Способ получения фотоэлектрически чувствительных слоев сурика Советский патент 1983 года по МПК C01G21/10 

СП Кр

00 Изобретение относится к полумени слоев сурика РЬ,0, широко применя .емого во многих отраслях промышленности, в частности в производстве оптического стекла-флинтгласса, в лакокрасочном производстве для созд ния антикоррозийных покрытий, в электротехнической промышленности. В современной технологии получения высокоомных фотопроводящих слоев для мишеней передающих трубок типа видикон широко используются окислы свинца. Расширение спект.ральной чувствительности таких тон копленочных покрытий в коротковолновую и длинноволновую области спектра весьма важно при практическом использовании этого полупроводника в качестве приемника лучистой энергии. Известен способ получения фотоэлектрически чувствительных слоев сурика, заключающийся в окислительном обжиге пленок окиси свинца РЬО при 753°К (i 75-it85°c)rU. Недостатком этого способа является узкий диапазон спектральной чувствительности слоев в пределах видимой части спектра электромагнит ных волн, что приводит к низкой интегральной фотоэлектрической чувcтвитeJiЬнocти. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаем му результату является способ получения фотоэлектрически чувстви- тельных слоев сурика толщиной в несколько десятков микрон, включаю щий нагрев и обжиг пленок окиси свинца в атмосфере кислорода при +75- 85°С и проводимый до этих темг ператур, начиная с 95-105 С со скоростью 7-13 С/мин Г2. Недостатком этого способа является то, что по этой технологии получаются слои с узким диапазоном спектральной чувствительности в видимой части спектра электромагнитны волн, уменьшающей интегральную фото электрическую чувствительность слоя Целью изобретения является расши рение диапазона спектральной фотоэлектрической чувствительности слое и увеличение их интегральной фотоэлектрической чувствительности. Поставленная цель достигается те что согласно способу получения фотоэлектрически чувствительных слоев сурика, включающему обжиг пленок окиси свинца в атмосфере кислорода и термообработку поверхности слоя сурика при 500-650°С в течение 5-10 мин. Способ осуществляют следующим обр. разом. Термообработка поверхности слоя сурика, имеющего максимум спектральной чувствителности в области 5бО580 нм, при 500°С,и выше в кислородсодержащей атмосфере ведет к образованию тонкой поверхностной прослойки ромбической фазы окиси свинца РЬОр,имеющей максимум спектральной чувствительности в области kkOk60 нм. Такая обработка слоя сурика придает ему дополнительный максимум фотоэлектрической чувствительности в коротковолновой области спектра и повышает также фотоэлектрическую чувствительность слоя в диапазоне длин волн от 400 до 660 нм. Для широкозонного полупроводника, каким является РЬОр по сравнению с РЬоОд,спектральная характеристика структуры РЬОр- смещается в сторону более коротких длин волн,так как для создания электронно-дырочных пар, а, следовательно, фототока необходимы фотоны с большой энергией - коротковолновое излучение. Для РЬаОл полупроводника с меньшей шириной запрещенной зоны спектральная характеристика смещена в длинноволновую область. Полученная гетеропереходная структура .О в ре.зультате термообработки поверхности слоя сурика с полупроводниковыми материалами различной ширины запрещенной зоны позволяет изменять область длин волн, в которой работает фотопррводящий слой. В указанных полупроводниках электронно-дырочные пары могут возникать под действием фотонов с меньшей энергией ( длинноволновое излучение), т.е. при попадании белого света на слой эффективность фотопреобразователя будет значительно больше. Таким образом, расширение диапазона спектральной чувствительности с повышением интегральной фотоэлектрической чувствительности слоя происходит как за счет перекрытия зон чувствительности РЬОп и РЬ,0., ,так .и за счет дополнительной стимуляции чувствительности слоя в Указанной области спектра.

Спектральная характеристика для слоя, полученного предлагаемым способом по сравнению с спектральной характеристикой слоя, полученного известным способом, расширяется от 520-620 нм до 1 рО-660 нм. Расширение диапазона спектральной . чувствительности и увеличение интегральной чувствительности не является простой суммой эффектов, присущих РЬОрИ РЬ О -слоям.

Пример 1, Берут t 200 мг порошкообразной химически чистой окиси свинца и засыпают ее в платиновую лодочку испарителя вакуумнсж устаноа ки -ДЛЯ напыления. При вакууме 10 мм рт.ст. прогревают подложку в течение 1 ч при 60°С. Затем в подколпачное устройство вводят кислород до давления 5 рт.ст. При заданном давлении кислорода расплавляют окись .свинца и напыляют ее на установленную ни расстоянии 50 мм подложку.

Полученный слой полиморфной окиси свинца обжигают в муфельной печи или в атмосфере кислорода при 100-480 с со скоростью 10°С/мин. При соблюдении этих условий на подложке получают слой сурика толщиной 10 мкм.

Затем этот слой сурика размещают на массивном металлическом держателе, на свободной поверхности слоя укрепляют термопару и располагают его в 3 - 5 см от пластины-нагревателя. Изменяя накал нагревателя, достигают температуру на поверхй(ости слоя 500°С и проводят при этой температуре обжиг в течение 5-10 мин до образования на поверхности PbjO слоя желтого цвета ромбической фазы окиси свинца РЬОр. Равномерность перехода всей поверхности слоя сурика в РЬОр обеспечивают значительными по сравнению с площадью слоя размерами платиновой пластины-нагревателя.

Полученный слой обладает спектраль ным диапазоном фотоэлектрической чувствительности от « 10 до 660 нм вместо 520-620 нм у прототипа, а также увеличенной интегральной фотоэлектрической чувствительностью в 8 раз по сравнению с слоем сурика не подвергнутого термообработке при в течение 5-10 мин с образованием РЬОр на поверхности.

П р и м е р 2. Условия получения слоя сурика такие же,как в примере 1 При загрузке ших-ты весом л 700 мг

получаемый слой сурика имеет.толщину kG мкм.

Полученный слой сурика размещают ни массивно/; металлическом держателе на свободной поверхности слоя укрепляют термопару и располагают его в 3-5 см от пластины-нагревателя. Изменяя накал нагревателя, достигают температуру на поверхности слоя 600°С и проводят при этой температуре обжиг в кислородсодержащей атмосфере в течение 5-10 мин до образования на поверхности слоя желтого, цвета ромбической фазы окиси свинца РЬОр.

Диапазон спектральной фотоэлектрической чувствительности полуменного слоя составляет 10-650 нм, инте гральная фотоэлектрическая чувствительнрсть по сравнению с прототипом возрастает в 9 раз.

П р и м е р 3. Условия получения и обжига окиси свинца для образования слоя сурика такие же, как в примере 1. При загрузке шихты 800 мг получаемый слой сурика имеет толщину 50 мкм.

Полученный слой сурика размещают .на массивном металлическом держателе насвободной поверхности слоя укрепляют датчик температуры термопару и. располагают его см от пластины-нагревателя. Изменяя накал нагревателя, достигают температуру на поверхности слоя 650°С и проводят при этой температуре обжиг в кислородсодержащей атмосфере в течение 5-10 мин до образования наповерхности слоя сурика желтого цвета ромбической фазы окиси свинца РЬОр

Диапазон спектральной фотоэлектрической чувствительности полученного слоя составляет i 10-660 нм, интегральная фотоэлектрическая чувствительность по сравнению с известным слоем.возрастает в 9 раз.

... .. . -

Как показывают многократные экспериментальные исследования, результаты которых приведены в таблице, в области видимого диапазона электромагнитных волн, более широкой областью спектральной фотоэлектрической чувствительности и повышенной интегральной фотоэлектрической чувствительностью обладают слои, поверхность которых обработана при 500-650 С в течение 5-10 мин, что соответствует опытам 2-5 в таблице. Приведен51ные значения фотоэлектрических параметров для указанных опытов в таблице равнозначны именно для указанного временного интервала обжига. В таблице интегральная фотоэлект рическая чувствительность дана в % по отношению к максимально достигну той взятой за 100% для опыта в таблице и оценивается графически по кривым распределения фотоэлектрической чувствительности., I . ., Температура обжига ЛЬверхности слоев ограничена значениями 500 С снизу и верхним значением 650°С. Это обусловлено следующим: ниже 500 С не образуется ромбическая, желтая фаза РЬОр,а выше 650 С происходит деструкция слоя и подлож ки,что приводит к резкому ухудшению фотоэлек-трических свойств слоев Диапазон спектральной фотоэлектрической чувствительности составляет для таких слоев нм, а интегральная фотоэлектрическая чувствительность не превышает 30% от макси 86 мальной, достигаемой на слоях, изготовленных предлагаемым способом. В результате эксперимента выявлено наличие узкого 530-580 нм диапазона спектральной чувствительности и низкого значения интегральной фотоэлектрической чувствительности от максимальной, принятой за 100% для предлагаемого изобретения, для .слоев, полученных при времени обжига, 0,2- мин при 500-б50°С. Увеличение времени обжига выше 10 мин при 500-650 6 резко уменьшает интегральную и спектральную фотоэлектрическую чувствительность с ростом времени термообработки. Так, увеличение времени обжига с 11 до 45 мин приводит к сужению диапазона спектральной фотоэлектрической чувствительности от 480-600 нм до 480-520 нм и уменьшению интегральной фотоэлектрической чувствительности от 45 до 10% соответственно. Дальнейшее увеличение времени обжига нецелесообразно, так как слой полностью переходит в. низкочувствительную фазу ромбической окиси свинца РЬОр,

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ СЛОЕВ СУРИКА, включающий обжиг пленок окиси свинца в атмосфере кислорода, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью р сширения диапазона спектральной фотоэлектрической чувствительности слоев и увеличения их интегральной фотоэлектрической чувствительности слоев, поверхность слоя, сурика подвергают термообработке при 500-650®С в течение 5-10 мин. в

Как видно из таблицы(рпыты 6-8). рост температуры выше 650°С резко сужает диапазон спектральной фотоэлектрической чувствительности в 1,7 раза при и в 13 раз при и уменьшает интегральную фотоэлектрическую чувствительность от 30% при 700°С до 10% при

соответственно. Приведенные в опытах 6-8 в таблице времена обжига 1-3 мин при и 1-2 мин при 750°С, и 0,2-1 мин при 800 С соответствуют наибольшим достигнутым значением спектральной и интегральной фотоэлектрической чувствительности. Увеличение времени обработки выше верх-.

710115288

него предела для каждой из приведен расширение диапазона спектральной ной температур при 700 750. фотоэлектрической чувствительности ведут к полной потере слоями фото- слоев сурика в B-t раза; ; пош||шение электрических свойств и в большинстве интегральной фотоэлектрической чувстслучаев к их оплавлению,s вительности слоев сурика в 8-9 раз;

Использование предлагаемого спо- использование способа позволяет полусоба получения фотоэлектрически чув- чать фотоэлектрически чувствительные ствительных слоев сурика обеспечива- слои с улучшенными электрофизи ет по сравнению с. известным способом ческим4 свойствами на базе суследующие преимущества, необходимые Ю ществующего технологического ободля их практического применения; рудования.