Фотоприемник Советский патент 1993 года по МПК H01L31/20 

Изобретение относится к фотоприемникам на основе аморфного гидрогенизированного кремния (a-Si:H) и предназначено для использования в фотометрических уст- pqйcтвax видимого спектрального диапазона (400-700 нм).

Цель изобретения - уменьшение температурного коэффициента фототока для фотоприемников на основе аморфного кремния.

Использование зеркального отражения света от тыльного контакта приводит к увеличению спектральной чувствительности фотоприемника в красной области спектра. Однако до настоящего времени не исследовалось влияние интерференции света о тон- копленочных фотоприемниках с отражающим тыльным контактом при изменении оптических характеристик (толщина d слоя a-Si:H и области собирания w) на температурные зависимости фототока. Авторами впервые обнаружено, что явление интерференции в тонких структурах оказывает существенное влияние на зависимость фототока от температуры и установлено, что дан значения d 0,5±0,05 мкм и w 0,21- 0,23 мкм зависимость фототока от температуры характеризуется минимальным температурным коэффициентом по сравнению с литературными значениями.

На фиг. 1 схематично представлена структура предлагаемого фотоприемника; на фиг. 2 - спектральные характеристики (зависимости коэффициента собирания Q (Я) от длины волны)для фотоприемников с отражающим тыльным контактом для знаоо

ю

чения d 0,5 мкм при значении толщины области собирания w 0,17 мкм (кривая 1) и w- 0,22 мкм (кривая 2); на фиг. 3 - спектральные характеристики фотоприемника без отражающего тыльного контакта при различных температурах: кривая 1-20°С. кривая 2 - 40°С; на фиг. 4 - спектральные характеристики фотоприемника с параметрами: d 0,5 мкм, w 0,22 мкм при различных температурах: кривая 1 - 20°С, кривая 2 - 40°С; на фиг. 5 - температурные зависимости фототока (ф) фотоприемников с отражающим тыльным контактом при различных значениях толщины w: кривая 1 - 0,17 мкм, кривая 2 - 0,22 мкм для случая поглощающего тыльного контакта, кривая 3 - 0,22 мкм, кривая 4 - 0,3 мкм.

Предлагаемый фотоприемник (фиг. 1) состоит из прозрачного фронтального контакта 1 (слой SnOa толщиной 0,2 мкм), слоя a-Si:H 2, отражающего тыльного контакта 3. Буквами w и d обозначены толщины области собирания и пленки a-ShH соответственно, а Ф1 и падающий и отраженный потоки фотонов.

Свет, попадая в толщу полупроводника, .поглощается в нем по закону Бугера-Лам- берта: Фт(х) , где Фч(х) - поток фотонов в точке с координатой х; Ф0 - поток фотонов на поверхности полупроводника (х 0); а (Я) - коэффициент оптического поглощения для монохроматического света с длиной волны Я. Часть света, отразившаяся от тыльного контакта, имеет интенсивность

Ф2(х) РФо-е-гД2с1-х),

где R - коэффициент отражения света для тыльного контакта (в нашем случае R 0,9); d - толщина слоя ci-Si:H. Обозначенный на фиг, 1 параметр w представляет собой толщину области эффективного собирания фо- тогенерированных носителей заряда для образца ФП с поглощающим контактом (R 0). Вклад в фототок дают только электронно-дырочные пары, рожденные падающим Ф1 и отраженным Ф2 световыми, потоками, поглощенными в области w. Для гомогенного образца и плоского зеркального тыльного контакта наблюдается интерференция между падающим и отраженным светом и на спектральных характеристиках ФП (зависимости коэффициента собирания от длины волны) появляются относительные максимумы, положение которых определяется оптической разностью хода падающего и отраженного света, как показано на фиг. 2. Интерференционные эффекты наиболее существенны в длинноволновой области спектра, .поскольку коротковолнопые фотоны. имеющие большой коэффициент оптического поглощения, полностью поглощаются вблизи поверхности полупроводника.

При увеличении температуры происходит уменьшение оптической ширины запре- щенной зоны в a-Si:H, наблюдается увеличение толщины области эффективного

0 собирания и возрастание диффузии электронов против электрического поля, в результате чего коэффициент собирания для ФП без отражающего тыльного контакта в коротковолновой области уменьшается, а в

5 длинноволновой - увеличивается (фиг. 3, кривые 1 и 2). Указанное явление значительно осложняется интерференцией света в тонкой пленке a-Si:H, оптические параметры которой также изменяются с тем-перату0 рой. Сказанное выше поясняет фиг. 4, на которой показаны спектральные характеристики ФП с отражающим тыльным контактом с параметрами d 0,5 мкм и w 0,22 мкм при различных температурах. Как вид5 но из фиг. 4, Q(A) увеличивается в области 550-610 нм, а при увеличении температуры уменьшается в диапазоне 620-660 нм. Таким образом, для указанных параметров ФП интерференционные явления в некото0 рой степени стабилизируют температурную зависимость коэффициента собирания. Измерения спектральных характеристик при других значениях параметров d и w не выявили указанной выше особенности.

5Результаты экспериментов по измерению зависимости фототока от температуры для различных толщин области эффективного собирания w: кривая 1 - w 0,17 мкм; кривая 2 - w 0,22 для случая поглощающе0 го тыльного контакта: кривая 3 - w 0,22 мкм; кривая 4 - w 0,3 мкм. Как видно из графиков, для образца w 0,3 мкм температурный коэффициент фототока превышает температурный коэффициент для образца

5 без отражения. Для образца с w 0,17 мкм ТК практически не отличается от ТК образца с поглощающим контактом, так как большая часть фотонов поглощается в мертвом слое a-Si:H (d - w) и не дает вклада в фототек.

0 Для образца с w 0,3 мкм, наоборот, большая часть фотонов, как падающих, так и отраженных, поглощается в фотоактивном слое w, и изменение оптических параметров a-Si:H с температурой приводит к быстрому,

5 по сравнению с ФП без отражения, росту фототока с температурой, а затем уменьшению температурного коэффициента. Для образца со значением w 0,22 мкм наблюдается уменьшение ТК в диапазоне температур от 10 до 40°С до 0.14%/°С по

сравнению с 0,28%/°С для ФП без отражающего тыльного контакта. Таким образом, w 0.22 мкм является оптимальной толщиной для создания ФП с повышенной температурной стабильностью. Изменение w в пределах 0,22±0,01 мкм приводит к-увели- чению ТК до 0,16-0,18 %/°С. а выход w за указанные пределы не дает существенного выигрыша в ТК по сравнению с ФП без отражения.

Толщина области собирания определяется плотностью локализованных состояний в a SI:H и практически реализуется технологическими режимами осаждения пленки (температурой, давлением, мощностью разряда и т.д.).

5

Таким образом, изобретение позволяет изготавливать ФП на основе аморфного кремния, температурный коэффициент которого вдвое меньше аналогичной величины для ФП-прототипа.

Формула изобретения Фотоприемник, выполненный на основе аморфного гидрогенизированного кремния толщиной 0,5 мкм, содержащий область собирания, фронтальный прозрачный контакт из Sn02. потенциальный барьер и зеркальный тыльный омический контакт, отличающийся тем, что, с целью уменьшения температурного коэффициента фототока, фотоприемник выполнен с толщиной области собирания 0,21-0,23 мкм. . 2.-

цоо

5оо

60070О

Х. ММ

Использование: изобретение относится к фотоприемникам на основе аморфного гидрогенизированного кремния и предназначено для использования в фотометрических устройствах видимого спектрального диапазона. Сущность изобретения: в фотоприемнике, выполненном на основе аморфного гидрогенизированного кремния толщиной 0,5 мкм и содержащем область собирания, фронтальный прозрачный контакт из SnOa, потенциальный барьер и зеркальный омический контакт, толщина области собирания 0,21-0,23 мкм. 5 ил.

Iф, ОГА/ 14

12

,40

-(с

го

Фиг.4.

i 1--i-j--i

20

(«О60

i. С