Способ изготовления приемника теплового излучения Советский патент 1993 года по МПК G01J5/26 

Изобретение относится к классу тепловых приемников электромагнитного излучения и способов их изготовления, и может быть использовано в измерительной технике для диагностики импульсного и непрерывного излучения в широком диапазоне длин волн (0,5- 2000 мкм).

Цель изобретения - повышение обнару- жительной способности быстродействующих тепловых приемников.

Поставленная цель достигается тем, что в известном приемнике состоящим из тонко- пленочого чувствительного элемента, напь:- ленного на слой окиси кремния, выращенного термическим окислением на массивной подложке кремния, тонкопленочный чувствительный элемент изготавливается в виде планарного p-n-перехода из кремния, покрытого защитным слоем термического окисла и поглощающим излучение покрытием, а термочувствительная область р-п-перехода находится посередине чувствительного элемента, в котором отношение его длины к ширине составляет величину 0,5-20.

Поставленная цель достигается также способом изготовления теплового приемника, при котором на подложке из кремния n-типа вытравливают островок кремния площадью So и высотой I, а на всю поверхностью кремния за исключением поверхности островка наносят слой окиси кремния толщиной I. причем уровень островка выравнивают с уровнем SI02, после чего на полученной структуре выращивают эпитаксиальный слой кремния n-типа. из которого фотолитографией вытравливают чувстви00

го го о со

ел

тельный элемент площадью S, превышающей So, и часть эпитаксиальной пленки справа от островка легируют золотом до перекомпенсации в р-тип, затем весь полученный p-n-переход покрывают защитным слоем термического окисла, на который наносят поглощающее излучение порытие, с сопротивлением, превышающим сопротивление обратносмещенного р-п-перехода, затем стравливают часть покрытия и защитного окисла и к р-типу изготавливают омический контакт, который также покрывают пленкой диэлектрика, при этом островок кремния является положительным контактом.

Именно, заявленный способ позволяет получить резкий p-n-переход из монокри- стэллического кремния и обеспечить увеличение обнаружительной способности при заявленном соотношении размеров и сохранить быстродействие приемника. Это позволяет сделать вывод о единстве изобретательского замысла.

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что выращивание пленок кремния на диэлектрической подложке широко известно, однако, при изготовлении p-n-перехода в .указанной связи он проявляет новое свойство, заключающееся в том, что пленка кремния вблизи островка растет в виде монокристалла, что приводит к уменьшению величины шума при сохранении быстродействия, так как эпитаксиальная пленка п-типа вблизи островка содержит минимальное количество дефектов и, следовательно, электроны проводимости имеют минимальное время жизни; часть перехода, удаленная от островка, содержит большее количество дефектов, но, благодаря наличию глубоких примесных уровней золота, время релаксации носителей заряда может быть уменьшено до величины 10 с.

Соотношение размеров чувствительного элемента в устройстве позволяет получить максимальную чувствительность, так как в центре чувствительного элемента температура при этом максимальна. В известных технических решениях в данной области чувствительный элемент реагирует на среднюю по приемной площадке температуру, которая меньше чем температура элемента в центре.

Изобретение поясняется чертежом, где показано поперечное сечение приемника.

На подложке 1, которая представляет собой пластину кремния с проводимостью n-типа, вытравливается прямоугольный островок 2, часть кремния вне островка покрывается термическим окислом 3, На изготовленную структуру наращивается эпитаксиальный слой кремния n-типа, из которого формируется р-п-переход 4, покрытый защитный слоем термического окисла 5. На слой 5 наносится

поглощающее покрытие (чернь) 6. Омический контакт 8 к р-области р-п-перехода наносится после удаления части покрытия 6 и окисла 5. Положительный вывод 7 приваривается термокомпрессией к подложке 1

(контакт золото + индий), отрицательный к омическому контакту р-области.

Результаты, полученные в процессе изготовления и испытаний приемника сведены в таблицу.

Экспериментальные исследования заявляемого устройства показали, что они наиболее эффективно может применяться в тепловизионных системах, где применение криогенных устройств для охлаждения матриц приемников по каким-либо причинам затруднено.

Формула изобретения Способ изготовления приемника теплового излучения, включающий нанесение на подложку из кремния термическим окислением слоя окиси кремния и напыление чувствительного элемента в виде платиновой пленки, отличающийся тем, что, с

целью повышения обнаружительной способности при сохранении быстродействия приемника, подложку выбирают из кремния с n-типом проводимости, перед нанесением слоя окиси кремния на подложке вытравливают локальную область чувствительного -элемента площадью S и высоте I, по всей поверхности подложки с помощью молекулярной эпитаксии выращивают эпитаксиальный n-слой, с помощью фотолитографии

формируют чувствительный элемент, путем перекомпенсации золотом формируют в эпитаксиальной пленке область р-типа проводимости, затем весь полученный р-п-переход покрывают защитным слоем термического

окисла, на который наносят поглощающее излучение покрытие с сопротивлением, превышающим сопротивление обратно смещенного р-п-перехода, формируют омический контакт путем локального травления поглощающего

покрытия и защитного окисла и покрывают пленкой диэлектрика

4/

- .--- - .. -I L 1 ш

, , . Т

U

Использование: в измерительной технике. Сущность: перед нанесением окиси кремния на подложке из кремния п-типа проводимости вытравливают локальную область чувствительного элемента площадью S и высотой I, по всей поверхности подложки с помощью молекулярной эпитаксии выращивают эпитаксиальный слой с п-типом проводимости, с помощью фотолитографии формируют чувствительный элемент, путем перекомпенсации золотом формируют в эпи- таксиальной пленке область р-типа проводимости, а затем весь полученный р-п-переход покрывают защитным слоем термического окисла, на который наносят поглощающее излучение покрытие с сопротивлением, превышающим сопротивление обратно смещенного р-п-перехода, и формируют омический контакт путем локального травления поглощающего покрытия и защитного окисла и покрывают пленкой диэлектрика. 1 ил., 1 табл.

71