СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ Российский патент 1995 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к оптоэлектронике, в частности к устройствам, преобразующим лучистую энергию в электрическую, и может быть использовано в приборах для измерения освещенности, интенсивности излучения, дозы ультрафиолетового облучения и в качестве датчика для определения концентрации озона в атмосферном слое Земли.

Известен фотоприемник на основе карбида кремния для УФ-диапазона спектра [1] В работе использован карбид кремния с шириной запрещенной зоны больше 3 эВ. При изготовлении фотоприемника учтены высокие коэффициенты поглощения K_λ≥10⁴ см^-1 материала в УФ-диапазоне, поэтому вся область поглощения меньше или порядка 10^-4 см. Именно такие толщины и составлял барьер Шотки.

Недостатком таких фотоприемников для УФ-диапазона является очень высокая стоимость карбида кремния.

Известен способ изготовления тонкопленочного фотоэлектрического преобразователя с р-i -n структурой на основе α=Si H, который обладает фотоэлектрической чувствительностью в области 200-400 нм [2] Этот способ изготовления заключается в следующем:
1. На стеклянную подложку наносят омический тыльный электрод, например, из диоксида олова SnO₂.

2. На проводящий слой из SnO₂ наносят тонкий легированный слой р- или n-типа осаждением α= Si H из газообразной фазы.

3. На легированный слой наносят осаждением из газообразной фазы толстый слой из нелегированного α= Si H.

4. На нелегированный слой наносят осаждением из газообразной фазы второй легированный слой р- или n-типа из α= Si H.

5. На второй легированный слой αSi H наносят верхний электрод в виде проводящей пленки из SnO₂.

6. На верхний электрод наносят металлический коллектор.

7. На верхнем электроде размещают кварцевое стекло.

8. Кварцевое стекло покрывают антиотражающим покрытием из CaF₂ или MgF₂.

Однако в полученных по такому способу ультрафиолетовых фотоэлектрических преобразователях имеются существенные недостатки: невозможность получения спектральной фоточувствительности в широком интервале от 200 до 1000 нм, невозможность получения высокой фоточувствительности по фото-ЭДС, сложность технологии изготовления.

Цель изобретения повышение фоточувствительности по фото-ЭДС.

Для этого в способе получения ультрафиолетового преобразователя, включающем нанесение на полупроводниковую подложку фоточувствительного слоя, его легирование и нанесение на противоположные стороны электродов, в качестве материала подложки используют неорганический полупроводник, а фоточувствительный слой наносят из органического полупроводникового материала металл фталоцианина.

На фиг. 1 изображена структурная формула органического полупроводникового металлфталоцианина; на фиг. 2 схема фотоэлектрического преобразователя; на фиг. 3 спектральная фоточувствительность фотопреобразователя; на фиг. 4 спектр поглощения фоточувствительного слоя.

Новым в предлагаемом способе по сравнению с прототипом является нанесение слоя органического полупроводника металлфталоцианина на подложку из неорганического полупроводника, что позволяет расширить спектральную фоточувствительность фотопреобразователя в интервале от 200 до 1100 нм, повысить фоточувствительность в максимуме (фиг. 3) и более чем вдвое сократить число технологических операций.

Способ осуществляют следующим образом.

На протравленную монокристаллическую пластинку 1 наносят в вакууме (но хуже 1,33˙10^-3 Па) омический электрод 2 при одновременном напылении золота и германия или из серебра (лучше из Ag).

На противоположную поверхность пластины GaAs термическим испарением в вакууме наносят тонкий ( d≅20 нм) слой 3 фталоцианина меди.

Слой CuP_c подвергают легированию кислородом атмосферы воздуха или очищенным кислородом.

На легированный слой CuP_c наносят термическим испарением в вакууме тонкий слой 4 Ag, к слоям 2 и 4 формируют выводы 5 и 6. Коэффициент пропускания электрода из Ag составляет 10%
В процессе легирования слоя CuP_c акцепторной примесью, например кислородом, создается примесный уровень, отстоящий от вершины валентной зоны на 0,6 эВ, и на границе между пластинкой из GaAs и слоем CuP_c образуется гетеропереход, состоящий из двух последовательно соединенных барьеров Шотки. Глубина залегания барьера в GaAs составляет ≅ 50 нм, а в слое CuP_c≅ 20 нм. Так как толщина слоя CuP_c соответствует ширине барьера в нем, то возникает высокая фоточувствительность как в видимой области, так и в УФ-области.

Спектральная фоточувствительность фотопреобразователя представлена на фиг. 4. В области 850-1000 нм генерация носителей заряда происходит в барьере Шотки слоя CuP_c, а в области 450-500 нм носители заряда генерируются в области объемного заряда (барьера Шотки) пластинки GaAs. В области 500-850 нм генерация носителей происходит как в р-n-переходе слоя CuP_c, так и в GaAs.

В УФ-области, как видно из фиг. 4, кванты света поглощаются только слоем CuP_c (кривая 7), поэтому генерация носителей заряда происходит в р-n-переходе этого слоя. Кривые 8 и 9 другие металлфталоцианины.

Спектральная фоточувствительность изготовленного предлагаемым способом фотопреобразователя лежит в интервале от 200 до 1100 нм, т. е. перекрывает УФ-область, видимую и ближнюю инфракрасную и, таким образом, значительно превосходит ширину спектральной фоточувствительности известных решений. Максимальная квантовая эффективность при λ= 800 нм соответствует 86%
Изготовленный предлагаемым способом фотопреобразователь обладает высокой фоточувствительностью по фото-ЭДС. Предельная мощность падающего излучения, которую способен обнаружить фотоприемник, составляет 10^-10 Вт.

Использование: в оптоэлектронике, в частности в устройствах, преобразующих лучистую энергию в электрическую, в приборах для измерения освещенности, интенсивности излучения, дозы ультрафиолетового облучения, и в качестве датчиков для определения концентрации озона в атмосферном слое Земли. Сущность изобретения: способ заключается в нанесении на подложку из неорганического полупроводника омического тыльного электрода, нанесении на другую поверхность данной подложки органического полупроводника металлфталоцианина, легировании органического полупроводника металлфталоцианина кислородом и нанесении на легированный слой верхнего электрода, пропускающего не менее 10% падающего излучения. 4 ил.

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ УЛЬТРАФИОЛЕТОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, включающий нанесение на подложку фоточувствительного слоя, его легирование и нанесение на противоположные стороны электродов, отличающийся тем, что в качестве материала подложки используют неорганический полупроводник, а фоточувствительный слой наносят из органического полупроводникового материала металлфталоцианина.