Высокотемпературный ИК фоторезистор Российский патент 2022 года по МПК H01L31/09 

Предлагаемое изобретение относится к оптоэлектронике, в частности, к разработке способа получения фоторезисторов на основе кристаллов, которые могут быть использованы в измерительных электронных приборах и для регистрации ближнего ИК-излучения до 140°С.

Известен способ получения фоторезистора, содержащий сапфировою подложку и приклеенную пластину ИК фоторезистора из кристаллического InSb с расположенной посередине фоточувствительной площадкой и металлическими контактами на периферии (заявка Японии №61-088115, МПК G01J 1/02, опубл. 06.05.1986 г.). Устройство предназначено для работы в инфракрасном спектральном диапазоне.

Известен способ получения ИК фоторезистора на основе кристалла CdS, размещенного на круглом, полом металлическом корпусе, CdS, наклеенного на изолирующую подложку, которая, в свою очередь, приклеивается в центре дна корпуса, из прозрачного для видимого света окошка. При этом в данном устройстве используют кристалл CdS, фотоэлектрические свойства которого зависят от прикладываемого к нему напряжения, причем спектральный диапазон фоточувствительности полупроводника составляет 510-530 нм., а токи, текущие через полупроводник варьируются в диапазоне 10^-9-10^-4 А, рабочие напряжения регулируются в интервале от единиц вольт до нескольких сотен вольт. (RU 164854 U1 «Фоторезистор на основе монокристалла CdS с фоточувствительностью, сверхлинейно возрастающей с ростом рабочего напряжения»). Опубликовано 08.12.2020 Бюл. №34. Недостатком данного способа получения фоторезистора является малый рабочий диапазон в видимой области спектра (510-530 нм).

Также известен фоторезистор СФ3-8 на основе полупроводникового кристалла CdSe. Павлов А.В. Оптико-электронные приборы. Основы теории и расчета. М.: Энергия, 1974 г, с. 165.

Недостатком фоторезистора СФ3-8 является ограниченный спектральный и температурные диапазоны фоточувствительности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является патент РФ 2748002 «Оптоэлектронный фоторезистор» МПК H01L 31/09., заявка 2020107513. От 18.02.2020

Недостатком этого фоторезистора является низкая вольт-ваттная чувствительность по сравнению с предлагаемой и основа другая.

Задача изобретения - разработка способа получения неохлаждаемого, высокотемпературного (140°С), высокочувствительного в ИК области спектра фоторезистора, работающего без наличия дополнительной подсветки.

Поставленная задача решается термолегированием при t=800±50°С низкоомных кристаллов CdS_xSe_1-x с предварительно одновременным нанесением методом электролиза слоя из Cu, Се и Sb.

Примеры конкретного исполнения

Фоторезистор получен одновременным легированием несколькими примесями (Cu, Се и Sb) методом низкоомных кристаллов CdS_xSe_1-x и их дальнейшего термоотжига. Для этого, предварительно на поверхность кристалла, методом электролиза из раствора хлоридов меди, церии и сурьмы в этаноле, с добавкой HCl, для исключения гидролиза, наносился общий слой из трех металлов. Далее проводили термоотжиг в инертной среде гелия при температуре порядка 800°С с целью легирования кристаллов с нанесенным слоем примесей. После этих технологических процедур кристаллы становились высокоомными и фоточувствительными. Вольт-амперная характеристика (рис. 1) и, соответственно, зависимость фотонапряжения от тянущего поля (рис. 2) полученного фоторезистора с индиевыми контактами на примесном свету и в темноте (при Т=300°К) имеют линейный характер, что является доказательством симметричности контактов, и, следовательно, отсутствие влияния контактов на величину фотосигнала.

На рис. 3 приведена температурная зависимость чувствительности фотосопротивления в спектральной области с hv_max=1,2 эВ.

Спектральная чувствительность полученного фоторезистора к облучению из ИК области имеет примесный характер так, как ширина запрещенной зоны исходных кристаллов CdS_xSe_1-x в зависимости от х меняется в пределах 1,74-2,4 эВ. На это указывает и то, что вольт-ваттные характеристики (В.Ват.х) испытывают насыщение, что является особенностью примесной фотопроводимости (рис. 4).

Таким образом, предлагаемый способ получения фоторезистора позволяет получить фоторезистор, который, по сравнению с аналогами, имеет существенные преимущества: высокая вольт-ваттная чувствительность (10⁵ В/Вт), широкий температурный диапазон работы (от абсолютного нуля до 140°С), чувствительность в ближней ИК области и при отсутствии дополнительной подсветки, что достигается указанным способом получения кристалла.

Способ получения инфракрасного фоторезистора на основе кристалла CdS_xSe_1-x, отличающийся тем, что на кристалл CdS_xSe_1-x методом электролиза одновременно наносятся легирующие примесями Cu, Се и Sb, который затем подвергается термоотжигу при t=800±50°С, чем достигается более высокая вольт-ваттная чувствительность (порядка 10⁵ В/Ват) к свету из ближней спектральной области инфракрасного излучения. Фоточувствительность полученного данным способом фоторезистора сохраняется до 140°С. Фоторезистор может быть использован в оптоэлектронных устройствах, таких как неохлаждаемый высокотемпературный приемник ближнего спектрального диапазона ИК излучения. 4 ил.

Способ получения инфракрасного фоторезистора на основе кристалла CdS_xSe_1-x, характеризующийся тем, что используют кристалл CdS_xSe_1-x, одновременно легированный примесями Cu, Се и Sb, путем нанесения общего слоя из трех металлов Cu, Се и Sb на поверхность кристалла CdS_xSe_1-x методом электролиза их раствора хлоридов Cu, Се и Sb в этаноле, с добавкой HCl с последующим отжигом в инертной среде гелия при температуре 800±50°С.