ФОТОПРИЕМНИК Советский патент 1996 года по МПК H01L31/08 

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, чувствительным к ИК-излучению.

Целью изобретения является повышение коэффициента фотоэлектрического усиления при сохранении высокого значения квантовой эффективности при малом времени жизни носителей заряда.

Для этого в фотоприемнике на основе примесного компенсированного полупроводника, содержащем активный слой и два контакта с электрическими выводами, один из контактов выполнен в виде двух или более элементов, размещенных один от другого на расстоянии, обеспечивающем смыкание областей объемного заряда элементов.

На фиг.1 изображена структура фотоприемника; на фиг.2 параллельное включение указанной структуры; на фиг.3 последовательное включение структуры.

Фотоприемник содержит активный слой 1, контакт 2 и контакт, выполненный из двух элементов 3 и 4; цифрой 5 обозначено сопротивление нагрузки.

Фотоприемник работает следующим образом.

При приложении рабочего напряжения между элементами контакта 3 и 4 смыкаются области объемного заряда, прилегающие к указанным элементам контакта, и между последними будет протекать ток, ограниченный объемным зарядом. Величина этого тока при заданной конфигурации элементов контакта 3 и 4 определяется напряжение U_к, а также потенциалами и зарядами, окружающими область протекания тока, ограниченного объемным зарядом. Напряжение U_фр на контакте 2 (отрицательной полярности относительно элементов контакта 3 и 4 в случае, если активный слой имеет p-тип проводимости, и положительной если n-тип) вызывает также инжекцию носителей из элементов контакта 3 и 4 в объем активного слоя 1. Ток инжекции в объем активного слоя определяется процессами генерации и рекомбинации в объеме и зависит от освещения фотоприемника. При изменении величины светового потока, падающего на фотоприемник, в объеме активного слоя 1 проходят процессы перезарядки примесных центров, приводящие при достаточно большом напряжении U_фр к возникновению нестационарного объемного заряда. Возникающий в активном слое 1 объемный заряд изменяет величину заряда свободных носителей в промежутке между элементами контакта 3 и 4 и, следовательно, величину тока между ними.

П р и м е р. Фотоприемник выполнен на кремнии, легированном галлием (p-тип проводимости). Рабочее напряжение между элементами контакта 3 и 4 U_к равно 0,2 В, падением напряжения на сопротивлении нагрузки R_н пренебрегаем, полагая R_н много меньшим сопротивления между элементами контакта 3 и 4 при рабочем напряжении, суммарная концентрация остаточных компенсирующих примесей в активном слое N_к равна 10¹³ см^-3, определяемая фоновой освещенностью концентрация свободных носителей тока в активном слое вне области объемного заряда при U_к OP_o равна 10⁴ см^-3, температура фотоприемника Т равна 10 К. В соответствии с формулой
d ≃ +
где d расстояние между элементами контакта 3 и 4,
ε_о диэлектрическая проницаемость вакуума, равна 8,85·10^-12 Ф/м,
ε- относительная диэлектрическая проницаемость активного слоя,
q заряд электрона, равный 1,6·10¹⁹ К,
U_т l_п и (K=1,38•10^-23 Дж/град постоянная Больцмана), получим d 6,5 мкм. Для типичного значения подвижности дырок в примесном кремнии при низкой температуре μ= 3·10³ см²/В·с, напряжении U_к 0,2 В время пролета дырок через промежуток между элементами контакта 3 и 4 составит
τ_п=d²/μU_к=7•10^-10с
При ширине контакта l 6,5 мкм коэффициент A, определяющий, какая часть нестационарного объемного заряда экранируется в зонах смыкания приконтактных областей объемного заряда, равен
A ≃ 0,5
С учетом времени релаксации объемного заряда в фотоприемнике τ_рел., равного 10^-2 с, коэффициент фотоэлектрического усиления k составит
k=A 7,1•10⁶. Коэффициент усиления фоторезистора-прототипа не превосходит 10.

Использование: изобретение относится к полупроводниковой фотоэлектронике и может быть использовано в фотоприемных устройствах для регистрации инфракрасного излучения. Сущность: в фотоприемнике на основе примесного компенсированного полупроводника один из двух контактов выполнен в виде двух или более элементов, размещенных один от другого на расстоянии, обеспечивающем смыкание областей объемного заряда. При этом в рабочем режиме между элементами протекает ток, управляемый нестационарным зарядом в объеме полупроводника, что приводит к повышению коэффициента фотоэлектрического усиления при сохранении высокого значения квантовой эффективности. 3 ил.

ФОТОПРИЕМНИК на основе примесного компенсированного полупроводника, содержащий активный слой и два контакта с электрическими выводами, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента фотоэлектрического усиления при сохранении высокого значения квантовой эффективности при малом времени жизни носителей заряда, один из контактов выполнен в виде двух или более элементов, размещенных один от другого на расстоянии, обеспечивающем смыкание областей объемного заряда элементов.