Кремниевый p-i-n-фоточувствительный элемент с повышенным уровнем чувствительности к длине волны 1,06 мкм

Полезная модель относится к области полупроводниковых приборов, чувствительных к излучению с длиной волны λ=1,06 мкм. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре, в которой требуется регистрация коротких импульсов лазерного излучения (10-40 нс). К такой аппаратуре относятся лазерные дальномеры, системы наведения по лучу, обнаружители лазерного излучения, системы защиты от лазерного оружия, высокоточное оружие и другие системы [А.М. Филачев, И.И. Таубкин, М.А. Тришенков. Твердотельная фотоэлектроника. Физические основы. М.: Физматкнига, 2007 г., 384 с.]. К таким приборам предъявляются высокие требования по величине токовой монохроматической чувствительности.
+
+
Известен кремниевый p-i-n-фотодиод [РФ №82381 U1, ОАО «Московский завод «Сапфир»], чувствительный к излучению в диапазоне длин волн 0,4-1,2 мкм и содержащий подложку p-типа проводимости, в которой со стороны воздействия сформированы фоточувствительная область n-типа рабочего p-n-перехода и область охранного кольца, а на другой стороне подложки сформирована область p-типа омического контакта.
Известен p-i-n-фотодиод [В.П. Астахов и др. Результаты замены радиационно-сплавной технологии изготовления фотодиодов из InSb на планарную имплантацию. Физика твердого тела. Вестник Нижегородского университета им. Н.И, Лобачевского, 2009 г., №5. С. 48-54], в котором двухслойные металлические контакты к фоточувствительной области и области охранного кольца состоят из слоя золота (Au) толщиной 800 нм и подслоя хрома (Cr) толщиной 80 нм.
2
2
+
+
Известен кремниевый p-i-n-фотодиод большой площади [РФ 108883, ФГУП «НПО «Орион»], чувствительный на длинах волн 1,06 мкм и 0,9 мкм и принятый в качестве прототипа. В подложке из монокристаллического кремния p-типа проводимости с помощью диффузии фосфора через пленку двуокиси кремния (SiO) сформированы области n-типа проводимости: фоточувствительная область и область охранного кольца. На другой стороне подложки сформирован контактный слой p-типа проводимости. Со стороны фотодиода, на которое воздействует излучение, расположена пленка двуокиси кремния (SiO), выполняющая функцию изолирующего и просветляющего покрытия. Двухслойные металлические контакты к фоточувствительной области и области охранного кольца состоят из пленки золота и пленки хрома толщиной 5-6 нм. Отражающая контактная система расположена на контактном слое. Недостатком этого прибора является низкий уровень монохроматической импульсной чувствительности к длине волны 1,06 мкм, связанной с поглощением излучения в пленке хрома [Н.И. Кошкин, М.Г. Ширкевич. Справочник по элементарной физике. М.: стр. 158, 172, 174].
Задачей полезной модели является повышение уровня монохроматической импульсной чувствительности к длине волны 1,06 мкм.
Технический результат достигается тем, что кремниевый p-i-n-фоточувствительный элемент содержит подложку, фоточувствительную область и область охранного кольца, выполненные в подложке со стороны воздействия излучения, контактный слой, выполненный на другой стороне подложки, двухслойные контакты из слоя золота и подслоя хрома к фоточувствительной области и области охранного кольца, изолирующую пленку и просветляющее покрытие, состоящее из двуокиси кремния толщиной 0,52 мкм и 0,18 мкм, соответственно, отражающую контактную систему, расположенную на контактном слое, состоящую только из пленки золота (без подслоя хрома).
+
+
+
2
2
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема кремниевого p-i-n-фоточувствительного элемента, где 1 - фоточувствительная область n-типа проводимости; 2 - область охранного кольца n-типа проводимости; 3 - изолирующая пленка двуокиси кремния (SiO); 4 - просветляющая пленка двуокиси кремния (SiO); 5 - подложка p-типа проводимости; 6 - контактный слой p-типа проводимости; 7 - двухслойные контакты из слоя золота (Au) с подслоем хрома (Cr); 8 - однослойный контакт из слоя золота (Au).
+
Кремниевый p-i-n-фоточувствительный элемент состоит из подложки 5 p-типа проводимости, в которой со стороны воздействия излучения сформированы фоточувствительная область 1 и область охранного кольца 2 n+-типа проводимости. На другой стороне подложки 5 сформирован контактный слой p-типа проводимости 6. Со стороны фотодиода, на которое воздействует излучение, расположена пленка двуокиси кремния, выполняющая функции изолирующего покрытия 3 и просветляющего покрытия 4. Двухслойные металлические контакты к фоточувствительной области 1 и области охранного кольца 2 состоят из пленки золота и пленки хрома 7. Отражающая контактная система 8 состоит из пленки золота.
Увеличение уровня чувствительности фоточувствительного элемента обеспечивается снижением потерь из-за поглощения излучения на отражающей системе, которое достигается за счет исключения пленки хрома.
Пример. В соответствии с заявляемой моделью был спроектирован кремниевый p-i-n-фоточувствительный элемент, разработана технология вплавного контакта методом быстрого термического отжига (БТО), изготовлена партия p-i-n-фоточувствительных элементов.
0
имп
На изготовленных фоточувствительных элементах измерялась монохроматическая чувствительность к постоянному (S) и импульсному излучению (S).
В таблице приведены сравнительные типовые значения параметров фоточувствительных элементов с различной отражающей контактной системой пленок: двухпленочная - золото-хром; однопленочная - золото.
Из приведенных результатов следует, что однослойная отражающая система приводит к повышению уровня монохроматической чувствительности к длине волны 1,06 мкм.