Двухцветный прибор с зарядовой связью Советский патент 1992 года по МПК H01L29/796 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к приборам с зарядовой инжекцией и зарядовой связью (ПЗС).

Целью изобретения является Ьбеспе- чение возможности электронного переключения спектрального диапазона фоточувствительности (например, 3-5 мкм и 8-14 мкм) и повышение обнаружительной способности прибора в далекой инфракрасной области за счет подавления межзонного туннельного тока.

На фиг.1 представлен поперечный разрез -структуры; на Фиг.2 - зонная диаграмма для фотоприемной пластины из полупроводника р-типа при порого- . вон напряжении на электродах; на

фиг.З - зонная диаграмма при напряжении, обеспечивающем туннельный ток через структуру.

Приняты следующие обозначения: фоточувствитсльная пластина 1 из на- ризонного полупроводника CdxHg4.Te, электроды 2, диэлектрик 3.

Прибор работает следующим образом.

На фоточувствительную пластину 1 из варизонного полупроводника CdyHg xTe со стороны электродов 2 направляется световой сигнальный поток; на электроды 2, отделенные от фоточувствительной пластины 1 диэлектриком 3, подается обедняющий . потенциал V, величина которого определяет спектральную область фоточувоэсо о ел

О5

стви-Гельности ПЗС. При малых эначе- ниях V (/V f |УП П в неравновесно потенциальной яме под электродами 2 накапливаются неосновные носители генерируемые в широкозонной части полупроводниковой пластины 1. При . /V/j fVifll происходит накопление неос- ионных носителей, генерируемых как в широкодонной, так и в указанной части полупроводниковой пластины 1, Накапливаемые в потенциальной яме неосновные носители, являющиеся сигнальным зарядом, далее считываются способом зарядовой инжекции или за- рядовой связиi

Варнаониая структура полупроводниковой пластины 1 из , Те удовлетворяет следующий условиям.

Ширина запрещенной зоны в слое фоточувствительной пластины, расположенном от диэлектрика 3 До глубины 20, равна нижней пороговой энергии коротковолнового диапазона FЈJ, в объеме фоточувствительной пласти- ны равна нижней пороговой энергии длинноволнового диапазона EAJ а в переходной области монотонно убывает отяЕа до ЕдЈ, так что градиент края разрешенной зоны неосновных носителей ЕС(г) удовлетворяет соотношению

VEC(B)

)

№

i 2%W

. /.a9..ytt ,(Z - г )135

2ese0u} (z z°

где q - заряд электрона}

г - координата отсчитываемая от края диэлектрика вглубь фоточувст- .

ДО

вительной пластины;

п ) - Ec(«s) .

У 0 w..w«...M.I.M...« « Ч

()45

EL(a ) - энергия края разрешенной зоны неосновных носителей соответственно в объеме фоточувствй- тельной пластины и на глуби50

не z0;

- толщина слоя фоточувствительной пластины, в котором поглощается 70% излучения коротковолнового спектрального

диапазона;

диэлектрические постоянные

соответственно полупроводника

Q

5

О

5

0

5

в слое .и вакуума} N - концентрация ионизированных уровней легирующей примеси.

Перечисленные выше условия позво- - ляют переключать спектральный диапазон фоточувствительнос ги прибора с помощью изменения напряжения V,прикладываемого к электродам, так как при этом обеспечивается существование порогового напряжения VR, при котором величина барьера в переходном слое не превосходит kT (k - noc- тоянная Вольцмана; Т - температура, К), Поэтому при прибор работает в коротковолновом диапазоне (), а при - в длинноволновом диапазоне OOsEu ).

При этом в длинноволновом диапазоне при I 4 (V /иЧК1, где Vjf - напряжение на электроде, при котором EC(.Z) в переходной области достигает значения энергии края разрешенной зоны основных носителей в объеме фоточувствительной пластины,- обеспечивается работа прибора с туннельными токами лишь в гаирокозонной части области пространственного заряда. В МДП-фотоприемниках из указанного материала основным темповым током является туннельный ток, который увеличивается при уменьшении ширины запрещенной зоны. Таким образом, предлагаемый прибор в длинноволновом диапазоне имеет меньший темповой ток, а следовательно, обладает более высокой обнаружительной способностью.

Формула изобретения

Двухцветный прибор с зарядовой связью, содержащий фоточувствительную пластину из варизонного полупроводника, нанесенный на пластину слой диэлектрика и электроды переноса или, инжекции заряда, отличающйй- е я тем, что, с целью обеспечения возможности электронного переключения спектрального диапазона фоточувствительности и повышения обнаружительной способности прибора в далекой инфракрасной области за счет подавления межзонного туннельного тока, ширина запрещенной зоны варизонного полупроводника в слое фоточувствительной пластины, расположенной от диэлектрика до глубины z, равна нижней пороговой энергии коротковолнового диапазон-а Е , в об ьеме фоточувствительной пластины равна нижней пороговой энергии длинноволнового диапазона Eg,, а в переходной области монотонно убывает от Ел до Fgt так что градиент края разрешенной зоны неосновных носителей Ee(z) удовлетворяет условию

w - -Sr 4 (2 - 20)j,

- (

S

3lj№

2ese0u ;

где q - заряд электрона}

z - координата, отсчитываемая от края слоя диэлектрика вглубь фоточувствительной пластины;

U

JI igJiizoL.r-.licC).

энергии края разрешенной зоны неосновных носителей соответственно

5

0

2, а.в объеме фоточунетвн- тельной пласти и и на глубине 20{

толщина слоя фоточувствительной Пластины, в котором поглощается 70% излучения коротковолнового спектрального диапазона; диэлектрическая постоянная фотсчувствнтельной области из варизонного полупроводника в слое от диэлектрика до глубины г

диэлектрическая яииая вакуума; N - концентрация ионизированных уровней легирующей примеси, при этом Н const по глубине фото- чувствительной пластины, а фоточувствительная пластина выполнена из 5 CdxHg4.xTe.

глФаг, 2

Фие.З

Изобретение относится к полупроводниковой технике. Цель изобретения - обеспечение возможности электронного переключения спектрального диапазона фоточувствительности и повышение обнаружительной способности прибора в далекой инфракрасной области за счет подавления межзонного туннельного тока. Фоточувствительная полупроводниковая пластина изгорав- ливается из варизонного потупровод- никового материала, ширина запрещенной зоны которого в приповерхностном слое, примыкающем к диэлектрику, соответствует коротковолновому энергетическому спектральному диапазону , в объеме полупроводниковой пластины соответствует длинноволновому энергетическому спектральному диапазону, а в переходной области плавно уменьшается так, чтобы гради- ент края разрешенной зоны неосновных носителей при обедняющих напряжениях выше пороговых значений обеспечивал беспрепятственное прохождение фотоин- жектированных в объеме неосновных носителей в области пространственно- го заряда. 3 ил. $ (Л С