SU1700046A1

SU1700046A1 - Photo-conducting material

Info

Publication number: SU1700046A1
Application number: SU904783280A
Authority: SU
Inventors: Маргарита Михайловна Мездрогина; Валерий Алексеевич Васильев; Евгений Иванович Теруков; Жумми Атаев
Original assignee: Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе АН СССР
Priority date: 1990-01-22
Filing date: 1990-01-22
Publication date: 1991-12-23

Abstract

Изобретение относитс к полупроводниковом материалам на основе аморфного гидрированного кремни , который может быть использован, например, дл изготовлени фотоприемников и позвол ет увеличить фоточувствительность. Фотопрсвод щий материал содержит 99,75-99,85 мае./Т аморфного гидрирог- ванчого л 0С15-0,5 мас.% диспрози . 1 табл.The invention relates to semiconductor materials based on amorphous hydrogenated silicon, which can be used, for example, to make photodetectors and allows for increased photosensitivity. The photoconductive material contains 99.75-99.85 May./T amorphous hydroglobin l DOC15-0.5 wt.% Dysprosium. 1 tab.

Description

вып.issue

155 -1555155 -1555

Изобрет-лие относитс f. полупроводниковым материалам на основе аморфного гидрированного кремни (), который может быть использован, например , дл ьзгоговлени йютоприемников,The invention relates f. semiconductor materials based on amorphous hydrogenated silicon (), which can be used, for example, to solicit my receivers,

Ocucj-ibiMH параметрами, определ ющими пригодность материала дл создани на его основе фстопрг-ечнчков дл ультрафиолетовой MJCTH спектра, вл етс значение фоточузгтзительности в заданной области спектра. Указанный параметр материала зависит прежде всего от величины плотности локализованных состо ний на поверхности и объеме в тели подвижностиThe ocucj-ibiMH parameters determining the suitability of the material for creating fstopr-devices for the ultraviolet MJCTH spectrum on its basis is the photo-susceptibility value in a given spectral region. The specified material parameter depends primarily on the density of localized states on the surface and the volume in the body of mobility.

Наиболее перспективным и важным дл регистрации ультрафиолетового (УФ) излучени вл етс диапазон волн Оs35-0э2 мкм.The most promising and important for registration of ultraviolet (UV) radiation is the wavelength of Os35-0e2 µm.

Определ ющей особенностью фотопро- вод щего материала, примен емого в УФ-обпастк вл етс генераци носитепей в приповерхностном слое, что св зано с большими значени ми коэффициент поглощени в даннойThe defining feature of the photoconductive material used in the UV coating is the generation of carriers in the surface layer, which is associated with large values of the absorption coefficient in this material.

области спектра. Вследствие JTCTO фотоприемники УФ-ИЗЛ 1С(ТИЯ ВЫПОЛНЯЮТСЯ на поверхностно-бартерных структурах. При изготовленга-. последних основной пробле юй вл етс оРе. печение в материале малой величины плотности локализованных состо ний, на границе раздела полупроводниковый материал - ме- тал-чический ло та т.spectral region. Due to JTCTO photodetectors UV-IZL 1C (TIA IS PERFORMED ON SURFACE BARTER STRUCTURES. When manufactured, the last major problems are RET. Baking in a material with a small density of localized states, at the interface of a semiconductor material - metal metal that t.

П звьстен фотоировод щчй материал на основе аморфного гидрированного кремни , Эгот материал, получаемый методом ojbicoKO4acT отного разложени силач осодержапз х газовых смесей, обладает фоточувствительностью ч диапазоне 0,45-0,65 мкм, равнойPhotographic material on the basis of amorphous hydrogenated silicon. This material, obtained by the ojbicoKO4acT method of decomposing once and again, is strong and has a photosensitivity in the range of 0.45-0.65 µm, equal to

10- .ten- .

А./Вт. При этом квантова A. / W. In this case, quantum

СWITH

4- О4- O

эффективность (К) к дгине волны/ 0,55 мкм равна 0:5t Данным параметрам катеригла соответствует величина плотности J oкaлчзoБaHlIыx состо ний в цели ncAT-iArfoCTiij оэвла ( кШ зВ 1- .the efficiency (K) to the wave center / 0.55 µm is 0: 5t. The given parameters of the katerigla correspond to the density J of the occultBalHix states in the target ncAT-iArfoCTiij oevla (kSV 1-.

Недостатком данного материала в- ллетс невозможность использовани The disadvantage of this material is the impossibility of using

его в УФ-области спектра (длины волн менее О, /4 мкм) ,it is in the UV region of the spectrum (wavelengths less than 0/4 microns),

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо- му результату вл етс фотопровод щий материал дл УФ-области спектра, содержащий аморЛнып гидрированный крем- ний и диспрозий. Данный материал, получаемый методом высокочастотного pacпь печи мозаичной мишени в газовой смеси, содержащей силаи, водород, аргон s имеет следующие параметры: Фото- чу ствитепыгосггь в области 0,2- 0,6В мкм и при длине волны 0,3 мкм равна 3 10 -А/Вт. Квантова эффективность при длине полны ,3 ,5, что соответствует плотности локализованных состо ний (1-3)40 зВ см .Closest to the proposed technical essence and the achieved result is a photoconductive material for the UV spectral region containing amorphous hydrogenated silicon and dysprosium. This material, obtained by the high-frequency method of a furnace of a mosaic target in a gas mixture containing hydrogen, hydrogen, argon s has the following parameters: Photographs in the range of 0.2-0.6V microns and at a wavelength of 0.3 microns are 3 10 -A / W The quantum efficiency with a length of 3, 5 is complete, which corresponds to the density of localized states (1-3) 40 VC.

Достоинством известного материала вл етс по вление фоточувствительности к УФ-области спектра, т.е. при длине полны менее 0,4 мкм.An advantage of the known material is the appearance of photosensitivity to the UV spectral region, i.e. with a length of less than 0.4 microns full.

Недостатком материала вл етс малое значение Фоточунствительности в укачанном спектральном диапазоне.The disadvantage of the material is the low value of the phototunity in the well-developed spectral range.

ЦеЛйЮ изобретени вл етс увеличение фогочуветвнтельности материала.The object of the invention is to increase the fociolation of the material.

Дл достижени поставленной цели в известном материале, содержащемTo achieve this goal in a known material containing

аморфный гидр фованный кремний и диспрозии , указанные компоненты наход тс в следующем соотношении, мас.%: a Si:H 09,75-99,85amorphous hydrated silicon and dysprosium, these components are in the following ratio, wt.%: a Si: H 09.75-99.85

л-0,15-0,25l-0.15-0.25

Установлено, что Пу способствует уменьшению плотности локализованных состо ний вследствие эффекта гет терпровани , уменьшающего также и плотность локализованных сое- то ннй на поверхности. ЭЛфект гетте- рированн состоит в трансформации неупор доченной структурной сетки a-SiJH. Предполагаетс , что происходит реакци типа: отрицательно зар - хенны : дефект взаимодействует с положительно зар женным дефектом (П +П - - D °), вследствие чего образуетс нейтрально зар женный дефект. Кроме того, в последующем, на стадии из го- тоглечн йотоприемника может иметь место реакци типа: Si(OH)+Dy +ПуО. Однако указанное действие эгЬфек та генерировани наблюдаетс лишь при строго определенном соотношении компонентов.It has been established that Pu contributes to a decrease in the density of localized states due to the effect of getter termination, which also reduces the density of localized compounds on the surface. The getter effect consists in the transformation of the disordered a-SiJH structural grid. It is assumed that the reaction is of the following type: negatively charged: the defect interacts with a positively charged defect (P + P - - D °), as a result of which a neutral charged defect is formed. In addition, in the subsequent, at the stage from the yoke receiver of the yoke receiver, a reaction of the type: Si (OH) + Dy + PuO can take place. However, the specified effect of the generation of extrinsic is observed only with a strictly defined ratio of components.

введение IV в количестве, меньшем О 1 мае, , прпгпдит к уменьшению (boTO vpcTn:rre rbHO(-TH п У -спектреthe introduction of IV in a quantity less than 1 May,, tends to decrease (boTO vpcTn: rre rbHO (-TH p Y -spectrum

вследствие недостаточной концентрации Пу д.л реализации приведенных реакций. Одновременно недостаточна концентраци Т)у приводит к образованию дополнительных центров безизлуча- тельной рекомбинации, способствующих уменьшению фоточувствительности.due to insufficient concentration of Pu dl implementation of the above reactions. At the same time, an insufficient concentration of T) y leads to the formation of additional centers of non-radiative recombination, which contribute to a decrease in photosensitivity.

Введение Г) более 0,25% также приводит к уменьшению фоточувствительности вследствие избыточной концентрации комплексов (DyRi. Dy(Si), что способствует по влению напр жений в неупор доченном структурной сетке a-Si:H. Данные напр жени вл ютс причиной по влени дополнительных состо ний на поверхности, чем и объ сн етс уменьшение фоточувствительности в УФ-области спектра.The introduction of D) of more than 0.25% also leads to a decrease in photosensitivity due to excessive concentration of the complexes (DyRi. Dy (Si), which contributes to the appearance of stresses in the disordered a-Si: H structural grid. These stresses are the cause of additional states on the surface, which explains the decrease in photosensitivity in the UV spectral region.

До насто щего времени не было известно о вли нии ТКг на повышение фоточувствительности в УФ-области спектра . Было лишь известно о вли нии на изменение фоточувствительности в длинноволновой области спектра 0,59- 0,65 мкм, что объ сн лось общим увеличением фоточувствительности пленок a-Si:H с Лу.Until now, it was not known about the effect of TKg on the increase in photosensitivity in the UV spectral region. It was only known about the effect on the change in photosensitivity in the long-wavelength region of the spectrum 0.59-0.65 µm, which was explained by the general increase in the photosensitivity of a-Si: H films with Lu.

Известно также, что введение в неупор доченную структурную сетку a-Si: может приводить к уменьшению плотности локализованных состо ний, а следовательно , к увеличению фоточувстви- тельности. Однако в данной работе использовалась концентраци 0,1 мас.%. Можно лишь предположить, что увеличение концентрации Пу более 0,1% приведет к уменьшению фоточувствительности за счет увеличени концентрации глубоких центров, служащих центрами рекомбинации.It is also known that the introduction of a-Si: into a disordered structural grid can lead to a decrease in the density of localized states and, consequently, to an increase in photosensitivity. However, in this work, a concentration of 0.1 wt.% Was used. It can only be assumed that an increase in the concentration of Pu more than 0.1% will lead to a decrease in photosensitivity due to an increase in the concentration of deep centers serving as recombination centers.

Введение Dy в указанном диапазоне концентраций приводит к уменьшению пдотности .состо ний на поверхности вследствие эффекта геттерзгровани . До насто щего времени псе известные фотопровод щие материалы имели резкое уменьшение фоточувствительности в УФ-области спектра, т.е. при длине волны 0,4 мкм. Предлагаемый материал имеет резкое возрастание фото- чувствительности в области длин волн 0,35-0,2 мкм.The introduction of Dy in the indicated concentration range leads to a decrease in the pdotnost of states on the surface due to the effect of getterg. Until now, all known photoconductive materials had a sharp decrease in photosensitivity in the UV spectral region, i.e. at a wavelength of 0.4 microns. The proposed material has a sharp increase in photosensitivity in the wavelength range of 0.35–0.2 μm.

Таким образом, по вилось упор дочение структуры поверхности материала благодар уменьшению концентрации i оборванных св зей на поверхности, которое привело к увеличению гЬоточувст- вительности в УФ-области спектра.Thus, the ordering of the structure of the surface of the material due to a decrease in the concentration i of dangling bonds on the surface, which led to an increase in sensitivity in the UV spectral region, appeared.

Пример. Известным способом высокочастотного распылени получают пленки a-Si:H, легированные Пу с различной концентрацией компонентов. ,. Каждый состав синтезируют отдельно.Example. A-Si: H films doped with Pu with varying concentrations of components are obtained by a known high-frequency sputtering method. , Each composition is synthesized separately.

В качестве установки дл получени материала используют установку УВН 3.279.026, в качестве высокочастотного генератора - БЧД 22,5/13:56. При- JQ мен ют диодную систему распылени (рассто ние между электродами 65 мм). Исходным газом дл распылени вл етс смесь аргона с водородом марки ОСЧ и моносилан. Используют мозаичную ми- )з тень, представл ющую собой мококрис- таллический кремний с прикрепленным к ней в виде пластин диспрозием марки 99,99% чистоты.As an installation for obtaining material, an installation of UVN 3.279.026 is used, and as the high-frequency generator, the BCD 22.5 / 13: 56 is used. A JQ diode system is changed (the distance between the electrodes is 65 mm). The starting gas for spraying is a mixture of argon with hydrogen of the brand of OCh and monosilane. A mosaic mi-) h shadow is used, which is coco-crystalline silicon with dysprosium of the brand 99.99% purity attached to it in the form of plates.

Стекл нные подложки размером 12,5x20 х12.,5 мм перед напылением обрабатывают по стандартной методике (отмывка в мыльном растворе, ультразвукова очистка, кип чение в растворе с B дистиллированной воде в те- 25 чение 45 мин). Вакуумную камеру перед каждым напылением прогревают до 80°С в течение 2 ч, откачивают диффузионным насосом с азотной ловушкой до 2 рт.ст.30Glass substrates of size 12.5x20x12.5, 5 mm, before spraying, are treated according to standard methods (washing in a soap solution, ultrasonic cleaning, boiling in solution with B distilled water for 45 minutes). Before each spraying, the vacuum chamber is heated to 80 ° C for 2 h, pumped out by a diffusion pump with a nitrogen trap to 2 Hg. 30

Подложки креп т на заземленной печке , температуру их контролируют хромель-алюминиевой термопарой, прикрепленной к тыльной поверхности подложки. Каждую пленку напыл ют при посто нной эс температуре подложки из известного интервала температур (360-380°С). В конкретном примере температура подложки 380°С. Состав газовой смеси, об. %: аргон 30; моносилан 42; водо- 40 род 28. Скорость прокачки газовой смеси 2,3 л/ч, давление смеси (2-3) МО мм рт.ст. Напр жение на высокочастотном электроде, измеренное статическим вольтметром, составл ет 980 В, 45 скорость напылени 4 А/с. Концентраци ,2 мас.%.The substrates are mounted on a grounded stove, their temperature is controlled by a chromel-aluminum thermocouple attached to the back surface of the substrate. Each film is sprayed at a constant es temperature of the substrate from a known temperature range (360-380 ° C). In the specific example, the substrate temperature is 380 ° C. The composition of the gas mixture, about. %: argon 30; monosilane 42; water is 40 genus 28. The flow rate of the gas mixture is 2.3 l / h, the pressure of the mixture is (2-3) MO mm Hg. The voltage on the high-frequency electrode, measured with a static voltmeter, is 980 V, 45 the deposition rate is 4 A / s. Concentration, 2% by weight.

Производ т напыление и других материалов в полном соответствии с приведенным примером. Все перечисленные na-jg раметры остаютс неизменными, мен ют только соотношение компонентов. Данные по величинам сЪоточувствительности приведены в таблице. Все измерени провод т по стандартно): методике.Spray and other materials are produced in full accordance with the given example. All the above na-jg parameters remain unchanged, only the ratio of components changes. The data on sensitivity sensitivity are shown in the table. All measurements are carried out according to standard): method.

Образцы облучают спектральным диапазоном ртутной лампы высокого давлени типа ПРК-2. Спектральные линии выдел ют с помощью монохроматора МДРв интервале энергии фотонов 2,27- 5,16 эВ, На выходе сЬототок измер ют универсальным цифровым электрометром В7-30.Samples are irradiated with the spectral range of a high pressure mercury lamp of the PRK-2 type. The spectral lines were extracted using an MDR monochromator in the photon energy range of 2.27-5.16 eV. The output current at the output of the cb is measured with a B7-30 universal digital electrometer.

Таким образом, исход из результатов , приведенных в таблице, видно, . что предлагаемый пленочный материал по сравнению с известным действительно имеет более высокую фоточувстви- тельность примерно на 0,5 пор дка. Квантова эффективность предлагаемого материала при /X 0,3 равна 0,6. Это дает основание утверждать, что предлагаемый материал, облада высокой фоточувствительностью в УФ-диапазоне, может быть использован дл создани приборов. Следует тат-еже добавить, что приборы, изготовленные на данном материале, сделаны на основе структур с барьером Моттки, а не р - i - п- структур, что позвол ет избежать применени т ких высокотоксичных газов, как фоссЬин и дпбор н, т.е. технологи изготовлени таких приборов становитс экологически чистой.Thus, the outcome of the results shown in the table shows,. that the proposed film material in comparison with the known one indeed has a higher photosensitivity by approximately 0.5 times. The quantum efficiency of the proposed material with / X 0.3 is equal to 0.6. This suggests that the proposed material, which has a high photosensitivity in the UV range, can be used to create instruments. It should be added that the devices made on this material are made on the basis of structures with a Mottki barrier, and not p - i - n - structures, thus avoiding the use of such highly toxic gases as fossin and dpbor n, t. e. manufacturing techniques for such devices are becoming environmentally friendly.

Кроме того, достоинством данного материала гзл етс стабильность Аото- электрических парамртроз в процессе- эксплуатации. В полученном материале не наблюдалс эффект старени после года хранени под воздействием атмо,- сферы.In addition, the advantage of this material is the stability of aeroelectric paramrosis in the course of operation. In the obtained material, the effect of aging after a year of storage under the influence of the atmosphere was not observed.

оabout

Claims

Invention Formula

A photoconductive material for the ultraviolet region of the spectrum containing amorphous hydrogenated silicon and dysprosium, characterized in that, in order to increase photosensitivity, these components are contained in the following ratio, wt.%:

Amorphous hydrogenated

silicon 99.75-99.85

Dysprosium 0.15-0.25

The photosensitivity of a-Si: H films doped with Dy is 3 microns, while the process parameters are constant (B, mixture pressure is mercury., Substrate temperature is 380 C).