RU2012103C1

RU2012103C1 - Photoresistor manufacturing process

Info

Publication number: RU2012103C1
Application number: SU914955170A
Authority: RU
Inventors: Б.А. Акимов; А.В. Албул; Н.Б. Брандт; А.М. Мусалитин; Л.И. Рябова; Е.П. Скипетров
Original assignee: Акимов Борис Александрович
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: semiconductor engineering. SUBSTANCE: procedure involves shaping of active component from monocrystal of solid solution of tin telluride in lead telluride with indium admixture in following proportion; % : tin - 8.3 to 8.6; indium - 0.2 to 0.7; tellurium - 40.5 to 41.1; lead - the rest. Component is irradiated by flux of fast electrons at a rate of (1-2)10¹⁶cm^-2 sq. cm. EFFECT: facilitated procedure. 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в качестве активного элемента приемника ИК-излучения, работающего в условиях радиационного воздействия. The invention relates to semiconductor technology and can be used as an active element of an infrared radiation receiver operating under conditions of radiation exposure.

Известен [1, 2] активный элемент фоторезистора на основе монокристаллического твердого раствора теллурида олова в теллуриде свинца с примесью индия при соотношении компонентов, мас. % : Sn - от 8,3 до 9,6; In - от 0,2 до 0,7; Te - от 40,5 до 41,1; Pb - остальное. Known [1, 2] the active element of a photoresistor based on a single-crystal solid solution of tin telluride in lead telluride with an admixture of indium in the ratio of components, wt. %: Sn - from 8.3 to 9.6; In - from 0.2 to 0.7; Te - from 40.5 to 41.1; Pb is the rest.

Указанный активный элемент обладает высокой фоточувствительностью, а области температур ниже 25 К - так называемой задержанной фотопроводимостью (т. е. памятью по фотоотклику), что позволяет работать в режиме счета фотонов (интегрировать поток ИК-излучения). Для работы в указанном режиме, особенно при регистрации малых потоков излучения, требуется стабильность параметров фоторезистора, особенно темновой проводимости, в том числе и в условиях радиационного воздействия. The indicated active element has high photosensitivity, and the temperature range below 25 K - the so-called delayed photoconductivity (i.e., memory based on the photoresponse), which makes it possible to work in the photon counting mode (integrate the IR radiation flux). To work in this mode, especially when registering small radiation fluxes, the stability of the photoresistor parameters, especially dark conductivity, including under conditions of radiation exposure, is required.

Целью изобретения является повышение радиационной стойкости при сохранении чувствительности активного элемента фоторезистора. The aim of the invention is to increase radiation resistance while maintaining the sensitivity of the active element of the photoresistor.

Цель достигается тем, что известный активный элемент фоторезистора подвергается облучению потоком быстрых электронов величиной до (1-2)˙10¹⁶ см^-2.The goal is achieved by the fact that the known active element of the photoresistor is irradiated with a stream of fast electrons up to (1-2) ˙ 10 ¹⁶ cm ^-2 .

Выбор вида облучения основан на следующем. Известно, что наибольшее изменение электрофизических параметров узкощелевых полупроводников вызывает облучение быстрыми электронами. Если выбраны быстрые электроны с энергией ε= 6 МэВ. Значение этой энергии превышает пороговую энергию ε _пор дефектообразования во всех исследованных полупроводниках. Глубина проникновения быстрых электронов в Pb_1-xSn_xTe более 1 см, а толщина рабочего элемента фоторезистора не превышала 0,5 мм. Облучение протонами или α -частицами приводит к нарушению лишь поверхностного слоя толщиной порядка 1 мкм. При высокой проводимости образцов, вызванной ИК-облучением, этот тонкий слой шунтируется объемом образца. Облучение γ -квантами эквивалентно облучению электронами, поскольку кванты выбивают в кристалле вторичные электроны, которые, в свою очередь, оказывают такое же действие, как и β-облучение. Таким образом, облучение быстрыми электронами является одновременно и способом изменять свойства образца, и хорошим инструментом для проверки на предмет радиационной стойкости.The choice of the type of exposure is based on the following. It is known that the largest change in the electrophysical parameters of narrow-gap semiconductors is caused by irradiation with fast electrons. If fast electrons with an energy of ε = 6 MeV are selected. The value of this energy exceeds the threshold energy ε of _pore formation in all investigated semiconductors. The penetration depth of fast electrons in Pb _1-x Sn _x Te is more than 1 cm, and the thickness of the working element of the photoresistor did not exceed 0.5 mm. Irradiation with protons or α particles leads to disruption of only the surface layer with a thickness of the order of 1 μm. At high conductivity of the samples caused by IR radiation, this thin layer is shunted by the volume of the sample. Irradiation with γ-quanta is equivalent to electron irradiation, since quanta knock out secondary electrons in the crystal, which, in turn, have the same effect as β-irradiation. Thus, irradiation with fast electrons is both a way to change the properties of the sample and a good tool to check for radiation resistance.

В таблице приведены параметры образцов активного элемента фоторезистора из заявленного интервала составов до и после облучения, а также образцов составов, выходящих из указанного интервала и нелегированного образца (без примеси In). Исследованные образцы выращивались по методу Чохральского из-под флюса В₂О₃. Содержание компонентов в готовых твердых растворах определялось с точностью 0,1% . Образцы в виде прямоугольных параллелепипедов с размерами (3,5-4) х (0,2-0,5) х (0,2-0,5) мм вырезались из слитков на электроэрозионном станке. Нарушенный слой стравливался полирующим травителем, представляющим собой 5% -ный раствор брома в HBr. Токовые и потенциальные контакты подпаивались сплавом, содержащим 95 мас. % In, 4 мас. % Ag, 1 мас. % Au. Исследования температурных зависимостей сопротивления в интервале 4,2-25 К в отсутствие и при ИК-подсветке тепловым источником, имеющим температуру до Т^*= 50 К, кинетики спада сигнала фотопроводимости, подвижности μ и концентрации n (р) носителей заряда проводились после каждой дозы облучения. Облучение осуществлялось быстрыми электронами на ускорителе ЭПУ-6 дозами по (1-2) 10¹⁶ см^-2, максимальный поток облучения достигал Ф_max = 10¹⁷ см^-2. Для исключения неконтролируемой засветки образец и тепловой источник излучения помещали в вакуумированную металлическую камеру, которую погружали в криостат с жидким гелием. Температура образца и источника излучения контролировались термопарами. В таблице приведены темновые (в отсутствие подсветки) значения n(p) и μ при 20 К, величины приращения проводимости Δ σ при освещении источником ИК-излучения с Т^*= 30 К, величины темнового удельного сопротивления ρ при Т = 4,2 К, в том числе после различных доз облучения, показатели γ степенных законов спада сигнала фотопроводимости после выключения подсветки.The table shows the parameters of the samples of the active element of the photoresistor from the claimed range of compositions before and after irradiation, as well as samples of compositions that leave the specified interval and undoped sample (without In impurity). The studied samples were grown according to the Czochralski method from B ₂ O ₃ flux. The content of components in the finished solid solutions was determined with an accuracy of 0.1%. Samples in the form of rectangular parallelepipeds with dimensions of (3.5-4) x (0.2-0.5) x (0.2-0.5) mm were cut from ingots on an EDM machine. The damaged layer was etched with a polishing etchant, which is a 5% solution of bromine in HBr. Current and potential contacts were soldered with an alloy containing 95 wt. % In, 4 wt. % Ag, 1 wt. % Au. Investigations of the temperature dependences of the resistance in the range 4.2–25 K in the absence and under IR illumination by a heat source having a temperature up to T ^* = 50 K, the kinetics of the decay of the photoconductivity signal, the mobility μ, and the concentration n (p) of charge carriers were carried out after each dose exposure. Irradiation was carried out by fast electrons at the EPU-6 accelerator with doses of (1-2) 10 ¹⁶ cm ^-2 , the maximum irradiation flux reached Ф _max = 10 ¹⁷ cm ^-2 . To exclude uncontrolled illumination, the sample and the thermal radiation source were placed in a vacuum metal chamber, which was immersed in a cryostat with liquid helium. The temperature of the sample and the radiation source were controlled by thermocouples. The table shows the dark (in the absence of illumination) values of n (p) and μ at 20 K, the values of the conductivity increment Δ σ when illuminated by an infrared source with T ^* = 30 K, the values of dark resistivity ρ at T = 4.2 K , including after various doses of radiation, indicators of γ power laws of decay of the photoconductivity signal after the backlight is turned off.

На чертеже представлены также температурные зависимости удельного сопротивления образцов 1 и 5 в интервале температур 4,2-25 К. Кружки - образец N 5 (светлые Ф = 0, темные - Ф _max), треугольники - образец N 1 (светлые Ф = 0, темные - Ф_max). Темновые кривые обозначены буквой а, кривые при подсветке - буквой б. Результаты исследований сводятся к следующему. Нелегированный образец N 6 существенно меняет свои параметры при облучении; величина n линейно по Ф увеличивается, подвижность μ уменьшается. У образцов 1-5 перечисленные параметры меняются при Ф_maxна 5-15% . При этом практически указанные изменения происходят уже при облучении дозой (1N2) ˙10¹⁶ см^-2. Далее при увеличении изменения n, μ составляют не более 1-2% . В таблице приведены абсолютные значения n, μ . Относительные измерения проводили с существенно большей точностью, что и позволяет делать вывод о неизменности n, μ в пределах 1-2% после облучения дозой 2 ˙10¹⁶ см^-3 и вплоть по крайней мере до дозы ˙10¹⁷см^-3. Стационарное значение Δ σ при длительном освещении образца источником с фиксированной температурой является интегральной характеристикой фотопроводимости. Величина Δ σ также изменяется в пределах 5-15% при дозах 2 ˙10¹⁶ см^-2, а затем остается неизменной в пределах 1-2% по крайней мере до дозы 10¹⁷ см^-3. Изменения темнового значения удельного сопротивления ρ более существенны. Однако, как следует из таблицы, если при дозах облучения 1-2 ˙10¹⁶ см^-2 изменения составляют от 30 до 800% , то при увеличении дозы до 10¹⁷ см^-2 они не превышают 5% . Перечисленные результаты в совокупности свидетельствуют о том, что облучение быстрыми электронами с потоком до 2 ˙10¹⁶ см^-2 резко повышает радиационную стойкость активного элемента из заявленной области составов. Указанная радиационная стойкость сохраняется по меньшей мере до интегральной дозы облучения 10¹⁷ см^-2. Были исследованы также характеристики образцов, выходящих за рамки заявленной области составов либо по количеству олова, либо по количеству индия. Поскольку по параметрам n(p), μ , Δ σ они уступают образцам заявленного состава и не могут работать в интегрирующем режиме (ввиду отсутствия либо срывов задержанной фотопроводимости), они не удовлетворяют поставленным задачам и не подвергались облучению электронами и проверке на радиационную стойкость.The drawing also shows the temperature dependence of the resistivity of samples 1 and 5 in the temperature range 4.2-25 K. Mugs - sample N 5 (light Ф = 0, dark - Ф _max ), triangles - sample N 1 (light Ф = 0, dark - f _max ). Dark curves are denoted by the letter a, curves when highlighted by the letter b. The research results are as follows. Unalloyed sample No. 6 significantly changes its parameters during irradiation; the value of n increases linearly in Ф, the mobility μ decreases. For samples 1-5, the listed parameters change at f _max by 5-15%. Moreover, practically the indicated changes occur already upon irradiation with a dose of (1N2) ˙10 ¹⁶ cm ^-2 . Further, with increasing changes in n, μ are no more than 1-2%. The table shows the absolute values of n, μ. Relative measurements were carried out with much greater accuracy, which allows us to conclude that n, μ remains unchanged within 1-2% after irradiation with a dose of 2 ˙ 10 ¹⁶ cm ^-3 and at least up to a dose of ˙10 ¹⁷ cm ^-3 . The stationary value of Δ σ during prolonged illumination of a sample by a source with a fixed temperature is an integral characteristic of photoconductivity. The value of Δ σ also varies within 5-15% at doses of 2 × 10 ¹⁶ cm ^-2 , and then remains unchanged within 1-2%, at least up to a dose of 10 ¹⁷ cm ^-3 . Changes in the dark value of resistivity ρ are more significant. However, as follows from the table, if at doses of 1-2 ˙ 10 ¹⁶ cm ^{-2 the} changes are from 30 to 800%, then when the dose is increased to 10 ¹⁷ cm ^-2 they do not exceed 5%. These results together indicate that irradiation with fast electrons with a flux of up to 2 × 10 ¹⁶ cm ^-2 sharply increases the radiation resistance of the active element from the claimed composition range. The specified radiation resistance is maintained at least up to an integral radiation dose of 10 ¹⁷ cm ^-2 . We also investigated the characteristics of samples that went beyond the claimed composition range either by the amount of tin or by the amount of indium. Since in terms of the parameters n (p), μ, Δ σ they are inferior to the samples of the claimed composition and cannot work in the integrating mode (due to the absence or disruption of the delayed photoconductivity), they do not satisfy the assigned tasks and were not subjected to electron irradiation and radiation resistance testing.

Таким образом, полученный таким образом активный элемент фоторезистора отличается повышенной радиационной стойкостью по сравнению с известными техническими решениями. Thus, the thus obtained active element of the photoresistor is characterized by increased radiation resistance in comparison with the known technical solutions.

Экономическая эффективность может быть определена в каждом случае конкретного применения. Cost-effectiveness can be determined in each case of a particular application.

Claims

METHOD FOR PRODUCING A PHOTO RESISTOR, including the formation of an active element from a single crystal of a solid solution of tin telluride in lead telluride with an admixture of indium in the ratio of components, wt. %:
Tin 8.3 - 9.6
Indium 0.2 - 0.7
Tellurium 40.5 - 41.1
Lead Else
characterized in that, in order to increase radiation resistance while maintaining sensitivity, the active element is irradiated with a stream of fast electrons at a radiation dose of (1 - 2) · 10 ¹⁶ cm ^-2 .