Поверхностно-барьерные ФП получаются за счет создания потенциального барьера непосредственно на поверхности полупроводника. Барьер может быть создан либо нанесением такого металла, чтобы из-за разности работ выхода металл — полупроводник в полупроводнике получился слой, обедненный носителями заряда (барьер Шоттки), либо за счет специальной обработки поверхности, в результате которой поверхностный слой в отличие от объема полупроводника приобретает иной знак проводимости (инверсионный слой). Омический контакт осуществляется посредством нанесения на инверсионный слой тонкого слоя золота. Золото является хорошим проводником в тонких пленках и, кроме того, имея работу выхода выше, чем у кремния и других полупроводников, создает дополнительный изгиб зон, улучшая характеристику инверсионного перехода. Для обеспечения высокой прозрачности толщина золотой пленки не должна превышать 5—10 нм. Ширина области объемного заряда барьера определяется, как уже отмечалось, удельным сопротивлением материала и величиной приложенного к барьеру смещения.
Схематическое изображение поверхностно-барьерного ФП приведено на рис. 24.
Благодаря тому что электрическое поле, разделяющее генерируемые носители, находится вблизи поверхности, поверхностно-барьерные ФП с полупрозрачным металлическим электродом обладают высокой чувствительностью к сильно поглощаемому полупроводником излучению (фиолетовому и ближнему ультрафиолетовому). Все излучение в области длин волн от 0,2 до 0,6 мкм, пропущенное тонкой золотой пленкой по существу поглощается в области объемного заряда, вследствие чего фототок и частотная характеристика для этого спектрального диапазона не зависят от приложенного напряжения Отсутствие термообработки при изготовлении поверхностно-барьерных ФП обеспечивает сохранение высоких значений диффузионных длин неосновных носителей исходного материала, что повышает чувствительность приборов и в более длинноволновой области спектра. Спектральная характеристика приборов не имеет ярко выраженного максимума. Чувствительность остается неизменной в широком интервале длин волн Поток (0,55—1,0 мкм для кремниевого прибо- (ротонов ра). В коротковолновом (ниже 0,3 мкм) f ( ( ( I ( и длинноволновом (свыше 1,05 мкм) |—| \ ////// участках характеристики чувствительность соответственно выше, чем у диффузионных приборов. I Щс_
Рис. 24. Схематическое изображение по-
т
v\
Область барьера
i
Кремний п-гпипа
4. Схематическое изооражение по- уЙ^тття^ттт^тг/\\^
верхиостно-барьерного ФП. Т \
/ — просветляющее покрытие; 2 — тонкая зо- "г"^
лотая пленка: 3 —
изолирующее кольцо; 4—0 I"
омический контакт.
37
Сдвинуть спектральную характеристику кремниевых ФП в длинноволновую область за край собственного поглощения можно, используя приборы с барьером Шоттки. Известны лавинные фотодиоды с барьером Шоттки, чувствительные в ближней инфракрасной области спектра. Диоды на основе кремния и палладия обнаруживают фоточувствительность в диапазоне длин волн 1—2 мкм, а при соответствующем выборе контактирующего металла, типа проводимости кремния и рабочей температуры область чувствительности может быть растянута до 4 мкм. Схематическое устройство фотоприемника
и энергетическая схема перехода показаны на рис. 25,а, б. Фотоны с энергией, меньшей ширины запрещенной зоны кремния, проходят
гэга
5
н 100 50
20 10 5
-г-
20 мкм
ОЛ 05 OS 0,5 1,0
б)
Рис. 25. Лавинные фотоприборы с барьером Шсттки.
а — схематическое устройство: / — кремниевая пластина; 2 — слой палладия, в контакте с которым образуется поверхностный барьер; 3—омический контакт; б — энергетическая схема перехода; в — расчетные спектральные характеристики.
сквозь пластину / и поглощаются в металле 2, возбуждая в нем горячие электроны. Высота внутреннего барьера Шоттки на границе металл—полупроводник, обозначенная на рисунке через г|)тв, определяется свойствами (работой выхода) металла. Те из возбужденных электронов, которые обладают достаточным импульсом в направлении к барьеру, переходят в примыкающую к границе обедненную основными носителями область пространственного заряда, где осуществляется их лавинное размножение (см. стр. 39). Длинноволновый порог фотоэффекта такого прибора определяется величиной i|)mf, а коротковолновая граница чувствительности — началом собственного поглощения в кремнии. На рис. 25,6 приведены расчетные спектральные характеристики для двух типов фотодиодов с контактирующим металлом для барьера (золото и палладий); для сравнения там же приведена спектральная характеристика обычного кремниевого фотодиода.
Дополнительно повысить чувствительность прибора можно путем уменьшения отражения света от поверхности золотой пленки. Такой просветленный фотодиод, работающий па основе барьера Шоттки, достаточно подробно описан в литературе. Толщина просветляющей пленки подобрана таким образом, чтобы обеспечить наименьшее от-
38
ражение излучения с длиной •волны к = 0,6328 мкм (излучение гелий-неодимового лазера). Коэффициент собирания прибора в этой области спектра достигает 0,7. Малое значение RC (диаметр прибора 0,25 см2) позволяло регистрировать световые импульсы наносекунд-ной длительности. Подобные приборы могут изготовляться как в одиночном, так и в матричном исполнении.
На рис. 26 приведена кривая изменения коэффициента собирания для поверхностно-барьерного ФП с барьером Шоттки на основе структуры золото — сульфид цинка п-типа с толщиной пленки золота 0,01 мкм. Эффективность прибора достигает 0,2 для излучения Я = 0,18 мкм и 0,5 для Х=0,3225 мкм. Коэффициент собирания поверхностно-барьерного диода золото — арсенид галлия дг-ти-па равен 0,6 при А,=0,5 мкм и С,25 при А,» 0,2 мкм ;[35].
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.