SE459055B - Schottkybarriaerfotodetektor och foerfarande foer dess framstaellning - Google Patents

Description

459 055 1D 15 20 25 30 35 40 2 och inte mellan olika halvledande material eller bärartyper, såsom är fallet i en vanlig PN-diod. En platina-kadmiumsulfidschottkybarriärfotodetektor till- verkad med ohmisk kontakt och barriärkontakt belägna på motsatta sidor om kadmiumaulfidsubstratet är tidigare kända. Dessa tidigare kända detektorer uppvisar hög kvantumverkningsgrad i det ulatravioletta omrâdet och har goda infrarödtransmissionsegenskaper.

Den förbättrade detektorn enligt föreliggande uppfinning är mer anpassad för lämplig tillverkning och snabba monteringstekniker än tidigare kända de- tektorer. Den nya detektorn är tillverkad med bägge kontakterna på den främre ytan snarare än med den ohmiska kontakten och barriärkontakten på motsatta sidor om anordningen. Organiska isolerande lager tillverkade av fotoresister har ersatts av hårda, icke-organiska isolerande lager. Vidare har kopparmetal- liseringen och indiummetalliseringen ersatts med metalliseringar av guld, titan, nikrom och andra metaller. Dessa förbättringar underlättar fastgöringen av anslutningstrådar medelst höghastighetssvetsförfaranden, vilka är mer till- förlitliga och reducerar tiden och ansträngningarna som är nödvändiga för att bilda elektriska kontakter på anordningen. Vidare förbättras den totala till- förlitligheten hos anordningen. Tillverkningsförfarandet resulterar i ett kompenserat lager på ytan av kadmiumsulfidsubstratet, som skyddar anordníngen när alltför stora spänningar påföres densamma.

Enligt föreliggande uppfinning åstadkommas en schottkybarríärfotodetektor för detektering av ultraviolett strålning och transparent för infraröd strål- ning, innefattande ett kadmiumsulfidsubstrat vars övre yta vetter mot den ínfallande strålningen, en infrarödskärm anordnad på den övre ytan och inne- fattande ett metallager som är väsentligen ogenomträngligt för infraröd strål- ning och som har ett första centralt fönster, ett isolerande lager som täcker infrarödskärmen och som har ett andra centralt fönster, varvid det andra centrala fönstret sammanfaller med men är något mindre än det första centrala fönstret, ett schottkybarriär~metalliseringslager som är beläget i det andra centrala fönstret och fullständigt täcker den däri belägna substratytan och som är tillräckligt tunt för att vara väsentligen genomskinligt för infraröd och ultraviolett strålning, en barriärkontakt för att bringas i kontakt med schottkybarriärmetalliseringen i det andra centrala fönstret och som lämnar en större del därav exponerad och en ohmsk kontakt till kadmiumsulfidsubstratet.

Uppfinningens särdrag är att infrarödskärmen är anordnad direkt på kadmíumsulfidsubstratets övre yta, att det isolerande lagret innefattar ett sidofönster och att den ohmska kontakten är anordnad på den övre ytan av substratet, sträcker sig genom sidofönstret och bringas i kontakt med substra- tet genom infrarödskärmen.

Enligt föreliggande uppfinning åstadkommas också ett förfarande för till- 10 15 20 25 30 35 40 459 055 3 verkning av en schottkybarriärfotodetektor, vilket innefattar att en skiva utskäres ur ett enkristallint kadmiumsulfidämne, varvid skivan har övre och nedre huvudsakligen parallella plana ytor, som är vinkelräta mot kristallaxeln hos kadmiumsulfidens hexagonala kristall; att den övre ytan av skivan slipas, poleras och etsas för att åstadkomma ett subatrat som har en jämn yta och en nedre yta; att en infrarödskërmstruktur'anbringas på den övre ytan av substra- tet och mönstras, varvid skärmstrukturen innefattar ett lager av ett material som är huvudsakligen ogenmomträngligt för infraröd strålning och innefattar ett första centralt fönster därigenom; att ett isolerande lager anbringas på infra- rödskärmstrukturen och mönstras, varvid det isolerande lagret har ett andra centralt fönster, varvid det andra centrala fönstret är sammanfallande med och något mindre än det första centrala fönstret; att ett schottkybarriärmetalli- seringslager anbringas i det andra centrala fönstret så att det fullständigt täcker den del av substratet som är belägen däri, varvid schottkybarriärmetal- liseringslagret är tillräckligt tunt för att vara huvudsakligen transparent för ultraviolett och infraröd strålning, att en barriärkontakt och en ohmsk kontakt anbringas på och förlöper ovanför den övre ytan av substratet genom det andra centrala fönstret och genom sidofönstret, varvid barriärkontakten lämnar en större del av schottkybarriärmetalliseringslagret exponerad och den ohmska kontakten bringas i kontakt med substratet genom infrarödskärmen.

Enligt en utföringsform av uppfinningen formas först infrarödskärmstruktu- ren ovanpå ytan av ett polerat och felfritt kadmiumsulfidsubstrat. Skärmstruk- turen är företrädesvis sammansatt av ett lager av guld (ungefär 1500 Å tjockt), vilket är ogenomträngligt för infraröd strålning och är anordnat mellan två tunna lager av titan (ungefär 300 Å tjocka). Titanlagren fungerar som förbin- delsemedel. Infrarödskärmstrukturen avskäres i ett huvudsakligen kvadratiskt mönster och lämnar ett smalt centralt parti av substratet exponerat, vilket bildar den optiskt aktiva ytan. Ett relativt tjockt lager av kiaeldioxid (före- trädesvis ungefär SDÛO Å tjockt) täcker infrarödskärmstrukturen för att för- hindra kortslutning av efterföljande lager anbringade därpå. Två fönster etsas i kiseldioxidisoleríngslagret, det ena sammanfallande med substratets centrala, optiskt aktiva yta och det andra vid sidan om denna yta, vilket andra fönster senare skall mottaga den ohmska kontakten.

Schottkybarriärmetalliseringen utgöres företrädesvis av ett mycket tunt lager av platina anbringat direkt på substratet och fullständigt utfyllande det centrala fönstret i kiseldioxidlagret. Ett gränslager företrädesvis bestående av en metall såsom en volframkromnickellegering eller guld överlappar periferin av platinalagret och förhindrar barriärkontaktmetalliseringen från att påverka egenskaperna hos schottkybarriären.

Barriärkontaktmetalliseringen består företrädesvis av ett titanbindelager 459 055 f* få i 10 15 20 25 30 35 40 ¿ _, och ett lager av guld. Tjockleken av guldlagret ökas till ungefär 30.000 Å genom elektroplätering. Den ohmska kontakten bildas samtidigt som barriär- kontakten. Sidofönstret utetsas i kiseldioxidlagret samtidigt som det centrala fönstret möjliggör att den ohmska kontaktmetalliseringen berör infrarödskärm- strukturen. Infrarödskärmstrukturen i sin tur har ohmsk kontakt med kadmium- sulfidsubstratet medelst sitt nedre titanbindelager. Guldtrâdar är fästa vid den övre ytan av guldpartierna av den ohmska kontakten och barriärkontakten medelst termokompression eller ultraljudsvetsning.

Uppfinningen beskrivas mer i detalj här nedan med hjälp av föredragna ut- füringsformer av uppfinningen och under hänvisning till ritningarna. Därvid är fig 1-9 en serie vertikala tvärsnittsvyer som visar olika steg vid tillverk- ningen av en ultraviolett detektor enligt en första utföringsform av förelig- gande uppfinning. Fig 10A och 10B är ett vertikalt tvärsnitt och en planvy över den fullständiga ultraviolettdetektorn konstruerad såsom visas i fig 1-9. Dessa vyer visar också sättet att fästa guldtrådarna vid barriärkontakten och den ohmska kontakten. Fig 11 är en vertikal tvärsnittsvy genom en ultraviolett/- infraröddetektor tillverkad enligt en andra utföringsform enligt uppfinningen.

Fig 12-19 är en serie vertikala tvärsnittsvyer, vilka tillsammans med fig 1 och 2 visar olika steg vid tillverkningen av en ultraviolettdetektor enligt en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning. Fig 20 är en vertikal tvär- snittsvy av den färdiga ulatraviolettdetektorn konstruerad enligt fig 1, 2 och 12-19. Denna vy visar guldtrådarna fästa vid den ohmska kontakten och barriär- kontakten.

En första utföringsform av föreliggande uppfinning visas i olika steg un- der tillverkningen i fig 1-9, 10A och 10B. Den totala utformningen av detektorn framgår bäst ur fig 10B. Den innefattar ett plant, kvadratiskt kadmiumsulfid- substrat 30 som har en tunn, kvadratisk infrarödskärmstruktur 32 belägen direkt därpå. Infrarödstrukturen har en yttre periferi som anges med streckade linjer.

Ett isolerande lager 34 av kiseldioxid täcker infrarödskärmstrukturen. Ett tunt schottkybarriärmetallager 36 är anbringat direkt på kadmiumsulfidsubstratet i en central, optiskt aktiv yta som omges av den isolerade infararödskärmstruktu- ren. En ohmsk kontakt 38 och en barriärkontakt 40 berör skärmstrukturen och en gränslagerríng 42A (fig 10A) som befinner sig ovanför periferin av lagaret 36, genom separata fönster i kiseldioxidisoleringslagret. Såsom visas i fig 10A och 108 har barriärkontakten 40 en huvudsakligen cylindrisk utformning. Kontakten sträcker sig in i det centrala fönstret i det isolerande lagret och lämnar en stor del av schottkylagret 36 exponerad. Ett par utskjutningar 44 sträcker sig från motsatta sidor av ringen. Guldtrådar 46 och 48 är fästa vid den ohmska kontakten 38 och barriärkontakten 40, varvid tråden 48 är fäst vid en av utskjutningarna 44 hos barriärkontakten. 10 15 20 25 30 35 459 055 5 Det bör noteras att detektorn som visas i fig 10A och 10B är en mikro- elektronisk anordning. Exempelvis är det isolerande lagret 34 0,96 mm långt utmed en sida och det otäckta partiet av schottkybarriärmetallagret 36 kan ha en diameter uppgående till 0,10 mm. I figurerna har de relativa dimensionerna hos de olika lagren förstorats för att underlätta förståelsen av konstruktionen av utföringsformen. Vidare har i fig 2-9 och 12-19 upphöjningar av de olika lagren inte angivits i det centrala fönstret.

Under hänvisning till fig 1-9 och 10A kommer nu tillverkningen av den monolitiska uppbyggnaden av den första utföringsformen och förfarandet för tillverkningen därav att beskrivas i detalj. Det inses att ett flertal detekto- rer tillverkas samtidigt på en enda halvledarskiva i ett lämpligt arrangemang, såsom en 5 x 5 matris. En skiva med lämplig tjocklek, exempelvis 1 mm, utskäres ur ett en~kristallínt kadmiumsulfidämne, t ex ett ämne tillgängligt från Eagle- -Picher eller Cleveland Crystals Company. Dessa material är angivna att vara av en typ med en resistivitet av 1-20 ohmcm, en barriärkoncentration på 1015- _1016 2 1 1 föredragna orienteringen för skärningen av skivan är sådan att kristallaxeln cm'3, och en bärrarrörlighet på åtminstone 200 cm V- sek- . Den hos den hexagonala kristallen är vinkelrät mot ytan hos skivan, såsom visas i fig 1. Skivan bildar kadmiumsulfidsubstratet 30 hos detektorn. Här nedan an- vänds hänvisningssiffran 30 både för att ange skivan och substratet. Skivan etsas i en lösning av saltsyra för att identifiera sidor hos skivan med positiv och negativ orientering, dvs sulfidrik respektive kadmiumrik sida (se fig 1).

Skivan 30 är monterad i en hållare och polerad plan till en lämplig tjock- lek, exempelvis på mellan 0,50-0,75 mm. Tjockleken hos kadmíumsulfidsubstratet 30, dvs tjockleken hos skivan, kan variera avsevärt utöver detta omrâde utan att påverka fotospänningsegenskaperna hos detektorn. För att åstadkomma slip- ningen monteras skivan i en sliphållare och placeras på en konventionell roterande stålslipningsplatta. Ett slipmedel, såsom 5 um aluminiumpulver i MICRÛ ÛIL nr 1 kan tillföras var 30:e sekund. Skivan slipas på bägge sidorna för att erhålla parallella ytor och slipningen fortsätter tills den önskade tjockleken erhållits. Efter slipningen poleras skivan under användning av en filtliknande polerkudde på ett roterande hjul. Poleringen utföres först med ett 1 pm diamantpolermedel med en slutgiltig polering med 1/4 pm polermedel. Före- trädesvis rengöras hâllaren som används för att utföra poleringen mellan poleringarna för att förhindra förorening med tidigare använda medel. Det inses att de olika lagren hos detektorn anbringas endast på den övre ytan. Slipningen och poleringen av den nedre ytan behöver därför inte utföras.

Prepareringen av den färdiga skivan innebär användningen av ett ets- polermedel som avlägsnar kadmiumsulfid av icke-en-kristall från den övre ytan 40 av skivan och ger ytan en jämn, spegelliknande finish, som är huvudsakligen fri 459 055 10 15 20 25 30 35 40 6 från fel. Ett hjul med sidoväggar används för att innehålla en etspolerlösning vars aktiva ingrediens är salpetersyra eller saltsyra. Efter etspoleringen rengöres skivan och torkas.

Efter det att skivan 30 har preparerats monteras den på en hållare som vanligen är en glasslid med en storlek av 25 x 25 x 0,8 mm för att underlätta hanteringen. Glassliden som uppbär skivan placeras i en konventionell vakuum- pläteringsapparat. Här nedan kommer diskussionen att koncentreras till till- verkningen av enda detektor på ytan av kadmiumsulfidakivan, men det inses att ett flertal sådana detektorer tillverkas samtidigt vid olika på avstånd från varandra belägna platser på skivans yta.

I vakuumpläteringsapparaten pålägges olika materiallager på ytan av kadmiumsulfidsubstratet 30 för att bilda ínfrarödskärmstrukturen 32 (fig 2).

Behandlingstemperaturan kan vara från ungefär 20°C beroende på typen av metall som skall anbringas. Infrarödskärmstrukturen formas på den övre ytan av kadmiumsulfidsubstratet, vilket har placerats så att den övre ytan är den kadmiumrika sidan av skivan. Företrädesvis består infrarödskärmstrukturen av ett lager 50 av guld, som är ogenomskinligt för infraröd strålning, vilket lager är inplacerat mellan tvâ tunna lager S2 av en bindmetall. Lagren av guld kan vara från ungefär 500 Å till 10.000 Å tjockt. När lagret 50 är av guld är det företrädesvis ungefär 1500 Å tjockt. Bindmetallen är företrädesvis titan, men också aluminium, magnesium, zirkonium, hafnium eller legeringar av olika kombinationer kan användas. Företrädesvis är lagret av guld inplacerat mellan två relativt tunna lager av titan, som kan vara mellan 50-5000 Å tjocka och som företrädesvis vardera är ungefär 300 Å tjocka. ' Konventionell fotolitografisk teknik används så att de tre lagren av me- tall som innefattar infrarödskärmstrukturen har en identisk kvadratisk form med ett centralt runt fönster 54 (fig 2) som kommer att utgöra det optiska aktiva området genom vilket den infraröda strålningen kan passera. Efter formningen och mönstringen av infrarödskärmstrukturen placeras skivan i en pläterings- apparat och ett lager av kiseldioxid anbringas för att bilda isoleringslagret 34 (fig 3). En lämplig pläteringsapparat tillverkas av Balzers Higah Vacuum Company. Kiseldioxidisoleringslagret täcker infrarödskärmstrukturen och har en tjocklek av ungefär 500 till 20.000 Å och företrädesvis en tjocklek av ungefär 5000 Å. Konventionell fotolitografisk teknik används för att åstadkomma den önskade formen på det isolerande lagret. Isoleringslagret 34 (fig 10B) har en huvudsakligen kvadratisk form och ett första och ett andra fönster därigenom.

Det första fönstret 56 (fig 3) motsvarar i placering och total form det första fönstret 54 (fig 2), som är utformat i infrarödskärmstrukturen 32, förutom det att fönstret 56 är något mindre. Med andra ord är det andra centrala fönstret 56 sammanfallande med och något mindre än det första centrala fönstret 54. 10 15 20 25 30 35 40 459 G55 7 Bägge har en rund utformning. Det bör noteras att det isolerande lagret 34 (fig 2 och 3) överlappar de inre kanterna av infrarödskärmstrukturen som avgränsar fönstret 54 och berör kadmiumsulfidsubstratet 30. Sidofönstret 58 (fig 3) ut~ format i det isolerande lagret 34 är beläget på avstånd från det första fönsret och upptager den ohmska kontakten 38 (fig 108) såsom beskrivas senare. Etsnin- gen av det isolerande lagret 34 för att åstadkomma fönstret 58 innebär att en del av det övre lagret 52 avlägsnas.

Pläteringen förorsakar skada på den övre ytan av kadmiumsulfidsubstratet, vilket kan påverka egenskaperna hos detektorn negativt. Denna skada avlägsnas genom värmebehandling av skivan vid en lämplig temperatur under en förutbestämd tid, exempelvis 15 min vid en temperatur av ungefär 275°C.

Efter värmebehandlingen pâföres ett tunt lager fotoresist såsom en avlyft- ningsmask 60 (fig 4) för schottkybarríärmetalliseringen. Denna avlyftningsmask täcker skivan förutom det centrala fönstret 56 och den inre skuldran 62 hos det isolerande lagret 34. För att bilda avlyftningsmasken pålägges ett fotoresist- lager över hela ytan av skivan. Detta lager maskeras i de områden där foto~ resisten skall kvarstanna och det centrala partiet exponeras för ultraviolett ljus. Det exponerade fotoresistmaterialet framkallas därefter och löses kemiskt, vilket lämnar det centrala fönstret och skuldran 62 exponerade.

Efter bildningen av avlyftningsmasken placeras skivan i en konventionell vakuumapparat där två metalliseringslager anbringas över hela ytan av skivan (ej visad) medelst elektronstråleförångning. Fotoresistavlyftningsmasken 60 upplöses därefter genom sprejning med en stråle av aceton på skivytan. Detta förfarande avlägsnar också de två metalliseringslagren förutom i det centrala fönstret samt fotoresistavlyftningsmasken, såsom visas i fig 5. I denna figur är det nedre av dessa två metalliseringslager, varav en del befinner sig direkt på ytan av substratet 30, schottkybarriärmetalliseríngslagret 36. Det övre av dessa två lager är gränslagret 42. Det är betydelsefullt att hela den exponera- de ytan av substratet i fönstret 56 (fig 4) täckes av lagret 36. Daärför är avlyftningsmasken behandlad för att lämna både fönstret 56 och skuldran 62 avtäckt. Detta resulterar i bildningen av ett par ringformade lager 36' och 42' (fig 5) på akuldran 62. Såsom förklaras närmare här nedan etsas det centrala partiet av gränslagret 42 bort och periferin därav (42 i fig 9) kvarblir för att förhindra att barriärkontaktmetalliseringen påverkar egenskaperna hos schottkybarriären som bildas vid förbindelsen mellan metallagret 36 och kadmiumsulfidsubstratet 30. _ Schottkybarriärmetallagret 36 kan vara av platina, guld, iridium eller legeringar och olika kombinationer därav. Företrädesvis är lagret 36 av platina. Lagret 36 måste vara tillräckligt tunt för att vara huvudsakligen transparent för både ultraviolett och infraröd strålning. 459 055 10 15 20 25 30 35 40 8 När lagret 36 är av platina kan det ha en tjocklek av mellan 5 och 50 Å och är företrädesvis 15 Å tjockt. Tjockleken hos platinaskiktet styres till att vara_i SÅ genom mätning medelst en Talystep I profilometer.

Gränslagret 42 kan vara av guld, volfram, nickelkromlegering, iridíum, renium, palladium, rodíum eller legeringar eller olika kombinationer därav.

Företrädesvis är lagret 42 av guld och har en tjocklek av 100-300 Å. Lagren 36 och 42 kan i vilket fall som helst inte vara tillverkade av samma metall.

Därefter placeras skivan 30 åter i vakuumapparaten där den uppvärmes till en lämplig temperatur mellan ungefär 20°C och ungefär 235°C beroende på typen av ohmsk kontaktmetallíseríng och barriärkontaktmetallisering som skall använ- das. Företrädesvis uppvärms skivan till ungefär 175“C. Därefter påföres ett kontaktbindelager 66 som är ungefär 50 Å till S000 Å tjockt och företrädesvis ungefär 300 Å tjockt (fig 6) och lagret 66 påföres över hela ytan av skivan.

Företrädesvis är detta kontaktbindelager tillverkat av titan, även om också en nickelkromlegering, krom eller volfram också kan användas. När skivan fortfa- rande befinner sig i vakuumapparaten påföres ett kontaktmetalliseringslager 68 (fig 6) över det just pâförda kontaktbindelagret. Detta kontaktmetallíserings- lager kan vara av guld eller aluminium. Företrädesvis är kontaktmetalliserings- lagret 68 av guld och har en tjocklek av ungefär 1000 till 2000 Å.

Skivan avlägsnas från vakuumapparaten och belägges över hela dess yta med att lager av fotoresist (ej visat). En lämplig omvänd bild påföres i detta fotoresistlager så att ett par kontaktkuddar 70 och 72 (fig 7) kan elektro- pläteras på skivan för att bilda den ohmska kontakten 38 och barriärkontakten 40. Kudden 70 utfyller fullständigt sidofönstaret 58 och har ytor som är fästa eller limmade vid ett par steglagerpartier 68a och 68b hos kontaktmetallise- ringslagret 68. Kudden 72 har ett nedre cylindrískt parti beläget inuti det centrala fönstret 36 och vars sidor är förbundna med ett par steglagerpartier 68c och 6Bd av lagret 68.

Kuddarna 70 och 72 är tillverkade av samma typ av metall som kontaktmetal- liseríngslagret 68. Företrädesvís är de tillverkade av guld som uppbygges medelst elektroplätering tills den sammanlagda tjockleken av kudden 70 och lagerpartiet 68a eller hos kudden 72 och lagerpartiet 68c är ungefär 50.000 Å.

Efter ovannämnda elektroplätering avlägsnas fotoresisten och partierna av kontaktmetalliseringslagret 66 som inte befinner sig under de elektropläterade kuddarna 70 och 72 etsas bort, såsom visas i fig 8. Därefter bortetsas kontakt- bindelagret 66, som inte befinner sig under kuddarna 70 och 72, såsom visas i fig 9. Detta lämnar den ohmska kontakten 38 och barriärkontakten fiß isolerade från varandra. Således, om man betraktar fig 8 och 9 tillsammans, framgår att den fullständiga ohmska kontakten 38 består av lagerpartierna 66a, 66b, 68a och 68b och kudden 70: På samma sätt består den färdiga barriärkontakten 40 av 10 15 20 25 30 35 40 459 oss 9 lagerpartierna 66c, 66d, 680 och 68d och kudden 72. Slutligen bortetsas det parti av gränslagret 72 (fig 8) som inte befinner sig under kudden 72 för att exponera schottkybarriärmetallagret 36, såsom visas i fig 9. Den kvarvarande gränslagerringen h2a (fig 9) hos gränslagret överlappar periferín av schottky- lagret 36. Den förhindrar att kontaktbindelagerpartiet 66c, vilket är före- trädesvis titan, påverkar egenskaperna hos schottkybarriären som bildas mellan lagret 36 och kadmiumsulfidsubstratet 30. Gränslagerringen 42a är inte absolut nödvändig och kan elimineras när kontaktbindelagret 66 är tillverkat av en me- tall som inte bildar en kontakt av ohmst typ mellan lagret 66c och schottky- barriärmetallagret 36.

Därefter monteras skivan med överytan nedåt på en arbetshållare lämplig för slipning så att den obehandlade nedre ytan av skivan vetter uppåt. Det är nödvändigt att förhindra skada hos de olika lagren av material som har anbrin- gats på den övre ytan av skivan. Därför påföres en mängd vax till arbetshålla- ren för att förhindra detektorn från att beröra metallpartier av slipningshål- laren. Den nedre sidan av skivan slipas till en lämplig tjocklek, såsom 0,15 mm och den nedre ytan poleras såsom beskrivits ovan i samband med slipning och polering av den övre ytan. Det inses att slipningen och poleringen av den nedre ytan är nödvändig endast när lager skall anbringas på denna yta, exempelvis vid bildningen av ohmsk kontakt på den nedre ytan av kadmiumsulfidsubstratet eller när anordningen skall användas i en detektor av sandwichtyp.

Vidare är den slutliga tjockleken av substratet inte kritisk. Dess tjock- lek begränsas endast i det avseendet att det är önskvärt att ha en färdig detektorutformning i form av en relativt plan skiva.

Efter det att den nedre ytan av skivan har slipats och polerats frigöres skivan från arbetshållaren och rengöras och torkas. Lämpliga rengörings- och torkningssteg anges i det amerikanska patentet 4 000 502. Detektorn kontrol- leras för hål i infrarödskärmstrukturen 32. Förekomsten av sådana hål är icke önskvärd eftersom de medger att yttre strålning kan genomtränga kadmiumaulfid- substratet vid ställen andra än vid det centrala fönstret 56. Detta kommer att påverka egenskaperna hos en infrarödsensor placerad under kadmiumsulfidsubstra- tet när detektorn används i en ultraviolett/infraröd-sandwichutformning.

Skivan monteras på en sockel och uppdelas i individuella detektorer under användning áv en lämplig såg och slipande medel. En sådan lämplig såg tillver- kas av South Bay Technology. Sågen innehåller ett blad som har en diameter upp- gående till ungefär 0,13 mm. Det slipande medlet kan innehålla 5 pm aluminium- pulver i glycerol och vatten.

Slutligen fästes guldtrådarna 46 och 48 (fig 10A) till den ohmska kontak- ten 36 och barriärkontakten 40 genom termokompression eller ultraljudssvets- ning. Sådana apparater är kommersiellt tillgängliga för att fästa trådarna på 459 055 10 15 20 25 30 35 40 10 detta sätt vid hög hastighet och denna höghastighetsförbindning underlättas av att både den ohmska kontakten och barriärkontakten befinner sig på samma sida om substratet. Ingen ledande epoxiharts behöver anbringas för att fästa trådar- na vid resp kontakter. Termokompressionsförbindningstekniken resulterar i bild- ningen av svampliknande lober 74 vid ändarna av trådarna, vilka är säkert för- bundna med guldkontaktkuddarna 70 och 72 under antagande av att guld har an- vänts vid kontaktmetalliseringen. I fig 10A anges upphöjningen av lagren 42a, 66c och 68c som omger det centrala fönstret 56.

Ovanstående förfarande, där olika lager av detektorn uppbygges, resulterar i bildningen av ett kompenserat lager 76 (fil 10A) intill den övre ytan av substratet 30. Dess nedre plana gräns anges med streckade linjer i fig 10A.

Detta kompenserade lager bildar ett lavinområde som skyddar detektorn när allt- för stora spänningar pålägges denna. Detta kan ske när statisk elektricitet urladdas från en person genom anordningen via dess kontakter, såsom prover etc.

En oskyddad detektor kan utveckla en potentialskillnad på 100-tals volt över det isolerande lagret 34. En sådan spänningsskillnad kan inducera ett dialekt- riskt genomslag i det isolerande lagret, vilket kan förorsaka en permanent skada på detektorn.

I fig 11 visas en andra utföringsform av föreliggande uppfinning i form av en ultraviolett/infraröd-detektor. Den övre delen av denna detektor är den första utföringsformen av ultraviolettdetektorn i fig 10A och 10B, beskriven ovan. Den nedre delen av denna UV/IR-detektor är en IR-sensor 78 i form av en lämplig P-N-övergångsfotodiod. En lämplig diod använder indiumantimonid- halvledarmaterial. Företrädesvis är IR-sensorn 78 belägen tätt intill den nedre ytan av UV-detektorn. Med andra ord är P och N -halvledarmaterialen som bildar IR- sensorn inte direkt förbundna med den nedre ytan av kadmiumsulfidsubstratet hos UV-detektorn. Infrarödskärmstrukturen 32 hos UV-detektorn sträcker sig företrädesvis förbi sidokanterna hos IR-sensor 78 så att denna detektor mot- tager IR-strålning endast genom det centrala fönstret 56 hos UV-detektorn.

Det är känt att kiseldioxid uppvisar dåliga bindníngsegenskaper i samband med vissa kadmiumsulfidytor. Den tredje utföringsformen av föreliggande upp- finning, som visas i fig 12-20, övervinner detta problem och tillförsäkrar därigenom tíllförlitligheten hos det isolerande lagret. I alla figurerna 2-20 anges samma delar med samma hänvisningsnummer utom där annat anges. De första stegen vid tillverkningen av denna tredje utföringsform är desamma som förkla- rats i samband med fig 1 och 2. Efter det att infrarödskärmstrukturen 32 har formats placeras skivan i en pläteringsapparat, där den förvärmes, och ett första relativt tunt lager B av kiseldioxid (fig 12) uppgående till ungefär 1000 Å i tjocklek pâlägges så att det täcker hela ytan av skivan. Detta lager mönstras under användning av fotolitografisk teknik för att alstra det första 10 15 20 25 30 35 40 459 055 11 ' fönstret 58 som beskrivits ovan i samband med den första utföringsfcrmen. Åter- igen kan skador på kadmiumsulfidsubstratet som ett resultat av pläteringspro- cessen avlägsnas genom värmning av skivan under ungefär 15 min vid en tempera- tur av ungefär 275°C.

Efter värmningen pâföres schottkybarriärmetallagret 36 och gränsmetallí- eeringslagret 42 pålägges och begränsas såsom visas i fig 13 och 14. Förfaran- destegen är liknande dem som beskrivits i samband med fig 4 och 5.

Därefter placeras skivan åter i pläteringsapparaten och ett andra relativt tjockt lager 82 av kiseldioxid (fig 15) uppgående till ungefär 4000 Å i tjock- lek anbringas på det första lagret av kiseldioxid 80. Fotolitografisk teknik används åter för att forma det andra isolerande lagret 82 för att åstadkomma det första och det andra fönstret 56 och 58. Denna gång utformas dock det andra lagret av kiseldioxid för att åstadkomma ett något mindre aktivt ytfönster 56' än det som etsats i det första lagret av kíseldioxid 80. Ett enda etssteg avlägsnar partier av både isoleringslagret 80 och 82 och det övre av lagren 52 och åstadkomer fönstret 58.

Kontaktbindelagret 66 och kontaktmetalliseringslagret 68 anbringas ovanpå skivan (fig 16) på ett sätt som beskrivits i samband med fig 6 i den första utföringsformen. Kontaktkuddarna 70 och 72 bygges upp medelst elektroplätering såsom visas i fig 17. På ett sätt liknande det i första utföringsformen etsas de partier av lagren 66 och 68 som inte befinner sig under kontaktkuddarna 70 och 72 successivt bort, såsom visas i fig 18 och 19. Detta isolerar den ohmska kontakten 38 och barriärkontakten 40 från varandra. Såsom visas i fig 19 etsas delar av gränslagret 42 bort i det centrala fönstret 56 vilket lämnar gräns- lagerringen 42a.

Slutligen, såsom visas i fig 20, fästes guldtrådar 46 och 48 vid den ohmska kontakten 38 och barriärkontakten 40 medelst termokompression eller ultraljudssvetsning såsom i den första utföringsformen. Behandlingen av skivans nedre yta, sågningen av skivan till individuella detektorenheter och den slut- liga etsningen av varje individuell detektor kan ske såsom summariskt angivits i samband med den första utföringsformen.

Härovan har beskrivits föredragna utföríngsformer av uppfinningen men en fackman inser att utföringsformerna kan modifieras både med avseende på arran- gemang och detaljer. Föreliggande uppfinning är endast begränsad av nedanstå- ende patentkrav.

Claims (14)

459 055 10 15 20 25 30 35 40 12 -ï PATENTKRAV

1. Schottkybarriärfotodetektor för detektering av ultraviolett strålning och transparent för infraröd strålning, innefattande ett kadmiumsulfid- substrat (30) vars övre yta vetter mot den infallande strålningen, en infra- rödskärm (32) anordnad på den övre ytan och innefattande ett metallager, som är väsentligen ogenomträngligt för infraröd strålning och som har ett första centralt fönster (54), ett isolerande lager (34) som täcker infrarödskärmen och som har ett andra centralt fönster (56), varvid det andra centrala fönstret (56) sammanfaller med men är något mindre än det första centrala Fönstret (54), ett schottkybarriär-metalliseringslager (36) som är beläget i det andra centrala fönstret (56) och fullständigt täcker den däri belägna substratytan och som är tillräckligt tunt för att vara väsentligen genom- skinligt för infraröd och ultraviolett strålning, en barriärkontakt (üü) för att bringas i kontakt med schottkybarriär-metalliseringen (36) i det andra centrala fönstret (56) och som lämnar en större del därav exponerad och en ohmsk kontakt (38) till kadmiumsulfidsubstratet (30), k ä n n e t e c k n a d av att infrarödskärmen (32) är anordnad direkt på kadmiumsulfidsubstratets (30) övre yta, att det isolerande lagret (34) innefattar ett sidofönster (58) och av att den ohmska kontakten (38) är anordnad på den övre ytan av substra- tet (30), sträcker sig genom sidofönstret (58) och bringas i kontakt med substratet (30) genom infrarödskärmen (32).

2. Detektor enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att det isolerande lagret (34) består av kiseldioxid.

3. Detektor enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av ett gränslager (42) anordnat mellan barriärkontakten (40) och schottkybarriär- metalliseringslagret (36), varvid gränslagret består av ett annat material än schottkybarriär-metalliseringslagret för att förhindra att barriärkontakten påverkar schottkybarriärens egenskaper vid övergången mellan substratet (30) och schottkybarriär-metallíseringslagret (36).

4. Detektor enligt krav 1, 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att ínfrarödskärmen (32) innefattar ett lager (50) av guld inplacerat mellan två lager (52) av ett material valt från gruppen bestående av titan, aluminium, magnesium, zirkonium och hafhium.

5. S. Detektor enligt något av kraven 1 - 4, k ä n n e t e c k n a d av att schottkybarriår-metalliseringslagret (36) består av guld eller iridium.

6. Detektor enligt något av kraven 3 - 5, k ä n n e t e c k n a d av att gränslagret (42) är gjort av ett material valt från gruppen bestående av guld, tungsten, nikrom, iridium, rhenium, palladium och rodium.

7. Detektor enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att barriärkontakten och den ohmska kontakten (40, 38) var och en innefattar 10 15 20 25 30 35 40 459 055 " 13 ett nedre kontaktbindelager (66) gjort av ett material valt från gruppen bestående av titan, tungsten, nikrom ooh krom, och en övre kontaktkudde (72, 70) gjord av guld eller aluminium.

8. Detektor enligt något av föregående krav, varvid dess barriärkontakt är kopplad till en ledningstråd (48) av guld, k ä n n e t e c k n a d av att den ohmska kontakten (38) likaså är kopplad med en ledningstråd av guld (46) och av att varje ledningstråd (48; 46) är kopplad till sin respektive kontakt (40; 38) genom termokompression.

9. Förfarande för tillverkning av en echottkybarriärfotodetektor, k ä n n e t e c k n a d av att en skiva utskëres ur ett enkristallint kadmiumsulfídämne, varvid skivan har övre och nedre huvudsakligen parallella plana ytor, som är vinkelräta mot kristallaxeln hos kadmiumsulfidens hexago- nala kristall; att den övre ytan av skivan alipas, poleras och etsas för att åstadkomma ett substrat (30) som har en jämn övre yta och en nedre yta; att en ínfrarödskärmstruktur (32) anbringas på den övre ytan av substratet och mönstras, varvid skärmstrukturen innefattar ett lager av ett material som är huvudsakligen ogenomträngligt för infraröd strålning och innefattar ett första centralt fönster (54) därigenom; att ett isolerande lager (34) an- bringas på infrarödskärmstrukturen (32) och mönstras, varvid det isolerande lagret (34) har ett andra centralt fönster (56), varvid det andra centrala fönstret (56) är sammanfallande med och något mindre än det första centrala fönstret (54); att_ett schottkybarriär-metalliseringslager (36) anbringas i det andra centrala fönstret så att det'fullständigt täcker den del av sub- stratet som är belägen däri, varvid schottkybarriär-metalliseringslagret (36) är tillräckligt tunt för att vara huvudsakligen transparent för ultraviolett och infraröd strålning, att en barriärkontakt (40) och en ohmsk kontakt (38) anbringas på och förlöper ovanför den övre ytan av substratet (30) genom det andra centrala fönstret och genom sidofönstret, varvid barriärkontakten (40) lämnar en större del av schottkybarriär-metalliseringslagret (36) exponerad och den ohmska kontakten (38) bringas i kontakt med substratet (30) genom infrarödskärmen (32).

10. Förfarande enligt krav 9, k ä n n e t e c k n a d av att ett gränslager (42) anbringas mellan barriärkontakten (40) och schottkybarriär- -metalliseringslagret (36) innan barriärkontakten anbringas, vilket gräns- lager (42) förhindrar barriärkontakten (40) från att påverka egenskaperna hos schottkybarriären som bildas vid övergången mellan den övre ytan av substra- tet (30) och schottkybarriär-metalliseringslagret (36), vilket gränslager (42) är tillverkat av ett material utvalt ur gruppen bestående av guld, volfram, nickel-kromlegering, iridium, rhenium, palladium och rodium.

11. Förfarande enligt krav 9 eller 10, k.ä n n e t e c k n a t av att 459 055 10 15 20 25 30 ; 14 ett isolerande lager (34) anbringas över infrarödskärmstrukturen (32) inne- fattande att ett första lager av kiseldíoxid anbringas ovanpå infrarödskärm- strukturen (32), vilket första lager av kiseldioxid har ett första fönster- parti sammanfallande med och något mindre än det första centrala fönstret (54) och att ett andra isolerande lager av kiseldioxid anbringas ovanpå det första lagret av kiseldioxid och bildar ett andra fönsterparti i det andra isolerande lagret, vilket andra fönsterparti är sammanfallande med och något mindre än det första fönsterpartiet, varvid nämnda första och andra fönster- partier tillsammans bildar nämnda andra centrala fönster (56); och att nämnda sidofönster (58) formas löpande genom det första och det andra isolerande lagret (34) till lagret av material i infrarödskärmstrukturen (32), huvudsakligen ogenomtränglig för infraröd strålning.

12. Förfarande enligt något av krav 9 - 11, k ä n n e t e c k n a t av att ändarna av paret av guldtrådar (46) förbindes med barriärkontakten (40) och den ohmska kontakten (38) medelst termokompression.

13. Förfarande enligt något av krav 9"- 12, k ä n n e t e c k n a t av som är att vid anbringningen av ínfrarödskärmstrukturen (32) åstadkommas ett lager (50) av guld anbringat mellan ett första och ett andra lager (52) av titan, varvid det första och det andra lagret (52) av titan är ungefär 50 Å till ungefär 5000 Å tjockt och guldlagret (50) är ungefär 500 Å till ungefär 10.000 Å tjockt.

14. Förfarande enligt något av krav 9 - 13, k ä n n e t e c k n a t av att vid anbringningen av barriärkontakten (40) och den ohmska kontakten (38) anbringas ett kontaktbindelager (66) tillverkat av titan uppgående till mellan 50 Å och 5000 Å i tjocklek, följt av steget att ett kontaktmetallise- ringslager (68) av guld anbringas, vilket har en tjocklek av ungefär 1000 Å till ungefär 2000 Å, följt av att barriärkontakten (40) och den ohmska kontakten (38) elektropläteras till kuddar (72, 70) tillverkade av guld på kontaktmetalliseringslagret (68) så att kontaktkuddarna (72, 70) sträcker sig ovanför isoleringslagret (34).