RU2069922C1 - Infrared-spectrum photodetector - Google Patents

Infrared-spectrum photodetector Download PDF

Info

Publication number
RU2069922C1
RU2069922C1 RU92011117A RU92011117A RU2069922C1 RU 2069922 C1 RU2069922 C1 RU 2069922C1 RU 92011117 A RU92011117 A RU 92011117A RU 92011117 A RU92011117 A RU 92011117A RU 2069922 C1 RU2069922 C1 RU 2069922C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
region
contact
substrate
concentration
impurity
Prior art date
Application number
RU92011117A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU92011117A (en
Inventor
Владислав Георгиевич Иванов
Татьяна Викторовна Сухенко
Original Assignee
Владислав Георгиевич Иванов
Татьяна Викторовна Сухенко
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Владислав Георгиевич Иванов, Татьяна Викторовна Сухенко filed Critical Владислав Георгиевич Иванов
Priority to RU92011117A priority Critical patent/RU2069922C1/en
Publication of RU92011117A publication Critical patent/RU92011117A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2069922C1 publication Critical patent/RU2069922C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

FIELD: electronic engineering; multielement and single-element extrinsic-conductivity photodetectors sensitive in infrared spectrum. SUBSTANCE: photodetector has substrate made of semiconductor compensated by deep multicharge impurity creating twice negative charged levels. Both sides of photodetector carry conducting buses built up of contact layer on substrate and deposited metal affording electric contact with substrate. Contact layer, as distinct from prototype, is formed from two regions at 300 K with different concentration of impurity enriching this layer. First region has maximum concentration so that it is twice as large or equal to diffusion length of carriers. Second region with impurity concentration is enriched by 1 or 2% higher than concentration of small impurities in substrate. Width of this region should be greater than length of carrier shielding at fine impurity compensation. Region of n+-n(p+-p) junction that possesses injecting properties appears in contact region during photodetector cooling. This junction incorporates fine impurity compensation plane possessing utmost shielding length of carriers injected from contact. Second region affords separation of electric contact to compensated semiconductor into two contacts performing different functions: nickel film and enriched substrate region contact that is resistive contact; second region and substrate contact which is injecting contact. EFFECT: improved design. 2 cl, 2 dwg, 3 tbl

Description

Фотоприемное устройство ФПУ относится к электронной технике, в частности к фотоприемникам, обладающим чувствительностью в ИК-диапазоне спектра, многоэлементным или одноэлементным с примесной фотопроводимостью. The photodetector FPU relates to electronic equipment, in particular to photodetectors having sensitivity in the infrared range of the spectrum, multi-element or single-element with impurity photoconductivity.

ФПУ для ИК-области спектра обычно используется в режиме импульсного опроса. Фотоэлектрические параметры ФПУ определяются свойствами электрического контакта к компенсированному полупроводнику. При включении импульса напряжения к ФПУ из контакта инжектируются основные носители тока и часть их захватывается на ловушки. За время паузы между импульсами происходит освобождение захваченных носителей тепловой или фотогенерацией. Величина фототока определяется током дозарядки уровней ловушек. FPU for the infrared region of the spectrum is usually used in the pulse survey mode. The photovoltaic parameters of the FPU are determined by the properties of the electrical contact to the compensated semiconductor. When a voltage pulse is switched on to the FPU, the main current carriers are injected from the contact and some of them are trapped. During the pause between pulses, the captured carriers are released by thermal or photo-generation. The magnitude of the photocurrent is determined by the current recharging levels of the traps.

Известно фотоприемное устройство (В. Г. Иванов. ФТП, 1979, вып. 9, т. 13, с. 1838 1841), которое содержит полупроводниковую фоточувствительную подложку, в которую введена компенсирующая примесь, энергия активации которой Еa меньше половины ширины запрещенной зоны материала подложки. Примесь является многозарядной с дважды отрицательно заряженным уровнем для основных носителей. ФПУ имеет внешние слои-шины, выполненные из материала образующего омический контакт с материалом подложки и прозрачные для проектируемого излучения. Фотоприемное устройство имеет ряд существенных недостатков: нестабильность электрических свойств получаемого контакта внешнего слоя с подложкой, влияние свойств поверхности подложки и свойств внешнего слоя на фотоэлектрические параметры ФПУ, плохая воспроизводимость технологического процесса при изготовлении омического контакта.A photodetector device is known (VG Ivanov. FTP, 1979, issue 9, volume 13, p. 1838 1841), which contains a semiconductor photosensitive substrate into which a compensating impurity is introduced, the activation energy of which E a is less than half the band gap substrate material. The impurity is multicharged with a double negatively charged level for the main carriers. FPU has external bus layers made of a material forming an ohmic contact with the substrate material and transparent to the projected radiation. The photodetector has several significant drawbacks: the instability of the electrical properties of the resulting contact of the outer layer with the substrate, the influence of the properties of the substrate surface and the properties of the outer layer on the photoelectric parameters of the FPU, poor reproducibility of the process in the manufacture of ohmic contact.

Известна инфракрасная детекторная матрица (патент GB N 2125217), содержащая подложку из кремния, легированного бором и компенсированного контролируемой дивакансией, на обеих сторонах которой сформированы проводящие взаимно перпендикулярные шины из Au, которые в свою очередь состоят из приконтактного слоя, представляющего собой область обогащения и пленки металла, нанесенной на приконтактный слой. Такой контакт при низких температурах образует переход типа n+-n(p+-p), которые формируется близко от поверхности, что приводит к зависимости свойств самого перехода от состояния поверхности и от свойств металла, что приводит к нестабильности контакта, а также не реализуются свойства инжектирующего контакта, возможность увеличения фоточувствительности.Known infrared detector matrix (patent GB N 2125217), containing a silicon substrate doped with boron and compensated by controlled divacancy, on both sides of which are formed conductive mutually perpendicular buses from Au, which in turn consist of a contact layer, which is an enrichment and film region metal deposited on the contact layer. Such a contact at low temperatures forms an n + -n (p + -p) type transition, which is formed close to the surface, which leads to a dependence of the properties of the transition itself on the surface state and on the properties of the metal, which leads to contact instability, and also do not occur properties of the injecting contact, the possibility of increasing photosensitivity.

Основной задачей предлагаемого изобретения является, во-первых, увеличение фоточувствительности ФПУ в импульсном режиме опроса, а, во-вторых, повышение однородности распределения фоточувствительности по полю ФПУ и получение стабильных воспроизводимых фотоэлектрических параметров ФПУ. The main objective of the invention is, firstly, to increase the photosensitivity of the FPU in the pulse mode, and, secondly, to increase the uniformity of the distribution of photosensitivity across the field of the FPU and to obtain stable reproducible photoelectric parameters of the FPU.

Положительный эффект от использования изобретения создание стабильного инжектирующего контакта к компенсированному полупроводнику, не зависящего от свойств поверхности и металла, нанесенного на поверхность и увеличение фоточувствительности ФПУ в импульсном режиме по сравнению со стационарным режимом. The positive effect of the use of the invention is the creation of a stable injecting contact to a compensated semiconductor, independent of the properties of the surface and the metal deposited on the surface and an increase in the photosensitivity of the FPU in the pulsed mode compared to the stationary mode.

Этот эффект достигается тем, что в предлагаемом ФПУ для ИК области спектра, содержащем подложку из полупроводника, легированного мелкой донорной примесью и точно компенсированного глубокой многозарядной акцепторной примесью, создающей дважды отрицательно заряженные уровни, на обеих сторонах которой созданы проводящие шины, состоящие из созданного в подложке приконтактного слоя, обогащенного специально введенной мелкой примесью того же типа проводимости что и подложка, и нанесенной на него пленки металла, создающего электрический контакт с ним, приконтактный слой состоит из первой области, контактирующей с металлом с максимальной концентрацией примеси равной

Figure 00000002

при условии L1≥L диф. где D коэффициент диффузии основных носителей: Lдиф. длина диффузии основных носителей; γ коэффициент рекомбинации носителей заряда; L1 толщина первой области, и следующей за ней второй области с концентрацией примеси на 1 2 выше концентрации мелкой донорной примеси подложки, причем их толщины соотносятся следующим образом:
Figure 00000003

где L2 толщина второй области; для улучшения омических свойств металла используется пленка никеля.This effect is achieved by the fact that in the proposed FPU for the IR region of the spectrum containing a substrate of a semiconductor doped with a shallow donor impurity and precisely compensated by a deep multiply charged acceptor impurity, which creates doubly charged levels, on both sides of which are conductive buses consisting of that created in the substrate a contact layer enriched with a specially introduced fine impurity of the same type of conductivity as the substrate, and a metal film deposited on it, creating an electrical tact with it, the contact layer consists of a first region contacting the metal with a maximum impurity concentration equal
Figure 00000002

subject to L 1 ≥L differential. where D is the diffusion coefficient of the main carriers: L diff. diffusion length of the main carriers; γ carrier recombination coefficient; L 1 the thickness of the first region, and the second region following it with an impurity concentration of 1 2 higher than the concentration of the fine donor impurity of the substrate, and their thicknesses are correlated as follows:
Figure 00000003

where L 2 is the thickness of the second region; To improve the ohmic properties of the metal, a nickel film is used.

Таким образом, в предлагаемом ФПУ приконтактный слой при комнатной температуре состоит по крайней мере из 2 областей: первая область обогащения N++(p++); вторая область обогащения с меньшей концентрацией n+(p+). При охлаждении в таком контакте появляется третья область перехода однотипного n+ n (p+ p), высота потенциального барьера которого равна разности между уровнями Ферми в области 2 и в объеме подложки. В переходе n+ n (p+ p) существует плоскость, в которой примеси точно компенсированы. Инжектированные носители, захваченные на ловушки являются неравновесными и создают дополнительный объемный заряд, который экранирует инжектирующий контакт. Максимальная ширина области экранирования должна быть в плоскости с точной компенсацией и равна

Figure 00000004

где Nt no темновая концентрация носителей тока в зоне проводимости при точной компенсации примесей; ΔΦ высота потенциального барьера (n+-n) перехода.Thus, in the proposed FPU, the contact layer at room temperature consists of at least 2 regions: the first enrichment region is N ++ (p ++ ); the second enrichment area with a lower concentration of n + (p + ). Upon cooling, a third transition region of the same type n + n (p + p) appears in such a contact, the height of the potential barrier of which is equal to the difference between the Fermi levels in region 2 and in the bulk of the substrate. In the n + n (p + p) transition, there is a plane in which the impurities are precisely compensated. The injected carriers trapped on the traps are nonequilibrium and create an additional space charge that shields the injection contact. The maximum width of the shielding area must be in the plane with precise compensation and equal to
Figure 00000004

where N t n o the dark concentration of current carriers in the conduction band with accurate compensation of impurities; ΔΦ is the height of the potential barrier (n + -n) of the transition.

Ширина области 2 должна быть больше или равна максимальной длине экранирования в переходе n+ n(p+ p), которая определяется по формуле (2) и условие запишем

Figure 00000005

Концентрация инжектированных, захваченных носителей заряда при напряжении предельного заполнения ловушек равна концентрации пустых мест на акцепторном уровне в подложке. Толщина первой области должна быть больше или равна диффузионной длине основных носителей тока, которая определяется по формуле
Figure 00000006

где D коэффициент диффузии мелкой примеси в 1 области; γ -коэффициент рекомбинации основных носителей, Nмакс максимальная концентрация примеси в 1 области.The width of region 2 should be greater than or equal to the maximum screening length in the n + n (p + p) junction, which is determined by formula (2) and write down the condition
Figure 00000005

The concentration of injected, trapped charge carriers at a voltage of the maximum filling of traps is equal to the concentration of empty spaces at the acceptor level in the substrate. The thickness of the first region should be greater than or equal to the diffusion length of the main current carriers, which is determined by the formula
Figure 00000006

where D is the diffusion coefficient of fine impurities in 1 region; γ is the recombination coefficient of the main carriers, N max is the maximum impurity concentration in 1 region.

Для того, чтобы выполнить условие L1≥Lдиф, необходимо ввести в область 1 примеси с концентрацией
Nмакс.≥ D/L 2 диф. γ
В контакте металла и области 1 образуется область пространственного заряда с высотой потенциального барьера Φo и максимальной напряженностью электрического поля Емакс. на глубине, равной отношению Φo/Eмакс. Область 1 должна быть больше глубины проникновения электрического поля контакта металл-подложка. Каждая область такого контакта выполняет свои функции: первая область функцию омического (инжектирующего) контакта металл обогащенный слой N++, вторая область при низких температурах инжектирующего контакта N+ области и подложки ФПУ, т. е. образует непосредственно инжектирующий переход n+ -n (p+ p). Распределение концентрации носителей заряда в таком контакте изображено на фиг. 1. Далеее будет показано, каким образом увеличивается чувствительность в предлагаемом ФПУ. Концентрация носителей тока инжектированных из контакта определяется свойствами инжектирующего контакта, напряжением и размерами элементов ФПУ. В импульсном режиме опроса ФПУ наблюдается значительное увеличение фоточувствительности по сравнению со стационарным режимом. В первый момент при подаче импульса напряжения течет инжекционный безловушечный ток, пиковое значение которого

Figure 00000007

ε диэлектрическая постоянная; m подвижность носителей тока; V - напряжение питания; L расстояние между электродами; S площадь элемента. Величину тока в стационарном режиме через этот же элемент выражается
Figure 00000008

где Δnст. концентрация фотоносителей в зоне проводимости в стационарном режиме. Увеличение фоточувствительности зависит от исходной степени компенсации объема компенсированной подложки, от длительности импульса и паузы между ними, от уровня фоновой облученности. Амплитуда импульса фототока дается выражением
Figure 00000009
(6)
где τзахв время захвата носителей тока на примесный уровень;
tимп. длительность импульса; τпаузы длительность паузы; С - параметр, зависящий от свойств инжектирующего контакта.In order to satisfy the condition L 1 ≥L differential necessary to introduce one impurity at a concentration
N max ≥ D / L 2 differential γ
In the contact of the metal and region 1, a region of space charge is formed with the height of the potential barrier Φ o and the maximum electric field strength E max. at a depth equal to Φ o / E max . Region 1 should be greater than the penetration depth of the electric field of the metal-substrate contact. Each region of such a contact fulfills its own functions: the first region is the function of the ohmic (injecting) contact, the metal is enriched with N ++ layer, the second region at low temperatures of the injection contact of the N + region and the FPU substrate, i.e., it forms the directly injecting n + -n junction ( p + p). The distribution of the concentration of charge carriers in such a contact is shown in FIG. 1. Next, it will be shown how sensitivity increases in the proposed FPU. The concentration of current carriers injected from the contact is determined by the properties of the injecting contact, the voltage and dimensions of the FPU elements. In the pulsed interrogation mode of the FPU, a significant increase in photosensitivity is observed compared to the stationary mode. At the first moment, when a voltage pulse is applied, an injection trap current flows whose peak value
Figure 00000007

ε dielectric constant; m mobility of current carriers; V is the supply voltage; L distance between the electrodes; S is the area of the element. The value of the current in stationary mode through the same element is expressed
Figure 00000008

where Δn Art. concentration of photocarriers in the conduction band in the stationary mode. An increase in photosensitivity depends on the initial degree of compensation of the volume of the compensated substrate, on the pulse duration and the pause between them, on the level of background irradiation. The amplitude of the photocurrent pulse is given by
Figure 00000009
(6)
where τ capture time capture of current carriers to the impurity level;
t imp. pulse duration; τ pauses pause duration; C is a parameter depending on the properties of the injecting contact.

Увеличение фоточувствительности представляется, как отношение токов

Figure 00000010

В ФПУ прототипе поверхности подложки наносится пленка золота. Золото в германии создает акцепторные уровни.An increase in photosensitivity appears as a ratio of currents
Figure 00000010

In the FPU prototype substrate surface, a gold film is deposited. Gold in Germany creates acceptor levels.

Однако технологически воспроизводимого контакта получить не удается, так как золото при напылении и последующем отжиге диффундировало в германий на глубину больше, чем ширина обогащенной области 1, поэтому создавался сильно перекомпенсированный тонкий слой Ge(Au,Sb), который при низких температурах становится более высокоомным, чем переход n+ n и все напряжение падает на этом слое, приводя к потере инжектирующих свойств контакта и соответственно фоточувствительности.However, it is not possible to obtain a technologically reproducible contact, since the gold during deposition and subsequent annealing diffused into germanium to a depth greater than the width of the enriched region 1; therefore, a strongly overcompensated thin layer of Ge (Au, Sb) was created, which becomes more highly resistive at low temperatures. than the n + n transition and all the voltage drops on this layer, leading to a loss of the injecting properties of the contact and, accordingly, photosensitivity.

В предлагаемом ФПУ при нанесении никеля также происходит его диффузия, однако область 2 намного больше, чем длина, на которой успевает продиффундировать никель, и поэтому сохраняется переход n n, расположенный на глубине ≈1,5 мкм от поверхности, много большей, чем L дифNi
Таким образом, сохраняются инжектирующие свойства n+ n (p+ p) перехода и преимущества такого контакта.
In the proposed FPU, when nickel is deposited, its diffusion also occurs, however, region 2 is much larger than the length at which nickel diffuses, and therefore the nn transition is preserved, located at a depth of ≈1.5 μm from the surface, much larger than L diff Ni
Thus, the injecting properties of the n + n (p + p) junction and the advantages of such a contact are preserved.

На фиг. 1 показано распределение концентрации носителей тока в ФПУ; на фиг. 2 ФПУ на основе структуры матричного типа: 1 подложка; 2 область обогащения N++=1019 см-3; 3 область обогащения N+=1015 см-3; 4 пленка металла; 5 переход n+ - n (p+ p).In FIG. 1 shows the distribution of the concentration of current carriers in the FPU; in FIG. 2 FPU based on the matrix type structure: 1 substrate; 2 region of enrichment N ++ = 10 19 cm -3 ; 3 region of enrichment N + = 10 15 cm -3 ; 4 metal film; 5 transition n + - n (p + p).

Пример конкретного исполнения. ФПУ может быть одноэлементным либо многоэлементным матричного или линейного типов. Предлагаемое ФПУ изображено на фиг. 2, ФПУ состоит из подложки германия, легированного сурьмой и компенсированного серебром (1), области обогащения (2), в которой максимальная концентрация примеси обогащения ≈1019 см-3, область обогащения (3) с концентрацией ≈1015 см-3, области (5), проявляющейся при низких температурах и образующей переход n+ n (p+ p), и пленки металла (4), нанесенной на подложку. Концентрация в области (5) изменяется от ≈1015 см-3 до концентрации носителей заряда в подложке no.An example of a specific implementation. FPU can be single-element or multi-element matrix or linear types. The proposed FPU is depicted in FIG. 2, FPU consists of a germanium substrate doped with antimony and compensated by silver (1), an enrichment region (2) in which the maximum concentration of enrichment impurity is ≈10 19 cm -3 , enrichment region (3) with a concentration of ≈10 15 cm -3 , region (5), which manifests itself at low temperatures and forms the n + n (p + p) transition, and a metal film (4) deposited on the substrate. The concentration in region (5) varies from ≈10 15 cm –3 to the concentration of charge carriers in the substrate n o .

ФПУ матричного типа, на одни шины которого подаются импульсы напряжения, к другим шинам подключается усилитель. В стационарном состоянии подложка при комнатной температуре низкоомная и приконтактный слой состоит из 2-х областей: обогащенной области и области перехода n+ n, которая явно не проявляется. При охлаждении до Т≈40 К подложка становится высокоомной и область 2 трансформируется в две области, где одна из них низкоомная с концентрацией больше на (1 2) чем концентрация мелкой донорной примеси в подложке, вторая области перехода n±n (p+ p). Высота потенциального барьера перехода определяется по формуле

Figure 00000011

N N++ В прототипе
N=N+ в нашем случае
Ширина перехода n+ n определяется по формуле
Figure 00000012

При включении импульса напряжения носителя инжектируются из контакта, продиффундировав область 1 и 2, носители рекомбинируют. Инжектированные носители частично захватываются в области перехода и в подложке, создавая неравновесный связанный заряд. Этот заряд экранирует контакт, длина экранирования носителей заряда определяется по формуле при точной степени компенсации
Figure 00000013

Изменение фоточувствительности ФПУ определяется нестационарными процессами, проходящими в переходе, поэтому создание области 2 позволяет сформировать переход, ширина которого определяется длиной экранирования носителей тока на глубине ≈Lэкр. В прототипе переход образуется близко от поверхности подложки и свойства его зависят от состояния поверхности.FPU of matrix type, on one bus of which voltage pulses are supplied, an amplifier is connected to other buses. In the stationary state, the substrate at room temperature, the low-resistance and near-contact layer consists of 2 regions: the enriched region and the region of the n + n transition, which is not clearly manifested. Upon cooling to T≈40 K, the substrate becomes high-resistance and region 2 transforms into two regions, where one of them is low-resistance with a concentration higher by (1 2) than the concentration of small donor impurities in the substrate, and the second transition region is n ± n (p + p) . The height of the potential transition barrier is determined by the formula
Figure 00000011

NN ++ In the prototype
N = N + in our case
The width of the transition n + n is determined by the formula
Figure 00000012

When a pulse is turned on, the carrier voltages are injected from the contact, diffusing region 1 and 2, the carriers recombine. Injected carriers are partially captured in the transition region and in the substrate, creating a nonequilibrium bound charge. This charge screens the contact, the length of the screening of the charge carriers is determined by the formula with the exact degree of compensation
Figure 00000013

The change in the photosensitivity of the FPU is determined by non-stationary processes taking place in the transition, therefore, the creation of region 2 allows the formation of a transition whose width is determined by the length of the screening of current carriers at a depth of ≈Lecr. In the prototype, the transition is formed close to the surface of the substrate and its properties depend on the state of the surface.

Темновая концентрация носителей заряда в подложке (no) зависит от степени компенсации примесей. Серебро в германии имеет три акцепторных уровня с энергиями ионизации Ev+0,14 эв, Ec-0,28 эв, Ec-0,09 эВ. Если два уровня полностью заполнены, а верхний частично заполнен, то no определяется по формуле

Figure 00000014

Концентрация фотоносителей определяется по формуле
Figure 00000015

где NSb концентрация сурьмы в подложке; Ncм3 - эффективная плотность состояний, приведенная к верхнему уровню серебра; 3η=NAg/NSb степень компенсации примесей в подложке, gф сечение фотоионизации верхнего уровня серебра; g коэффициент рекомбинации; I интенсивность облучения, mo концентрация электронов на верхнем уровне серебра.The dark concentration of charge carriers in the substrate (n o ) depends on the degree of compensation of impurities. Silver in Germany has three acceptor levels with ionization energies E v +0.14 eV, E c -0.28 eV, E c -0.09 eV. If two levels are completely filled, and the upper is partially filled, then n o is determined by the formula
Figure 00000014

The concentration of photocarriers is determined by the formula
Figure 00000015

where N Sb is the concentration of antimony in the substrate; N cm3 — effective density of states reduced to the upper level of silver; 3η = N Ag / N Sb the degree of compensation of impurities in the substrate, g f photoionization cross section of the upper level of silver; g recombination coefficient; I radiation intensity, m o electron concentration at the upper level of silver.

В табл.1 приведены параметры областей ФПУ. Table 1 shows the parameters of the FPU regions.

Теоретически оцененное увеличение чувствительности в импульсном режиме по сравнению со стационарным режимом, для разных степеней компенсации подложки, которое может быть получено, приведено в табл. 2. Практически прототип имеет ≈10 выхода годных, предлагаемое решение ≈30 Расчет проведен по формуле

Figure 00000016

где γ 10-12 см-3 • с-1; gф=10-17 см2; I 5•1012 кван/см2с; V 1B; e 16 • 8,85 • 10-14 ф•см-1; L 3•10-2 см.The theoretically estimated increase in sensitivity in the pulsed mode compared with the stationary mode, for different degrees of substrate compensation, which can be obtained, is given in table. 2. In practice, the prototype has ≈10 yield, the proposed solution is ≈30 The calculation is carried out according to the formula
Figure 00000016

where γ 10 -12 cm -3 • s -1 ; g f = 10 -17 cm 2 ; I 5 • 10 12 quantum / cm 2 s; V 1B; e 16 • 8.85 • 10 -14 f • cm -1 ; L 3 • 10 -2 cm.

Как видно из таблицы 2, увеличение фототока можно получить на подложке с перекомпенсированными примесями, при точной компенсации примесей увеличение фоточувствительности не наблюдается по сравнению со стационарным режимом. Разброс степени компенсации по подложке в основном задается распределением сурьмы в германии при радиальном распределении 2 (3η≠ 1,0 1,02), что приводит к изменению фоточувствительности в стационарном режиме при 40KΔn1/Δn3 4,1 • 1012/8 • 107 5 • 104 раз, в импульсном режиме это соотношение будет 4,1•1012/8•107125= 4•102 раза, т. е. фототок увеличивается в 5•104/4•102
102 раз.
As can be seen from table 2, an increase in the photocurrent can be obtained on a substrate with overcompensated impurities, with accurate compensation of impurities, an increase in photosensitivity is not observed compared with the stationary mode. The spread of degree of substrate compensation mainly given antimony distribution in the radial distribution of germanium at 2 (3η ≠ 1,0 1,02), which leads to a change in the photosensitivity in the stationary regime at 40KΔn 1 / Δn 3 4,1 • 10 12/810 July 5 • 10 4, in the pulsed mode, the ratio is 4.1 • 10 12/8 10 7125 • = • 4 February 10 times, t. e., the photocurrent increases 5 • 10 4/4 • February 10
10 2 times.

При распределении 0,5 % Δn1/Δn2= 4,1•1012/3 • 108 103, в импульсном режиме 4,1•1012/3•108•31=30, т.е. фототок увеличивается в 30 раз.With a distribution of 0.5%, Δn 1 / Δn 2 = 4.1 • 10 12/3 • 10 8 10 3 , in the pulsed mode 4.1 • 10 12/3 • 10 8 • 31 = 30, i.e. photocurrent increases by 30 times.

Так как увеличение фототока в перекомпенсированных участках подложки больше, чем в участках с точной компенсацией, то при импульсном режиме опроса уменьшается неоднородность распределения фоточувствительности по рабочему полю ФПУ. При степенях компенсации 3η = 1,0; 3η = 1,02 разброс фототока составляет ≈5• 104 раз в стационарном режиме, в импульсном режиме ≈4 • 102 раза.Since the increase in the photocurrent in the overcompensated regions of the substrate is greater than in the regions with exact compensation, the pulsed interrogation mode reduces the inhomogeneity of the photosensitivity distribution over the working field of the FPU. With degrees of compensation 3η = 1,0; 3η = 1.02 the spread of the photocurrent is ≈5 • 10 4 times in the stationary mode, in the pulsed mode ≈4 • 10 2 times.

Таким образом, при создании переходной области 2 с толщиной

Figure 00000017
происходит разделение функций инжектирующего контакта к компенсированной подложке на две: первую функцию омического контакта выполняет контакт металла и поверхности обогащенной области N++, вторую функцию именно инжектирующего контакта выполняет переход от области 2 к объему подложки. Ширина области 2 должна быть ≥Lэкр, n+-n перехода при точной компенсации примесей. Это позволяет получить технологически воспроизводимый контакт, уменьшение неоднородности распределения фоточувствительности, увеличения фоточувствительности в импульсном режиме опроса при низких температурах, исключается влияние поверхности на инжектирующий контакт.Thus, when creating the transition region 2 with a thickness
Figure 00000017
there is a separation of the functions of the injecting contact to the compensated substrate into two: the first function of the ohmic contact is performed by the contact of the metal and the surface of the enriched N ++ region, the second function of the injecting contact is the transition from region 2 to the volume of the substrate. The width of region 2 should be ≥Lecr, n + -n junction with accurate compensation of impurities. This makes it possible to obtain a technologically reproducible contact, a decrease in the heterogeneity of the photosensitivity distribution, an increase in photosensitivity in a pulsed interrogation mode at low temperatures, the influence of the surface on the injection contact is excluded.

2. По сравнению с золотом, нанесенным на подложку был получен более стабильный омический контакт на компенсированном германии. 2. Compared with gold deposited on a substrate, a more stable ohmic contact was obtained on compensated germanium.

В табл. 3 представлены ФПУ с разными пленками металла. In the table. Figure 3 shows FPUs with different metal films.

Claims (2)

1. Фотоприемное устройство для ИК-области спектра, содержащее подложку из полупроводника, легированного мелкой донорной примесью и точно компенсированного глубокой многозарядной акцепторной примесью, создающей дважды отрицательно заряженные уровни, на обеих сторонах которой созданы проводящие шины, состоящие из созданного в подложке приконтактного слоя, обогащенного специально введенной мелкой примесью того же типа проводимости, что и подложка, и нанесенной на него пленки металла, создающего электрический контакт с ним, отличающееся тем, что приконтактный слой состоит из первой области, контактирующей с металлом, с максимальной концентрацией примеси, определяемой по формуле
Figure 00000018

при условии L1≥Lдиф,
где D коэффициент диффузии основных носителей;
Lдиф диффузионная длина;
γ коэффициент рекомбинации носителей тока;
L1 толщина первой области и следующей за ней второй области с концентрацией примеси на 1 2% выше концентрации мелкой донорной примеси подложки, причем их толщины соотносятся следующим образом:
Figure 00000019

где L2 толщина второй области;
ε диэлектрическая постоянная;
Dv высота потенциального барьера n+ n- либо p+ p- перехода;
e заряд электрона;
Nt концентрация ловушек на уровнях акцепторной примеси при точной компенсации примесей, равная темновой концентрации носителей тока;
Eмакс максимальное поле области пространственного заряда контакта металл подложка;
vo высота потенциального барьера контакта металл подложка.
1. A photodetector for the infrared region of the spectrum, containing a substrate of a semiconductor doped with a shallow donor impurity and precisely compensated by a deep multiply charged acceptor impurity, creating doubly charged levels, on both sides of which conductive buses are created, consisting of a contact layer created in the substrate enriched a specially introduced fine impurity of the same type of conductivity as the substrate, and a metal film deposited on it, which creates electrical contact with it, characterized the fact that the contact layer consists of the first region in contact with the metal, with a maximum concentration of impurities, determined by the formula
Figure 00000018

provided L 1 ≥L differential,
where D is the diffusion coefficient of the main carriers;
L diff diffusion length;
γ recombination coefficient of current carriers;
L 1 the thickness of the first region and the second region following it with an impurity concentration of 1 2% higher than the concentration of the fine donor impurity of the substrate, and their thicknesses are correlated as follows:
Figure 00000019

where L 2 is the thickness of the second region;
ε dielectric constant;
Dv is the height of the potential barrier of the n + n- or p + p- junction;
e is the charge of an electron;
N t the concentration of traps at the levels of acceptor impurities with accurate compensation of impurities, equal to the dark concentration of current carriers;
E max the maximum field of the space charge region of the contact metal substrate;
v o the height of the potential contact barrier of the metal substrate.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве пленки металла используется никель. 2. The device according to claim 1, characterized in that nickel is used as a metal film.
RU92011117A 1992-11-26 1992-11-26 Infrared-spectrum photodetector RU2069922C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92011117A RU2069922C1 (en) 1992-11-26 1992-11-26 Infrared-spectrum photodetector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92011117A RU2069922C1 (en) 1992-11-26 1992-11-26 Infrared-spectrum photodetector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU92011117A RU92011117A (en) 1995-02-27
RU2069922C1 true RU2069922C1 (en) 1996-11-27

Family

ID=20133360

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU92011117A RU2069922C1 (en) 1992-11-26 1992-11-26 Infrared-spectrum photodetector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2069922C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Иванов В.Г., ФТП, в. 9, т. 13, с. 1838 - 1841. 2. Патент Великобритании N 2125217, кл. H 01 L 31/02, 1980. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mark et al. Space‐charge‐limited currents in organic crystals
Van Vliet Noise in semiconductors and photoconductors
US4586068A (en) Solid state photomultiplier
Goldan et al. Unipolar time-differential charge sensing in non-dispersive amorphous solids
FR2748158A1 (en) FAST RADIATION DETECTOR
Mehta et al. Photoconductive gain greater than unity in CdSe films with Schottky barriers at the contacts
Crandall Photoconductivity
Lachish The role of contacts in semiconductor gamma radiation detectors
Goldstein et al. Electrical and optical properties of high-resistivity gallium phosphide
RU2069922C1 (en) Infrared-spectrum photodetector
US11287536B1 (en) Radiation detector using a graphene amplifier layer
US4073969A (en) Method of fabricating a photoconductive detector of increased responsivity
US4119840A (en) Fast acting gain photocurrent device
US4714950A (en) Solid-state photo sensor device
US3825807A (en) High gain barrier layer solid state devices
US4157560A (en) Photo detector cell
GB2056171A (en) Stored photoconductivity radiation dosimeter
SU652629A1 (en) Semiconductor photoelectric device
Eernisse et al. Electrical effects of clustered defects in heteroepitaxial Si films
Mort et al. Studies of hydrogenated amorphous silicon by xerographic discharge techniques
Blakemore et al. Semiconductor circuit elements
Van Heerden Copper-Doped Germanium as a Model for High-Resistivity Photoconductors
JP2963104B2 (en) Method and apparatus for measuring localized level density
JPS5846069B2 (en) Infrared charge transfer device
Fritzsche Density of states in noncrystalline solids