SE533944C2 - En flerlagersstruktur - Google Patents

En flerlagersstruktur Download PDF

Info

Publication number
SE533944C2
SE533944C2 SE0850160A SE0850160A SE533944C2 SE 533944 C2 SE533944 C2 SE 533944C2 SE 0850160 A SE0850160 A SE 0850160A SE 0850160 A SE0850160 A SE 0850160A SE 533944 C2 SE533944 C2 SE 533944C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
layer
thermistor
structure according
layers
thermistor structure
Prior art date
Application number
SE0850160A
Other languages
English (en)
Other versions
SE0850160A1 (sv
Inventor
Henry H Radamson
Original Assignee
Henry H Radamson
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 Henry H Radamson filed Critical Henry H Radamson
Priority to SE0850160A priority Critical patent/SE533944C2/sv
Priority to EP09833754.6A priority patent/EP2374154B1/en
Priority to PCT/SE2009/051458 priority patent/WO2010071591A1/en
Priority to US13/140,938 priority patent/US8344845B2/en
Publication of SE0850160A1 publication Critical patent/SE0850160A1/sv
Publication of SE533944C2 publication Critical patent/SE533944C2/sv

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor 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
    • H01L31/0248—Semiconductor 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
    • H01L31/0352—Semiconductor 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 their shape or by the shapes, relative sizes or disposition of the semiconductor regions
    • H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures
    • H01L31/035254—Superlattices; Multiple quantum well structures including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System, e.g. Si-SiGe superlattices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/0225—Shape of the cavity itself or of elements contained in or suspended over the cavity
    • G01J5/024—Special manufacturing steps or sacrificial layers or layer structures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/04—Casings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/02—Constructional details
    • G01J5/04—Casings
    • G01J5/046—Materials; Selection of thermal materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor 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
    • H01L31/0248—Semiconductor 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
    • H01L31/0256—Semiconductor 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
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic System
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor 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
    • H01L31/0248—Semiconductor 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
    • H01L31/0256—Semiconductor 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
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/0312—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only AIVBIV compounds, e.g. SiC
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor 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
    • H01L31/0248—Semiconductor 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
    • H01L31/0256—Semiconductor 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
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
    • H01L31/0321—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312 characterised by the doping material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/20—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components 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
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14665—Imagers using a photoconductor layer
    • H01L27/14669—Infrared imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor 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
    • H01L31/08—Semiconductor 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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/09—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

533 944 SiGe/ Si med en prestanda som är starkt beroende av de enskilda lagertjocklekarna .
En bolometerutformad struktur, en anordning för mätning av energi för infallande elektromagnetisk strålning som är särskilt noggrann i det höga k av lR-spektrat, används vanligen vid begagnande av termistormaterial.
Bolometern framställs genom bearbetning av t.ex. flerlagerstrukturer för att bilda enskilda fristående pixlar. vanadinoxid och en eller flera lager av (amorf, poly-kristallint eller Typiska termistormaterial är enkristallint) kisel eller komposit kisel-germaniumbaserade strukturer.
Redogörelse för uppfinningen Syftet med föreliggande uppfinning är att överbrygga åtminstone en del av nackdelarna med tidigare känd teknik. Detta uppnås genom de anordningar och metoder som anges i de oberoende kraven.
En termistorstruktur enligt uppfinningen innefattar en flerlagerstruktur med åtminstone flerlagerstruktur. ett kvantlager omgivet av barriårlager i en Kvantlagret innefattar Ge och kan vara i form av antingen en kvantbrunn eller kvantprickar. Barriärlagret är ett koldopat Si-lager, och uppfinningen år avsedd att tillhandahålla ett sätt att mekaniska kompensera för den töjningen i en flerlager-IR- detektorstruktur genom koldopning av kvantlagret och barriârlager.
Uppfinningen är vidare relaterad till ökande av känslighet i en flerlager- lR-detektorstruktur, och särskilt till att öka signal-brusförhållandet i en flerlager-IR-detektorstruktiir.
Utföringsformer av uppfinningen definieras i de beroende patentkraven.
Andra syften, fördelar och nya kännetecken för uppfinningen kommer att framgå av följande detaljerade beskrivning av exempel på utföringsformer 533 944 av uppfinningen när den betraktas tillsammans med medföljande ritningar och krav.
Figurbeskrivning Fördragna utföringsformer av uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till medföljande ritningar, där FIG. 1 visar den mekaniska töjningsfördelningen i en flerlagerstruktur med bordopade kontakter SibyCy och barriårlager av och kvantbrunnslager av Si1.x Gen FIG. 2 visar den mekaniska töjningsfördelningen i en flerlagerstruktur kontakter Si1-yCy kvantbrunnslager av Ge kvantprickar. med bordopade och barriårlager av och FIG. 3 visar den mekaniska töjningsfördelningen i en flerlagerstruktur innefattande ett kisellager för att förhindra auto-dopning från det bordopade kontaktlagret.
FIG. 4 visar schematiskt bandgapsstrukturer fór a) Si/SiGe och b) Sii- yCy /Sil-x Gex, FIG. 5 visar hur temperaturkoefficienten av resistansen (Temperature Coefñcient of Resistance (TCR)) beror på Ge-innehållet i Si.
FIG. 6 visar en terrnistor och visar absorption för olika våglängder och att absorptionen når sin topp vid Ä / 4.
Detaljerad beskrivning av utföringsformer Föreliggande uppfinning avser en flerlagerstruktur för användning som en termisk detektor i IR- eller terahertzregionen. 533 944 Enligt föreliggande uppfmning (se FIG. l, 2 och 3) innefattar en termistorstruktur åtminstone en uppsättning av alternerande lager, med ett första lager med A 60 innefattande Si och ett andra lager B 50 innefattade Ge, för att användas som ett barriårlager respektive ett kvantlager, varvid de nämnda lagren bildar en flerlagerstruktur med en sekvens A: B: AzA n dar A =nx(A: B); n20 där det första lagret är ett Si1.y Cy lager med en sammansättning med 0,005 s y s 0,035. Formeln ovan betyder att sekvensen kan upprepas ett önskat antal gånger och där kvantlagret alltid år inklåmt mellan barriårlager, dvs. det har alltid barriärlager på båda sidoma. I formeln ovan betecknar n antalet gånger sekvensen (A: B) i flerlagerstrukturen positivt heltal eller Flerlagerstrukturen år formad på ett substrat 10, från vilken det kan frigöras senare i processen. Substratet 10 kan vara Si, Ge, AlgOa, eller upprepas, och n kan vara något noll. något annat material som lämpar sig för epitaxiell växt.
Det Ge-innehållande lagret kan vara i form av Ge kvantprickar anordnat mellan två barriärlagerytor, eller i form av ett SiGe kvantbrunnslager anordnat mellan två barñärlagerytor, eller i form av ett koldopat SiGe kvantbrunnslager mellan två eller kvantprickar anordnade barriårlagerytor. En mycket viktig parameter att styra i sådana lager är den mekaniska töjningen. I synnerhet i kisel-gerrnanium (kvantbrunn) på kisel (barriär) i flerlagerstrukturer önskas ett högt germaniuminnehåll för att inducera en stor mekanisk töjning i en kisel-gennanium- arrangemang av atomerna. Den mekaniska töjningen år en följd av l0 533 944 substitutionellt inkorporerade Ge atomer i Si-gittret. Denna mekaniska töjning modifierar bandgapdiagrammet vilket resulterar i ett ökat valensbandsskift i kisel-germanium, som visas i FIG. 4. En annan effekt av Ge inkorporerat i Si-gittret, visas också i FIG. 4, år bandsplittring mellan det banden med tunga hål (HH) och lätta hål (LH) som orsakas av den inducerade mekaniska töjningen. Det ökade bandskiftet för kisel- germaniumlagren i en SiGe/ Si flerlagerstruktur år nödvändig för att uppnå höga vården för temperaturkoefñcienten av resistansen (Temperature Coefficient of Resistance (TCR)). TCR-vårdet år ett mått på känsligheten för strukturen, och ett högt TOR-värde betyder att responsen från strukturen år relativt stark, sålunda möjliggörs detektion av inkommande signaler med relativt lågt intensitet. I FIG. 5 visas hur koncentrationen av Ge påverkar TCR i SiGe. l den region som visas i figuren, mellan 20 atom procent och 45 procent atom av Ge, ökar TCR linjärt med Ge innehåll.
Emellertid, fastän den mekaniska töjningen lokalt ökar effektiviteten i strukturen eftersom TCR-vårdet ökas, ger den totala mekaniska töjningen i flerlagerstrukturen upphov till en ökad brusnivå och därmed minskar effektiviteten för strukturen. Denna typ av detektorbrus är relaterad till Johnson-, generation/ recombination- och 1 /f-brus. I detektorstrukturen erhålls Johnsonbrus från brusbandbredd och från den totala resistansen över strukturen. Johnsonbrus beror inte på den pålagda spänningen eller strömmen, vilket år fallet för l/f-brus och generation/rekombinationsbrus. För den senare brustypen minskar generationshastigheten vanligtvis när aktiveringesenergi ökar. Den främsta källan till 1 /f-brus är defekter och grånsytsojåmnheter på grund av relaxation av den mekaniska töjningen. Ett epitaxiellt lager av en hög kvalitet är en nyckelfråga för ett lågt brus i detektorer. Föreliggande uppfinning erbjuder ett sått att töjningskompensera strukturen genom att införa koldoping till Si barriårlagret. Genom att blanda in små _10 533 944 mängder kol i kiselgittret, mellan O,5% - 3,6%, kan den mekaniska töjningen i Si barriärlagret styras för att motverka den mekaniska töjningen i SiGe kvantbrunnslager, vilket följaktligen resulterar i en globalt relaxerad flerlagerstruktur. Mängden kol i barriårlagret kan kompensera 10 gånger mängden av Ge i kvantbrunnslager. Sålunda kan en koncentration på ungefärligen 30% till 35% av Ge i kvantbrunnslagret kompenseras genom koldopning av barriärlagret. Detta möjliggör bildandet av en termistorkvantbrunnsstruktur med ett högt bandskift och sålunda en hög TCR-koefñcient, och samtidigt erbjuds en relaxerad struktur där den mekaniska töjningen i SiGe lagret neutraliseras av den motverkande mekaniska töjningen i det koldopade Si barriärlagret, vilket resulterar i en högeffektiv termistor vilken har en låg brusnivå. och därför en hög känslighet och ett högt signal-till-brus-förhållande.
FIG. 1, 2 och 3 visar flerlagerstrukturer vilka är töjningskompenserade som föreslagits av föreliggande uppfinning. Töjningsdiagrarnmet på. vänster sida av figurema visar töjningsfördelningen genom hela strukturen, och hur det kompenseras för lager för lager, följaktligen resulterande i en globalt relaxerad struktur.
I annan utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar SiGe kvantbrunnslagret Sn, med en sammansättning Sii-x-z Gex Sn; där 0,20 s x _<_1,00, och O S z S 0,2. Introduktion av tenn i SiGe kvantbrunnslagret ökar ytterligare töjningen, vilket sålunda ytterligare ökar TCR-värdet.
Genom en vederbörlig relaxation i flerlagerstrukturen med begagnandet av det koldopade Si barriärlagret, är resultatet en termistor som uppvisar ännu högre känslighet, samtidigt som man bibehåller den låga brusnivân på grund av den globalt relaxerade flerlagerstrukturen. 533 944 I annan utföringsform av föreliggande uppfinning är sammansättningen av termistorstrukturen given av Si i-x-z Gex Snz där 0,50 sx 30,80 , och 0 s z S 0,2.
I annan utföringsform av föreliggande uppfinning är Sii-x-z Gex Snz lager innefattande i termistorstrukturen dopade med kol. Kolinkorporation i kvantbrunnslagret, i 1x1021 en koncentration av 1x1016 - lx1021 företrädesvis i en koncentration av lx1018-1x1021 cm'3 , men allra mest cm-3, företrädesvis i en koncentration 1x1017 - cm'3, än mer företrädesvis i en koncentration av 1x102° - 1x1O21 cm-3, ökar kraftigt den termiska stabiliteten i lagret. Sålunda kommer en koldopad Sim., Gex Sn, i en Sim-, Gex Sn, / SityCy flerlagerstruktur att uppvisa ett högt TCR- värde, vara globalt relaxerad i termer av töjning, och vara termisk stabil upp till höga temperaturer.
I annan utföringsform av föreliggande uppfinning är Sir” Gex Sn, lagret och Si1.y Cy lagret monokristallina lager. Det betyder att lagren inte har korngränser eftersom hela lagret är ett enda korn. Det är ofta önskvärt att ha monokristallina material i många fysikaliska och i synnerhet i elektroniska tillämplingar, eftersom korngränsema kan spela en signifikant och ibland oförutsägbar roll i den slutliga prestandan av tillämpningen.
Ett annat element som framkallar dragtöjning i kisel är bor. Boratomers lilla storlek jämfört med kiselatomer orsakar en kontraktion i kiselmatrlsen när bor är substitutionellt Den kontraktionen i kompensera töjningen i inkorporerad. kiselkontakten kan användas för att ytterligare Således kan både flerlagerstrukturen och kontakterna som omger en flerlagerstruktur. barriärlagren i flerlagerstrukturen användas för att kompensera för den inducerade spänningen i det dopade SiGe kvantbrunnslagret. I allmänhet är en viss 533 944 koncentration av kol i Si barriärlagret i stånd att kompensera töjningen för tio gånger av den koncentrationen av Ge i Si kvantbrunnslagret.
Sålunda bör andelen Ge i förhållande till C i en Si-gitter [1] vara i storleksordningen 1:10. Detta betyder att ett Si 0,98 C 0,02 lager inducerar en töjning som väsentligen motverkar töjningen som induceras av ett Si 0,8 Ge 0,2 lager. Nya rapporter har demonstrerat att högkvalitativa Si ry C y lager med kolkoncentrationer upp till y = 0,036 kan växas [2]. Det betyder att den inducerade töjningen av upp till 30%-3S% Ge i kvantbrunnslagret kan kompenseras för genom koldopning av barriârlagret. Användandet av töjningskompenserade Sirx-z Gex Sn; /Si1- y Cy lager som tennistormaterial tillåter växt av flera lager med låg defektdensitet. Emellertid, om kvantbrunnslagret är dopat med Ge upp till en nivå som överstiger gränsen av ungefärligen 35% vilken kan kompenseras för genom koldopade barriärlager, då kan kiselkontaktlagren dopas med bor för att kompensera fór den mängd Ge i kvantbrunnslagret som överstiger 35%, vilket sålunda resulterar i en globalt relaxerad termistorstruktur.
I en utföringsform av föreliggande uppfinning täcker ett första lager av bordopat Si en första sida av flerlagerstrukturen, och ett andra lager av bordopat Si täcker en andra sida av flerlagerstrukturen. Detta visas i FIG. 1, 2 och 3. företrädesvis är borkoncentration 2 1x1O19 cm-3 och allra mest Borkoncentration i Si lagret är 2 lx1018 cm-S, företrädesvis är borkoncentration 2 1x102° cm-fi och s 1xl021 cm-ß. Ju mer bor som inkorporeras i Si-gittret, desto högre är ledningsförmågan hos Si, upp till en koncentration av 2 lxl021 cm-3 vilket år nivån där ej Den ledningsförmàgan för det bordopade Si kontaktlagret behövs för att kontaktlagret skall uppvisa ohmskt kontaktbeteende. mer bor kan substitutionellt accepteras av Si. höga Bordopade kisellager är integrerade i många anordningsstrukturer som ohmska små (tunna) kontaktlager. En utformning som innefattar högbordopat Si kan 533 944 sålunda användas som både en kontakt och ett töjningkompenserat lager för en Sim-z Gex Snz / Siw Cy flerlagerstruktur. En viktig integrationsaspekt för sådana högbordopade kisellager är att undvika auto-dopning eller termisk diffusion av boratomer under epitaxiell tillväxt av Sii-x-z Gex Snz /Si1-y Cy flerlagerstrukturer.
I en utföringsform av föreliggande uppfinning, vilken visas i FIG. 2, är det andra lagret ett Ge kvantprickslager med sammansättning Sii-x-z Gex Sn, där x = 1 och z = O, placerad mellan två lager av nämnda Si 1.y C y barriärlager, där en sekvens av Si1.y Cy / Ge kvantprickar / Siw Cy lager utgör en period av en flerlagerstruktur, vilken period är repeterbar ett önskat antal gånger. Kvantprickarna i kvantprickslagret är fördelade mellan två barriärlager i ett ordnat matrismönster. Kvantprickarna är förskjutna i förhållande till varandra från ett lager till ett annat, för att undvika uppkomst av knölar i den slutliga flerlagerstrukturen.
Det ses också i alla figurerna vilka visar en flerlagerstruktur enligt uppfinningen, FIG. 1, 2 och 3 och 6, att tjockleken på topp och botten Sii-y Cy lagren är i stort sett av samma tjocklek som den mellanliggande Si1.y Cy lagren.
I annan utföringsform av föreliggande uppfinning innefattar kvantprickslagret Si och/eller Sn förutom Ge, sålunda har en sammansättning där x <1 och/ eller z>0 placerad mellan två lager av nämnda Si1.y Cy barriärslager, där en sekvens av Sii-y Cy / SiGe eller GeSn eller SiGeSn kvantprickar / Si1.y Cy lager utgör en period av en flerlagerstruktur, vilken period är repeterbar av ett önskat antal gånger.
Si kan inkorporeras in i Ge under deponeringen, eller genom diffusion från omgivande lager.
För växt av Ge kvantprickar på Si-yta blir växttemperaturen mycket viktigt eftersom en diffusion av Si atomer in i kvantprickarna kan IO 533 944 förekomma. Denna diffusion av Si atomer resulterar i en inblandning, vilken minskar töjningsenergin i systemet. Som ett resultat är växtdynamiken för prickar modiñerad vilket orsakar en större prickstorlek. Denna inblandning av Si i Ge på ett okontrollerat sätt kan resultera i Ge eller SiGe legeringar med hög defektdensitet på grund av töjningrelaxationen.
Kvantprickar med dessa defekter kan inte implementeras i sensorstrukturer eftersom de genererar höga brusniväer. Det har visat sig att tillämpning av en låg våxttemperatur eller deponering av ett mycket tunt lager, ungefär två monolager, kol på barriärlagret innan tillväxten av kvantprickar dämpar diffusionen av Si in i Ge. Emellertid kan Si1.y Cy barriärlagret enligt uppfinningen svara för att tillhandahålla kol till gränsytan mellan nämnda barriärlager och kvantbrunnslager, Ge eller SiGe legeringar, varvid diffusionen av Si in i kvantprickarna effektivt väsentligen kan minskas. Den nya utformningen består då av koldopade Ge prickar / Si1.y Cy flerlagerstrukturer.
Kvantprickama 55 kan ha en diameter i ett intervall av 50 till 150 nm, företrädesvis i ett intervall av 70 till 130 nm, och allra mest företrädesvis i ett intervall av 90 -110 nm. Vidare kan kvantprickarna ha en höjd i en intervall av 4-12 nm, företrädesvis en höjd i ett intervall av 5-10 nm, och allra mest företrädesvis en höjd i ett intervall av 5-8 nm.
I en utföringsform av föreliggande uppfmning är flerlagerstrukturen innefattande kvantprickar kontakterad på en första sida och en andra sida av ett bordopat Si lager som täcker båda ändarna av strukturen vilken visas i FIG. 2. Borkoncentrationen i det bordopade Si lagret är 2 1x1O18 cm-ß, företrädesvis är borkoncentrationen 2 1x1O19 cm-ß och allra mest företrädesvis är borkoncentrationen 2 lx1O2° cm-3 och s 1x1021 cm'3 533 944 ll Med hänvisning till FIG. 3, i det fallet att kontaktmaterialet är bordopat kisel, kan boratomema i det bordopade kiselkontaktlager 100 diffundera under högtemperaturbetingelser, eller auto-dopning kan förekomma under epitaxiell växt och inkorporera även i angränsande lager. Detta kommer att kraftigt försämra prestanda av termistorstrukturen. Således, i en utföringsform av föreliggande uppfmning vilken visas i FIG. 3, är ett kisellager 200 anordnat mellan det bordopade kiselkontaktlagret 100 och det första barriärlagret 60. Detta kisellager 200 förhindrar effektivt auto- dopning eller termisk diffusion av bor in i termistorstrukturen. Detta sätt att förhindra auto-dopning kan tillämpas på kontakterna på båda sidor av strukturen, och i samtliga fall då bordopade kiselkontaktlager 100 används i en termistorstruktur.
Fig. 6 visar en komplett termistorstruktur framhållande absorptionlager som en funktion av olika våglängder. Termistorn innefattar en flerlagerstruktur och en reflektor 120, alltså en reflekterande spegel.
Varje barriärlager 60 innehållande kol år placerad på ett avstånd av en kvarts 120 för att absorptionsintensiteten för varje önskad våglängd att detektera. Således våglängd från reflektom maximera kan termistorstrukturen optimeras för absorption av flera våglängder, beroende på antalet lager i flerlagerstrukturen. Det innebär att i FIG. 6, k motsvarar 1/ 4 motsvarar di, k; / 4 motsvarar dg, X3 /4 motsvarar d3 och M / 4 motsvarar d4_ Illustrationen i figuren innefattar 4 avstånd motsvarande fyra olika våglängder. Emellertid, detta är bara i illustrativa syften, och inte menat som en begränsning och en termistorstruktur kan optimeras för att mottaga mer såväl som färre olika våglängder.
I annan utföringsform av föreliggande uppfinning, en metod för att tillverka en termistorstruktur innefattande åtminstone en uppsättning av alternerande lager, ett första lager A med en sammansättning Siry Cy och ett andra lager B med en sammansättning Sii-x-z Gex Snz, för att 533 944 12 användas som ett respektive barriär- och kvantlager, nämnda lager i flerlagerstrukturen i form av sekvensen A: B: A: A där A=nx(A:B),n20 och 0,20 s x s 1,00 0,005 s y s 0,035 0 s z s O. 2 innefattande stegen av att; - tillhandahålla ett substrat - placera substrat i en depositionskammare - pumpa ur deponeringskammaren till ett tryck - införande av gaser för deponering genom gasinlopp in i vakuumkammaren - deponera önskat antal lager enligt A: B: A: A med hjälp av en deponeringsmetod - Spola kammaren - Ventilera kammaren Metoden kan också innefatta steg för uppvärmning av substratet. 533 944 13 Medan uppfinning har beskrivits i samband med vad som för närvarande anses vara den mest praktiska och fördelaktiga utföringsfonnema, år det underförstått att uppfinningen inte skall begränsas till de visade utföringsformema. Tvärtom är avsett att täcka olika modifieringar och ekvivalenta anordningar inom omfattningen av de bifogade kraven. 533 944 Referenser [1] CW Liu, YD Tseng, och YS Huang, Applied Physics Letters, vol 75 (1999) 2271. [2] Mathias Bauer, Vladimir Machkaoutsan, och Chantal Arena, Semicond. Sci. Technol. 22 (2006) 183.

Claims (14)

10 15 20 533 944 15 Patentkrav
1. Termistorstruktur innefattande åtminstone en flerlagersüuktur innefattande en uppsättning alternerande lager, varav ett första lager A (60) innefattar Si och ett andra lager B (50) innefattar Ge, fór att användas som ett barriärlager respektive ett kvantlager, varvid nämnda lager i flerlagerstrukturen âr i form av sekvensen A: B: A: A, där A =nx(A: B), n20, och där det första lagret A (60) är ett Siw C, lager där sammansättningen av Si1.y Cy-laget ges av 0,005 5 y S 0,035 kännetecknat av att det andra lagret B (50) är ett Sim-z Ge; Snz-lager, och sammansättningen av Sii-x-z Ge; Snz-lagret ges av A 0,205 xs 1,00 och 0
2. Termistorsüuktur enligt krav 1, varvid sammansättningen av första lagret A (60) och andra laget (B) (50) ges av 0,015 Sy 5 0,025 0,50 S x 50,80 0 10 15 20 25 533 944 lß
3. Termistorstruktur enligt något av ovanstående krav, varvid Sir-H Ge; Snz-lagret är dopat med kol i en koncentration av lxl01° - lxl021 cm-ß.
4. Termistorstruktur enligt krav 3, varvid dopkoncentrationen av kol är 1x102° - lxl021 cm~3.
5. Termistorstruktur enligt något av ovanstående krav, varvid Sim-z Ge: Snz-lagret och Sii-y Cy lagret är monokristallina lager.
6. Termistorstrukttir enligt nagot av ovanstående krav, varvid ett första lager av bordopat Si täcker en första sida av flerlagerstrukturen och ett andra lager av bordopat Si täcker en andra sida av flerlagerstrukturen, Si-lager och nämnda första och andra bordopade har en borkoncentration av 2 lx 1018 cnra.
7. Termistorstruktur enligt krav 6, varvid borkoncentrationen är 2 lx1019 cm-a och 5 lx1021 cm'3.
8. Termistorstruktur enligt krav 6 eller 7, varvid ett Si-lager år anordnat mellan det första lagret av bordopat Si och dess mest närliggande barriärlager, och ett annan Si-lager är anordnat mellan det andra lagret av bordopat Si och dess mest närliggande barriärlager.
9. Terrnistorstruktur enligt något av kraven från 1 till 4 eller 6 till 8, varvid det andra lagret B (50) är ett kvantprickslager innefattande Sim., Ge; Sm kvantprickar, där x = 1 och z = 0.
10. Termistorstruktur enligt något av kraven 1 till 4 eller 6 till 8, varvid det andra lagret B (50) är ett kvantprickslager innefattande Sim-z GexSnz- kvantprickar, där x <1 och/ eller z> 0.
11. 1 1. Termistorsüuktur enligt krav 9 eller 10, varvid kvantprickarna har en diameter på 50 - 150 nm och en höjd av 4 - 12 nm. 10 15 20 533 944 17
12. Termistorstmktur enligt krav 9 eller 10, varvid kvantprickarna har en diameter på 90 - 110 nm och en höjd av 5 - 8 nm.
13. Metod att tillverka en termistorsüuktur med åtminstone en uppsättning alternerande lager, varav ett första lager A (60) har en sammansâtming Si1.yCy och ett andra lager B (50) sammansättning Sii-x-zGexsnz för att användas som ett barriär- har en respektive ett kvantbrunnslager, varvid nämnda lager i flerlagerstrukturen är i form av sekvensen A: B: A: A, där A =nx (A: B), nzO, 0,20 Sx 51,00, 0,005 5 y S 0,035, och 0 < z 5 0,2 innefattande stegen av att; - tillhandahålla ett substrat - placera substrat i en depositionskammare - pumpa ur kammaren till ett tryck - införande av gaser genom gasirilopp in i deponeringskammaren - deponera önskat antal lager enligt A: B: A: A med hjälp av en deponeringsmetod - pumpa ur kammaren - ventilera kammaren
14. Metoden enligt krav 13, vidare innefattande steget att värma substratet under deponering.
SE0850160A 2008-12-19 2008-12-19 En flerlagersstruktur SE533944C2 (sv)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0850160A SE533944C2 (sv) 2008-12-19 2008-12-19 En flerlagersstruktur
EP09833754.6A EP2374154B1 (en) 2008-12-19 2009-12-18 A multilayered thermistor structure
PCT/SE2009/051458 WO2010071591A1 (en) 2008-12-19 2009-12-18 A multilayered thermistor structure
US13/140,938 US8344845B2 (en) 2008-12-19 2009-12-18 Multilayered structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE0850160A SE533944C2 (sv) 2008-12-19 2008-12-19 En flerlagersstruktur

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SE0850160A1 SE0850160A1 (sv) 2010-06-20
SE533944C2 true SE533944C2 (sv) 2011-03-08

Family

ID=42269044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE0850160A SE533944C2 (sv) 2008-12-19 2008-12-19 En flerlagersstruktur

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8344845B2 (sv)
EP (1) EP2374154B1 (sv)
SE (1) SE533944C2 (sv)
WO (1) WO2010071591A1 (sv)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2832719B1 (fr) 2001-11-29 2004-02-13 Oreal Copolymeres ethyleniques sequences adhesifs, compositions cosmetiques les contenant, et utilisation de ces copolymeres en cosmetique
WO2012133074A1 (ja) * 2011-03-28 2012-10-04 株式会社村田製作所 抵抗体および抵抗素子
SE1150478A1 (sv) * 2011-05-23 2012-03-06 Acreo Ab Struktur för temperatursensorer och infraröddetektorer i form av termiska detektorer.
KR20210148674A (ko) * 2020-06-01 2021-12-08 에스케이하이닉스 주식회사 하드마스크를 이용한 반도체 장치 및 그의 제조 방법
CN115537916A (zh) * 2022-10-13 2022-12-30 上海理工大学 一种iv族直接带隙半导体超晶格材料及其应用

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63108783A (ja) * 1986-10-27 1988-05-13 Nec Corp 半導体受光素子
SE505753C3 (sv) * 1996-01-11 1997-10-06 Imc Ind Mikroelektronikcentrum Strukturer foer temperatursensorer och infraroeddetektorer
EP0812023A1 (en) 1996-04-09 1997-12-10 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. Semiconductor components, in particular photodetectors, light emitting diodes, optical modulators and waveguides with multilayer structures grown on silicon substrates
US6060656A (en) * 1997-03-17 2000-05-09 Regents Of The University Of California Si/SiGe superlattice structures for use in thermoelectric devices
EP1220320B1 (en) * 2000-03-27 2007-05-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Sigec semiconductor crystal and production method thereof
WO2002082514A1 (en) * 2001-04-04 2002-10-17 Massachusetts Institute Of Technology A method for semiconductor device fabrication
US6995430B2 (en) * 2002-06-07 2006-02-07 Amberwave Systems Corporation Strained-semiconductor-on-insulator device structures
US6846720B2 (en) * 2003-06-18 2005-01-25 Agency For Science, Technology And Research Method to reduce junction leakage current in strained silicon on silicon-germanium devices
WO2006034025A1 (en) * 2004-09-16 2006-03-30 Arizona Board Of Regents MATERIALS AND OPTICAL DEVICES BASED ON GROUP IV QUANTUM WELLS GROWN ON Si-Ge-Sn BUFFERED SILICON
EP1912259A1 (en) 2006-10-13 2008-04-16 Acreo AB A quantum dot thermistor structure and use thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20110254653A1 (en) 2011-10-20
EP2374154A1 (en) 2011-10-12
EP2374154A4 (en) 2013-06-19
US8344845B2 (en) 2013-01-01
EP2374154B1 (en) 2020-04-08
SE0850160A1 (sv) 2010-06-20
WO2010071591A1 (en) 2010-06-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rogalski et al. InAsSb-based infrared photodetectors: Thirty years later on
Suzuki et al. Solar-blind photodiodes composed of a Au Schottky contact and a β-Ga2O3 single crystal with a high resistivity cap layer
Wook Shin et al. Short-wavelength infrared photodetector on Si employing strain-induced growth of very tall InAs nanowire arrays
SE533944C2 (sv) En flerlagersstruktur
Peng et al. Room-temperature direct-bandgap electroluminescence from type-I GeSn/SiGeSn multiple quantum wells for 2 μm LEDs
CN103503165A (zh) 光电探测器、外延晶片及其生产方法
Radamson et al. Strain engineering in GeSnSi materials
GB2466261A (en) Semiconductor device and fabrication method
Kaynak et al. High Performance Thermistor Based on Si 1− x Ge x/Si Multi Quantum Wells
McDowell et al. Integration of epitaxial IV–VI Pb-Chalcogenide on group IV vicinal ge substrate to form p–n heterogeneous structures
Xu et al. High performance InAs/GaAsSb superlattice long wavelength infrared photo-detectors grown on InAs substrates
Lubyshev et al. Effect of substrate orientation on Sb-based MWIR photodetector characteristics
Zhang et al. GaN/Al0. 1Ga0. 9N‐based visible‐blind double heterojunction phototransistor with a collector‐up structure
Rajavel et al. Molecular beam epitaxial growth and performance of integrated multispectral HgCdTe photodiodes for the detection of mid-wave infrared radiation
Liu et al. MBE growth of Sb-based bulk nBn infrared photodetector structures on 6-inch GaSb substrates
EP2138817B1 (en) Structures for temperature sensors and infrared detectors having a quantum well structure
Zhang et al. Performance of gas source MBE-grown wavelength-extended InGaAs photodetectors with different buffer structures
Kolahdouz et al. High performance infra-red detectors based on Si/SiGe multilayers quantum structure
Cockrum HgCdTe material properties and their influence on IR FPA performance
Panchal et al. a-Si/SiN x multilayered light absorber for solar cell
SE1150478A1 (sv) Struktur för temperatursensorer och infraröddetektorer i form av termiska detektorer.
Jiang et al. The model and stress analysis of self-doping SiGe/Si multi-quantum wells applied in uncooled infrared focal plane array
Natarajan et al. A comparative study of thermal metrology techniques for ultraviolet light emitting diodes
Schwartz et al. Luminescence of strained Ge on GeSn virtual substrate grown on Si (001)
Yang et al. Electronic structure and optical properties of Al 0.25 Ga 0.75 N with point defects and Mg-defect complexes