ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ СТРУКТУРА Российский патент 2009 года по МПК H01L31/296 

Изобретение относится к полупроводниковой технике и может быть использовано при разработке фотоприемников инфракрасного (ИК) излучения на базе твердых растворов теллурида кадмия и ртути (КРТ).

Известна фоточувствительная структура (патент РФ №2244366 на изобретение, МПК: 7 Н01L 31/09), содержащая подложку с выполненной на ней полупроводниковой варизонной структурой в составе первого варизонного слоя, рабочей области, второго, приповерхностного, варизонного слоя, а также просветляющее покрытие. При этом подложка выполнена из CdZnTe, или GaAs, или Si. Первый варизонный слой выполнен из Cd_x Hg_1-x Те с х, изменяющим значение от 0,8±0,05 до 0,3±0,05 в направлении от подложки, рабочая область выполнена в виде слоя Cd_x Hg_1-x Те с х, равным 0,3±0,05 по всей толщине, второй варизонный слой выполнен из Cd_x Hg_1-x Те с х, изменяющим значение от 0,3±0,05 до 0,8 в направлении от подложки к просветляющему покрытию. Между подложкой и первым варизонным слоем расположен буферный слой, выполненный из CdTe, или ZnTe, или CdZnTe. Между вторым варизонным слоем и просветляющим покрытием расположен широкозонный слой из Cd_x Hg_1-x Те постоянного состава с х, равным 0,6÷1.

Известна также фоточувствительная структура (патент РФ №2244366 на изобретение, МПК: 7 Н01L 31/09) содержащая подложку с выполненной на ней полупроводниковой варизонной структурой в составе первого варизонного слоя, рабочей области, второго, приповерхностного, варизонного слоя, а также просветляющее покрытие. При этом подложка выполнена из CdZnTe, или GaAs, или Si. Первый варизонный слой выполнен из Cd_x Hg_1-x Те с х, изменяющим значение от 0,8±0,05 до 0,215±0,05 в направлении от подложки, рабочая область выполнена в виде слоя Cd_x Hg_1-x Те с х, равным 0,215±0,05 по всей толщине, второй варизонный слой выполнен из Cd_x Hg_1-x Те с х, изменяющим значение от 0,215±0,05 до 0,8 в направлении от подложки к просветляющему покрытию. Между подложкой и первым варизонным слоем расположен буферный слой, выполненный из CdTe, или ZnTe, или CdZnTe. Между вторым варизонным слоем и просветляющим покрытием расположен широкозонный слой из Cd_x Hg_1-x Те постоянного состава с х, равным 0,6÷1.

На базе описанных фоточувствительных структур посредством вытравливания мезы с боковой поверхностью, плавно проходящей через варизонные слои и рабочую область к подложке, и последующим напылением металлического контакта In, или Аu, или Мо, или NiAu на вытравленную боковую поверхность изготавливают фоторезисторы. Концентрация электронов в фоточувствительной структуре для достижения высоких параметров фоторезистора (таких как обнаружительная способность, вольтовая чувствительность) должна быть в интервале (2÷5)×10¹⁴ см^-3. Незначительные изменения электронов приводят к падению фотоэлектрических параметров резистора и, как следствие, к его деградации. Существенное влияние на процесс деградации оказывает температура, которая при небольшом повышении относительно комнатной для фоторезистора, выполненного на основе приведенной фоточувствительной структуры, оказывается губительной.

Таким образом, к недостаткам вышеописанных фоточувствительных структур относится относительно низкая термическая стабильность параметров фоточувствительных слоев структуры, что обуславливает деградацию фотоэлектрических и электрофизических параметров фоточувствительного элемента, в частности фоторезистора, изготовленного на их основе.

К причинам указанного недостатка относится использование в фоточувствительной структуре в качестве защиты слоя широкозонного полупроводника постоянного состава Cd_xHg_1-xTe, где х равен 0,6÷1, выполненного на поверхности второго, приповерхностного, варизонного слоя, который не обеспечивает стойкость фоторезистора к воздействию повышенных температур эксплуатации, более 70°С, при длительном использовании в составе диагностического комплекса. Действительно, если защитные слои с указанными составами выполнены монокристаллическими, они должны быть тонкими (менее 24 нм для CdTe), что не обеспечивает высокую стойкость к процессам деградации. Слои в поликристаллическом выполнении также не могут обеспечить высокую стойкость к процессам деградации вследствие большой плотности границ зерен.

Как известно, деградация рабочих параметров приборов проявляется в результате компенсации доноров при введении акцепторов с концентрацией, превосходящей 10¹⁴ см^-3. В качестве таких акцепторов являются собственные точечные дефекты и примеси, в основном I группы Периодической системы элементов Д.И.Менделеева. Примеси могут быть устранены посредством применения технологических процессов, которые препятствуют загрязнению поверхности фоточувствительной структуры при изготовлении фоторезистора. И, таким образом, вакансии в подрешетке металла, основными из которых являются вакансии ртути, будут определять процессы деградации фоторезистора независимо от технологии изготовления.

Следовательно, скорость процессов деградации определяется свойствами защитного покрытия, предназначенного обеспечить снижение скорости образования вакансий в объеме структуры.

Известно, что при нагревании структуры на основе CdHgTe, вследствие высокого давление паров ртути при невысоких температурах (порядка 70÷120°С), на поверхности образуются вакансии ртути, которые диффундируют в объем, обеспечивая компенсацию донорных примесей, что приводит к деградации фоторезистора. Так, при комнатной температуре они могут диффундировать на расстояния до 0,05 мкм за 20 часов, что сопровождается миграцией ртути и ее выходом на поверхность. Одновременно возможно образование вакансий ртути в объеме с образованием междоузельной ртути и ее диффузии к поверхности и испарению. Скорость диффузии междоузельной ртути при комнатной температуре еще выше.

В качестве ближайшего технического решения к заявляемому известна фоточувствительная структура (патент РФ №49361 на полезную модель, МПК: 7 Н01L 31/09), содержащая подложку с выполненной на ней полупроводниковой варизонной структурой в составе последовательно расположенных от подложки первого варизонного слоя, рабочей области, второго, приповерхностного, варизонного слоя. При этом рабочая область выполнена в составе чередующихся рабочих поглощающих слоев с заданной шириной запрещенной зоны и промежуточных слоев с шириной запрещенной зоны не менее чем в 1,5 раза больше ширины запрещенной зоны рабочих поглощающих слоев, причем рабочие поглощающие слои примыкают к варизонным и общее количество слоев в составе рабочей области - не менее пяти. Фоточувствительная структура выполнена на основе твердого раствора теллурида кадмия и ртути. В одном частном случае реализации фоточувствительной структуры рабочие поглощающие слои выполнены толщиной, удваивающейся по мере удаления от второго варизонного слоя к подложке, а промежуточные слои с шириной запрещенной зоны не менее чем в 2,5 раза больше ширины запрещенной зоны рабочих поглощающих слоев, выполнены одинаковой толщиной, равной не менее половины толщины рабочего поглощающего слоя, примыкающего ко второму варизонному слою. В другом частном случае реализации фоточувствительной структуры содержание кадмия в твердом растворе теллурида кадмия и ртути равно 0,2÷0,3 мольных долей, рабочие поглощающие слои выполнены толщиной не менее чем в два раза больше толщины промежуточных слоев, и в их составе не менее 0,65 мольных долей кадмия.

Первый частный случай выполнения фоточувствительной структуры используют при изготовлении фоточувствительного элемента - фоторезистора, в котором контактные металлические площадки сформированы в горизонтальной плоскости на первом рабочем поглощающем слое, примыкающем ко второму, приповерхностному, варизонному слою, а второй частный случай - при изготовлении фоточувствительного элемента (фоторезистора), в котором контакты сформированы в вертикальной плоскости и присоединены к каждому рабочему поглощающему слою.

Приведенная фоточувствительная структура позволяет снизить скорости введения вакансий ртути в рабочие поглощающие слои, лежащие под приповерхностным рабочим слоем, за счет создания между ними широкозонных барьеров КРТ и обеспечить определенную стабильность параметров приборов, регистрирующих инфракрасное излучение.

Однако в вышеописанной фоточувствительной структуре отсутствуют достаточно высокие потенциальные барьеры, препятствующие введению вакансий ртути, что приводит к деградации параметров фоточувствительных слоев и соответственно к деградации фотоэлектрических и электрофизических параметров фоточувствительного элемента, в частности фоторезистора, изготовленного на их основе. К причинам, препятствующим достижению нижеуказанного технического результата, относится изготовление промежуточных слоев, расположенных между рабочими поглощающими слоями, с составами, незначительно превышающими состав рабочих поглощающих слоев. Так, в общем случае выполнения фоточувствительной структуры ширина запрещенной зоны промежуточных слоев может превышать в 1,5 раза ширину запрещенной зоны рабочих поглощающих слоев, что для рабочего поглощающего слоя с составом X_CdTe порядка 0,2 с шириной запрещенной зоны 0,1 эВ дает ширину запрещенной зоны промежуточного слоя всего лишь 1,5 эВ. В частных случаях, например для состава рабочего поглощающего слоя Х_CdTе порядка 0,2 с шириной запрещенной зоны 0,1 эВ (спектральная чувствительность в области 8÷12 мкм), предлагается состав промежуточного слоя Х_CdTе порядка 0,5, а для состава рабочего поглощающего слоя Х_CdTе порядка 0,3 с шириной запрещенной зоны 0,25 эВ (спектральная чувствительность в области 3÷5 мкм) предлагается состав промежуточного слоя Х_Cdте порядка 0,6. Введение широкозонных промежуточных слоев с такими составами приведет к замедлению деградации фоторезистора, но не устранению данного явления.

Техническим результатом изобретения является предельное повышение термической стабильности параметров фоточувствительных слоев структуры, что приведет к снижению деградации фотоэлектрических и электрофизических параметров фоточувствительного элемента.

Технический результат достигают тем, что в фоточувствительной структуре, содержащей подложку с выполненной на ней варизонной структурой с рабочей областью, в которой расположен рабочий поглощающий слой, в составе рабочей области кроме рабочего поглощающего слоя выполнен предотвращающий введение собственных дефектов слой с возможностью его примыкания к поверхности рабочей области или на расстоянии от нее, или в составе рабочей области выполнена периодическая структура из чередующихся слоев, предотвращающих введение собственных дефектов и рабочих поглощающих, с возможностью примыкания ее к поверхности рабочей области или на расстоянии от нее.

В фоточувствительной структуре в качестве подложки использована подложка GaAs, или Ge, или Si, или CdZnTe.

В составе подложки выполнены буферные слои, из ZnTe - наиболее удаленный от варизонной структуры, из CdTe - ближайший к варизонной структуре, с толщиной соответственно 0,01÷1,0 мкм и 2,0÷8,0 мкм.

В фоточувствительной структуре рабочие поглощающие слои выполнены на основе Cd_xHg_1-хTe, а предотвращающие введение собственных дефектов - на основе CdTe.

В фоточувствительной структуре рабочие поглощающие слои выполнены на основе Cd_xHg_1-xTe постоянного состава с х, равным от 0,18 до 0, 6 мольных долей CdTe.

В фоточувствительной структуре в составе рабочей области выполнена периодическая структура из чередующихся слоев, предотвращающих введение собственных дефектов и рабочих поглощающих, количество периодов которой - от 2 и более.

В фоточувствительной структуре толщина слоя, предотвращающего введение собственных дефектов, выбрана в интервале от толщины, соответствующей одному монослою, и до критической толщины, соответствующей началу введения дислокации несоответствия.

В фоточувствительной структуре толщина слоя, предотвращающего введение собственных дефектов, выбрана в интервале от 0,6479 до 29 нм при использовании состава рабочего поглощающего слоя Cd_xHg_1-xTe с х, равным 0,2.

В фоточувствительной структуре толщина слоя, предотвращающего введение собственных дефектов, выбрана в интервале от 0,6479 до 75 нм при использовании состава рабочего поглощающего слоя Cd_xHg_1-xTe с х, равным 0,6.

В фоточувствительной структуре суммарная толщина слоев периодической структуры выбрана в интервале от толщины, соответствующей двум периодам чередующихся монослоев, и до критической толщины, соответствующей началу введения дислокации несоответствия.

В фоточувствительной структуре суммарная толщина периодической структуры равна от 1,944 нм до 29 нм при использовании состава рабочего поглощающего слоя Cd_xHg_1-xTe с х, равным 0,2.

В фоточувствительной структуре суммарная толщина периодической структуры равна 1,944 нм до 75 нм при использовании состава рабочего поглощающего слоя Cd_xHg_1-xTe с х, равным 0,6.

В составе варизонной структуры выполнен граничащий с рабочей областью полупроводниковый варизонный слой Cd_xHg_1-xTe с изменением состава х от значения, превышающего х на величину 0,1÷0,8, до х, соответствующего составу рабочего поглощающего слоя.

В составе варизонной структуры выполнен граничащий с рабочей областью полупроводниковый варизонный слой Cd_xHg_1-xTe с изменением состава х от значения, соответствующего рабочему поглощающему слою, до х, равного 1.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами. На Фиг.1 приведено схематическое изображение фоточувствительной структуры и качественно показано для одного из частных случаев ее выполнения изменение состава Х_CdTе в направлении от подложки, где 1 - подложка, 2 - буферный слой ZnTe в составе подложки, 3 - буферный слой CdTe в составе подложки, 4 - первый варизонный слой, 5 - рабочая область, 6 - второй, приповерхностный, варизонный слой, 7 - предотвращающий введение собственных дефектов слой CdTe, 8 - рабочий поглощающий слой. На Фиг.2 приведена расчетная зависимость значения критической толщины теллурида кадмия при его псевдоморфном формировании в рабочей области Cd_xHg_1-xTe от используемого состава х рабочих поглощающих слоев.

Разработка мер в целях устранения деградации фотоприемных приборов базируется на результатах исследований сохраняемости параметров фоточувствительных структур КРТ. Изготовление фоточувствительного элемента, в общем случае, включает два этапа. На первом этапе выращивают, например, методом молекулярно-лучевой эпитаксии фоточувствительную гетероэпитаксиальную структуру, содержащую необходимые функциональные слои. На втором этапе методами планарной технологии формируют остальные необходимые для работы устройства конструктивные элементы, например, как в вышеприведенных технических решениях вытравливают мезы и/или изготавливают контактные площадки. При этом материал фоточувствительной структуры контактирует с различными технологическими средами в результате взаимодействия последних с поверхностью. Для выявления формирования фактора, обуславливающего деградацию параметров материала КРТ, исследования на сохраняемость проводились после формирования фоточувствительной структуры, до контакта с технологическими средами и после контакта, осуществляемого в заданном порядке.

Методика исследования включала, во-первых, прогрев пленок КРТ, результат воздействия которого эквивалентен осуществлению периода эксплуатации, приводящего к ощутимой деградации фотоприемников, и, во-вторых, последующее измерение их параметров: типа проводимости, концентрации, подвижности носителей заряда и времени жизни неосновных носителей заряда. Прогрев проводили в инертной атмосфере при 110°С в течение 50 часов.

В отношении гетероэпитаксиальных структур, которые не приводились в контакт с технологическими средами и поверхность которых не подвергалась воздействию последних, наличие деградации параметров в результате прогрева не выявлено. Установленный факт позволил сделать вывод об отсутствии на данном технологическом этапе фактора, ответственного за деградацию фотоприемных приборов. Как указывалось выше, деградация наступает при введении в объем акцепторных центров с концентрацией, достаточной для компенсации доноров. В объеме гетероэпитаксиальной структуры отсутствует возникновение каких-либо акцепторных центров, в том числе относящихся к собственным точечным дефектам, вакансиям в подрешетке металла, введение которых, в объем КРТ, препятствует достижению технического результата.

Таким образом, с большой долей вероятности, формирование фактора, ответственного за деградацию, следует связывать с контактированием поверхности фоточувствительных структур КРТ с технологическими средами, которые используют при изготовлении конструктивных элементов методами планарной технологии. Действительно, прогрев и последующие измерения вышеназванных параметров пленок КРТ после проведения таких операций, как фотолитография и травление КРТ, не предполагающих изменений параметров материала, показали существование последних. Отметим, что непосредственно контактирование с технологическими средами само по себе не инициирует изменения параметров. Изменения параметров наступают только после прогревов. Отсюда однозначно следует, что контактирование поверхности КРТ с технологическими средами изменяет состояние поверхности посредством либо внесения загрязняющих примесей, играющих роль акцепторных центров, либо формирования точечных дефектов, а последующие прогревы инициируют диффузию внесенных загрязнений или сформированных на поверхности точечных дефектов в объем фоточувствительной структуры.

Другая установленная важная особенность заключается в том, что контактирование КРТ с различными технологическими средами, в основном, приводит к одному и тому же характеру изменения параметров. Этот факт позволяет исключить возможность влияния примесей, играющих роль акцепторных центров, и утверждать, что на поверхности КРТ происходит формирование собственных дефектов, а именно вакансий, источник которых неисчерпаем.

В предлагаемом изобретении достижение технического результата базируется на изготовлении в рабочей области (5) Cd_xHg_1-xTe предотвращающего введение собственных дефектов слоя (7) теллурида кадмия (см. Фиг.1). Возможна также другая альтернатива достижения технического результата - выполнение в рабочей области (5) периодической структуры из чередующихся слоев (7) и (8) соответственно, предотвращающих введение собственных дефектов, сформированных из CdTe и рабочих поглощающих из Cd_xHg_1-xTe. Теллурид кадмия относится к широкозонным материалам, с шириной запрещенной зоны значительно превосходящей ее значение в рабочем поглощающем слое (8) рабочей области (5). Потенциальный барьер, обусловленный разницей значений ширины запрещенной зоны, препятствует диффузии заряженных вакансий, приводящей к деградации параметров фотоприемников, в частности резистивного типа.

Слой (7) CdTe располагают с возможностью примыкания к поверхности рабочей области (5) или на расстоянии от последней (см. Фиг.1). Расположение указанной периодической структуры в рабочей области (5) осуществляют также с возможностью примыкания к поверхности рабочей области (5) или на расстоянии от нее.

Как известно, материалы рабочих поглощающих слоев (8) Cd_xHg_1-xTe и предотвращающих введение собственных дефектов слоев (7) CdTe характеризуются разными значениями постоянной кристаллической решетки. При формировании в рабочей области (5) указанных слоев соблюдают условие псевдоморфного роста, при котором последующий выращиваемый слой наследует постоянную кристаллической решетки материала предыдущего. Разница параметров кристаллической решетки материалов слоев обуславливает возникновение встроенных механических напряжений, приводящих к возникновению кристаллических дефектов, нежелательных в фоточувствительной структуре. Выбор толщины слоев (7) CdTe осуществляют из условия обеспечения отсутствия введения кристаллических дефектов. Условие заключается в том, что толщина сформированных слоев (7) должна быть менее критической толщины h_кp, при которой механическими напряжениями инициируется введение дислокации несоответствия.

h_кр=b(2-ν)ln(8βh_кр/bsinθ)/16π(1+ν)fb cosλ sinθ,

где f=Da/a - несоответствие параметров решеток сопрягаемых материалов;

а - параметр решетки подложки;

Da - разность постоянных решетки подложки и эпитаксиального слоя;

n - коэффициент Пуассона слоя;

b - вектор Бюргерса дислокации;

b=b/r - константа, определяющая размер дислокационного ядра;

r - критический радиус дислокационного ядра;

q - угол между плоскостями скольжения дислокации и гетерограницы;

l - угол между вектором Бюргерса (b), лежащим в плоскости границы раздела и перпендикуляром к пересечению плоскости скольжения дислокации и поверхности подложки.

Для эпитаксиального слоя Cd_xHg_1-xTe на CdTe (013): q=68,60, l=74,90.

Значение критической толщины зависит от состава Cd_xHg_1-xTe. Для разных составов X_CdTe рабочего поглощающего слоя (8) верхние значения интервала толщин слоев (7), предотвращающих введение собственных дефектов в рабочую область (5), различны. Конкретные толщины слоев (7) CdTe рабочей области (5) были определены на основании расчетной зависимости, например показанной на Фиг.2. Таким образом, верхнее значение толщины слоя (7) CdTe задано критической толщиной для конкретного состава рабочего поглощающего слоя (8), нижнее значение - толщиной монослоя.

В альтернативном варианте фоточувствительной структуры вместо отдельного слоя (7), предотвращающего введение собственных дефектов, выполнена периодическая структура. Величина суммарной толщины слоев периодической структуры определяется также вышерассмотренными условиями.

В альтернативном варианте, учитывающем возможность исключения проникновения вакансий в рабочую область (5), посредством выполнения в последней периодической структуры эффект предотвращения усиливается в результате периодичности слоев CdTe. Усиливая действие первого слоя, периодическая структура надежно препятствует диффузии заряженных вакансий и гарантирует отсутствие деградации.

Заявляемая фоточувствительная структура в общем случае выполнения содержит подложку (1), на которой расположена варизонная структура с рабочей областью (5). При этом в рабочей области (5) кроме рабочего поглощающего слоя (8) сформирован предотвращающий введение собственных дефектов слой (7), примыкающий к ее поверхности, или на расстоянии от нее, или в рабочей области (5) сформирована периодическая структура из чередующихся слоев (7) и (8) соответственно, предотвращающих введение собственных дефектов и рабочих поглощающих, с возможностью примыкания ее к поверхности рабочей области (5) или на расстоянии от нее.

На Фиг.1 схематически показан один из частных случаев выполнения фоточувствительной структуры, в которой в составе рабочей области (5) сформировано три непериодически расположенных слоя (7), предотвращающих введение собственных дефектов.

Подложка (1) выполнена, например, из GaAs, или Ge, или Si, или CdZnTe.

Варизонная структура, выполняющая активную функцию в фоторегистрации, сформирована на основе CdHgTe и CdTe.

Материалы подложки и полупроводниковой варизонной структуры характеризуются значительной разницей (например, до 14,6% в случае GaAs) постоянных кристаллической решетки. В связи с этим в составе подложки (1) выполнен буферный слой (см. Фиг.1). В частности, в состав буфера входят слои (2) и (3) соответственно, ZnTe и CdTe. Указанный двухслойный буфер предназначен для оптимального согласования постоянных кристаллической решетки материала подложки и материала слоев варизонной структуры с целью формирования последней, в максимальной степени удовлетворяющей условию высокого структурного совершенства. Буферные слои (2) и (3) из ZnTe - наиболее удаленный от варизонной структуры, из CdTe - ближайший к варизонной структуре, выполнены толщиной, соответственно 0,01÷1,0 мкм и 2,0÷8,0 мкм.

В составе варизонной структуры выполняют полупроводниковый варизонный слой (4) и (6) соответственно, первый варизонный слой и второй, приповерхностный, варизонный слой (см. Фиг.1). В фоточувствительной структуре может быть один или два варизонных слоя. Указанный варизонный слой формируют либо на обеих границах с рабочей областью, либо на одной из границ с рабочей областью, ближайшей к подложке, или, наоборот, удаленной от нее. Полупроводниковый варизонный слой (4) и/или (6) выполняют из Cd_xHg_1-xTe с изменением состава х от значения, превышающего х на величину 0,1÷0,8, до х, соответствующего составу рабочего поглощающего слоя. В другом случае выполнения варизонный слой (4) и/или (6) формируют из Cd_xHg_1-xTe с изменением состава х от значения, соответствующего рабочему поглощающему слою, до х, равного 1. Толщина варизонного слоя составляет 0,2÷0,7 мкм. Назначение варизонного слоя - подавление влияния поверхностной рекомбинации неосновных носителей заряда и поверхностных токов утечки. Нижний, ближайший к подложке, варизонный слой (4) выполняют со снижением ширины запрещенной зоны в направлении удаления от подложки, выращивают на подложке или буферном слое подложки перед формированием рабочей области. В верхнем, удаленном от подложки варизонном слое (6), в направлении удаления от подложки ширина запрещенной зоны нарастает.

Рабочая область (5) является фоточувствительной областью, в которой происходит поглощение регистрируемого излучения (Фиг.1). Ширина запрещенной зоны в рабочей области (5) может варьироваться в широких пределах, в зависимости от технических требований к параметрам фотоприемника по обнаружению излучения от удаленного объекта. Толщина рабочей области (5) составляет 4÷12 мкм.

В рабочей области (5) рабочие поглощающие слои (8) выполнены на основе Cd_xHg_1-хТе, а предотвращающие введение собственных дефектов - на основе CdTe. Поглощающие рабочие слои (8) выполняют активную функцию в регистрации ИК излучения. Предотвращающие введение собственных дефектов (заряженных вакансий) слои (7) препятствуют деградации фотоэлектрических и электрофизических параметров фоточувствительного элемента. Помимо предотвращения диффузии заряженных вакансий данные слои, обладая более устойчивой кристаллической решеткой, также могут участвовать в устранении возможности формирования областей пространственного заряда посредством устранения миграции ртути в рабочем объеме в результате встраивания последней в их кристаллическую решетку.

Рабочие поглощающие слои (8) выполняют, например, n-типа проводимости на основе Cd_xHg_1-хТе постоянного состава с х, равным от 0,18 до 0,6 мольных долей CdTe, в частности с х=0,2, или х=0,3.

Толщина слоя (7), предотвращающего введение собственных дефектов, при использовании состава рабочего поглощающего слоя (8) Cd_xHg_1-xTe с х, равным 0,2, выбрана в интервале от толщины 0,6479 нм (что соответствует примерно 1 монослою для ориентации (001)) до 29 нм, а при использовании состава рабочего поглощающего слоя (8) Cd_xHg_1-xTe с х, равным 0,6 - от толщины 0,6479 нм (что соответствует примерно 1 монослою для ориентации (001)) до 75 нм. Причем нижнее значение интервала толщин, равное толщине одного монослоя, может быть другим, в зависимости от кристаллографической ориентации CdTe. Так, для ориентации (013) расчетная толщина 1 монослоя составляет 0,71269. Верхнее значение толщины при ориентации (013) для конкретного состава х определяется из приведенной расчетной кривой (см. Фиг.2). Указанные значения толщин являются расчетными, возможно некоторое расхождение с экспериментально полученными данными.

Вместо отдельных слоев (7), предотвращающих введение собственных дефектов, в рабочей области (5) может быть выполнена периодическая структура из чередующихся слоев (7) и (8) соответственно, предотвращающих введение собственных дефектов и рабочих поглощающих, количество периодов которой составляет 2 и более.

Суммарная толщина слоев периодической структуры равна от 1,944 нм до 29 нм в случае состава рабочего поглощающего слоя (8) Cd_xHg_1-xTe с х, равным 0,2, и от 1,944 нм до 75 нм - в случае Cd_xHg_1-xTe с х, равным 0,6 (для ориентации (001). В данном случае конкретное нижнее значение интервала толщин также определяется кристаллографической ориентацией.

Фоточувствительную структуру используют в фоточувствительном элементе, например, резистивного типа следующим образом. К фоточувствительной структуре литографически изготавливают контакты, обеспечивающие возможность использования, которые, например, располагают на планарной стороне. Поток регистрируемого излучения попадает на фоточувствительную структуру через просветляющее покрытие. Проходя верхний, приповерхностный, варизонный слой (6), поток ИК излучения достигает фоточувствительной рабочей области (5), в которой происходит его поглощение рабочими поглощающими слоями (8). Поглощение регистрируемого излучения вызывает генерацию неосновных носителей заряда, обуславливающих возникновение напряжения сигнала.

Фоточувствительная структура может быть использована при разработке фотоприемников ИК излучения. Фоточувствительная структура содержит подложку с выполненной на ней варизонной структурой с рабочей областью, в которой расположен рабочий поглощающий слой. В составе рабочей области кроме рабочего поглощающего слоя выполнен предотвращающий введение собственных дефектов слой с возможностью его примыкания к поверхности рабочей области или на расстоянии от нее, или в составе рабочей области выполнена периодическая структура из чередующихся слоев, предотвращающих введение собственных дефектов и рабочих поглощающих, с возможностью примыкания ее к поверхности рабочей области или на расстоянии от нее. Изобретение обеспечивает предельное повышение термической стабильности параметров фоточувствительных слоев структуры, что приводит к снижению деградации фотоэлектрических и электрофизических параметров фоточувствительного элемента. 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Фоточувствительная структура, содержащая подложку с выполненной
на ней варизонной структурой с рабочей областью, в которой расположен рабочий поглощающий слой, отличающаяся тем, что в составе рабочей области кроме рабочего поглощающего слоя выполнен предотвращающий введение собственных дефектов слой с возможностью его примыкания к поверхности рабочей области или на расстоянии от нее или в составе рабочей области выполнена периодическая структура из чередующихся слоев, предотвращающих введение собственных дефектов и рабочих поглощающих, с возможностью примыкания ее к поверхности рабочей области или на расстоянии от нее.

2. Фоточувствительная структура по п.1, отличающаяся тем, что в качестве подложки использована подложка GaAs, или Ge, или Si, или CdZnTe.

3. Фоточувствительная структура по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в составе подложки выполнены буферные слои, из ZnTe - наиболее удаленный от варизонной структуры, из CdTe - ближайший к варизонной структуре, с толщиной, соответственно, 0,01÷1,0 мкм и 2,0÷8,0 мкм.

4. Фоточувствительная структура по п.1, отличающаяся тем, что рабочие поглощающие слои выполнены на основе Cd_xHg_1-xTe, а предотвращающие введение собственных дефектов - на основе CdTe.

5. Фоточувствительная структура по п.4, отличающаяся тем, что рабочие поглощающие слои выполнены на основе Cd_xHg_1-xTe постоянного состава с х, равным от 0,18 до 0,6 мольных долей CdTe.

6. Фоточувствительная структура по п.1, отличающаяся тем, что в составе рабочей области выполнена периодическая структура из чередующихся слоев, предотвращающих введение собственных дефектов и рабочих поглощающих, количество периодов которой - от 2 и более.

7. Фоточувствительная структура по п.4, отличающаяся тем, что в составе рабочей области выполнена периодическая структура из чередующихся слоев, предотвращающих введение собственных дефектов и рабочих поглощающих, количество периодов которой - от 2 и более.

8. Фоточувствительная структура по п.1, отличающаяся тем, что толщина слоя, предотвращающего введение собственных дефектов, выбрана в интервале от толщины, соответствующей одному монослою и до критической толщины, соответствующей началу введения дислокаций несоответствия.

9. Фоточувствительная структура по п.4, отличающаяся тем, что толщина слоя, предотвращающего введение собственных дефектов, выбрана в интервале от толщины, соответствующей одному монослою и до критической толщины, соответствующей началу введения дислокаций несоответствия.

10. Фоточувствительная структура по п.8 или 9, отличающаяся тем, что толщина слоя, предотвращающего введение собственных дефектов, выбрана в интервале от 0,6479 до 29 нм при использовании состава рабочего поглощающего слоя Cd_xHg_1-xTe с х, равным 0,2.

11. Фоточувствительная структура по п.8 или 9, отличающаяся тем, что толщина слоя, предотвращающего введение собственных дефектов, выбрана в интервале от 0,6479 до 75 нм при использовании состава рабочего поглощающего слоя Cd_xHg_1-xTe с х, равным 0,6.

12. Фоточувствительная структура по п.6, отличающаяся тем, что суммарная толщина слоев периодической структуры выбрана в интервале от толщины, соответствующей двум периодам чередующихся монослоев, и до критической толщины, соответствующей началу введения дислокаций несоответствия.

13. Фоточувствительная структура по п.7, отличающаяся тем, что суммарная толщина слоев периодической структуры выбрана в интервале от толщины, соответствующей двум периодам чередующихся монослоев, и до критической толщины, соответствующей началу введения дислокаций несоответствия.

14. Фоточувствительная структура по п.12 или 13, отличающаяся тем, что суммарная толщина периодической структуры равна от 1,944 до 29 нм при использовании состава рабочего поглощающего слоя Cd_xHg_1-xTe с х, равным 0,2.

15. Фоточувствительная структура по п.13, отличающаяся тем, что суммарная толщина периодической структуры равна 1,944 до 75 нм при использовании состава рабочего поглощающего слоя Cd_хHg_1-хTe с х, равным 0,6.

16. Фоточувствительная структура по п.1 или 5, отличающаяся тем, что в составе варизонной структуры выполнен граничащий с рабочей областью полупроводниковый варизонный слой Cd_xHg_1-xTe с изменением состава х от значения, превышающего х на величину 0,1-0,8, до х, соответствующего составу рабочего поглощающего слоя.

17. Фоточувствительная структура по п.1 или 5, отличающаяся тем, что в составе варизонной структуры выполнен граничащий с рабочей областью полупроводниковый варизонный слой Cd_xHg_1-xTe с изменением состава х от значения, соответствующего рабочему поглощающему слою, до х, равного 1.