ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА

Предлагаемая полезная модель относится к приборам для обнаружения и регистрации электромагнитного излучения инфракрасного диапазона, в частности, к приемникам излучения с использованием фоточувствительных структур на основе твердого раствора с легколетучим компонентом, например, ртутью.
Известны фоточувствительные структуры на основе твердых растворов кадмий-ртуть-теллур (КРТ) и марганец-ртуть-теллур (МРТ), состоящие из рабочего слоя с заданной шириной запрещенной зоны и слоя диэлектрического материала, образующего капсулу на поверхности структуры, препятствующую испарению ртути, обладающей повышенной летучестью паров по отношению к другим компонентам твердого раствора (см. Nemirovsky J., Bahir G., «Passivation of mercury cadmium telluride surfaces», J. Vac. Tecnol. A, 1989, v.7, №2, p.p.450-459). Однако, диэлектрические пленки создают в рабочем слое полупроводника области объемного заряда, которые изменяют электрофизические параметры структуры, что является нежелательным для стабильной работы прибора. Кроме того, в многокомпонентных ртутьсодержащих структурах наличие объемного заряда может стимулировать образование участков полупроводникового материала с измененной шириной запрещенной зоны за счет изменения мольного состава, особенно, при значительных термических нагрузках, что также дестабилизирует работу использующих их приборов.
Известна фоточувствительная структура на основе твердого раствора КРТ, состоящая из рабочего слоя с заданной шириной запрещенной зоны, в котором сформированы приграничные области с плавным увеличением ширины запрещенной зоны к поверхностям, так называемые, варизонные слои (см. Bhan R.K. at al., Appl.
Phys. Lett., 68, 2453 (1996)). Создающееся в приграничных областях такой структуры внутреннее электрическое поле позволяет уменьшить скорость поверхностной рекомбинации и ограничить миграцию ртути к поверхности. Однако, в рабочем узкозонном материале такой структуры миграция ртути не подавляется, и это приводит к термической нестабильности материала вплоть до изменения стехиометрического состава твердого раствора и выделений второй фазы, что изменяет электрофизические и фотоэлектрические параметры структуры, и дестабилизирует работу сконструированных на их основе приборов.
Техническим результатом при использовании предложенной полезной модели является повышение стабильности электрофизических и фотоэлектрических параметров и обеспечения термоустойчивости фоточувствительной структуры.
Указанный технический результат достигается тем, что в фоточувствительной структуре на основе твердого раствора с легколетучим компонентом, например, ртутью, состоящей из последовательно расположенных на подложке граничного варизонного слоя, рабочей области и поверхностного варизонного слоя, рабочая область выполнена в виде чередующихся рабочих слоев с заданной шириной запрещенной зоны и промежуточных слоев, в которых ширина запрещенной зоны больше заданной не менее чем в 1,5 раза, причем рабочие слои примыкают к варизонным, а общее число слоев рабочей области не менее пяти. В первом частном случае фоточувствительная структура выполнена на основе твердого раствора кадмий-ртуть-теллур, причем толщина рабочих слоев удваивается по мере удаления от поверхностного варизонного слоя, в которых ширина запрещенной зоны не более чем в 2,5 раза больше заданной, а промежуточные слои выполнены с одинаковой толщиной не менее половины толщины примыкающего к поверхностному рабочего слоя, к которому присоединены контактные площадки. Во втором частном случае фоточувствительная структура выполнена на основе твердого раствора кадмий-ртуть-теллур
с содержанием кадмия 0,2-0,3 мольных долей, причем толщина рабочих слоев не менее чем в два раза больше толщины промежуточных слоев, которые имеют в своем составе не менее 0,65 мольных долей кадмия, а контактные площадки присоединены к каждому рабочему слою.
Наличие в рабочей области промежуточных слоев с большей чем заданная шириной запрещенной зоны, что соответствует уменьшению в составе твердого раствора легколетучего компонента, например, ртути, ограничивает его миграцию к поверхности за счет встраивания в структуру слоев с более устойчивой кристаллической решеткой. При этом увеличение в 1,5 раза ширины запрещенной зоны в промежуточных слоях по отношению к заданной, а также наличие в рабочей области 5 слоев являются достаточными для стабилизации электрофизических и фотоэлектрических параметров в пределах необходимых норм.
В первом частном случае для твердого раствора КРТ увеличение толщины рабочих слоев в два раза по мере удаления от поверхностного слоя является оптимальным, так как обеспечивает равномерную плотность тока по слоям с заданной шириной запрещенной зоны. Толщина промежуточных слоев не менее половины толщины второго слоя рабочей области и ширина запрещенной зоны в них не более чем в 2,5 раза больше заданной достаточны для пресечения миграции ртути и формирования более устойчивой структуры. Работоспособность такой фоточувствительной структуры обеспечивают контактные площадки, присоединенные к рабочему слою, примыкающему к поверхностному варизонному слою, методом планарной технологии.
Во втором частном случае для твердого раствора КРТ с содержанием кадмия 0,2-0,3 мольных долей толщина рабочих слоев не менее чем в два раза больше толщины промежуточных слоев, которые имеют в своем составе не менее 0, 65 мольных долей кадмия, что является достаточным для формирования более
устойчивой структуры. При этом для обеспечения работоспособности необходимо наличие контактов к каждому рабочему слою, для чего формируют так называемую меза-структуру.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена предлагаемая фоточувствительная структура с выполнением по первому частному случаю, а на фиг 2 - по второму частному случаю.
Фоточувствительная структура на основе твердого раствора с легколетучим компонентом содержит подложку 1, на которой последовательно расположены граничный варизонный слой 2, рабочая область 3 и поверхностный варизонный слой 4, причем рабочая область выполнена в виде чередующихся рабочих слоев 5 с заданной шириной запрещенной зоны и промежуточных слоев 6, в которых ширина запрещенной зоны больше заданной не менее чем в 1,5 раза. Рабочие слои примыкают к варизонным, а общее число слоев рабочей области не менее пяти. В первом частном случае фоточувствительная структура выполнена на основе твердого раствора кадмий-ртуть-теллур, причем толщина рабочих слоев 5 удваивается по мере удаления от поверхностного варизонного слоя 4, а промежуточные слои 6 выполнены с одинаковой толщиной не менее половины толщины примыкающего к поверхностному рабочего слоя 5а, к которому присоединены контактные площадки 7. Во втором частном случае фоточувствительная структура выполнена на основе твердого раствора кадмий-ртуть-теллур с содержанием кадмия 0,2-0,3 мольных долей, причем толщина рабочих слоев 5 не менее чем в два раза больше толщины промежуточных слоев 6, которые имеют в своем составе не менее 0,65 мольных долей кадмия, а контактные площадки 7 присоединены к каждому рабочему слою 5.
При работе фотоприемных устройств происходит поглощение падающего на фоточувствительную структуру излучения и генерация неосновных носителей
заряда, обуславливающая возникновение сигнала. При этом практическое применение находят, в основном, узкозонные фоточувствительные структуры на основе твердого раствора кадмий-ртуть-теллур с содержанием кадмия 0,2-0,3 мольных долей с неустойчивой из-за высокого содержания ртути кристаллической решеткой. Миграция ртути к поверхности приводит к возникновению областей пространственного заряда, которые изменяют электрофизические и фотоэлектрические параметры материала, в частности, уменьшают время жизни неосновных носителей заряда и увеличивают скорость их рекомбинации, что приводит к уменьшению вольтовой чувствительности и обнаружительной способности прибора, причем при повышении температуры происходит интенсификация этого процесса. При работе предложенного устройства наличие в рабочей области широкозонных слоев с меньшим содержанием ртути, а значит и более устойчивой кристаллической решеткой, позволяет существенно подавить миграцию ртути в направлении поглощения излучения, то есть по глубине структуры, а так же увеличить термическую стабильность материала и снизить вероятность изменения стехиометрического состава и выделения второй фазы. В первом частном случае увеличение толщины рабочих слоев при формировании токосъемных контактных площадок в фоточувствительных структурах планарного вида позволяет обеспечить в них равномерную плотность тока. Во втором частном случае равномерность плотности тока обеспечивается формированием токосъемных контактных площадок по принципу меза-структуры. Наличие в рабочей области слоев с содержанием кадмия более 0,65 мольных долей приводит к практически полному исключению миграции ртути к поверхности.
Предложенная полезная модель разработана для фоточувствительной структуры на основе твердого раствора кадмий-ртуть-теллур с шириной запрещенной зоны 0,1 эВ и содержанием кадмия 0,21 мольные доли в рабочих слоях, ширина запрещенной
0
зоны в промежуточных слоях составляла 2,43 эВ при содержании кадмия 0,3 мольные доли. Количество слоев в рабочей области равнялось 5 и при этом общая толщина структуры не превышала 12 мкм. Предложенная конструкция может быть реализована с помощью метода молекулярно-лучевой эпитаксии последовательным нанесением чередующихся слоев. Проведенные исследования показали, что предложенная фоточувствительная структура повышает стабильность электрофизических и фотоэлектрических параметров и обеспечивает термоустойчивость структуры до 90С, что на 20 градусов больше по сравнению с известными техническими решениями.