ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК H01L31/04 

Текст описания приведен в факсимильном виде.

Изобретение относится к полупроводниковой электронике и может быть использовано для изготовления высокоэффективных широкополосных преобразователей электромагнитного излучения как видимого, так и невидимого диапазона. Преобразователь электромагнитного излучения согласно изобретению содержит собирающие области первого и второго типа проводимости, а также соединенные с этими областями первый и второй электроды. При этом преобразователь содержит N≥1 собирающих областей с проводимостью первого типа, расположенных на лицевой стороне полупроводниковой подложки с проводимостью второго типа с образованием N р-n переходов. Первый электрод соединен с указанными N собирающими областями с проводимостью первого типа, образуя токовый узел. Лицевая сторона подложки содержит, по меньшей мере, один участок с проводимостью второго типа, прилегающий к зоне расположения N≥1 собирающих областей с проводимостью первого типа. Указанное выполнение преобразователя обеспечивает его работу в более широком диапазоне частот электромагнитного излучения, способствует повышению его КПД и мощности, а также позволяет достичь высокой точности и стабильности его выходных характеристик. 58 з.п. ф-лы, 3 табл., 113 ил.

1. Преобразователь электромагнитного излучения, содержащий по меньшей мере одну собирающую область с проводимостью первого типа, по меньшей мере одну собирающую область с проводимостью второго типа, а также соединенные с указанными областями по меньшей мере первый и второй токосборные проводящие электроды, отличающийся тем, что он содержит N≥1 собирающих областей с проводимостью первого типа, расположенных на лицевой стороне полупроводниковой подложки с проводимостью второго типа с образованием N р-n переходов, причем первый электрод соединен с указанными N областями с проводимостью первого типа, образуя токовый узел, и при этом лицевая сторона подложки содержит по меньшей мере один участок с проводимостью второго типа, прилегающий к зоне расположения N≥1 собирающих областей с проводимостью первого типа.

2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что подложка с обратной стороны имеет высоколегированную область второго типа проводимости.

3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что на лицевой стороне подложки расположен слой диэлектрика, имеющий изъятия (отверстия) по меньшей мере в зонах расположения N собирающих областей с проводимостью первого типа, обеспечивающих контакт первого электрода с указанными областями.

4. Преобразователь по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что N≥1.

5. Преобразователь по п.4, отличающийся тем, что N собирающих областей с проводимостью первого типа выполнены отдельными с образованием N отдельных p-n переходов.

6. Преобразователь по п.5, отличающийся тем, что N собирающих областей с проводимостью первого типа выполнены отдельными и однотипными с образованием N отдельных и однотипных p-n переходов.

7. Преобразователь по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что N=1.

8. Преобразователь по п.7, отличающийся тем, что указанная собирающая область с проводимостью первого типа содержит К≥1, где К - целое число участков первого типа проводимости, соединенных между собой посредством М≥1 соединительных элементов с проводимостью первого типа.

9. Преобразователь по п.8, отличающийся тем, что указанная собирающая область с проводимостью первого типа содержит М=1 легированный соединительный элемент первого типа проводимости в виде одной сплошной прямоугольной полоски.

10. Преобразователь по п.8, отличающийся тем, что указанная собирающая область с проводимостью первого типа содержит М>1 легированных соединительных участков первого типа проводимости в виде отдельных однотипных тонких полосок прямоугольной формы.

11. Преобразователь по п.8, отличающийся тем, что указанная собирающая область с проводимостью первого типа содержит М>1 легированных соединительных участков первого типа проводимости, расположенных с образованием сетки.

12. Преобразователь по любому из пп.1-3, 5, 6, 8-11, отличающийся тем, что p-n переходы с прилегающими к ним собирающими областями выведены с объема полупроводниковой подложки, наружу, на боковую и фронтальную поверхности лицевой стороны, в зону прямого попадания ЭМИ.

13. Преобразователь по п.4, отличающийся тем, что p-n переходы с прилегающими к ним собирающими областями выведены с объема полупроводниковой подложки, наружу, на боковую и фронтальную поверхности лицевой стороны, в зону прямого попадания ЭМИ.

14. Преобразователь по п.7, отличающийся тем, что p-n переходы с прилегающими к ним собирающими областями выведены с объема полупроводниковой подложки, наружу, на боковую и фронтальную поверхности лицевой стороны, в зону прямого попадания ЭМИ.

15. Преобразователь по любому из пп.1-3, 5, 6, 8-11, 13, 14, отличающийся тем, что под каждой из указанных N собирающих областей с проводимостью первого типа расположен легированный слой с проводимостью второго типа.

16. Преобразователь по п.12, отличающийся тем, что под каждой из указанных N собирающих областей с проводимостью первого типа расположен по крайней мере один легированный слой с проводимостью второго типа.

17. Преобразователь по п.15, отличающийся тем, что под каждой из указанных собирающих областей с проводимостью первого типа расположена стопа из G>1 последовательно чередующихся слоев с проводимостью второго типа и проводимостью первого типа.

18. Преобразователь по п.16, отличающийся тем, что под каждой из указанных собирающих областей с проводимостью первого типа расположена стопа из G>1 последовательно чередующихся слоев с проводимостью второго типа и проводимостью первого типа.

19. Преобразователь по п.17 или 18, отличающийся тем, что слои первого и второго типа проводимости в указанной стопе последовательно скоммутированы (соединены).

20. Преобразователь по п.12, отличающийся тем, что собирающие области с проводимостью одного типа соединены посредством легированных соединительных элементов того же типа проводимости.

21. Преобразователь по п.20, отличающийся тем, что по крайней мере часть указанных соединительных элементов образуют замкнутые контуры.

22. Преобразователь по п.21, отличающийся тем, что все указанные соединительные элементы образуют замкнутые контуры.

23. Преобразователь по любому из пп.1, 2, 5, 6, 8-11, 13, 14, 16-18, 20-22, отличающийся тем, что на лицевой стороне подложки расположено Х≥1 дополнительных легированных отклоняющих областей, отдельных от указанных N собирающих областей с проводимостью первого типа.

24. Преобразователь по п.3, отличающийся тем, что на лицевой стороне подложки расположено Х≥1 дополнительных легированных отклоняющих областей, отдельных от указанных N собирающих областей с проводимостью первого типа.

25. Преобразователь по п.23, отличающийся тем, что каждая из указанных Х легированных отклоняющих областей имеет проводимость второго типа.

26. Преобразователь по п.23, отличающийся тем, что Х отклоняющих областей включают в себя области как с первым, так и со вторым типом проводимости.

27. Преобразователь по п.23, отличающийся тем, что каждая из указанных Х легированных отклоняющих областей имеет проводимость первого типа.

28. Преобразователь по любому из пп.25-27, отличающийся тем, что указанные легированные отклоняющие области выполнены дискретными и малыми по линейным размерам.

29. Преобразователь по любому из пп.25-27, отличающийся тем, что по крайней мере часть легированных отклоняющих областей с одинаковым типом проводимости объединены соединительными участками того же типа проводимости в контуры.

30. Преобразователь по любому из пп.25-27, отличающийся тем, что указанные Х легированных отклоняющих областей выполнены в виде непрерывного замкнутого контура (кольца или пояса).

31. Преобразователь по п.29, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из N собирающих областей расположена в образованном отклоняющими областями контуре.

32. Преобразователь по п.30, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из N собирающих областей расположена внутри указанного непрерывного замкнутого контура.

33. Преобразователь по п.23, отличающийся тем, что N собирающих легированных областей с проводимостью первого типа и легированные отклоняющие области расположены в чередующихся дискретных квантовых ловушках-углублениях с периодом F≤2f, где f - диффузионная длина неравновесных не основных носителей зарядов, а указанные ловушки выполнены на лицевой стороне подложки, причем собирающие области первого типа расположены в одних углублениях, а отклоняющие области - в других углублениях вдоль расположения углублений с проводимостью первого типа на расстоянии периода F от ближайшего углубления.

34. Преобразователь по любому из пп.24-27, отличающийся тем, что N собирающих легированных областей с проводимостью первого типа и легированные отклоняющие области расположены в чередующихся дискретных квантовых ловушках-углублениях с периодом F≤2f, где f - диффузионная длина неравновесных не основных носителей зарядов, указанные ловушки выполнены на лицевой стороне подложки, причем собирающие области первого типа расположены в одних углублениях, а отклоняющие области - в других углублениях вдоль расположения углублений с проводимостью первого типа на расстоянии периода F от ближайшего углубления.

35. Преобразователь по п.25, отличающийся тем, что он содержит дополнительный третий (или второй лицевой) токосборный электрод, соединенный с каждой из указанных Х легированных отклоняющих областей с проводимостью второго типа.

36. Преобразователь по п.25 или 26, отличающийся тем, что он содержит дополнительный третий (или второй лицевой) токосборный электрод, соединенный хотя бы с одной из указанных Х легированных отклоняющих областей с проводимостью второго типа.

37. Преобразователь по п.3, отличающийся тем, что поверх слоя диэлектрика расположен по крайней мере один отклоняющий полевой электрод.

38. Преобразователь по п.24, отличающийся тем, что поверх слоя диэлектрика в зоне расположения по крайней мере одной из указанных Х легированных отклоняющих областей расположен по крайней мере один отклоняющий полевой электрод.

39. Преобразователь по п.37 или 38, отличающийся тем, что первый собирающий электрод, соединенный с каждой из N собирающих областей первого типа проводимости, выполнен расширенным и перекрывающим в плане каждую отдельно взятую указанную область с проводимостью первого типа, с которой он соединен, причем первый электрод соединен с отклоняющим полевым электродом с образованием единого расширенного собирающе-отклоняющего электрода.

40. Преобразователь по п.39, отличающийся тем, что указанный расширенный собирающе-отклоняющий электрод выполнен из оптически прозрачного (или полупрозрачного) токопроводящего материала (например, Si*, TCO, ITO).

41. Преобразователь по п.39, отличающийся тем, что указанный расширенный собирающе-отклоняющий полевой электрод выполнен сплошным на всю лицевую сторону из оптически прозрачного токопроводящего материала (например, Si*, TCO, ITO).

42. Преобразователь по п.23, отличающийся тем, что первый электрод размещен по периметру каждой из N собирающих областей.

43. Преобразователь по п.42, отличающийся тем, что отклоняющие области расположены по периметру первого электрода.

44. Преобразователь по п.39, отличающийся тем, что вне собирающе-отклоняющего электрода вдоль его периметра сформирован третий электрод (или первый дрейфовый электрод на лицевой стороне), образующий при подаче потенциала смещения дрейфовое поле.

45. Преобразователь по п.44, отличающийся тем, что под дрейфовым электродом расположены отклоняющие области первого типа проводимости.

46. Преобразователь по п.44, отличающийся тем, что между первым и дрейфовым электродами сформирован полевой дрейфовый электрод (второй по счету дрейфовый электрод на лицевой стороне), расположенный над отклоняющими областями второго типа проводимости.

47. Преобразователь по п.46, отличающийся тем, что второй дрейфовый электрод на лицевой стороне электрически соединен с подложкой.

48. Преобразователь по п.7, отличающийся тем, что на лицевой стороне размещены Y≥1 тонких электродов, объединенных в токовый узел, и причем шаг между электродами соизмерим с диффузионной длиной неравновесных не основных носителей зарядов.

49. Преобразователь по любому из пп.24-27, 31-33, 35, 37-38, 40, 41, 43-48, отличающийся тем, что области с проводимостью первого типа на лицевой стороне и области второго типа проводимости на лицевой стороне покрыты микролинзами или микропризмами.

50. Преобразователь по п.23, отличающийся тем, что области с проводимостью первого типа на лицевой стороне и области второго типа проводимости на лицевой стороне покрыты микролинзами или микропризмами.

51. Преобразователь по любому из пп.3, 5, 6, 8-11, 13, 14, 16-18, 20-22, 24-27, 31-33, 35, 37-38, 40, 41, 43-48, отличающийся тем, что обратная сторона подложки с проводимостью второго типа содержит W≥1 отдельных отклоняюще-собирающих легированных областей с проводимостью второго типа, объединенных в токовый узел посредством сплошного второго электрода.

52. Преобразователь по п.51, отличающийся тем, что указанные отдельные W≥1 легированные отклоняюще-собирающие области выполнены однотипными.

53. Преобразователь по п.51, отличающийся тем, что обратная сторона содержит V≥1 легированных отклоняюще-собирающих областей первого типа проводимости, каждые из которых соединены четвертым электродом в токовый узел.

54. Преобразователь по п.52, отличающийся тем, что обратная сторона содержит V≥1 легированных отклоняюще-собирающих областей первого типа проводимости, каждые из которых соединены четвертым электродом в токовый узел.

55. Преобразователь по п.53 или 54, отличающийся тем, что обратная сторона содержит дополнительные дискретные отклоняющие области первого типа проводимости, расположенные по периферии отклоняюще-собирающих областей с проводимостью второго типа и первого типа.

56. Преобразователь по п.55, отличающийся тем, что обратная сторона содержит дополнительные дискретные отклоняющие области второго типа проводимости, расположенные между указанными дискретными отклоняющими областями первого типа проводимости.

57. Преобразователь по любому из пп.1-3, 5, 6, 8-11, 13, 14, 16-18, 20-22, 24-27, 31-33, 35, 37-38, 40, 41, 43-48, 50, 52-54, 56, отличающийся тем, что он выполнен на тонкой полупроводниковой подложке толщиной менее 70 мкм.

58. Преобразователь по любому из пп.1-3, 5, 6, 8-11, 13, 14, 16-18, 20-22, 24-27, 31-33, 35, 37-38, 40, 41, 43-48, 50, 52-54, 56, отличающийся тем, что на лицевой или обратной стороне полупроводниковой подложки размещены по любому из известных способов Z≥1 областей с источником дополнительного электромагнитного излучения, например, стронция-90.

59. Преобразователь по п.57, отличающийся тем, что на лицевой или обратной стороне полупроводниковой подложки размещены по любому из известных способов Z≥1 областей с источником дополнительного электромагнитного излучения, например, стронция-90.