Фотопроводящий материал Советский патент 1991 года по МПК C09K9/00 H01L31/264 

вып.

155 -1555

Изобретение относится к полупроводниковом материалам на основе аморфного гидрированного кремния, который может быть использован, например, для изготовления фотоприемников и позволяет увеличить фоточувствительность. Фотопрсводящий материал содержит 99,75-99,85 мае./Т аморфного гидрирог- ванчого л 0С15-0,5 мас.% диспрозия. 1 табл.

Изобрет-лие относится f. полупроводниковым материалам на основе аморфного гидрированного кремния (), который может быть использован, например, для ьзгоговления йютоприемников,

Ocucj-ibiMH параметрами, определяющими пригодность материала для создания на его основе фстопрг-ечнчков для ультрафиолетовой MJCTH спектра, является значение фоточузгтзительности в заданной области спектра. Указанный параметр материала зависит прежде всего от величины плотности локализованных состояний на поверхности и объеме в тели подвижности

Наиболее перспективным и важным для регистрации ультрафиолетового (УФ) излучения является диапазон волн Оs35-0э2 мкм.

Определяющей особенностью фотопро- водящего материала, применяемого в УФ-обпастк является генерация носитепей в приповерхностном слое, что связано с большими значениями коэффициент поглощения в данной

области спектра. Вследствие JTCTO фотоприемники УФ-ИЗЛ 1С(ТИЯ ВЫПОЛНЯЮТСЯ на поверхностно-бартерных структурах. При изготовленга-. последних основной пробле юй является оРе. печение в материале малой величины плотности локализованных состояний, на границе раздела полупроводниковый материал - ме- тал-чический лоята т.

П звьстен фотоироводящчй материал на основе аморфного гидрированного кремния, Эгот материал, получаемый методом ojbicoKO4acT отного разложения силач осодержапз х газовых смесей, обладает фоточувствительностью ч диапазоне 0,45-0,65 мкм, равной

10-.

А./Вт. При этом квантовая

С

4- О

эффективность (К) к дгине волны/ 0,55 мкм равна 0:5t Данным параметрам катеригла соответствует величина плотности J oкaлчзoБaHlIыx состояний в цели ncAT-iArfoCTiij оэвлая ( кШ зВ 1- .

Недостатком данного материала яв- ллется невозможность использования

его в УФ-области спектра (длины волн менее О, /4 мкм) ,

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемо- му результату является фотопроводящий материал для УФ-области спектра, содержащий аморЛнып гидрированный крем- ний и диспрозий. Данный материал, получаемый методом высокочастотного pacпь печия мозаичной мишени в газовой смеси, содержащей силаи, водород, аргон s имеет следующие параметры: Фото- чуяствитепыгосггь в области 0,2- 0,6В мкм и при длине волны 0,3 мкм равна 3 10 -А/Вт. Квантовая эффективность при длине полны ,3 ,5, что соответствует плотности локализованных состояний (1-3)40 зВ см .

Достоинством известного материала является появление фоточувствительности к УФ-области спектра, т.е. при длине полны менее 0,4 мкм.

Недостатком материала является малое значение Фоточунствительности в укачанном спектральном диапазоне.

ЦеЛйЮ изобретения является увеличение фогочуветвнтельности материала.

Для достижения поставленной цели в известном материале, содержащем

аморфный гидр фованный кремний и диспрозии, указанные компоненты находятся в следующем соотношении, мас.%: a Si:H 09,75-99,85

л-0,15-0,25

Установлено, что Пу способствует уменьшению плотности локализованных состояний вследствие эффекта гет терпрования, уменьшающего также и плотность локализованных сое- тояннй на поверхности. ЭЛфект гетте- рировання состоит в трансформации неупорядоченной структурной сетки a-SiJH. Предполагается, что происходит реакция типа: отрицательно заря- хенны : дефект взаимодействует с положительно заряженным дефектом (П +П - - D °), вследствие чего образуется нейтрально заряженный дефект. Кроме того, в последующем, на стадии из го- тоглечня йотоприемника может иметь место реакция типа: Si(OH)+Dy +ПуО. Однако указанное действие эгЬфек та генерирования наблюдается лишь при строго определенном соотношении компонентов.

введение IV в количестве, меньшем О 1 мае, , прпгпдит к уменьшению (boTO vpcTn:rre rbHO(-TH п У -спектре

вследствие недостаточной концентрации Пу д.ля реализации приведенных реакций. Одновременно недостаточная концентрация Т)у приводит к образованию дополнительных центров безизлуча- тельной рекомбинации, способствующих уменьшению фоточувствительности.

Введение Г) более 0,25% также приводит к уменьшению фоточувствительности вследствие избыточной концентрации комплексов (DyRi. Dy(Si), что способствует появлению напряжений в неупорядоченном структурной сетке a-Si:H. Данные напряжения являются причиной появления дополнительных состояний на поверхности, чем и объясняется уменьшение фоточувствительности в УФ-области спектра.

До настоящего времени не было известно о влиянии ТКг на повышение фоточувствительности в УФ-области спектра. Было лишь известно о влиянии на изменение фоточувствительности в длинноволновой области спектра 0,59- 0,65 мкм, что объяснялось общим увеличением фоточувствительности пленок a-Si:H с Лу.

Известно также, что введение в неупорядоченную структурную сетку a-Si: может приводить к уменьшению плотности локализованных состояний, а следовательно, к увеличению фоточувстви- тельности. Однако в данной работе использовалась концентрация 0,1 мас.%. Можно лишь предположить, что увеличение концентрации Пу более 0,1% приведет к уменьшению фоточувствительности за счет увеличения концентрации глубоких центров, служащих центрами рекомбинации.

Введение Dy в указанном диапазоне концентраций приводит к уменьшению пдотности .состояний на поверхности вследствие эффекта геттерзгрования. До настоящего времени псе известные фотопроводящие материалы имели резкое уменьшение фоточувствительности в УФ-области спектра, т.е. при длине волны 0,4 мкм. Предлагаемый материал имеет резкое возрастание фото- чувствительности в области длин волн 0,35-0,2 мкм.

Таким образом, появилось упорядочение структуры поверхности материала благодаря уменьшению концентрации i оборванных связей на поверхности, которое привело к увеличению гЬоточувст- вительности в УФ-области спектра.

Пример. Известным способом высокочастотного распыления получают пленки a-Si:H, легированные Пу с различной концентрацией компонентов. ,. Каждый состав синтезируют отдельно.

В качестве установки для получения материала используют установку УВН 3.279.026, в качестве высокочастотного генератора - БЧД 22,5/13:56. При- JQ меняют диодную систему распыления (расстояние между электродами 65 мм). Исходным газом для распыления является смесь аргона с водородом марки ОСЧ и моносилан. Используют мозаичную ми- )з тень, представляющую собой мококрис- таллический кремний с прикрепленным к ней в виде пластин диспрозием марки 99,99% чистоты.

Стеклянные подложки размером 12,5x20 х12.,5 мм перед напылением обрабатывают по стандартной методике (отмывка в мыльном растворе, ультразвуковая очистка, кипячение в растворе с B дистиллированной воде в те- 25 чение 45 мин). Вакуумную камеру перед каждым напылением прогревают до 80°С в течение 2 ч, откачивают диффузионным насосом с азотной ловушкой до 2 рт.ст.30

Подложки крепят на заземленной печке, температуру их контролируют хромель-алюминиевой термопарой, прикрепленной к тыльной поверхности подложки. Каждую пленку напыляют при постоянной эс температуре подложки из известного интервала температур (360-380°С). В конкретном примере температура подложки 380°С. Состав газовой смеси, об. %: аргон 30; моносилан 42; водо- 40 род 28. Скорость прокачки газовой смеси 2,3 л/ч, давление смеси (2-3) МО мм рт.ст. Напряжение на высокочастотном электроде, измеренное статическим вольтметром, составляет 980 В, 45 скорость напыления 4 А/с. Концентрация ,2 мас.%.

Производят напыление и других материалов в полном соответствии с приведенным примером. Все перечисленные na-jg раметры остаются неизменными, меняют только соотношение компонентов. Данные по величинам сЪоточувствительности приведены в таблице. Все измерения проводят по стандартно): методике.

Образцы облучают спектральным диапазоном ртутной лампы высокого давления типа ПРК-2. Спектральные линии выделяют с помощью монохроматора МДРв интервале энергии фотонов 2,27- 5,16 эВ, На выходе сЬототок измеряют универсальным цифровым электрометром В7-30.

Таким образом, исходя из результатов, приведенных в таблице, видно, . что предлагаемый пленочный материал по сравнению с известным действительно имеет более высокую фоточувстви- тельность примерно на 0,5 порядка. Квантовая эффективность предлагаемого материала при /X 0,3 равна 0,6. Это дает основание утверждать, что предлагаемый материал, обладая высокой фоточувствительностью в УФ-диапазоне, может быть использован для создания приборов. Следует тат-еже добавить, что приборы, изготовленные на данном материале, сделаны на основе структур с барьером Моттки, а не р - i - п- структур, что позволяет избежать применения тяких высокотоксичных газов, как фоссЬин и дпборян, т.е. технология изготовления таких приборов становится экологически чистой.

Кроме того, достоинством данного материала ягзляется стабильность Аото- электрических парамртроз в процессе- эксплуатации. В полученном материале не наблюдался эффект старения после года хранения под воздействием атмо,- сферы.

о

Формула изобретения

Фотопроводящий материал для ультрафиолетовой области спектра, содержащий аморфный гидрированный кремний и диспрозий, отличающий с я тем, что, с целью увеличения фоточувствительности, указанные компоненты содержатся в следующем соотношении, мас.%:

Аморфный гидрированный

кремний99,75-99,85

Диспрозий0,15-0,25

Фоточувствительность пленок a-Si:H, легированных Dy ,3 мк, при этом параметры процесса постоянны ( В, давление смеси рт. ст., температура подложки 380 С).