ФОТОЧУВСТВИТЕЛЬНАЯ МАТРИЦА ПРИБОРОВ С ПЕРЕНОСОМ ЗАРЯДА Советский патент 1996 года по МПК H01L27/148 

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано для создания твердотельных фотоэлектрических преобразователей.

Известна фоточувствительная матрица, чувствительная к видимому и ИК-диапазону спектра, содержащая полупроводниковую подложку из кремния, легированного примесью с глубоким уровнем индием (In), покрытую диэлектрическим слоем SiO₂ и с поликремниевыми затворами переноса.

Недостаток заключается в том, что в данный фоточувствительной матрице родившийся носитель в процессе считывания может захватываться ионизированными ионами индия, что приведет к уменьшению эффективности переноса и пороговой чувствительности и увеличению темнового фонового заряда.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности решением является фоточувствительная матрица приборов с переносом зарядов, включающая полупроводниковую подложку дырочного типа проводимости, легированную индием, эпитаксиальный слой n-типа, диэлектрический слой и размещенные на его поверхности затворы переноса из поликристаллического кремния.

Недостатком такой конструкции является не полное разделение функций накопления и считывания.

Цель изобретения разделение функций считывания и накопления, за счет чего увеличивается чувствительность в ИК-области спектра.

Поставленная цель достигается тем, что в известной фоточувствительной матрице приборов с переносом заряда, включающей полупроводниковую подложку дырочного типа проводимости, легированную индием, эпитаксиальный слой электронного типа, диэлектрический слой SiO₂ и размешенные на его поверхности затворы переноса из поликристаллического кремния, на границе с подложкой имеется эпитаксиальный подслой, легированный индием. Для четкого разделения процессов накопления и считывания толщина эпитаксиального слоя должна быть больше глубины потенциальной ямы, поэтому целесообразно иметь подслой эпитаксиальной пленки, легированный индием, чтобы при максимальном смещении на электродах дно потенциальной ямы не достигло подложки. Полная толщина эпитаксиального слоя W складывается из W₁ глубины потенциальной ямы и W₂ толщина эпитаксиального подслоя, легированного индием, что составляет 12 16 мкм.

На чертеже показана конструкция фоточувствительной матрицы. Исходным материалом служил кремний диаметром 60 мм, с ориентацией (100), который легировался индием в процессе роста (ρ 3-40 м•см) по методу Чохральского. Толщина области порядка 500 мкм. Концентрация индия в кремнии порядка N_A 10¹⁷ см^-3.

На исходных подложках 1 была выращена эпитаксиальная пленка противоположного типа проводимости 2 Si, легированный фосфором до концентрации 1•10¹⁴ см^-3, 3•10¹⁴ см^-3, 5•10¹⁴ см^-3, толщиной 12 мкм, 14 мкм, 16 мкм, на которой расположен диэлектрический слой SiO₂ 3. Поверх диэлектрического слоя выполнены затворы 4 из поликристаллического кремния. С обратной стороны подложки создан слой P⁺5 с примесью (бор), создающей мелкие уровни в запрещенной зоне кремния.

Прибор работает следующим образом. При подаче на электроде отрицательного напряжения под ним образуется обедненная область. В результате оптического возбуждения появляются носители заряда, являющиеся основными для фоточувствительной области, которой служит кремниевая полупроводниковая подложка, легированная индием с концентрацией N_A 10¹⁷ см^-3. Под влиянием наведенных под запоминающими электродами потенциалов носители собираются в приповерхностном слое обедненной области и образуют зарядовые пакеты. Опрос элемента фоточувствительной матрицы и считывание информационного заряда осуществляется изменением напряжения на электродах.

В процессе работы такого прибора необходимо восстанавливать нейтральное зарядное состояние тех атомов индия, которые в процессе акта накопления приобрели отрицательный заряд. С этой целью, с обратной стороны подложки создается слой P^I (например, ионным легированием бора'' примесью, создающей мелкие уровни в запрещенной зоне кремния (перезарядка идет перед каждым кадром).

Предлагаемая фоточувствительная матрица может быть применена в устройствах регистрирования источников тепла. Например в медицине, для контроля температуры отдельных точек человеческого тела. Предлагаемая матрица позволяет повышать точность определения температуры и вести дифференциальную диагностику.

Фоточувствительная матрица приборов с переносом заряда, включающая полупроводниковую подложку дырочного типа проводимости, легированную индием, эпитаксиальный слой электронного типа, диэлектрический слой SiO₂ и размещенные на его поверхности затворы переноса из поликристаллического кремния, отличающаяся тем, что, с целью разделения функций считывания и накопления, эпитаксиальный слой на границе с подложкой содержит подслой, легированный индием.

Фоточувствительная матрица приборов с переносом заряда, включающая полупроводниковую подложку дырочного типа проводимости, легированную индием, эпитаксиальный слой электронного типа, диэлектрический слой SiO₂ и размещенные на его поверхности затворы переноса из поликристаллического кремния, отличающаяся тем, что, с целью разделения функций считывания и накопления, эпитаксиальный слой на границе с подложкой содержит подслой, легированный индием.