ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК H01L31/376 G01J1/42 

Изобретение относится к области измерений оптического излучения солнца или искусственного источника в ультрафиолетовой части спектра, точнее к фотометрии, а именно к переносным приборам для измерения и регистрации ультрафиолетового излучения, воздействующего на объекты окружающей среды и человека.

Известен детектор ультрафиолетового излучения (JP, В, 3-52569, 91.08.12). Детектор содержит два основания, причем второе основание расположено с заданным промежутком относительно первого. Пленочный слой из окисла металла переходной группы нанесен на одно из оснований, а электролит помещен между основаниями. Пленочный слой представляет собой окись вольфрама, молибдена или ванадия. На одно из оснований можно нанести один электрод из прозрачного электропроводного слоя, на другое основание наносят другой электрод. Пленочный слой наносят на наружные поверхности обоих электродов, а электролит помещают между электродами.

Известен фотопреобразователь УФ-излучения ("Фоточувствительность p-i-n-структур и структур с барьером Шоттки на основе a-Si:H в области УФ-излучения", Ж.Атаев и др. Письма в ЖТФ, т. 16, вып. 1, 1990 г., стр. 47-50). Известный фотопреобразователь представляет собой структуру на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H) с барьером Шоттки, состоящую из проводящей стальной подложки с нанесенными на нее слоями сильнолегированного a-Si: H n-типа (n+), собственного a-Si:H (i) и полупрозрачного барьерообразующего электрода из платины или паладия. Фотопреобразователь обладает высокой фоточувствительностью в области ближнего ультрафиолетового излучения.

Заявителем решается задача создать универсальный фотопреобразователь для измерения ультрафиолетового излучения, воздействующего на объекты окружающей среды и человека.

Поставленная задача решается тем, что фотопреобразователь выполнен на подложке и содержит пленку аморфного гидрогенизированного кремния, барьерообразующую пленку и электроды. Причем подложка выполнена из монокристаллического кремния n-типа с сформированным на одной ее стороне слоем диоксида кремния, имеющим окно, соответствующее площади фотоприемной площадки блока. На поверхность слоя диоксида кремния с окном нанесен слой аморфного гидрогенизированного кремния, на поверхность которого нанесена барьерообразующая пленка, на которой вне области окна сформирован точечный электрод.

На другой стороне подложки сформирован многослойный электрод.

Барьерообразующая пленка выполнена из платины.

Точечный электрод выполнен из титана.

Многослойный электрод содержит адгезионный титановый подслой, нанесенный непосредственно на подложку, проводящий слой меди, нанесенный на подслой с другой его стороны и защитный слой из титана на поверхности проводящего слоя. Вывод 15 к многослойному электроду подсоединен методом термокомпрессии или пайки.

Положительный эффект изобретения обусловлен свойствами фотопреобразователя. Действительно, использование в качестве подложки (основы) монокристаллического кремния с высокой степенью чистоты обработки поверхности исключает появление локальных дефектов и проколов в пленке аморфного гидрогенизированного кремния. Это также обеспечивает и высокую надежность самого фотопреобразователя, а именно его стабильную работу в течение длительного времени при воздействии на него ультрафиолетового излучения, например солнца, без изменения параметров.

Введение изолирующего слоя диоксида кремния позволяет существенно понизить токи утечки, а кроме того, обеспечивает возможность проведения подварки одного из выводов вне площади приемной площадки без разрушения барьера Шоттки и целостности пленки гидрогенизированного кремния. Таким образом удается существенно понизить величину темнового тока обратносмещенного барьера, увеличить фоточувствительность преобразователя и добиться высокой воспроизводимости параметров формируемых структур. Кроме того, наряду с барьером Шоттки, образованном на контакте барьерообразующей пленки и аморфного гидрогенизированного кремния, в структуре имеется еще и гетеропереход на границе монокристаллического кремния и аморфного гидрогенизированного кремния, что также приводит к повышению эффективности разделения неравновесных носителей заряда и, следовательно, к повышению фоточувствительности структуры фотопреобразователя. Необходимо отметить и технологичность изготовления структуры блока. Структура формируется в единой вакуумной системе, причем осаждение слоя аморфного гидрогенизированного кремния происходит в прерывистом режиме.

Это обеспечивает формирование основного фоточувствительного слоя высокого качества с отношением фотопроводимости к темновой проводимости, достигающей 3•10⁶ при относительно низких температуpax осаждения 200-240^oC и использовании доступных расходных материалов, прежде всего, технологических газов.

Технологичность изготовления приводит к увеличению эффективности производства блоков фотопреобразования за счет снижения затрат и увеличения выхода годных приборов.

Изобретение поясняется следующими чертежами, где на фиг. 1 показана структура фотопреобразователя; на фиг. 2 - энергетическая диаграмма фотопреобразователя.

Фотопреобразователь может быть реализован следующим образом.

Фотопреобразователь представляет собой заключенные в корпус 2 подложку 4 из монокристаллического кремния n-типа со сформированным на одной ее стороне слоем 5 диоксида кремния, имеющим окно 6, соответствующее площади фотоприемной площадки 7 фотопреобразователя. На поверхность слоя 5 диоксина кремния с окном 6 нанесен слой 8 аморфного гидрогенизированного кремния, поверх которого нанесена барьерообразующая пленка 9, на которой вне области окна 6 расположен электрод 10.

Корригирующий фильтр 1 расположен непосредственно перед фотоприемной площадкой 7 внутри корпуса 2 фотопреобразователя и крепится к корпусу 2 при помощи клея.

Барьерообразующая пленка 9 может быть выполнена, например, из платины или палладия, а электрод 10 выполнен точеным из титана.

В качестве материала подложки использовали кремний электронный, легированный фосфором, с удельным сопротивлением 1 или 5 Ом•см. Размеры подложки. Экспериментально было установлено, что для достижения высокой фоточувствительности фотопреобразователя оптимально использовать слои, имеющие следующую толщину: диоксид кремния - 1000 нм; аморфный гидрогенизированный кремний - 100-300 нм; барьерообразующая платиновая пленка - 20-25 нм.

Точечный электрод был выполнен из титана с толщиной 200 нм.

Многослойный электрод: толщина адгезионного титанового подслоя 12-100 нм, толщина проводящего слоя 13 меди - 500-1000 нм, толщина защитного слоя 14 титана - 50 нм.

Площадь окна, имеющегося в слое диоксида кремния варьировалась в широких пределах и имела форму квадрата со стороной, например 4 мм, или окружности с диаметром, например 3 мм.

Фотопреобразователь работают следующим образом.

В фотопреобразователе кванты ультрафиолетового излучения, проходя через прозрачную барьерообразующую пленку 9, поглощаются в слое 8 аморфного гидрогенизированного кремния, обладающего в ультрафиолетовом диапазоне коэффициентом поглощения не менее 10⁵ см^-1.

Генерированные электронно-дырочные пары разделяются полем барьера Шоттки, на который подают обратное смещение 0,5-1,0 В и создают фототок, как это показано на энергетической диаграмме фотопреобразователя на фиг. 2. Величина этого фототока пропорциональна интенсивности ультрафиолетового излучения.

Изобретение может найти применение в качестве основного элемента в измерителях ультрафиолетового излучения, используемых в медицине как индивидуальное средство контроля уровня ультрафиолетового облучения, получаемого человеком при загаре в естественных (на солнце) и искусственных условиях для предупреждения заболеваний, связанных с переоблучением, например онкологических.

Изобретение можно использовать в медицинских учреждениях в кабинетах физиотерапии для контроля дозы ультрафиолетового облучения больных или проведении курса ультрафиолетового облучения крови больных.

Изобретение может быть применено также при обезараживании помещений, например операционных. Кроме того, изобретение целесообразно использовать на промышленных предприятиях, где в технологическом процессе используются искусственные источники ультрафиолетового излучения, представляющие известную опасность переоблучения для обслуживающего персонала.

Изобретение может быть использовано в косметической промышленности при разработке и производстве различного рода защитных кремов. В сельском хозяйстве изобретение может найти применение в животноводческих фермах и птицефермах, а также в оранжереях, где используют искусственные источники ультрафиолетового излучения.

Для экологических целей изобретение может быть использовано при контроле излучения дезинфецирующих (очищающих) установки установок контроля водной акватории на предмет определения фитопланктона и нефтепродуктов.

Изобретение относится к области измерения оптического излучения в ультрафиолетовой области спектра. Фотопреобразователь содержит корригирующий фильтр (1), расположенный непосредственно перед фотоприемной площадкой (7) и связанный с ней конструктивно, выполненную из монокристаллического кремния n-типа подложку со сформированным на одной ее стороне слоем (5) диоксида кремния, имеющим окно (6), соответствующее площади фотоприемной площадки (7). На поверхность слоя (5) с окном (6) нанесен слой (8) аморфного гидрогенизированного кремния, поверх которого нанесена барьерообразующая пленка (9), на которой вне области окна (6) расположен электрод (10), а на другой стороне подложки (4) сформирован многослойный электрод. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фотопреобразователь, содержащий подложку (4), слой (8) аморфного гидрогенизированного кремния, барьерообразующую пленку (9), фотоприемную площадку (7) и электроды (10), отличающийся тем, что дополнительно содержит корригирующий фильтр (1), расположенный непосредственно перед фотоприемной площадкой (7) и связанный с ней конструктивно, а подложка выполнена из монокристаллического кремния n-типа с сформированным на одной ее стороне слоем (5) диоксида кремния, имеющим окно (6), соответствующее площади фотоприемной площадки (7), причем на поверхность слоя (5) диоксида кремния с окном (6) нанесен слой (8) аморфного гидрогенизированного кремния, поверх которого нанесена барьерообразующая пленка (9), на которой вне области окна (6) расположен точечный электрод (10), а на другой стороне подложки (4) сформирован многослойный электрод (11). 2. Фотопреобразователь по п.1, отличающийся тем, что многослойный электрод (11) выполнен содержащим адгезионный титановый подслой (12), нанесенный непосредственно на подложку (4), проводящий слой (13) меди, нанесенный поверх титанового подслоя (12), защитный слой (14) из титана на поверхности проводящего слоя (13), а вывод (15) к многослойному электроду (11) подсоединен методом термокомпрессии или пайки.