 부분은 광학 구조들로 지칭되고, 전자기 방사선을 수신하여 수신된 전자기 방사선을 전기 신호로 변환할 수 있는 복수의 반도전성 구조들을 포함하고, 상기 구조들 중 적어도 하나는 본 발명에 따른 적어도 하나의 구조이며, 상기 처리 부분은 상기 광학 구조들의 전기 신호들을 처리하기 위하여 그들 사이에 배열된 반도전성 구조들을 포함한다.
컴포넌트의 광학 부분 상의 광학 반도전성 구조들의 배치 및 컴포넌트의 광학 부분 이외의 다른 부분 상의 광학 구조들로부터의 신호들을 처리하기 위한 반도전성 구조들의 배치는, 동일한 컴포넌트에서, 검출될 전자기 방사선의 검출 및/또는 측정을 위해 최적화된 반도체 물질들로 이루어진 광학 구조들의 이점들과, 예를 들어, 실리콘과 같은, 이러한 처리를 위해 적합한 물질로 이루어진 광학 반도전성 구조들의 전기 신호들을 처리하기 위해 적합한 구조들의 이점들의 결합을 가능하게 한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 반도전성 구조를 제조하기 위한 방법에 관련되고, 상기 방법은:
- 소위 구성 원소들로 구성된 제1 반도체 물질로 이루어진, 제1 도전형의 제1 구역을 제공하고, 이에 따라, 상기 구성 원소들 중 적어도 두 개의 서로 다른 비율이 상기 물질의 밴드갭 에너지의 변화에 대응하는, 상기 제1 구역을 제공하는 단계,
- 제1 인터페이스두께 및 전체 인터페이스 두께에서 상기 제1 물질에 대응하는 비율에서 배리어 비율로 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖고, 상기 제1 구역에 컨택한 제1 인터페이스 구역을 형성하는 단계;
- 상기 인터페이스 구역이 상기 제1 구역 및 배리어 구역에 인터페이싱하도록 상기 인터페이스 구역에 컨택한 상기 배리어 구역을 형성하는 단계로서, 상기 배리어 구역은 상기 제1 인터페이스 두께의 두 배보다 적어도 낮은 배리어 두께를 갖고, 상기 배리어 구역은 구성 원소들로 구성되며, 상기 배리어 구역이 상기 제1 구역보다 높은 밴드갭 에너지 갭을 갖도록, 상기 배리어 구역은 전체 배리어 두께에서 비율을 갖고, 상기 배리어 구역이 가장 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 상기 구성 원소들의 비율은 상기 배리어 비율과 동일한, 상기 배리어 구역을 형성하는 단계,
- 제2 인터페이스 두께로 배리어 구역 및 제2 구역에 인터페이싱하도록 배열된 제2 인터페이스 구역을 형성하는 단계로서, 상기 제2 인터페이스 구역의 구성 원소들의 조성은 상기 배리어 비율에서 상기 제2 물질에 대응하는 비율로 변화하고, 상기 제2 인터페이스 두께는 상기 배리어 두께의 절반보다 낮고, 바람직하게는 상기 배리어 두께보다 10배 낮은, 상기 제2 인터페이스 구역을 형성하는 단계,
- 상기 제1 구역과 동일한 도전형의 제2 구역을 형성하는 단계로서, 상기 제2 구역은 상기 구성 원소들로 구성된 제2 반도체 물질로 이루어지고, 상기 제2 구역은, 상기 제1 및 제2 구역들 사이에 배리어 구역이 제공되도록 배열되며, 상기 제2 구역의 밴드갭 에너지는 상기 배리어 구역의 밴드갭 에너지 최소값에 대한 다수 캐리어에 대응하는 에너지 밴드 극 값의 에너지와 상기 제2 구역의 상기 동일한 극 값의 에너지 사이의 절대값의 차이가 상기 동작 온도 정격에서 상기 열 에너지의 적어도 10배와 동일하도록 결정되는, 상기 제2 구역을 형성하는 단계를 포함한다.
이러한 방법은 상기 구조가 제1 및 제2 구역들의 도핑 타입과 다른 배리어 구역의 도핑 타입을 필요로 하지 않고 동작하며, 전자기 방사선을 수신하고, 수신된 전자기 방사선을 전기 신호로 변환할 수 있는 구조를 형성하는 것을 가능하게 한다. 나아가, 이러한 방법은 제2 구역에 대한 제1 구역의 역방향 바이어스 동안, 다수 캐리어들에 대해 제공될 급격한 포텐셜 배리어 및 감소된 배리어 변형을 갖는 구조를 가능하게 한다. 따라서, 이러한 구조는 제1 구역의 역방향 바이어스 전압을 수용하고, 이러한 역방향 바이어스 전압에 의한 배리어의 변형은 다수 캐리어들이 배리어를 통과하기에 충분하고, 이것은 높다.
따라서, 이러한 방법은 이러한 제1 및 제2 인터페이스 구역들을 갖고, 제1 및 제2 구역들의 도전형과 다른 도전형을 갖는 배리어 구역 없이, 동작 중에, 구조의 높은 역방향 바이어스들에 대해서도 활성화된 채로 남아 있는 다수 캐리어들에 대한 포텐셜 배리어를 갖는 구조의 형성을 가능하게 한다.
제2 구역을 형성하는 단계에서, 제2 구역은 구성 원소들로 구성된 제2 반도전성 물질로 이루어질 수 있고, 제2 구역은 배리어 구역이 제1 및 제2 구역들 사이에 제공되도록 배열되며, 배리어 구역의 밴드갭 에너지의 최소값에 대한 다수 캐리어에 대응하는 에너지 밴드 극 값의 에너지와 제2 구역의 컨덕션 밴드의 동일한 극 값의 에너지 사이의 절대값의 차이가 동작 온도 정격에서 열 에너지의 적어도 10배와 동일하도록 제2 구역의 밴드갭 에너지는 결정된다.
본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여, 한정하는 방식이 아니고 목적들을 나타내는 방식으로 주어진 예시적인 실시예들에 대한 상세한 설명을 읽음으로써 더욱 명확하게 이해될 것이다.
- 도 1은 개략적인 횡단면도에서 본 발명에 따른 예시적인 구조를 나타낸다.
- 도 2는 도 1에 예시된 구조의 z축을 따른 카드뮴 비율의 변화량을 나타내는 그래프이다.
- 도 3a 및 3b는 각각 바이어스가 없는 경우 및 제2 구역에 대한 제1 구역의 역방향 바이어스 동안, 도 1에 예시된 구조의 에너지 밴드 다이어그램들이다.
- 도 4는 본 발명에 따른 반도전성 컴포넌트의 광학 부분(optical part)의 개략적 횡단면도를 나타낸다.
한 도면에서 다른 도면으로 용이하게 전환할 수 있도록, 서로 다른 도면의 동일, 유사 또는 균등한 부분들은 동일한 참조 번호들 가진다.
도면들에 나타난 서로 다른 부분들은, 도면들을 이해하기 쉽도록, 반드시 균일한 스케일로 그려지지 않았다.
도 1은 전자기 방사선을 수신 가능하고, 수신된 전자기 방사선을 전기 신호로 변환 가능한 반도전성 구조(5)를 나타낸다. 상기 구조(5)는 동작 온도 정격(operating temperature rating)을 포함하고, 상기 구조(5)는 상기 동작 온도 정격 이하에서 정격(rated) 신호 대 잡음 비를 갖는다.
이러한 구조(5)는 파장이 자외선에서 적외선까지의 파장 범위 이내인 전자기 방사선(λ)을 검출 및/또는 측정하기에 적합할 수 있다. 본 명세서에서 계속해서 나타난 값들은 적외선 방사선(λ)의 검출 및/또는 측정 어플리케이션에 맞게 조정된다. 이러한 값들은 단순히 본 발명의 구체적인 적용(application)의 목적들을 예시하기 위해 제공된다. 이러한 구체적인 적용은 본 문서에서 계속해서, 본 발명의 구체적인 적용이라고 지칭된다.
이러한 구조(5)는:
- 반도전성 서포트(10),
- 서포트(10)에 컨택하고, 제1 전기적 컨택(70)을 제공하며, 제1 물질로 이루어진 제1 반도전성 구역(20),
- 제1 구역(20)에 컨택하고, 제1 인터페이스 두께(e2)를 갖는 제1 인터페이스 구역(30),
- 제1 인터페이스 구역(30)에 컨택하고, 배리어 두께(e1)를 갖는 배리어 구역(40),
- 배리어 구역(40)에 컨택하고, 제2 인터페이스 두께(e3)를 갖는 제2 인터페이스 구역(50),
- 제2 인터페이스 구역(50)에 컨택하고, 제2 전기적 컨택(75)을 제공하며, 제2 물질로 이루어진 제2 반도전성 구역(60), 및
- 제1 및 제2 전기적 컨택들(70, 75) 이외의 구조(5)의 표면을 패시베이팅(passivating)하기에 적합하고, 또한 전기적 절연으로 역할을 하는 표면 페시베이션(passiavition) 층(80)을 포함한다.
제1 구역(20), 제1 인터페이스 구역(30), 배리어 구역(40), 제2 인터페이스 구역(50) 및 제2 구역(60)은 동일한 소위 구성 원소들(constituent elements)로부터 이루어진다.
구성 원소들은, 상기 구성 원소들 중 적어도 두 개의 서로 다른 비율을 포함하는 두 개의 반도체 물질들이 서로 다른 밴드갭 에너지를 가지도록, 선택된다. 밴드갭 에너지가 변경될 수 있는 범위는, 가장 낮은 밴드갭 에너지를 제공하는 구성 요소들의 비율을 포함하는 물질과 가장 큰 밴드갭 에너지를 제공하는 구성 요소들의 비율을 포함하는 물질 사이의 밴드갭 에너지 차이가 적어도 하나의 도전형에 대한 포텐셜 배리어를 형성하는데 적합하도록 결정되어야 한다.
이러한 조건은, 예를 들어, 구성 원소들의 비율을 변경함으로써 획득될 수 있는 밴드갭 에너지의 최소 및 최대 각각에 대한 컨덕션 밴드의 바닥 사이에서 상기 구성 원소들의 에너지 차이가, 최대 동작 온도에서 열 에너지의 적어도 10배와 적어도 동일한 구성 원소들로 만족된다(다수 캐리어들이 전자들이고, 다수 캐리어 농도가 제1 및 제2 구역들뿐 아니라 배리어 구역에서도 동일한 경우). 구성 원소들은 물질들의 조성이 CdXHg1-XTe 타입인 물질들로, 카드뮴(cadmium)(Cd), 수은(mercury)(Hg) 및 텔루륨(tellurium)(Te)이다. 이러한 구성 원소들이 후술된 조건이 만족되는 것을 가능하게 한다. 실제로, 80 K의 동작 온도 정격이고, 각각 0.18 및 1의 카드뮴 비율(X)을 갖는 CdxHg1-xTe 타입의 두 물질들의 경우, 차이가 약 1.2 eV이다. 열 에너지는 80 K에서 약 7 meV이고, 획득될 수 있는 차이는 열 에너지의 10 배, 즉, 약 70 meV보다 훨씬 높다.
또한, 이것은 고온의 경우에도 적용된다. 따라서, 실온에서, 열 에너지는 약 26 meV이고, 즉, 차이는 260 meV보다 높아야 한다. 이 값은 또한 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 및 텔루륨(Te)인 구성 원소들로 접근 가능하다.
결과적으로, 본 발명의 구체적인 적용의 경우, 구성 원소들의 비율은, 카드뮴의 비율을 의미하는데, 이것은 수은 및 텔루륨의 비율을 직접 특정하며, 본 발명에 따른 구체적인 적용에 따른 구조를 구성하는 물질들은 CdXHg1 - XTe 타입이고, 여기서 X는 카드뮴의 비율이다.
반도전성 서포트(10)는 제1 구역(20)을 형성하는 물질을 성장시키기 적합한 반도전체 물질이다. 따라서, 본 발명의 구체적인 적용의 경우, 구성 원소들이 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 및 텔루륨(Te)인 경우, 반도전성 서포트는 예를 들어 카드뮴 및 아연 텔루라이드(CdZnTe)이다.
반도전성 서포트(10)는 도 1에 예시된 바와 같이, 제1 면 및 제2 면을 갖는 실질적으로 평평한 서포트이다.
제1 구역(20)은 서포트(10)의 제2 면과 컨택한다. 제1 구역(20)은 실질적으로 평면 층이고 그 일 면이 서포트(10)와 컨택한다.
제1 구역(20)은 제1 물질로 이루어진다. 제1 물질은 구성 원소들로 이루어진다. 제1 물질은 다이렉트 밴드갭 반도체 물질이다. 제1 물질의 갭 에너지는 검출 및/또는 측정될 전자기 방사선(λ)의 파장에 맞게 조정된다. 제1 물질의 밴드갭 에너지에 대한 이러한 조정은, 검출될 전자기 방사선(λ)보다 낮은 에너지에 대응하는 제1 물질의 밴드갭 에너지에 적합한 구성 원소들의 비율(X1)에 의해 획득된다.
제1 물질은 다수 캐리어들 및 소수 캐리어들에 대해 제1 도전형을 갖는다. 결과적으로, 다수 캐리어들 및 소수 캐리어들은, 각각 제1 물질에서의 다수 및 소수인 캐리어들을 의미한다.
제1 전기적 컨택(70)은 제1 물질 및 이것이 갖는 도전형에 맞게 조정된 전기적 컨택이다.
본 발명의 구체적인 적용에 따르면, 제1 물질은, 3 μm보다 낮은 중파장(mid-wavelength) 적외선의 범위에서 전자기 방사선(λ)을 검출 및/또는 측정하는데 적합한 구조의 경우, 0.4와 동일한 구성 원소들의 비율(X1)을 포함하고, 5 μm보다 낮은 중파장 적외선의 범위에서 전자기 방사선(λ)을 검출 및/또는 측정하는데 적합한 구조의 경우, 0.3과 동일한 구성 원소들의 비율(X1)을 포함한다. 10 μm보다 낮은 원 적외선의 범위에서 전자기 방사선(λ)을 검출 및/또는 측정하는 경우, 제1 물질의 구성 원소들의 비율(X1)은 0.22와 동일하다.
동일한 구체적인 적용에 따라, 제1 물질은, 제1 구역(20)의 다수 캐리어들이 전자들이 되고, 그리하여, 소수 캐리어들은 정공들(h+)이 되게 하는 도전성을 갖는다. 이러한 도전형은 예를 들어, 인듐(In)과 같은 과잉 전자를 제공하는 구성 원소들의 도핑으로부터 제1 물질을 도핑함으로써 획득된다. 다수 캐리어들의 농도는 5.1014 cm-3와 5.1015　cm-3 사이이다.
본 발명의 구체적인 적용에 따르면, 제1 전기적 컨택(70)은 금(gold) 컨택이고, 이러한 컨택은 CdXHg1 - XTe 타입의 물질에 전기적으로 컨택하도록 조정된다.
제1 구역(20)은 전자기 방사선(λ)을 흡수하도록 채택된 구조의 구역이고, 이러한 흡수에 적합한 두께를 갖는다. 따라서, 본 발명의 구체적인 적용의 경우, 제1 구역(20)의 두께는 적어도 2 μm와 동일하고, 바람직하게는 대략적으로, 구조가 채택된 파장이다.
본 문서의 상술된 내용 및 나머지 내용에서, 상기 구조에서 구역의 두께는, 제1 구역에서 제2 구역으로 연장되는 축에 따른 구역의 치수를 의미한다. 도 1에 예시된 실시예에 따라, 그리고, 구역들 각각에 대해, 이러한 축은 상기 구역이 컨택한 다른 구역과의 인터페이스 표면에 실질적으로 수직이다. 본 문서에 기재된 실시예의 경우, 이러한 축은 도 1에 나타난 z 축이다.
제1 구역(20)은 서포트(10)와 컨택한 면 및 서포트(10)에 대향하는 면을 갖는다.
제1 인터페이스 구역(30)은 서포트(10)에 대향하는 제1 구역의 면 상에서 제1 구역(20)과 컨택한다. 제1 인터페이스 구역(30)은 서포트(10)에 대향하는 제1 구역(20)의 면에서 제1 구역(20)과 컨택하는 실질적으로 평면층이다.
제1 인터페이스 구역(30)은 전체 인터페이스 두께(e2)에서 제1 구역(20)에서 배리어 구역(40)으로 변하며, 제1 구역(20)에서 배리어 구역(40)으로 제1 물질에 대응하는 비율(X1)에서 배리어 비율(Xb)까지 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖는다.
제1 인터페이스 구역(30)의 구성 원소들의 비율은 전체 인터페이스 두께(e2)에서 실질적으로 균등하게 변화한다.
제1 인터페이스 구역(30)의 구성 원소들의 비율은 도 2에 예시된 바와 같이, 전체 인터페이스 두께(e2)에서 실질적으로 선형적으로 변화한다.
제1 인터페이스 구역(30)은 제1 구역(20)과 컨택한 면 및 제1 구역(20)과 컨택한 상기 면에 대향하고, 배리어 구역(40)에 컨택한 면을 갖는다.
배리어 구역(40)은 제1 및 제2 구역들(20, 60)의 다수 캐리어들에 대해 배리어로 역할을 하기 위한, 구조(5)의 일 구역이다. 배리어 구역(40)은 실질적으로 평면층이다.
배리어 두께(e1)는, 배리어 구역의 밴드 에너지 최소값의 경우 다수 캐리어에 대응하는 에너지 밴드 극 값의 에너지와 제2 구역의 컨덕션 밴드의 동일한 극 값의 에너지 사이의 절대 값의 차이가 동작 온도 정격에서 열 에너지의 적어도 10배와 동일하도록, 배리어 구역(40)이 밴드갭 에너지를 갖는 두께이다.
배리어 두께(e1)는 다수 캐리어들에 대한 배리어로써 역할을 하기 위하여 배리어 구역에 대해 충분히 넓은 치수를 갖고, 제2 구역(60)과 제1 구역(10) 사이에서 다수 캐리어들의 통과를 차단한다. 또한, 배리어 두께(e1)는 제2 구역(60)에 대한 제1 구역(20)의 역방향 바이어스 동안 배리어 구역의 빠른 공핍(quick depletion)을 허용하도록 충분히 낮다.
배리어 비율(Xb)은, 배리어 구역의 밴드갭 에너지 최소값의 경우 다수 캐리어에 대응하는 에너지 밴드 극 값의 에너지와 제2 구역의 컨덕션 밴드의 동일한 극 값의 에너지 사이의 절대값의 차이가 동작 온도 정격에서의 열 에너지의 적어도 10배에 동일하도록, 배리어 비율(Xb)을 포함하는 물질의 밴드갭 에너지에 필요한 구성 원소들의 비율이다.
배리어 구역에서 구성 원소들의 비율은 도 2에 예시된 바와 같이, 배리어 비율(Xb)과 최대 폭(maximum width) 비율(Xm) 사이에서 변화한다. 최대 폭 비율(Xm)은 배리어 구역(40)이 최대 밴드갭 에너지를 갖는 구성 원소들의 비율이다.
본 발명의 구체적인 적용에 따라, 배리어 비율(Xb) 및 최대 폭 비율(Xm)은, 3 μm보다 낮은 중파장 적외선의 범위에서 전자기 방사선(λ)을 검출하는 경우에 적합한 구조의 경우 (X1　=　0.4) 각각 0.8 및 0.85이고, 5 μm보다 낮은 중파장 적외선의 범위에서 전자기 방사선(λ)을 검출하는 경우 (X1　=　0.3) 각각 0.6 및 0.65이다. 10 μm보다 낮은 원적외선의 범위에서 검출하는 경우에는(X1 = 0.22), 배리어 비율(Xb) 및 최대 폭 비율(Xm)은 각각 0.55 및 0.6이다. 이러한 구체적인 적용들에 따른 구조들에 대한 동작 온도 정격들은 근적외선, 중파장 적외선 및 원적외선의 범위에서 검출하는 경우 각각 80 K, 120 K 및 170 K이고, kT의 10 배에서의 기준은 (실온에 근접한) 고온의 경우에도, 이러한 구성들 각각에서 널리 만족된다.
배리어 구역(40)은 배리어 두께(e1)를 따라, 그리고, 제1 인터페이스 구역(30)에서 배리어 구역(50)까지, 연속적으로:
- 제1 부분을 따라, 구성 원소들의 비율이 배리어 비율(Xb)에서 최대 폭 비율(Xm)까지 선형적으로 변화하는 제1 부분,
- 제2 부분을 따라, 구성 원소들의 비율이 실질적으로 일정하고, 최대 폭 비율(Xm)과 동일한 제2 부분,
- 제3 부분을 따라, 구성 원소들의 비율이 최대 폭 비율(Xm)에서 배리어 비율(Xb)까지 선형적으로 변화하는 제3 및 마지막 부분을 갖는다.
효율적인 포텐셜 배리어를 갖기 위해, 제2 부분은 배리어 구역(40)의 대부분에 해당한다.
본 발명의 구체적인 적용에 따르면, 배리어 두께(e1)는 100 nm 내지 300 nm 사이이고, 바람직하게는 300 nm와 동일하다.
배리어 구역(40)은 인터페이스 구역(30)에 컨택한 면 및 인터페이스 구역(30)에 컨택한 상기 면에 대향하고 제2 인터페이스 구역(50)에 컨택한 면을 갖는다.
제2 인터페이스 구역(50)은 제1 인터페이스 구역(30)에 대향하는 배리어 구역(40)의 상기 면에서 배리어 구역(40)에 컨택하는 실질적으로 평면층이다.
제2 인터페이스 구역(50)은 전체 인터페이스 두께(e3)에서, 배리어 구역(40)에서 제2 구역으로, 배리어 비율(Xb)에 대응하는 비율에서 제2 물질에 대응하는 비율(X2)까지 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖는다.
제2 인터페이스 구역(50)에서 구성 원소들의 비율은 전체 제2 인터페이스 두께(e3)에서 실질적으로 균등하게 변화한다. 제2 인터페이스 구역(50)에서 구성 원소들의 비율은, 도 2에 예시된 바와 같이, 전체 인터페이스 두께(e3)에서 실질적으로 균등하게 변화한다.
제2 인터페이스 두께(e3)는 가능한 낮고, 배리어 두께(e1)의 3분의 1보다 낮으며, 바람직하게는 배리어 두께(e1)의 10분의 1보다 낮다.
본 발명의 구체적인 적용에 따르면, 배리어 두께(e1)는 30 nm보다 낮다.
제2 인터페이스 구역(50)은 배리어 구역(40)에 컨택한 면 및 배리어 구역에 컨택한 상기 면에 대향하고 제2 구역(60)에 컨택한 면을 갖는다.
제2 구역(60)은 배리어 구역(40)에 대향하는 제2 인터페이스 구역(50)의 상기 면에서 제2 인터페이스 구역(50)에 컨택한 실질적으로 평면층이다.
제2 구역(60)은 도 2에 예시된 바와 같이, 제2 물질의 구성 원소들의 비율(X2)이 제1 물질의 구성 원소들의 비율(X1)과 실질적으로 동일한, 제2 물질로 이루어진다.
제2 물질은 제1 물질과 실질적으로 동일한 다수 캐리어 농도 및 도전형을 갖는다.
제2 구역(60)은 제2 구역(60)의 바이어스를 가능하게 하는데 적합하고, 이로써, 제2 물질에 적합한 제2 전기적 컨택(75)을 제공한다.
본 발명의 구체적인 적용에 따르면, 제2 전기적 컨택(75)은 티타늄 및/또는 금 컨택이고, 이러한 컨택은 HgXCd1 - XTe 타입의 물질에 적합하다.
구조(5)는 제1 및 제2 전기적 컨택들(70, 75) 이외의 구조(5)의 표면들 상에 표면 페시베이션 층(80)을 제공하고, 상기 표면 페시베이션 층(18)은 또한 구조(5)의 표면들에 대해 전기적 절연 기능을 갖는다.
구체적인 적용에 따르면, 표면 페시베이션(80)은 카드뮴 텔루라이드(CdTe) 또는 아연 설파이드(zinc sulphide)(ZnS)로 이루어진다.
이러한 구조(5)가 본 발명의 구체적인 적용에 따른 구조인 경우, 도 3a에 예시된 바와 같은, 바이어스가 없는, 밴드 구조를 갖는다.
제1 구역은 그 전체 두께에서 일정한 에너지 갭을 갖고, 그 밴드갭 에너지는 검출 및/또는 측정될 전자기 방사선(λ)의 에너지보다 다소 낮다.
구성 원소들의 비율이 제1 인터페이스 두께(e2)에 따라 변화하므로, 제1 인터페이스 구역(30)은 전체 제1 인터페이스 두께(e2)에서 증가하는 밴드갭 에너지를 갖는다. 구성 원소들이 수은, 카드뮴 및 텔루륨이므로, 증가된 카드뮴의 비율과 관련된 밴드갭 에너지의 확장은 비대칭적이고, 증가의 거의 20%는 밸런스 밴드에 분포되고, 증가의 거의 80%는 컨덕션 밴드에 분포된다.
배리어 구역에서, 밴드갭 에너지는 최대 밴드갭 에너지에 도달하기 위해 빠르게 증가한다. 최대 밴드갭 에너지가 도달하면, 배리어 구역(40)은 배리어 두께(e1)의 대부분에서 실질적으로 일정한 밴드갭 에너지를 갖는다.
배리어 구역의 밴드 구조는, 제1 및 제2 구역들에 대해 고 에너지를 향한 컨덕션 밴드(Ec)의 오프셋에 주로 대응하고, 다수 캐리어들인 전자들에 대해 포텐셜 배리어가 형성된다. 상기 밴드 구조는 또한 제1 및 제2 구역에 대해 저 에너지를 향한 밸런스 밴드(Ev)의 오프셋을 갖고, 그 결과, 소수 캐리어들인 정공들에 대한 포텐셜 배리어도 형성된다. 이에 따라, 그리고, 컨덕션 밴드 및 밸런스 밴드에 대한 오프셋 비대칭으로 인해, 배리어 구역은 전자들 및 정공들 각각에 대해 강한 포텐셜 배리어 및 낮은 포텐셜 배리어를 갖는다.
배리어 두께의 말단에서, 배리어 비율(Xb)을 갖는 물질에 대응하는 밴드갭 에너지 값에 도달하도록 밴드갭 에너지는 감소한다.
제2 인터페이스 구역(50)에서, 제2 인터페이스 두께(e3)에 따른 구성 원소들의 비율의 변화는 전체 제2 인터페이스 두께(e3)에서 감소된 밴드갭 에너지를 야기한다. 제2 인터페이스 두께(e3)의 적합성으로 인해, 밴드갭 에너지의 변화는 제1 인터페이스 구역(30)의 변화에 비해 급격하다.
제2 인터페이스 구역(50)은 제1 구역(20)과 실질적으로 동일한 밴드갭 에너지를 갖고, 이것은 제1 구역(20)에서 제2 구역(60)으로 소수 캐리어들의 스위칭 동작을 용이하게 한다.
본 발명에 따른 구조(5)를 구현함으로써, 제1 구역(20)은 제2 구역(60)에 대해 역방향으로 바이어스되고, 상기 바이어스는 제1 및 제2 전기적 컨택들(70, 75)d을 이용하여 수행된다. 예를 들어, 구조(5)는, 이러한 바이어스 동안, 도 3b에 예시된 바와 동일한 타입의 밴드 구조를 가짐으로써, 전자기 방사선(λ)을 검출할 수 있다. 실제로, 제1 구역(20)에서 생성된 임의의 전자-정공 쌍의 경우, 상기 쌍의 소수 캐리어는 제1 및 제2 구역들(20, 60) 사이에 적용되는 포텐셜 차이에 의해 가속화되고, 배리어(40) 및 그 인터페이스(30)에서 생기는 전기장에 의해 직접 수집된다. 실제로, 다수 캐리어는 배리어 구역을 통과할 때 포텐셜 배리어를 만나지 않는다.
도 3b는 본 발명의 구체적인 적용에 따른 구조(5)와 관련되고, 동작이 더 잘 이해되는 것을 가능하게 한다.
이러한 구조(5)의 경우, 적외선 전자기 방사선(λ)의 측정 및/또는 검출을 가능하게 하기 위해 인가된 전압은 약 수 백 밀리볼트(millivolts)이어야 한다. 도 3b에서, 제2 구역에 대한 제1 구역의 역방향 바이어스 동안, 포텐셜 변화는 제1 인터페이스 구역(30) 및 배리어 구역(40)에서 주로 전달된다.
따라서, 결과적으로, 제1 인터페이스 구역(30) 및 배리어 구역(40)에서, 밸런스 밴드 및 컨덕션 밴드의 고에너지로의 상승이 있다. 이러한 상승은, 제1 인터페이스 구역(30)에 대해 그리고 동작 임계 전압으로부터, 소수 캐리어들에 대한 포텐셜 배리어를 제거하기 위해 밸런스 밴드를 충분히 변형한다. 제2 인터페이스 구역(50)에서 컨덕션 밴드 및 밸런스 밴드의 변형은 감소된 채로 남아있고, 배리어 구역은 제2 구역(60)과 제1 구역(20) 사이에서 다수 캐리어들의 임의의 전류를 방지하는 포텐셜 배리어를 계속해서 형성한다.
따라서, 전자기 방사선(λ)이 없는 경우, 상기 구조(5)를 통해 이동하는 다수 캐리어들의 전류는 없다. 상기 구조(5)가 충분한 에너지를 가진 전자기 방사선(λ)에 노출되면, 포톤에 의해 제1 구역(20)에서 전자-정공 쌍이 생성되고, 상기 쌍의 정공은 가속화되어, 포텐셜 배리어를 만나지 않고 통과하여 제2 구역(60)에서 모인다. 그리하여, 적절한 전자 장치를 이용하여 생성된 전류는 전자기 방사선(λ)이 검출 및/또는 측정되는 것을 가능하게 한다.
구체적인 적용에 따른 구조(5)는 제조 방법에 따라 만들어질 수 있고, 제조 방법은:
- 카드뮴 및 아연 텔루라이드(CdZnTe)의 반도전성 서포트(10)를 제공하는 단계,
- 제1 구역(20)을 형성하는 제1 물질층을 형성하기 위해, 서포트(10) 위에 구성 원소들을 퇴적하는 단계,
- 제1 인터페이스 구역(30)을 형성하기 위해, 제2 구역(20) 위에 구성 원소들을 퇴적하는 단계로서, 상기 구성 원소들은 층으로 퇴적되고, 제1 인터페이스 두께(e1)에서, 제1 물질에 대응하는 비율(X1)에서 배리어 비율(Xb)로 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖는 단계,
- 배리어 구역(40)을 형성하기 위해, 제1 인터페이스 구역(30) 위에 구성 원소들을 퇴적하는 단계로서, 상기 구성 원소들은 층으로 퇴적되고, 층의 두께는 배리어 두께(e1)이고, 배리어 구역(40)에서 구성 원소들의 비율은 배리어 비율(Xb)과 최대 폭 비율(Xm) 사이로 구성된 단계,
- 제2 인터페이스 구역(50)을 형성하기 위해, 배리어 구역(40) 위에 구성 원소들을 퇴적하는 단계로서, 상기 구성 원소들은 층을 형성하도록 퇴적되고, 제2 인터페이스 두께(e3)에서, 배리어 비율(Xb)에서 제2 구역에 대응하는 비율(X2)로 변화하는 구성 원소들의 비율을 갖는 단계,
- 제2 구역(60)을 형성하는 제2 물질층을 형성하기 위해, 제2 인터페이스 구역(50) 위에 구성 원소들을 퇴적하는 단계,
- 제1 및 제2 구역들(20, 60) 상에 제1 및 제2 전기적 컨택들(70, 75)을 각각 형성하는 단계,
- 금속 컨택들(70, 75) 이외의 구조의 표면들 상에 표면 페시베이션(80)을 퇴적하는 단계를 포함한다.
본 발명의 구체적인 적용의 경우, 상기 구성 원소들의 퇴적으로 구성된 단계들은 분자빔 에피택시(molecular beam epitaxy) 또는 메탈-오가닉 기상 에피택시 퇴적(metal-organic vapour phase epitaxy deposition)을 통해 수행될 수 있다.
또한, 구조의 구역들(10, 20, 30, 40, 50, 60)에서 도전형 및 다수 캐리어들의 농도를 정의하기 위하여, 서로 다른 구역들(10, 20, 30, 40, 50, 60)을 형성할 때에 구성 원소들의 퇴적에 수반하여 도핑 원소들이 퇴적된다는 점에 유의할 수 있다. 도핑 원소들의 타입에 따라, 구조(5)를 제조하는 방법은 예를 들어, 열 어닐링(annealing) 단계와 같은 도핑 원소들의 활성화 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 예를 들어, 도 4에 부분적으로 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 구조들(5a, 5b, 5c, 5d)을 포함하는 장치(1)와 관련된다.
이러한 장치(1)는 소위 제1 광학 부분(optical part)(2) 및 도시되지 않은 소위 제2 처리 부분(processing part)을 포함한다.
도 4에 예시된 광학 부분(2)은 본 발명에 따른 네 개의 구조들(5a, 5b, 5c, 5d)을 갖는다.
광학 부분(2)은:
- 모든 구조들(5a, 5b, 5c, 5d)에 공통되는 반도전성 서포트(10),
- 반도전성 서포트(10)에 컨택하고, 제1 전기적 컨택(70)을 가지며, 제1 물질로 이루어지고, 모든 구조들(5a, 5b, 5c, 5d)에 공통되는 제1 반도전성 구역(20),
- 제1 구역(20)에 컨택하고, 모든 구조들(5a, 5b, 5c, 5d)에 공통되는 제1 인터페이스 구역(30),
- 제1 인터페이스 구역(30)에 컨택하고, 모든 구조들(5a, 5b, 5c, 5d)에 공통되는 배리어 구역(40),
- 배리어 구역(40)에 컨택하고, 모든 구조들(5a, 5b, 5c, 5d)에 공통되는 제2 인터페이스 구역(50),
- 제2 인터페이스 구역(50)과 컨택하는 각 구조에 대한 제2 반도전성 구역(60a, 60b, 60c, 60d)으로서, 각각 제2 전기적 컨택(75a, 75b, 75c, 75d)을 갖고, 제2 물질로 이루어진 제2 반도전성 구역(60a, 60b, 60c, 60d), 및
- 제1 및 제2 전기적 컨택들(70, 75a, 75b, 75c, 75d) 이외의 광학 부분(2)의 표면을 패시베이팅하기에 적합한 표면 패시베이션 층(80)을 포함한다.
광학 부분(2)의 구조들(5a, 5b, 5c, 5d)은 상술된 구조(5)와 동일한 동작 원리를 이용하고, 광학 부분(2)의 서로 다른 구역들(10, 20, 30, 40, 50, 60a, b, c, d)은 상술된 구조의 구역들과 동일한 특징들을 갖는다.
광학 부분(2)을 상기 장치의 처리 부분 상으로 인듐 하이브리드화(indium hybridation)하도록, 광학 부분(2)의 모든 전기적 컨택들은, 상기 장치를 형성하기 위해, 인듐 하이브리드화에 의한 연결을 가능하게 하는데 적합한, 처리 부분에 대한 광학 부분의 하이브리드화 도면(plan)을 정의하도록 배열된다.
처리 부분은 광학 구조들(5a, 5b, 5c, 5d)의 전기 신호들을 처리하기에 적합한 처리 회로들을 형성하도록 함께 상호 연결된 반도전성 구조들을 포함하는 부분이다. 또한, 처리 부분은 인듐 하이브리드화에 의해 광학 파트로 연결을 가능하게 하는데 적합한 전기적 컨택들을 포함한다. 따라서, 이러한 장치는 예를 들어, CdXHg1 - XTe와 같은 광학 반도체 물질의 이용의 이점들과 실리콘 구조들에 의해 제공된 노이즈가 낮고 빠른 전자 장치들에 의한 처리 부분의 이점들의 결합을 가능하게 한다.
이러한 장치(1)의 구현은 그 광학 부분의 경우, 본 발명에 따른 구조와 유사하다.
이러한 장치(1)의 제조 방법은, 광학 구조들(5a,b,c,d) 각각에 대해 특수한 제2 구역들(60a,b,c,d) 및 그들의 전기적 컨택들의 제조와 관련된 마스킹(masking) 단계들의 구현을 제외하고는, 본 발명에 따른 구조(5)의 제조 방법과 유사하다.
상술된 실시예에서, 본 발명에 따른 구조(5)가 세 개의 부분들을 갖는 배리어 구역(40)을 갖고, 배리어 구역의 대부분에 해당하는 제2 부분이 실질적으로 일정한 원소들의 비율을 갖는다면, 배리어 구역(40)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 배리어 두께(e1)의 대부분에서 구성 원소들의 임의의 비율 변화를 포함할 수 있다. 이러한 가능성에 따라, 배리어 두께에 따른(e1) 구성 원소들의 비율 변화는, 전체 배리어 구역(40)에서 밴드갭 에너지가 배리어 비율(Xb)에 대응하는 밴드갭 에너지와 동일하거나 그보다 높게 되도록, 결정되어야 한다.
상술된 실시예에서, 본 발명에 따른 구조(5)가 제1 물질의 구성 원소들의 비율(X1)과 실질적으로 동일한, 제2 물질의 구성 원소들의 비율(X2)을 갖는다면, 제2 물질의 구성 원소들의 비율(X2)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 제1 물질의 구성 원소들의 비율과 다를 수 있다.
본 발명의 구체적인 적용에서, 다수 캐리어들은 전자들이고, 상기 구조는 nBn 타입의 구조(n은 제1 및 제2 구역들의 도핑 타입이고, B는 배리어)이다. 본 발명에 따른 구조는 또한 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 다수 캐리어들이 정공들인 도전형을 갖고, 이러한 가능성에 따른 상기 구조는 pBp 타입의 구조(p는 제1 및 제2 구역들의 도핑 타입이고, B는 배리어)이다.
나아가, 본 명세서에 상술된 실시예에서, 제1 및 제2 인터페이스 구역들 각각이 각 두께에 따른 구성 원소들의 선형적인 비율 변화를 가지는 경우, 제1 및 제2 구역들 중 적어도 하나의 원소들의 비율 변화는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 선형적이지 않은 다른 변화를 가질 수 있다.
본 명세서에 상술된 실시예에서, 구성 원소들의 비율이 제1 및 제2 인터페이스 구역들에서 선형적으로 변화하는 경우, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 상기 인터페이스 구역들 중 하나 또는 둘 다의 구성 원소들의 비율이 선형적이지 않게 변화하는 것도 고려할 수 있다. 따라서, 또한 상기 인터페이스 구역들 중 하나 또는 둘 다에 대해, 구성 원소들의 비율이 가우스 에러 함수(Gauss' error function)로도 알려진 에러 함수에 따라 변화하는 것도 고려할 수 있다.
10:서포트
20: 제1 반도전성 구역
30: 제1 인터페이스 구역
40: 배리어 구역
50: 제2 인터페이스 구역
60: 제2 반도전성 구역
70, 75: 전기적 컨택
80: 표면 패시베이션 층

Claims (11)

  1. 전자기 방사선(λ)을 수신 가능하고 수신된 전자기 방사선을 전기 신호로 변환 가능한 반도전성 구조(5)로서, 상기 구조는 동작 온도 정격을 포함하며, 이러한 구조(5)는:
    - 각각 제1 및 제2 반도체 물질들로 이루어지고, 상기 제1 및 제2 반도체 물질들 모두는 구성 원소들로 지칭되는 동일한 원소들로 구성되며, 상기 구성 원소들 중 적어도 두 개의 서로 다른 비율은 상기 물질의 밴드갭 에너지 차이에 대응하고, 상기 제1 물질은 다이렉트 밴드갭 반도체 물질인, 동일한 도전형의 제1 및 제2 구역들(20, 60),
    - 상기 제1 및 제2 구역들(20, 60) 사이에 제공되고, 배리어 두께(e1)에서 상기 제1 및 제2 구역들(20, 60)의 다수 캐리어들에 대한 배리어로 작용하며, 상기 구성 원소들로 구성되는 배리어 구역(40)으로서, 상기 배리어 구역(40)이 상기 제1 구역(20)의 밴드갭 에너지보다 높은 밴드갭 에너지 최소값을 갖도록, 그리고, 상기 배리어 구역의 상기 밴드갭 에너지 최소값에 대한 다수 캐리어에 대응하는 에너지 밴드 극 값(extremum)의 에너지와 상기 제2 구역의 이러한 동일한 극 값의 에너지 사이의 절대값의 차이가 상기 동작 온도 정격에서 열 에너지의 적어도 10배와 동일하도록, 상기 배리어 구역(40)은 전체 상기 배리어 두께(e1)에서 구성 원소들의 비율을 갖고, 상기 배리어 구역(40)이 가장 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 상기 구성 원소들의 비율은 배리어 비율(Xb)을 정의하는, 상기 배리어 구역(40)을 포함하고,
    상기 구조(5)는 제1 인터페이스 두께(e2)에서 상기 제1 구역(20) 및 상기 배리어 구역(40)에 인터페이싱하도록 배열되고, 전체 상기 인터페이스 두께(e2)에서 상기 제1 구역(20)에서 상기 배리어 구역(40)으로, 상기 제1 물질에 대응하는 비율에서 상기 배리어 비율(Xb)까지 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖고, 상기 제1 인터페이스 두께(e2)는 상기 배리어 두께(e1)의 적어도 절반과 동일한, 제1 인터페이스 구역(30), 및 제2 인터페이스 두께(e3)에서 상기 배리어 구역(40) 및 상기 제2 구역(60)에 인터페이싱하도록 배열되고, 전체 상기 제2 인터페이스 두께(e3)에서 상기 배리어 구역(40)에서 상기 제2 구역(60)으로, 상기 배리어 비율(Xb)에서 상기 제2 물질에 대응하는 조성까지 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖고, 상기 제2 인터페이스 두께(e3)는 상기 배리어 두께(e1)의 절반보다 낮은, 제2 인터페이스 구역(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조(5).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구조는 nBn 구조이고, 상기 제1 및 제2 구역들은 상기 다수 캐리어들이 전자들인 상기 도전형이고, 상기 배리어 구역(40)은 상기 구성 원소들로 구성되며, 상기 배리어 구역(40)이 상기 제1 구역(20)의 상기 밴드갭 에너지보다 높은 밴드갭 에너지 최소값을 갖도록, 그리고, 상기 배리어 구역의 상기 밴드갭 에너지 최소값에 대한 상기 다수 캐리어에 대응하는 상기 에너지 밴드 극 값의 상기 에너지와 상기 제2 구역의 컨덕션 밴드의 동일한 극 값의 에너지 사이의 절대값의 차이가 상기 동작 온도 정격에서 상기 열 에너지의 적어도 10배와 동일하도록, 상기 배리어 구역(40)은 전체 상기 배리어 두께(e1)에서 구성 원소들의 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 구조(5).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 물질들은 실질적으로 동일한 구성 원소들의 비율들을 갖는 것을 특징으로 하는 구조(5).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 구성 원소들은 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 및 텔루륨(Te)인 것을 특징으로 하는 구조(5).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 인터페이스 두께(e2)는 상기 배리어 두께(e1)의 한 배 내지 상기 배리어 두께(e1)의 두 배 사이인 것을 특징으로 하는 구조(5).
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구성 원소들의 상기 비율은 전체 상기 제1 인터페이스 두께(e2)에서 실질적으로 균등하게 변화하는 것을 특징으로 하는 구조(5).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 인터페이스 두께(e3)는 상기 배리어 두께(e1)의 3분의 1보다 낮은 것을 특징으로 하는 구조(5).
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배리어 두께(e1)는 100 nm 내지 300 nm 사이인 것을 특징으로 하는 구조(5).
  9. 광학 구조들이라 지칭되는 복수의 반도전성 구조들(5a, b, c, d)을 포함하고, 상기 광학 구조들(5a, b, c, d) 중 적어도 하나는 제1항에 따른 구조인 것을 특징으로 하는 반도전성 장치(1).
  10. 제9항에 있어서,
    전자기 방사선(λ)을 수신 가능하고, 수신된 전자기 방사선을 전기 신호로 변환 가능한 상기 복수의 광학 구조들(5a, b, c, d)을 포함하는 광학 부분(2), 및
    상기 광학 구조들(5a, b, c, d)의 상기 전기 신호들을 처리하도록 그들 사이에 배열된 반도전성 구조들을 포함하는 처리 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도전성 장치(1).
  11. 제1항에 따른 반도전성 구조(5)의 제조 방법으로서,
    - 소위 구성 원소들로 구성된 제1 반도체 물질로 이루어진, 제1 도전형의 제1 구역(20)을 제공하고, 이에 따라, 상기 구성 원소들 중 적어도 두 개의 서로 다른 비율이 상기 물질의 밴드갭 에너지의 변화에 대응하는, 상기 제1 구역(20)을 제공하는 단계,
    - 제1 인터페이스두께(e2) 및 전체 상기 인터페이스 두께(e2)에서 상기 제1 물질에 대응하는 비율에서 배리어 비율로 변화하는 구성 원소들의 조성을 갖고, 상기 제1 구역(20)에 컨택한 제1 인터페이스 구역(30)을 형성하는 단계;
    - 상기 인터페이스 구역(30)이 상기 제1 구역(20) 및 배리어 구역(40)에 인터페이싱하도록 상기 인터페이스 구역(30)에 컨택한 상기 배리어 구역(40)을 형성하는 단계로서, 상기 배리어 구역(40)은 상기 제1 인터페이스 두께(e2)의 두 배보다 적어도 낮은 배리어 두께(e1)를 갖고, 상기 배리어 구역(40)은 구성 원소들로 구성되며, 상기 배리어 구역(40)이 상기 제1 구역(20)보다 높은 밴드갭 에너지 갭을 갖도록, 상기 배리어 구역(40)은 전체 상기 배리어 두께(e1)에서 비율을 갖고, 상기 배리어 구역(40)이 가장 낮은 밴드갭 에너지를 갖는 상기 구성 원소들의 비율은 상기 배리어 비율(Xb)과 동일한, 상기 배리어 구역(40)을 형성하는 단계,
    - 제2 인터페이스 두께(e3)로 제2 인터페이스 구역(50)을 형성하는 단계로서, 상기 제2 인터페이스 구역의 구성 원소들의 조성은 상기 배리어 비율(Xb)에서 상기 제2 물질에 대응하는 비율로 변화하고, 상기 제2 인터페이스 두께(e3)는 상기 배리어 두께(e1)의 절반보다 낮은, 상기 제2 인터페이스 구역(50)을 형성하는 단계,
    - 상기 제1 구역(20)과 동일한 도전형의 제2 구역(60)을 형성하는 단계로서, 상기 제2 구역(60)은 상기 구성 원소들로 구성된 제2 반도체 물질로 이루어지고, 상기 제2 구역(60)은, 상기 제1 및 제2 구역들(20, 60) 사이에 배리어 구역(40)이 제공되도록 배열되며, 상기 제2 구역(60)의 밴드갭 에너지는 상기 배리어 구역의 밴드갭 에너지 최소값에 대한 다수 캐리어에 대응하는 에너지 밴드 극 값의 에너지와 상기 제2 구역의 상기 동일한 극 값의 에너지 사이의 절대값의 차이가 상기 동작 온도 정격에서 상기 열 에너지의 적어도 10배와 동일하도록 결정되는, 상기 제2 구역(60)을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2994616B1 (fr) 2012-08-14 2014-09-12 Commissariat Energie Atomique Composant semiconducteur et procede de fabrication d'un composant semiconducteur
FR3021807B1 (fr) 2014-05-27 2017-09-29 Commissariat A L Energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Matrice de photodiodes mesa a ftm amelioree
FR3032304B1 (fr) 2015-02-02 2017-03-10 Commissariat Energie Atomique Structure semiconductrice a deux cavites resonantes couplees optiquement et procede de fabrication d'une telle structure
FR3039629B1 (fr) * 2015-07-28 2020-08-14 Valeo Vision Dispositif d'eclairage pour projecteur de vehicule automobile
CN109569621B (zh) * 2017-09-29 2021-10-01 中国石油化工股份有限公司 催化剂组合物、制造方法及其用途
CN113471302B (zh) * 2021-07-09 2022-10-14 弘大芯源(深圳)半导体有限公司 一种带内外电位保护环的肖特基二极管

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100230720A1 (en) 2009-02-13 2010-09-16 University Of Rochester Semiconductor device and method

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0106514B1 (en) 1982-09-23 1989-03-15 The Secretary of State for Defence in Her Britannic Majesty's Government of the United Kingdom of Great Britain and Infrared detectors
US4783594A (en) * 1987-11-20 1988-11-08 Santa Barbara Research Center Reticular detector array
JPH09232616A (ja) * 1996-02-20 1997-09-05 Fujitsu Ltd 赤外線検出装置
JPH10256594A (ja) * 1997-03-10 1998-09-25 Fujitsu Ltd 半導体光検知装置
JP2000188407A (ja) * 1998-12-22 2000-07-04 Fujitsu Ltd 赤外線検知素子
JP2001274451A (ja) * 2000-03-27 2001-10-05 Toshiba Corp 半導体撮像素子およびその製造方法
US20070075224A1 (en) * 2004-06-10 2007-04-05 Jones Christopher L Two coluor photon detector
US7687871B2 (en) * 2006-03-19 2010-03-30 Shimon Maimon Reduced dark current photodetector
IL174844A (en) * 2006-04-06 2011-02-28 Semi Conductor Devices An Elbit Systems Rafael Partnership Unipolar semiconductor photodetector with suppressed dark current and method for producing the same
US8044435B2 (en) * 2006-11-14 2011-10-25 Lockheed Martin Corporation Sub-pixel nBn detector
US7737411B2 (en) * 2007-10-11 2010-06-15 California Institute Of Technology nBn and pBp infrared detectors with graded barrier layer, graded absorption layer, or chirped strained layer super lattice absorption layer
US8502271B2 (en) * 2009-10-23 2013-08-06 Lockheed Martin Corporation Barrier photodetector with planar top layer
US8492702B2 (en) * 2010-02-21 2013-07-23 Technion Research & Development Foundation Limited Method and system for detecting light having a light absorbing layer with bandgap modifying atoms
US20130168792A1 (en) * 2011-09-16 2013-07-04 Sionyx, Inc. Three Dimensional Architecture Semiconductor Devices and Associated Methods

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100230720A1 (en) 2009-02-13 2010-09-16 University Of Rochester Semiconductor device and method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ITSUN0 A M ET AL: "Design and Modeling of 1-11 HgCdTe nBn Detectors" , JOURNAL 0F ELECTRONIC MATERIALS, SPRINGER US, BOSTON ,vol . 40, no. 8, 7 Apri l 2011 (2011-04-07) ,pages 1624-1629 , XP019921471

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