RU2769232C1 - Structure photosensitive to infrared radiation and method for its manufacture - Google Patents

Structure photosensitive to infrared radiation and method for its manufacture Download PDF

Info

Publication number
RU2769232C1
RU2769232C1 RU2021118232A RU2021118232A RU2769232C1 RU 2769232 C1 RU2769232 C1 RU 2769232C1 RU 2021118232 A RU2021118232 A RU 2021118232A RU 2021118232 A RU2021118232 A RU 2021118232A RU 2769232 C1 RU2769232 C1 RU 2769232C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
layer
composition
substrate
barrier
boundary
Prior art date
Application number
RU2021118232A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Войцеховский
Дмитрий Игоревич Горн
Сергей Николаевич Несмелов
Станислав Михайлович Дзядух
Николай Николаевич Михайлов
Сергей Алексеевич Дворецкий
Георгий Юрьевич Сидоров
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет»
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 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет»
Priority to RU2021118232A priority Critical patent/RU2769232C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2769232C1 publication Critical patent/RU2769232C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0216Coatings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02Details
    • H01L31/0224Electrodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264Inorganic materials
    • H01L31/0296Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe
    • H01L31/02966Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only AIIBVI compounds, e.g. CdS, ZnS, HgCdTe including ternary compounds, e.g. HgCdTe

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

FIELD: optical detector technology.SUBSTANCE: invention relates to photodetector devices of the infrared wavelength range and the technology for their manufacture. The structure photosensitive to infrared radiation includes a substrate, a first layer of CdxHg1-xTe with a variable composition located on the substrate, in which x varies from 1 at the boundary with the substrate to xPSat the boundary with the absorbing layer, a homogeneous absorbing layer of CdxHg1-xTe with a composition of xPS=0.22-0.4 2-4 microns thick located on the absorbing layer, a second layer of CdxHg1-xTe with a variable composition located on the first layer with a variable composition , in which x varies from xPSat the boundary with the absorbing layer to xBat the boundary with the barrier layer, located on the second layer with a variable composition, a homogeneous barrier layer of CdxHg1-xTe with a composition of xB= 0.6-0.7 0.2-0.5 microns thick, located on the barrier layer, a third layer of CdxHg1-xTe with a variable composition, in which x varies from xBat the boundary with the barrier layer to xCat the boundary with the contact layer, located on the third layer with a variable composition, a homogeneous contact layer of CdxHg1-xTe with a composition of xCS=0.22-0.4 1-2 microns thick, the fourth layer of CdxHg1-xTe with variable composition located on the contact layer, in which x varies from xCSat the boundary with the contact layer to xD= 0.6-1.0, while a passivating layer is located on the fourth layer of CdxHg1-xTe with a variable composition, and a metal field electrode of In is applied to the surface of the passivating layer, and the geometric dimensions of the field electrode are chosen so that the minimum distance from the edge of the field electrode to the edge of the area bounding the region of the photosensitive structure would be equal to 1.0-1.2 microns. A method for manufacturing this photosensitive structure is also proposed.EFFECT: invention provides for the elimination of the observed contribution of surface leakage currents to the formation of a dark signal of a photosensitive nBn structure based on HgCdTe.22 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к инфракрасной технике и технологии изготовления устройств инфракрасной техники, конкретно - к фотоприемным устройствам инфракрасного диапазона длин волн и технологии их изготовления.SUBSTANCE: invention relates to infrared technology and technology for manufacturing devices of infrared technology, specifically, to photodetectors in the infrared wavelength range and technology for their manufacture.

Необходимость разработки фотоприемных устройств III поколения предъявляет повышенные требования к детекторам для средней инфракрасной (ИК) области спектра (MWIR) и дальней ИК-области спектра (LWIR) областей спектра, среди которых повышение рабочей температуры, а также снижение стоимости, массы и габаритов приборов [1, 2]. С точки зрения фундаментальных свойств полупроводниковый твердый раствор HgCdTe (CdHgTe, КРТ) является идеальным материалом для создания ИК-детекторов.The need to develop third-generation photodetectors imposes increased requirements on detectors for the mid-infrared (IR) region of the spectrum (MWIR) and far-IR region of the spectrum (LWIR) regions of the spectrum, including an increase in operating temperature, as well as a decrease in the cost, weight and dimensions of devices [ 12]. From the point of view of fundamental properties, the semiconductor solid solution HgCdTe (CdHgTe, MCT) is an ideal material for creating IR detectors.

HgCdTe широко применяется при разработках высокочувствительных ИК-детекторов для различных спектральных областей [3]. Рабочие температуры детекторов, при которых возможна реализация режима ограничения пороговых характеристик шумами фонового излучения, определяются генерационно-рекомбинационными механизмами в HgCdTe, определяющими величину темновых токов (шумов). Для подавления темновых токов приходится охлаждать чувствительные элементы фотоприемных устройств до достаточно низких температур (например, до 77 К при LWIR детектировании). Ключевым условием для создания высокотемпературного детектора является минимизация тепловой генерации в активной области без снижения квантовой эффективности.HgCdTe is widely used in the development of highly sensitive IR detectors for various spectral regions [3]. The operating temperatures of the detectors, at which it is possible to implement the mode of limiting the threshold characteristics by background radiation noise, are determined by the generation-recombination mechanisms in HgCdTe, which determine the magnitude of dark currents (noise). To suppress dark currents, it is necessary to cool the sensitive elements of photodetectors to sufficiently low temperatures (for example, up to 77 K in LWIR detection). The key condition for creating a high-temperature detector is to minimize thermal generation in the active region without reducing the quantum efficiency.

Одним из подходов в вопросе минимизации тепловой генерации в активной области ИК-фотодетектора без глубокого охлаждения является подавление механизмов генерации Оже с неравновесным обеднением полупроводника, а также использование новых естественных и модифицированных полупроводниковых материалов и полупроводниковых структур с пониженной тепловой генерацией. Одной из перспективных концепций в данном направлении являются так называемые барьерные фоточувствительные структуры [4, 5].One of the approaches to minimizing thermal generation in the active region of an IR photodetector without deep cooling is the suppression of Auger generation mechanisms with nonequilibrium semiconductor depletion, as well as the use of new natural and modified semiconductor materials and semiconductor structures with reduced thermal generation. One of the promising concepts in this direction is the so-called barrier photosensitive structures [4, 5].

К настоящему моменту предложено множество различных архитектур барьерных детекторов на основе HgCdTe, среди которых при использовании метода МЛЭ самыми перспективными представляются униполярные конфигурации (в частности, nBn), позволяющие упростить технологию получения детекторов и снизить темновые токи [6].To date, many different architectures of barrier detectors based on HgCdTe have been proposed, among which, when using the MBE method, unipolar configurations (in particular, nBn) seem to be the most promising, which make it possible to simplify the technology of obtaining detectors and reduce dark currents [6].

Дальнейший прогресс инфракрасных детекторов на HgCdTe связан с развитием технологий получения эпитаксиального материала, таких как МЛЭ и ГФЭМОС. Данные технологии позволяют выращивать пленки с прецизионно управляемым распределением компонентного состава и концентрации легирующей примеси по толщине. Это предоставляет возможности разработок новых архитектур приборных структур, обеспечивающих, например, повышение рабочей температуры детекторов и упрощение технологического цикла их изготовления [7].Further progress in infrared detectors based on HgCdTe is associated with the development of technologies for obtaining epitaxial material, such as MBE and HFEMOS. These technologies make it possible to grow films with a precisely controlled distribution of the component composition and dopant concentration over the thickness. This provides opportunities for the development of new architectures of device structures, providing, for example, an increase in the operating temperature of detectors and simplification of the technological cycle of their manufacture [7].

В настоящее время получило распространение технология создания на основе МЛЭ HgCdTe фотодиодов типа n на p путем имплантации в эпитаксиальную пленку ионов бора (без отжига), а также фотодиодов типа p на n посредством имплантации ионов мышьяка и последующего активационного отжига. Применение nBn-архитектуры в случае с КРТ может обеспечить значительное преимущество перед традиционными фотодиодами из-за повышения качества материала в отсутствии постимплантационных дефектов [8, 9]. Исключение необходимости проведения ионной имплации упростит технологию создания детекторов.At present, the technology of creating n-on-p type photodiodes based on HgCdTe MBE by implanting boron ions into an epitaxial film (without annealing), as well as p-on-n type photodiodes by implanting arsenic ions and subsequent activation annealing, has become widespread. The use of the nBn architecture in the case of MCT can provide a significant advantage over traditional photodiodes due to an increase in the quality of the material in the absence of post-implantation defects [8, 9]. Eliminating the need for ion implation will simplify the technology for creating detectors.

Но при реализации nBn-архитектуры в HgCdTe возникает проблема, связанная с тем, что для гетерограниц барьерного слоя в HgCdTe характерен I тип расположения энергетических зон, что подразумевает ненулевой разрыв валентной зоны. Такой разрыв зон означает наличие барьера, который препятствует току неосновных фотоносителей.However, when implementing the nBn architecture in HgCdTe, a problem arises related to the fact that the barrier layer heterointerfaces in HgCdTe are characterized by type I arrangement of energy bands, which implies a nonzero break of the valence band. Such band gap means the presence of a barrier that prevents the current of minority photocarriers.

Для решения этой проблемы предлагалось увеличивать напряжение смещения на структуре [10-12]. Но при высоких значениях напряжения форма барьера в зоне проводимости стремится к треугольной, таким образом, барьер для электронов снижается, что приводит к возрастанию шумов и снижению значений обнаружительной способности.To solve this problem, it was proposed to increase the bias voltage across the structure [10–12]. But at high voltages, the shape of the barrier in the conduction band tends to triangular, so the barrier to electrons decreases, which leads to an increase in noise and a decrease in detectivity values.

Другим подходом к минимизации разрыва валентной зоны является создание барьера р-типа проводимости [5]. Такой подход малоперспективен при использовании МЛЭ и, по-видимому, возможен только при выращивании гетероструктур методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (MOCVD) [13].Another approach to minimizing the valence band gap is to create a p-type barrier [5]. Such an approach is not very promising when using MBE and, apparently, is possible only when growing heterostructures by metal organic vapor phase epitaxy (MOCVD) [13].

Также существует ряд работ, в которых помимо описанных выше механизмов повышения эффективности работы фоточувствительной nBn структуры проводится дополнительная оптимизация ее конструктивных элементов (составов, толщин, уровней и профилей легирования контактного, барьерного и поглощающего слоев). Например, в [5] авторы рассматривают различные варианты реализации контактного слоя и демонстрируют существенное влияние конфигурации контакта на вольт-амперные характеристики и чувствительность прибора.There are also a number of works in which, in addition to the above-described mechanisms for increasing the efficiency of a photosensitive nBn structure, additional optimization of its structural elements (compositions, thicknesses, levels, and doping profiles of the contact, barrier, and absorbing layers) is carried out. For example, in [5], the authors consider various options for implementing the contact layer and demonstrate a significant effect of the contact configuration on the current-voltage characteristics and sensitivity of the device.

Для метода МЛЭ применимо также направление, связанное с использованием многослойных барьеров, включая барьеры в виде сверхрешеток [14], позволяющих при строгом подборе параметров сверхрешетки полностью устранить барьер для неосновных фотоносителей. Однако экспериментально эти способы снижения барьера в валентной зоне проработаны недостаточно.The MBE method is also applicable to the direction associated with the use of multilayer barriers, including barriers in the form of superlattices [14], which, with a strict selection of the superlattice parameters, completely eliminate the barrier for minority photocarriers. However, experimentally, these methods for lowering the barrier in the valence band have not been sufficiently developed.

Другой проблемой nBn-детекторов на основе HgCdTe является недостаточная высота (менее 1 эВ) потенциального барьера для электронов, что увеличивает вероятность туннелирования электронов через барьер или его надбарьерного преодоления. Для решения этой проблемы необходим тщательный подбор толщины барьера и концентрации легирующей примеси в контактном слое [15]. Важными задачами при изготовлении nBn-структур является устранение токов поверхностной утечки [5].Another problem of nBn detectors based on HgCdTe is the insufficient height (less than 1 eV) of the potential barrier for electrons, which increases the probability of electron tunneling through the barrier or overcoming it above the barrier. To solve this problem, careful selection of the barrier thickness and dopant concentration in the contact layer is required [15]. An important task in the fabrication of nBn structures is the elimination of surface leakage currents [5].

Несмотря на значительное число публикаций (около 100), посвященных теоретическому обоснованию потенциальных преимуществ nBn-структур, известны только единичные попытки практической реализации nBn-детекторов из HgCdTe.Despite a significant number of publications (about 100) devoted to the theoretical substantiation of the potential advantages of nBn structures, there are only a few attempts at practical implementation of nBn detectors made of HgCdTe.

Известна полупроводниковая структура [16], предназначенная для высокостабильного детектирования инфракрасного излучения в средней инфракрасной области (3-8 мкм) или в дальней инфракрасной области (8-14 мкм), или и сверхдальней инфракрасной области (>15 мкм), обладающая расширенными функциональными возможностями. Данная структура может быть использована в различных фотоприемных устройствах, в частности, в матрицах МДП-структур (структуры типа металл-диэлектрик-полупроводник), в фоторезисторных и фотодиодных матрицах.Known semiconductor structure [16], designed for highly stable detection of infrared radiation in the mid-infrared region (3-8 μm) or in the far infrared region (8-14 μm), or ultra-far infrared region (>15 μm), with enhanced functionality . This structure can be used in various photodetectors, in particular, in matrices of MIS structures (structures of the metal-insulator-semiconductor type), in photoresistor and photodiode matrices.

Описанная структура содержит подложку, верхний слой которой образован CdTe, нижний варизонный слой, изготовленный из Hg1-xCdxTe, в котором значение х плавно уменьшается от значения, находящегося в пределах (хД+0,1)-1, до значения хД, рабочий детекторный слой, изготовленный из Hg1-xCdxTe, где х=хД=0,2-0,3, верхний варизонный слой, изготовленный из Hg1-xCdxTe, в котором значение х плавно увеличивается от значения хД до значения, находящегося в пределах 1-(хД+0,1), изолирующий слой из CdTe, диэлектрические слои и верхний, прозрачный для ИК-излучения, проводящий слой. Отличительным признаком изобретения является то, что в детекторный слой дополнительно введены слой квантовых ям и два барьерных слоя, расположенные с обеих сторон слоя квантовых ям, изготовленные из Hg1-xCdxTe, на границах между слоем квантовых ям и барьерным слоем значения х ступенчато изменяются в пределах хБ =0,5-1,0 и хЯ=0-0,15 при толщине каждого из барьерных слоев 20-100 нм и толщине слоя квантовой ямы 5-20 нм.The described structure contains a substrate, the upper layer of which is formed by CdTe, the lower graded-gap layer, made of Hg 1-x Cd x Te, in which the value of x smoothly decreases from a value within (x D +0.1)-1 to the value x D , working detector layer made of Hg 1-x Cd x Te, where x=x D =0.2-0.3, upper graded-gap layer made of Hg 1-x Cd x Te, in which the value of x is smoothly increases from the value of x D to a value within 1-(x D +0.1), an insulating layer of CdTe, dielectric layers and an upper, transparent to infrared radiation, conductive layer. A distinctive feature of the invention is that a layer of quantum wells and two barrier layers are additionally introduced into the detector layer, located on both sides of the layer of quantum wells, made of Hg 1-x Cd x Te, at the boundaries between the layer of quantum wells and the barrier layer of the value x stepwise vary within x B = 0.5-1.0 and x R = 0-0.15 with a thickness of each of the barrier layers of 20-100 nm and a thickness of the quantum well layer of 5-20 nm.

Наличие варизонных слоев обеспечивает согласование постоянных решеток на границе полупроводниковых слоев КРТ различного состава, что приводит к повышению стабильности характеристик фоточувствительной структуры. К этому же результату приводит использование пассивирующих диэлектрических покрытий.The presence of graded-gap layers ensures the matching of lattice constants at the boundary of MCT semiconductor layers of different composition, which leads to an increase in the stability of the characteristics of the photosensitive structure. The use of passivating dielectric coatings leads to the same result.

Задача, которую решала предлагаемое изобретение - это создание высокостабильной фоточувствительной к ИК-излучению структуры с расширенной в длинноволновую часть спектра областью чувствительности, которую можно использовать в различных фотоприемных устройствах, в частности, в матрицах МДП-структур (в ПЗС-структурах), в фоторезисторных и фотодиодных матрицах.The problem solved by the present invention is the creation of a highly stable structure photosensitive to IR radiation with a sensitivity region extended to the long-wavelength part of the spectrum, which can be used in various photodetector devices, in particular, in matrices of MIS structures (in CCD structures), in photoresistor and photodiode arrays.

Расширение спектральной характеристики данной структуры осуществлялось, главным образом, за счет введения в рабочий детекторный слой вводились изготовленные из Hg1-xCdxTe слой квантовых ям и два барьерных слоя, расположенные с обеих сторон слоя квантовых ям. Это и составляло отличительную особенность данного изобретения.The expansion of the spectral characteristics of this structure was carried out mainly by introducing a layer of quantum wells made of Hg 1-x Cd x Te and two barrier layers located on both sides of the layer of quantum wells into the working detector layer. This was the distinguishing feature of this invention.

К недостаткам предложенной структуры можно отнести следующие. Несмотря на то, что в описании к патенту говорится о низком уровне тока поверхностной утечки, авторы также упоминают то, что этот уровень достигается при формировании качественной границы раздела между изолирующим слоем и верхним варизонным слоем. Известно [17], что в определенных случаях наличие пассивирующего покрытия не полностью устраняет влияние поверхности на электрофизические и оптические свойства прибора и, в частности, на формирование темного тока. Наличие встроенного заряда в пассивирующем диэлектрическом слое влияет на поверхностный потенциал полупроводника, а быстрые и медленные поверхностные состояния работают как генерационно-рекомбирационные центры. Таким образом, вопрос минимизации или полного устранения тока поверхностной утечки, являясь, по существу, технологическим, выходит за рамки описания изобретения и может считаться открытым.The disadvantages of the proposed structure include the following. Despite the fact that the patent description speaks of a low level of surface leakage current, the authors also mention that this level is achieved by forming a high-quality interface between the insulating layer and the upper graded-gap layer. It is known [17] that in certain cases the presence of a passivating coating does not completely eliminate the influence of the surface on the electrical and optical properties of the device and, in particular, on the formation of a dark current. The presence of a built-in charge in a passivating dielectric layer affects the surface potential of a semiconductor, and fast and slow surface states act as generation-recombination centers. Thus, the issue of minimizing or completely eliminating the surface leakage current, being essentially a technological one, is beyond the scope of the description of the invention and can be considered open.

Другим недостатком данного изобретения можно считать то, что в случае реализации на базе представленной структуры фотодиодного приемника ИК-излучения требуется использование технологических операций инверсии типа проводимости части детекторного слоя для формирования p-n-перехода.Another disadvantage of this invention can be considered that in the case of implementation on the basis of the presented structure of the photodiode receiver of infrared radiation, the use of technological operations of inversion of the conductivity type of a part of the detector layer is required to form a p-n junction.

Также известна полупроводниковая структура [18], предназначенная для создания длинноволнового собственного фотопроводящего детектора с высоким сопротивлением. Высокое сопротивление детектора призвано минимизировать проблему больших значений темнового тока при обратном смещении.Also known is a semiconductor structure [18], designed to create a long-wavelength intrinsic photoconductive detector with high resistance. The high detector resistance is designed to minimize the problem of large reverse biased dark currents.

В представленном патенте описывается конструкция инфракрасного детектора, в котором барьерная область вводится между эмиттером и коллектором. Эта область состоит из материала, обеспечивающего минимальный разрыв валентной зоны на границе со слоем эмиттера и имеющего значительно большую ширину запрещенной зоны, чем материал эмиттера. Барьерный слой препятствует протеканию тока основных носителей и, как следствие, дает высокое электрическое сопротивление структуры.The submitted patent describes the construction of an infrared detector in which a barrier region is introduced between the emitter and the collector. This region consists of a material that provides a minimum rupture of the valence band at the boundary with the emitter layer and has a much larger band gap than the emitter material. The barrier layer prevents the current of the main carriers from flowing and, as a result, gives a high electrical resistance of the structure.

Описываемый инфракрасный детектор содержит: эмиттерную область, сформированную из материала, светочувствительного к инфракрасному излучению; коллекторную область; пару контактов (контакт эмиттера, контакт коллектора) и область барьера, примыкающую как к области эмиттера, так и к области коллектора, которая создает препятствие для потока основных носителей из области эмиттера и в то же время является проводящей для неосновных носителей заряда.Described infrared detector contains: an emitter region formed from a material that is photosensitive to infrared radiation; collector area; a pair of contacts (emitter contact, collector contact) and a barrier region adjacent to both the emitter region and the collector region, which creates an obstacle for the flow of majority carriers from the emitter region and at the same time is conductive for minority charge carriers.

Существенными и отличительными признаками изобретения являются следующие. Предпочтительно эмиттерный и барьерный материалы должны изготавливаться из тройных твердых растворов одного и того же химического соединения. Примеры соотношений материалов и типов проводимости слоев: теллурид кадмия и ртути n-типа/n-типа, n-типа/р-типа или р-типа/n-типа; или арсенида галлия индия; или арсенида алюминия-галлия. Однако барьерный слой может быть изготовлен из других материалов при условии, что эмиттерный и барьерный слои имеют минимальный разрыв валентной зоны. Барьерный материал может быть бинарным сплавом или соединением, имеющим общий анион с тройным материалом. Примеры: теллурид кадмия-ртути и теллурид кадмия; арсенид алюминия и галлия и арсенид галлия; или арсенид галлия индия и арсенид индия. При этом предпочтительно, чтобы материалы эмиттера и барьера были n-типа и р-типа соответственно.The essential and distinctive features of the invention are as follows. Preferably, the emitter and barrier materials should be made from ternary solid solutions of the same chemical compound. Examples of ratios of materials and types of conductivity of the layers: cadmium and mercury telluride n-type/n-type, n-type/p-type or p-type/n-type; or indium gallium arsenide; or aluminum gallium arsenide. However, the barrier layer can be made from other materials, provided that the emitter and barrier layers have a minimum gap in the valence band. The barrier material may be a binary alloy or compound having a common anion with the ternary material. Examples: cadmium-mercury telluride and cadmium telluride; aluminum and gallium arsenide and gallium arsenide; or indium gallium arsenide and indium arsenide. In this case, it is preferable that the emitter and barrier materials are n-type and p-type, respectively.

Коллекторная область может быть из материала такого же типа проводимости, как материал эмиттера. Этот материал должен иметь общий или, по меньшей мере, близкий к уровню барьерного материала край валентной зоны. В качестве альтернативы он может быть из металла с высокой работой выхода или из сильно легированного полупроводникового материала с основным типом носителя, противоположным материалу эмиттера. В случае металла коллекторная область формируется самим коллекторным контактом.The collector region may be of the same conductivity type as the emitter material. This material should have a common or at least close to the level of the barrier material edge of the valence band. Alternatively, it may be of a high work function metal or of a heavily doped semiconductor material with the main carrier type opposite to that of the emitter. In the case of metal, the collector region is formed by the collector contact itself.

К недостаткам предложенной структуры можно отнести в первую очередь то, что в большей части реализаций авторы предлагают использовать барьерный слой р-типа проводимости, что в случае с материалом КРТ, выращенном методом МЛЭ, практически не реализуемо. Прямое же применение барьера n-типа существенным образом снижает квантовую эффективность такой структуры из-за потенциального барьера для дырок и требует дополнительных мер по его устранению. Также авторы приводят широкий список материалов, пригодных для реализации описанной конструкции, что так же в силу фундаментальных различий материалов групп А2В6 и А3В5, требует различных подходов для повышения эффективности фотоприемного устройства, о которых авторы не говорят.The disadvantages of the proposed structure include, first of all, the fact that in most of the implementations, the authors propose to use a p-type barrier layer, which is practically unrealizable in the case of MCT material grown by the MBE method. Direct application of the n-type barrier significantly reduces the quantum efficiency of such a structure due to the potential barrier for holes and requires additional measures to eliminate it. The authors also provide a wide list of materials suitable for the implementation of the described design, which, also due to the fundamental differences between the materials of groups A2B6 and A3B5, requires different approaches to improve the efficiency of the photodetector, which the authors do not talk about.

Отдельно среди недостатков описанной структуры следует отметить отсутствие мер по защите боковых поверхностей структуры (пассивации), что в подобной конфигурации должно неизбежно приводить к ограничению работы фоточувствительной структуры темновыми токами поверхностной утечки.Separately, among the shortcomings of the described structure, it should be noted the absence of measures to protect the side surfaces of the structure (passivation), which in such a configuration should inevitably lead to the limitation of the operation of the photosensitive structure by dark surface leakage currents.

Также известен патент [19], описывающий конструкции полупроводниковых фоточувуствительных структур, позволяющие использовать инфракрасные детекторы при более высоких температурах и/или реализовывать их на менее дорогих полупроводниковых подложках для снижения производственных затрат.There is also a patent [19] describing the designs of semiconductor photosensitive structures that allow the use of infrared detectors at higher temperatures and/or their implementation on less expensive semiconductor substrates to reduce production costs.

В патенте описываются инфракрасные детекторы и матрицы детекторов на основе неосновных носителей заряда в теллуриде кадмия-ртути и способы их изготовления. Примерный вариант осуществления: подложка, нижний контактный слой, расположенный на подложке, первый слой теллурида ртути-кадмия, имеющий первое значение энергии ширины запрещенной зоны, расположенный на нижнем контактном слое, второй слой теллурида кадмия-ртути, имеющий второе значение энергии запрещенной зоны, большее, чем значение энергии запрещенной зоны первого слоя, расположенный на первом слое теллурида кадмия-ртути, и слоя коллектора, расположенного на втором слое теллурида кадмия-ртути, причем первый и второй слои теллурида кадмия-ртути легированы примесью n-типа.The patent describes infrared detectors and detector arrays based on minor charge carriers in cadmium-mercury telluride and methods for their manufacture. Exemplary embodiment: substrate, lower contact layer located on the substrate, first mercury-cadmium telluride layer having a first bandgap energy value located on the lower contact layer, second mercury-cadmium telluride layer having a second bandgap energy value greater than than the band gap energy of the first layer, located on the first layer of cadmium-mercury telluride, and the collector layer, located on the second layer of cadmium-mercury telluride, and the first and second layers of cadmium-mercury telluride are doped with an n-type impurity.

Существенными и отличительными признаками изобретения являются следующие. В изобретении реализована барьерная nBn структура на КРТ n-типа в классическом представлении. Применяется только донорное легирование. В конструкции отсутствуют слои акцепторного типа проводимости. Достижение заявляемых преимуществ производится путем оптимизации параметров отдельных слоев структуры (составы, уровни легирования, толщины слоев), а также напряжения смещения. Авторами также принимаются меры по пассивации боковой поверхности области контактов барьерного слоя с окружающими его слоями. Для пассивации применяются CdTe или ZnSThe essential and distinctive features of the invention are as follows. The invention implements a barrier nBn structure based on n-type MCT in the classical representation. Only donor doping is used. There are no acceptor-type conduction layers in the construction. The claimed advantages are achieved by optimizing the parameters of the individual layers of the structure (compositions, doping levels, layer thicknesses), as well as the bias voltage. The authors also take measures to passivate the side surface of the area of contacts of the barrier layer with the layers surrounding it. Passivation using CdTe or ZnS

Несмотря на то, что посредством оптимизации авторам удалось улучшить характеристики приборной структуры, полностью устранить барьер для неосновных носителей (дырок) им не удалось. Также в описании к патенту отсутствуют сведения о вкладе в темновой ток токов поверхностной утечки.Despite the fact that, by means of optimization, the authors managed to improve the characteristics of the device structure, they did not succeed in completely eliminating the barrier for minority carriers (holes). Also in the patent description there is no information about the contribution of surface leakage currents to the dark current.

Наиболее близкая фоточувствительная к инфракрасному излучению структура (прототип) и способ ее изготовления по отношению к заявляемой структуре и способу ее изготовления описаны в [20]. Целью изобретения было представить полупроводниковую структуру барьерного типа, изготовленную из полупроводниковых материалов одной группы, не требующую специального легирования барьерного слоя, отличного от легирования поглощающего слоя и коллекторного слоя, а также не имеющую потенциальный барьер для неосновных носителей заряда, притом что потенциальный барьер для основных носителей сохраняет эффективность даже при высоких напряжениях обратного смещения.The closest photosensitive to infrared radiation structure (prototype) and method of its manufacture in relation to the claimed structure and method of its manufacture are described in [20]. The aim of the invention was to provide a barrier-type semiconductor structure made of semiconductor materials of the same group, which does not require special doping of the barrier layer, different from the doping of the absorbing layer and the collector layer, and also does not have a potential barrier for minor charge carriers, while the potential barrier for major carriers maintains efficiency even at high reverse bias voltages.

В патенте описывается полупроводниковая структура, включающая в себя: первый (поглощающий) и второй (коллекторный) полупроводниковые слои из одного и того же материала (КРТ) с электронным типом проводимости; барьерный слой из КРТ, расположенный между первым и вторым слоями, для создания энергетического барьера для основных носителей заряда первого и второго слоев, причем барьерный слой имеет минимизированную энергию запрещенной зоны; а также двух интерфейсных слоев из КРТ переменного состава, предназначенных для сопряжения первого и второго слоев со слоем барьера.The patent describes a semiconductor structure, which includes: the first (absorbing) and the second (collector) semiconductor layers of the same material (MCD) with electronic type of conductivity; a barrier layer of MCT, located between the first and second layers, to create an energy barrier for the majority charge carriers of the first and second layers, and the barrier layer has a minimized energy gap; as well as two interface layers of MCT of variable composition, intended for conjugation of the first and second layers with the barrier layer.

Составы первого и второго слоев X1 и Х2 соответственно имеют одинаковые значения. Материал второго слоя имеет тип проводимости и концентрацию основных носителей, идентичные их значениям в материале первого слоя. Электронный тип проводимости достигается за счет легирования структуры индием. Концентрация основных носителей составляет величину от 5⋅1014 до 5⋅1015 см-3.The compositions of the first and second layers X1 and X2 respectively have the same values. The material of the second layer has the type of conductivity and the concentration of the main carriers, identical to their values in the material of the first layer. The electronic type of conductivity is achieved by doping the structure with indium. The concentration of the main carriers is from 5⋅10 14 to 5⋅10 15 cm -3 .

Материал первого слоя выбирается, исходя из того, для детектирования электромагнитного излучения какого диапазона предполагается приметь структуру, и составляет: X1=0,4 для детектирования ИК-излучения с λ<3 мкм, X1=0,3 для детектирования ИК-излучения с λ<5 мкм и X1=0,22 для детектирования ИК-излучения с λ<10 мкм.The material of the first layer is selected based on which range of electromagnetic radiation detection the structure is supposed to be adopted for, and is: X1=0.4 for detecting IR radiation with λ<3 μm, X1=0.3 for detecting IR radiation with λ <5 µm and X1=0.22 for detecting IR radiation with λ<10 µm.

Толщина первой слоя составляет, по меньшей мере, 2 мкм.The thickness of the first layer is at least 2 µm.

Толщина барьерного слоя составляет величину 100-300 нм.The thickness of the barrier layer is 100-300 nm.

Состав материала КРТ, составляющего барьерный слой, также как и состав материала первого слоя выбирается в зависимости от диапазона длин волн детектируемого ИК-излучения: Xm=0,85 для детектирования ИК-излучения с λ<3 мкм, Xm=0,65 для детектирования ИК-излучения с λ<5 мкм и Xm=0,6 для детектирования ИК-излучения с λ<10 мкм.The composition of the MCT material constituting the barrier layer, as well as the composition of the material of the first layer, is selected depending on the wavelength range of the detected IR radiation: Xm=0.85 for detecting IR radiation with λ<3 μm, Xm=0.65 for detecting IR radiation with λ<5 µm and Xm=0.6 for detecting IR radiation with λ<10 µm.

Интерфейсные слои переменного состава имеют линейный (или близкий к линейному) профиль распределения состава. Состав в интерфейсных слоях меняется от состава барьерного слоя до состава первого и второго слоев.The interface layers of variable composition have a linear (or close to linear) composition distribution profile. The composition in the interface layers varies from the composition of the barrier layer to the composition of the first and second layers.

Электрические контакты изготавливаются из титана или золота.Electrical contacts are made of titanium or gold.

Пассивация поверхности структуры выполняется из теллурида кадмия CdTe или сульфида цинка ZnS.The passivation of the surface of the structure is performed from cadmium telluride CdTe or zinc sulfide ZnS.

Напряжение смещения, прикладываемое к структуре, должно составлять величину порядка нескольких сотен милливольт.The bias voltage applied to the structure should be in the order of several hundred millivolts.

Существенными и отличительными признаками изобретения являются следующие. Как и в предыдущем патенте, здесь реализуется оптимизация параметров отдельных слоев структуры. В структуре применяется только донорное легирование, в конструкции отсутствуют слои акцепторного типа проводимости. В качестве основного отличительного признака можно выделить введение в структуру дополнительных элементов - интерфейсных варизонных слоев на границах барьерного слоя, уменьшающих несогласованность на резких гетерограницах и, следовательно, устраняющих дефектность и область пространственного заряда.The essential and distinctive features of the invention are as follows. As in the previous patent, the optimization of the parameters of individual layers of the structure is implemented here. Only donor doping is used in the structure; there are no acceptor-type conduction layers in the structure. As the main distinguishing feature, one can distinguish the introduction of additional elements into the structure - interface graded-gap layers at the boundaries of the barrier layer, which reduce the inconsistency at sharp heterointerfaces and, therefore, eliminate defectiveness and the space charge region.

При наличии варизонных слоев приложение отрицательного смещения к структуре и корректный подбор его величины уменьшает скачки края валентной зоны, делает ее изгиб более плавным, что уменьшает препятствие току фотоносителей (дырок).In the presence of graded-gap layers, the application of a negative bias to the structure and the correct selection of its value reduces the jumps of the edge of the valence band, makes its bending smoother, which reduces the obstacle to the current of photocarriers (holes).

Способ изготовления описанной фоточувствительной структуры включает в себя следующие этапы:The method for manufacturing the described photosensitive structure includes the following steps:

- выбор в качестве подложки пластины из теллурида кадмия и цинка (CdZnTe);- choice of a plate of cadmium and zinc telluride (CdZnTe) as a substrate;

- нанесение на подложку материала КРТ с составом X1, образующего первый слой (поглощающий);- deposition on the substrate of the MCT material with the composition X1, which forms the first layer (absorbing);

- нанесение на первый (поглощающий) слой первого интерфейсного слоя КРТ переменного состава с составом, изменяющимся от значения состава в первом слое X1 до состава барьерного слоя Xm;- applying to the first (absorbing) layer of the first interface layer MCT variable composition with a composition varying from the value of the composition in the first layer X1 to the composition of the barrier layer Xm;

- нанесение на первый интерфейсный слой КРТ переменного состава барьерного слоя с составом Xm;- application to the first interface layer of MCT variable composition of the barrier layer with the composition Xm;

- нанесение на барьерный слой второго интерфейсного слоя КРТ переменного состава с составом, изменяющимся от значения состава в барьерном слое Xm до состава во втором слое Х2;- application to the barrier layer of the second MCT interface layer of a variable composition with a composition varying from the value of the composition in the barrier layer Xm to the composition in the second layer X2;

- нанесение на второй интерфейсный слой переменного состава второго слоя КРТ с составом Х2;- application to the second interface layer of a variable composition of the second MCT layer with the composition X2;

- формирование первого и второго электрических контактов на первом (поглощающем) и втором (коллекторном) слоях соответственно;- formation of the first and second electrical contacts on the first (absorbing) and second (collector) layers, respectively;

- нанесение пассивирующего слоя на все поверхности конструкции, исключая металлические контакты.- application of a passivating layer on all surfaces of the structure, excluding metal contacts.

Нанесение полупроводниковых слоев может производиться методом молекулярно-лучевой эпитаксии и методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений.Semiconductor layers can be deposited by molecular beam epitaxy and metal-organic vapor phase epitaxy.

На основе выращенной полупроводниковой гетеоструктуры изготавливается мезаструктура, в которой один из контактных электродов напыляется непосредственно на второй (коллекторный) слой, а другой на - первый (поглощающий) слой. Для пассивации боковой поверхности области контактов барьерного слоя с окружающими его слоями авторы, как и в предыдущем патенте, применяют CdTe или ZnS.Based on the grown semiconductor heterostructure, a mesastructure is fabricated, in which one of the contact electrodes is deposited directly on the second (collector) layer, and the other on the first (absorbing) layer. To passivate the side surface of the area of contacts of the barrier layer with the surrounding layers, the authors, as in the previous patent, use CdTe or ZnS.

К недостаткам структуры-прототипа можно отнести следующие. Как видно из приведенных в патенте рассчитанных зонных диаграмм, несмотря на минимизацию величины барьера для дырок в структуре, большие значения обратного смещения приводят к деформации барьера для основных носителей заряда, что способствует увеличению вероятности туннелирования электронов через барьер или их надбарьерного преодоления. Это требует дальнейшей оптимизации параметров структуры, в частности, как одного из возможных решений, увеличения состава барьерного слоя.The disadvantages of the prototype structure include the following. As can be seen from the calculated band diagrams given in the patent, despite the minimization of the barrier for holes in the structure, large values of the reverse bias lead to deformation of the barrier for the majority charge carriers, which contributes to an increase in the probability of electron tunneling through the barrier or overcoming them above the barrier. This requires further optimization of the structure parameters, in particular, as one of the possible solutions, an increase in the composition of the barrier layer.

С другой стороны, известно, что для обеспечения максимальных значений обнаружительной способности nBn-детекторов состав в барьерном слое должен принимать меньшие значения (х=0,6-0,7). Однако на практике в структурах с такими значениям состава барьерного слоя, несмотря на пассивацию, наблюдается ограничение темнового тока током поверхностной утечки. Как упоминалось ранее, известно [17], что пассивация не всегда полностью устраняет влияние поверхности на электрофизические и оптические свойства прибора и, в частности, на формирование темного тока. Наличие встроенного заряда в пассивирующем диэлектрическом слое влияет на поверхностный потенциал полупроводника, а быстрые и медленные поверхностные состояния работают как генерационно-рекомбирационные центры.On the other hand, it is known that to ensure the maximum values of the detectivity of nBn detectors, the composition in the barrier layer must take smaller values (x=0.6-0.7). However, in practice, in structures with such values of the barrier layer composition, despite passivation, the dark current is limited by the surface leakage current. As mentioned earlier, it is known [17] that passivation does not always completely eliminate the influence of the surface on the electrophysical and optical properties of the device and, in particular, on the formation of a dark current. The presence of a built-in charge in a passivating dielectric layer affects the surface potential of a semiconductor, and fast and slow surface states act as generation-recombination centers.

Задача, на достижение которой направлено предлагаемое решение - создание фоточувствительной к инфракрасному излучению структуры (чувствительной в MWIR или LWIR диапазоне) с повышенными значениями рабочей температуры и обнаружительной способности, а также способа ее изготовления.The task to be achieved by the proposed solution is the creation of a structure photosensitive to infrared radiation (sensitive in the MWIR or LWIR range) with increased operating temperature and detectivity, as well as a method for its manufacture.

Технический результат, на который направлено предлагаемое решение - устранение наблюдаемого вклада токов поверхностной утечки в формирование темнового сигнала фоточувствительной nBn-структуры на основе КРТ.The technical result to which the proposed solution is directed is the elimination of the observed contribution of surface leakage currents to the formation of a dark signal of a photosensitive nBn structure based on MCT.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в барьерной фоточувствительной к инфракрасному излучению структуре, включающей подложку (слой 1), расположенный на подложке первый слой из CdxHg1-xTe с переменным составом (слой 2), в котором х изменяется от 1 на границе с подложкой до хПС на границе с поглощающим слоем, расположенный на первом слое с переменным составом однородный по составу поглощающий слой из CdxHg1-xTe (слой 3) с составом хПС=0,22-0,4 толщиной 2-4 мкм, расположенный на поглощающем слое второй слой из CdxHg1-xTe с переменным составом (слой 4), в котором х изменяется в пределах от хПС на границе с поглощающим слоем до хБ на границе с барьерным слоем, расположенный на втором слое с переменным составом однородный по составу барьерный слой из CdxHg1-xTe (слой 5) с составом хБ=0,6-0,7 толщиной 0,2-0,5 мкм, расположенный на барьерном слое третий слой из CdxHg1-xTe с переменным составом (слой 6), в котором х изменяется в пределах от хБ на границе с барьерным слоем до хКС на границе с контактным слоем, расположенный на третьем слое с переменным составом однородный по составу контактный слой из CdxHg1-xTe (слой 7) с составом хКС=0,22-0,4 толщиной 1-2 мкм, расположенный на контактном слое четвертый слой из CdxHg1-xTe с переменным составом (слой 8), в котором х изменяется в пределах от хКС на границе с контактным слоем до хД=0,6-1,0, на четвертом слое из CdxHg1-xTe с переменным составом располагается пассивирующий слой (слой 9), а металлический полевой электрод из In (слой 10) наносится на поверхность пассивирующего слоя, причем геометрические размеры полевого электрода выбирают таким образом, чтобы минимальное расстояние от края полевого электрода до края площадки, ограничивающей область фоточувствительной структуры, было бы равно 1,0-1,2 мкм.The solution of this problem is achieved by the fact that in a barrier structure that is photosensitive to infrared radiation, including a substrate (layer 1), the first layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition located on the substrate (layer 2), in which x changes from 1 to at the boundary with the substrate up to x PS at the border with the absorbing layer, located on the first layer with a variable composition, a homogeneous absorbing layer of Cd x Hg 1-x Te (layer 3) with a composition of x PS = 0.22-0.4 with a thickness of 2 -4 μm, located on the absorbing layer, the second layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition (layer 4), in which x varies from x PS at the interface with the absorbing layer to x B at the interface with the barrier layer, located on the second layer with a variable composition, a homogeneous barrier layer of Cd x Hg 1-x Te (layer 5) with a composition x B = 0.6-0.7 with a thickness of 0.2-0.5 μm, located on the third barrier layer layer of Cd x Hg 1-x Te with variable composition (layer 6), in which x varies from x B at the boundary with a barrier layer up to x CS at the boundary with the contact layer, located on the third layer with a variable composition, a contact layer of uniform composition from Cd x Hg 1-x Te (layer 7) with a composition x CS \u003d 0.22-0.4 with a thickness of 1 -2 μm, located on the contact layer, the fourth layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition (layer 8), in which x varies from x COP at the border with the contact layer to x D \u003d 0.6-1, 0, a passivating layer (layer 9) is located on the fourth layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition, and a metal field electrode of In (layer 10) is deposited on the surface of the passivating layer, and the geometric dimensions of the field electrode are chosen in such a way that the minimum distance from the edge of the field electrode to the edge of the site, limiting the area of the photosensitive structure, would be equal to 1.0-1.2 microns.

В частном случае структура может быть легирована In с концентрацией легирующей примеси 1014-1016 см-3 однородно по всей толщине.In a particular case, the structure can be doped with In with a dopant concentration of 10 14 -10 16 cm -3 uniformly over the entire thickness.

В частном случае профиль легирования In может быть неоднородным по толщине структуры с концентрацией легирующей примеси 1014-1016 см-3.In a particular case, the In doping profile can be non-uniform over the thickness of the structure with a dopant concentration of 10 14 -10 16 cm -3 .

В частном случае подложка (слой 1) выполнена из GaAs и на нее нанесены слой ZnTe и слой CdTe, входящие в состав подложки.In a particular case, the substrate (layer 1) is made of GaAs, and a ZnTe layer and a CdTe layer, which are part of the substrate, are deposited on it.

В частном случае подложка (слой 1) выполнена из Si и на нее нанесены слой ZnTe и слой CdTe, входящие в состав подложки.In a particular case, the substrate (layer 1) is made of Si, and a ZnTe layer and a CdTe layer, which are part of the substrate, are deposited on it.

В частном случае подложка (слой 1) выполнена из CdZnTe и на нее нанесены слой ZnTe и слой CdTe, входящие в состав подложки.In a particular case, the substrate (layer 1) is made of CdZnTe, and a ZnTe layer and a CdTe layer, which are part of the substrate, are deposited on it.

В частном случае подложка (слой 1) выполнена из CdZnTe и на нее нанесен слой CdTe, входящий в состав подложки.In a particular case, the substrate (layer 1) is made of CdZnTe, and a CdTe layer, which is part of the substrate, is deposited on it.

В частном случае подложка (слой 1) выполнена из CdTe.In a particular case, the substrate (layer 1) is made of CdTe.

В частном случае пассивирующий слой (слой 5) выполнен из Al2O3.In a particular case, the passivating layer (layer 5) is made of Al 2 O 3 .

В частном случае пассивирующий слой (слой 5) выполнен из SiO2 с нанесенным на него сверху Si3N4.In a particular case, the passivating layer (layer 5) is made of SiO 2 coated with Si 3 N 4 on top.

В частном случае пассивирующий слой (слой 5) выполнен из SiO2 с нанесенным на него сверху ZnTe.In a particular case, the passivating layer (layer 5) is made of SiO 2 with ZnTe deposited on top.

Решение поставленной задачи достигается также тем, что в способе изготовления барьерной фоточувствительной к инфракрасному излучению структуры, включающем подготовку подложки (слой 1) к нанесению на нее последующих слоев и нанесение в ростовой камере методом молекулярно-лучевой эпитаксии последовательно первого слоя из CdxHg1-xTe с переменным составом (слой 2), в котором х изменяется от 1 на границе с подложкой до хПС на границе с поглощающим слоем, однородного по составу поглощающего слоя из CdxHg1-xTe (слой 3) с составом хПС=0,22-0,4 толщиной 2-4 мкм, второго слоя из CdxHg1-xTe с переменным составом (слой 4), в котором х изменяется в пределах от хПС на границе с поглощающим слоем до хБ на границе с барьерным слоем, однородного по составу барьерного слоя из CdxHg1-xTe (слой 5) с составом хБ=0,6-0,7 толщиной 0,2-0,5 мкм, третьего слоя из CdxHg1-xTe с переменным составом (слой 6), в котором х изменяется в пределах от хБ на границе с барьерным слоем до хКС на границе с контактным слоем, однородного по составу контактного слоя из CdxHg1-xTe (слой 7) с составом хКС=0,22-0,4 толщиной 1-2 мкм, четвертого слоя из CdxHg1-xTe с переменным составом (слой 8), в котором х изменяется в пределах от хКС на границе с контактным слоем до хД=0,6-1,0, вынос выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии гетероструктуры из ростовой камеры, на четвертом слое из CdxHg1-xTe с переменным составом, одним из низкотемпературных методов производится нанесение пассивирующего слоя (слой 9), сверху на который методом низкотемпературного термического напыления наносится полевой электрод из In (слой 10) таким образом, чтобы минимальное расстояние от края полевого электрода до края площадки, ограничивающей область фоточувствительной структуры, было бы равно 1,0-1,2 мкм.The solution of this problem is also achieved by the fact that in the method of manufacturing a barrier structure photosensitive to infrared radiation, including preparation of the substrate (layer 1) for deposition of subsequent layers on it and deposition in a growth chamber by the method of molecular beam epitaxy in succession of the first layer of Cd x Hg 1- x Te with variable composition (layer 2), in which x changes from 1 at the interface with the substrate to x PS at the interface with the absorbing layer, of a homogeneous absorbing layer of Cd x Hg 1-x Te (layer 3) with the composition x PS \u003d 0.22-0.4 with a thickness of 2-4 microns, the second layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition (layer 4), in which x varies from x PS at the border with the absorbing layer to x B by border with the barrier layer, homogeneous in composition of the barrier layer of Cd x Hg 1-x Te (layer 5) with the composition x B = 0.6-0.7 with a thickness of 0.2-0.5 μm, the third layer of Cd x Hg 1-x Te with variable composition (layer 6), in which x varies from x B at the boundary with the barrier layer to x CS by boundary with the contact layer, homogeneous in composition of the contact layer of Cd x Hg 1-x Te (layer 7) with the composition x KS \u003d 0.22-0.4 with a thickness of 1-2 μm, the fourth layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition (layer 8), in which x varies from x CS at the boundary with the contact layer to x D = 0.6-1.0, removal of the heterostructure grown by molecular beam epitaxy from the growth chamber, on the fourth layer from Cd x Hg 1-x Te with a variable composition, one of the low-temperature methods is to apply a passivating layer (layer 9), on top of which a field electrode of In (layer 10) is applied by low-temperature thermal spraying in such a way that the minimum distance from the edge of the field electrode to the edge of the site, limiting the area of the photosensitive structure, would be equal to 1.0-1.2 microns.

В частном случае полупроводниковая структура может быть легирована In с концентрацией легирующей примеси 1014-1016 см-3 однородно по всей толщине непосредственно в ростовой камере.In a particular case, the semiconductor structure can be doped with In with a dopant concentration of 10 14 -10 16 cm -3 uniformly over the entire thickness directly in the growth chamber.

В частном случае полупроводниковая структура может быть легирована In с концентрацией легирующей примеси 1014-1016 см-3 с неоднородным по толщине структуры профилем непосредственно в ростовой камере.In a particular case, the semiconductor structure can be doped with In with a dopant concentration of 10 14 -10 16 cm -3 with a profile that is inhomogeneous over the thickness of the structure directly in the growth chamber.

В частном случае подложка (слой 1) может быть выполнена из GaAs, и на нее в ростовой камере перед выращиванием поглощающего слоя нанесены слой ZnTe и слой CdTe.In a particular case, the substrate (layer 1) can be made of GaAs, and a ZnTe layer and a CdTe layer are deposited on it in the growth chamber before growing the absorbing layer.

В частном случае подложка (слой 1) может быть выполнена из Si, и на нее в ростовой камере перед выращиванием поглощающего слоя нанесены слой ZnTe и слой CdTe.In a particular case, the substrate (layer 1) can be made of Si, and a ZnTe layer and a CdTe layer are deposited on it in the growth chamber before growing the absorbing layer.

В частном случае подложка (слой 1) может быть выполнена из CdZnTe, и на нее в ростовой камере перед выращиванием поглощающего слоя нанесены слой ZnTe и слой CdTe.In a particular case, the substrate (layer 1) can be made of CdZnTe, and a ZnTe layer and a CdTe layer are deposited on it in the growth chamber before growing the absorbing layer.

В частном случае подложка (слой 1) может быть выполнена из CdZnTe, и на нее в ростовой камере перед выращиванием поглощающего слоя нанесен слой CdTe.In a particular case, the substrate (layer 1) can be made of CdZnTe, and a CdTe layer is deposited on it in the growth chamber before growing the absorbing layer.

В частном случае подложка (слой 1) может быть выполнена из CdTe.In a particular case, the substrate (layer 1) can be made of CdTe.

В частном случае после извлечения гетероструктуры из ростовой камеры одним из низкотемпературных методов может быть изготовлен пассивирующий слой (слой 5) из Al2O3.In a particular case, after removing the heterostructure from the growth chamber, one of the low-temperature methods can be used to fabricate a passivation layer (layer 5) from Al 2 O 3 .

В частном случае после извлечения гетероструктуры из ростовой камеры одним из низкотемпературных методов может быть изготовлен пассивирующий слой (слой 5) из SiO2 с нанесенным на него сверху Si3N4.In a particular case, after removing the heterostructure from the growth chamber, one of the low-temperature methods can be used to fabricate a passivation layer (layer 5) of SiO 2 with Si 3 N 4 deposited on top of it.

В частном случае после извлечения гетероструктуры из ростовой камеры одним из низкотемпературных методов может быть изготовлен пассивирующий слой (слой 5) из SiO2 с нанесенным на него сверху ZnTe.In a particular case, after removing the heterostructure from the growth chamber, one of the low-temperature methods can be used to fabricate a passivation layer (layer 5) from SiO2 with ZnTe deposited on top of it.

Реализация подобной конструкции фоточувствительной структуры предложенным способом обеспечивает локализацию области пространственного заряда, «наводимой» электрическим полем от полевого электрода, внутри объема полупроводниковой структуры. Таким образом, область пространственного заряда находится на значительном удалении от боковой грани полупроводниковой структуры, что, очевидно, исключает процессы поверхностной утечки из числа оказывающих влияние на формирование сигнала фоточувствительной структуры в темновом режиме.The implementation of such a design of the photosensitive structure by the proposed method ensures the localization of the space charge region, "induced" by the electric field from the field electrode, inside the volume of the semiconductor structure. Thus, the space charge region is located at a considerable distance from the side face of the semiconductor structure, which obviously excludes surface leakage processes from among those affecting the signal formation of the photosensitive structure in the dark mode.

На чертеже (фиг. 1) изображен один из вариантов реализации предлагаемой фоточувствительной к инфракрасному излучению структуры (единичная ячейка матрицы мезаструктур). Масштаб толщин различных слоев структуры выбран произвольным.The drawing (Fig. 1) shows one of the options for implementing the proposed photosensitive structure to infrared radiation (a single cell of the matrix of mesa structures). The scale of the thicknesses of different layers of the structure is chosen arbitrarily.

На чертеже обозначено:The drawing shows:

1 - подложка из GaAs с нанесенными на нее слоями ZnTe и CdTe;1 - GaAs substrate with layers of ZnTe and CdTe deposited on it;

2 - первый слой из CdxHg1-xTe с переменным составом х=[1; 0,29];2 - the first layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition x=[1; 0.29];

3 поглощающий слой из CdxHg1-xTe с составом х=0,29;3 absorbing layer of Cd x Hg 1-x Te with composition x=0.29;

4 второй слой из CdxHg1-xTe с переменным составом х=[0,29; 0,60];4 second layer of Cd x Hg 1-x Te with variable composition x=[0.29; 0.60];

5 барьерный слой из CdxHg1-xTe с составом х=0,6;5 barrier layer of Cd x Hg 1-x Te with composition x=0.6;

6 третий слой из CdxHg1-xTe с переменным составом х=[0,6; 0,29];6 third layer of Cd x Hg 1-x Te with variable composition x=[0.6; 0.29];

7 - контактный слой из CdxHg1-xTe с составом х=0,29;7 - contact layer of Cd x Hg 1-x Te with composition x=0.29;

8 - четвертый слой из CdxHg1-xTe с переменным составом х=[0,29; 1];8 - the fourth layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition x=[0.29; one];

9 - пассивирующий слой из Al2O3 с пассивацией боковой грани мезаструктуры;9 - passivating layer of Al 2 O 3 with passivation of the side face of the mesa structure;

10 - полевой электрод из In с диаметром D1, имеющим значение, обеспечивающее условие D2=1,0-1,2 мкм, где D2 расстояние от края полевого электрода, до края площадки, ограничивающей область фоточувствительной структуры.10 - field electrode from In with a diameter D1, having a value that provides the condition D2=1.0-1.2 μm, where D2 is the distance from the edge of the field electrode to the edge of the area that limits the area of the photosensitive structure.

11 - Обратный электрический контакт из In.11 - Reverse electrical contact from In.

На базе предложенной структуры может быть изготовлен матричный фотоприемник ИК-излучения. На чертеже (фиг. 2) приведена схема одного из вариантов его реализации. Для изготовления матрицы фотоприемных элементов выполняется травление (например в 0,5% растворе Br в HBr) выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии гетероструктуры HgCdTe до поглощающего слоя (слой 2) для последующего нанесения обратного электрода (слой 7), а также для физического разделения отдельных nBn-элементов путем формирования мезаструктур.On the basis of the proposed structure, an infrared radiation matrix photodetector can be manufactured. The drawing (Fig. 2) shows a diagram of one of the options for its implementation. To manufacture a matrix of photodetector elements, etching (for example, in a 0.5% solution of Br in HBr) of the HgCdTe heterostructure grown by molecular beam epitaxy to an absorbing layer (layer 2) is performed for subsequent deposition of a return electrode (layer 7), as well as for physical separation of individual nBn elements by forming mesa structures.

На чертеже (фиг. 3) показана зависимость величины, обратной произведению сопротивления барьерного слоя (RB) nBn-структуры на площадь полевого электрода (А), от отношения периметра полевого электрода (Р) к его площади. Данная зависимость была получена из исследования адмиттанса МДП-структур на основе nBn-структур с использованием автоматизированной установки для измерения иммитанса наногетероструктур, основными элементами которой являлись измеритель иммитанса Agilent Е4980А, неоптический криостат Janis и контроллер температуры Lake Shore. Исследовались структуры nBn-структуры с составом в поглощающем и контактном слое х=0,29, и составом барьерного слоя х=0,6. Диаметр полевого электрода менялся в пределах от 130 до 480 мкм.The drawing (Fig. 3) shows the dependence of the reciprocal of the product of the resistance of the barrier layer (R B ) nBn-structures on the area of the field electrode (A), on the ratio of the perimeter of the field electrode (P) to its area. This dependence was obtained from a study of the admittance of MIS structures based on nBn structures using an automated setup for measuring the immittance of nanoheterostructures, the main elements of which were an Agilent E4980A immitance meter, a Janis non-optical cryostat, and a Lake Shore temperature controller. The structures of the nBn structure with the composition in the absorbing and contact layer x=0.29 and the composition of the barrier layer x=0.6 were studied. The field electrode diameter varied from 130 to 480 μm.

Из фиг. 3 видно, что наклон графика, отражающего эту зависимость, очень мал, поскольку сопротивление барьерного слоя в спроектированной таким образом структуре определяется объемной компонентой темнового тока. Поверхностная утечка не оказывает влияния на эту зависимость, поскольку ширина области пространственного заряда, выступающей за край полевого электрода, много меньше расстояния от краев полевого электрода до боковых стенок мезаструктуры.From FIG. It can be seen from Fig. 3 that the slope of the graph reflecting this dependence is very small, since the resistance of the barrier layer in the structure designed in this way is determined by the bulk component of the dark current. Surface leakage does not affect this dependence, since the width of the space charge region protruding beyond the edge of the field electrode is much smaller than the distance from the edges of the field electrode to the side walls of the mesa structure.

Фиг. 4 демонстрирует зависимость сопротивления барьерного слоя в nBn-структурах от площади полевого контакта. Видно, что сопротивление барьера, то есть эффективность подавления барьером темнового тока тем выше, чем меньше диаметр полевого электрода и, следовательно, больше расстояние от края электрода до края мезаструктуры.Fig. 4 shows the dependence of the barrier layer resistance in nBn structures on the field contact area. It can be seen that the resistance of the barrier, i.e., the efficiency of dark current suppression by the barrier, is the higher, the smaller the diameter of the field electrode and, consequently, the greater the distance from the electrode edge to the edge of the mesa structure.

Источники информацииInformation sources

1. Gu R. MBE growth of HgCdTe on GaSb substrates for application in next generation infrared detectors / R. Gu, J. Antoszewski, W. Lei, I. Madni, G. Umana-Membrenao, and L. Faraone // J. Cryst. Growth. - 2017. - V. 468. - P. 216-219.1. Gu R. MBE growth of HgCdTe on GaSb substrates for application in next generation infrared detectors / R. Gu, J. Antoszewski, W. Lei, I. Madni, G. Umana-Membrenao, and L. Faraone // J. Cryst. Growth. - 2017. - V. 468. - P. 216-219.

2. Бурлаков И.Д. Твердотельная фотоэлектроника. Современное состояние и прогноз развития (обзор к 50-летию факультета физической и квантовой электроники Московского физико-технического института) / И.Д. Бурлаков, А.И. Дирочка, М.Д. Корнеева, В.П. Пономаренко, А.М. Филачев // Успехи прикладной физики. - 2014. - Т. 2, № 5. - С. 509-518.2. Burlakov I.D. Solid state photoelectronics. Current state and development forecast (review on the occasion of the 50th anniversary of the Faculty of Physical and Quantum Electronics of the Moscow Institute of Physics and Technology) / I.D. Burlakov, A.I. Dirochka, M.D. Korneeva, V.P. Ponomarenko, A.M. Filachev // Advances in Applied Physics. - 2014. - V. 2, No. 5. - S. 509-518.

3. М.A. Kinch. The future of infrared; III - Vs or HgCdTe? // J. Electron. Mater. - 2015. - V. 44, № 9. - P. 2969-2976.3. M.A. Kinch. The future of infrared; III - Vs or HgCdTe? // J. Electron. mater. - 2015. - V. 44, No. 9. - P. 2969-2976.

4. Maimon S. nBn detector, an infrared detector with reduced dark current and higher operating temperature / S. Maimon, G.W. Wicks // Appl. Phys. Lett. - 2006. - V. 89, Issue 15 - P. 151109.4. Maimon S. nBn detector, an infrared detector with reduced dark current and higher operating temperature / S. Maimon, G.W. Wicks // Appl. Phys. Lett. - 2006. - V. 89, Issue 15 - P. 151109.

5. Kopytko M. Different cap-barrier design for MOCVD grown HOT HgCdTe barrier detectors / M. Kopytko, A. Keblowski, W. Gawron, P. Madejczyk // Opto-Electronics Review. - 2015. - V. 23 (2). - P. 143-148.5. M. Kopytko, A. Keblowski, W. Gawron, P. Madejczyk, Different cap-barrier design for MOCVD grown HOT HgCdTe barrier detectors, Opto-Electronics Review. - 2015. - V. 23 (2). - P. 143-148.

6. Itsuno A.M. Bandgap-Engineered Mercury Cadmium Telluride Infrared Detector Structures for Reduced Cooling Requirements: Doctoral dissertation. University of Michigan, 2012.6. Itsuno A.M. Bandgap-Engineered Mercury Cadmium Telluride Infrared Detector Structures for Reduced Cooling Requirements: Doctoral dissertation. University of Michigan, 2012.

7. Kopytko M. HgCdTe barrier infrared detectors / M. Kopytko, A. Rogalski // Progress in Quantum Electronics. 2016. V. 47. P. 1-18.7. Kopytko M. HgCdTe barrier infrared detectors / M. Kopytko, A. Rogalski // Progress in Quantum Electronics. 2016. V. 47. P. 1-18.

8. Bubulac L.O. Defects, diffusion and activation in ion implanted HgCdTe // J. Crystal Growth. - 1988. - V. 86, № 1-4. - P. 723-734.8. Bubulac L.O. Defects, diffusion and activation in ion implanted HgCdTe // J. Crystal Growth. - 1988. - V. 86, No. 1-4. - P. 723-734.

9. Talipov N. Annealing kinetics of radiation defects in boron-implanted p-Hg1-xCdxTe / N. Talipov, A. Voitsekhovskii // Semicond. Sci. Technol. 2018. V. 33, №6. 065009 (8 pp.).9. Talipov N. Annealing kinetics of radiation defects in boron-implanted p-Hg1-xCdxTe / N. Talipov, A. Voitsekhovskii // Semicond. sci. Technol. 2018. V. 33, No. 6. 065009 (8 pp.).

10. Martyniuk P. Theoretical modelling of MWIR thermoelectrically cooled nBn HgCdTe detector / P. Martyniuk, A. Rogalski // Bulletin of the polish academy of sciences. Technical sciences. - 2013. - V. 61, № 1. - P. 211-220.10. Martyniuk P. Theoretical modeling of MWIR thermoelectrically cooled nBn HgCdTe detector / P. Martyniuk, A. Rogalski // Bulletin of the polish academy of sciences. technical sciences. - 2013. - V. 61, No. 1. - P. 211-220.

11. Ye Z.H. Modeling of LWIR nBn HgCdTe photodetector / Z.H. Ye, Y.Y. Chen, P. Zhang, C. Lin, X.N. Hu, R.J. Ding, L. He // Proc. of SPIE. - 2014. - V. 9070. - P. 90701L-1.11. Ye Z.H. Modeling of LWIR nBn HgCdTe photodetector / Z.H. Ye, Y.Y. Chen, P. Zhang, C. Lin, X.N. Hu, R.J. Ding, L. He // Proc. of SPIE. - 2014. - V. 9070. - P. 90701L-1.

12. Akhavan N.D. Theoretical Study of Midwave Infrared HgCdTe nBn Detectors Operating at Elevated Temperatures / N.D. Akhavan, G. Jolley, G.A. Umana-Membreno, J. Antoszewski, L. Faraone // J. Electron. Mater. - 2015. - V. 44, № 9. - P. 3044-3055.12. Akhavan N.D. Theoretical Study of Midwave Infrared HgCdTe nBn Detectors Operating at Elevated Temperatures / N.D. Akhavan, G. Jolley, G.A. Umana-Membreno, J. Antoszewski, L. Faraone // J. Electron. mater. - 2015. - V. 44, No. 9. - P. 3044-3055.

13. Kopytko M. Status of HgCdTe barrier infrared detectors grown by MOCVD in Military University of Technology / M. Kopytko, K.

Figure 00000001
, P. Martyniuk, W. Gawron, P. Madejczyk, A. Kowalewski, O. Markowska, A. Rogalski, J. Rutkowski // J. Electron. Mater. - 2016. - V. 45, № 9. - P. 4563-4573.13. Kopytko M. Status of HgCdTe barrier infrared detectors grown by MOCVD in Military University of Technology / M. Kopytko, K.
Figure 00000001
, P. Martyniuk, W. Gawron, P. Madejczyk, A. Kowalewski, O. Markowska, A. Rogalski, J. Rutkowski // J. Electron. mater. - 2016. - V. 45, No. 9. - P. 4563-4573.

14. Kopytko M. Engineering the bandgap of unipolar HgCdTe-based nBn infrared photodetectors / M. Kopytko, J.

Figure 00000002
K.
Figure 00000001
A. Rogalski, Jarek Antoszewski, N.D. Akhavan, Gilberto A. Umana-Membreno, Lorenzo Faraone, C.R. Becke r // J. Electron. Mater. 2015. V. 44, № 1. P. 158-166.14. Kopytko M. Engineering the bandgap of unipolar HgCdTe-based nBn infrared photodetectors / M. Kopytko, J.
Figure 00000002
K.
Figure 00000001
A. Rogalski, Jarek Antoszewski, N.D. Akhavan, Gilberto A. Umana-Membreno, Lorenzo Faraone, C.R. Becker // J. Electron. mater. 2015. V. 44, No. 1. P. 158-166.

15. Velicu S. Theoretical and experimental investigation of MWIR HgCdTe nBn detectors / S. Velicu, J. Zhao, M. Morley, A.M. Itsuno, J.D. Phillips // Proc. SPIE. - 2012. - V. 8268. - P. 82682X.15. Velicu S. Theoretical and experimental investigation of MWIR HgCdTe nBn detectors / S. Velicu, J. Zhao, M. Morley, A.M. Itsuno, J.D. Phillips // Proc. SPIE. - 2012. - V. 8268. - P. 82682X.

16. Пат. RU2529457 C1, МПК H01L 31/101. Фоточувствительная к инфракрасному излучению структура и способ ее изготовления / А.В. Войцеховский, С.Н. Несмелов, СМ. Дзядух, Е.Ю. Сидоров, С.А. Дворецкий, Н.Н. Михайлов, B.C. Варавин, М.В. Якушев, В.В. Васильев, заявл. 17.07.2013, опубл. 27.09.2014.16. Pat. RU2529457 C1, IPC H01L 31/101. Photosensitive to infrared radiation structure and method of its manufacture / A.V. Voitsekhovsky, S.N. Nesmelov, SM. Dzyadukh, E.Yu. Sidorov, S.A. Dvoretsky, N.N. Mikhailov, B.C. Varavin, M.V. Yakushev, V.V. Vasiliev, app. 07/17/2013, publ. 09/27/2014.

17. Rogalski A. Third-generation infrared photodetector arrays / A. Rogalski, J. Antoszewski, L. Faraone // J. Appl. Phys. - 2009. - Vol. 105. - № 9. - P. 4.17. Rogalski A. Third-generation infrared photodetector arrays / A. Rogalski, J. Antoszewski, L. Faraone // J. Appl. Phys. - 2009. - Vol. 105. - No. 9. - P. 4.

18. Пат. US 4679063 A, МПК G01J 5/02. Infra red detectors / A.M. White. - заявл. 23.09.1982; опубл. 07.07.1987.18. Pat. US 4679063 A, IPC G01J 5/02. Infra red detectors / A.M. White. - dec. 09/23/1982; publ. 07/07/1987.

19. Пат. WO 2012148634 A1, МПК H01L 31/0296. Minority carrier based HgCdTe infrared detectors and arrays / M.A. Kinch, C.A. Schaak. - заявл. 28.04.2011, опубл. 01.11.2012.19. Pat. WO 2012148634 A1, IPC H01L 31/0296. Minority carrier based HgCdTe infrared detectors and arrays / M.A. Kinch, C.A. Schaak. - dec. 04/28/2011, publ. 11/01/2012.

20. Пат. US 9048357 B2, МПК H01L 31/0352. Semiconductor structure, device comprising such a structure, and method for producing a semiconductor structure / O. Gravrand, A. Ferron. - заявл. 04.01.2012, опубл. 02.06.2015.20. Pat. US 9048357 B2, IPC H01L 31/0352. Semiconductor structure, device comprising such a structure, and method for producing a semiconductor structure / O. Gravrand, A. Ferron. - dec. 01/04/2012, publ. 06/02/2015.

Claims (22)

1. Фоточувствительная к инфракрасному излучению структура, включающая подложку, расположенный на подложке первый слой из CdxHg1-xTe с переменным составом, в котором х изменяется от 1 на границе с подложкой до хПС на границе с поглощающим слоем, расположенный на первом слое с переменным составом однородный по составу поглощающий слой из CdxHg1-xTe с составом хПС=0,22-0,4 толщиной 2-4 мкм, расположенный на поглощающем слое второй слой из CdxHg1-xTe с переменным составом, в котором х изменяется в пределах от хПС на границе с поглощающим слоем до хБ на границе с барьерным слоем, расположенный на втором слое с переменным составом однородный по составу барьерный слой из CdxHg1-xTe с составом хБ=0,6-0,7 толщиной 0,2-0,5 мкм, расположенный на барьерном слое третий слой из CdxHg1-xTe с переменным составом, в котором х изменяется в пределах от хБ на границе с барьерным слоем до хКС на границе с контактным слоем, расположенный на третьем слое с переменным составом однородный по составу контактный слой из CdxHg1-xTe с составом хКС=0,22-0,4 толщиной 1-2 мкм, расположенный на контактном слое четвертый слой из CdxHg1-xTe с переменным составом, в котором х изменяется в пределах от хКС на границе с контактным слоем до хД=0,6-1,0, отличающаяся тем, что на четвертом слое из CdxHg1-xTe с переменным составом располагается пассивирующий слой, а металлический полевой электрод из In нанесен на поверхность пассивирующего слоя, причем геометрические размеры полевого электрода выбирают таким образом, чтобы минимальное расстояние от края полевого электрода до края площадки, ограничивающей область фоточувствительной структуры, было бы равно 1,0-1,2 мкм.1. Photosensitive to infrared radiation structure, including a substrate, located on the substrate, the first layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition, in which x changes from 1 at the interface with the substrate to x PS at the interface with the absorbing layer, located on the first layer with a variable composition, a homogeneous absorbing layer of Cd x Hg 1-x Te with a composition x PS = 0.22-0.4 with a thickness of 2-4 μm, located on the absorbing layer, the second layer of Cd x Hg 1-x Te with with a variable composition, in which x varies from x PS at the boundary with the absorbing layer to x B at the boundary with the barrier layer, located on the second layer with a variable composition, a homogeneous barrier layer of Cd x Hg 1-x Te with the composition x B \u003d 0.6-0.7 with a thickness of 0.2-0.5 μm, located on the barrier layer, the third layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition, in which x varies from x B at the border with the barrier layer up to x CS at the boundary with the contact layer, located on the third layer with a variable composition of one uniform in composition contact layer of Cd x Hg 1-x Te with composition x KS = 0.22-0.4 1-2 μm thick, located on the contact layer fourth layer of Cd x Hg 1-x Te with variable composition, in in which x varies from x COP at the boundary with the contact layer to x D = 0.6-1.0, characterized in that on the fourth layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition there is a passivating layer, and a metal field In electrode is deposited on the surface of the passivating layer, and the geometric dimensions of the field electrode are chosen so that the minimum distance from the edge of the field electrode to the edge of the area that limits the area of the photosensitive structure would be equal to 1.0-1.2 μm. 2. Структура по п. 1, отличающаяся тем, что полупроводниковые слои легированы In с концентрацией легирующей примеси 1014-1016 см-3 однородно по всей толщине.2. The structure according to claim 1, characterized in that the semiconductor layers are doped with In with a dopant concentration of 10 14 -10 16 cm -3 uniformly throughout the entire thickness. 3. Структура по п. 2, отличающаяся тем, что профиль легирования In может быть неоднородным по толщине структуры с концентрацией легирующей примеси 1014-1016 см-3.3. The structure according to claim 2, characterized in that the In doping profile may be non-uniform over the thickness of the structure with a dopant concentration of 10 14 -10 16 cm -3 . 4. Структура по п. 1, отличающаяся тем, что подложка выполнена из GaAs и на нее нанесены слой ZnTe и слой CdTe, входящие в состав подложки.4. The structure according to claim 1, characterized in that the substrate is made of GaAs and a ZnTe layer and a CdTe layer, which are part of the substrate, are deposited on it. 5. Структура по п. 1, отличающаяся тем, что подложка выполнена из Si и на нее нанесены слой ZnTe и слой CdTe, входящие в состав подложки.5. The structure according to claim 1, characterized in that the substrate is made of Si and a ZnTe layer and a CdTe layer, which are part of the substrate, are deposited on it. 6. Структура по п. 1, отличающаяся тем, что подложка выполнена из CdZnTe и на нее нанесены слой ZnTe и слой CdTe, входящие в состав подложки.6. The structure according to claim 1, characterized in that the substrate is made of CdZnTe and a ZnTe layer and a CdTe layer, which are part of the substrate, are deposited on it. 7. Структура по п. 1, отличающаяся тем, что подложка выполнена из CdZnTe и на нее нанесен слой CdTe, входящий в состав подложки.7. The structure according to claim 1, characterized in that the substrate is made of CdZnTe and a CdTe layer, which is part of the substrate, is deposited on it. 8. Структура по п. 1, отличающаяся тем, что подложка выполнена из CdTe.8. Structure according to claim 1, characterized in that the substrate is made of CdTe. 9. Структура по п. 1, отличающаяся тем, что пассивирующий слой выполнен из Al2O3.9. Structure according to claim 1, characterized in that the passivation layer is made of Al 2 O 3 . 10. Структура по п. 1, отличающаяся тем, что пассивирующий слой выполнен из SiO2 с нанесенным на него сверху Si3N4.10. The structure according to claim 1, characterized in that the passivating layer is made of SiO 2 with Si 3 N 4 deposited on top of it. 11. Структура по п. 1, отличающаяся тем, что пассивирующий слой выполнен из SiO2 с нанесенным на него сверху ZnTe.11. The structure according to claim 1, characterized in that the passivating layer is made of SiO 2 with ZnTe deposited on top of it. 12. Способ изготовления барьерной фоточувствительной к инфракрасному излучению структуры по п. 1, включающий подготовку подложки к нанесению на нее последующих слоев и нанесение в ростовой камере методом молекулярно-лучевой эпитаксии последовательно первого слоя из CdxHg1-xTe с переменным составом, в котором х изменяется от 1 на границе с подложкой до хПС на границе с поглощающим слоем, однородного по составу поглощающего слоя из CdxHg1-xTe с составом хПС=0,22-0,4 толщиной 2-4 мкм, второго слоя из CdxHg1-xTe с переменным составом, в котором х изменяется в пределах от хПС на границе с поглощающим слоем до хБ на границе с барьерным слоем, однородного по составу барьерного слоя из CdxHg1-xTe с составом хБ=0,6-0,7 толщиной 0,2-0,5 мкм, третьего слоя из CdxHg1-xTe с переменным составом, в котором х изменяется в пределах от хБ на границе с барьерным слоем до хКС на границе с контактным слоем, однородного по составу контактного слоя из CdxHg1-xTe с составом хКС=0,22-0,4 толщиной 1-2 мкм, четвертого слоя из CdxHg1-xTe с переменным составом, в котором х изменяется в пределах от хКС на границе с контактным слоем до ХД=0,6-1,0, вынос выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии гетероструктуры из ростовой камеры, отличающийся тем, что одним из низкотемпературных методов производится нанесение пассивирующего слоя, сверху на который методом низкотемпературного термического напыления наносится полевой электрод таким образом, чтобы минимальное расстояние от края полевого электрода до края площадки, ограничивающей область фоточувствительной структуры, было бы равно 1,0-1,2 мкм.12. A method for manufacturing a barrier photosensitive to infrared radiation structure according to claim 1, including preparing a substrate for applying subsequent layers on it and applying the first layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition in a growth chamber by molecular beam epitaxy, in in which x changes from 1 at the interface with the substrate to x PS at the interface with the absorbing layer, an absorbing layer of homogeneous composition from Cd x Hg 1-x Te with the composition x PS = 0.22-0.4 2-4 μm thick, the second layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition, in which x varies from x PS at the boundary with the absorbing layer to x B at the boundary with the barrier layer, a barrier layer of uniform composition Cd x Hg 1-x Te with composition x B \u003d 0.6-0.7 with a thickness of 0.2-0.5 μm, the third layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition, in which x varies from x B at the border with the barrier layer to x CS at the boundary with the contact layer, homogeneous in composition of the contact layer of Cd x Hg 1-x Te with the composition x COP = 0.22-0.4 with a thickness of 1-2 microns, the fourth layer of Cd x Hg 1-x Te with a variable composition, in which x varies from x COP at the border with the contact layer to X D = 0.6 -1.0, removal of the heterostructure grown by molecular beam epitaxy from the growth chamber, characterized in that one of the low-temperature methods is the deposition of a passivating layer, on top of which a field electrode is applied by low-temperature thermal spraying in such a way that the minimum distance from the edge of the field electrode to the edge of the site, limiting the area of the photosensitive structure, would be equal to 1.0-1.2 microns. 13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что полупроводниковая структура легирована In с концентрацией легирующей примеси 1014-1016 см-3 однородно по всей толщине непосредственно в ростовой камере.13. The method according to p. 12, characterized in that the semiconductor structure is doped with In with a dopant concentration of 10 14 -10 16 cm -3 uniformly throughout the entire thickness directly in the growth chamber. 14. Способ по п. 13, отличающийся тем, что полупроводниковая структура легирована In с концентрацией легирующей примеси 1014-1016 см-3 с неоднородным по толщине структуры профилем непосредственно в ростовой камере.14. The method according to p. 13, characterized in that the semiconductor structure is doped with In with a dopant concentration of 10 14 -10 16 cm -3 with a profile that is inhomogeneous in thickness of the structure directly in the growth chamber. 15. Способ по п. 12, отличающийся тем, что подложка выполнена из GaAs, и на нее в ростовой камере перед выращиванием поглощающего слоя нанесены слой ZnTe и слой CdTe.15. The method according to claim 12, characterized in that the substrate is made of GaAs, and a ZnTe layer and a CdTe layer are deposited on it in the growth chamber before growing the absorbing layer. 16. Способ по п. 12, отличающийся тем, что подложка выполнена из Si, и на нее в ростовой камере перед выращиванием поглощающего слоя нанесены слой ZnTe и слой CdTe.16. The method according to claim 12, characterized in that the substrate is made of Si, and a ZnTe layer and a CdTe layer are deposited on it in the growth chamber before growing the absorbing layer. 17. Способ по п. 12, отличающийся тем, что подложка выполнена из CdZnTe, и на нее в ростовой камере перед выращиванием поглощающего слоя нанесены слой ZnTe и слой CdTe.17. The method according to claim 12, characterized in that the substrate is made of CdZnTe, and a ZnTe layer and a CdTe layer are deposited on it in the growth chamber before growing the absorbing layer. 18. Способ по п. 12, отличающийся тем, что подложка выполнена из CdZnTe, и на нее в ростовой камере перед выращиванием поглощающего слоя нанесен слой CdTe.18. The method according to claim 12, characterized in that the substrate is made of CdZnTe, and a CdTe layer is deposited on it in the growth chamber before growing the absorbing layer. 19. Способ по п. 12, отличающийся тем, что подложка выполнена из CdTe.19. Method according to claim 12, characterized in that the substrate is made of CdTe. 20. Способ по п. 12, отличающийся тем, что после извлечения гетероструктуры из ростовой камеры одним из низкотемпературных методов изготавливается пассивирующий слой из Al2O3.20. The method according to p. 12, characterized in that after removing the heterostructure from the growth chamber, a passivation layer of Al 2 O 3 is made by one of the low-temperature methods. 21. Способ по п. 12, отличающийся тем, что после извлечения гетероструктуры из ростовой камеры одним из низкотемпературных методов изготавливается пассивирующий слой из SiO2 с нанесенным на него сверху Si3N4.21. The method according to p. 12, characterized in that after removing the heterostructure from the growth chamber, one of the low-temperature methods is used to make a passivation layer of SiO 2 with Si 3 N 4 deposited on top of it. 22. Способ по п. 12, отличающийся тем, что после извлечения гетероструктуры из ростовой камеры одним из низкотемпературных методов изготавливается пассивирующий слой из SiO2 с нанесенным на него сверху ZnTe.22. The method according to p. 12, characterized in that after removing the heterostructure from the growth chamber, one of the low-temperature methods is used to make a passivation layer of SiO 2 with ZnTe deposited on top of it.
RU2021118232A 2021-06-23 2021-06-23 Structure photosensitive to infrared radiation and method for its manufacture RU2769232C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021118232A RU2769232C1 (en) 2021-06-23 2021-06-23 Structure photosensitive to infrared radiation and method for its manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021118232A RU2769232C1 (en) 2021-06-23 2021-06-23 Structure photosensitive to infrared radiation and method for its manufacture

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2769232C1 true RU2769232C1 (en) 2022-03-29

Family

ID=81076122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021118232A RU2769232C1 (en) 2021-06-23 2021-06-23 Structure photosensitive to infrared radiation and method for its manufacture

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2769232C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2244366C1 (en) * 2003-12-09 2005-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Альфа" PHOTORESISTOR BUILT AROUND HETEROEPITAXIAL STRUCTURE CdHgTe (ALTERNATIVES)
RU2310949C1 (en) * 2006-08-03 2007-11-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Photodiode infrared detector
RU75505U1 (en) * 2008-03-24 2008-08-10 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук PHOTODIODIC STRUCTURE FOR INFRARED RADIATION RECEIVER
US9048352B2 (en) * 2001-10-04 2015-06-02 Sony Corporation Solid image-pickup device with flexible circuit substrate
US9673347B2 (en) * 2011-04-28 2017-06-06 Drs Network & Imaging Systems, Llc Minority carrier based HgCdTe infrared detectors and arrays

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9048352B2 (en) * 2001-10-04 2015-06-02 Sony Corporation Solid image-pickup device with flexible circuit substrate
RU2244366C1 (en) * 2003-12-09 2005-01-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Альфа" PHOTORESISTOR BUILT AROUND HETEROEPITAXIAL STRUCTURE CdHgTe (ALTERNATIVES)
RU2310949C1 (en) * 2006-08-03 2007-11-20 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук Photodiode infrared detector
RU75505U1 (en) * 2008-03-24 2008-08-10 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук PHOTODIODIC STRUCTURE FOR INFRARED RADIATION RECEIVER
US9673347B2 (en) * 2011-04-28 2017-06-06 Drs Network & Imaging Systems, Llc Minority carrier based HgCdTe infrared detectors and arrays

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7368762B2 (en) Heterojunction photodiode
US8368051B2 (en) Complementary barrier infrared detector (CBIRD)
US9887307B2 (en) Diode barrier infrared detector devices and barrier superlattice structures
US10872987B2 (en) Enhanced quantum efficiency barrier infrared detectors
US20130043459A1 (en) Long Wavelength Infrared Superlattice
US9748427B1 (en) MWIR photodetector with compound barrier with P-N junction
Piotrowski et al. Dark currents, responsivity, and response time in graded gap HgCdTe structures
US20140217540A1 (en) Fully depleted diode passivation active passivation architecture
Singh et al. Performance of graded bandgap HgCdTe avalanche photodiode
US8994005B2 (en) Vertically correlated clusters of charged quantum dots for optoelectronic devices, and methods of making same
US8426845B2 (en) Long wavelength infrared superlattice
CN108538930B (en) Photoelectric detector
US20130043458A1 (en) Long Wavelength Infrared Superlattice
Yu et al. Polarization and p-type doping effects on photoresponse of separate absorption and multiplication AlGaN solar-blind avalanche photodiodes
RU2769232C1 (en) Structure photosensitive to infrared radiation and method for its manufacture
Gomółka et al. Mid-wave InAs/GaSb superlattice barrier infrared detectors with nBnN and pBnN design
Hinkey et al. Interband cascade infrared photodetectors with InAs/GaSb superlattice absorbers
Reine et al. Numerical simulation of InAs nBn infrared detectors with n-type barrier layers
JP2725993B2 (en) Light receiving element and solar cell
Suo et al. Dark Current Analysis of InAsSb-Based Hetero-$ p {\text {-}} i {\text {-}} n $ Mid-Infrared Photodiode
Wang et al. Infrared emitters and photodetectors with InAsSb bulk active regions
Rogalski History of HgTe-based photodetectors in Poland
Voitsekhovskii et al. II-VI Semiconductor-Based Unipolar Barrier Structures for Infrared Photodetector Arrays
Korotcenkov et al. Photodetectors Based on II-VI Multicomponent Alloys
RU2396635C1 (en) Infrared radiation sensitive structure and method of making said structure