Способ изготовления фотомишени

Способ изготовления фотомишени

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИ

ИЗОБРЕТЕН И

Савв 0ооетскм

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 24.06.77 (21) 2501435/18-25 с присоединением заявки Ке (23) Приоритет .— (43) Опубликовано 30.01.80. Бюллетень М (45) Дата опубликования описания 30.01.

Государственный комитет

02 по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

Н. Н. Герасименко, Н. П. Кибалина, В. Н. Мордкович, В. И. Ободников и В. Ф. Стась

Институт физики полупроводников Сибирского отделения

АН СССР и Новосибирский государственный университет (71) Заявители (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОМИШЕНИ

Изобретение относится к способам создания полупроводниковых фоточувствительных элементов для приборов приема и передачи изображения.

Известен способ изготовления мишени видикона, где в качестве мишени используются высокоомные поликристалл ические фотопроводящие слои трехсернистой сурьмы, окиси свинца, сернистого свинца и других соединений, которые наносятся на инородную подложку, напылением в вакууме .(11.

В связи с тем, что для создания высокоомных слоев на инородной подложке используются неустойчивые соединения (в поликристаллической форме), обладающие плохим тепловым контактом с подложкой и высоким уровнем прилипания неосновных носителей заряда, этим мишеням присущи следующие недостатки: выжигание при высоких освещенностях; повышенная инерционность; orp аниченная чувствительность; узкий спектральный диапазон.

Указанные недостатки могут быть в значительной степени преодолены за счет использования B виде фотомишени высокоомного слоя монокристаллического полупроводникового материала, созданного на проводящей подложке того же полупроводника.

Известен способ изготовления фотомишени на монокристаллическом кремнии и-типа, включающий создание компенсированного слоя путем примесной компенса5 ции (21. В этом случае для изготовления фотомишени использовался кремний, легированный золотом (легирование из расплава или диффузией) . Мишени приготавливались на пластинах толщиной в 1 MM c

10 диаметром 1 — 2 см. Кремний, легированный золотом, которое является компенсирующей примесью, обладает примесной фотопроводимостью при охлаждении, когда кТ в 10 — 20 раз меньше энергии, соответству15 ющей длинноволновой границе. Применялось охлаждение жидким азотом. При этом длинноволновой край соответствовал длине волны 2,5 мк.

Однако при таком способе возникают

20 трудность создания тонкого и однородного по толщине компенсированного слоя (что необходимо для получения оптимальных параметров приборов) и трудность достижения необходимой степени компенсации.

Кроме того, распределение примеси по площади фотомишени происходит неравномерно.

Целью изобретения является повышение величины и однородности чувствительности по площади пластины и расширение спект712873

i0

3 рального диапазона чувствительности, а также увеличение механической прочности и радиационной стойкости.

Поставленная цель достигается тем, что для формирования компенсированного слоя используют кислородосодержащий кремний с концентрацией кислорода 10" см- —

10 " см —, который облучают электронами с энергией 1 — 5 мэВ и дозой по крайней мере на порядок большей, чем концентрация носителей в исходном материале с последующим отжигом при 200 — 350 (;.

Если кислородсодержащий кремний п-типа облучить оыстрыми электронами с энергией, достаточной для равномерного введения дефектов по всей толщине образца, то сопротивление всего образца возрастает.

Если затем отжигать облучаемый образец, то в интервале температур до 200 С его сопротивление снижается, а при более высоких температурах отжига начинает вновь возрастать, достигая максимума при температуре =300"С. Во время этого возрастания сопротивления происходит перераспределение дефектов по толщине образца так, что у поверхностей кристалла формируется высокоомный слой толщиной 5 — 25 мк.

Повышение однородности чувствительности по площади происходит за счет того, что в данном способе не используется диффузия примеси для создания компенсированного слоя и тем самым исключается влияние состояния поверхности на чувствительность компенсированного слоя.

Увеличение чувствительности происходит за счет большей степени компенсации.

Диапазон спектральной чувствительности расширяется за счет более мелкого энергетического уровня дефекта по сравнению с уровнем золота в прототипе.

Диапазон спектральной чувствительности прототипа: уровень золота Ec — 0,54 эВ, т. е. граница чувствительности = 2,3 мкм.

Диапазон спектральной чувствительности заявляемого способа: уровень дефекта

Ec — 0,37 эВ, т. е. граница чувствительности = 3 4 мкм.

По сравнению с существующими способами, где вытравливают образец до малых толщин имеет место увеличение механической прочности.

Лсходный кремний можно использовать с концентрацией кислорода 10" см — —

10 8 см — (см. пример 1). Что касается времени отжига, то оно лежит в пределах 10—

30 мин. В течение этого времени формируется высокоомный слой толщиной 5—

25 мкм. Наиболее оптимальное время отжига 30 мин. (см. примеры). При этом следует отметить, что время в данном способе не имеет столь существенного значения, как температура, так как увеличение температуры отжига свыше 350 С приводит к исчезновению компенсированного слоя, а изменение времени отжига не ведет к качест4 венному изменению слоя, а приводит лишь к изменению его толщины, что не оказывает влияния на работу фотомишени. Отжиг при температуре ниже 200"С вообще не создает высокоомного слоя.

Пример 1. Пластину кислородсодержащего кремния толщиной 300 мкм (концентрация кислорода 10" см — ) n-типа проводимости, марки КЭФ-7,5 (кремний электронный, легированный фосфором с концентрацией носителей 5. 10 4 см — ") облучают при комнатной температуре быстрыми электронами с энергией 3,5 мэВ до дозы (1 — 3) 10" см — . Облученную пластину отжигают на воздухе при 300 С 30 мин.

Затем с одной стороны удаляют слой толшиной 50 мк и создают омический контакт.

Пример 2. Пластину кислородосодержащего кремния (концентрация кислорода — 10 8 см — ) п-типа проводимости, марки

КЭФ-7,5 (кремний электронный, легированный фосфором с концентрацией носителей

5.10 4 см — з) облучают при комнатной температуре быстрыми электронами с энергией

1 мэВ, до дозы (1 — 3) 10" см — .

Облученную пластину отжигают на воздухе при 250 С 30 мин.

Затем с одной стороны удаляют слой толщиной 50 мк и создают омический контакт.

Пример 3. Пластину кислородосодержащего кремния (концентрация кислорода

10 см — ) и-типа проводимости, марки

КЭФ-7,5 (кремний электронный, легированный фосфором с концентрацией носителей

5.10 4 см — ) облучают при комнатной температуре быстрыми электронами с энергией 5 мэВ до дозы (1 — 3) 10" см- .

Облученную пластину отжигают на воздухе при 350 С 30 мин.

Затем с одной стороны удаляют слой толщиной 50 мк и создают омический контакт.

Использование предлагаемого способа изготовления полупроводниковой фотомишени обеспечивает ряд преимуществ по сравнению с существующими способами. Не происходит выжигания и разложения высокоомного слоя. Мишень обладает меньшей инерционностью (1 мк/сек), расширенным спектральным диапазоном чувствительности (от видимого до 3,5 мкм) и отличается повышенной механической прочностью.

Возрастает радиационная стойкость мишени. Сохраняется работоспособность при облучении электронами с энергией 1—

5 мэВ до доз -10" см —

Предлагаемый способ более технологичен, поскольку благодаря высокой проникающей способности электронов имеется возможность создания высокоомного слоя после технологических операций, связанны с высокотемпературным нагревом.

Прибор может быть изготовлен на кремнии п-типа с высоким интервалом удельных сопротивлений, 712873

Фор мул а изобретения

Составитель Т. Большакова

Техрсд А. Камышникова

Корректор В. Дод

Редактор Е. Дайч

Заказ 2795/18 Изд. ¹ 135 Тираж 857 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4 5

ТипогрмЬия, пр. Сапунова, 2

Простота изготовления приводит к уменьшению брака и снижению общей стоимости.

Способ изготовления фотомишени на монокристаллическом кремнии п-типа, включающий создание компенсированного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения величины и однородности чувствительности по площади пластины и расширения спектрального диапазона чувствительности, для формирования компенсированного слоя используют кислородсодержащий кремний, с концентрацией кислорода

10" см — — 10 см — который облучают электронами с энергией 1 — 5 мэВ и дозой по крайней мере на порядок большей, чем

5 концентрация носителей в исходном материале с последующим отжигом при 200—

350 С.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

10 1. Гершберг А. Е. Передающие телевизионные трубки с внутренним фотоэффектом.

Л., «Энергия», 1973, с. 43.

2. R. W. Redington etall «J. Optical Soc. о1 Агпепса», 49, 10, 1959, рр. 997 †10 (прототип) .