СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОРЕЗИСТОРА Российский патент 1994 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в качестве активного элемента приемника ИК-излучения, работающего в условиях радиационного воздействия.

Известен [1, 2] активный элемент фоторезистора на основе монокристаллического твердого раствора теллурида олова в теллуриде свинца с примесью индия при соотношении компонентов, мас. % : Sn - от 8,3 до 9,6; In - от 0,2 до 0,7; Te - от 40,5 до 41,1; Pb - остальное.

Указанный активный элемент обладает высокой фоточувствительностью, а области температур ниже 25 К - так называемой задержанной фотопроводимостью (т. е. памятью по фотоотклику), что позволяет работать в режиме счета фотонов (интегрировать поток ИК-излучения). Для работы в указанном режиме, особенно при регистрации малых потоков излучения, требуется стабильность параметров фоторезистора, особенно темновой проводимости, в том числе и в условиях радиационного воздействия.

Целью изобретения является повышение радиационной стойкости при сохранении чувствительности активного элемента фоторезистора.

Цель достигается тем, что известный активный элемент фоторезистора подвергается облучению потоком быстрых электронов величиной до (1-2)˙10¹⁶ см^-2.

Выбор вида облучения основан на следующем. Известно, что наибольшее изменение электрофизических параметров узкощелевых полупроводников вызывает облучение быстрыми электронами. Если выбраны быстрые электроны с энергией ε= 6 МэВ. Значение этой энергии превышает пороговую энергию ε _пор дефектообразования во всех исследованных полупроводниках. Глубина проникновения быстрых электронов в Pb_1-xSn_xTe более 1 см, а толщина рабочего элемента фоторезистора не превышала 0,5 мм. Облучение протонами или α -частицами приводит к нарушению лишь поверхностного слоя толщиной порядка 1 мкм. При высокой проводимости образцов, вызванной ИК-облучением, этот тонкий слой шунтируется объемом образца. Облучение γ -квантами эквивалентно облучению электронами, поскольку кванты выбивают в кристалле вторичные электроны, которые, в свою очередь, оказывают такое же действие, как и β-облучение. Таким образом, облучение быстрыми электронами является одновременно и способом изменять свойства образца, и хорошим инструментом для проверки на предмет радиационной стойкости.

В таблице приведены параметры образцов активного элемента фоторезистора из заявленного интервала составов до и после облучения, а также образцов составов, выходящих из указанного интервала и нелегированного образца (без примеси In). Исследованные образцы выращивались по методу Чохральского из-под флюса В₂О₃. Содержание компонентов в готовых твердых растворах определялось с точностью 0,1% . Образцы в виде прямоугольных параллелепипедов с размерами (3,5-4) х (0,2-0,5) х (0,2-0,5) мм вырезались из слитков на электроэрозионном станке. Нарушенный слой стравливался полирующим травителем, представляющим собой 5% -ный раствор брома в HBr. Токовые и потенциальные контакты подпаивались сплавом, содержащим 95 мас. % In, 4 мас. % Ag, 1 мас. % Au. Исследования температурных зависимостей сопротивления в интервале 4,2-25 К в отсутствие и при ИК-подсветке тепловым источником, имеющим температуру до Т^*= 50 К, кинетики спада сигнала фотопроводимости, подвижности μ и концентрации n (р) носителей заряда проводились после каждой дозы облучения. Облучение осуществлялось быстрыми электронами на ускорителе ЭПУ-6 дозами по (1-2) 10¹⁶ см^-2, максимальный поток облучения достигал Ф_max = 10¹⁷ см^-2. Для исключения неконтролируемой засветки образец и тепловой источник излучения помещали в вакуумированную металлическую камеру, которую погружали в криостат с жидким гелием. Температура образца и источника излучения контролировались термопарами. В таблице приведены темновые (в отсутствие подсветки) значения n(p) и μ при 20 К, величины приращения проводимости Δ σ при освещении источником ИК-излучения с Т^*= 30 К, величины темнового удельного сопротивления ρ при Т = 4,2 К, в том числе после различных доз облучения, показатели γ степенных законов спада сигнала фотопроводимости после выключения подсветки.

На чертеже представлены также температурные зависимости удельного сопротивления образцов 1 и 5 в интервале температур 4,2-25 К. Кружки - образец N 5 (светлые Ф = 0, темные - Ф _max), треугольники - образец N 1 (светлые Ф = 0, темные - Ф_max). Темновые кривые обозначены буквой а, кривые при подсветке - буквой б. Результаты исследований сводятся к следующему. Нелегированный образец N 6 существенно меняет свои параметры при облучении; величина n линейно по Ф увеличивается, подвижность μ уменьшается. У образцов 1-5 перечисленные параметры меняются при Ф_maxна 5-15% . При этом практически указанные изменения происходят уже при облучении дозой (1N2) ˙10¹⁶ см^-2. Далее при увеличении изменения n, μ составляют не более 1-2% . В таблице приведены абсолютные значения n, μ . Относительные измерения проводили с существенно большей точностью, что и позволяет делать вывод о неизменности n, μ в пределах 1-2% после облучения дозой 2 ˙10¹⁶ см^-3 и вплоть по крайней мере до дозы ˙10¹⁷см^-3. Стационарное значение Δ σ при длительном освещении образца источником с фиксированной температурой является интегральной характеристикой фотопроводимости. Величина Δ σ также изменяется в пределах 5-15% при дозах 2 ˙10¹⁶ см^-2, а затем остается неизменной в пределах 1-2% по крайней мере до дозы 10¹⁷ см^-3. Изменения темнового значения удельного сопротивления ρ более существенны. Однако, как следует из таблицы, если при дозах облучения 1-2 ˙10¹⁶ см^-2 изменения составляют от 30 до 800% , то при увеличении дозы до 10¹⁷ см^-2 они не превышают 5% . Перечисленные результаты в совокупности свидетельствуют о том, что облучение быстрыми электронами с потоком до 2 ˙10¹⁶ см^-2 резко повышает радиационную стойкость активного элемента из заявленной области составов. Указанная радиационная стойкость сохраняется по меньшей мере до интегральной дозы облучения 10¹⁷ см^-2. Были исследованы также характеристики образцов, выходящих за рамки заявленной области составов либо по количеству олова, либо по количеству индия. Поскольку по параметрам n(p), μ , Δ σ они уступают образцам заявленного состава и не могут работать в интегрирующем режиме (ввиду отсутствия либо срывов задержанной фотопроводимости), они не удовлетворяют поставленным задачам и не подвергались облучению электронами и проверке на радиационную стойкость.

Таким образом, полученный таким образом активный элемент фоторезистора отличается повышенной радиационной стойкостью по сравнению с известными техническими решениями.

Экономическая эффективность может быть определена в каждом случае конкретного применения.

Использование: изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано в качестве активного элемента приемника ИК-излучения. Сущность: способ изготовления фоторезистора включает формирование активного элемента из монокристалла твердого раствора теллурида олова в теллуриде свинца с примесью индия при соотношении компонентов, мас. % : олово 8,3 - 9,6; индий 0,2 - 0,7; теллур 40,6 - 41,1; свинец - остальное. Элемент облучают потоком быстрых электронов при дозе облучения (1-2)·10¹⁶см^-2. 1 ил. , 1 табл.

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОРЕЗИСТОРА, включающий формирование активного элемента из монокристалла твердого раствора теллурида олова в теллуриде свинца с примесью индия при соотношении компонентов, мас. % :
Олово 8,3 - 9,6
Индий 0,2 - 0,7
Теллур 40,5 - 41,1
Свинец Остальное
отличающийся тем, что, с целью повышения радиационной стойкости при сохранении чувствительности, активный элемент облучают потоком быстрых электронов при дозе облучения (1 - 2) · 10¹⁶ см^-2.